JP2004219500A - Projector device - Google Patents

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JP2004219500A
JP2004219500A JP2003003850A JP2003003850A JP2004219500A JP 2004219500 A JP2004219500 A JP 2004219500A JP 2003003850 A JP2003003850 A JP 2003003850A JP 2003003850 A JP2003003850 A JP 2003003850A JP 2004219500 A JP2004219500 A JP 2004219500A
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Masahiko Tanitsu
雅彦 谷津
Futoshi Yamazaki
太志 山崎
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projector device realizing the high efficiency of a reflector. <P>SOLUTION: The reflector is constituted as the assembly of a plurality of section reflectors divided into a plurality of sections based on a distance from an optical axis, and constituted by tilting the section reflectors on a condition that a position where a light beam from a given point light source on the optical axis is reflected by the reflector and crosses with the optical axis is set so that a position where a light beam reflected by the section reflector near the optical axis crosses with the optical axis is more distant from the reflector than a position where a light beam reflected by the section reflector far from the optical axis crosses with the optical axis. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置に関する。この液晶プロジェクタ装置は、前面投射のいわゆる液晶プロジェクタや、投射型テレビといった分野に広く利用できる。
【0002】
【従来の技術】
業務用途の液晶プロジェクタが大きく普及してきている。また、従来のブラウン管に表示された画像をスクリーンに投影する方式の画像表示装置に代わるものとして、液晶表示素子を用いた投射型テレビの開発が行われてきた。
【0003】
業務用途の液晶プロジェクタとしては、0.9インチ液晶パネルで明るさ2000ルーメンを越える製品も商品化されてきているが、小型・低コストの観点から更に小さな液晶パネルの使用が望まれている。このとき、液晶パネルの小型化に伴い、基本的に明るさが低下するので、より高効率な照明光学系の実用化が望まれている。
【0004】
一方、家庭用の投射型テレビとしては、業務用の液晶プロジェクタに比べて、より忠実な色再現性、高いコントラスト性能及び素早い動画表示性能が求められている。色度性能を改善する一般的な方法は、赤・緑・青の各3原色の境の波長の光をカットすることであり、明るさが大きく劣化する。従って、この場合でも、より高効率な照明光学系の実用化が望まれている。
【0005】
従来より、光の利用効率を向上させるため、楕円リフレクタが使用されている。楕円リフレクタを用いた液晶プロジェクタにおいては、楕円リフレクタの第1焦点位置に配置された光源から出射した光線は、リフレクタで反射し、リフレクタの第2焦点位置に集光する。しかし、これが厳密に成立するのは、リフレクタの第1焦点位置に点光源を配置した場合だけである。実際には、光源は点光源とみなせない程のある広がり(大きさ)を有しており、光源から出射した光線は、リフレクタの第2焦点位置近傍に集光する。
【0006】
尚、リフレクタ自体の改善方法ではないが、下記特許文献1においては、楕円リフレクタにおいて、光源光軸近傍を通過する光路を有する光線を光源光軸に対して略平行光に補正するための凹状の補正面を楕円リフレクタと第2焦点との間に配置する方法が開示されている。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−244199号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、楕円リフレクタの第1焦点位置に配置した光源から出射した光線が第2焦点位置に集光するのは、光源が点光源と見なせる場合である。実際には、光源は僅かに離間した2つの輝点を有しており、広がりを持っているため、前記特許文献1の図8で示されているように、第1焦点F1の左右の2つの輝点610b,610cから出射された光線は、そのそれぞれの集光位置Fb,Fcに集光し、第2焦点F2を中心に広がりを持つ光源像614が形成される。
【0009】
一対のレンズアレイを用いたレンズアレイ方式のインテグレータ照明光学系を用いる場合、楕円リフレクタからの収束反射光線を光軸に略平行な光源とするため、前記特許文献1の図7で示されているような平行化レンズ640が使用される。しかし、光源が点光源と見なせない場合は、前記特許文献1の図10で示されているように、例えば光軸近傍を通過する光線611を平行化レンズ640で平行化できない。そこで、前記特許文献1では、光源光軸近傍を通過する光路を有する光線を光源光軸に対して略平行光に補正するための凹状の補正面を楕円リフレクタと第2焦点との間に配置する方法が開示されている。前記特許文献1の図1において、光源の輝点20bから出射し、楕円リフレクタ30の底部で反射した反射光線11は補正レンズ50によって光源光軸と略平行とされている。
【0010】
しかし、輝点20bからは物理的な遮蔽がなければ360度方向に光線が出射するので、例えば楕円リフレクタ30の最大開口径部近傍でも反射される。この場合、最大開口径部近傍からの反射光線は光源光軸に対して傾きが大きくなる(光線13よりさらに大きい)ので、補正レンズ50を通過せず、直接平行化レンズ60に入射し、光源光軸に対して平行化できない。
【0011】
また、前記特許文献1では、レンズアレイ方式のインテグレータ照明光学系について考慮されているが、例えばロッドレンズなどの所謂カレイドスコープ(万華鏡)を用いたロッドインテグレータ照明光学系について考慮されていない。
【0012】
本発明の目的は、上記した課題を解決し、リフレクタの高効率化を達成したプロジェクタ装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、白色光を照射する光源と、前記光源から出射した光束を反射し、光軸方向に向かう収束光束とするリフレクタと、前記リフレクタで集光された光束を入射し、光束を均一化する光導波路と、前記光導波路により均一化された光束を入射するライトバルブと、前記ライトバルブ上に形成された光学像を投射する投射レンズとを有し、前記リフレクタは、前記光軸からの距離に基づいて複数の切片に分割した複数の切片リフレクタの集合体として構成され、前記光軸上の所定の点光源からの光線が前記リフレクタで反射し前記光軸と交わる位置が、前記光軸から遠い切片リフレクタで反射した光線が前記光軸と交わる位置より、前記光軸に近い切片リフレクタで反射した光線の方が、前記リフレクタから離れた位置となるように、前記切片リフレクタを傾けて構成する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図1から図4と、図12から図14を用いて本発明の高効率リフレクタの実施の形態について説明する。また、図5から図11、表1から表3を用いて具体的な高効率化の根拠について説明する。なお、各図において、共通な部分には同一符号を付し、一度説明したものについては、繰り返して説明せず、その説明を省略する。
【0015】
図1は、本発明のリフレクタの作用を表している。図1において、1は光源、2はリフレクタである。一般的に、楕円リフレクタの場合は、第1焦点位置に配置した光源1から出射した光線は光源が点光源ならば楕円リフレクタ2で反射し第2焦点位置に集光する。しかし、実際には、光源1が点光源と見なせないので、詳細は後述するが、これに対応するため、本発明のリフレクタ2では、リフレクタ2の第1焦点位置から出射した光線がリフレクタ2で反射し光軸14と交わる位置が、光軸14から遠いリフレクタ2の部分で反射した光線203が光軸14と交わる位置より、光軸14に近いリフレクタ2の部分で反射した光線201の方が、リフレクタ2から離れた位置となるようにリフレクタ2の形状を規定するのを特徴としている。
