JP2003043411A - 照明光学系 - Google Patents
照明光学系Info
- Publication number
- JP2003043411A JP2003043411A JP2001236375A JP2001236375A JP2003043411A JP 2003043411 A JP2003043411 A JP 2003043411A JP 2001236375 A JP2001236375 A JP 2001236375A JP 2001236375 A JP2001236375 A JP 2001236375A JP 2003043411 A JP2003043411 A JP 2003043411A
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- JP
- Japan
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- optical system
- columnar
- illumination optical
- illumination
- rod integrator
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ロッドインテグレータを用いた照明光学系にお
いて、照度均一性を損なうことなくロッドの全長を短く
することができ、リレー光学系の照度分布をより均質に
し、かつ安価に製作できる投射型表示装置用照明光学系
を提供する。 【解決手段】光源部と入射端面と出射端面を有する柱状
光学素子２とこの柱状光学素子２の出射端面の像を形成
するリレーレンズとを有する照明光学系において、この
柱状光学素子２は２本以上の透明柱状４角形材２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄから成り、柱状多角形材は光束が直接入
射しない面同士を所定の間隔まで接近させ配置した。
いて、照度均一性を損なうことなくロッドの全長を短く
することができ、リレー光学系の照度分布をより均質に
し、かつ安価に製作できる投射型表示装置用照明光学系
を提供する。 【解決手段】光源部と入射端面と出射端面を有する柱状
光学素子２とこの柱状光学素子２の出射端面の像を形成
するリレーレンズとを有する照明光学系において、この
柱状光学素子２は２本以上の透明柱状４角形材２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄから成り、柱状多角形材は光束が直接入
射しない面同士を所定の間隔まで接近させ配置した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は照明光学系に関し、
特にロッドインテグレータを用いた照明光学系に関す
る。
特にロッドインテグレータを用いた照明光学系に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ロッドインテグレータを用いた照明光学
系は、簡単な構成で照度を均一化することが可能である
ことから幅広く使用されている。光源から射出した光束
をランプリフレクタで反射しロッドインテグレータ端面
に入射させると、入射した光束はロッド内で全反射を繰
返し、射出端面では均一な照度分布になる。
系は、簡単な構成で照度を均一化することが可能である
ことから幅広く使用されている。光源から射出した光束
をランプリフレクタで反射しロッドインテグレータ端面
に入射させると、入射した光束はロッド内で全反射を繰
返し、射出端面では均一な照度分布になる。
【０００３】
【発明が解決しょうとする課題】照度の均一性を高める
には、ロッドインテグレータが細く長いほど内面反射回
数が増加するために有利である。しかしながら、ロッド
インテグレータを細くすることは、ロッドインテグレー
タに入射する光束量が減少することになる。これは、ラ
ンプリフレクタおよび集光レンズ焦点における光源像が
有限の大きさを有しているためであり、高出力ランプを
使用する場合には光源のアーク長が長くなるために影響
が大きくなる。またロッドを長くすることは、光学系全
長が長くなることになり、装置の小型化の観点から好ま
しくない。
には、ロッドインテグレータが細く長いほど内面反射回
数が増加するために有利である。しかしながら、ロッド
インテグレータを細くすることは、ロッドインテグレー
タに入射する光束量が減少することになる。これは、ラ
ンプリフレクタおよび集光レンズ焦点における光源像が
有限の大きさを有しているためであり、高出力ランプを
使用する場合には光源のアーク長が長くなるために影響
が大きくなる。またロッドを長くすることは、光学系全
長が長くなることになり、装置の小型化の観点から好ま
しくない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１記載の照明光学系は、ランプから
の出射光を集光させる光源部と入射端面と出射端面を有
する柱状光学素子とこの柱状光学素子の出射端面の像を
形成するリレーレンズとを有する照明光学系において、
前記柱状光学素子は２本以上の透明柱状多角形材から成
り、前記柱状多角形材は光束が直接入射しない面同士を
所定の間隔まで接近させ配置したことを特徴とする照明
光学系を提供する。また、請求項１記載の照明光学系に
