JP2005017379A - Lighting system - Google Patents

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Makoto Kitagawa
真 北川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the light use efficiency by recycling light. <P>SOLUTION: Object-side focuses of first, second, and third illumination lenses 51, 52, and 53 are placed in the vicinity of a second lens array 4 and are made to coincide with an image-side focus of a first lens array or are arranged in the vicinity of the image-side focus. Light reflected by a stripe-shaped mirror 7 constituted integrally with the second lens array 4 light is made incident again on an illumination lens group (the first, second, and third illumination lenses 51, 52, and 53) and imaged on their image-side focuses, so that light can be recycled by this constitution. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は照明装置に係り、特に、投射型の表示装置の光源に適した照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、投射型表示装置の照明系(光源)として、様々な照明装置が提案されており、例えば、図7に示すようなものがある。
図7は、従来の一般的な液晶プロジェクタ方式の照明装置の光学系の構成を示す構成図である。
【0003】
同図に示す従来の一般的な液晶プロジェクタ方式の照明装置の光学系は、光源81と、略平行光を発生する光源部を構成する放物面リフレクター82と、インテグレータ部を構成する第1レンズアレイ83及び第2レンズアレイ84と、光学素子系を構成する照明レンズ851〜856と、光源のあらゆる方向に振動している光の振動方向を1つの方向に揃えるためのPSコンバータ部を構成する偏光ビームスプリッター87と、白色光を単色のRED、GREEN、BLUEに分離する色分離部を構成する色分離ミラー1(861)〜色分離ミラー5(865)と、入射側偏光板で構成される画像表示部1(881)と、液晶パネルで構成される画像表示部2(882)と、出射側偏光板で構成される画像表示部3(883)と、RED、GREEN、BLUE光を再び合成するための色合成部89と、画像表示部に表示される画像を投映面に拡大するための投射レンズ部810とを備えている。
【0004】
図8は、SCR(Sequential Color Recapture and A Method of Scrolling Color)方式単板DLPプロジェクタの光学系の1構成例を示す構成図である。
【0005】
同図に示す従来の一般的なSCR方式単板DLPプロジェクタの照明装置は、光源91と、第1焦点に光源91を配置した楕円リフレクター92と、楕円リフレクター92の第2焦点に集光された2次光源の面内輝度ムラを少なくする役割を担うロッドインテグレータ93と、ロッドインテグレータ93の出射側端面をパネル面に結像するためのリレーレンズ部を形成する照明レンズ95と、カラースクロールを行うため渦巻状にダイクロイックミラーが形成されているSCRカラーホイール96と、光束の方向を傾ける役割をするミラー97と、画素に相当する微細なマイクロミラーの角度を2値に変えることによって階調を表現し画像を形成する画像表示98(DMD部)と、DMD部のマイクロミラーの角度の2値のうちの1値では投射レンズに入射せしめ、他の1値では入射せしめないようにするためのTIRプリズム99と、投映面に画像を拡大して投映するための投射レンズ910とを備える。
【0006】
以下、図8に示す従来の一般的なSCR方式単板DLPプロジェクタの照明装置の機能を説明する。
同図に示す照明装置では、前記ロッドインテグレータ93の入射側端面には2次光源像が入射できる孔以外の部分についてミラー蒸着がなされており、SCRカラーホイール96のダイクロイック面で反射された補色光は前記ミラー97で反射されて光を再利用できるように構成されており、光利用効率を上げることができるという長所を備えている。
【0007】
なお、特許出願から見た従来のプロジェクタの照明装置としては、図7に示す従来の液晶プロジェクタと同じタイプの照明装置として、インテグレータ光学系にレンズ板使用し、ランダムな偏光光をP偏光光とS偏光光とに分離するPSコンバータ部に偏光分離プリズムアレイを使用して光利用効率を高める技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0008】
また、3原色の光ビームを生成するダイナミックフィルタを備えるとともに、このダイナミックフィルタで拒否された光を光再循環器を介して再利用することで光の利用効率を高める技術が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0009】
【特許文献1】
特開平8−304739号公報
【特許文献2】
特開2001−242416号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の従来の照明装置は、特許文献1に開示された照明装置も含めて、前述のとおり、液晶プロジェクタで偏光変換を行うためのPSコンバータ(偏光ビームスプリッター87)が、レンズアレイ光学系(インテグレータ部を構成する第1レンズアレイ83及び第2レンズアレイ84)と組み合わせて用いられているため、レンズアレイの分割に応じて、このPSコンバーターを複数個並べる必要があり、製造工程が複雑となり、またコスト的に高価なものになるという問題点があった。
【0011】
