JP2004279816A - 照明光学系およびプロジェクタ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストおよびＬＥＤからの光量の損失をそれぞれ抑制したプロジェクタ装置を提供する。
【解決手段】レンズＬ１〜Ｌ４を直線状に配設してレンズ光学系５とする。各ＬＥＤ２からの照射光が重なり合う位置とＬＣＤ８の変調面７の位置が光学的に共役になるようにレンズ光学系５を設ける。各ＬＥＤ２からの照射光の重なり合いで比較的均一化した照度分布に応じた照度分布を安価な構成で確実にＬＣＤ８に構成し、製造コストおよび光量の損失をそれぞれ抑制できる。
【選択図】 図１
【解決手段】レンズＬ１〜Ｌ４を直線状に配設してレンズ光学系５とする。各ＬＥＤ２からの照射光が重なり合う位置とＬＣＤ８の変調面７の位置が光学的に共役になるようにレンズ光学系５を設ける。各ＬＥＤ２からの照射光の重なり合いで比較的均一化した照度分布に応じた照度分布を安価な構成で確実にＬＣＤ８に構成し、製造コストおよび光量の損失をそれぞれ抑制できる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の光源を所定の位置に配置した照明光学系およびこれを備えたプロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光源としての例えばメタルハライドランプなどの白熱ランプで液晶表示素子、すなわちＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）を背面から照明し、このＬＣＤに表示される画像を、投射レンズを介してスクリーン上に拡大投射するプロジェクタ装置が知られている。
【０００３】
しかしながら、光源として白熱ランプを用いた上述のプロジェクタ装置では、白熱ランプから発生する熱に対する対策としてファンなどの設置が不可欠であり、また、白熱ランプ自体の小型化が容易でないことにより、装置全体としての小型化が容易でないとともに、白熱ランプを駆動するために例えば１２０Ｗ程度の比較的大型の電源が必要であるなどの問題点があった。
【０００４】
このため、これら問題点を解決する構成として、光源としての複数のＬＥＤを格子状に配置した光源部としてのＬＥＤアレイを備え、このＬＥＤアレイの各ＬＥＤの前側にマイクロレンズがそれぞれ位置するようにマイクロレンズアレイを配置して、ＬＥＤアレイの各ＬＥＤが照射した光をマイクロレンズアレイで集光してＬＥＤアレイが照射した光の照度を均一化するプロジェクタ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１２３５１２号公報（第３−５頁、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のプロジェクタ装置では、マイクロレンズアレイが比較的高価であるため、製造コストを抑制することが容易でない問題を有している。
【０００７】
また、互いに隣接するマイクロレンズの境界部分では集光作用が弱くなるため、ＬＥＤアレイが照射した光がこの境界部分を通過することで光量の損失を招くおそれがある問題も有している。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、製造コストおよび光源からの光量の損失をそれぞれ抑制した照明光学系およびこれを備えたプロジェクタ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の照明光学系は、複数の光源を所定の位置に配置した光源部と、前記光源部の前記各光源からそれぞれ照射された光を集光するレンズ光学系と、このレンズ光学系に集光された光を変調する光変調手段とを具備し、前記レンズ光学系は、前記光源部の光源からそれぞれ照射された光が少なくとも重なり合う位置と前記光変調手段の変調面の位置とが光学的に略共役になるように設けられているものである。
【００１０】
そして、複数の光源を所定の位置に配置した光源部の光源からそれぞれ照射された光が少なくとも重なり合う位置と、レンズ光学系に集光された光を変調する光変調手段の変調面の位置とが、光学的に略共役になるようにレンズ光学系を設けることにより、光源からの光の重なり合いで比較的均一化された照度分布に応じた照度分布を、比較的安価な構成で確実に光変調手段に構成することが可能になり、製造コストおよび光量の損失がそれぞれ抑制される。
【００１１】
請求項２記載の照明光学系は、請求項１記載の照明光学系において、レンズ光学系が、光源部の最も外側に位置する光源の光軸よりも内側の範囲に照射される前記各光源からの光が光変調手段に入射するように設けられているものである。
【００１２】
そして、光源部の最も外側に位置する光源の光軸よりも内側の範囲に照射される各光源からの光が光変調手段に入射するようにレンズ光学系を設けることにより、光源が照射した光の比較的照度が大きい部分が確実に光変調手段に入射され、充分な光量が確保される。
【００１３】
請求項３記載の照明光学系は、複数の光源を所定の位置に配置した光源部と、この光源部の前記各光源からそれぞれ照射された光の偏光方向を所定の方向に揃える偏光変換光学系と、前記偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光を集光するレンズ光学系と、このレンズ光学系に集光された光を変調する光変調手段とを具備し、前記レンズ光学系は、前記偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光が少なくとも重なり合う位置と前記光変調手段の前記変調面の位置とが光学的に略共役になるように設けられているものである。
【００１４】
そして、光源部の各光源からそれぞれ照射された光の偏光方向を所定の方向に揃える偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光が重なり合う位置と、レンズ光学系に集光された光を変調する光変調手段の変調面の位置とが、光学的に略共役になるようにレンズ光学系を設けることにより、偏光変換光学系により偏光方向を揃えられた光の重なり合いで比較的均一化された照度分布に応じた照度分布を、比較的安価な構成で確実に光変調手段に構成することが可能になり、製造コストおよび光量の損失がそれぞれ抑制される。
【００１５】
請求項４記載の照明光学系は、請求項３記載の照明光学系において、レンズ光学系は、偏光変換光学系に偏光方向を揃えられこの偏光変換光学系の最も外側に位置する光の光軸よりも内側の範囲にて前記偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光が光変調手段に入射するように設けられているものである。
【００１６】
そして、偏光変換光学系に偏光方向を揃えられこの偏光変換光学系の最も外側に位置する光の光軸よりも内側の範囲にて偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光が光変調手段に入射するようにレンズ光学系を設けることにより、偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光の比較的照度が大きい部分が確実に光変調手段に入射され、充分な光量が確保される。
【００１７】
請求項５記載のプロジェクタ装置は、請求項１ないし４いずれか一記載の照明光学系と、この照明光学系の光変調手段に変調された光を投射する投射レンズ光学系とを具備したものである。
【００１８】
そして、請求項１ないし４いずれか一記載の照明光学系の光変調手段にて変調された光を投射レンズ光学系にて投射することにより、製造コストおよび光量の損失がそれぞれ抑制され、かつ照度斑が低減された所定の照度分布の光を投射可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプロジェクタ装置の第１の実施の形態の構成を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１および図２において、１はプロジェクタ装置を示し、このプロジェクタ装置１は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光をそれぞれ照射する光源としてのＬＥＤ２を複数備えた光源部としてのＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光のＬＥＤアレイ３、光路統一手段としての直方体状のダイクロイッククロスプリズム４、レンズ光学系５、ＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ：偏光ビームスプリッタ）プリズム６、変調面７を有する光変調手段としての液晶表示装置である液晶表示素子、すなわちＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）８、および、投射レンズ光学系９をそれぞれ備えている。
【００２１】
ＬＥＤアレイ３は、複数のＬＥＤ２を色毎に所定の位置に配置したものであり、本実施の形態では、例えば上下方向および左右方向に３列ずつ、計９個それぞれ配設した構成で説明する。これらＬＥＤアレイ３は、各ＬＥＤ２の図示しない端子配線などの構造物が付随していることにより、互いのＬＥＤ２を隙間なく密接して配置させることが困難であるため、各ＬＥＤ２の間に所定の隙間が形成されている。そして、これらＬＥＤアレイ３は、図１および図２に示すように、ＬＥＤ２をダイクロイッククロスプリズム４の互いに隣接する３つの側面にそれぞれ対向させた状態で配設されている。