【0016】
この基本となる考え方は、以下の3つのステップから成る。
【0017】
▲1▼先ず、リフレクタを光軸からの距離で複数の切片に分割し、リフレクタを各切片リフレクタの集合体として定義する。
【0018】
▲2▼次に、楕円リフレクタの第1焦点位置にある大きさを持った光源モデルを配置し、楕円リフレクタの第2焦点位置近傍で受光器を光軸上移動させながら、受光器に照射される光線本数が最大となる受光器の位置(ΔZ)を求める。
【0019】
▲3▼最後に、受光器の位置(ΔZ)を逆補正することによって、全ての切片リフレクタで反射する光束の集光位置を光軸上で同一の位置とする。
【0020】
この内容について、以下説明する。
【0021】
図2は、楕円リフレクタ2の第1焦点位置にある大きさを持った光源1に対応した光源モデルを配置した様態で、楕円リフレクタ2を複数の切片に分割し、各リフレクタ2の切片21による光束の集光状態の模式図を表している。このとき、受光器3で受ける光線本数を受光器3の位置を光軸上で移動させて計算比較した。
【0022】
尚、楕円リフレクタ2の切片の分割方法について、図3を用いて捕捉説明する。図3では、楕円リフレクタ2上に初期の点P1を定め、その点P1からの直線距離ΔLが一定となる点をP2と定め、次に、点P2から同じ直線距離ΔLの点を点P3と、曲線距離ΔLが一定となる点Piを順次求めることで、楕円リフレクタ2の分割を行った。この理由は、より細かく分割することで、本発明の目的である高効率化の効果が大きいこと、しかし、リフレクタの切片の大きさが小さくなり過ぎると、小さいリフレクタの切片の加工が困難になる。そこで、リフレクタの切片の大きさをそろえるために、図3の分割方法を採用した。
【0023】
リフレクタとしては、基準の形状を楕円として、第1焦点距離をf1=16mm、第2焦点距離をf2=137mm、リフレクタ反射面の有効範囲を、半径表示で8.3mm(楕円リフレクタ2の底部開口部穴径)から38.5mmとした。この楕円リフレクタ2の面上で、直線距離ΔLが1mm±0.0005mmの点Piを順次求めた。以下、点列Piを表1に示すが、座標系は、図2に示したように、光軸14をZ軸、光軸からの垂直方向をR軸とし、基準とした楕円リフレクタ2の頂点(光軸との交点)を原点としたときの、座標表示である。
【0024】
【表1】

Figure 2004219500
【0025】
次に、点P1と点P2の範囲のリフレクタの切片B1で、受光器3の位置を第2焦点位置を基準にΔZ=−20mmからΔZ=1mmまで1mm刻みに移動させて光線本数を計算した。以下、同様に、点P2から点P3の範囲のリフレクタの切片B2、と順次、点P46から点P47の範囲のリフレクタの切片B46まで各22回づつの計算を行った。
【0026】
以下、計算結果を図5から図11と、表2から表4を用いて説明する。
【0027】
図5において、光源1の大きさはアーク長(発光部の大きさに相当)1.4mm、受光器3の大きさは4×3mmである。尚、図5の縦軸は光線本数である。例えば、第1の切片(R=8.300〜9.254)ではΔZ=−19mmで光線本数が最大となり、第20の切片(R=24.292〜24.995)ではΔZ=−8mmで光線本数が最大となり、第46の切片(R=38.404〜38.791)ではΔZ=0mmで光線本数が最大となった。
【0028】
表2は、楕円リフレクタ2の各切片での光線本数の最大値を、第2焦点位置に受光器3を配置したときの光線本数で割った値を示した表である。
【0029】
【表2】
Figure 2004219500
【0030】
例えば、第1の切片(R=8.300〜9.254)では1.36倍、第20の切片(R=24.292〜24.995)では1.15倍、そして、第46の切片(R=38.404〜38.791)では1.00倍となった。各切片ごとの光線本数の最大値の和を、分割していないリフレクタの場合での光線本数で割った値は、1.10倍となった。即ち、各切片毎の最大となる光線本数を同じ受光面3上に集光させることができれば、この場合で約10%の効率改善が期待できる。
【0031】
尚、分割していない楕円リフレクタの場合も同様に、受光器3を光軸上で移動させて、光線本数の最大値を求めたところ、ΔZ=−1mmで最大値が得られた。改めて、この値を分母にとった場合でも、1.09倍の値となった。この場合でも、約9%の改善効果が期待できる。
【0032】
受光器3の大きさの違いによる期待される改善効果の関係を把握するために、受光器3の大きさを更に、2種類追加し、同様の計算を行った。図6は受光器3の大きさを5×3.75mmと大きくし同様の計算をした結果であり、対応する受光器サイズの表2の非分割の場合から約6%(ΔZ=−1mmで約5%)の改善効果が期待できる。図7は受光器3の大きさを6×4.5mmと大きくし同様の計算をした結果であり、対応する受光器サイズの表2の非分割の場合から約4%(ΔZ=−1mmで約3%)の改善効果が期待できる。受光器3が大きくなると、第2焦点位置でも大部分の光線が受光器3に入射するようになってくるので、本発明による改善効果は小さくなってくる。しかし、実際の照明光学系において、受光器3は例えば、ロッドレンズのようなインレグレータに相当するので、受光器3が大きいとは、ロッドレンズが大きいことであり、照明光学系の大型化が必要となる。仮に、照明光学系を大型化できたとしても、ロッドレンズの出射面の光量分布を、液晶パネルに代表されるライトバルブ面上に写像させる必要があり、ロッドレンズが大きいとその写像倍率が小さくなるので、ライトバルブに入射する光束のF値が小さくなり、後続の投射レンズで捕捉することが困難になってくる。
【0033】
次に、図5の設計パラメータを基準パラメータとして、今度はリフレクタの大きさを更に、2種類追加し、同様の計算を行った。図8はリフレクタ2の大きさを0.75倍し同様の計算をした結果であり、表3は、この場合に対応する、楕円リフレクタ2の各切片での光線本数の最大値を、第2焦点位置に受光器3を配置したときの光線本数で割った値を示した表である。
【0034】
【表3】
Figure 2004219500
【0035】
表3から明らかなように、約12%(ΔZ=−2mmで約11%)の改善効果が期待できる。図9はリフレクタ2の大きさを0.5倍し同様の計算をした結果であり、表3から約17%(ΔZ=−2mmで約13%)の改善効果が期待できる。分割の基準となる点P列には、図5での値を0.75倍した値を使用した。
本来、リフレクタ底部の穴径は、光源が入っている管球を通すためのもので、あり、比例では小さくできないのだが、リフレクタ2の大きさによる全体傾向を把握することと、おおよその改善効果を知るために、比例処理を行った。
【0036】
更に、図5の設計パラメータを基準パラメータとして、今度は光源1の大きさを更に、2種類追加し、同様の計算を行った。図10は光源1の大きさを1.1倍し同様の計算をした結果であり、表4は、この場合に対応する、楕円リフレクタ2の各切片での光線本数の最大値を、第2焦点位置に受光器3を配置したときの光線本数で割った値を示した表である。
【0037】
【表4】
Figure 2004219500
【0038】
表4から明らかなように、約13%(ΔZ=−2mmで約11%)の改善効果が期待できる。図11は光源1の大きさを0.9倍し同様の計算をした結果であり、表4から約7%(ΔZ=−2mmで約7%)の改善効果が期待できる。やはり、光源1についても、交流方式か直流方式か、或いは、高圧方式かそうでないか等々で、ある一定のアーク長でも実際の光源1の輝度分布は異なってくるが、光源1の大きさによる全体傾向を把握することと、おおよその改善効果を知るために、比例処理を行った。
【0039】
次に、表2から表4で求めた改善効果を実現するための手法について、図4を用いて説明する。
【0040】
図4は、リフレクタ2の切片21修正前と修正後を、光軸を挟んで図の上下に表した図である。図4の光軸14から上側がリフレクタ2の切片21の修正前であり、リフレクタ2の第1焦点位置から出射しリフレクタ2で反射した光線は、リフレクタ2の近軸像位置である第2焦点位置F2の受光器3に集光する。これに対して、光源1は点光源ではないので、図5から図11と表2から表4で説明したように、リフレクタ2で光軸に近い部分で反射した場合は、第2焦点位置F2よりリフレクタ2に近い側に寄った集光位置FAの受光器3に集光する。そこで、第1焦点位置から出射しリフレクタで反射した光線が第2焦点位置F2よりも、予め、リフレクタ2から遠い側にずれた位置FBに集光(近軸像が結像)するよう設定することによって、点光源でない光源1から出射した光束が、第2焦点位置F2で受光器3に一番良く集光させることができる。
【0041】
リフレクタ2のこの修正方法は、大きく分けて2種類の方法がある。先ず、第1の方法の実施形態について述べる。
【0042】
図12は、第1の方法の説明図である。各切片を代表する座標としては、例えば、点Piと点Pi+1で定義できる線分の中点を点Qiとして定義する。
【0043】