また、前述の補色光まで利用して光の利用効率を高める方式の照明装置では、前記SCR方式単板DLPプロジェクタで用いられているロッドインテグレータ93(前述のとおり、入射側端面に2次光源像が入射できる孔以外の部分についてミラー蒸着がなされている)内で光のリサイクルを行う方式の装置の場合は、戻り光の内、ミラーにある孔の部分に戻ってしまう光の分だけ、光の利用効率が低下してしまうという問題点があった。さらに、特許文献2に開示された照明装置は、渦巻き型カラーホイールを回転させるためにモータを使用しており、装置構成が複雑となる。
【0012】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、光をリサイクルすることによって光の利用効率を高めることができる簡単な構成の照明装置を提供することを目的としている。
【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、本発明に係る照明装置は、光源からの光束で照明をする照明装置において、前記光源からの光束を受ける複数のレンズを規則的に平面内に配列した第1光学素子と、前記第1光学素子の後段に位置し、複数のレンズを規則的に平面内に配列した第2光学素子と、前記第2光学素子の直後に位置し、複数の短冊状のミラーを配列した第3光学素子と、前記第3光学素子の後段に位置し、1つ以上のレンズを光路内の所定の位置に配置した第4光学素子と、前記第4光学素子の後段に位置し、選択反射性を備えるとともに光軸に対して所定の角度に傾けることが可能な第5光学素子とを具備したことを特徴とする。
【0014】
この構成により、前記第2光学素子と一体に構成され、複数の短冊状のミラーを配列した第3光学素子で反射した光は、再び前記1つ以上のレンズを光路内の所定の位置に配置した第4光学素子に入射し、その像側焦点に結像するため、光をリサイクルして光の利用効率を高めることができる照明装置を実現することができる。
【0015】
また、前記照明装置において、前記第2光学素子及び前記第4光学素子の物体側焦点位置が、前記第1光学素子の像側焦点位置、若しくは前記焦点位置の近傍に位置する構成とすることが可能である。
【0016】
この構成により、前記第1光学素子をインテグレータとして機能せしめて、前記第2光学素子に、前記第1光学素子の2次光源像を配列することが可能となり、また、前記第2光学素子の前記複数のレンズの各々から射出される光を、前記第4光学素子から射出されてその像側焦点に向かう光を主光線とする略平行光とすることができる。
【0017】
また、前記照明装置において、前記第3光学素子の前記ミラー配列を前記第2光学素子の表面に蒸着するとともに、前記第2光学素子と前記第3光学素子とを一体構造として構成することが可能である。
【0018】
この構成により、製造コストの安い照明装置を実現することができる。
【0019】
また、前記照明装置において、前記第2光学素子を光路から除いた構成とすることが可能である。
【0020】
この構成により、小型で、製造コストの安い照明装置を実現することができる。
【0021】
また、前記照明装置において、前記第4光学素子の物体側焦点位置が、前記第1光学素子の像側焦点位置、若しくは前記焦点位置の近傍に位置している構成とすることが可能である。
【0022】
この構成により、前記第1光学素子に配列された2次光源像を前記第4光学素子の像側焦点に重畳することができるとともに、前記第1光学素子の複数のレンズの各々から射出する光を、前記第4光学素子射出後にその像側焦点に向かう光を主光源とする略平行光とすることができる。
【0023】
また、前記照明装置において、前記選択反射性を備えた前記第5光学素子からの反射光によって生じる光源像が、前記第1光学素子の像側焦点付近で、前記第1光学素子により生じる複数の光源像の隙間にできるように前記第5光学素子を光軸に対して傾けることが可能である。
【0024】
この構成により、前記第5光学素子からの反射光(即ち、前記第5光学素子を透過しなかった光)を、前記第3光学素子のミラーで反射せしめ、さらに前記第4光学素子に入射せしめて、その像側焦点に結像せしめることができるので、光のリサイクル過程の一部を簡単な構成で構築することが可能となる。
【0025】
また、前記照明装置において、前記複数の短冊状のミラーを配列した前記第3光学素子を、前記第5光学素子からの反射光によって生じる光源像位置、若しくは前記光源像位置の近傍に設置し、前記第3光学素子による反射光が前記第5光学素子、若しくは前記第5光学素子の近傍に戻ってくるように構成することが可能である。
【0026】
この構成により、前記第5光学素子からの反射光(即ち、前記第5光学素子を透過しなかった光)を、前記第3光学素子のミラーで反射せしめ、さらに前記第4光学素子に入射せしめて、その像側焦点に結像せしめ、さらに、前記第5光学素子の近傍に戻せしめることができるので、光のリサイクル過程を簡単な構成で構築することが可能となる。
【0027】
また、前記照明装置において、前記第5光学素子を、面内に異なる複数のダイクロイックコートを施した光学素子で構成することが可能である。
【0028】
この構成により、光の3原色別の前記第5光学素子からの反射光の各々を、再び前記第5光学素子まで戻し、さらに、この戻された光は、今度は前記第5光学素子を透過せしめる材質に照射されるので、光を効果的にリサイクルして、光源光の利用効率を高めることができる照明装置を実現することができる。
【0029】
また、前記照明装置において、前記第5光学素子を、反射型の円偏光素子で構成することが可能である。
【0030】
この構成により、右回りの円偏光または左回りの円偏光別の前記第5光学素子からの反射光の各々を、再び前記第5光学素子まで戻すことができるが、この戻された光は前記第3光学素子で反射されることにより互いに逆の円偏光に変換されているので、今度は前記第5光学素子を透過することが可能となり、光のリサイクル過程を完結せしめて、照明光の光量を増やし、光の利用効率を高めることができる照明装置を実現することができる。
【0031】
さらに、前記照明装置において、前記第5光学素子を、反射型の直線偏光素子で構成し、かつ前記第5光学素子から前記複数の短冊状のミラーを配列した前記第3光学素子に反射する光路内に1/4位相差板を配置することが可能である。
【0032】