【００２２】
ダイクロイッククロスプリズム４は、各ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ２から照射されたＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光を、Ｗ（白）の光に互いに色合成したり、あるいは各ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ２から照射されたＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光を共通の光路上に導いたりして、ＬＥＤアレイ３が対向していない側面から光軸Ｘの方向に沿ってレンズ光学系５へと照射するものである。
【００２３】
レンズ光学系５は、光軸Ｘ方向に沿って直線状に順次配設されたレンズＬ１〜Ｌ４を備えている。これらレンズＬ１〜Ｌ４は、両凸レンズである第１レンズＬ１、この第１レンズＬ１側に凸面を向けた平凸レンズである第２レンズＬ２、この第２レンズＬ２側に凸面を向けた平凸レンズであり第２レンズＬ２と同形状の第３レンズＬ３、この第３レンズＬ４側に凸面を向けた平凸レンズである第４レンズＬ４である。そして、これらレンズＬ１〜Ｌ４は、ＬＥＤアレイ３の最も外側に位置するＬＥＤ２の光軸よりも内側の範囲、すなわち図３に示す範囲Ｙの内側に照射される各ＬＥＤ２からの照明光がＬＣＤ８の変調面７全体に少なくとも入射するように、ダイクロイッククロスプリズム４側からＰＢＳプリズム６に向けて配設されている。また、レンズ光学系５は、ＬＥＤアレイ３の互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が重なり合う所定の位置とＬＣＤ８の変調面７の位置とが、光学的に共役になるように配設されている。
【００２４】
ＰＢＳプリズム６は、第４レンズＬ４とＬＣＤ８との間に、このＬＣＤ８の変調面７に対向して配置されており、レンズ光学系５により集光された光およびＬＣＤ８から反射された光のＳ偏光光のみを透過させ、Ｐ偏光光を略垂直に反射させるダイクロイック面１１を有している。
【００２５】
ＬＣＤ８は、本実施の形態では、いわゆる反射型のものである。
【００２６】
投射レンズ光学系９は、平凸レンズであるレンズＬ５およびレンズＬ６を有している。これらレンズＬ５およびレンズＬ６は、互いに反対側に凸面を向け平面を対向させてＰＢＳプリズム６の側方にダイクロイック面１１に対向して配設されている。この投射レンズ光学系９は、ＰＢＳプリズム６により反射された光を図示しないスクリーン上に投射像として投射する。
【００２７】
そして、図４に示すように、ＬＥＤアレイ３、レンズ光学系５およびＬＣＤ８にて照明光学系１２が構成されている。
【００２８】
次に、上記第１の実施の形態における照明光学系１２の照度分布によるＬＥＤアレイ３、レンズ光学系５およびＬＣＤ８の変調面７の位置関係を、図面を参照して説明する。
【００２９】
図４に示すように、各ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ２から照射される光、すなわち照明光は発散光であり、この照明光の照度分布は、図５および図６にそれぞれ示すように、ＬＥＤ２の光軸Ｘを中心として中心部ほど照度が大きく、光軸Ｘからこの光軸Ｘに略直交する方向、すなわち左右方向に離れるにしたがって周辺部ほど照度が低くなる、いわゆるガウス分布状の照度分布となっている。
【００３０】
さらに、ＬＥＤ２からの照明光は、ＬＥＤ２の直前、すなわちＬＥＤ２の近傍において、光軸上の照度と光軸外の照度の変化が比較的急峻になっており、ＬＥＤ２から光軸の方向に遠ざかるにしたがって照度の変化が比較的緩慢になっている。
【００３１】
このため、ＬＥＤアレイ３による照明光の照度分布は、ＬＥＤアレイ３の近傍、例えば図５のＡ−Ａの位置では、各ＬＥＤ２に対向する位置の照度が大きく、互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光の間に各ＬＥＤ２の間の隙間に対応した照明光が当たらない部分、すなわち暗部が形成されるので、図６（ａ）に示すように光斑状の照度分布になっている。
【００３２】
また、図５のＢ−Ｂの位置では、互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が連続するようになるため、暗部はなくなるが、図５のＡ−Ａの位置と同様に、各ＬＥＤ２に対向する位置の照度が大きく、周囲の照度は小さくなる。このため、図５のＢ−Ｂの位置でのＬＥＤアレイ３による照明光の照度分布は、図６（ｂ）に示すように、照度斑が著しい照度分布になっている。
【００３３】
さらに、図５のＣ−Ｃの位置では、互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が重なり合うようになり、図６（ｃ）の破線に示すように、この重なり合った部分の照度は互いに重なり合っている照明光の照度の和になる。このため、図５のＣ−Ｃの位置でのＬＥＤアレイ３による照明光の照度分布は、図５のＡ−Ａの位置、あるいはＢ−Ｂの位置の照度分布のように互いに隣接するＬＥＤ２の間の照度が小さくなることがなく、図６（ｃ）に示すように、図６（ａ）および図６（ｂ）に比べてＬＥＤアレイ３による照明光の照度分布の照度斑が低減されている。
【００３４】
また、図５のＤ−Ｄの位置では、互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光の重なり合う部分が増加し、一方のＬＥＤ２からの照明光の照度が略０になる付近と、他方のＬＥＤ２からの照明光の照度がピーク値になる付近とが互いに重なり合っている。さらに、互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が重なり合っている部分の中間位置が、ピーク値の約半分の照度になるように重なり合っている。
【００３５】
このため、図５のＤ−Ｄの位置でのＬＥＤアレイ３による照明光の照度分布は、図５のＡ−Ａの位置、あるいは図５のＢ−Ｂの位置での照度分布のように互いに隣接するＬＥＤ２の間の照度が著しく低下することがなく、ＬＥＤアレイ３全体としての照明光の照度斑が、図６（ｄ）の破線に示すように大幅に低減される。
【００３６】
すなわち、図５のＤ−Ｄの位置でのＬＥＤアレイ３による照明光の照度分布は、互いに重なり合う照明光同士が互いの照明光の照度を補い合うことで、照明光が重なり合った部分の照度が各ＬＥＤ２からの照明光の照度のピーク値に略等しくなり、各ＬＥＤ２からの照明光のピーク値に略均一化されている。
【００３７】
また、図５のＥ−Ｅの位置では、１つのＬＥＤ２からの照明光に、このＬＥＤ２に隣接するＬＥＤ２および他のＬＥＤ２の２つ以上のＬＥＤ２からの照明光が重なり合い、ＬＥＤアレイ３による照明光の照度分布は、図６（ｅ）に示すように、光軸側の照度が大きく、光軸から左右方向に離れるにしたがって照度が低くなるが、照度の変化は比較的緩慢であり、全体として均一化されている。
【００３８】
そして、レンズ光学系５は、図５のＣ−Ｃの位置とＥ−Ｅの位置との間、すなわち互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が少なくとも重なり合う位置で照度分布が最も均一化された位置である図５のＤ−Ｄの位置と、ＬＣＤ８の変調面７の位置とが、光学的に共役になるように配設されている。ここで、ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光の照度分布が所定の照度分布になる位置は、互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が少なくとも重なり合う位置、かつ投射レンズ光学系９によりスクリーン上に投射される投射像に要求される照度分布の均一さなどに応じた照度分布になる位置として適宜決定する。
【００３９】
次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。
【００４０】
Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各ＬＥＤアレイ３がＬＣＤ８を駆動する画像信号に基づき時分割で駆動されると、各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照射光がダイクロイッククロスプリズム４に入射し、このダイクロイッククロスプリズム４にてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光が、光軸Ｘに沿った方向に向けて共通の光路上に導かれる。
【００４１】
ダイクロイッククロスプリズム４にて導かれた光は、レンズ光学系５により集光され、ＰＢＳプリズム６を透過する。
【００４２】
このとき、レンズ光学系５により集光された光のＳ偏光光成分のみがＬＣＤ８へと透過し、Ｐ偏光光成分は投射レンズ光学系９と反対方向に向けてダイクロイック面１１に反射される。
【００４３】
この後、レンズ光学系５により集光された光のＳ偏光光成分がＬＣＤ８の変調面７に入射し、このＬＣＤ８を駆動する画像信号に応じて変調されて反射され、再びＰＢＳプリズム６に入射する。
【００４４】
そして、このＰＢＳプリズム６に入射した光のＳ偏光光成分は、ダイクロイック面１１を透過し、Ｐ偏光光成分のみが投射レンズ光学系９に向けてダイクロイック面１１に反射されて、投射レンズ光学系９のレンズＬ５およびＬ６によりスクリーン上に投射されて投射像となる。
