JP4902441B2 - Illumination device and projection display device - Google Patents
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本発明は、照明装置および投写型映像表示装置に関し、特に、複数の光源を有する照明装置および投写型映像表示装置に用いて好適なものである。 The present invention relates to an illumination device and a projection display apparatus, and is particularly suitable for use in an illumination apparatus and a projection display apparatus having a plurality of light sources.
近年、投写型映像表示装置(以下、「プロジェクタ」という)において、照明光の高輝度化が進められている。高輝度化を実現する手法の一つとして、照明装置の多灯化が考えられる。たとえば、以下の特許文献1、2には、発光源として4つのランプを用いた4灯式の照明装置が示されている。
In recent years, in projection video display devices (hereinafter referred to as “projectors”), the brightness of illumination light has been increased. As one of the methods for realizing high brightness, it is conceivable to increase the number of lighting devices. For example, in the following
4灯式の照明装置では、たとえば、図12(a)の下段に示すように、4つのランプL1〜L4と、各ランプからの光を同一方向に反射するミラーM1〜M4が用いられる。ここで、ランプL1、L2の光軸は一致しており、ランプL3、L4の光軸も互いに一致している。また、ランプL1、L2は、ランプL3、L4に対して同図紙面に垂直な方向にシフトして配置されている。 In the four-lamp illumination device, for example, as shown in the lower part of FIG. 12A, four lamps L1 to L4 and mirrors M1 to M4 that reflect light from each lamp in the same direction are used. Here, the optical axes of the lamps L1 and L2 coincide with each other, and the optical axes of the lamps L3 and L4 also coincide with each other. The lamps L1 and L2 are shifted from the lamps L3 and L4 in a direction perpendicular to the drawing sheet.
ランプL1〜L4からは、それぞれ、略平行な光が出射される。各ランプから出射された光は、それぞれ、ランプ光軸に対し45度傾けて配置されたミラーM1〜M4によって同一方向に反射される。同図(a)上段は、ミラーM1〜M4によって反射された後の光のビーム断面を模式的に示す図である。ここで、B1〜B4は、それぞれ、ランプL1〜L4から出射された光のビーム断面を示している。 From the lamps L1 to L4, substantially parallel light is emitted. The light emitted from each lamp is reflected in the same direction by mirrors M1 to M4 arranged at an inclination of 45 degrees with respect to the lamp optical axis. The upper part of FIG. 6A is a diagram schematically showing a beam cross section of light after being reflected by the mirrors M1 to M4. Here, B1 to B4 indicate beam cross sections of light emitted from the lamps L1 to L4, respectively.
同図(a)中段は、隣接するビーム間の光強度分布を模式的に示す図である。この場合、同図(a)上段に示す如く、各ビームの光軸が照明光の光軸中心から離れているため、光軸中心の光強度分布が低下する。これに対し、同図(b)上段に示す如く、各ビームの光軸を光軸中心に近付けることにより、光軸中心近傍の光強度を高めることができる。 The middle part (a) of the figure schematically shows the light intensity distribution between adjacent beams. In this case, since the optical axis of each beam is away from the optical axis center of the illumination light, as shown in the upper part of FIG. On the other hand, as shown in the upper part of FIG. 5B, the light intensity near the center of the optical axis can be increased by bringing the optical axis of each beam closer to the center of the optical axis.
しかし、このようにビーム光軸を照明光の光軸中心に近付けると、以下のように、対向する一方のランプに他方のランプからの光が入射し、これにより、ランプの寿命が低下するとの問題が生じる。 However, when the beam optical axis is brought closer to the center of the optical axis of the illumination light in this way, the light from the other lamp enters one of the opposing lamps as described below, thereby reducing the lamp life. Problems arise.
すなわち、各ビームの光軸を照明光の光軸中心に近付けるには、各ビームの光軸間距離を、同図(b)上段のD1、D2方向において、それぞれ短縮する必要がある。この場合、たとえば、D1方向における光軸間距離を短縮するには、同図(b)下段に示す如く、ランプL1〜L4を、ミラーM1〜M4に対して図中d1方向にシフトさせる必要がある。しかし、こうすると、各ランプからの光の一部(同図(b)下段にBeとして示す)がミラーに入射せずに、そのまま直進して対向するランプへ入射するようになる。さらに、これと同様に、D2方向における光軸間距離を短縮する場合にも、各ミラーに対する各ランプのシフトによって、一部の光が対応するミラーに入射せずに、対向するランプへと入射することとなる。 That is, in order to bring the optical axis of each beam closer to the center of the optical axis of the illumination light, it is necessary to shorten the distance between the optical axes of each beam in the D1 and D2 directions in the upper part of FIG. In this case, for example, in order to shorten the distance between the optical axes in the D1 direction, it is necessary to shift the lamps L1 to L4 with respect to the mirrors M1 to M4 in the d1 direction as shown in the lower part of FIG. is there. However, if this is done, a part of the light from each lamp (shown as Be in the lower part of FIG. 5B) does not enter the mirror, but goes straight on and enters the opposite lamp. Similarly, when the distance between the optical axes in the D2 direction is shortened, a part of the light is not incident on the corresponding mirror but is incident on the opposite lamp due to the shift of each lamp with respect to each mirror. Will be.