第1焦点位置(F1)から出射した光線がリフレクタ2上の点Qiで反射し、第2焦点位置(F2)で集光する場合、その光線の傾きは、点QiのR座標を、f2から点QiのZ座標を引いた値で割り、逆正接を取ることで求まる。同様に、ΔZデフォーカスへの光線の傾きは、分母からΔZ引いた値で同様の計算をして求まる。従って、図12のΔθは、求めた2つの角度の差を計算することで求まる。
【0044】
ここで、リフレクタ2の切片では、反射なので、半分の値Δθ/2分、切片を傾ければ良いことが分かる。
【0045】
また、点Qiの元々の傾き自体は、楕円の式を微分すれば求まるので、求めた角度をΔθ/2分、逆補正すればよい。点Qiでの傾き(正接と角度)とΔZとΔθ/2と、逆補正後の正接を表5に示す。
【0046】
【表5】
Figure 2004219500
【0047】
もとの基準とした楕円リフレクタの各切片を所定量、それぞれ傾けても良いが、リフレクタ2を十分均等に小さく分割していれば、各切片はRZ断面図で直線に近似できるので、その近似した直線を所定量、傾ければ良い。尚、立体的には、光軸に対して回転対称な形状なので、補正後の各切片は、それぞれ円推面の一部となる。
【0048】
補正後の各円錐面を連続して繋ぐために、隣り合った円錐面どうしの交点(点S)を求めた。点S列を表6に示す。尚、S1は直線R=8.3との交点で、S47は直線R=38.5との交点で求めた。
【0049】
【表6】
Figure 2004219500
【0050】
次に、図13を用いて、本発明の高効率リフレクタを、ロッドインテグレータを用いた照明光学系に適用した構成について説明する。図13で、1は光源、2はリフレクタ、4はロッドイングレータとしてロッドレンズを用いた光導波路、15は1/4波長板、5は平板状のP偏光光もしくはS偏光光のどちらか一方を透過し他方を反射させる機能を有する反射型偏光板、6は写像レンズ、7はダイクロミラー、8は全反射のミラー、9はフィールドレンズ、10はリレーレンズ、11はライトバルブとしてのパネル、12はクロスプリズム、13は投射レンズである。光源1から出射した光束は、本発明の光高率なリフレクタ2によりロッドインテグレータ4の入射面に集光し、ロッドインテグレータ4によって一様性を改善される。そして、ロッドインテグレータ4の出射面からの出射光は、後述する1/4波長板15と反射型偏光板5の作用により所定の偏光方向に揃えられる。一様性が改善されたインテグレータ4の出射側の光量分布は、写像レンズ6によってパネル11上に写像される。また、パネル直前のフィールドレンズ9は、パネル11へ入射する光線をテレセントリックとするためのものである。さらに、パネル11の途中の光路に配置したダイクロミラー7によって白色光は赤色と緑色と青色に分離される。ミラー8によって光路を折り曲げ、光路の長い1色の光路に関しては、リレーレンズ10を介して、全体として、赤色と緑色と青色の光束は、それぞれ赤用のパネル11と緑用のパネル11と青用のパネル11に照射される。
【0051】
1/4波長板15と反射型偏向板5の偏光変換作用について、図15を用いて以下説明する。図15は1/4波長板15と反射型偏向板5の偏光変換作用を説明する図で、(a)図は構成を、(b)図はロッドインテグレータ4の一入出射面形状を示す。図15において、ロッドインテグレータ4は入射面31に入射面より小さい面積の入射開口部32が設けられており、該入射開口部32以外の入射面に反射鏡33が設けられている。かつ、出射面34に出射面より小さい面積の出射開口部35と該出射開口部35以外の出射面に反射鏡36が設けられている。また、ロッドインテグレータ4の出射面34に1/4波長板15と反射型偏光板5が順に設けられている。本構成においては、入射開口部32に入射した光束のうち、出射開口部35以外の反射鏡36に入射した光束は反射されて入射開口部32側に戻る。入射開口部32側に戻ってきた光束のうち、入射開口部32から漏れていかない光束は反射鏡33で捕捉されて、出射開口部35側に折り返される。このような作用が繰り返されて、結局、出射開口部35を通過する。出射開口部35を通過した光束は特定の偏向方向の光束のみ反射型偏向板5を透過し、偏向方向が異なる光束は反射される。この反射光のうち入射開口部32から漏れていかない光束は入射面31の反射鏡33で折り返され、再び戻り、反射型偏光板5に入射する。この時、戻ってきた光束は往復で1/4波長板15を2回通過していることになるので、位相が1/2波長ずれ、偏向方向が所定偏光方向となり、今度は、反射型偏向板5の部分を通過する。このようにして、所定偏光方向に揃えられる。
【0052】
尚、1/4波長板15としてはフィルム波長板,水晶板,蒸着膜による波長板などが利用可能であるが、耐熱性の観点から水晶や蒸着膜の方が信頼性や性能が高い。反射型偏光板5としては、金属,無機物もしくはガラス材のワイヤーグリッド型偏光板が適切である。これらを用いれば、反射効率も高くなり、光効率向上が望める。また、偏向方向が問題とならない、ミラー反射のライトバルブ素子との組み合わせにおいては、偏向変換素子(1/4波長板15と反射型偏光板5)は不要となる。
【0053】
本発明によれば、リフレクタ2で反射された広がりを有する光源1からの光束は、特開2002−244199号公報や特開2001−110217号公報で指摘されているような光源像の広がりがなく、インテグレータ4の入射開口面に集光するので、インテグレータ4への入射効率が従来に比べ向上し、高効率なリフレクタを実現することが可能となる。
【0054】
図13では、本発明の高効率リフレクタを、ロッドインテグレータを用いた照明光学系に適用したが、一対のレンズアレイを用いたレンズアレイ方式のインテグレータ照明光学系に適用してもよいことは明らかである。特開2002−244199号公報の図10において、リフレクタ620を本発明によるリフレクタ2に置き換えれば、広がりを有する光源からの反射光線は、光線611のような光線を生じることなく、第2焦点位置F2に集光するように向かうので、平行化レンズ640により光源光軸600aXに略平行とすることができる。
【0055】
次に、図14を用いて、本発明の第2の方法の実施の形態について説明する。
【0056】
図14は本発明の第2の方法の実施の形態による高効率リフレクタを示す説明図である。図14において、第2の実施形態のリフレクタ102は、第1焦点距離f1=16mm、第2焦点距離f2=137mm、リフレクタ反射面の有効範囲8.3mmから38.5mm(半径表示)の楕円リフレクタを、反射面がφ40mmからφ77mmである光軸から離れた側の楕円リフレクタ102Bはそのままの形状とし、反射面がφ16.6mmからφ40mmである光軸に近い側の楕円リフレクタを第1焦点距離f1=16mm、第2焦点距離f2=153mmの楕円リフレクタ102Aで構成したものである。第1焦点距離から出射した光線のうち、光軸から離れた楕円リフレクタ102Bで反射した光線はリフレクタ頂点(光軸との交点)から137mmの第2焦点位置F2Bで集光し、光軸から近い楕円リフレクタ102Aで反射した光線はリフレクタ頂点から153mmの第2焦点位置F2Aで集光している。このとき、図4で示したように、点光源とは異なるある大きさをもった光源モデルの場合では、光軸に近い楕円リフレクタ102Aの光量最大となる位置が第2焦点位置F2Aからリフレクタ側に寄るので、楕円リフレクタ102Aの光量最大となる位置を光軸から離れた楕円リフレクタ102Bの第2焦点位置F2Bの近傍に一致させることができる。
【0057】
また、以上のように、本発明によれば、リフレクタの径が大きい部分の修正を実施していないので、楕円リフレクタからロッドレンズへ入射する最大角度が一定のままである。この意味について以下、説明する。
【0058】
楕円リフレクタの第2焦点距離と第1焦点距離の比で定義できる楕円リフレクタの倍率を小さくすれば、光源の楕円リフレクタによる像の大きさを小さくできるので、ロッドレンズへの入射効率は向上する。しかしながら、このとき、ロッドレンズへ入射する光束の最大角度が大きくなる。即ち、ロッドレンズへ入射する光束のF値が小さくなる。この結果、後続の投射レンズでの光束の補足率が劣化する。
【0059】
従って、本発明では照明光学系のF値を変更することなく、高効率なリフレクタを実現しており、照明光学系全体としての光線通過率の改善を実現している。また、本文中で説明したロッドレンズタイプのインテグレータとしては、ロッドレンズに限らず内側に鏡面を有する四角柱、或いは、四角錐の一部でも本発明が成立することは明らかである。
【0060】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、リフレクタを光軸からの距離で分割し、点光源とは異なる大きさを持った光源による集光位置を、リフレクタの各切片で一致させた高効率リフレクタおよび、及び、それを用いた投射方プロジェクタ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における高効率リフレクタの光線図である。
【図2】本発明の実施の形態1におけるリフレクタの各切片での反射光量が最大となる光軸上の位置の求める方を示す説明図である。
【図3】本発明の実施の形態1におけるリフレクタの分割の方法を示す説明図である。