【００４５】
このとき、ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光の照度分布が最も均一化された図５のＤ−Ｄの位置と、ＬＣＤ８の変調面７の位置とが光学的に共役になるようにレンズ光学系５を配設することにより、ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２による照射光の図５のＤ−Ｄの位置の照度分布とＬＣＤ８の変調面７における照明光の照度分布とが互いに物体と像との関係になるので、ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２による照射光の図５のＤ−Ｄの位置の照度分布に応じた照度分布がそのままＬＣＤ８の変調面７における照度分布となる。
【００４６】
このため、互いに隣接するＬＥＤ２からの照射光の重なり合いで均一化された照度分布に応じた照度分布を、例えばマイクロレンズアレイなどの比較的高価な構成を用いることなくレンズＬ１〜Ｌ４を光軸Ｘに沿って直線状に配設した比較的安価な構成で確実にＬＣＤ８に構成できるので、プロジェクタ装置１全体として製造コストを抑制できるとともに、ＬＥＤ２からの照射光を効率よく利用でき、ＬＥＤ２からの照明光の光量の損失を抑制できる。
【００４７】
そして、投射レンズ光学系９によりスクリーン上に投射された投射像も、図５のＤ−Ｄの位置の照度分布に応じた均一化された照度分布に状態になり、鮮明な投射像をスクリーン上で容易に観察できる。
【００４８】
また、範囲Ｙ内に照射されるＬＥＤ２からの照明光をＬＣＤ８の変調面７に入射させるようにレンズ光学系５を配設することにより、ＬＥＤ２からの照射光の重なり合いが少なく照度の均一度が範囲Ｙ内に比べて劣る範囲Ｙ外の照射光を含める場合よりも照度分布が良好に均一化された照明光をＬＣＤ８に入射させることができるので、ＬＣＤ８に入射される光の光量を確保し、より明るい投射像をスクリーン上で得ることができる。
【００４９】
さらに、ＬＣＤ８を駆動する画像信号に基づいてＬＥＤアレイ３を時分割で駆動することで、残像によるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の加色混合により、色彩がある投射像をスクリーン上で観察できる。
【００５０】
そして、光源としてＬＥＤ２を用いることにより、大型の電源、あるいは冷却用のファンなどが必要なく、プロジェクタ装置１全体として省電力化および小型化できる。
【００５１】
また、ＬＣＤ８を反射型にしたことにより、ＬＣＤ８を透過型にした場合よりも各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光の損失が少ないため、ＬＣＤ８を透過型にした場合よりも明るい投射像をスクリーン上で得ることができる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施の形態の構成を図７および図８を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
この第２の実施の形態においては、図７および図８に示すように、各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光の偏光方向を所定の方向、例えばＰ偏光方向に揃える偏光変換光学系としてのＰＢＳアレイ１５がそれぞれ配置されている。これらＰＢＳアレイ１５は、各ＬＥＤアレイ３とダイクロイッククロスプリズム４との間に、各ＬＥＤアレイ３に対向して配設されている。
【００５４】
また、これらＰＢＳアレイ１５は、各ＬＥＤ２に対応した数の複数のダイクロイック面１６を備えている。これらダイクロイック面１６は、ＬＥＤ２の配設方向に沿って互いに隣接して設けられ、各ＬＥＤ２からの照明光のＳ偏光光成分をそれぞれ透過させるとともにＰ偏光光成分をそれぞれ反射させる。さらに、ＰＢＳアレイ１５は、ダイクロイッククロスプリズム４側に対向する側面に、例えば１／２波長板などの位相差板１７を備えている。これら位相差板１７は、それぞれＬＥＤ２の配設方向に沿って配設され、各ＬＥＤ２からの照明光のＳ偏光光成分をＰ偏光方向に変換する。
【００５５】
また、レンズ光学系５は、ＰＢＳアレイ１５により偏光方向を揃えられ互いに隣接する照明光が重なり合う位置で、照度分布が最も均一化された位置と、ＬＣＤ８の変調面７の位置とが、光学的に共役になるように配設されている。さらに、レンズ光学系５は、ＰＢＳアレイ１５により偏光方向を揃えられた光の最も外側に位置するものの光軸よりも内側に照射されるＰＢＳアレイ１５にて偏光方向を揃えられた光がＬＣＤ８の変調面７全体に入射されるように配設されている。
【００５６】
そして、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各ＬＥＤアレイ３がＬＣＤ８を駆動する画像信号に基づき時分割で駆動されると、各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照射光がＰＢＳアレイ１５に入射する。
【００５７】
このＰＢＳアレイ１５では、各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照射光のＰ偏光光成分がダイクロイック面１６により反射された後、このダイクロイック面１６に隣接するダイクロイック面１６により再度反射されて、ＰＢＳアレイ１５のダイクロイッククロスプリズム４側の側面からこのダイクロイッククロスプリズム４に向けて出射する。
【００５８】
一方、ＰＢＳアレイ１５に入射した各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照射光のＳ偏光光成分は、ダイクロイック面１６を透過し、位相差板１７によりＰ偏光方向に偏光方向を変換されて、ＰＢＳアレイ１５のダイクロイッククロスプリズム４側の側面からこのダイクロイッククロスプリズム４に向けて出射する。
【００５９】
この結果、各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照射光は、ＰＢＳアレイ１５により２つの光束に分割され、かつ偏光方向がＰ偏光方向に揃えられる。
【００６０】
この後、ＰＢＳアレイ１５から出射した光は、ダイクロイッククロスプリズム４に入射し、上記第１の実施の形態と同様の作用により図示しないスクリーン上に投射される。
【００６１】
このように、ＰＢＳアレイ１５にて偏光方向をＰ偏光方向に揃えられ互いに隣接する照明光の重なり合いで照度分布が均一化された位置と、ＬＣＤ８の変調面７の位置とが光学的に共役になるようにレンズ光学系５を配設することにより、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００６２】
また、ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光の偏光方向をＰＢＳアレイ１５にて揃えることにより、ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光をより効率よく利用できる。
【００６３】
尚、上記各実施の形態において、反射型のＬＣＤ８の代わりに、光を変調して反射するＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ、商品名）などの他の様々な素子を使用することも可能である。
【００６４】
次に、本発明の第３の実施の形態の構成を図９および図１０を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
この第３の実施の形態においては、図９および図１０に示すように、ＬＣＤ８はいわゆる透過型のものであり、ＰＢＳプリズム６がなく、ＬＣＤ８のレンズ光学系５と反対側、すなわち各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光のＬＣＤ８の透過方向に投射レンズ光学系９が配設されている。
【００６６】
そして、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各ＬＥＤアレイ３がＬＣＤ８を駆動する画像信号に基づき時分割で駆動されると、各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照射光がダイクロイッククロスプリズム４に入射して光軸Ｘ方向に向けて共通の光路上にそれぞれ導かれ、レンズ光学系５により集光されて、所望の均一な照度分布に応じた照度分布でＬＣＤ８の変調面７に入射する。レンズ光学系５は、ＬＥＤアレイ３の互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が重なり合う所定の位置とＬＣＤ８の変調面７の位置とが、光学的に共役になるように配設されている。
【００６７】
このＬＣＤ８の変調面７に入射した光は、ＬＣＤ８を駆動する画像信号により変調され、ＬＣＤ８を透過して投射レンズ光学系９により図示しないスクリーン上に投射される。
【００６８】
この結果、透過型のＬＣＤ８においても、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００６９】
また、ＬＣＤ８が透過型であるため、ＬＣＤ８を反射型とした場合と比較してＰＢＳプリズム６などが必要なく、プロジェクタ装置１の構成をより簡略化でき、製造コストを抑制できるとともに、より小型化できる。
【００７０】