この問題を解決するために、各ランプの光軸を照明光の光軸中心に寄せる場合には、同図(b)下段に示すごとく、各ミラーによって反射されない光を遮光するためのマスクS1、S2が必要となる。しかし、こうすると、ランプ本来の光量に損失が生じ、光の利用効率が低下するとの問題が生じる。 In order to solve this problem, when the optical axis of each lamp is brought close to the optical axis center of the illumination light, as shown in the lower part of FIG. 5B, a mask S1 for shielding light not reflected by each mirror, S2 is required. However, this causes a problem that the original light quantity of the lamp is lost and the light use efficiency is lowered.
なお、以下の特許文献3には、ミラーに代えてプリズムアレイを用いてランプからの光を照明光として導く構成が示されている。
本発明は、光の利用効率を損なうことなく照明光の光軸中心近傍の光強度を高めることができる照明装置およびそれを内蔵した投写型映像表示装置を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide an illumination device that can increase the light intensity near the optical axis center of illumination light without impairing the light utilization efficiency, and a projection display device incorporating the illumination device.
本発明に係る照明装置は、互いに対向する位置から出射方向が同一方向にそれぞれ所定角度だけ傾くよう配置された複数の光源を有する第1の光源部と、前記第1の光源部からの光の一部が入射されると共に入射された光を曲折させて照明光とする第1の曲折部と、互いに対向する位置から出射方向が同一方向にそれぞれ所定角度だけ傾くよう配置された複数の光源を有する第2の光源部と、前記第1の曲折部に入射されない前記第1の光源部からの光と前記第2の光源部からの光の両方が入射されると共に入射された光を曲折させて前記照明光とする第2の曲折部とを有することを特徴とする。 The illumination device according to the present invention includes a first light source unit having a plurality of light sources arranged so that emission directions are inclined by a predetermined angle in the same direction from positions facing each other, and the light from the first light source unit A plurality of light sources arranged such that a part of the incident light is bent and the incident light is bent to form illumination light, and an emission direction is inclined at a predetermined angle in the same direction from a position facing each other. The second light source unit having the first light source unit and the light from the first light source unit not incident on the first bent unit and the light from the second light source unit are incident and the incident light is bent. And having a second bent portion as the illumination light.
なお、「互いに対向する」とは、たとえば、図12(a)の下段に図示するランプL1、L2のように、光軸が略平行状態で互いに向き合うことをいう。ただし、光軸が一致する場合に限定されず、光軸がずれた状態で向き合う場合も含むものである。なお、以下の実施形態における図2の構成では、ランプ101、102が「互いに対向する位置」から、出射方向がそれぞれ同一方向(X軸方向)に所定角度だけ傾くように配置されており、また、ランプ104、105も「互いに対向する位置」から、出射方向がそれぞれ同一方向(X軸方向)に所定角度だけ傾くように配置されている。なお、本発明は、各光軸の傾き角が同一である場合の他、非同一である場合も含むものである。
Note that “opposing each other” means that the optical axes face each other in a substantially parallel state as in the lamps L1 and L2 illustrated in the lower part of FIG. However, the present invention is not limited to the case where the optical axes coincide with each other, and includes cases where the optical axes face each other in a shifted state. In the configuration of FIG. 2 in the following embodiment, the
本発明において、第1および第2の曲折部は、反射型のプリズムアレイを備えるよう構成することができる。 In the present invention, the first and second bent portions can be configured to include a reflective prism array.
また、第2の曲折部は、入射される光の光軸と曲折された後の光の光軸の両方を含む面に平行な方向の長さが第1の曲折部よりも大きくなるよう構成され得る。さらに、第1の曲折部は、入射される光の光軸と曲折された後の光の光軸の両方を含む面に垂直な方向の長さが前記第2の曲折部よりも小さくなるよう構成され得る。あるいは、第1および第2の曲折部を、互いに同一形状とすることもできる。 The second bent portion is configured such that the length in the direction parallel to the plane including both the optical axis of the incident light and the optical axis of the bent light is larger than that of the first bent portion. Can be done. Further, the first bent portion has a length in a direction perpendicular to a plane including both the optical axis of the incident light and the optical axis of the light after being bent, smaller than that of the second bent portion. Can be configured. Or a 1st and 2nd bending part can also be made into the mutually same shape.
この他、第1および第2の光源部と第1および第2の曲折部の間に、第1および第2の光源部から出射された光の有効径を縮小するレンズを配することもできる。 In addition, a lens for reducing the effective diameter of the light emitted from the first and second light source units may be disposed between the first and second light source units and the first and second bent portions. .
本発明に係る投写型映像表示装置は、上記各構成からなる照明装置を有することを特徴とする。 A projection display apparatus according to the present invention includes the illumination device having the above-described configuration.
本発明によれば、互いに対向する位置から出射方向が同一方向にそれぞれ所定角度だけ傾くようにして光源が配置されているため、相対する一方の光源からの光が他方に直接入射することはなく、よって、光源の寿命が不所望に低下することはない。また、第1の光源部と第2の光源部を互いに接近させて照明光の光軸中心近傍の光強度を高める場合にも、第1の光源部からの光のうち第1の曲折部に入射されなかった光は、第2の曲折部により曲折されて照明光とされるため、第1の光源部からの光に損失が生じることはない。 According to the present invention, since the light sources are arranged so that the emission directions are inclined by a predetermined angle in the same direction from the positions facing each other, light from one opposing light source does not directly enter the other. Therefore, the lifetime of the light source is not undesirably reduced. Also, when the light intensity near the optical axis center of the illumination light is increased by bringing the first light source unit and the second light source unit closer to each other, the first bent portion of the light from the first light source unit is also included. Since the light that has not entered is bent by the second bent portion and used as illumination light, no loss occurs in the light from the first light source portion.