この構成によれば、光源からの自然光に含まれる一定方向の直線偏光を照明光に利用できるとともに、この直線偏光に直交する直線偏光も照明光として利用できるので、照明光の光量を増やし、光の利用効率を高めることができる照明装置を実現することができる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の照明装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0034】
図1は、本発明の実施形態に係る照明装置の光学系の構成を示す構成図である。
同図において、本実施形態の照明装置の光学系は、光源1と、放物面を有するリフレクター2と、複数の正レンズを規則的に平面内に配列して成る第1レンズアレイ3(第1光学素子)と、2次光源像を取り込む第2レンズアレイ4(第2光学素子)と、焦点に像を結像するための第4光学素子を構成する第1照明レンズ51,第2照明レンズ52,及び第3照明レンズ53と、第4光学素子を構成する第2照明レンズ52の像側焦点面に選択反射性を有する選択反射素子6(第5光学素子)と、複数の短冊状のミラーを有し、前記第2レンズアレイ4(第2光学素子)と一体構成された短冊状ミラー7(第3光学素子)とを備えている。そして、光源1は、超高圧水銀ランプなどで構成することができる。
【0035】
以下、本実施形態に係る照明装置の機能について説明する。
光源1から発した光は、放物面を有するリフレクター2により反射されて、略平行光になり、第1レンズアレイ3(第1光学素子)に入射する。
第1レンズアレイ3は、複数の正レンズを規則的に平面内に配列した光学素子であり、かつ第1レンズアレイ3の各レンズの像側焦点は第2レンズアレイ4(第2光学素子)の近傍になるように設計されているため、第2レンズアレイ4に第1レンズアレイ3の複数の正レンズの各々に対応した2次光源像が配列されることとなる。
【0036】
前記の2次光源像を取り込むように第2レンズアレイ4の各レンズが配置されており、同時に第2レンズアレイ4の物体側焦点は第1レンズアレイ3の近傍になるように構成されている。第2レンズアレイ4を射出した光は、1つあるいは複数のレンズから成り、正のパワーを持つ前記第4光学素子により、その像側焦点に結像するが、同時に第1レンズアレイ3の各レンズ部を1箇所に重畳する効果も有するため、インテグレータとして機能することとなる。
【0037】
このとき、前記第4光学素子(より具体的には、第1照明レンズ51,第2照明レンズ52,及び第3照明レンズ53)の物体側焦点を第2レンズアレイ4の近傍に置き、第1レンズアレイ3の像側焦点と一致させるか、または前記像側焦点の近傍に配置させることにより、第2レンズアレイ4の各レンズから射出する光は、前記第4光学素子の射出後に、その像側焦点に向かう光を主光線とする略平行光となる。
【0038】
また、前記第4光学素子の像側焦点面に選択反射性を持つ第5光学素子6を配置しているので、この第5光学素子6からの反射光は、前記第4光学素子に裏側から再度入射し、前記第4光学素子の物体側焦点面(即ち、元の前記2次光源)と光軸に対して軸対称の位置に光源像を生成する。
【0039】
ここで、第5光学素子6を所定の角度だけ傾けることにより、前記光源像を第1レンズアレイ3による2次光源像の間にずらすことが可能である。この位置に複数短冊状のミラーを平面内に配置した短冊状ミラー7(第3光学素子)を配置する。この短冊状ミラー7(第3光学素子)で反射した光は、再び第4光学素子を構成するレンズ群(第1照明レンズ51,第2照明レンズ52,及び第3照明レンズ53)に入射し、その像側焦点に結像するため、これにより、光がリサイクルされることとなる。
【0040】
図2は、本発明の実施形態に係る照明装置の第2レンズアレイ(第2光学素子)と、短冊状ミラー(第3光学素子)との一体構成の1実施例を示す構成図である。
同図に示すとおり、第2レンズアレイ4(第2光学素子)と、短冊状ミラー7(第3光学素子)とは、一体として構成することにより、装置のコストダウンを図ることができる。
【0041】
図3は、本発明の実施形態に係る照明装置の光学系の他の構成を示す構成図である。
同図に示す照明装置の光学系において、光源1から発した光は放物面リフレクター2により反射されて略平行光になり、第1レンズアレイ3(第1光学素子)に入射する。
【0042】
同図に示す照明装置は、図1に示す照明装置と同様の第1レンズアレイ3を備え、また、短冊状ミラー7(第3光学素子)と一体構成されていた前記第2レンズアレイ4(第2光学素子)が省略されている。
【0043】
第1レンズアレイ3は、図1に示す照明装置と同じく、複数の正レンズを規則的に平面内に配列した光学素子である。そして、第1レンズアレイ3の各レンズの像側焦点面には第1レンズアレイ3の各レンズアレイに対応した2次光源像が配列されることとなる。
【0044】
前記2次光源像を取り込むように、1つあるいは複数のレンズ(ここでは、第1照明レンズ51,第2照明レンズ52,及び第3照明レンズ53)から成り、正のパワーを有する第4光学素子が配列されており、その物体側焦点は、第1レンズアレイ3の像側焦点面に一致するか、その近傍になるよう設計されている。そのため上記2次光源像を前記第4光学素子の像側焦点に重畳する効果を有し、第1レンズアレイ3の各レンズから射出する光は、前記第4光学素子から射出後に、その像側焦点に向かう光を主光線とする略平行光となる。
【0045】
前記第4光学素子の像側焦点面に、選択反射性を有する選択反射素子6(第5光学素子)が配置されているので、この選択反射素子6(第5光学素子)からの反射光は、前記第4光学素子に裏側から再度入射し、前記第4光学素子の物体側焦点面(即ち、元の前記2次光源)と光軸に対して軸対称の位置に光源像を生成する。
【0046】
ここで、第5光学素子6を所定の角度だけ傾けることにより、前記光源像を第1レンズアレイ3による2次光源像の間にずらすことが可能であり、この位置に複数短冊状のミラーを平面内に配置した短冊状ミラー7(第3光学素子)を配置する。
【0047】
前記第3光学素子で反射した光は再び前記第4光学素子に入射し、その像側焦点に結像するため、これにより、光がリサイクルされることとなる。しかしながら、短冊状ミラー7(第3光学素子)で反射した光が、再び前記第4光学素子に入射し、その像側焦点に結像する場合、選択反射素子6(第5光学素子)で再び反射されてしまっては光の利用効率向上が図れないため、前述の光は選択反射素子6において透過されるように構成する必要がある。
【0048】
図4は、本発明の実施形態に係る照明装置の選択反射素子(第5光学素子)の1実施例を示す構成図である。
同図に示す前記選択反射素子6(第5光学素子)は、その結像面内に、異なる複数のダイクロイックコートを施している。また、ここでは、カラースクロール方式用にダイクロイックコートされたカラーホイールとしている。