なお、上記各実施の形態において、ＬＥＤアレイ３は、図１１に示すように、ＬＥＤ２を正三角形の格子状に複数配設する構成なども可能である。この場合には、互いに隣接するＬＥＤ２の間の距離が等しくなるため、これらＬＥＤ２からの照明光による照度斑をより低減できる。
【００７１】
また、ＬＥＤアレイ３は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のそれぞれを使用したが、同じＬＥＤアレイ３にこれら各色のＬＥＤ２を配置して時分割で駆動させる構成なども可能である。この場合には、ダイクロイッククロスプリズム４が必要なくなるなど、製造コストをより抑制できるとともに、プロジェクタ装置１をより小型化できる。
【００７２】
このように、ＬＥＤアレイ３は様々な構成が可能であるため、ＬＥＤアレイ３の構成によっては、１つのＬＥＤ２からの照明光の照度が略０になる付近と、このＬＥＤ２に隣接する他のＬＥＤ２からの照明光の照度がピーク値になる付近とが互いに重なり合い、かつこれらＬＥＤ２からの照明光が重なり合っている部分の中間位置が、ピーク値の約半分の照度になるように重なり合っている位置でも、照度分布の均一化が最も図られている位置ではない場合がある。
【００７３】
また、１つのＬＥＤ２からの照明光の照度が略０になる付近と、このＬＥＤ２に隣接する他のＬＥＤ２からの照明光の照度がピーク値になる付近とが互いに重なり合い、かつこれらＬＥＤ２からの照明光が重なり合っている部分の中間位置が、ピーク値の約半分の照度になるように重なり合っているような位置がない場合もある。
【００７４】
すなわち、ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ２からの照明光による照度分布は、ＬＥＤアレイ３におけるＬＥＤ２の間隔および配置などの位置関係により様々である。
【００７５】
したがって、レンズ光学系５の各レンズＬ１〜Ｌ４の位置、あるいはレンズの枚数などは、ＬＥＤアレイ３の互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が重なり合う位置で照度分布が所定の状態に均一化された位置とＬＣＤ８の変調面７との位置とが光学的に共役になるように、例えばＬＥＤアレイ３の発光面からの距離毎に照度を観測して実験的に求めたり、コンピュータによってシミュレーションしたりしてＬＥＤアレイ３の特性に応じて設計する。
【００７６】
なお、変調面７とは、ＬＣＤ８に入射した光について偏光方向を変換する変調が完了した面、つまりＬＣＤ８における画像の形成面をいい、液晶表示素子であるＬＣＤ８においては、液晶層の光出射面（反射型のＬＣＤでは、光入射面と光出射面とは同じ面）にスクリーンに投射される画像が形成されていると考えられるため、液晶層の光出射面が変調面７ということになる。
【００７７】
さらに、ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ２からの照明光、あるいはＰＢＳアレイ１５から出射する光による照度分布は、光軸Ｘ方向に多少移動した位置でも急激に変化するものではないので、ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ２からの照明光、あるいはＰＢＳアレイ１５から出射する光が重なり合って照度分布が均一化されている位置と、ＬＣＤ８の変調面７の位置とは、厳密に光学的に共役でなくてもよい。
【００７８】
例えば、反射型のＬＣＤ８においては、光の反射面の位置を照明光の照度分布が均一化されている位置と共役位置としても、また、液晶層の前面に配置される位相差板の配置位置を照明光が均一化されている位置と共役位置としても、あるいは、透過型のＬＣＤ８においては、液晶層の光入射面の位置を照明光の照度分布が均一化されている位置と共役位置としても、また、液晶層の前後に配置される位相差板の配置位置を照明光の照度分布が均一化されている位置と共役位置としても、いずれの場合も、変調面７の近傍の位置であるため、本発明の効果が大きく損なわれるものではない。
【００７９】
そして、ＬＥＤ２の照度は、範囲Ｙの外側であっても急激に低下するものではないので、厳密に範囲Ｙ内だけに照射される光をＬＣＤ８の変調面７に入射するようにしなくてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
請求項１記載の照明光学系によれば、複数の光源を所定の位置に配置した光源部の光源からそれぞれ照射された光が少なくとも重なり合う位置と、レンズ光学系に集光された光を変調する光変調手段の変調面の位置とが、光学的に略共役になるようにレンズ光学系を設けることにより、光源からの光の重なり合いで比較的均一化された照度分布に応じた照度分布を、比較的安価な構成で確実に光変調手段に構成することが可能になり、製造コストおよび光量の損失をそれぞれ抑制できる。
【００８１】
請求項２記載の照明光学系によれば、請求項１記載の照明光学系の効果に加え、光源部の最も外側に位置する光源の光軸よりも内側の範囲に照射される各光源からの光が光変調手段に入射するようにレンズ光学系を設けることにより、光源が照射した光の比較的照度が大きい部分が確実に光変調手段に入射され、充分な光量を確保できる。
【００８２】
請求項３記載の照明光学系によれば、光源部の各光源からそれぞれ照射された光の偏光方向を所定の方向に揃える偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光が重なり合う位置と、レンズ光学系に集光された光を変調する光変調手段の変調面の位置とが、光学的に略共役になるようにレンズ光学系を設けることにより、偏光変換光学系により偏光方向を揃えられた光の重なり合いで比較的均一化された照度分布に応じた照度分布を、比較的安価な構成で確実に光変調手段に構成することが可能になり、製造コストおよび光量の損失をそれぞれ抑制できる。
【００８３】
請求項４記載の照明光学系によれば、請求項３記載の照明光学系の効果に加え、偏光変換光学系に偏光方向を揃えられこの偏光変換光学系の最も外側に位置する光の光軸よりも内側の範囲にて偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光が光変調手段に入射するようにレンズ光学系を設けることにより、偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光の比較的照度が大きい部分が確実に光変調手段に入射され、充分な光量を確保できる。
【００８４】
請求項５記載のプロジェクタ装置によれば、請求項１ないし４いずれか一記載の照明光学系の光変調手段にて変調された光を投射レンズ光学系にて投射することにより、製造コストおよび光量の損失をそれぞれ抑制できれ、かつ照度斑が低減された所定の照度分布の光を投射できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプロジェクタ装置の第１の実施の形態を示す側面図である。
【図２】同上プロジェクタ装置を示す平面図である。
【図３】同上プロジェクタ装置の光源部を示す正面図である。
【図４】同上プロジェクタ装置の照明光学系を示す側面図である。
【図５】同上照明光学系の光源部による照度分布を示す説明側面図である。
【図６】同上照明光学系の光源部による図５に示す照度分布の説明断面図である。
（ａ） 図５に示す照度分布のＡ−Ａ断面図
（ｂ） 図５に示す照度分布のＢ−Ｂ断面図
（ｃ） 図５に示す照度分布のＣ−Ｃ断面図
（ｄ） 図５に示す照度分布のＤ−Ｄ断面図
（ｅ） 図５に示す照度分布のＥ−Ｅ断面図
【図７】本発明のプロジェクタ装置の第２の実施の形態を示す側面図である。
【図８】同上プロジェクタ装置を示す平面図である。
【図９】本発明のプロジェクタ装置の第３の実施の形態を示す側面図である。
【図１０】同上プロジェクタ装置を示す平面図である。
【図１１】本発明のプロジェクタ装置の光源部の他の実施例を示す正面図である。
【符号の説明】
１ プロジェクタ装置
２ 光源としてのＬＥＤ
３ 光源部としてのＬＥＤアレイ
５ レンズ光学系
７ 変調面
８ 光変調手段としてのＬＣＤ
９ 投射レンズ光学系
１２ 照明光学系
１５ 偏光変換光学系としてのＰＢＳアレイ
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の光源を所定の位置に配置した照明光学系およびこれを備えたプロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光源としての例えばメタルハライドランプなどの白熱ランプで液晶表示素子、すなわちＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）を背面から照明し、このＬＣＤに表示される画像を、投射レンズを介してスクリーン上に拡大投射するプロジェクタ装置が知られている。
【０００３】
しかしながら、光源として白熱ランプを用いた上述のプロジェクタ装置では、白熱ランプから発生する熱に対する対策としてファンなどの設置が不可欠であり、また、白熱ランプ自体の小型化が容易でないことにより、装置全体としての小型化が容易でないとともに、白熱ランプを駆動するために例えば１２０Ｗ程度の比較的大型の電源が必要であるなどの問題点があった。
【０００４】