よって、本発明によれば、光の利用効率を損なうことなく照明光の光軸中心近傍の光強度を効果的に高めることができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively increase the light intensity in the vicinity of the optical axis center of the illumination light without impairing the light use efficiency.
本発明および上記その他の構成例における効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
The effects and significance of the present invention and the above-described other configuration examples will become more apparent from the following description of embodiments. However, the following embodiment is merely an example when the present invention is implemented, and the meaning of the term of the present invention or each constituent element is limited to that described in the following embodiment. Is not to be done.
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。本実施の形態は、本発明に係る照明装置をプロジェクタに適用した場合の構成例である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present embodiment is a configuration example when the lighting device according to the present invention is applied to a projector.
図1に、実施の形態に係るプロジェクタの光学系を示す。図において、10は、4つのランプを有する照明装置である。各ランプとして、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が用いられる。各ランプからの光は、リフレクタの作用により略平行光となって出射される。照明装置10の構成は、追って、図2を参照して説明する。
FIG. 1 shows an optical system of a projector according to the embodiment. In the figure,
照明装置10からの光は、フライアイインテグレータ11を介して、PBS(偏光ビームスプリッタ)アレイ12およびコンデンサレンズ13に入射される。フライアイインテグレータ11は、蝿の目状のレンズ群からなる第1および第2のフライアイレンズを備え、液晶パネル18、24、33に入射する際の光量分布が均一となるよう、照明装置10から入射される光を重畳する。
Light from the
PBSアレイ12は、複数のPBSと1/2波長板がアレイ状に配列されたものであり、フライアイインテグレータ11から入射された光の偏光方向を一方向に揃える。コンデンサレンズ13は、PBSアレイ13から入射された光に集光作用を付与する。コンデンサレンズ13を透過した光は、ダイクロイックミラー14に入射する。
The
ダイクロイックミラー14は、コンデンサレンズ13から入射された光のうち、赤色波長帯の光(以下、「R光」という)のみを透過し、青色波長帯(以下、「B光」という)と緑色波長帯(以下、「G光」という)を反射する。ダイクロイックミラー14を透過したR光は、ミラー15よって反射されコンデンサレンズ16に入射される。
The
コンデンサレンズ16は、R光が略平行光で液晶パネル18に入射するよう、R光を平行光化する。コンデンサレンズ16を透過したR光は、入射側偏光板17を介して液晶パネル18に入射される。液晶パネル18は、赤色用の映像信号に応じて駆動され、その駆動状態に応じてR光を変調する。液晶パネル18によって変調されたR光は、出射側偏光板19を介して、ダイクロイックプリズム20に入射される。
The
ダイクロイックミラー14によって反射された光のうちG光は、ダイクロイックミラー21によって反射され、コンデンサレンズ22に入射される。コンデンサレンズ22は、G光が略平行光で液晶パネル24に入射するよう、G光を平行光化する。コンデンサレンズ22を透過したG光は、入射側偏光板23を介して液晶パネル24に入射される。液晶パネル24は、緑色用の映像信号に応じて駆動され、その駆動状態に応じてG光を変調する。液晶パネル24によって変調されたG光は、出射側偏光板25を介して、ダイクロイックプリズム20に入射される。
Of the light reflected by the
ダイクロイックミラー21を透過したB光は、コンデンサレンズ26に入射される。コンデンサレンズ26は、B光が略平行光で液晶パネル33に入射するよう、B光を平行光化する。コンデンサレンズ26を透過したB光は、光路長調整用のリレーレンズ27、29、31と2つのミラー28、30からなる光路を進み、入射側偏光板32を介して液晶パネル33に入射される。液晶パネル33は、青色用の映像信号に応じて駆動され、その駆動状態に応じてB光を変調する。液晶パネル33によって変調されたB光は、出射側偏光板34を介して、ダイクロイックプリズム20に入射される。
The B light transmitted through the
ダイクロイックプリズム20は、液晶パネル18、24、33によって変調されたR光、G光およびB光を色合成し、投写レンズ35へと入射させる。投写レンズ35は、投写光を被投写面上に結像させるためのレンズ群と、これらレンズ群の一部を光軸方向に変位させて投写画像のズーム状態およびフォーカス状態を調整するためのアクチュエータを備えている。ダイクロイックプリズム20によって色合成されたカラー映像光は、投写レンズ35によって、スクリーン上に拡大投写される。
The
次に、図2を参照して、照明装置10の構成を説明する。同図(a)および(b)は、それぞれ、照明装置10の上面図および正面図である。
Next, the configuration of the
照明装置10は、4つのランプ101、102、104、105と、2つの反射型プリズムアレイ103、106を備えている。
The
このうち、ランプ101、102は、互いに正対向する位置(光軸が一致するようにして向き合う位置)から出射方向が同一方向(X軸方向)にそれぞれ一定角度だけ傾くよう配置されている。すなわち、ランプ101、102は、それぞれの光軸がX−Y平面に平行な共通の面上に置かれるようにして配置されている。また、プリズムアレイ103は、入射面がY−Z平面に平行となるよう配置されている。プリズムアレイ103の入射面と、これら2つのランプ101、102の光軸がなす角は等しくなっている。ランプ101、102からプリズムアレイ103に入射された光は、プリズムアレイ103によって同一方向(X軸方向)に反射される。プリズムアレイ103には、反射型のプリズム構造が形成されている。このプリズム構造は、Z軸方向を長手方向とする長方形の反射面が、屏風状にY軸方向に並ぶようにして配置されることにより構成されている。
