JP2004191796A - Illumination optical system, projector equipped with the same, light source device used for the same and light emitting tube used for light source device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プロジェクタに含まれる光変調装置を照明する照明光学系に関し、特に、特定の偏光方向を有する偏光光を効率良く射出する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
プロジェクタでは、照明光学系から射出された光を液晶パネルなどを用いた光変調装置(ライトバルブとも呼ばれる)を用いて画像情報(画像信号)に応じて変調し、変調された光をスクリーン上に投写することにより画像表示を実現している。
【0003】
液晶パネルを用いたライトバルブ(以下、「液晶ライトバルブ」とも呼ぶ)は、通常、液晶パネルの入射側および射出側に偏光板を備えており、特定の偏光光が利用される。このため、照明光学系としては、液晶パネルを照明する光が効率良く利用されるために、ランプから射出される偏りのない光(以下、単に「非偏光光」と呼ぶ)を液晶パネルで利用可能な偏光方向を有する偏光光に変換する偏光発生光学系を有するものが利用される。また、偏光発生光学系としては、ランプから射出される非偏光光を、より効率良く偏光光に変換するものが利用される(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−6260号公報
【特許文献2】
特開2000−292740号公報
【特許文献3】
特開平5−323236号公報
【0005】
図6は、従来の照明光学系900を示す説明図である。この照明光学系900は、光源装置920と、偏光発生光学系930と、第1および第2のレンズアレイ970,980と、重畳レンズ990とを備えている。照明光学系900から射出された光は、システム光軸Laxを中心軸として射出される。なお、図6において照明光学系900が照明する照明領域LAは、プロジェクタの光変調装置に対応する。
【0006】
光源装置920は、略平行な光線束を射出する機能を有している。光源装置920は、ランプ(発光管)922と、回転楕円面形状の凹面を有するリフレクタ924と、平行化レンズ926とを備えている。ランプ922から射出された光は、リフレクタ924によって反射され、反射光は、平行化レンズ926によってほぼ平行な光に変換される。
【0007】
ランプ922としては、メタルハライドランプや高圧水銀ランプなどが用いられている。平行化レンズ926として、非球面レンズが用いられており、具体的には、入射面に回転双曲面形状の凹面を有し、射出面に平面を有する非球面レンズが用いられている。
【0008】
偏光発生光学系930は、2つの光線束拡大部940,950とλ/2位相差板960とを備えている。偏光発生光学系930は、入射する光線束の断面形状をほぼ4倍の大きさに拡大して射出する機能を有している。すなわち、第1の光線束拡大部940は、入射する光線束の断面形状をx方向にほぼ2倍に拡大する機能を有しており、第2の光線束拡大部950は、入射する光線束の断面形状をy方向にほぼ2倍に拡大する機能を有している。また、偏光発生光学系930は、入射する非偏光光から所定の偏光方向を有するほぼ1種類の偏光光を生成する機能を有している。
【0009】
図7は、図6の偏光発生光学系930を拡大して示す拡大斜視図である。図示するように、第1および第2の光線束拡大部940,950は、略直角三角形の底面を有する略柱状の透光性部材(「直角プリズム」と呼ばれる)が複数個組み合わされて構成されている。なお、透光性部材としては、例えば、ガラスが用いられる。
【0010】
第1の光線束拡大部940は、3つの透光性部材941〜943を備えている。第1の透光性部材941は、第2および第3の透光性部材942,943と接合されている。第1および第2の透光性部材941,942の界面には、半透鏡膜(ビームスプリッタ)940aが形成されており、第3の透光性部材943には、半透鏡膜940aとほぼ平行に反射膜940bが形成されている。ここで、半透鏡膜は、入射光量の一部を透過させ、他の一部を反射させる薄膜であり、金属膜や誘電体多層膜で形成されている。本例の半透鏡膜940aは、入射光量のほぼ50%を透過し、ほぼ50%を反射する光学特性を有しており、いわゆるハーフミラーとして機能する。また、反射膜940bは、入射光量をほとんど反射する薄膜であり、誘電体多層膜や金属膜で形成されている。
【0011】
第1の透光性部材941に入射した光は、半透鏡膜940aで2つの光に分離される。半透鏡膜940aを透過した光は、第2の透光性部材942を通過して射出される。一方、半透鏡膜940aで反射された光は、第3の透光性部材943に入射して、反射膜940bで反射されて射出される。すなわち、第1の透光性部材941に入射した光は分離されて、分離された光は第2および第3の透光性部材942,943から射出される。これにより、第1の光線束拡大部940は、入射する光線束の断面形状をx方向にほぼ2倍に拡大する。
【0012】
第2の光線束拡大部950は、6つの透光性部材951〜956を備えている。第1の透光性部材951は、第2および第3の透光性部材952,953と接合されている。第1および第2の透光性部材951,952の界面には、偏光分離膜(偏向ビームスプリッタ)950aが形成されており、第3の透光性部材953には、偏光分離膜950aとほぼ平行に反射膜950bが形成されている。ここで、偏光分離膜950aは、入射する非偏光光(s+p)をp偏光光とs偏光光とに分離する薄膜であり、誘電体多層膜で形成されている。なお、分離されたp偏光およびs偏光は、入射光量のほぼ50%の光量を有している。
【0013】
第1の透光性部材951に入射した非偏光光(s+p)は、偏光分離膜950aでp偏光光とs偏光光とに分離される。偏光分離膜950aを透過したp偏光光は、第2の透光性部材952を通過して射出される。一方、偏光分離膜950aで反射されたs偏光光は、第3の透光性部材953に入射して、反射膜950bで反射されて射出される。すなわち、第1の透光性部材951に入射した非偏光光(s+p)は、p偏光光とs偏光光とに分離され、それぞれ、第2の透光性部材952と第3の透光性部材953とから射出される。
【0014】
なお、第4ないし第6の透光性部材954〜956は、第1ないし第3の透光性部材951〜953と同じである。すなわち、第4の透光性部材954に入射した非偏光光(s+p)は、p偏光光とs偏光光とに分離され、それぞれ、第5の透光性部材955と第6の透光性部材956とから射出される。これにより、第2の光線束拡大部950は、入射する光線束の断面形状をy方向にほぼ2倍に拡大する。
【0015】
λ/2位相差板960は、入射する直線偏光光を、偏光方向が直交する直線偏光光に変換する偏光変換素子としての機能を有している。本例においては、図3に示すように、λ/2位相差板960は、第2の光線束拡大部950の第2および第5の透光性部材952,955の射出面に設けられている。第2および第5の透光性部材952,955から射出されたp偏光光は、λ/2位相差板960において、s偏光光に変換されて射出される。なお、第3および第6の透光性部材953,956からは、s偏光光が射出されている。このように、偏光発生光学系930に入射した非偏光光(s+p)は、s偏光光に変換されて射出される。
【0016】
なお、s偏光光が射出される第3および第6の透光性部材953,956の射出面にλ/2位相差板を配置すれば、偏光発生光学系930に入射する非偏光光をp偏光光に変換して射出することができる。
【0017】
偏光発生光学系930は、上記のようにして、入射する非偏光光をs偏光光に変換するとともに、入射する光線束の断面形状をほぼ4倍に拡大する。偏光発生光学系130から射出された光は、第1のレンズアレイ970(図6)に入射する。
【0018】
第1のレンズアレイ970は、マトリクス状に配列された複数の小レンズ972を有している。各小レンズ972は平凸レンズであり、z方向から見たときの外形形状は、照明領域LA(光変調装置)と相似形となるように設定されている。第1のレンズアレイ970は、偏光発生光学系930から射出された略平行なs偏光光線束を複数のs偏光部分光線束に分割して射出する。
【0019】
第2のレンズアレイ980は、マトリクス状に配列された複数の小レンズ982を有しており、第1のレンズアレイ970と同様のものが用いられている。第2のレンズアレイ980と重畳レンズ990とは、第1のレンズアレイ970の各小レンズ972の像を照明領域LA上に結像させる機能を有している。