このため、これら問題点を解決する構成として、光源としての複数のＬＥＤを格子状に配置した光源部としてのＬＥＤアレイを備え、このＬＥＤアレイの各ＬＥＤの前側にマイクロレンズがそれぞれ位置するようにマイクロレンズアレイを配置して、ＬＥＤアレイの各ＬＥＤが照射した光をマイクロレンズアレイで集光してＬＥＤアレイが照射した光の照度を均一化するプロジェクタ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１２３５１２号公報（第３−５頁、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のプロジェクタ装置では、マイクロレンズアレイが比較的高価であるため、製造コストを抑制することが容易でない問題を有している。
【０００７】
また、互いに隣接するマイクロレンズの境界部分では集光作用が弱くなるため、ＬＥＤアレイが照射した光がこの境界部分を通過することで光量の損失を招くおそれがある問題も有している。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、製造コストおよび光源からの光量の損失をそれぞれ抑制した照明光学系およびこれを備えたプロジェクタ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の照明光学系は、複数の光源を所定の位置に配置した光源部と、前記光源部の前記各光源からそれぞれ照射された光を集光するレンズ光学系と、このレンズ光学系に集光された光を変調する光変調手段とを具備し、前記レンズ光学系は、前記光源部の光源からそれぞれ照射された光が少なくとも重なり合う位置と前記光変調手段の変調面の位置とが光学的に略共役になるように設けられているものである。
【００１０】
そして、複数の光源を所定の位置に配置した光源部の光源からそれぞれ照射された光が少なくとも重なり合う位置と、レンズ光学系に集光された光を変調する光変調手段の変調面の位置とが、光学的に略共役になるようにレンズ光学系を設けることにより、光源からの光の重なり合いで比較的均一化された照度分布に応じた照度分布を、比較的安価な構成で確実に光変調手段に構成することが可能になり、製造コストおよび光量の損失がそれぞれ抑制される。
【００１１】
請求項２記載の照明光学系は、請求項１記載の照明光学系において、レンズ光学系が、光源部の最も外側に位置する光源の光軸よりも内側の範囲に照射される前記各光源からの光が光変調手段に入射するように設けられているものである。
【００１２】
そして、光源部の最も外側に位置する光源の光軸よりも内側の範囲に照射される各光源からの光が光変調手段に入射するようにレンズ光学系を設けることにより、光源が照射した光の比較的照度が大きい部分が確実に光変調手段に入射され、充分な光量が確保される。
【００１３】
請求項３記載の照明光学系は、複数の光源を所定の位置に配置した光源部と、この光源部の前記各光源からそれぞれ照射された光の偏光方向を所定の方向に揃える偏光変換光学系と、前記偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光を集光するレンズ光学系と、このレンズ光学系に集光された光を変調する光変調手段とを具備し、前記レンズ光学系は、前記偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光が少なくとも重なり合う位置と前記光変調手段の前記変調面の位置とが光学的に略共役になるように設けられているものである。
【００１４】
そして、光源部の各光源からそれぞれ照射された光の偏光方向を所定の方向に揃える偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光が重なり合う位置と、レンズ光学系に集光された光を変調する光変調手段の変調面の位置とが、光学的に略共役になるようにレンズ光学系を設けることにより、偏光変換光学系により偏光方向を揃えられた光の重なり合いで比較的均一化された照度分布に応じた照度分布を、比較的安価な構成で確実に光変調手段に構成することが可能になり、製造コストおよび光量の損失がそれぞれ抑制される。
【００１５】
請求項４記載の照明光学系は、請求項３記載の照明光学系において、レンズ光学系は、偏光変換光学系に偏光方向を揃えられこの偏光変換光学系の最も外側に位置する光の光軸よりも内側の範囲にて前記偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光が光変調手段に入射するように設けられているものである。
【００１６】
そして、偏光変換光学系に偏光方向を揃えられこの偏光変換光学系の最も外側に位置する光の光軸よりも内側の範囲にて偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光が光変調手段に入射するようにレンズ光学系を設けることにより、偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光の比較的照度が大きい部分が確実に光変調手段に入射され、充分な光量が確保される。
【００１７】
請求項５記載のプロジェクタ装置は、請求項１ないし４いずれか一記載の照明光学系と、この照明光学系の光変調手段に変調された光を投射する投射レンズ光学系とを具備したものである。
【００１８】
そして、請求項１ないし４いずれか一記載の照明光学系の光変調手段にて変調された光を投射レンズ光学系にて投射することにより、製造コストおよび光量の損失がそれぞれ抑制され、かつ照度斑が低減された所定の照度分布の光を投射可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプロジェクタ装置の第１の実施の形態の構成を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１および図２において、１はプロジェクタ装置を示し、このプロジェクタ装置１は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光をそれぞれ照射する光源としてのＬＥＤ２を複数備えた光源部としてのＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光のＬＥＤアレイ３、光路統一手段としての直方体状のダイクロイッククロスプリズム４、レンズ光学系５、ＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ：偏光ビームスプリッタ）プリズム６、変調面７を有する光変調手段としての液晶表示装置である液晶表示素子、すなわちＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）８、および、投射レンズ光学系９をそれぞれ備えている。
【００２１】
ＬＥＤアレイ３は、複数のＬＥＤ２を色毎に所定の位置に配置したものであり、本実施の形態では、例えば上下方向および左右方向に３列ずつ、計９個それぞれ配設した構成で説明する。これらＬＥＤアレイ３は、各ＬＥＤ２の図示しない端子配線などの構造物が付随していることにより、互いのＬＥＤ２を隙間なく密接して配置させることが困難であるため、各ＬＥＤ２の間に所定の隙間が形成されている。そして、これらＬＥＤアレイ３は、図１および図２に示すように、ＬＥＤ２をダイクロイッククロスプリズム４の互いに隣接する３つの側面にそれぞれ対向させた状態で配設されている。
【００２２】
ダイクロイッククロスプリズム４は、各ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ２から照射されたＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光を、Ｗ（白）の光に互いに色合成したり、あるいは各ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ２から照射されたＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光を共通の光路上に導いたりして、ＬＥＤアレイ３が対向していない側面から光軸Ｘの方向に沿ってレンズ光学系５へと照射するものである。
【００２３】
レンズ光学系５は、光軸Ｘ方向に沿って直線状に順次配設されたレンズＬ１〜Ｌ４を備えている。これらレンズＬ１〜Ｌ４は、両凸レンズである第１レンズＬ１、この第１レンズＬ１側に凸面を向けた平凸レンズである第２レンズＬ２、この第２レンズＬ２側に凸面を向けた平凸レンズであり第２レンズＬ２と同形状の第３レンズＬ３、この第３レンズＬ４側に凸面を向けた平凸レンズである第４レンズＬ４である。そして、これらレンズＬ１〜Ｌ４は、ＬＥＤアレイ３の最も外側に位置するＬＥＤ２の光軸よりも内側の範囲、すなわち図３に示す範囲Ｙの内側に照射される各ＬＥＤ２からの照明光がＬＣＤ８の変調面７全体に少なくとも入射するように、ダイクロイッククロスプリズム４側からＰＢＳプリズム６に向けて配設されている。また、レンズ光学系５は、ＬＥＤアレイ３の互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が重なり合う所定の位置とＬＣＤ８の変調面７の位置とが、光学的に共役になるように配設されている。
【００２４】
ＰＢＳプリズム６は、第４レンズＬ４とＬＣＤ８との間に、このＬＣＤ８の変調面７に対向して配置されており、レンズ光学系５により集光された光およびＬＣＤ８から反射された光のＳ偏光光のみを透過させ、Ｐ偏光光を略垂直に反射させるダイクロイック面１１を有している。
【００２５】
ＬＣＤ８は、本実施の形態では、いわゆる反射型のものである。
【００２６】