Among these, the
ランプ104、105は、互いに正対向する位置(光軸が一致するようにして向き合う位置)から出射方向が同一方向(X軸方向)にそれぞれ一定角度だけ傾くよう配置されている。すなわち、ランプ104、105は、それぞれの光軸がX−Y平面に平行な共通の面上に置かれるようにして配置されている。また、プリズムアレイ106は、入射面がY−Z平面に平行となるよう配置されている。プリズムアレイ106の入射面と、ランプ104、105の光軸がなす角は、互いに等しく、また、これらなす角は、プリズムアレイ103の入射面とランプ101、102の光軸のなす角とも等しくなっている。ランプ104、105からプリズムアレイ106に入射された光は、プリズムアレイ106によって同一方向(X軸方向)に反射される。プリズムアレイ106には、反射型のプリズム構造が形成されている。このプリズム構造は、Z軸方向を長手方向とする長方形の反射面が、屏風状にY軸方向に並ぶようにして配置されることにより構成されている。
The
なお、ランプ101、102の光軸を含む面とランプ104、105の光軸を含む面は、同図のZ軸方向に一定距離だけ離間している。
The plane including the optical axis of the
プリズムアレイ106の長さQ2は、ランプ104、105からの光の有効径よりも大きく設定されている。ランプ104、105からの光は、プリズムアレイ106の中央の同じ位置に照射される。したがって、ランプ104、105からの光は、プリズムアレイ106によって統合され、同一方向(X軸方向)に導かれる。
The length Q2 of the
プリズムアレイ103の長さQ1は、ランプ101、102からの光の有効径よりも小さく設定されている。ランプ101、102からの光は、プリズムアレイ103の中央からプリズムアレイ106側にZ軸に沿って変位した同じ位置に照射される。したがって、ランプ101、102からの光の一部は、プリズムアレイ103に入射せず、その背後にあるプリズムアレイ106へと進む。この光がプリズムアレイ106に入射するよう、プリズムアレイ106の長さP2は、プリズムアレイ103の長さP1よりも大きくなっている。
The length Q1 of the
ランプ101、102からの光のうち、プリズムアレイ103に入射された光は、プリズムアレイ103によって統合され、同一方向(X軸方向)に導かれる。また、プリズムアレイ103に入射されない光は、プリズムアレイ106によってX軸方向に導かれる。さらに、ランプ104、105からプリズムアレイ106に入射された光は、プリズムアレイ106によって統合され、同一方向(X軸方向)に導かれる。すなわち、プリズムアレイ106は、ランプ104、105からの光の他、ランプ101、102からの光の一部も、X軸方向に導く。
Of the light from the
図3(a)は、プリズムアレイ103、106に対する光の入射状態を示す図である。図中、b1は、ランプ101、102からプリズムアレイ103に入射する光の入射領域を模式的に示すものであり、b2は、ランプ104、105からプリズムアレイ106に入射する光の入射領域を模式的に示すものである。また、b3は、ランプ101からプリズムアレイ106に入射する光の入射領域を模式的に示すものであり、b4は、ランプ102からプリズムアレイ106に入射する光の入射領域を模式的に示すものである。
FIG. 3A is a diagram illustrating a light incident state with respect to the
領域b1〜b4に入射された光は、それぞれ、対応するプリズムアレイ103、106によって同一方向(X軸方向)に導かれる。この場合、領域b1において統合されたランプ101、102からの光の光軸と、領域b2において統合されたランプ104、105からの光の光軸が互いに接近しているため、照明光の光軸中心近傍の光強度が高められる。また、領域b3、b4に入射されたランプ101、102からの光も照明光として図1のフライアイインテグレータ11に導かれるため、これらの光が損失することはない。
The light incident on the regions b1 to b4 is guided in the same direction (X-axis direction) by the
図4は、本実施の形態における光量損失(図中、「PA方式」と示す)と図12(b)に示す構成例における光量損失(図中、「MR方式」と示す)を比較した検証結果(シミュレーション)である。 FIG. 4 is a verification comparing the light amount loss (shown as “PA method” in the figure) in this embodiment with the light amount loss (shown as “MR method” in the figure) in the configuration example shown in FIG. The result (simulation).
同図の縦軸は、各ランプからの光のうち照明光として用いられる光の光量を初期状態(短縮間距離=0)における光量を100%として正規化したしたものである。 The vertical axis in the figure is obtained by normalizing the amount of light used as illumination light among the light from each lamp as 100% in the initial state (distance between shortenings = 0).
同図の横軸は、各ランプからの光の光軸間距離を図12(a)上段の状態から短縮してこれら光軸を照明光の光軸中心に接近させる場合の短縮距離である。ここで、横軸の短縮距離は、ランプのリフレクタの直径を1として正規化されている。 The horizontal axis in the figure is the shortened distance when the distance between the optical axes of the lights from the lamps is shortened from the upper stage in FIG. 12A and these optical axes are brought closer to the optical axis center of the illumination light. Here, the shortened distance on the horizontal axis is normalized with the diameter of the reflector of the lamp being 1.