【0020】
重畳レンズ990は、偏光方向の揃った複数のs偏光部分光線束を、図6に示すように照明領域LA上で重畳させる機能を有している。このとき、照明領域LAを照射する光の強度分布は、ほぼ均一となっている。
【0021】
以上説明したように、従来の照明光学系900においては、略平行な非偏光光を偏光発生光学系930に入射させることにより、光源装置920から射出された非偏光光を効率良く偏光光に変換することができる。
【0022】
また、光源装置920から射出された略平行な光線束の大きさを、平行化レンズ926の配置位置を調整することによって、かなり小さくできる。これにより、偏光発生光学系930を小型化することができ、この結果、照明光学系900を小型化することが可能となる。
【0023】
また、照明領域である光変調装置が、例えば、液晶パネルを用いたものである場合、その光学特性は入射光の角度(「呑み込み角」と呼ばれる)に大きく依存する。従来の照明光学系900においては、偏光発生光学系930から射出される光線束について、x方向の大きさとy方向の大きさとの比がほぼ1:1となるように設定されている。これにより、照明領域LAのx方向とy方向とにおける呑み込み角θx,θyは、ほぼ同じ大きさとなっている。従って、プロジェクタにおいて、このような照明光学系900を用いて光変調装置を照明すれば、色むらや明るさむらのない画像を投写することができる。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の照明光学系900では、偏光発生光学系930を2つの光線束拡大部940,950により構成している。また、第1の光線束拡大部940は、直角プリズムと呼ばれる透光性部材を3個組み合わせることにより構成し、第2の光線束拡大部950は、6個組み合わせることにより構成している。すなわち、偏光発生光学系930は、多くの透光性部材により構成されている。
【0025】
また、上述したように、平行化レンズ926の位置を調整して光源装置920から射出される光線束の大きさを小さくすることにより、2つの光線束拡大部940,950を照明領域である光変調装置と同等の大きさまで小型とすることは可能である。しかしながら、光変調装置と同程度の大きさを有する直角プリズムは比較的高価である。
【0026】
従って、プロジェクタのさらなる小型化、低価格化のためには、従来の照明光学系900を構成する光学要素の省略化、簡略化、より具体的には、従来の照明光学系900を構成する偏光発生光学系930の省略化、簡略化が望まれている。
【0027】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、従来の照明光学系に比べて、照明光学系を構成する光学要素の省略化、簡略化を図ることが可能な技術を提供することを目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第1の装置は、照明光学系であって、
集光光を射出する光源装置と、
前記集光光を平行化するレンズと、
前記光源装置から射出される光線束の中心軸に垂直で互いに直交する2つの方向を第1および第2の方向とした場合に、前記第2の方向の大きさが前記第1の方向の大きさよりも短い略矩形状の光入射面を有しており、前記レンズから射出されて前記光入射面に入射した略平行な光線束を、偏光方向が互いに直交する2種類の偏光光線束に分離し、分離された2種類の偏光光線束を前記第2の方向に沿って並べることにより、射出する光線束の断面形状を前記第2の方向に沿って略平行なままで拡大するとともに、分離された2種類の偏光光線束のうちの一方の偏光方向を他方の偏光方向に揃えることにより、所定の偏光方向を有するほぼ1種類の偏光光線束を生成する偏光発生部と、
前記偏光発生部から射出された略平行な偏光光線束を、複数の部分偏光光線束に分割するためのレンズアレイと、
前記複数の部分偏光光線束を所定の照明領域に重畳するための重畳光学系と、を備え、
前記光源装置は、
発光管と、
回転楕円面形状の反射凹面を有し、前記反射凹面の焦点位置に配置された前記発光管の発光部から射出された光を反射するリフレクタと、を備え、
前記発光管には、前記光源装置から射出される光線束の断面形状が前記光入射面に近い形状となるように、前記発光部の管面上の一部に反射面が形成されていることを特徴とする。
【0029】
この照明光学系の偏光発生部は、第2の方向の大きさが第1の方向の大きさよりも短い略矩形状の入射面から入射した略平行な光線束を、偏光方向が互いに直交する2種類の偏光光線束に分離し、分離された2種類の偏光光線束を前記第2の方向に沿って並べることにより、射出する光線束の断面形状を前記第2の方向に沿って略平行なままで拡大するとともに、分離された2種類の偏光光線束のうちの一方の偏光方向を他方の偏光方向に揃えることにより、所定の偏光方向を有するほぼ1種類の偏光光線束を生成する。このように、偏光発生部に略平行な光線束を入射させる場合には、光源装置から射出された光を効率よく偏光発生部で処理することができるので、従来の照明光学系と同様に、ほぼ1種類の偏光光を効率よく射出することが可能となる。
【0030】
また、この照明光学系の光源装置は、偏光発生部の入射面の形状に近い断面形状を有する光線束を射出する。このように、光源装置から射出される光線束が、偏光発生部の入射面の形状に近い断面形状を有している場合には、光源装置から射出された光を効率よく偏光発生部の入射面に入射させて処理することができるので、従来の照明光学系と同様に、ほぼ1種類の偏光光を効率よく射出することが可能となる。
【0031】
さらに、この照明光学系の偏光発生部は、光源装置から射出される光線束の断面形状を偏光発生部の入射面に近い形状とすることにより、射出する光線束の断面形状を第2の方向にのみ拡大するようにしている。これにより、偏光発生部の省略化、簡略化を図ることが可能であり、照明光学系を構成する光学要素の省略化、簡略化を図ることが可能である。
【0032】
ここで、前記反射面は、前記光源装置から射出される光線束の中心軸に垂直で前記発光部の中心を含む面よりも、前記光線束の進行方向側に位置する半分の管面上であって、前記半分の管面上を4つの領域に区分した区分領域のうちの、前記第1の方向に沿って対向する2つの区分領域には形成されず、前記第2の方向に沿って対向する他の2つの区分領域に形成されていることが好ましい。
【0033】
こうすれば、光源装置から射出される光線束の断面形状を光入射面に近い形状とすることができる。
【0034】
また、前記リフレクタは、前記反射面が形成されている2つの区分領域から光が射出されると仮定した場合に、前記2つの区分領域から射出され得る光を反射するために要する前記反射凹面の領域が削除されていることが好ましい。
【0035】
こうすれば、照明光学系の光源装置を小型化することが可能であり、結果として照明光学系を小型化することが可能である。
【0036】
なお、上記の照明光学系において、前記偏光発生部は、前記光入射面の前記第1の方向の大きさと前記第2の方向の大きさとの比がほぼ2:1であり、前記射出する光線束の断面形状の前記第1の方向の大きさと前記第2の方向の大きさとの比がほぼ1:1となるように、前記光入射面から入射した略平行な光線束を前記第2の方向に沿って2倍に拡大することも好ましい。
【0037】
この照明光学系をプロジェクタに適用して液晶ライトバルブのような光変調装置を照明すれば、投写表示される画像の色むらや明るさむらを低減することが可能となる。
【0038】
上記の照明光学系において、
前記偏光発生部は、
前記光入射面を有し、前記光入射面から入射した略平行な光線束を、第2の方向に沿って互いに直交する2種類の偏光光線束に分離するとともに、略平行なままで射出する光線束の断面形状が前記第2の方向に沿って拡大された偏光光線束を射出する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタから射出される2種類の偏光光線束のうちの一方の偏光方向を他方の偏光方向に揃えるための位相差板と、
を備えるようにしてもよい。
【0039】
このようにすれば、照明光学系は、光線束を略平行なまま第2の方向に拡大させることができるとともに、ほぼ1種類の偏光光を効率よく射出することが可能となる。
【0040】
本発明の第2の装置は、プロジェクタであって、
上記のいずれかに記載の照明光学系と、
前記照明光学系からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置で得られる変調光を投写する投写光学系と、