おいて、前記所定の間隔がエアギャップであることを特
徴とする。また、請求項１記載の照明光学系において、
前記２本以上の透明柱状多角形材どうしの接する面に、
この多角形材より低屈折率材を所定の厚さコーティング
することを特徴とする。また、請求項１記載の照明光学
系において、前記２本以上の透明柱状多角形材どうしの
接する面に、金属膜を所定の厚さコーティングすること
を特徴とする。上記構成によれば、ロッドインテグレー
タを2本以上組み合わせて1本のロッドインテグレータを
構成し、1本あたりの開口面積を小さくして内面反射回
数を増加させることにより、短い全長で長いロッドイン
テグレータと同等の照度均一性を達成することができ
る。
め、本発明の請求項１記載の照明光学系は、ランプから
の出射光を集光させる光源部と入射端面と出射端面を有
する柱状光学素子とこの柱状光学素子の出射端面の像を
形成するリレーレンズとを有する照明光学系において、
前記柱状光学素子は２本以上の透明柱状多角形材から成
り、前記柱状多角形材は光束が直接入射しない面同士を
所定の間隔まで接近させ配置したことを特徴とする照明
光学系を提供する。また、請求項１記載の照明光学系に
おいて、前記所定の間隔がエアギャップであることを特
徴とする。また、請求項１記載の照明光学系において、
前記２本以上の透明柱状多角形材どうしの接する面に、
この多角形材より低屈折率材を所定の厚さコーティング
することを特徴とする。また、請求項１記載の照明光学
系において、前記２本以上の透明柱状多角形材どうしの
接する面に、金属膜を所定の厚さコーティングすること
を特徴とする。上記構成によれば、ロッドインテグレー
タを2本以上組み合わせて1本のロッドインテグレータを
構成し、1本あたりの開口面積を小さくして内面反射回
数を増加させることにより、短い全長で長いロッドイン
テグレータと同等の照度均一性を達成することができ
る。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明の実施例を示す。光
源部１の光源から射出した光束をリフレクタもしくはレ
ンズでロッドインテグレータ２の端面に入射させる。ロ
ッドインテグレータ２に入射した光束は、内面で全反射
を繰返してもう一方の端面から射出する。内面反射を繰
返すことによってロッドインテグレータ２の射出端面の
照度分布は均一になる。照度分布が均一なロッドインテ
グレータ２の射出端面像をリレーレンズ３から成る光学
系によって任意の大きさに拡大縮小し、表示素子４に照
射する。ここで、被照射面とロッドインテグレータの射
出端面の開口形状は相似である。図示していないが、投
射型表示装置では、さらに表示素子の表示画像をスクリ
ーン上に拡大投射する。次に、図２は４本の四角柱２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄから成るロッドインテグレータ２
の外形図であり、図３は前記四角柱内における入射光束
の内面反射の状態を説明する図である。図において、所
定の照度均一性を有する単一ロッドインテグレータ（前
記四角柱）の開口半径を横方向X、縦方向Y、長さをLと
する。ロッドインテグレータ端面光線入射角度をθと
し、必要な光線の内面反射回数をｎとすると必要な開口
半径X、Yは次式で表わされる。X、Y= L×tanθ／（２
ｎ）ここで、θはランプ光の収束角度、ｎは均一照明に
必要な反射回数なので一定とすると、X、Y＝Const×Lす
なわちConst=（Y、X）／Lとなる。よって、開口寸法と
長さは比例し、図２のようにロッド開口を4分割すると
全長を半分にすることができる。開口面積は分割前から
略変化しないので照明効率も殆ど変化しない。内面反射
回数ｎ＝３の場合を図３に示している。ロッドインテグ
レータを分割してそれぞれを密着させると境界面がなく
なり、分割されたロッドインテグレータ側面で全反射し
ないので、境界面を構成するために密着する面に何らか
の処理が必要である。図４は、境界面に薄い空気層（エ
アギャップ）５を設けた場合である。ロッドインテグレ
ータ接着面にスペーサーを挟んで保持することでエアギ
ャップ５を構成する。この場合、ロッドインテグレータ
射出側端面にエアギャップによる境界線ができるが、リ
レーレンズ焦点からディフォーカスすることによって影
響を軽減することができる。図５は、ロッドインテグレ
ータ側面に低屈折率物質をコーティングして低屈折率膜
６を形成した場合を示している。コーティングをするの
場合は、1/4波長の厚さで境界面を構成することができ
るため被照射面への境界線映り込みを無視することがで
きる。ただし、エアギャップの場合と比較して臨界角が
大きくなるため端面入射角度の限界値が小さくなる。図
６はロッドインテグレータ側面に金属膜７をコーティン
グした場合である。全反射と比較して反射率は低下する
が、光線入射角度の制限はない。
施の形態を説明する。図１は本発明の実施例を示す。光
源部１の光源から射出した光束をリフレクタもしくはレ
ンズでロッドインテグレータ２の端面に入射させる。ロ
ッドインテグレータ２に入射した光束は、内面で全反射
を繰返してもう一方の端面から射出する。内面反射を繰
返すことによってロッドインテグレータ２の射出端面の
照度分布は均一になる。照度分布が均一なロッドインテ
グレータ２の射出端面像をリレーレンズ３から成る光学
系によって任意の大きさに拡大縮小し、表示素子４に照