投射レンズ光学系９は、平凸レンズであるレンズＬ５およびレンズＬ６を有している。これらレンズＬ５およびレンズＬ６は、互いに反対側に凸面を向け平面を対向させてＰＢＳプリズム６の側方にダイクロイック面１１に対向して配設されている。この投射レンズ光学系９は、ＰＢＳプリズム６により反射された光を図示しないスクリーン上に投射像として投射する。
【００２７】
そして、図４に示すように、ＬＥＤアレイ３、レンズ光学系５およびＬＣＤ８にて照明光学系１２が構成されている。
【００２８】
次に、上記第１の実施の形態における照明光学系１２の照度分布によるＬＥＤアレイ３、レンズ光学系５およびＬＣＤ８の変調面７の位置関係を、図面を参照して説明する。
【００２９】
図４に示すように、各ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ２から照射される光、すなわち照明光は発散光であり、この照明光の照度分布は、図５および図６にそれぞれ示すように、ＬＥＤ２の光軸Ｘを中心として中心部ほど照度が大きく、光軸Ｘからこの光軸Ｘに略直交する方向、すなわち左右方向に離れるにしたがって周辺部ほど照度が低くなる、いわゆるガウス分布状の照度分布となっている。
【００３０】
さらに、ＬＥＤ２からの照明光は、ＬＥＤ２の直前、すなわちＬＥＤ２の近傍において、光軸上の照度と光軸外の照度の変化が比較的急峻になっており、ＬＥＤ２から光軸の方向に遠ざかるにしたがって照度の変化が比較的緩慢になっている。
【００３１】
このため、ＬＥＤアレイ３による照明光の照度分布は、ＬＥＤアレイ３の近傍、例えば図５のＡ−Ａの位置では、各ＬＥＤ２に対向する位置の照度が大きく、互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光の間に各ＬＥＤ２の間の隙間に対応した照明光が当たらない部分、すなわち暗部が形成されるので、図６（ａ）に示すように光斑状の照度分布になっている。
【００３２】
また、図５のＢ−Ｂの位置では、互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が連続するようになるため、暗部はなくなるが、図５のＡ−Ａの位置と同様に、各ＬＥＤ２に対向する位置の照度が大きく、周囲の照度は小さくなる。このため、図５のＢ−Ｂの位置でのＬＥＤアレイ３による照明光の照度分布は、図６（ｂ）に示すように、照度斑が著しい照度分布になっている。
【００３３】
さらに、図５のＣ−Ｃの位置では、互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が重なり合うようになり、図６（ｃ）の破線に示すように、この重なり合った部分の照度は互いに重なり合っている照明光の照度の和になる。このため、図５のＣ−Ｃの位置でのＬＥＤアレイ３による照明光の照度分布は、図５のＡ−Ａの位置、あるいはＢ−Ｂの位置の照度分布のように互いに隣接するＬＥＤ２の間の照度が小さくなることがなく、図６（ｃ）に示すように、図６（ａ）および図６（ｂ）に比べてＬＥＤアレイ３による照明光の照度分布の照度斑が低減されている。
【００３４】
また、図５のＤ−Ｄの位置では、互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光の重なり合う部分が増加し、一方のＬＥＤ２からの照明光の照度が略０になる付近と、他方のＬＥＤ２からの照明光の照度がピーク値になる付近とが互いに重なり合っている。さらに、互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が重なり合っている部分の中間位置が、ピーク値の約半分の照度になるように重なり合っている。
【００３５】
このため、図５のＤ−Ｄの位置でのＬＥＤアレイ３による照明光の照度分布は、図５のＡ−Ａの位置、あるいは図５のＢ−Ｂの位置での照度分布のように互いに隣接するＬＥＤ２の間の照度が著しく低下することがなく、ＬＥＤアレイ３全体としての照明光の照度斑が、図６（ｄ）の破線に示すように大幅に低減される。
【００３６】
すなわち、図５のＤ−Ｄの位置でのＬＥＤアレイ３による照明光の照度分布は、互いに重なり合う照明光同士が互いの照明光の照度を補い合うことで、照明光が重なり合った部分の照度が各ＬＥＤ２からの照明光の照度のピーク値に略等しくなり、各ＬＥＤ２からの照明光のピーク値に略均一化されている。
【００３７】
また、図５のＥ−Ｅの位置では、１つのＬＥＤ２からの照明光に、このＬＥＤ２に隣接するＬＥＤ２および他のＬＥＤ２の２つ以上のＬＥＤ２からの照明光が重なり合い、ＬＥＤアレイ３による照明光の照度分布は、図６（ｅ）に示すように、光軸側の照度が大きく、光軸から左右方向に離れるにしたがって照度が低くなるが、照度の変化は比較的緩慢であり、全体として均一化されている。
【００３８】
そして、レンズ光学系５は、図５のＣ−Ｃの位置とＥ−Ｅの位置との間、すなわち互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が少なくとも重なり合う位置で照度分布が最も均一化された位置である図５のＤ−Ｄの位置と、ＬＣＤ８の変調面７の位置とが、光学的に共役になるように配設されている。ここで、ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光の照度分布が所定の照度分布になる位置は、互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が少なくとも重なり合う位置、かつ投射レンズ光学系９によりスクリーン上に投射される投射像に要求される照度分布の均一さなどに応じた照度分布になる位置として適宜決定する。
【００３９】
次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。
【００４０】
Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各ＬＥＤアレイ３がＬＣＤ８を駆動する画像信号に基づき時分割で駆動されると、各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照射光がダイクロイッククロスプリズム４に入射し、このダイクロイッククロスプリズム４にてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光が、光軸Ｘに沿った方向に向けて共通の光路上に導かれる。
【００４１】
ダイクロイッククロスプリズム４にて導かれた光は、レンズ光学系５により集光され、ＰＢＳプリズム６を透過する。
【００４２】
このとき、レンズ光学系５により集光された光のＳ偏光光成分のみがＬＣＤ８へと透過し、Ｐ偏光光成分は投射レンズ光学系９と反対方向に向けてダイクロイック面１１に反射される。
【００４３】
この後、レンズ光学系５により集光された光のＳ偏光光成分がＬＣＤ８の変調面７に入射し、このＬＣＤ８を駆動する画像信号に応じて変調されて反射され、再びＰＢＳプリズム６に入射する。
【００４４】
そして、このＰＢＳプリズム６に入射した光のＳ偏光光成分は、ダイクロイック面１１を透過し、Ｐ偏光光成分のみが投射レンズ光学系９に向けてダイクロイック面１１に反射されて、投射レンズ光学系９のレンズＬ５およびＬ６によりスクリーン上に投射されて投射像となる。
【００４５】
このとき、ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光の照度分布が最も均一化された図５のＤ−Ｄの位置と、ＬＣＤ８の変調面７の位置とが光学的に共役になるようにレンズ光学系５を配設することにより、ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２による照射光の図５のＤ−Ｄの位置の照度分布とＬＣＤ８の変調面７における照明光の照度分布とが互いに物体と像との関係になるので、ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２による照射光の図５のＤ−Ｄの位置の照度分布に応じた照度分布がそのままＬＣＤ８の変調面７における照度分布となる。
【００４６】
このため、互いに隣接するＬＥＤ２からの照射光の重なり合いで均一化された照度分布に応じた照度分布を、例えばマイクロレンズアレイなどの比較的高価な構成を用いることなくレンズＬ１〜Ｌ４を光軸Ｘに沿って直線状に配設した比較的安価な構成で確実にＬＣＤ８に構成できるので、プロジェクタ装置１全体として製造コストを抑制できるとともに、ＬＥＤ２からの照射光を効率よく利用でき、ＬＥＤ２からの照明光の光量の損失を抑制できる。
【００４７】
そして、投射レンズ光学系９によりスクリーン上に投射された投射像も、図５のＤ−Ｄの位置の照度分布に応じた均一化された照度分布に状態になり、鮮明な投射像をスクリーン上で容易に観察できる。
【００４８】
また、範囲Ｙ内に照射されるＬＥＤ２からの照明光をＬＣＤ８の変調面７に入射させるようにレンズ光学系５を配設することにより、ＬＥＤ２からの照射光の重なり合いが少なく照度の均一度が範囲Ｙ内に比べて劣る範囲Ｙ外の照射光を含める場合よりも照度分布が良好に均一化された照明光をＬＣＤ８に入射させることができるので、ＬＣＤ８に入射される光の光量を確保し、より明るい投射像をスクリーン上で得ることができる。
【００４９】
さらに、ＬＣＤ８を駆動する画像信号に基づいてＬＥＤアレイ３を時分割で駆動することで、残像によるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の加色混合により、色彩がある投射像をスクリーン上で観察できる。
【００５０】
そして、光源としてＬＥＤ２を用いることにより、大型の電源、あるいは冷却用のファンなどが必要なく、プロジェクタ装置１全体として省電力化および小型化できる。