を備えることを特徴とする。
【0041】
このプロジェクタは、上記の照明光学系を備えているので、照明光学系において、ほぼ1種類の偏光光を効率よく射出することが可能となる。照明光学系を構成する光学要素の省略化、簡略化を図ることが可能となる。これにより、プロジェクタによって投写表示される画像の明るさを向上させることが可能となる。また、プロジェクタを構成する光学要素の省略化、簡略化を図ることが可能となり、プロジェクタの小型化を図ることが可能である。
【0042】
本発明の第3の装置は、光源装置であって、
発光管と、
回転楕円面形状の反射凹面を有し、前記反射凹面の焦点位置に配置された前記発光管の発光部から射出された光を反射するリフレクタと、を備え、
前記発光管は、前記光源装置から射出される光線束の中心軸に垂直で互いに直交する2つの方向を第1および第2の方向とした場合に、前記光源装置から射出される光線束の断面形状が、前記第1の方向に比べて前記第2の方向が小さい形状となるように、前記発光部の管面上の一部に反射面が形成されていることを特徴とする。
【0043】
この光源装置を、上記照明光学系に適用すれば、従来の照明光学系と同様に、ほぼ1種類の偏光光を効率よく射出することが可能となるとともに、照明光学系を構成する光学要素の省略化、簡略化を図ることが可能となり、照明光学系の小型化を図ることが可能である。
【0044】
本発明の第4の装置は、発光管であって、
所定の中心軸に垂直で光を射出する発光部の中心を含む面によって区分される前記発光部のいずれか一方の半分の管面上であって、前記一方の半分の管面上を4つの領域に区分した区分領域のうちの、対向する2つの区分領域には反射面が形成されず、対向する他の2つの区分領域に反射面が形成されていることを特徴とする。
【0045】
この発光管を、上記光源装置に適用すれば、光源装置から射出される光線束の断面形状を前記第1の方向に比べて前記第2の方向が小さい形状となるように第2の方向に沿ってつぶれた形状とすることができる。
【0046】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.プロジェクタ:
B.照明光学系:
C.光源装置:
D.変形例:
【0047】
A.プロジェクタ:
図1は、本発明を適用したプロジェクタの一例を示す概略構成図である。なお、以下の説明においては、互いに直交する3つの方向を便宜的にx方向(横方向)、y方向(縦方向)、z方向(システム光軸と平行な方向)とする。
【0048】
プロジェクタ1000は、照明光学系100と、色光分離光学系200と、3枚の液晶ライトバルブ(光変調装置)300R,300G,300Bと、クロスダイクロイックプリズム(光合成光学系)400と、投写レンズ(投写光学系)500とを備えている。
【0049】
照明光学系100は、ほぼ偏光方向の揃った1種類の直線偏光光を射出する。照明光学系100から射出された光は、色光分離光学系200において赤(R)、緑(G)、青(B)の3色の色光に分離される。分離された各色光は、各色に対応する液晶ライトバルブ300R,300G,300Bを照明する。なお、照明光学系100については、さらに後述する。
【0050】
色光分離光学系200は、2枚のダイクロイックミラー220,240と、2枚の反射ミラー210,230と、リレー光学系250とを備えている。照明光学系100から射出された光は、第1の反射ミラー210で反射して、第1のダイクロイックミラー220に入射される。なお、照明光学系100の向きを時計回りに90度回転させて配置することにより、反射ミラー210を省略することもできる。
【0051】
色光分離光学系200は、2枚のダイクロイックミラー220,240によって、照明光学系100から射出される光線束を、青(約435nm〜約500nm)に対応する第1波長領域と第1波長領域よりも短い波長領域とを含む波長領域(以下、「第1波長領域以下の波長領域」と呼ぶ)の光と、緑(約500nm〜約590nm)に対応する第2波長領域の光と、赤(約590nm〜約700nm)に対応する第3波長領域の光とに分離する波長分離光学系としての機能を有する。なお、第1波長領域以下の波長領域の光は、後述するフィールドレンズ280の光射出面上に設けられた光フィルタ290によって青に対応する第1波長領域の光(青色光)に制限される。ここでは、第1波長領域以下の波長領域の光も青色光であるとして説明する。
【0052】
第1のダイクロイックミラー220は、青色光を反射するとともに、青色光よりも長波長側の緑色光成分および赤色光成分を透過する。第1のダイクロイックミラー220で反射された青色光(B)は、さらに、反射ミラー230でクロスダイクロイックプリズム400へ向けて反射され、フィールドレンズ280とフィールドレンズ280の光射出面上に形成された光フィルタ290を介して青色光用の液晶ライトバルブ300Bの光入射面に照射される。このフィールドレンズ280は、照明光学系100から射出された光線束をそれぞれの中心光線(主光線)が相互にほぼ平行となるように変換する機能を有している。なお、他の液晶ライトバルブ300G,300Rの前に設けられたフィールドレンズ270,260も同様である。
【0053】
第1のダイクロイックミラー220を透過した緑色光(G)と赤色光(R)のうちで、緑色光は第2のダイクロイックミラー240によって反射され、フィールドレンズ270を介して緑色光用の液晶ライトバルブ300Gの光入射面に照射される。一方、赤色光は、第2のダイクロイックミラー240を透過し、入射側レンズ252、リレーレンズ256、射出側レンズ(フィールドレンズ)260、および反射ミラー254,258を有するリレー光学系250を介して、赤色光用の液晶ライトバルブ300Rの光入射面に照射される。赤色光にリレー光学系250が用いられているのは、赤色光の経路が他の色光の経路よりも長いため、光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ252に入射した光の像をそのまま、射出側レンズ260に伝えるためである。なお、2枚のダイクロイックミラー220,240は、それぞれガラス板等の透明板に対応する誘電体多層膜をコーティングすることにより形成される。
【0054】
色光分離光学系200で分離された各色光は、対応する各色光用の液晶ライトバルブ300R,300G,300Bの光入射面上に照射される。液晶ライトバルブ300R,300G,300Bは、光透過型の液晶パネルと、その光入射面側および光射出面側に配置された偏光板とを備えている。液晶パネルの光の入射面側に配置されている偏光板は、照明光の偏光度をさらに高めるためのものであり、照明光学系100から射出される直線偏光光の偏光方向が、偏光板の透過軸方向となるように配置されている。このようにすれば、照明光学系100から射出された照明光に含まれる直線偏光光の純度(偏光度)をより高めることができる。なお、照明光学系100から射出される照明光の偏光度が著しく高い場合には、この光入射面側に配置される偏光板を省略することもできる。
【0055】
なお、各液晶ライトバルブ300R,300G,300Bには、液晶パネルに画像情報を供給して駆動させるための図示しない駆動部が接続されている。液晶ライトバルブ300R,300G,300Bにおいて画像情報に応じて変調された変調光線束は、各色の画像を表す画像光として射出される。
【0056】
液晶ライトバルブ300R,300G,300Bから射出された3色の画像光(変調光線束)は、クロスダイクロイックプリズム400に入射される。クロスダイクロイックプリズム400は、3色の画像光ご合成する光合成光学系としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム400には、赤色光を反射する誘電体多層膜410Rと、青色光を反射する誘電体多層膜410Bとが、4つの直角プリズムの界面に略X字状に形成されている。3色の画像光は、これらの誘電体多層膜によって合成されて、投写レンズ500に向けて射出される。
【0057】
投写レンズ500は、クロスダイクロイックプリズム400から射出された合成光を投写して、図示しないスクリーン上にカラー画像を表示する。なお、投写レンズ500としてはテレセントリックレンズを用いることができる。
【0058】
なお、本実施例のプロジェクタ1000は、以下に説明する照明光学系100に特徴を有している。
【0059】
B.照明光学系:
図2は、図1の照明光学系100を拡大して示す説明図である。この照明光学系100は、光源装置110と、平行化レンズ120と、偏光発生光学系130と、第1および第2のレンズアレイ170,180と、重畳レンズ190とを備えている。照明光学系100から射出された光線束は、システム光軸Laxを中心軸として射出される。なお、図2において照明光学系100が照明する照明領域LAは、プロジェクタ1000(図1)の液晶ライトバルブ300R,300G,300Bに対応する。