射する。ここで、被照射面とロッドインテグレータの射
出端面の開口形状は相似である。図示していないが、投
射型表示装置では、さらに表示素子の表示画像をスクリ
ーン上に拡大投射する。次に、図２は４本の四角柱２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄから成るロッドインテグレータ２
の外形図であり、図３は前記四角柱内における入射光束
の内面反射の状態を説明する図である。図において、所
定の照度均一性を有する単一ロッドインテグレータ（前
記四角柱）の開口半径を横方向X、縦方向Y、長さをLと
する。ロッドインテグレータ端面光線入射角度をθと
し、必要な光線の内面反射回数をｎとすると必要な開口
半径X、Yは次式で表わされる。X、Y= L×tanθ／（２
ｎ）ここで、θはランプ光の収束角度、ｎは均一照明に
必要な反射回数なので一定とすると、X、Y＝Const×Lす
なわちConst=（Y、X）／Lとなる。よって、開口寸法と
長さは比例し、図２のようにロッド開口を4分割すると
全長を半分にすることができる。開口面積は分割前から
略変化しないので照明効率も殆ど変化しない。内面反射
回数ｎ＝３の場合を図３に示している。ロッドインテグ
レータを分割してそれぞれを密着させると境界面がなく
なり、分割されたロッドインテグレータ側面で全反射し
ないので、境界面を構成するために密着する面に何らか
の処理が必要である。図４は、境界面に薄い空気層（エ
アギャップ）５を設けた場合である。ロッドインテグレ
ータ接着面にスペーサーを挟んで保持することでエアギ
ャップ５を構成する。この場合、ロッドインテグレータ
射出側端面にエアギャップによる境界線ができるが、リ
レーレンズ焦点からディフォーカスすることによって影
響を軽減することができる。図５は、ロッドインテグレ
ータ側面に低屈折率物質をコーティングして低屈折率膜
６を形成した場合を示している。コーティングをするの
場合は、1/4波長の厚さで境界面を構成することができ
るため被照射面への境界線映り込みを無視することがで
きる。ただし、エアギャップの場合と比較して臨界角が
大きくなるため端面入射角度の限界値が小さくなる。図
６はロッドインテグレータ側面に金属膜７をコーティン
グした場合である。全反射と比較して反射率は低下する
が、光線入射角度の制限はない。
【０００６】
【発明の効果】本発明によれば、ロッドインテグレータ
を用いた照明光学系において、照度均一性を損なうこと
なくロッドの全長を短くすることができる。また、リレ
ー光学系の照度分布をより均質にし、かつ安価に製作で
きる投射型表示装置用照明光学系を提供する。
を用いた照明光学系において、照度均一性を損なうこと
なくロッドの全長を短くすることができる。また、リレ
ー光学系の照度分布をより均質にし、かつ安価に製作で
きる投射型表示装置用照明光学系を提供する。
【図１】本発明の照明光学系の構成を示す構成図であ
る。
る。
【図２】本発明のロッドインテグレータの構成を示す構
成図である。
成図である。
【図３】単一ロッドインテグレータ内における入射光束
の内面反射の状態を説明する図である。
の内面反射の状態を説明する図である。
【図４】ロッドインテグレータのエアギャップを形成す
る構成を示す図である。
る構成を示す図である。
【図５】ロッドインテグレータの低屈折率膜を形成した
場合を示す図である。
場合を示す図である。
【図６】ロッドインテグレータの金属膜を形成した場合
を示す図である。
を示す図である。
１ 光源部
２ ロッドインテグレータ
３ リレーレンズ
４ 表示素子
５ エアギャップ
６ 低屈折率膜
７ 金属膜
Claims (4)
- 【請求項１】ランプからの出射光を集光させる光源部と
入射端面と出射端面を有する柱状光学素子とこの柱状光
学素子の出射端面の像を形成するリレーレンズとを有す
る照明光学系において、前記柱状光学素子は２本以上の
透明柱状多角形材から成り、前記柱状多角形材は光束が
直接入射しない面同士を所定の間隔まで接近させ配置し
たことを特徴とする照明光学系。 - 【請求項２】請求項１記載の照明光学系において、 前記所定の間隔がエアギャップであることを特徴とする
照明光学系。 - 【請求項３】請求項１記載の照明光学系において、 前記２本以上の透明柱状多角形材どうしの接する面に、
この多角形材より低屈折率材を所定の厚さコーティング
することを特徴とする照明光学系。 - 【請求項４】請求項１記載の照明光学系において、 前記２本以上の透明柱状多角形材どうしの接する面に、
金属膜を所定の厚さコーティングすることを特徴とする
照明光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001236375A JP2003043411A (ja) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | 照明光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001236375A JP2003043411A (ja) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | 照明光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003043411A true JP2003043411A (ja) | 2003-02-13 |