なお、比較例においては、図12(b)上段に示すD2方向にビームB1、B2とビームB3、B4の光軸間距離を短縮した場合のシミュレーション結果(菱形プロット)と、これに加えてさらにD1方向にビームB1、B3とビームB2、B4の光軸間距離を短縮させた場合のシミュレーション結果(三角プロット)の2つのシミュレーション結果が示されている。 In the comparative example, a simulation result (diamond plot) when the distance between the optical axes of the beams B1, B2 and B3, B4 is shortened in the direction D2 shown in the upper part of FIG. Two simulation results are shown, which are simulation results (triangular plots) when the distance between the optical axes of the beams B1 and B3 and the beams B2 and B4 is shortened in the direction D1.
また、本実施の形態では、図3(a)に示す入射領域b1、b2からの光の光軸間距離を短縮した場合のシミュレーション結果が示されている。この場合、入射領域b2は固定で入射領域b1を入射領域b2に接近させることにより、入射領域b1、b2からの光の光軸間距離が短縮されている。なお、初期状態(短縮間距離=0)では、ランプ101、102からの有効径内の光は、全てプリズムアレイ103に入射され、これらの光の一部が背面側のプリズムアレイ106に入射しないよう調整されている。
In the present embodiment, a simulation result is shown when the distance between the optical axes of the light from the incident regions b1 and b2 shown in FIG. In this case, the incident area b2 is fixed, and the distance between the optical axes of light from the incident areas b1 and b2 is shortened by bringing the incident area b1 closer to the incident area b2. In the initial state (distance between shortenings = 0), all the light within the effective diameter from the
同図を参照して、比較例においては、光軸間距離を短縮するに従って、遮光板S1、S2(図12(b)下段参照)により遮光される光の光量が増加し、このため、照明光として利用される光量が徐々に低下することとなる。これに対し、本実施の形態では、図2に示す如く各ランプが斜めを向くように配置され、相対するランプからの光が各ランプに入射することはない。よって、本実施の形態では、光軸間距離を短縮させても各ランプからの光を遮光する必要はなく、よって、図4に示す如く、照明光として利用される光量に損失が生じることはない。 Referring to the figure, in the comparative example, as the distance between the optical axes is shortened, the amount of light shielded by the light shielding plates S1 and S2 (see the lower part of FIG. 12B) increases. The amount of light used as light gradually decreases. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the lamps are arranged so as to face obliquely, and light from the opposite lamps does not enter each lamp. Therefore, in the present embodiment, it is not necessary to block the light from each lamp even if the distance between the optical axes is shortened. Therefore, as shown in FIG. 4, there is a loss in the amount of light used as illumination light. Absent.
以上の如く、本実施の形態によれば、照明光の光軸中心近傍の光強度を光量損失なく効果的に高めることができる。また、各ランプが斜めを向くように配置され、相対するランプからの光が各ランプに入射することがないため、ランプの寿命が不所望に低下することもない。このように本実施の形態によれば、ランプ寿命の低下と光量損失を同時に抑制しながら、照明光の光軸中心近傍の光強度を効果的に高めることができる照明装置およびそれを内蔵する投写型映像表示装置を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, the light intensity in the vicinity of the center of the optical axis of the illumination light can be effectively increased without a light amount loss. In addition, each lamp is disposed so as to face obliquely, and light from the opposite lamp does not enter each lamp, so that the lifetime of the lamp is not undesirably reduced. As described above, according to the present embodiment, an illumination device capable of effectively increasing the light intensity in the vicinity of the center of the optical axis of illumination light and a projection incorporating the illumination device while simultaneously suppressing a decrease in lamp life and a light amount loss. Type image display device can be provided.
なお、本実施の形態では、図3(a)に示す如く、プリズムアレイ103の形状をプリズムアレイ106よりも小さくしたが、図3(b)に示すように、2つのプリズムアレイ103、106を同一形状としても良い。こうすると、形状の異なるプリズムアレイを準備しこれらを適宜使い分ける必要がないため、上記に比べ照明装置の生産性を高めることができる。ただし、小型化ないしコスト低減の点からは、図3(a)に示す如く、プリズムアレイ103の形状をプリズムアレイ106よりも小さくするのが望ましい。
In this embodiment, as shown in FIG. 3A, the shape of the
また、図3(c)に示すように、ランプ101、104とランプ102、105とをY軸方向に互いに接近させ、あるいは、図3(d)に示すように、ランプ101とランプ102をY軸方向に互いに接近させても良い。こうすると、照明装置全体の寸法をY軸方向に縮めることができる。しかし、その反面、領域b3、b4にて反射された光が各ランプに入射し易くなり、ランプ寿命の低下を招く恐れがある。したがって、図3(c)(d)の場合にも、領域b3、b4にて反射された光が各ランプに入射しない程度に相対するランプを互いに接近させるようにすると良い。
Further, as shown in FIG. 3C, the
<変更例1>
なお、上記実施の形態では、プリズムアレイ103、106を反射型としたが、これに代えて透過型のプリズムアレイを用いることもできる。
<
In the above-described embodiment, the
図5は、透過型のプリズムアレイを用いる場合の構成例である。 FIG. 5 is a configuration example in the case of using a transmissive prism array.