【００５１】
また、ＬＣＤ８を反射型にしたことにより、ＬＣＤ８を透過型にした場合よりも各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光の損失が少ないため、ＬＣＤ８を透過型にした場合よりも明るい投射像をスクリーン上で得ることができる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施の形態の構成を図７および図８を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
この第２の実施の形態においては、図７および図８に示すように、各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光の偏光方向を所定の方向、例えばＰ偏光方向に揃える偏光変換光学系としてのＰＢＳアレイ１５がそれぞれ配置されている。これらＰＢＳアレイ１５は、各ＬＥＤアレイ３とダイクロイッククロスプリズム４との間に、各ＬＥＤアレイ３に対向して配設されている。
【００５４】
また、これらＰＢＳアレイ１５は、各ＬＥＤ２に対応した数の複数のダイクロイック面１６を備えている。これらダイクロイック面１６は、ＬＥＤ２の配設方向に沿って互いに隣接して設けられ、各ＬＥＤ２からの照明光のＳ偏光光成分をそれぞれ透過させるとともにＰ偏光光成分をそれぞれ反射させる。さらに、ＰＢＳアレイ１５は、ダイクロイッククロスプリズム４側に対向する側面に、例えば１／２波長板などの位相差板１７を備えている。これら位相差板１７は、それぞれＬＥＤ２の配設方向に沿って配設され、各ＬＥＤ２からの照明光のＳ偏光光成分をＰ偏光方向に変換する。
【００５５】
また、レンズ光学系５は、ＰＢＳアレイ１５により偏光方向を揃えられ互いに隣接する照明光が重なり合う位置で、照度分布が最も均一化された位置と、ＬＣＤ８の変調面７の位置とが、光学的に共役になるように配設されている。さらに、レンズ光学系５は、ＰＢＳアレイ１５により偏光方向を揃えられた光の最も外側に位置するものの光軸よりも内側に照射されるＰＢＳアレイ１５にて偏光方向を揃えられた光がＬＣＤ８の変調面７全体に入射されるように配設されている。
【００５６】
そして、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各ＬＥＤアレイ３がＬＣＤ８を駆動する画像信号に基づき時分割で駆動されると、各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照射光がＰＢＳアレイ１５に入射する。
【００５７】
このＰＢＳアレイ１５では、各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照射光のＰ偏光光成分がダイクロイック面１６により反射された後、このダイクロイック面１６に隣接するダイクロイック面１６により再度反射されて、ＰＢＳアレイ１５のダイクロイッククロスプリズム４側の側面からこのダイクロイッククロスプリズム４に向けて出射する。
【００５８】
一方、ＰＢＳアレイ１５に入射した各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照射光のＳ偏光光成分は、ダイクロイック面１６を透過し、位相差板１７によりＰ偏光方向に偏光方向を変換されて、ＰＢＳアレイ１５のダイクロイッククロスプリズム４側の側面からこのダイクロイッククロスプリズム４に向けて出射する。
【００５９】
この結果、各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照射光は、ＰＢＳアレイ１５により２つの光束に分割され、かつ偏光方向がＰ偏光方向に揃えられる。
【００６０】
この後、ＰＢＳアレイ１５から出射した光は、ダイクロイッククロスプリズム４に入射し、上記第１の実施の形態と同様の作用により図示しないスクリーン上に投射される。
【００６１】
このように、ＰＢＳアレイ１５にて偏光方向をＰ偏光方向に揃えられ互いに隣接する照明光の重なり合いで照度分布が均一化された位置と、ＬＣＤ８の変調面７の位置とが光学的に共役になるようにレンズ光学系５を配設することにより、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００６２】
また、ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光の偏光方向をＰＢＳアレイ１５にて揃えることにより、ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光をより効率よく利用できる。
【００６３】
尚、上記各実施の形態において、反射型のＬＣＤ８の代わりに、光を変調して反射するＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ、商品名）などの他の様々な素子を使用することも可能である。
【００６４】
次に、本発明の第３の実施の形態の構成を図９および図１０を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
この第３の実施の形態においては、図９および図１０に示すように、ＬＣＤ８はいわゆる透過型のものであり、ＰＢＳプリズム６がなく、ＬＣＤ８のレンズ光学系５と反対側、すなわち各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照明光のＬＣＤ８の透過方向に投射レンズ光学系９が配設されている。
【００６６】
そして、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各ＬＥＤアレイ３がＬＣＤ８を駆動する画像信号に基づき時分割で駆動されると、各ＬＥＤアレイ３の各ＬＥＤ２からの照射光がダイクロイッククロスプリズム４に入射して光軸Ｘ方向に向けて共通の光路上にそれぞれ導かれ、レンズ光学系５により集光されて、所望の均一な照度分布に応じた照度分布でＬＣＤ８の変調面７に入射する。レンズ光学系５は、ＬＥＤアレイ３の互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が重なり合う所定の位置とＬＣＤ８の変調面７の位置とが、光学的に共役になるように配設されている。
【００６７】
このＬＣＤ８の変調面７に入射した光は、ＬＣＤ８を駆動する画像信号により変調され、ＬＣＤ８を透過して投射レンズ光学系９により図示しないスクリーン上に投射される。
【００６８】
この結果、透過型のＬＣＤ８においても、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００６９】
また、ＬＣＤ８が透過型であるため、ＬＣＤ８を反射型とした場合と比較してＰＢＳプリズム６などが必要なく、プロジェクタ装置１の構成をより簡略化でき、製造コストを抑制できるとともに、より小型化できる。
【００７０】
なお、上記各実施の形態において、ＬＥＤアレイ３は、図１１に示すように、ＬＥＤ２を正三角形の格子状に複数配設する構成なども可能である。この場合には、互いに隣接するＬＥＤ２の間の距離が等しくなるため、これらＬＥＤ２からの照明光による照度斑をより低減できる。
【００７１】
また、ＬＥＤアレイ３は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のそれぞれを使用したが、同じＬＥＤアレイ３にこれら各色のＬＥＤ２を配置して時分割で駆動させる構成なども可能である。この場合には、ダイクロイッククロスプリズム４が必要なくなるなど、製造コストをより抑制できるとともに、プロジェクタ装置１をより小型化できる。
【００７２】
このように、ＬＥＤアレイ３は様々な構成が可能であるため、ＬＥＤアレイ３の構成によっては、１つのＬＥＤ２からの照明光の照度が略０になる付近と、このＬＥＤ２に隣接する他のＬＥＤ２からの照明光の照度がピーク値になる付近とが互いに重なり合い、かつこれらＬＥＤ２からの照明光が重なり合っている部分の中間位置が、ピーク値の約半分の照度になるように重なり合っている位置でも、照度分布の均一化が最も図られている位置ではない場合がある。
【００７３】
また、１つのＬＥＤ２からの照明光の照度が略０になる付近と、このＬＥＤ２に隣接する他のＬＥＤ２からの照明光の照度がピーク値になる付近とが互いに重なり合い、かつこれらＬＥＤ２からの照明光が重なり合っている部分の中間位置が、ピーク値の約半分の照度になるように重なり合っているような位置がない場合もある。
【００７４】
すなわち、ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ２からの照明光による照度分布は、ＬＥＤアレイ３におけるＬＥＤ２の間隔および配置などの位置関係により様々である。
【００７５】
したがって、レンズ光学系５の各レンズＬ１〜Ｌ４の位置、あるいはレンズの枚数などは、ＬＥＤアレイ３の互いに隣接するＬＥＤ２からの照明光が重なり合う位置で照度分布が所定の状態に均一化された位置とＬＣＤ８の変調面７との位置とが光学的に共役になるように、例えばＬＥＤアレイ３の発光面からの距離毎に照度を観測して実験的に求めたり、コンピュータによってシミュレーションしたりしてＬＥＤアレイ３の特性に応じて設計する。
【００７６】
なお、変調面７とは、ＬＣＤ８に入射した光について偏光方向を変換する変調が完了した面、つまりＬＣＤ８における画像の形成面をいい、液晶表示素子であるＬＣＤ８においては、液晶層の光出射面（反射型のＬＣＤでは、光入射面と光出射面とは同じ面）にスクリーンに投射される画像が形成されていると考えられるため、液晶層の光出射面が変調面７ということになる。