【図4】本発明の実施の形態1のリフレクタの各切片の補正の考え方の説明図である。
【図5】リフレクタの各切片による反射光量の受光器の位置による変化を示す説明図である。
【図6】リフレクタの各切片による反射光量の受光器の位置による変化を示す説明図である。
【図7】リフレクタの各切片による反射光量の受光器の位置による変化を示す説明図である。
【図8】リフレクタの各切片による反射光量の受光器の位置による変化を示す説明図である。
【図9】リフレクタの各切片による反射光量の受光器の位置による変化を示す説明図である。
【図10】リフレクタの各切片による反射光量の受光器の位置による変化を示す説明図である。
【図11】リフレクタの各切片による反射光量の受光器の位置による変化を示す説明図である。
【図12】リフレクタの各切片による反射角度の補正の方法の説明図である。
【図13】本発明の実施の形態1による高効率リフレクタを用いた照明光学系の構成を示す説明図である。
【図14】本発明の実施の形態2による高効率リフレクタを示す説明図である。
【図15】1/4波長板14と反射型偏向板5の偏光変換作用を説明する図である。
【符号の説明】
1…光源、2…リフレクタ、3…受光器、4…ロッドインテグレータ、5…反射型偏光板、6…写像レンズ、7…ダイクロミラー、8…ミラー、9…フィールドレンズ、10…リレーレンズ、11…パネル、12…クロスプリズムル、13…投射レンズ、14…光軸、15…1/4波長板、31…入射面、32…入射開口部、33…反射鏡、34…出射面、35…出射開口部、36…反射鏡、102…リフレクタ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal projector using a liquid crystal panel. This liquid crystal projector device can be widely used in fields such as a so-called front-projection liquid crystal projector and a projection television.
[0002]
[Prior art]
Liquid crystal projectors for business use have been widely spread. Further, as an alternative to the conventional image display device of the type in which an image displayed on a cathode ray tube is projected on a screen, a projection type television using a liquid crystal display element has been developed.
[0003]
As a liquid crystal projector for business use, a 0.9-inch liquid crystal panel having a brightness exceeding 2000 lumens has been commercialized. However, from the viewpoint of miniaturization and low cost, use of a smaller liquid crystal panel is desired. At this time, as the size of the liquid crystal panel is reduced, the brightness basically decreases. Therefore, the practical use of a more efficient illumination optical system is desired.
[0004]
On the other hand, projection televisions for home use are required to have more faithful color reproducibility, high contrast performance, and quick moving image display performance than liquid crystal projectors for business use. A general method for improving the chromaticity performance is to cut off the light at the wavelengths of the three primary colors of red, green, and blue, and the brightness is greatly deteriorated. Therefore, even in this case, practical use of a more efficient illumination optical system is desired.
[0005]
Conventionally, an elliptical reflector has been used to improve the light use efficiency. In a liquid crystal projector using an elliptical reflector, a light beam emitted from a light source disposed at a first focal position of the elliptical reflector is reflected by the reflector and condensed at a second focal position of the reflector. However, this only holds true strictly when the point light source is arranged at the first focal position of the reflector. Actually, the light source has a certain spread (size) that cannot be regarded as a point light source, and the light beam emitted from the light source is collected near the second focal position of the reflector.
[0006]
Although it is not a method of improving the reflector itself, in the following Patent Document 1, in an elliptical reflector, a concave shape for correcting a light beam having an optical path passing near the light source optical axis to light substantially parallel to the light source optical axis. A method of disposing a correction surface between an elliptical reflector and a second focal point is disclosed.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-244199
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the light emitted from the light source arranged at the first focal position of the elliptical reflector is focused at the second focal position when the light source can be regarded as a point light source. Actually, the light source has two bright spots slightly separated from each other, and has a spread. Therefore, as shown in FIG. Light rays emitted from the three bright spots 610b and 610c are condensed at their respective light condensing positions Fb and Fc, and a light source image 614 having a spread around the second focal point F2 is formed.