プリズムアレイ123、126には、それぞれ、出射面側に、透過型のプリズム構造が形成されている。このプリズム構造は、Z軸方向を長手方向とする長方形の透過面が、屏風状にY軸方向に並ぶようにして配置されることにより構成されている。
In each of the
ランプ121、122からの光とランプ124、125からの光は、それぞれ、背面側からプリズムアレイ123、126に入射される。図2の場合と同様、ランプ121、122の光軸とランプ124、125の光軸は、それぞれ、X−Y平面に平行な共通の面上に設定されている。また、プリズムアレイ123、126は、それぞれ、入出射面がY−Z平面に平行となるよう配置されている。プリズムアレイ123、126の入射面に対する各光の光軸のなす角は同じである。また、ランプ121、122の光軸を含む面とランプ124、125の光軸を含む面は、同図のZ軸方向に一定距離だけ離間している。
Light from the
ランプ121、122からプリズムアレイ103に入射された光は、同図(b)の入射領域b1に入射され、その一部は、それぞれ入射領域b3、b4に入射される。また、ランプ124、125からの光は、同図(b)の入射領域b2に入射される。領域b1〜b4に入射された光は、それぞれ、対応するプリズムアレイ123、126によって同一方向(図2のX軸方向)に向けられる。
The light incident on the
この構成例においても、図2の場合と同様、領域b1において統合されたランプ121、122からの光の光軸と、領域b2において統合されたランプ124、125からの光の光軸が互いに接近しているため、照明光の光軸中心近傍の光強度が高められる。また、領域b3、b4に入射されたランプ121、122からの光も照明光として図1のフライアイインテグレータ11に導かれるため、これらの光が損失することはない。また、各ランプが斜めに向くよう配置されるため、相対するランプからの光が入射することによるランプ寿命の低下が生じることもない。
Also in this configuration example, as in FIG. 2, the optical axes of the lights from the
なお、この構成例においても、図3(b)に示す如く、プリズムアレイ123、126を同一形状とすることができる。また、図3(c)(d)に示す如く、相対する2つのランプを互いに接近させることもできる。この場合、図5の構成例では、プリズムアレイ123、126が透過型であるため、図2の場合と異なり、相対するランプを互いに接近させても、領域b3、b4を透過した後の光がランプに入射することはない。よって、図2の場合に比べ、相対するランプをさらに接近させることができる。
In this configuration example, as shown in FIG. 3B, the
なお、図5の構成例では、プリズムアレイ123、126の背面によって反射された光がランプに入射するのを抑止するために、これら背面に無反射コーティングを施しておくのが望ましい。
In the configuration example of FIG. 5, it is desirable to provide a non-reflective coating on the back surfaces of the
また、図5の構成例では、光出射面側方向にプリズム構造が位置するようプリズムアレイ123、126を配置したが、光入射面側方向にプリズム構造が位置するようプリズムアレイ123、126を配置しても、同様の作用が得られる。
In the configuration example of FIG. 5, the
<変更例2>
上記実施の形態では、4つのランプを配置するようにしたが、ランプの個数は4つに限定されるものではなく、適宜変更可能である。
<
In the above embodiment, four lamps are arranged. However, the number of lamps is not limited to four, and can be changed as appropriate.
図6は、6つのランプを配置する場合の構成例を示す図である。この構成例では、図2の構成に対し、ランプ107、108とプリズムアレイ109がさらに追加されている。また、図2の構成に比べ、Z軸方向におけるプリズムアレイ106の長さ(図2(b)の長さQ2)が小さくなっている。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example when six lamps are arranged. In this configuration example,
プリズムアレイ109に対するランプ107、108の位置関係は、プリズムアレイ106に対するランプ104、105の位置関係と同じである。ランプ107、108の光軸を含む面とランプ104、105の光軸を含む面は、同図のZ軸方向に一定距離だけ離間している。
The positional relationship of the
ランプ104、105からプリズムアレイ106に入射された光は、同図(b)の入射領域b2に入射され、その一部は、入射領域b6、b7に入射される。また、ランプ107、108からの光は、同図(b)の入射領域b5に入射される。領域b1〜b7に入射された光は、それぞれ、対応するプリズムアレイ103、106、109によって同一方向(同図のX軸方向)に向けられる。
The light incident on the
この構成例によれば、図2の構成に比べランプが2つ追加されているため、照明光の光量を高めることができる。また、この構成例においても、図2の場合と同様、領域b1において統合されたランプ101、102からの光の光軸と、領域b2において統合されたランプ104、105からの光の光軸と、領域b5において統合されたランプ104、155からの光の光軸が互いに接近しているため、照明光の光軸中心近傍の光強度が高められる。また、領域b3、b4と領域b6、b7に入射されたランプ101、102とランプ104、105からの光も照明光として図1のフライアイインテグレータ11に導かれるため、これらの光が損失することはない。また、各ランプが斜めに向くよう配置されるため、相対するランプからの光が入射することによるランプ寿命の低下が生じることもない。
According to this configuration example, two lamps are added as compared to the configuration in FIG. 2, so that the amount of illumination light can be increased. Also in this configuration example, similarly to the case of FIG. 2, the optical axes of the lights from the
<変更例3>
図5に示す如く透過型のプリズムアレイを用いる場合にも、適宜、ランプの個数を変更することができる。
<Modification 3>
Even when a transmissive prism array is used as shown in FIG. 5, the number of lamps can be changed as appropriate.