【0060】
光源装置110は、ランプ112と、ランプ112から射出された放射光を反射するリフレクタ114とを備えている。この光源装置110は、後述するように平行化レンズ120へ向けて集光光を射出する機能を有している。光源装置110から射出された光線束は、光源光軸110axを中心軸として射出される。
【0061】
光源装置110から射出された集光光は、平行化レンズ120で略平行な光に変換される。本実施例では、平行化レンズ120として、非球面レンズが用いられており、具体的には、入射面に回転双曲面形状あるいは回転楕円面形状の凹面を有し、射出面に平面を有する非球面レンズが用いられている。平行化レンズ120によって平行化された光線束は、偏光発生光学系130の入射面132に向けて射出さされる。
【0062】
偏光発生光学系130は、偏光ビームスプリッタ150と、λ/2位相差板160とを備えている。偏光発生光学系130は、入射面132から入射する光線束をy方向に沿ってほぼ2倍の大きさの光線束に拡大して射出面134から射出する機能を有している。また、偏光発生光学系130は、入射する偏りのない光線束(非偏光な光線束)から所定の偏光方向を有するほぼ1種類の偏光光線束を生成する機能を有している。
【0063】
図3は、図2の偏光発生光学系130を拡大して示す説明図である。偏光ビームスプリッタ150は、略直角二等辺三角形の底面を有する略柱状の透光性部材151〜153が3個組み合わされて構成されている。なお、透光性部材としては、例えば、ガラスが用いられる。
【0064】
第1の透光性部材151は、y方向に沿って第2および第3の透光性部材152,153と接合されている。第1および第2の透光性部材151,152の界面には、偏光分離膜150aが形成されており、第3の透光性部材153には、偏光分離膜150aとほぼ平行に反射膜150bが形成されている。
【0065】
ここで、偏光分離膜150aは、入射する非偏光な光(s+p)をp偏光光とs偏光光とに分離する薄膜であり、誘電体多層膜で形成されている。なお、分離されたp偏光およびs偏光は、入射光量のほぼ50%の光量を有している。
【0066】
第1の透光性部材151の入射面151aが偏光発生光学系130の入射面132に対応する。入射面151aから入射した非偏光な光線束(s+p)は、偏光分離膜150aでp偏光光線束とs偏光光線束とに分離される。偏光分離膜150aを透過したp偏光光線束は、第2の透光性部材152を通過して射出面152aから射出される。一方、偏光分離膜150aで反射されたs偏光光線束は、第3の透光性部材153に入射して、反射膜150bで反射されて射出面153aから射出される。すなわち、第1の透光性部材151に入射した非偏光な光線束(s+p)は、y方向に沿ってp偏光光線束とs偏光光線束とに分離され、それぞれ、第2の透光性部材152の射出面152aと第3の透光性部材153の射出面153aとからz方向に向けて射出される。なお、第2の透光性部材152の射出面152aと第3の透光性部材153の射出面153aとが偏光発生光学系130の射出面134に対応する。
【0067】
λ/2位相差板160は、入射する直線偏光光を、偏光方向が直交する直線偏光光に変換する偏光変換素子としての機能を有している。本実施例においては、図3に示すように、λ/2位相差板160は、第2の透光性部材152の射出面152aに設けられている。第2の透光性部材152から射出されたp偏光光線束は、λ/2位相差板160において、s偏光の光線束に変換されて射出される。なお、第3の透光性部材153からは、s偏光の光線束が射出されている。このように、偏光発生光学系130に入射した非偏光な光線束(s+p)は、s偏光の光線束に変換されて射出される。
【0068】
なお、s偏光光線束が射出される第3の透光性部材153の射出面にλ/2位相差板を配置すれば、偏光発生光学系130に入射する非偏光な光線束をp偏光光線束に変換して射出することができる。
【0069】
ここで、第1の透光性部材151の入射面151aは、x方向の大きさx1とy方向の大きさy1との比がほぼ2:1の略矩形状を有している。また、p偏光光線束が射出される第2の透光性部材152の射出面152aのx方向およびy方向の大きさx2,y2は、それぞれ入射面151aのx方向およびy方向の大きさx1,y1とほぼ等しい。さらに、s偏光光線束が射出される第3の透光性部材153の射出面153aのx方向およびy方向の大きさx3,y3も、それぞれ入射面151aのx方向およびy方向の大きさx1,y1にほぼ等しい。従って、第2の透光性部材152の射出面152aおよび第3の透光性部材153の射出面153aに対応する偏光発生光学系130の射出面134は、第1の透光性部材151の入射面151aに対応する偏光発生光学系130の入射面132に対してy方向に2倍の大きさを有しており、x方向の大きさとy方向の大きさとの比はほぼ1:1となるように設定されている。
【0070】
以上の説明からわかるように、偏光発生光学系130は、x方向の大きさとy方向の大きさとの比がほぼ2:1の入射面132から入射する非偏光な光線束を、x方向の大きさとy方向の大きさとの比がほぼ1:1の略正方形状を有する光線束となるようにy方向に沿ってほぼ2倍の光線束に拡大するとともに、s偏光光線束に変換して射出面134から射出する。
【0071】
偏光発生光学系130から射出された光線束は、第1のレンズアレイ170(図2)に入射する。
【0072】
第1のレンズアレイ170は、マトリクス状に配列された複数の小レンズ172を有している。各小レンズ172は平凸レンズであり、z方向から見たときの外形形状は、照明領域LA(液晶ライトバルブ)と相似形となるように設定されている。第1のレンズアレイ170は、偏光発生光学系130から射出された略平行なs偏光光線束を複数のs偏光部分光線束に分割して射出する。
【0073】
第2のレンズアレイ180は、マトリクス状に配列された複数の小レンズ182を有しており、第1のレンズアレイ170と同様のものが用いられている。第2のレンズアレイ180と重畳レンズ190とは、第1のレンズアレイ170の各小レンズ172の像を照明領域LA上に結像させる機能を有している。
【0074】
重畳レンズ190は、偏光方向の揃った複数のs偏光部分光線束を、図2に示すように照明領域LA上で重畳させる機能を有している。このとき、照明領域LAを照射する光の強度分布は、ほぼ均一となっている。
【0075】
上記の説明から分かるように、本実施例における第1のレンズアレイ170が本発明のレンズアレイに相当し、重畳レンズ190が本発明の重畳光学系に相当する。なお、第2のレンズアレイ180は、省略可能である。
【0076】
C.光源装置:
図4は、図2の光源装置110を拡大して示す説明図である。図4(A)は概略平面図であり、図4(B)は概略側面図である。図4(C)は光の射出方向からみた概略正面図である。
【0077】
ランプ112としては、メタルハライドランプや高圧水銀ランプなどを用いることができる。リフレクタ114としては、回転楕円面形状の反射凹面を有する凹面鏡が用いられる。ランプ112の発光部112cは、その中心Pcが回転楕円面の第1焦点位置となるように配置され、リフレクタ114で反射された光は、回転楕円面の第2焦点位置で集束する集光光となる。
【0078】
ここで、発光部112cの管面上には、図示するように反射面112mが形成されている。具体的には、xy平面に平行で発光部112cの中心Pcを含む平面(光源装置110から射出される光線束の中心軸である光源光軸110axに垂直な面)よりも、+z方向側(光源装置110から射出される光の進行方向側)に位置する略半分の管面上の一部に反射面112mが形成されている。さらに、より具体的には、図4(c)に示すように、発光部112cの略半分の管面上を4つの領域に区分した区分領域のうち、y方向に沿って対向する2つの区分領域に反射面112mが形成されている。なお、x方向に沿って対向する2つの区分領域には反射面は形成されていない。この反射面112mは、例えば、Ta2O5とSiO2との多層膜により形成することができる。ただし、これに限定されるものではなく、発光部112cの管面上に反射面112mを形成することができればどのように形成してもかまわない。
【0079】
反射面112mは、図4(B)に太い破線で示すように反射面112mに入射する光を反射する。そして、反射面112mで反射された光は、反射面の形成されていない発光部112cの他の管面上の領域から射出される。そして、反射面112mに入射する光が仮に反射面112mで反射されずに射出されたとした場合に、この光がリフレクタ114の反射凹面で反射されるy方向の位置よりも、光源光軸110axに近い中心側のy方向の位置で反射される。