【0049】
このカラーホイールの表面には前述の特許文献2に示されているアルキメデスの渦巻き状に、ダイクロイックフィルターのコートが施されており、これによって表示素子上にカラースクロールを発生せしめている。例えば、或る瞬間に、ダイクロイックフィルターの色帯が、前記カラーホイール表面の上部からREDダイクロイックフィルター61、GREENダイクロイックフィルター62、BLUEダイクロイックフィルター63の順で並んでいたとすると、REDダイクロイックフィルター61に当たった光はREDの光(赤色光)のみを透過し、GREENの光(緑色光)とBLUEの光(青色光)を反射する。
【0050】
同様に、GREENダイクロイックフィルター62に当たった光はGREENの光のみを透過し、REDの光とBLUEの光を反射するし、BLUEダイクロイックフィルター63に当たった光はBLUEの光のみを透過し、REDの光とGREENの光は反射する。
【0051】
前記の各ダイクロイックフィルターで反射した光の各々は、前述の通り、短冊状ミラー7(第3光学素子)で再反射して、再び前記選択反射素子6(第5光学素子)に戻ってくる。
【0052】
REDダイクロイックフィルター61で反射するBLUEの光が再び前記選択反射素子6(第5光学素子)の部分に戻ってくるときは、BLUEダイクロイックフィルター63の近傍に結像せして、このBLUEダイクロイックフィルター63を透過せしめるように構成しているので、選択反射素子6(第5光学素子)を透過する光(照明光)の光量が増え、ここで光の利用効率を上げることができる。
【0053】
同様に、REDダイクロイックフィルター61で反射するGREENの光が再び前記選択反射素子6(第5光学素子)の部分に戻ってくるときは、GREENダイクロイックフィルター62の近傍に結像せして、このGREENダイクロイックフィルター62を透過せしめるように構成しているので、選択反射素子6(第5光学素子)を透過する光(照明光)の光量が増え、ここでも光の利用効率を上げることができる。
【0054】
同様に、GREENダイクロイックフィルター62で反射するREDの光が再び前記選択反射素子6(第5光学素子)の部分に戻ってくるときは、REDダイクロイックフィルター61の近傍に結像せして、このREDダイクロイックフィルター61を透過せしめるように構成しているので、選択反射素子6(第5光学素子)を透過する光の光量(照明光)が増え、ここでも光の利用効率を上げることができる。
【0055】
同様に、GREENダイクロイックフィルター62で反射するBLUEの光が再び前記選択反射素子6(第5光学素子)の部分に戻ってくるときは、BLUEダイクロイックフィルター63の近傍に結像せして、このBLUEダイクロイックフィルター63を透過せしめるように構成しているので、選択反射素子6(第5光学素子)を透過する光(照明光)の光量が増え、ここでも光の利用効率を上げることができる。
【0056】
同様に、BLUEダイクロイックフィルター63で反射するREDの光が再び前記選択反射素子6(第5光学素子)の部分に戻ってくるときは、REDダイクロイックフィルター61の近傍に結像せしめて、このREDダイクロイックフィルター61を透過せしめるように構成しているので、選択反射素子6(第5光学素子)を透過する光(照明光)の光量が増え、ここでも光の利用効率を上げることができる。
【0057】
同様に、BLUEダイクロイックフィルター63で反射するGREENの光が再び前記選択反射素子6(第5光学素子)の部分に戻ってくるときは、GREENダイクロイックフィルター62の近傍に結像せして、このGREENダイクロイックフィルター62を透過せしめるように構成しているので、選択反射素子6(第5光学素子)を透過する光(照明光)の光量が増え、ここでも光の利用効率を上げることができる。
【0058】
図5は、本発明の実施形態に係る照明装置の選択反射素子(第5光学素子)の他の1実施例を示す構成図である。
同図に示す選択反射素子6(第5光学素子)は、反射型の円偏光素子であることを特徴としている。反射型の円偏光素子の1例としてはコレステリック液晶がある。光源からの光は自然光(不定偏光)であるため、右回り円偏光と左回り円偏光がほぼ半分ずつの割合で存在しているが、コレステリック液晶はある一方の円偏光を透過し、他方を反射する性質を持っている。
【0059】
そこで、仮に、右回り円偏光を透過し、左回り円偏光を反射するコレステリック液晶を前記の選択反射素子6(第5光学素子)として配置すると、入射光のうちの右回り円偏光は透過され、左回り円偏光は反射する。この反射した左回り円偏光は、短冊状ミラー7(第3光学素子)で再反射して再び選択反射素子6(第5光学素子)に戻ってくるが、円偏光は反射すると回転方向が逆転する性質を持っているため、再び選択反射素子6(第5光学素子)に戻ってきた前記の光は、右回り円偏光となっており、この選択反射素子6(第5光学素子)を透過する。これにより、選択反射素子6(第5光学素子)を透過する光(照明光)の光量を増やすことができるので、光の利用効率が高い照明装置を構成することができる。
【0060】
図6は、本発明の実施形態に係る照明装置の選択反射素子(第5光学素子)の他の1実施例を示す構成図である。
同図に示す選択反射素子6(第5光学素子)は、反射型の直線偏光素子であることを特徴としている。反射型の直線偏光素子の1例としてワイヤーグリッド偏光板や、3M社のDBEFなどがある。光源からの光は自然光(不定偏光)であるため、ある方向の直線偏光とそれに直行する方向の直線偏光とが、ほぼ半分ずつの割合で存在しているが、反射型の直線偏光子は、或る一定方向の直線偏光を透過し、この方向に直行する方向の直線偏光を反射する性質を持っている。
【0061】
そこで、仮に、第5光学素子に対するP偏光を透過し、S偏光を反射する反射型の直線偏光素子を前記選択反射素子6(第5光学素子)として配置すると、入射光のうちのP偏光は選択反射素子6(第5光学素子)を透過し、また、S偏光は反射される。反射されたS偏光は、短冊状ミラー71(第3光学素子)で再反射し、再び選択反射素子6(第5光学素子)に戻ってくるが、その光路内に1/4波長板72(1/4位相差板)を、その光学軸が直線偏光の偏光軸に対して45°になるように配置する。これにより、前記直線偏光が円偏光になるが、短冊状ミラー71(第3光学素子)で反射すると逆方向の円偏光になり、再度1/4波長板72を透過するとP偏光になるため、前記選択反射素子6(第5光学素子)を透過する。これにより、やはり、選択反射素子6(第5光学素子)を透過する光量を増やすことができるので、光の利用効率の高い照明装置を構成することができる。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の照明装置によれば、照明光として利用されなかった光を光学系によりリサイクルして再び照明光とすることにより、照明光の光量を増量せしめ、光の利用効率を高めることができる簡単な構成の照明装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る照明装置の光学系の構成を示す構成図である。