【００７７】
さらに、ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ２からの照明光、あるいはＰＢＳアレイ１５から出射する光による照度分布は、光軸Ｘ方向に多少移動した位置でも急激に変化するものではないので、ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ２からの照明光、あるいはＰＢＳアレイ１５から出射する光が重なり合って照度分布が均一化されている位置と、ＬＣＤ８の変調面７の位置とは、厳密に光学的に共役でなくてもよい。
【００７８】
例えば、反射型のＬＣＤ８においては、光の反射面の位置を照明光の照度分布が均一化されている位置と共役位置としても、また、液晶層の前面に配置される位相差板の配置位置を照明光が均一化されている位置と共役位置としても、あるいは、透過型のＬＣＤ８においては、液晶層の光入射面の位置を照明光の照度分布が均一化されている位置と共役位置としても、また、液晶層の前後に配置される位相差板の配置位置を照明光の照度分布が均一化されている位置と共役位置としても、いずれの場合も、変調面７の近傍の位置であるため、本発明の効果が大きく損なわれるものではない。
【００７９】
そして、ＬＥＤ２の照度は、範囲Ｙの外側であっても急激に低下するものではないので、厳密に範囲Ｙ内だけに照射される光をＬＣＤ８の変調面７に入射するようにしなくてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
請求項１記載の照明光学系によれば、複数の光源を所定の位置に配置した光源部の光源からそれぞれ照射された光が少なくとも重なり合う位置と、レンズ光学系に集光された光を変調する光変調手段の変調面の位置とが、光学的に略共役になるようにレンズ光学系を設けることにより、光源からの光の重なり合いで比較的均一化された照度分布に応じた照度分布を、比較的安価な構成で確実に光変調手段に構成することが可能になり、製造コストおよび光量の損失をそれぞれ抑制できる。
【００８１】
請求項２記載の照明光学系によれば、請求項１記載の照明光学系の効果に加え、光源部の最も外側に位置する光源の光軸よりも内側の範囲に照射される各光源からの光が光変調手段に入射するようにレンズ光学系を設けることにより、光源が照射した光の比較的照度が大きい部分が確実に光変調手段に入射され、充分な光量を確保できる。
【００８２】
請求項３記載の照明光学系によれば、光源部の各光源からそれぞれ照射された光の偏光方向を所定の方向に揃える偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光が重なり合う位置と、レンズ光学系に集光された光を変調する光変調手段の変調面の位置とが、光学的に略共役になるようにレンズ光学系を設けることにより、偏光変換光学系により偏光方向を揃えられた光の重なり合いで比較的均一化された照度分布に応じた照度分布を、比較的安価な構成で確実に光変調手段に構成することが可能になり、製造コストおよび光量の損失をそれぞれ抑制できる。
【００８３】
請求項４記載の照明光学系によれば、請求項３記載の照明光学系の効果に加え、偏光変換光学系に偏光方向を揃えられこの偏光変換光学系の最も外側に位置する光の光軸よりも内側の範囲にて偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光が光変調手段に入射するようにレンズ光学系を設けることにより、偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光の比較的照度が大きい部分が確実に光変調手段に入射され、充分な光量を確保できる。
【００８４】
請求項５記載のプロジェクタ装置によれば、請求項１ないし４いずれか一記載の照明光学系の光変調手段にて変調された光を投射レンズ光学系にて投射することにより、製造コストおよび光量の損失をそれぞれ抑制できれ、かつ照度斑が低減された所定の照度分布の光を投射できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプロジェクタ装置の第１の実施の形態を示す側面図である。
【図２】同上プロジェクタ装置を示す平面図である。
【図３】同上プロジェクタ装置の光源部を示す正面図である。
【図４】同上プロジェクタ装置の照明光学系を示す側面図である。
【図５】同上照明光学系の光源部による照度分布を示す説明側面図である。
【図６】同上照明光学系の光源部による図５に示す照度分布の説明断面図である。
（ａ） 図５に示す照度分布のＡ−Ａ断面図
（ｂ） 図５に示す照度分布のＢ−Ｂ断面図
（ｃ） 図５に示す照度分布のＣ−Ｃ断面図
（ｄ） 図５に示す照度分布のＤ−Ｄ断面図
（ｅ） 図５に示す照度分布のＥ−Ｅ断面図
【図７】本発明のプロジェクタ装置の第２の実施の形態を示す側面図である。
【図８】同上プロジェクタ装置を示す平面図である。
【図９】本発明のプロジェクタ装置の第３の実施の形態を示す側面図である。
【図１０】同上プロジェクタ装置を示す平面図である。
【図１１】本発明のプロジェクタ装置の光源部の他の実施例を示す正面図である。
【符号の説明】
１ プロジェクタ装置
２ 光源としてのＬＥＤ
３ 光源部としてのＬＥＤアレイ
５ レンズ光学系
７ 変調面
８ 光変調手段としてのＬＣＤ
９ 投射レンズ光学系
１２ 照明光学系
１５ 偏光変換光学系としてのＰＢＳアレイ
Claims (5)
- 複数の光源を所定の位置に配置した光源部と、
前記光源部の前記各光源からそれぞれ照射された光を集光するレンズ光学系と、
このレンズ光学系に集光された光を変調する光変調手段とを具備し、
前記レンズ光学系は、前記光源部の光源からそれぞれ照射された光が少なくとも重なり合う位置と前記光変調手段の変調面の位置とが光学的に略共役になるように設けられている
ことを特徴とした照明光学系。 - レンズ光学系は、光源部の最も外側に位置する光源の光軸よりも内側の範囲に照射される前記各光源からの光が光変調手段に入射するように設けられている
ことを特徴とした請求項１記載の照明光学系。 - 複数の光源を所定の位置に配置した光源部と、
この光源部の前記各光源からそれぞれ照射された光の偏光方向を所定の方向に揃える偏光変換光学系と、
前記偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光を集光するレンズ光学系と、
このレンズ光学系に集光された光を変調する光変調手段とを具備し、
前記レンズ光学系は、前記偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光が少なくとも重なり合う位置と前記光変調手段の前記変調面の位置とが光学的に略共役になるように設けられている
ことを特徴とした照明光学系。 - レンズ光学系は、偏光変換光学系に偏光方向を揃えられこの偏光変換光学系の最も外側に位置する光の光軸よりも内側の範囲にて前記偏光変換光学系に偏光方向を揃えられた光が光変調手段に入射するように設けられている
ことを特徴とした請求項３記載の照明光学系。 - 請求項１ないし４いずれか一記載の照明光学系と、
この照明光学系の光変調手段に変調された光を投射する投射レンズ光学系と
を具備したことを特徴としたプロジェクタ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003072297A JP2004279816A (ja) | 2003-03-17 | 2003-03-17 | 照明光学系およびプロジェクタ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003072297A JP2004279816A (ja) | 2003-03-17 | 2003-03-17 | 照明光学系およびプロジェクタ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004279816A true JP2004279816A (ja) | 2004-10-07 |
Family
ID=33288529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2003072297A Pending JP2004279816A (ja) | 2003-03-17 | 2003-03-17 | 照明光学系およびプロジェクタ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004279816A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008096777A (ja) * | 2006-10-13 | 2008-04-24 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ光源装置及び映像表示装置 |
| JP2009204871A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 照明装置および投写型映像表示装置 |
-
2003
- 2003-03-17 JP JP2003072297A patent/JP2004279816A/ja active Pending
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