【0080】
これにより、光源装置110から射出されて平行化レンズ120に入射する光線束の断面形状Laは、反射面112mが形成されていないと仮定した場合において略円形形状であるのに対して、図5に示すようにx方向に比べてy方向に沿ってつぶれた形状となる。なお、図5に示した光線束の断面形状Laは、その光量分布が等高線で示されている。
【0081】
なお、反射面112mに入射する光が仮に反射面112mで反射されずに射出されたとした場合に、この光が反射されるリフレクタ114の反射凹面は不要である。そこで、図4に示すように、リフレクタ114の不要な反射凹面、具体的には、y方向の両端部の反射凹面がカットされている。これにより、光源装置110の小型化が可能であり、これを用いた照明光学系およびプロジェクタの小型化が可能である。
【0082】
ところで、本例のようなランプ112ではなく、反射面が形成されていないランプの場合であっても、本例のリフレクタ114のようにy方向の両端部の反射凹面をカットしたリフレクタを用いれば、本例の光源装置110と同様な集光光を射出することは可能である。しかしながら、カットされたリフレクタの反射凹面で反射されるはずの光を集光光として利用することができないため、この利用できない光の分だけ集光光の光量が低下することになる。一方、本例の光源装置110では、射出される集光光の光量を低下させることなく、光源装置110から射出される光線束の断面形状を、図5に示すようにx方向に比べてy方向の大きさが小さな形状とすることができる。これにより、光源装置110から射出される光線束の断面形状を、平行化レンズ120から射出する略並行な光線束の断面形状が偏光発生光学系130の入射面132の形状に近づくようにして、光源装置110から射出される光線束が偏光発生光学系130の入射面132に効率良く入射するようにすることができる。
【0083】
以上説明したように、本例の照明光学系100では、上述の光源装置110を用いることにより、従来例の照明光学系900で用いられた偏光発生光学系930に比べて、光の利用効率を低下させることなく、偏光発生光学系の省略化、簡略化を図ることが可能である。また、本例の照明光学系100を用いることにより、プロジェクタの小型化、低価格化を図ることができる。
【0084】
D.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や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。
【0085】
(1)上記実施例の照明光学系100は、光源装置110から射出される光線束の断面形状をx方向に比べてy方向の大きさが小さな形状とし、偏光発生光学系130が入射した略平行な光線束を、略平行なままy方向に沿って拡大する場合を示しているが、光源装置から射出される光線束の断面形状をy方向に比べてx方向の大きさが小さな形状とし、偏光発生光学系が入射した略平行な光線束を、略平行なままx方向に沿って拡大するようにしてもよい。
【0086】
(2)上記実施例では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合を例に説明しているが、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、透過型液晶パネルのように光変調手段としての電気光学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、反射型液晶パネルのように光変調手段としての電気光学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この発明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。
【0087】
(3)上記実施例では、プロジェクタ1000は、光変調装置として液晶パネルを用いた液晶ライトバルブを備えているが、これに代えて、マイクロミラー型光変調装置を備えるようにしてもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、DMD(デジタルマイクロミラーデバイス)(TI社の商標)を用いることができる。光変調装置としては、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い。
【0088】
(4)上記実施例においては、カラー画像を表示するプロジェクタ1000を例に説明しているが、モノクロ画像を表示するプロジェクタにおいても同様である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したプロジェクタの一例を示す概略構成図である。
【図2】図1の照明光学系100を拡大して示す説明図である。
【図3】図2の偏光発生光学系130を拡大して示す説明図である。
【図4】図2の光源装置110を拡大して示す説明図である。
【図5】光源装置110から射出されて平行化レンズ120に入射する光線束の断面形状を示す説明図である。
【図6】従来の照明光学系900を示す説明図である。
【図7】図6の偏光発生光学系930を拡大して示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
1000…プロジェクタ
100…照明光学系
110…光源装置
110ax…光源光軸
112…ランプ(発光管)
112c…発光部
112m…反射面
114…リフレクタ
120…平行化レンズ
130…偏光発生光学系
132…入射面
134…射出面
150…偏光ビームスプリッタ
150a…偏光分離膜
150b…反射膜
151…第1の透光性部材
151a…入射面
152…第2の透光性部材
152a…射出面
153…第3の透光性部材
153a…射出面
160…λ/2位相差板
170…第1のレンズアレイ
172…小レンズ
180…第2のレンズアレイ
182…小レンズ
190…重畳レンズ(重畳光学系)
200…色光分離光学系(波長分離光学系)
220,240…ダイクロイックミラー
210,230…反射ミラー
250…リレー光学系
252…入射側レンズ
256…リレーレンズ
254,258…反射ミラー
260…フィールドレンズ(射出側レンズ)
270…フィールドレンズ
280…フィールドレンズ
290…光フィルタ
300B,300G,300R…液晶ライトバルブ(光変調装置)
400…クロスダイクロイックプリズム
410R…誘電体多層膜
410B…誘電体多層膜
500…投写レンズ(投写光学系)
LA…照明領域
La…断面形状
Lax…システム光軸
Pc…中心
900…照明光学系
920…光源装置
922…ランプ
924…リフレクタ
926…平行化レンズ
930…偏光発生光学系
940…第1の光線束拡大部
940a…半透鏡膜
940b…反射膜
941〜943…透光性部材
950…第2の光線束拡大部
950a…偏光分離膜
950b…反射膜
951〜956…透光性部材
960…λ/2位相差板
970…第1のレンズアレイ
980…第2のレンズアレイ
972,982…小レンズ
990…重畳レンズ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an illumination optical system that illuminates a light modulation device included in a projector, and more particularly to a technique for efficiently emitting polarized light having a specific polarization direction.
[0002]
[Prior art]
In a projector, light emitted from an illumination optical system is modulated according to image information (image signal) using a light modulator (also called a light valve) using a liquid crystal panel or the like, and the modulated light is projected on a screen. Image display is realized by projection.