図7は、8つのランプを配置する場合の構成例を示す図である。この構成例では、図5の構成に対し、ランプ127、128、130、131とプリズムアレイ129、132がさらに追加されている。また、図5の構成に比べ、Z軸方向におけるプリズムアレイ126の長さが小さくなっている。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example when eight lamps are arranged. In this configuration example,
プリズムアレイ129に対するランプ127、128の位置関係と、プリズムアレイ132に対するランプ130、131の位置関係は、プリズムアレイ126に対するランプ124、125の位置関係と同じである。ランプ127、128の光軸を含む面とランプ124、125の光軸を含む面は、同図のZ軸方向に一定距離だけ離間しており、また、ランプ130、131の光軸を含む面とランプ127、128の光軸を含む面は、同図のZ軸方向にさらに一定距離だけ離間している。
The positional relationship between the
ランプ124、125からプリズムアレイ126に入射された光は、同図(b)の入射領域b2に入射され、その一部は、入射領域b6、b7に入射される。また、ランプ127、128からプリズムアレイ129に入射された光は、入射領域b5に入射され、その一部は、入射領域b9、b10に入射される。さらに、ランプ130、131からの光は、入射領域b5に入射される。領域b1〜b10に入射された光は、それぞれ、対応するプリズムアレイ123、126、129、132によって同一方向(同図のX軸方向)に向けられる。
The light incident on the
この構成例によれば、図5の構成に比べランプが4つ追加されているため、照明光の光量を高めることができる。また、この構成例においても、図5の場合と同様、照明光の光軸中心近傍の光強度が高めることができ。また、領域b3、b4、b6、b7、b9、b10に入射された光が損失することはない。さらに、各ランプが斜めに向くよう配置されるため、相対するランプからの光が入射することによるランプ寿命の低下が生じることもない。 According to this configuration example, since four lamps are added compared to the configuration of FIG. 5, the amount of illumination light can be increased. Also in this configuration example, as in the case of FIG. 5, the light intensity in the vicinity of the optical axis center of the illumination light can be increased. Further, the light incident on the regions b3, b4, b6, b7, b9, b10 is not lost. Further, since the lamps are arranged so as to face obliquely, the lamp life is not reduced by the incidence of light from the opposite lamps.
<変更例4>
上記実施の形態では、各ランプからの光が同一方向に向けられるようプリズムアレイが構成されたが、図8に示すように、各ランプからの光が一点に集光されるようプリズムアレイを構成することもできる。
<Modification 4>
In the above embodiment, the prism array is configured so that the light from each lamp is directed in the same direction. However, as shown in FIG. 8, the prism array is configured so that the light from each lamp is condensed at one point. You can also
同図(a)および(b)は、それぞれ、反射型のプリズムアレイ103、106と透過型のプリズムアレイ123、126を用いる場合の構成例を示す図である。
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing a configuration example in the case of using the
同図(a)の構成例では、図3(a)の領域b1〜b4に入射された各ランプからの光が一点に集光するようプリズムアレイ103、106上のプリズムパターンが構成されている。また、同図(b)の構成例では、図5(a)の領域b1〜b4に入射された各ランプからの光が一点に集光するようプリズムアレイ123、126上のプリズムパターンが構成されている。具体的には、同図(a)および(b)におけるプリズムアレイのプリズムパターンは、同心リング状のパターンとなっており、各リング状パターンの光反射面または光透過面の傾斜状態が、各ランプからの光が一点に集光するように調整されている。
In the configuration example of FIG. 3A, the prism patterns on the
この構成例によれば、各ランプからの光の集光位置にロッドインテグレータの入射口を配置することにより、各ランプからの光をロッドインテグレータに円滑に取り込むことができる。 According to this configuration example, the light from each lamp can be smoothly taken into the rod integrator by disposing the entrance of the rod integrator at the light collection position of the light from each lamp.
なお、図9(a)に示す如く、光入射面側方向にプリズム構造が位置するようプリズムアレイ123、126を配置しても良い。また、図9(b)に示す如く、光出射面に光を一点に集光させるレンズを一体的に形成しても良い。この場合、プリズムアレイ123、126のプリズム構造は、図5(a)と同様で良い。また、図8(a)の反射型プリズムアレイを用いる場合にも、プリズムアレイ103とロッドインテグレータの間にレンズを配置し、これにより、光を一点に集光させるようにしても良い。この場合、プリズムアレイ123、126のプリズム構造は、図2(a)と同様で良い。
As shown in FIG. 9A, the
図10は、光の均一化手段としてロッドインテグレータを用いる場合の光学系の構成例を示す図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of an optical system in the case where a rod integrator is used as light uniformizing means.