【図2】本発明の実施形態に係る照明装置の第2レンズアレイ(第2光学素子)と、短冊状ミラー(第3光学素子)との一体構成の1実施例を示す構成図である。
【図3】本発明の実施形態に係る照明装置の光学系の他の構成を示す構成図である。
【図4】本発明の実施形態に係る照明装置の選択反射素子(第5光学素子)の1実施例を示す構成図である。
【図5】本発明の実施形態に係る照明装置の選択反射素子(第5光学素子)の他の1実施例を示す構成図である。
【図6】本発明の実施形態に係る照明装置の選択反射素子(第5光学素子)の他の1実施例を示す構成図である。
【図7】従来の一般的な液晶プロジェクタ方式の照明装置の光学系の構成を示す構成図である。
【図8】SCR(Sequential Color Recapture and A Method of Scrolling Color)方式単板DLPプロジェクタの光学系の1構成例を示す構成図である。
【符号の説明】
1 光源
2 リフレクター
3 第1レンズアレイ(第1光学素子)
4 第2レンズアレイ(第2光学素子)
6 選択反射素子(第5光学素子)
7,71 短冊状ミラー(第3光学素子)
51 第1照明レンズ(第4光学素子)
52 第2照明レンズ(第4光学素子)
53 第3照明レンズ(第4光学素子)
61 REDダイクロイックフィルター(第5光学素子)
62 GREENダイクロイックフィルター(第5光学素子)
63 BLUEダイクロイックフィルター(第5光学素子)
72 1/4波長板(1/4位相差板)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an illuminating device, and more particularly to an illuminating device suitable for a light source of a projection type display device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various illumination devices have been proposed as illumination systems (light sources) for projection display devices, for example, as shown in FIG.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of an optical system of a conventional general liquid crystal projector type illumination device.
[0003]
The optical system of the conventional general liquid crystal projector type illumination device shown in FIG. 1 includes a light source 81, a parabolic reflector 82 that constitutes a light source unit that generates substantially parallel light, and a first lens that constitutes an integrator unit. The array 83 and the second lens array 84, the illumination lenses 851 to 856 constituting the optical element system, and the PS converter unit for aligning the vibration direction of the light vibrating in all directions of the light source in one direction are configured. A polarization beam splitter 87, color separation mirror 1 (861) to color separation mirror 5 (865) constituting a color separation unit for separating white light into monochromatic RED, GREEN, and BLUE, and an incident side polarizing plate. An image display unit 1 (881), an image display unit 2 (882) composed of a liquid crystal panel, an image display unit 3 (883) composed of an output-side polarizing plate, RED, REEN, includes a color mixing unit 89 for re-combining the BLUE light, and a projection lens unit 810 for enlarging an image displayed on the image display unit on the projection surface.
[0004]
FIG. 8 is a block diagram showing one configuration example of an optical system of an SCR (Sequential Color Recipe and A Method of Scrolling Color) system single plate DLP projector.