[0003]
A light valve using a liquid crystal panel (hereinafter, also referred to as a “liquid crystal light valve”) usually includes a polarizing plate on an incident side and an exit side of the liquid crystal panel, and a specific polarized light is used. For this reason, as the illumination optical system, the light illuminating the liquid crystal panel is used efficiently, and the light emitted from the lamp without bias (hereinafter, simply referred to as “non-polarized light”) is used in the liquid crystal panel. One having a polarization generating optical system for converting into polarized light having a possible polarization direction is used. Further, as a polarization generation optical system, one that converts non-polarized light emitted from a lamp into polarized light more efficiently is used (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-6260
[Patent Document 2]
JP 2000-292740 A
[Patent Document 3]
JP-A-5-323236
[0005]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a conventional illumination optical system 900. The illumination optical system 900 includes a
[0006]
The
[0007]
As the
[0008]
The polarization generating
[0009]
FIG. 7 is an enlarged perspective view showing the polarization generating
[0010]
The first light
[0011]
Light that has entered the first light-transmitting
[0012]
The second light
[0013]
The unpolarized light (s + p) incident on the first
[0014]
The fourth to sixth
[0015]
The λ / 2
[0016]
If a λ / 2 retardation plate is disposed on the exit surfaces of the third and sixth
[0017]
As described above, the polarization generating
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
The superimposing
[0021]
As described above, in the conventional illumination optical system 900, the non-polarized light emitted from the
[0022]
The size of the substantially parallel light beam emitted from the
[0023]
In addition, when the light modulation device serving as the illumination region uses, for example, a liquid crystal panel, its optical characteristics greatly depend on the angle of incident light (called “swallow angle”). In the conventional illumination optical system 900, the ratio between the size in the x direction and the size in the y direction of the light beam emitted from the polarization generation
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional illumination optical system 900, the polarization generating
[0025]
In addition, as described above, by adjusting the position of the
[0026]
Therefore, in order to further reduce the size and cost of the projector, the optical elements constituting the conventional illumination optical system 900 are omitted and simplified, and more specifically, the polarized light constituting the conventional illumination optical system 900. It is desired that the generation
[0027]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems in the related art, and it is possible to omit and simplify the optical elements constituting the illumination optical system as compared with the conventional illumination optical system. It aims to provide technology.
[0028]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
In order to solve at least a part of the problems described above, a first apparatus of the present invention is an illumination optical system,
A light source device for emitting condensed light,
A lens for collimating the condensed light,
When two directions perpendicular to the center axis of the light beam emitted from the light source device and orthogonal to each other are defined as first and second directions, the size in the second direction is equal to the size in the first direction. It has a substantially rectangular light incident surface that is shorter than the light incident surface, and separates substantially parallel light beams emitted from the lens and incident on the light incident surface into two types of polarized light beams whose polarization directions are orthogonal to each other. By arranging the separated two types of polarized light beams along the second direction, the cross-sectional shape of the emitted light beam is expanded while being substantially parallel along the second direction, and separated. A polarization generating unit that generates substantially one type of polarized light beam having a predetermined polarization direction by aligning one polarization direction of the two types of polarized light beams with the other.
A lens array for dividing the substantially parallel polarized light beam emitted from the polarization generating unit into a plurality of partially polarized light beams,
A superimposing optical system for superimposing the plurality of partially polarized light beams on a predetermined illumination area,
The light source device,
An arc tube,
A reflector having a spheroidal reflective concave surface, and reflecting light emitted from a light emitting unit of the arc tube arranged at a focal position of the reflective concave surface,
A reflection surface is formed on a part of the light emitting unit on a tube surface of the light emitting tube such that a cross-sectional shape of a light beam emitted from the light source device has a shape close to the light incident surface. It is characterized by.
[0029]
The polarization generator of the illumination optical system converts a substantially parallel light beam incident from a substantially rectangular incident surface whose size in the second direction is shorter than the size in the first direction into two light beams whose polarization directions are orthogonal to each other. By separating the separated two types of polarized light beams along the second direction, the cross-sectional shape of the emitted light beam is substantially parallel along the second direction. By enlarging as it is and by aligning one polarization direction of the separated two types of polarized light beams with the other, a substantially one type of polarized light beam having a predetermined polarization direction is generated. As described above, when a substantially parallel light beam is incident on the polarization generation unit, the light emitted from the light source device can be efficiently processed by the polarization generation unit. Almost one type of polarized light can be emitted efficiently.
[0030]
Further, the light source device of the illumination optical system emits a light beam having a cross-sectional shape close to the shape of the incident surface of the polarization generating section. As described above, when the light beam emitted from the light source device has a cross-sectional shape close to the shape of the incident surface of the polarization generation unit, the light emitted from the light source device is efficiently incident on the polarization generation unit. Since the light can be incident on the surface and processed, almost one type of polarized light can be efficiently emitted similarly to the conventional illumination optical system.
[0031]
Further, the polarization generating section of the illumination optical system sets the cross-sectional shape of the light beam emitted from the light source device to a shape close to the incident surface of the polarization generating section, thereby changing the cross-sectional shape of the emitted light beam in the second direction. Only to expand. Accordingly, it is possible to omit and simplify the polarization generating section, and it is possible to omit and simplify the optical elements constituting the illumination optical system.
[0032]
Here, the reflection surface is located on a half tube surface that is perpendicular to the central axis of the light beam emitted from the light source device and includes a center of the light emitting unit and is closer to a traveling direction side of the light beam. In addition, of the divided regions obtained by dividing the half tube surface into four regions, the divided regions are not formed in the two divided regions facing each other along the first direction, and are not formed along the second direction. Preferably, it is formed in the other two opposing divided regions.
[0033]
With this configuration, the cross-sectional shape of the light beam emitted from the light source device can be made close to the light incident surface.
[0034]
Further, the reflector may be configured such that, assuming that light is emitted from the two divided regions where the reflection surface is formed, the reflection concave surface required to reflect light that can be emitted from the two divided regions is provided. Preferably, the area has been deleted.
[0035]
In this case, the size of the light source device of the illumination optical system can be reduced, and as a result, the size of the illumination optical system can be reduced.
[0036]
In the above-mentioned illumination optical system, the polarization generator may have a ratio of the size of the light incident surface in the first direction to the size of the second direction of approximately 2: 1, and The substantially parallel light beam incident from the light incident surface is converted into the second light beam so that the ratio of the size of the cross-sectional shape of the bundle in the first direction to the size in the second direction is approximately 1: 1. It is also preferable to double the size in the direction.
[0037]
If this illumination optical system is applied to a projector to illuminate a light modulation device such as a liquid crystal light valve, it is possible to reduce unevenness in color and brightness in an image projected and displayed.
[0038]
In the above illumination optical system,
The polarization generator,
Having the light incident surface, separating the substantially parallel light beams incident from the light incident surface into two types of polarized light beams orthogonal to each other along the second direction and emitting the light beams while being substantially parallel; A polarizing beam splitter that emits a polarized light beam whose cross-sectional shape is enlarged along the second direction;
A phase difference plate for aligning one polarization direction of the two types of polarized light beams emitted from the polarization beam splitter with the other polarization direction,
May be provided.
[0039]
With this configuration, the illumination optical system can expand the light beam in the second direction while keeping the light beam substantially parallel, and can efficiently emit almost one type of polarized light.
[0040]
A second device of the present invention is a projector,
An illumination optical system according to any of the above,
A light modulation device that modulates light from the illumination optical system according to image information,
A projection optical system that projects modulated light obtained by the light modulation device,
It is characterized by having.