[0009]
When a lens array type integrator illumination optical system using a pair of lens arrays is used, a convergent reflected light beam from an elliptical reflector is used as a light source substantially parallel to the optical axis, which is shown in FIG. Such a collimating lens 640 is used. However, when the light source cannot be regarded as a point light source, as shown in FIG. 10 of Patent Document 1, for example, the light beam 611 passing near the optical axis cannot be parallelized by the parallelizing lens 640. Therefore, in Patent Document 1, a concave correction surface for correcting a light beam having an optical path passing near the optical axis of the light source to light substantially parallel to the optical axis of the light source is disposed between the elliptical reflector and the second focal point. A method for doing so is disclosed. In FIG. 1 of Patent Document 1, the reflected light beam 11 emitted from the bright spot 20b of the light source and reflected at the bottom of the elliptical reflector 30 is made substantially parallel to the optical axis of the light source by the correction lens 50.
[0010]
However, if there is no physical shielding from the luminescent spot 20b, light rays are emitted in the 360-degree direction, so that the light is reflected even near the maximum aperture diameter of the elliptical reflector 30, for example. In this case, the reflected light from the vicinity of the maximum aperture diameter has a large inclination with respect to the optical axis of the light source (even larger than the light ray 13). It cannot be parallelized to the optical axis.
[0011]
In Patent Document 1, a lens array type integrator illumination optical system is considered, but a rod integrator illumination optical system using a so-called kaleidoscope (kaleidoscope) such as a rod lens is not considered.
[0012]
An object of the present invention is to provide a projector device which solves the above-mentioned problem and achieves high efficiency of a reflector.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, according to the present invention, a light source that emits white light, a reflector that reflects a light beam emitted from the light source to be a convergent light beam directed in an optical axis direction, and a light beam condensed by the reflector And an optical waveguide for equalizing the light flux, a light valve for injecting the light flux uniformized by the optical waveguide, and a projection lens for projecting an optical image formed on the light valve, The reflector is configured as an aggregate of a plurality of segment reflectors divided into a plurality of segments based on the distance from the optical axis, and a light beam from a predetermined point light source on the optical axis is reflected by the reflector and the optical axis is reflected. The position at which the light intercepts the light reflected at the intercept reflector closer to the optical axis than the light reflected at the intercept reflector far from the optical axis is higher than the light intercepted at the intercept reflector. As the position, constitutes tilting the said sections reflector.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the high-efficiency reflector of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and FIGS. Further, specific grounds for higher efficiency will be described with reference to FIGS. 5 to 11 and Tables 1 to 3. In each of the drawings, common parts are denoted by the same reference numerals, and those that have been described once will not be described repeatedly, and description thereof will be omitted.
[0015]
FIG. 1 illustrates the operation of the reflector of the present invention. In FIG. 1, 1 is a light source, and 2 is a reflector. Generally, in the case of an elliptical reflector, the light emitted from the light source 1 disposed at the first focal position is reflected by the elliptical reflector 2 and focused at the second focal position if the light source is a point light source. However, actually, since the light source 1 cannot be regarded as a point light source, the details will be described later. To deal with this, in the reflector 2 of the present invention, the light beam emitted from the first focal position of the reflector 2 is reflected. The light beam 203 reflected at the portion of the reflector 2 closer to the optical axis 14 is closer to the position where the light beam 203 reflected at the point and intersects the optical axis 14 is reflected at the portion of the reflector 2 closer to the optical axis 14 than the position at which the light beam 203 reflected at the portion of the reflector 2 far from the optical axis 14 intersects. However, it is characterized in that the shape of the reflector 2 is defined so as to be located at a position distant from the reflector 2.
[0016]
This basic idea consists of the following three steps.
[0017]
{Circle around (1)} First, the reflector is divided into a plurality of sections at a distance from the optical axis, and the reflector is defined as an aggregate of each section reflector.
[0018]
(2) Next, a light source model having a size at the first focal position of the elliptical reflector is arranged, and the light is irradiated onto the optical receiver while moving the optical receiver on the optical axis near the second focal position of the elliptical reflector. The position (ΔZ) of the photodetector at which the number of light beams becomes maximum is determined.
[0019]
{Circle around (3)} Finally, the light receiving positions (ΔZ) are inversely corrected, so that the condensing positions of the light beams reflected by all the intercept reflectors are made the same on the optical axis.
[0020]
This will be described below.
[0021]
FIG. 2 shows a state in which a light source model corresponding to the light source 1 having a size at the first focal position of the elliptical reflector 2 is arranged, and the elliptical reflector 2 is divided into a plurality of sections, and the sections 21 of each reflector 2 are used. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a state of condensing a light beam. At this time, the number of light beams received by the light receiver 3 was calculated and compared by moving the position of the light receiver 3 on the optical axis.
[0022]
The method of dividing the slice of the elliptical reflector 2 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, an initial point P1 is defined on the elliptical reflector 2, a point at which the linear distance ΔL from the point P1 is constant is defined as P2, and a point having the same linear distance ΔL from the point P2 is defined as a point P3. The elliptical reflector 2 was divided by sequentially obtaining points Pi at which the curve distance ΔL becomes constant. The reason for this is that the effect of high efficiency, which is the object of the present invention, is great by dividing into smaller pieces. However, if the size of the section of the reflector is too small, it becomes difficult to process the section of the small reflector. . Therefore, in order to make the size of the sections of the reflector uniform, the dividing method shown in FIG. 3 was adopted.
[0023]
As the reflector, the reference shape is an ellipse, the first focal length is f1 = 16 mm, the second focal length is f2 = 137 mm, and the effective range of the reflector reflecting surface is 8.3 mm in radius notation (the bottom opening of the elliptical reflector 2). (Part hole diameter) was set to 38.5 mm. On the surface of the elliptical reflector 2, points Pi having a linear distance ΔL of 1 mm ± 0.0005 mm were sequentially obtained. Hereinafter, a point sequence Pi is shown in Table 1. As shown in FIG. 2, the coordinate system is such that the optical axis 14 is the Z axis, the vertical direction from the optical axis is the R axis, and the vertex of the elliptical reflector 2 is set as a reference. This is a coordinate display when (intersection with the optical axis) is set as the origin.
[0024]
[Table 1]
Figure 2004219500
[0025]
Next, at the intercept B1 of the reflector in the range between the points P1 and P2, the number of light rays was calculated by moving the position of the light receiver 3 from ΔZ = −20 mm to ΔZ = 1 mm in increments of 1 mm based on the second focal position. . Hereinafter, similarly, calculation was performed 22 times for each of the intercept B2 of the reflector in the range from the point P2 to the point P3 and the intercept B46 of the reflector in the range from the point P46 to the point P47.
[0026]
Hereinafter, the calculation results will be described with reference to FIGS. 5 to 11 and Tables 2 to 4.
[0027]
In FIG. 5, the size of the light source 1 is 1.4 mm in arc length (corresponding to the size of the light emitting portion), and the size of the light receiver 3 is 4 × 3 mm. The vertical axis in FIG. 5 is the number of light rays. For example, in the first section (R = 8.300 to 9.254), the number of light beams becomes maximum at ΔZ = −19 mm, and in the twentieth section (R = 24.292 to 24.995), ΔZ = −8 mm. The number of light beams became the maximum, and in the 46th section (R = 38.404 to 38.791), the number of light beams became the maximum when ΔZ = 0 mm.
[0028]
Table 2 is a table showing a value obtained by dividing the maximum value of the number of light rays at each section of the elliptical reflector 2 by the number of light rays when the light receiver 3 is arranged at the second focal position.