[0005]
The conventional general SCR type single-plate DLP projector illumination device shown in FIG. 1 is focused on the light source 91, the elliptical reflector 92 having the light source 91 disposed at the first focal point, and the second focal point of the elliptical reflector 92. Performs color scrolling with a rod integrator 93 that plays a role in reducing in-plane luminance unevenness of the secondary light source, an illumination lens 95 that forms a relay lens portion for imaging the emission-side end surface of the rod integrator 93 on the panel surface, and the like. Therefore, gradation is expressed by changing the angle of the SCR color wheel 96 in which the dichroic mirror is formed in a spiral, the mirror 97 that tilts the direction of the light beam, and the minute micromirror corresponding to the pixel to binary. The image display 98 (DMD portion) for forming the image and the value of one of the two angles of the micromirrors of the DMD portion are projected. Allowed enters the lens, in other 1 value comprises a TIR prism 99 for preventing allowed entrance, and a projection lens 910 for projecting, an enlarged image on a projection surface.
[0006]
Hereinafter, the function of the illumination device of the conventional general SCR single plate DLP projector shown in FIG. 8 will be described.
In the illuminating device shown in the figure, the other end of the rod integrator 93 is mirror-deposited on the incident side end surface except the hole where the secondary light source image can enter, and the complementary color light reflected by the dichroic surface of the SCR color wheel 96 is used. Is configured to be able to reuse the light reflected by the mirror 97, and has the advantage that the light use efficiency can be increased.
[0007]
The conventional projector illumination device as seen from the patent application is the same type of illumination device as the conventional liquid crystal projector shown in FIG. 7, using a lens plate for the integrator optical system, and randomly polarized light as P-polarized light. A technique is disclosed in which a polarization separation prism array is used in a PS converter section that separates into S-polarized light to improve light utilization efficiency (see, for example, Patent Document 1).
[0008]
In addition, a technology is disclosed that includes a dynamic filter that generates light beams of the three primary colors and increases the light utilization efficiency by reusing light rejected by the dynamic filter via an optical recirculator ( For example, see Patent Document 2.)
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-8-304739
[Patent Document 2]
JP 2001-242416 A
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-mentioned conventional illumination device includes the illumination device disclosed in Patent Document 1, as described above, the PS converter (polarization beam splitter 87) for performing polarization conversion by the liquid crystal projector includes a lens array optical system. Since it is used in combination with the first lens array 83 and the second lens array 84 constituting the integrator section, it is necessary to arrange a plurality of PS converters according to the division of the lens array, and the manufacturing process is complicated. In addition, there is a problem that the cost becomes expensive.
[0011]
Further, in the illumination device of the type that uses up to the above-mentioned complementary color light to increase the light utilization efficiency, the rod integrator 93 used in the SCR type single plate DLP projector (as described above, the secondary light source image on the incident side end face). In the case of a device that recycles light in a portion other than the hole where the light can enter, the light is returned by the amount of light that returns to the hole in the mirror. There has been a problem that the use efficiency of the system is lowered. Furthermore, the illumination device disclosed in Patent Document 2 uses a motor to rotate the spiral color wheel, and the device configuration is complicated.
[0012]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an illumination device having a simple configuration that can improve the light utilization efficiency by recycling light.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, an illuminating device according to the present invention is a illuminating device that performs illumination with a light beam from a light source. An element, a second optical element positioned downstream of the first optical element, and a plurality of lenses regularly arranged in a plane; and a plurality of strip-shaped mirrors positioned immediately after the second optical element. An arrayed third optical element, a fourth optical element positioned at a subsequent stage of the third optical element, one or more lenses arranged at a predetermined position in an optical path, and a subsequent stage of the fourth optical element; And a fifth optical element having selective reflectivity and capable of being inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis.
[0014]
With this configuration, the light reflected by the third optical element, which is configured integrally with the second optical element and in which a plurality of strip-shaped mirrors are arranged, is arranged again at a predetermined position in the optical path. Since the light enters the fourth optical element and forms an image on the image side focal point, it is possible to realize an illuminating device that can recycle the light and increase the light use efficiency.
[0015]
In the illumination device, the object-side focal positions of the second optical element and the fourth optical element may be positioned at the image-side focal position of the first optical element or in the vicinity of the focal position. Is possible.
[0016]
With this configuration, the first optical element can function as an integrator, and a secondary light source image of the first optical element can be arranged on the second optical element. The light emitted from each of the plurality of lenses can be substantially parallel light whose principal ray is the light emitted from the fourth optical element and directed toward the image side focal point.
[0017]
In the illumination device, the mirror array of the third optical element can be deposited on the surface of the second optical element, and the second optical element and the third optical element can be configured as an integral structure. It is.
[0018]
With this configuration, it is possible to realize a lighting device with low manufacturing cost.
[0019]
In the illumination device, the second optical element can be removed from the optical path.
[0020]
With this configuration, it is possible to realize a lighting device that is small and inexpensive to manufacture.
[0021]
In the illumination device, the object-side focal position of the fourth optical element may be positioned at the image-side focal position of the first optical element or in the vicinity of the focal position.
[0022]
With this configuration, the secondary light source image arranged on the first optical element can be superimposed on the image-side focal point of the fourth optical element, and light emitted from each of the plurality of lenses of the first optical element. Can be made to be substantially parallel light with the light toward the image-side focal point after emission of the fourth optical element as the main light source.
[0023]
In the illumination device, a light source image generated by the reflected light from the fifth optical element having the selective reflectivity is a plurality of light generated by the first optical element in the vicinity of the image-side focal point of the first optical element. The fifth optical element can be tilted with respect to the optical axis so as to form a gap between the light source images.
[0024]
With this configuration, the reflected light from the fifth optical element (that is, the light that has not passed through the fifth optical element) is reflected by the mirror of the third optical element, and further incident on the fourth optical element. Thus, it is possible to form an image on the image-side focal point, so that it is possible to construct a part of the light recycling process with a simple configuration.