[0041]
Since this projector includes the above-described illumination optical system, it is possible to efficiently emit almost one type of polarized light in the illumination optical system. It is possible to omit and simplify the optical elements constituting the illumination optical system. This makes it possible to improve the brightness of the image projected and displayed by the projector. Further, it is possible to omit and simplify the optical elements constituting the projector, and it is possible to reduce the size of the projector.
[0042]
A third device of the present invention is a light source device,
An arc tube,
A reflector having a spheroidal reflective concave surface, and reflecting light emitted from a light emitting unit of the arc tube arranged at a focal position of the reflective concave surface,
The arc tube has a cross section of a light beam emitted from the light source device when two directions perpendicular to a central axis of the light beam emitted from the light source device and orthogonal to each other are defined as first and second directions. A reflection surface is formed on a part of the light emitting unit on the tube surface so that the shape is smaller in the second direction than in the first direction.
[0043]
When this light source device is applied to the above-mentioned illumination optical system, almost one type of polarized light can be efficiently emitted similarly to the conventional illumination optical system, and the optical elements constituting the illumination optical system can be efficiently emitted. Omission and simplification can be achieved, and downsizing of the illumination optical system can be achieved.
[0044]
A fourth device of the present invention is an arc tube,
One half of the light-emitting unit, which is divided by a plane including the center of the light-emitting unit that emits light perpendicular to a predetermined central axis, on one half of the light-emitting unit, A reflection surface is not formed in two opposing divisional regions of the divided regions, and a reflection surface is formed in the other two opposing divisional regions.
[0045]
If this arc tube is applied to the light source device, the light beam emitted from the light source device has a cross-sectional shape in the second direction that is smaller in the second direction than in the first direction. The shape can be crushed along.
[0046]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. projector:
B. Illumination optics:
C. Light source device:
D. Modification:
[0047]
A. projector:
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a projector to which the present invention has been applied. In the following description, three directions orthogonal to each other will be referred to as x direction (horizontal direction), y direction (vertical direction), and z direction (direction parallel to the system optical axis) for convenience.
[0048]
The
[0049]
The illumination
[0050]
The color light separation
[0051]
The color light separation
[0052]
The first
[0053]
Of the green light (G) and the red light (R) transmitted through the first
[0054]
Each color light separated by the color light separation
[0055]
In addition, a driving unit (not shown) for supplying image information to and driving the liquid crystal panel is connected to each of the liquid crystal
[0056]
The three colors of image light (modulated light beam) emitted from the liquid crystal
[0057]
The projection lens 500 projects the combined light emitted from the cross
[0058]
Note that the
[0059]
B. Illumination optics:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the illumination
[0060]
The
[0061]
The condensed light emitted from the
[0062]
The polarization generation
[0063]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the polarization generating
[0064]
The first
[0065]
Here, the
[0066]
The
[0067]
The λ / 2
[0068]
If a λ / 2 retardation plate is arranged on the exit surface of the third
[0069]
Here, the
[0070]
As can be understood from the above description, the polarization generating
[0071]
The light beam emitted from the polarization generation
[0072]
The
[0073]
The
[0074]
The superimposing
[0075]
As can be seen from the above description, the
[0076]
C. Light source device:
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the
[0077]
As the
[0078]
Here, a
[0079]
The reflecting
[0080]
Thus, the cross-sectional shape La of the light beam emitted from the
[0081]
If it is assumed that the light incident on the reflecting
[0082]
By the way, even in the case of a lamp having no reflecting surface, instead of the
[0083]
As described above, in the illumination
[0084]
D. Modification:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, but can be implemented in various modes without departing from the gist of the invention, and for example, the following modifications are possible.
[0085]
(1) In the illumination
[0086]
(2) In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a transmissive projector is described as an example. However, the present invention can also be applied to a reflective projector. Here, “transmissive” means that the electro-optical device as light modulating means transmits light, such as a transmissive liquid crystal panel, and “reflective” means reflective liquid crystal. This means that an electro-optical device as a light modulating means, such as a panel, is of a type that reflects light. When the present invention is applied to a reflection type projector, almost the same effects as those of a transmission type projector can be obtained.
[0087]
(3) In the above embodiment, the
[0088]
(4) In the above embodiment, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a projector to which the present invention has been applied.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the illumination
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an enlarged view of the polarization generation
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a cross-sectional shape of a light beam emitted from the
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a conventional illumination optical system 900.
FIG. 7 is an enlarged perspective view showing the polarization generating
[Explanation of symbols]
1000 ... Projector
100 ... Illumination optical system
110 ... Light source device
110ax ... light source optical axis
112 ... Lamp (arc tube)
112c: Light emitting unit
112m ... Reflective surface
114 ... Reflector
120: Parallelizing lens
130 ... Polarization generating optical system
132 ... entrance surface
134 ... Emission surface
150 ... polarizing beam splitter
150a: polarized light separating film
150b: Reflective film
151: first light-transmitting member
151a: entrance surface
152: second translucent member
152a ... Emission surface
153: Third translucent member
153a ... Emission surface
160 ... λ / 2 phase difference plate
170: first lens array
172 ... Small lens
180: second lens array
182… Small lens
190 ... superimposed lens (superimposed optical system)
200: color light separation optical system (wavelength separation optical system)
220, 240 ... dichroic mirror
210, 230 ... Reflection mirror
250 ... Relay optical system
252 ... incident side lens
256 ... Relay lens
254,258 ... Reflection mirror
260 ... field lens (exit lens)
270 ... field lens
280 ... field lens
290 ... Optical filter
300B, 300G, 300R ... Liquid crystal light valve (light modulator)
400 ... Cross dichroic prism
410R: dielectric multilayer film
410B ... Dielectric multilayer film
500 Projection lens (projection optical system)
LA: Lighting area
La: sectional shape
Lax: System optical axis
Pc ... Center
900 ... Illumination optical system
920: Light source device
922 ... lamp
924 ... Reflector
926: Parallelizing lens
930: polarization generation optical system
940... First light beam expanding unit
940a: semi-transparent mirror film
940b: Reflective film
941-943: translucent member
950... Second light beam expanding section
950a: polarized light separating film
950b ... reflective film
951 to 956: translucent member
960 ... λ / 2 phase difference plate
970... First lens array
980: second lens array
972, 982 ... small lens
990: Superimposed lens
Claims (9)
集光光を射出する光源装置と、
前記集光光を平行化するレンズと、
前記光源装置から射出される光線束の中心軸に垂直で互いに直交する2つの方向を第1および第2の方向とした場合に、前記第2の方向の大きさが前記第1の方向の大きさよりも短い略矩形状の光入射面を有しており、前記レンズから射出されて前記光入射面に入射した略平行な光線束を、偏光方向が互いに直交する2種類の偏光光線束に分離し、分離された2種類の偏光光線束を前記第2の方向に沿って並べることにより、射出する光線束の断面形状を前記第2の方向に沿って略平行なままで拡大するとともに、分離された2種類の偏光光線束のうちの一方の偏光方向を他方の偏光方向に揃えることにより、所定の偏光方向を有するほぼ1種類の偏光光線束を生成する偏光発生部と、
前記偏光発生部から射出された略平行な偏光光線束を、複数の部分偏光光線束に分割するためのレンズアレイと、
前記複数の部分偏光光線束を所定の照明領域に重畳するための重畳光学系と、を備え、
前記光源装置は、
発光管と、
回転楕円面形状の反射凹面を有し、前記反射凹面の焦点位置に配置された前記発光管の発光部から射出された光を反射するリフレクタと、を備え、
前記発光管には、前記光源装置から射出される光線束の断面形状が前記光入射面に近い形状となるように、前記発光部の管面上の一部に反射面が形成されていることを特徴とする照明光学系。An illumination optical system,
A light source device for emitting condensed light,
A lens for collimating the condensed light,
When two directions perpendicular to the center axis of the light beam emitted from the light source device and orthogonal to each other are defined as first and second directions, the size in the second direction is equal to the size in the first direction. It has a substantially rectangular light incident surface that is shorter than the light incident surface, and separates substantially parallel light beams emitted from the lens and incident on the light incident surface into two types of polarized light beams whose polarization directions are orthogonal to each other. By arranging the separated two types of polarized light beams along the second direction, the cross-sectional shape of the emitted light beam is expanded while being substantially parallel along the second direction, and separated. A polarization generating unit that generates substantially one type of polarized light beam having a predetermined polarization direction by aligning one polarization direction of the two types of polarized light beams with the other.