Family
ID=19067656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001236375A Pending JP2003043411A (ja) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | 照明光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003043411A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006053121A (ja) * | 2004-07-13 | 2006-02-23 | Yokogawa Electric Corp | 検査用光源装置 |
| JP2006308678A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Casio Comput Co Ltd | 光源装置及び投影装置 |
| JP2007065016A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Seiko Epson Corp | 照明装置及びプロジェクタ |
| JP2008047887A (ja) * | 2006-07-18 | 2008-02-28 | Asml Holding Nv | 光学インテグレータ |
| WO2014155675A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 | 投写型映像表示装置 |
| JP2015055772A (ja) * | 2013-09-12 | 2015-03-23 | ウシオ電機株式会社 | 複合導光体および光源装置 |
| KR101798063B1 (ko) * | 2010-12-14 | 2017-11-15 | 삼성전자주식회사 | 조명 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치 |
-
2001
- 2001-08-03 JP JP2001236375A patent/JP2003043411A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006053121A (ja) * | 2004-07-13 | 2006-02-23 | Yokogawa Electric Corp | 検査用光源装置 |
| JP4631408B2 (ja) * | 2004-07-13 | 2011-02-16 | 横河電機株式会社 | 検査用光源装置 |
| JP2006308678A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Casio Comput Co Ltd | 光源装置及び投影装置 |
| JP2007065016A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Seiko Epson Corp | 照明装置及びプロジェクタ |
| JP2008047887A (ja) * | 2006-07-18 | 2008-02-28 | Asml Holding Nv | 光学インテグレータ |
| US9874637B2 (en) | 2010-12-14 | 2018-01-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Illumination optical system and 3D image acquisition apparatus including the same |
| KR101798063B1 (ko) * | 2010-12-14 | 2017-11-15 | 삼성전자주식회사 | 조명 광학계 및 이를 포함하는 3차원 영상 획득 장치 |
| JP6012850B2 (ja) * | 2013-03-29 | 2016-10-25 | 日立マクセル株式会社 | 投写型映像表示装置 |
| EP2985656A4 (en) * | 2013-03-29 | 2016-09-21 | Hitachi Maxell | PROJECTION IMAGE DISPLAY DEVICE |
| CN104885008A (zh) * | 2013-03-29 | 2015-09-02 | 日立麦克赛尔株式会社 | 投影型影像显示装置 |
| US9519205B2 (en) | 2013-03-29 | 2016-12-13 | Hitachi Maxell, Ltd. | Projection image display device |
| WO2014155675A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 | 投写型映像表示装置 |
| JP2015055772A (ja) * | 2013-09-12 | 2015-03-23 | ウシオ電機株式会社 | 複合導光体および光源装置 |
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