[0025]
In the illumination device, the third optical element in which the plurality of strip-shaped mirrors are arranged is installed at a light source image position generated by reflected light from the fifth optical element, or in the vicinity of the light source image position, The light reflected by the third optical element can be configured to return to the fifth optical element or the vicinity of the fifth optical element.
[0026]
With this configuration, the reflected light from the fifth optical element (that is, the light that has not passed through the fifth optical element) is reflected by the mirror of the third optical element, and further incident on the fourth optical element. Thus, it is possible to form an image at the focal point on the image side and return it to the vicinity of the fifth optical element, so that it is possible to construct a light recycling process with a simple configuration.
[0027]
In the illumination device, the fifth optical element can be configured by an optical element having a plurality of different dichroic coats in the plane.
[0028]
With this configuration, each reflected light from the fifth optical element for each of the three primary colors of light is returned to the fifth optical element again, and this returned light is then transmitted through the fifth optical element. Since the material to be caulked is irradiated, it is possible to realize an illuminating device that can effectively recycle light and increase the utilization efficiency of light source light.
[0029]
In the illumination device, the fifth optical element can be formed of a reflective circularly polarizing element.
[0030]
With this configuration, each of the reflected light from the fifth optical element for each of the clockwise circularly polarized light and the counterclockwise circularly polarized light can be returned again to the fifth optical element. Since the light is reflected by the third optical element and converted into circularly polarized light opposite to each other, it is possible to transmit the fifth optical element and complete the light recycling process. Thus, it is possible to realize an illuminating device that can increase the use efficiency of light.
[0031]
Further, in the illuminating device, the fifth optical element is formed of a reflective linearly polarizing element, and an optical path is reflected from the fifth optical element to the third optical element in which the plurality of strip-shaped mirrors are arranged. It is possible to arrange a quarter retardation plate inside.
[0032]
According to this configuration, the linearly polarized light in a certain direction included in the natural light from the light source can be used for the illumination light, and the linearly polarized light orthogonal to the linearly polarized light can also be used as the illumination light. It is possible to realize a lighting device that can increase the use efficiency of the projector.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a lighting device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0034]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an optical system of an illumination apparatus according to an embodiment of the present invention.
In the drawing, the optical system of the illumination device of the present embodiment includes a light source 1, a reflector 2 having a paraboloid, and a first lens array 3 (first lens array) regularly arranged in a plane. 1 optical element), a second lens array 4 (second optical element) for capturing a secondary light source image, and a first illumination lens 51 and a second illumination constituting a fourth optical element for forming an image at the focal point. The lens 52, the third illumination lens 53, the selective reflection element 6 (fifth optical element) having selective reflectivity on the image side focal plane of the second illumination lens 52 constituting the fourth optical element, and a plurality of strip shapes And a strip-shaped mirror 7 (third optical element) integrally formed with the second lens array 4 (second optical element). The light source 1 can be composed of an ultrahigh pressure mercury lamp or the like.
[0035]
Hereinafter, functions of the lighting apparatus according to the present embodiment will be described.
Light emitted from the light source 1 is reflected by the reflector 2 having a paraboloid, becomes substantially parallel light, and enters the first lens array 3 (first optical element).
The first lens array 3 is an optical element in which a plurality of positive lenses are regularly arranged in a plane, and the image-side focal point of each lens of the first lens array 3 is the second lens array 4 (second optical element). Therefore, secondary light source images corresponding to the plurality of positive lenses of the first lens array 3 are arranged in the second lens array 4.
[0036]
Each lens of the second lens array 4 is arranged so as to capture the secondary light source image, and at the same time, the object side focal point of the second lens array 4 is configured to be in the vicinity of the first lens array 3. . The light emitted from the second lens array 4 is composed of one or a plurality of lenses, and is focused on the image-side focal point by the fourth optical element having a positive power. Since it also has the effect of superimposing the lens portion in one place, it functions as an integrator.
[0037]
At this time, the object-side focal point of the fourth optical element (more specifically, the first illumination lens 51, the second illumination lens 52, and the third illumination lens 53) is placed in the vicinity of the second lens array 4, By aligning with the image side focal point of one lens array 3 or arranging it in the vicinity of the image side focal point, the light emitted from each lens of the second lens array 4 It becomes substantially parallel light with the light traveling toward the image side focal point as the principal ray.
[0038]
Further, since the fifth optical element 6 having selective reflectivity is arranged on the image side focal plane of the fourth optical element, the reflected light from the fifth optical element 6 is reflected from the back side to the fourth optical element. The light is incident again, and a light source image is generated at an axially symmetric position with respect to the object-side focal plane (that is, the original secondary light source) of the fourth optical element and the optical axis.
[0039]
Here, it is possible to shift the light source image between the secondary light source images by the first lens array 3 by tilting the fifth optical element 6 by a predetermined angle. A strip-shaped mirror 7 (third optical element) in which a plurality of strip-shaped mirrors are disposed in a plane is disposed at this position. The light reflected by the strip-shaped mirror 7 (third optical element) is incident on the lens group (first illumination lens 51, second illumination lens 52, and third illumination lens 53) constituting the fourth optical element again. Since the image is focused on the image side focal point, the light is recycled.
[0040]
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of an integrated configuration of the second lens array (second optical element) and the strip-shaped mirror (third optical element) of the illumination apparatus according to the embodiment of the present invention.