[0029]
[Table 2]
Figure 2004219500
[0030]
For example, the first section (R = 8.300-9.254) is 1.36 times, the twentieth section (R = 24.292-249.95) is 1.15 times, and the 46th section. (R = 38.404 to 38.791), it was 1.00 times. The value obtained by dividing the sum of the maximum values of the number of light beams for each section by the number of light beams in the case of an undivided reflector was 1.10 times. That is, if the maximum number of light beams for each section can be converged on the same light receiving surface 3, an efficiency improvement of about 10% can be expected in this case.
[0031]
In the case of an undivided elliptical reflector, similarly, when the light receiver 3 was moved on the optical axis to find the maximum value of the number of light beams, the maximum value was obtained at ΔZ = -1 mm. Again, even when this value was taken as the denominator, the value was 1.09 times. Even in this case, an improvement effect of about 9% can be expected.
[0032]
In order to grasp the relationship between the expected improvement effect due to the difference in the size of the light receiver 3, two more sizes of the light receiver 3 were added, and the same calculation was performed. FIG. 6 shows the result of a similar calculation with the size of the photodetector 3 increased to 5 × 3.75 mm, which is approximately 6% (ΔZ = −1 mm) from the corresponding non-divided photoreceiver size in Table 2. An improvement effect of about 5%) can be expected. FIG. 7 shows the result of a similar calculation with the size of the photodetector 3 increased to 6 × 4.5 mm, which is approximately 4% (ΔZ = −1 mm) from the corresponding non-divided photoreceiver size in Table 2. About 3%). As the size of the light receiver 3 increases, most of the light rays enter the light receiver 3 even at the second focal position, and the improvement effect of the present invention decreases. However, in an actual illumination optical system, the light receiver 3 corresponds to, for example, an integrator such as a rod lens. Therefore, a large light receiver 3 means a large rod lens, and it is necessary to increase the size of the illumination optical system. It becomes. Even if the illumination optical system can be made larger, it is necessary to map the light amount distribution on the exit surface of the rod lens onto a light valve surface represented by a liquid crystal panel. Therefore, the F value of the light beam incident on the light valve becomes small, and it becomes difficult to capture the light beam by the subsequent projection lens.
[0033]
Next, using the design parameters of FIG. 5 as reference parameters, two more reflector sizes were added, and the same calculation was performed. FIG. 8 shows the result of a similar calculation with the size of the reflector 2 multiplied by 0.75. Table 3 shows the maximum value of the number of light rays at each section of the elliptical reflector 2 corresponding to this case. It is the table | surface which showed the value which divided | divided by the number of light rays when the photodetector 3 was arrange | positioned at a focal position.
[0034]
[Table 3]
Figure 2004219500
[0035]
As is clear from Table 3, an improvement effect of about 12% (about 11% when ΔZ = −2 mm) can be expected. FIG. 9 shows the result of a similar calculation with the size of the reflector 2 multiplied by 0.5. From Table 3, an improvement effect of about 17% (about 13% when ΔZ = −2 mm) can be expected. The value obtained by multiplying the value in FIG. 5 by 0.75 was used for the point P column serving as a reference for division.
Originally, the diameter of the hole at the bottom of the reflector is for the passage of the bulb containing the light source, and cannot be reduced in proportion. However, it is important to understand the overall tendency due to the size of the reflector 2 and roughly improve the effect. To find out, a proportional process was performed.
[0036]
Further, two types of the size of the light source 1 were added using the design parameters of FIG. 5 as reference parameters, and the same calculation was performed. FIG. 10 shows the result of the same calculation with the size of the light source 1 multiplied by 1.1. Table 4 shows the maximum value of the number of light rays at each section of the elliptical reflector 2 corresponding to this case. It is the table | surface which showed the value which divided | divided by the number of light rays when the photodetector 3 was arrange | positioned at a focal position.
[0037]
[Table 4]
Figure 2004219500
[0038]
As is clear from Table 4, an improvement effect of about 13% (about 11% when ΔZ = −2 mm) can be expected. FIG. 11 shows the result of a similar calculation with the size of the light source 1 multiplied by 0.9, and an improvement effect of about 7% (about 7% at ΔZ = −2 mm) can be expected from Table 4. As for the light source 1, the actual brightness distribution of the light source 1 differs depending on the AC type, the DC type, the high voltage type, or the like. Proportional processing was performed to grasp the overall trend and to know the approximate improvement effect.
[0039]
Next, a method for realizing the improvement effects obtained from Tables 2 to 4 will be described with reference to FIG.
[0040]
FIG. 4 is a diagram showing before and after the correction of the section 21 of the reflector 2 at the top and bottom of the drawing with the optical axis interposed therebetween. The upper side from the optical axis 14 in FIG. 4 is before the correction of the section 21 of the reflector 2, and the light beam emitted from the first focal point position of the reflector 2 and reflected by the reflector 2 is the second focal point which is the paraxial image position of the reflector 2. The light is focused on the light receiver 3 at the position F2. On the other hand, since the light source 1 is not a point light source, as described with reference to FIGS. 5 to 11 and Tables 2 to 4, when light is reflected by the reflector 2 at a portion close to the optical axis, the second focal position F2 The light is condensed on the light receiver 3 at the light condensing position FA closer to the side closer to the reflector 2. Therefore, it is set in advance that the light beam emitted from the first focal position and reflected by the reflector is condensed (a paraxial image is formed) at a position FB shifted farther from the reflector 2 than the second focal position F2. Thus, the light beam emitted from the light source 1 that is not a point light source can be best focused on the light receiver 3 at the second focal position F2.
[0041]
This method of correcting the reflector 2 is roughly classified into two types. First, an embodiment of the first method will be described.
[0042]
FIG. 12 is an explanatory diagram of the first method. As coordinates representing each intercept, for example, the midpoint of a line segment defined by points Pi and Pi + 1 is defined as point Qi.
[0043]
When the light beam emitted from the first focal position (F1) is reflected at the point Qi on the reflector 2 and condensed at the second focal position (F2), the inclination of the light beam is calculated by changing the R coordinate of the point Qi from f2. It is obtained by dividing by the value obtained by subtracting the Z coordinate of the point Qi and taking the arc tangent. Similarly, the inclination of the light beam to ΔZ defocus is obtained by performing the same calculation using a value obtained by subtracting ΔZ from the denominator. Therefore, Δθ in FIG. 12 can be obtained by calculating the difference between the obtained two angles.
[0044]
Here, since the intercept of the reflector 2 is reflected, it can be seen that the intercept should be tilted by half the value Δθ / 2.
[0045]
Further, since the original inclination itself of the point Qi can be obtained by differentiating the elliptic equation, the obtained angle may be inversely corrected by Δθ / 2. Table 5 shows the inclination (tangent and angle), ΔZ and Δθ / 2 at the point Qi, and the tangent after the inverse correction.
[0046]
[Table 5]
Figure 2004219500
[0047]
Each section of the elliptical reflector used as the original reference may be inclined by a predetermined amount. However, if the reflector 2 is divided into small portions evenly, each section can be approximated to a straight line in the RZ sectional view. What is necessary is just to incline the drawn straight line by a predetermined amount. Note that, since the shape is three-dimensionally rotationally symmetric with respect to the optical axis, each of the corrected slices is a part of a circular surface.
[0048]
In order to continuously connect the corrected conical surfaces, an intersection (point S) between adjacent conical surfaces was obtained. Table 6 shows the point S column. Note that S1 was determined at the intersection with the straight line R = 8.3, and S47 was determined at the intersection with the straight line R = 38.5.