照明装置10によって一点に集光された照明光は、ロッドインテグレータ40によって均一化された後、コンデンサレンズ41、ミラー42、コンデンサレンズ43を介してTIRプリズム(内部全反射プリズム)44に入射される。
The illumination light condensed at one point by the
TIRプリズム44に入射された光は、TIRプリズム44を構成する赤色プリズム、緑色プリズムおよび青色プリズムによってR光、G光、B光に分離され、DMD(Digital Micro-mirror Device)からなる反射型の光変調素子45、46、47に入射される。これら光変調素子45、46、46によって変調されたR光、G光、B光は、赤色プリズム、緑色プリズムおよび青色プリズムによって光路が統合され、各色光が色合成された光がTIRプリズム44から投写レンズ35に入射される。
The light incident on the
なお、TIRプリズム44の構成は、たとえば、特開2006−79080号公報に記載されている。
The configuration of the
なお、図8の構成例では、たとえば、図3(a)の領域b1〜b4に入射された各ランプからの光が一点に集光するようプリズムアレイ103、106上のプリズムパターンを構成したが、この他、図3(a)の領域b3、b4に入射した光を照明光の光軸中心方向に接近させ、これにより、これらの領域からの光が図1のフライアイインテグレータ11に円滑に取り込まれるよう、プリズムアレイ106上のプリズムパターンを調整するようにすることもできる。
In the configuration example of FIG. 8, for example, the prism patterns on the
<変更例5>
上記実施の形態では、各ランプからの光をそのままプリズムアレイに入射させたが、図11(b)に示す如く、各ランプの出射位置にコリメートレンズ140を配置し、これにより光の有効径を縮小した後、各ランプからの光をプリズムアレイに入射させるようにすることもできる。なお、図11(a)は、コリメートレンズ140を配置しない場合の構成を示す図である。
<Modification 5>
In the above embodiment, the light from each lamp is directly incident on the prism array. However, as shown in FIG. 11B, a
まず、同図(a)を参照して、プリズムアレイ106の入射面とランプ101、102の光軸のなす角をθとすると、ランプ101、102から出射される光の有効径W1と、プリズムアレイ106に対するこれら光の入射領域の幅W2の間には、これら光が完全に平行光であると仮定すると、
W2=W1/Sinθ …(1)
の関係が成立する。一方、フライアイインテグレータ11に取り込まれる光の光束幅W3は、図示の如くこれら光の入射領域の幅W2によって決定される。
First, referring to FIG. 2A, if the angle formed by the incident surface of the
W2 = W1 / Sinθ (1)
The relationship is established. On the other hand, the light flux width W3 of the light taken into the
したがって、同図(b)に示す如くコリメートレンズ140によって光の有効径W1を縮小すると、上記関係式(1)よりW2が縮小されてプリズムアレイ106を小型化することができ、同時に、幅W3が縮小されてフライアイインテグレータ11を小型化することができる。
Therefore, when the effective diameter W1 of the light is reduced by the
このように、同図(b)の構成例によれば、プリズムアレイ106とフライアイレンズ11を小型化でき、よって、照明装置10とそれ以降の光学系を小型化することができる。なお、同図(b)には、反射型のプリズムアレイを用いる場合の構成を示したが、透過型のプリズムアレイを用いる場合にも同様の効果が奏される。
As described above, according to the configuration example of FIG. 5B, the
以上、本発明の実施形態とその変更例について説明したが、本発明は、上記実施の形態および変更例に制限されるものではなく、また、本発明の実施化形態も、上記以外に種々の変更が可能である。なお、本発明の照明装置は、プロジェクタの他、種々の装置に用いることができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention and its modified example were demonstrated, this invention is not restrict | limited to the said embodiment and modified example, Moreover, various embodiment of this invention is various besides the above. It can be changed. Note that the illumination device of the present invention can be used for various devices in addition to a projector.
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。 The embodiment of the present invention can be appropriately modified in various ways within the scope of the technical idea shown in the claims.
10 … 光源装置
101、102、104、105、107、108 … ランプ
103、106、109 … プリズムアレイ
121、122、124、125、127、128、130、131 … ランプ
123、126、129、132 … プリズムアレイ
140 … コリメートレンズ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1の光源部からの光の一部が入射されると共に入射された光を曲折させて照明光とする第1の曲折部と、
互いに対向する位置から出射方向が同一方向にそれぞれ所定角度だけ傾くよう配置された複数の光源を有する第2の光源部と、
前記第1の曲折部に入射されない前記第1の光源部からの光と前記第2の光源部からの光の両方が入射されると共に入射された光を曲折させて前記照明光とする第2の曲折部とを有する、
ことを特徴とする照明装置。 A first light source unit having a plurality of light sources arranged so that the emission directions are inclined by a predetermined angle in the same direction from positions facing each other;
A first bent portion where a part of the light from the first light source portion is incident and the incident light is bent into illumination light;
A second light source unit having a plurality of light sources arranged so that the emission directions are inclined by a predetermined angle in the same direction from positions facing each other;
Second light that is not incident on the first bent portion and light from the first light source portion and light from the second light source portion is incident and the incident light is bent to form the illumination light. Having a bent portion of
A lighting device characterized by that.
前記第1および第2の曲折部は、反射型のプリズムアレイを備える、
ことを特徴とする照明装置。 In claim 1,
The first and second bent portions include a reflective prism array,
A lighting device characterized by that.
前記第2の曲折部は、入射される光の光軸と曲折された後の光の光軸の両方を含む面に平行な方向の長さが前記第1の曲折部よりも大きくなっている、
ことを特徴とする照明装置。 In claim 1 or 2,
The length of the second bent portion in a direction parallel to a plane including both the optical axis of the incident light and the optical axis of the light after being bent is larger than that of the first bent portion. ,
A lighting device characterized by that.
前記第1の曲折部は、入射される光の光軸と曲折された後の光の光軸の両方を含む面に垂直な方向の長さが前記第2の曲折部よりも小さくなっている、
ことを特徴とする照明装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The first bent portion has a length in a direction perpendicular to a plane including both the optical axis of incident light and the optical axis of light after being bent, which is smaller than that of the second bent portion. ,
A lighting device characterized by that.
前記第1および第2の曲折部は、互いに同一形状となっている、
ことを特徴とする照明装置。 In claim 1 or 2,
The first and second bent portions have the same shape as each other,
A lighting device characterized by that.
前記第1および第2の光源部と前記第1および第2の曲折部の間に、前記第1および第2の光源部から出射された光の有効径を縮小するレンズが配されている、
ことを特徴とする照明装置。 In claim 1 or 2,
A lens for reducing the effective diameter of the light emitted from the first and second light source units is disposed between the first and second light source units and the first and second bent units.
A lighting device characterized by that.
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