A lens array for dividing the substantially parallel polarized light beam emitted from the polarization generating unit into a plurality of partially polarized light beams,
A superimposing optical system for superimposing the plurality of partially polarized light beams on a predetermined illumination area,
The light source device,
An arc tube,
A reflector having a spheroidal reflective concave surface, and reflecting light emitted from a light emitting unit of the arc tube arranged at a focal position of the reflective concave surface,
A reflection surface is formed on a part of the light emitting unit on a tube surface of the light emitting tube such that a cross-sectional shape of a light beam emitted from the light source device has a shape close to the light incident surface. An illumination optical system characterized by the above.
前記反射面は、前記光源装置から射出される光線束の中心軸に垂直で前記発光部の中心を含む面よりも、前記光線束の進行方向側に位置する半分の管面上であって、前記半分の管面上を4つの領域に区分した区分領域のうちの、前記第1の方向に沿って対向する2つの区分領域には形成されず、前記第2の方向に沿って対向する他の2つの区分領域に形成されている、照明光学系。The illumination optical system according to claim 1, wherein
The reflecting surface is on a half tube surface located on the traveling direction side of the light beam, than a surface perpendicular to the central axis of the light beam emitted from the light source device and including the center of the light emitting unit, Of the divided regions obtained by dividing the half tube surface into four regions, two are not formed in the two divided regions facing each other along the first direction, and are not formed in the second region. An illumination optical system formed in the two divided areas.
前記リフレクタは、前記反射面が形成されている2つの区分領域から光が射出されると仮定した場合に、前記2つの区分領域から射出され得る光を反射するために要する前記反射凹面の領域が削除されている、照明光学系。The illumination optical system according to claim 2, wherein
The reflector is configured such that, assuming that light is emitted from the two divided areas where the reflection surface is formed, the area of the reflective concave surface required to reflect light that can be emitted from the two divided areas is Illumination optics have been removed.
前記偏光発生部は、前記光入射面の前記第1の方向の大きさと前記第2の方向の大きさとの比がほぼ2:1であり、前記射出する光線束の断面形状の前記第1の方向の大きさと前記第2の方向の大きさとの比がほぼ1:1となるように、前記光入射面から入射した略平行な光線束を前記第2の方向に沿って2倍に拡大する、照明光学系An illumination optical system according to any one of claims 1 to 3, wherein
The polarization generator may have a ratio of the size of the light incident surface in the first direction to the size of the second direction of approximately 2: 1, and the first shape of the cross-sectional shape of the emitted light beam. A substantially parallel light beam incident from the light incident surface is doubled along the second direction so that the ratio of the size in the direction to the size in the second direction is approximately 1: 1. , Illumination optics
前記偏光発生部は、
前記光入射面を有し、前記光入射面から入射した略平行な光線束を、第2の方向に沿って互いに直交する2種類の偏光光線束に分離するとともに、略平行なままで射出する光線束の断面形状が前記第2の方向に沿って拡大された偏光光線束を射出する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタから射出される2種類の偏光光線束のうちの一方の偏光方向を他方の偏光方向に揃えるための位相差板と、
を備える、照明光学系。An illumination optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein
The polarization generator,
Having the light incident surface, separating the substantially parallel light beams incident from the light incident surface into two types of polarized light beams orthogonal to each other along the second direction and emitting the light beams while being substantially parallel; A polarizing beam splitter that emits a polarized light beam whose cross-sectional shape is enlarged along the second direction;
A phase difference plate for aligning one polarization direction of the two types of polarized light beams emitted from the polarization beam splitter with the other polarization direction,
An illumination optical system comprising:
請求項1ないし5のいずれかに記載の照明光学系と、
前記照明光学系からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置で得られる変調光を投写する投写光学系と、
を備えることを特徴とするプロジェクタ。A projector,
An illumination optical system according to any one of claims 1 to 5,
A light modulation device that modulates light from the illumination optical system according to image information,
A projection optical system that projects modulated light obtained by the light modulation device,
A projector comprising:
発光管と、
回転楕円面形状の反射凹面を有し、前記反射凹面の焦点位置に配置された前記発光管の発光部から射出された光を反射するリフレクタと、を備え、
前記発光管は、前記光源装置から射出される光線束の中心軸に垂直で互いに直交する2つの方向を第1および第2の方向とした場合に、前記光源装置から射出される光線束の断面形状が、前記第1の方向に比べて前記第2の方向が小さい形状となるように、前記発光部の管面上の一部に反射面が形成されていることを特徴とする光源装置。A light source device,
An arc tube,
A reflector having a spheroidal reflective concave surface, and reflecting light emitted from a light emitting unit of the arc tube arranged at a focal position of the reflective concave surface,
The arc tube has a cross section of a light beam emitted from the light source device when two directions perpendicular to a central axis of the light beam emitted from the light source device and orthogonal to each other are defined as first and second directions. A light source device, wherein a reflection surface is formed on a part of the tube surface of the light emitting unit so that the shape is smaller in the second direction than in the first direction.
前記反射面は、前記光源装置から射出される光線束の中心軸に垂直で前記発光部の中心を含む面よりも、前記光線束の進行方向側に位置する半分の管面上であって、前記半分の管面上を4つの領域に区分した区分領域のうちの、前記第1の方向に沿って対向する2つの区分領域には形成されず、前記第2の方向に沿って対向する他の2つの区分領域に形成されており、
前記リフレクタは、前記反射面が形成されている2つの区分領域から光が射出されると仮定した場合に、前記2つの区分領域から射出され得る光を反射するために要する前記反射凹面の領域が削除されている、光源装置。The light source device according to claim 7,
The reflecting surface is on a half tube surface located on the traveling direction side of the light beam, than a surface perpendicular to the central axis of the light beam emitted from the light source device and including the center of the light emitting unit, Of the divided regions obtained by dividing the half tube surface into four regions, two are not formed in the two divided regions facing each other along the first direction, and are not formed in the second region. Are formed in two divided areas,
The reflector is configured such that, assuming that light is emitted from the two divided areas where the reflection surface is formed, the area of the reflective concave surface required to reflect light that can be emitted from the two divided areas is Light source device has been removed.
所定の中心軸に垂直で光を射出する発光部の中心を含む面によって区分される前記発光部のいずれか一方の半分の管面上であって、前記一方の半分の管面上を4つの領域に区分した区分領域のうちの、対向する2つの区分領域には反射面が形成されず、対向する他の2つの区分領域に反射面が形成されていることを特徴とする発光管。An arc tube,
One half of the light-emitting unit, which is divided by a plane including the center of the light-emitting unit that emits light perpendicular to a predetermined central axis, on one half of the light-emitting unit, An arc tube, wherein a reflection surface is not formed in two opposing divisional regions of the divided regions, and a reflection surface is formed in the other two opposing divisional regions.
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