[0049]
[Table 6]
Figure 2004219500
[0050]
Next, a configuration in which the high-efficiency reflector of the present invention is applied to an illumination optical system using a rod integrator will be described with reference to FIG. In FIG. 13, 1 is a light source, 2 is a reflector, 4 is an optical waveguide using a rod lens as a rod integrator, 15 is a 1/4 wavelength plate, and 5 is either a plate-shaped P-polarized light or an S-polarized light. A reflective polarizing plate having a function of transmitting light and reflecting the other, 6 is a mapping lens, 7 is a dichroic mirror, 8 is a total reflection mirror, 9 is a field lens, 10 is a relay lens, 11 is a panel as a light valve, 12 is a cross prism, and 13 is a projection lens. The light beam emitted from the light source 1 is condensed on the incident surface of the rod integrator 4 by the light-efficient reflector 2 of the present invention, and the rod integrator 4 improves the uniformity. Then, the light emitted from the emission surface of the rod integrator 4 is aligned in a predetermined polarization direction by the function of a 波長 wavelength plate 15 and a reflective polarizer 5 described later. The light amount distribution on the emission side of the integrator 4 having improved uniformity is mapped on the panel 11 by the mapping lens 6. The field lens 9 immediately before the panel is for making the light beam incident on the panel 11 telecentric. Further, the white light is separated into red, green and blue by the dichroic mirror 7 arranged on the optical path in the middle of the panel 11. The optical path is bent by the mirror 8, and the red, green, and blue luminous fluxes of the red, green, and blue light beams as a whole are transmitted through the relay lens 10 with respect to the light path of one color having a long optical path. To the panel 11 for use.
[0051]
The polarization conversion operation of the quarter-wave plate 15 and the reflective deflecting plate 5 will be described below with reference to FIG. FIGS. 15A and 15B are views for explaining the polarization conversion action of the 波長 wavelength plate 15 and the reflective deflecting plate 5. FIG. 15A shows the configuration, and FIG. In FIG. 15, the rod integrator 4 has an entrance surface 31 provided with an entrance opening 32 having an area smaller than the entrance surface, and a reflection mirror 33 provided on an entrance surface other than the entrance opening 32. In addition, an exit opening 35 having an area smaller than the exit surface is provided on the exit surface 34, and a reflecting mirror 36 is provided on the exit surface other than the exit opening 35. The イ ン テ グ wavelength plate 15 and the reflective polarizer 5 are sequentially provided on the emission surface 34 of the rod integrator 4. In this configuration, of the light beams incident on the entrance opening 32, the light beams incident on the reflecting mirrors 36 other than the exit opening 35 are reflected and return to the entrance opening 32 side. Of the light flux returning to the entrance opening 32 side, the light flux not leaking from the entrance opening 32 is captured by the reflecting mirror 33 and turned back to the exit opening 35 side. Such an operation is repeated, and eventually passes through the emission opening 35. With respect to the light beam that has passed through the emission opening 35, only the light beam in a specific deflection direction is transmitted through the reflective deflecting plate 5, and the light beams having different deflection directions are reflected. Of the reflected light, the light flux that does not leak from the entrance opening 32 is turned back by the reflecting mirror 33 on the incident surface 31, returns again, and enters the reflective polarizing plate 5. At this time, since the returned light beam has passed through the quarter-wave plate 15 twice in a reciprocating manner, the phase is shifted by 波長 wavelength and the deflection direction is the predetermined polarization direction. It passes through the part of the plate 5. In this way, the light is aligned in a predetermined polarization direction.
[0052]
In addition, as the quarter-wave plate 15, a film wave plate, a quartz plate, a wave plate made of a vapor-deposited film, or the like can be used, but from the viewpoint of heat resistance, quartz or a vapor-deposited film has higher reliability and performance. As the reflective polarizer 5, a wire grid polarizer made of metal, inorganic material, or glass material is suitable. If these are used, the reflection efficiency is increased, and improvement in light efficiency can be expected. Further, in a combination with a mirror-reflecting light valve element in which the deflection direction does not matter, the deflection conversion element (the quarter-wave plate 15 and the reflective polarizing plate 5) becomes unnecessary.
[0053]
According to the present invention, the light flux from the light source 1 having the spread reflected by the reflector 2 does not have the spread of the light source image as pointed out in JP-A-2002-244199 and JP-A-2001-110217. Since the light is condensed on the entrance aperture surface of the integrator 4, the incidence efficiency on the integrator 4 is improved as compared with the conventional case, and a highly efficient reflector can be realized.
[0054]
In FIG. 13, the high-efficiency reflector of the present invention is applied to an illumination optical system using a rod integrator. However, it is obvious that the reflector may be applied to a lens array type integrator illumination optical system using a pair of lens arrays. is there. In FIG. 10 of JP-A-2002-244199, if the reflector 620 is replaced with the reflector 2 according to the present invention, the reflected light from the divergent light source does not generate a light like the light 611, and the second focal position F2 Therefore, the light can be made substantially parallel to the light source optical axis 600aX by the collimating lens 640.
[0055]
Next, an embodiment of the second method of the present invention will be described with reference to FIG.
[0056]
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a high-efficiency reflector according to an embodiment of the second method of the present invention. In FIG. 14, the reflector 102 of the second embodiment has an elliptical reflector having a first focal length f1 = 16 mm, a second focal length f2 = 137 mm, and an effective range of the reflector reflecting surface of 8.3 mm to 38.5 mm (radius display). The elliptical reflector 102B on the side away from the optical axis having a reflecting surface of φ40 mm to φ77 mm has the same shape, and the elliptical reflector on the side near the optical axis having a reflecting surface of φ16.6 mm to φ40 mm has a first focal length f1. = 16 mm and a second focal length f2 = 153 mm. Of the light rays emitted from the first focal length, the light rays reflected by the elliptical reflector 102B away from the optical axis are condensed at a second focal position F2B 137 mm from the reflector vertex (intersection with the optical axis) and are close to the optical axis. The light beam reflected by the elliptical reflector 102A is collected at a second focal position F2A 153 mm from the top of the reflector. At this time, as shown in FIG. 4, in the case of the light source model having a certain size different from the point light source, the position where the amount of light of the elliptical reflector 102A near the optical axis becomes maximum is from the second focal position F2A to the reflector side. Therefore, the position where the amount of light of the elliptical reflector 102A becomes maximum can be made to coincide with the vicinity of the second focal position F2B of the elliptical reflector 102B far from the optical axis.
[0057]
Further, as described above, according to the present invention, since the correction of the portion where the diameter of the reflector is large is not performed, the maximum angle of incidence from the elliptical reflector to the rod lens remains constant. The meaning will be described below.
[0058]
If the magnification of the elliptical reflector, which can be defined by the ratio of the second focal length to the first focal length of the elliptical reflector, is reduced, the size of the image formed by the elliptical reflector of the light source can be reduced, so that the efficiency of incidence on the rod lens is improved. However, at this time, the maximum angle of the light beam incident on the rod lens becomes large. That is, the F value of the light beam incident on the rod lens becomes small. As a result, the rate at which the light beam is captured by the subsequent projection lens deteriorates.
[0059]
Therefore, in the present invention, a highly efficient reflector is realized without changing the F value of the illumination optical system, and the light transmittance of the entire illumination optical system is improved. It is apparent that the present invention is not limited to the rod lens but may be a quadratic prism having a mirror surface inside or a part of a quadrangular pyramid as the rod lens type integrator described in the text.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the reflector is divided by the distance from the optical axis, and the light-collecting position of the light source having a size different from that of the point light source is matched by each section of the reflector. It is possible to provide a reflector and a projector using the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a ray diagram of a high-efficiency reflector according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing how to find a position on the optical axis where the amount of reflected light at each section of the reflector according to the first embodiment of the present invention is maximum.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method of dividing the reflector according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a concept of correcting each intercept of the reflector according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a change in the amount of light reflected by each section of the reflector depending on the position of a light receiver;
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a change in the amount of light reflected by each section of the reflector depending on the position of the light receiver;
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a change in the amount of light reflected by each section of the reflector depending on the position of the light receiver;
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a change in the amount of light reflected by each section of the reflector depending on the position of the light receiver;
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a change in the amount of light reflected by each section of the reflector depending on the position of the light receiver;
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a change in the amount of light reflected by each section of the reflector depending on the position of the light receiver;
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a change in the amount of light reflected by each section of the reflector depending on the position of the light receiver;
FIG. 12 is an explanatory diagram of a method of correcting a reflection angle by each section of the reflector.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a configuration of an illumination optical system using the high-efficiency reflector according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a high-efficiency reflector according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram for explaining the polarization conversion action of the 波長 wavelength plate 14 and the reflection type deflection plate 5;
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 light source 2 reflector 3 light receiver 4 rod integrator 5 reflection polarizer 6 mapping lens 7 dichroic mirror 8 mirror 9 field lens 10 relay lens 11 ... panel, 12 ... cross prism, 13 ... projection lens, 14 ... optical axis, 15 ... 1/4 wavelength plate, 31 ... entrance surface, 32 ... entrance aperture, 33 ... reflecting mirror, 34 ... exit surface, 35 ... Outgoing aperture, 36 ... Reflector, 102 ... Reflector.

Claims (5)

白色光を照射する光源と、
前記光源から出射した光束を反射し、光軸方向に向かう収束光束とするリフレクタと、
前記リフレクタで集光された光束を入射し、光束を均一化する光導波路と、
前記光導波路により均一化された光束を入射するライトバルブと、
前記ライトバルブ上に形成された光学像を投射する投射レンズとを有し、
前記リフレクタは、前記光軸からの距離に基づいて複数の切片に分割した複数の切片リフレクタの集合体として構成され、
前記光軸上の所定の点光源からの光線が前記リフレクタで反射し前記光軸と交わる位置が、前記光軸から遠い切片リフレクタで反射した光線が前記光軸と交わる位置より、前記光軸に近い切片リフレクタで反射した光線の方が、前記リフレクタから離れた位置となるように、前記切片リフレクタを傾けて構成することを特徴とするプロジェクタ装置。
A light source that emits white light,
A reflector that reflects a light beam emitted from the light source and makes the light beam a convergent light beam directed in the optical axis direction.
An optical waveguide that receives the light beam condensed by the reflector and makes the light beam uniform,
A light valve for injecting a light beam uniformized by the optical waveguide;
Having a projection lens that projects an optical image formed on the light valve,
The reflector is configured as an aggregate of a plurality of segment reflectors divided into a plurality of segments based on a distance from the optical axis,
The position at which the light beam from a predetermined point light source on the optical axis is reflected by the reflector and intersects the optical axis is closer to the optical axis than the position at which the light beam reflected by the intercept reflector far from the optical axis intersects the optical axis. A projector apparatus characterized in that the section reflector is inclined so that a light ray reflected by a close section reflector is located farther from the reflector.
白色光を照射する光源と、
前記光源から出射した光束を反射し、光軸方向に向かう収束光束とする楕円面を基本形状としたリフレクタと、
前記リフレクタで集光された光束を入射し、光束を均一化する光導波路と、
前記光導波路により均一化された光束を入射するライトバルブと、
前記ライトバルブ上に形成された光学像を投射する投射レンズとを有し、
前記リフレクタは、前記光軸からの距離に基づいて複数の切片に分割した複数の円錐リフレクタの集合体として構成され、
前記楕円面の第1焦点位置から出射した光線が前記リフレクタで反射し前記光軸と交わる位置が、前記光軸から遠い円錐リフレクタで反射した光線が前記光軸と交わる位置より、前記光軸に近い円錐リフレクタで反射した光線の方が、前記リフレクタから離れた位置となるように、前記円錐リフレクタの傾きを定めて構成するプロジェクタ装置。
A light source that emits white light,
A reflector that reflects a light beam emitted from the light source and has an elliptical surface as a basic shape to be a convergent light beam directed in the optical axis direction,
An optical waveguide that receives the light beam condensed by the reflector and makes the light beam uniform,
A light valve for injecting a light beam uniformized by the optical waveguide;
Having a projection lens that projects an optical image formed on the light valve,
The reflector is configured as an aggregate of a plurality of conical reflectors divided into a plurality of sections based on a distance from the optical axis,
The position where the light beam emitted from the first focal position of the elliptical surface is reflected by the reflector and intersects the optical axis is closer to the optical axis than the position where the light beam reflected by the conical reflector far from the optical axis intersects the optical axis. A projector device having a configuration in which the inclination of the conical reflector is determined such that a light beam reflected by a near conical reflector is located at a position farther from the reflector.
白色光を照射する光源と、
前記光源から出射した光束を反射し、光軸方向に向かう収束光束とする楕円面を基本形状としたリフレクタと、
前記リフレクタで集光された光束を入射し、光束を均一化する光導波路と、
前記光導波路により均一化された光束を入射するライトバルブと、
前記ライトバルブ上に形成された光学像を投射する投射レンズとを有し、
前記リフレクタは、前記光軸からの距離に基づいて複数の切片に分割した複数の楕円リフレクタの集合体として構成され、
前記光軸に近い側の楕円リフレクタの第2焦点距離が、前記光軸から遠い側の楕円リフレクタの第2焦点距離よりも大きいことを特徴とするプロジェクタ装置。
A light source that emits white light,
A reflector that reflects a light beam emitted from the light source and has an elliptical surface as a basic shape to be a convergent light beam directed in the optical axis direction,
An optical waveguide that receives the light beam condensed by the reflector and makes the light beam uniform,
A light valve for injecting a light beam uniformized by the optical waveguide;
Having a projection lens that projects an optical image formed on the light valve,
The reflector is configured as an aggregate of a plurality of elliptical reflectors divided into a plurality of sections based on a distance from the optical axis,
A projector device, wherein a second focal length of the elliptical reflector closer to the optical axis is longer than a second focal length of the elliptical reflector farther from the optical axis.
前記光導波路は、入射面に該入射面より小さい面積の入射開口部と、該入射開口部以外の該入射面に反射鏡を設け、出射面に該出射面より小さい面積の出射開口部と該出射開口部以外の該出射面に反射鏡を設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載のプロジェクタ装置。The optical waveguide has an entrance opening having an area smaller than the entrance surface on the entrance surface, and a reflecting mirror provided on the entrance surface other than the entrance opening, and an exit opening having an area smaller than the exit surface on the exit surface. 4. The projector device according to claim 1, wherein a reflection mirror is provided on the emission surface other than the emission opening. 前記光導波路は、前記出射面に1/4波長板と偏光板とをこの順に設けたことを特徴とする請求項4に記載のプロジェクタ装置。5. The projector device according to claim 4, wherein the optical waveguide includes a quarter-wave plate and a polarizing plate provided in this order on the emission surface. 6.
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