As shown in the figure, the second lens array 4 (second optical element) and the strip-shaped mirror 7 (third optical element) are configured as a single unit, thereby reducing the cost of the apparatus.
[0041]
FIG. 3 is a configuration diagram showing another configuration of the optical system of the illumination device according to the embodiment of the present invention.
In the optical system of the illuminating device shown in the figure, the light emitted from the light source 1 is reflected by the paraboloid reflector 2 to become substantially parallel light, and enters the first lens array 3 (first optical element).
[0042]
The illuminating device shown in the figure includes the first lens array 3 similar to the illuminating device shown in FIG. 1, and the second lens array 4 (which is integrally formed with the strip mirror 7 (third optical element)). The second optical element) is omitted.
[0043]
The first lens array 3 is an optical element in which a plurality of positive lenses are regularly arranged in a plane, like the illumination device shown in FIG. A secondary light source image corresponding to each lens array of the first lens array 3 is arranged on the image side focal plane of each lens of the first lens array 3.
[0044]
A fourth optical element having one or a plurality of lenses (here, the first illumination lens 51, the second illumination lens 52, and the third illumination lens 53) having positive power so as to capture the secondary light source image. Elements are arranged, and the object-side focal point is designed to coincide with or be close to the image-side focal plane of the first lens array 3. Therefore, it has the effect of superimposing the secondary light source image on the image-side focal point of the fourth optical element, and the light emitted from each lens of the first lens array 3 is image-side after being emitted from the fourth optical element. It becomes substantially parallel light with the light toward the focal point as the principal ray.
[0045]
Since the selective reflection element 6 (fifth optical element) having selective reflectivity is disposed on the image side focal plane of the fourth optical element, the reflected light from the selective reflection element 6 (fifth optical element) is Then, the light enters the fourth optical element again from the back side, and a light source image is generated at a position axially symmetric with respect to the object-side focal plane of the fourth optical element (that is, the original secondary light source) and the optical axis.
[0046]
Here, by tilting the fifth optical element 6 by a predetermined angle, the light source image can be shifted between the secondary light source images by the first lens array 3, and a plurality of strip-shaped mirrors are provided at this position. A strip-shaped mirror 7 (third optical element) disposed in the plane is disposed.
[0047]
The light reflected by the third optical element again enters the fourth optical element and forms an image at the image-side focal point, so that the light is recycled. However, when the light reflected by the strip-shaped mirror 7 (third optical element) is incident on the fourth optical element again and forms an image at the image side focal point, the selective reflection element 6 (fifth optical element) again. If the light is reflected, the light utilization efficiency cannot be improved. Therefore, it is necessary to configure the above-described light so as to be transmitted through the selective reflection element 6.
[0048]
FIG. 4 is a configuration diagram showing one example of the selective reflection element (fifth optical element) of the illumination apparatus according to the embodiment of the present invention.
The selective reflection element 6 (fifth optical element) shown in the figure is provided with a plurality of different dichroic coats in the image plane. Also, here, a color wheel that is dichroic coated for the color scroll method is used.
[0049]
The surface of this color wheel is coated with a dichroic filter in the Archimedean spiral shape disclosed in the above-mentioned Patent Document 2, thereby generating a color scroll on the display element. For example, if the color band of the dichroic filter is arranged in the order of the RED dichroic filter 61, the GREEN dichroic filter 62, and the BLUE dichroic filter 63 from the upper part of the color wheel surface at a certain moment, the RED dichroic filter 61 is hit. The transmitted light transmits only RED light (red light) and reflects GREEN light (green light) and BLUE light (blue light).
[0050]
Similarly, the light hitting the GREEN dichroic filter 62 transmits only the GREEN light, reflects the RED light and BLUE light, the light hitting the BLUE dichroic filter 63 transmits only the BLUE light, and RED. Light and green light are reflected.
[0051]
As described above, each of the lights reflected by the dichroic filters is re-reflected by the strip-shaped mirror 7 (third optical element) and returns to the selective reflection element 6 (fifth optical element) again.
[0052]
When the BLUE light reflected by the RED dichroic filter 61 returns to the selective reflection element 6 (fifth optical element) again, an image is formed in the vicinity of the BLUE dichroic filter 63, and the BLUE dichroic filter 63. Therefore, the amount of light (illumination light) transmitted through the selective reflection element 6 (fifth optical element) increases, and the light use efficiency can be increased here.
[0053]
Similarly, when the GREEN light reflected by the RED dichroic filter 61 returns to the selective reflection element 6 (fifth optical element) again, an image is formed in the vicinity of the GREEN dichroic filter 62, and this GREEN Since it is configured to transmit the dichroic filter 62, the amount of light (illumination light) transmitted through the selective reflection element 6 (fifth optical element) is increased, and the use efficiency of light can be increased here.
[0054]
Similarly, when RED light reflected by the GREEN dichroic filter 62 returns to the selective reflection element 6 (fifth optical element) again, an image is formed in the vicinity of the RED dichroic filter 61, and this RED Since it is configured to transmit the dichroic filter 61, the amount of light (illumination light) transmitted through the selective reflection element 6 (fifth optical element) is increased, and the use efficiency of light can be increased here.
[0055]
Similarly, when the BLUE light reflected by the GREEN dichroic filter 62 returns to the selective reflection element 6 (fifth optical element) again, an image is formed in the vicinity of the BLUE dichroic filter 63, and this BLUE Since it is configured to transmit the dichroic filter 63, the amount of light (illumination light) transmitted through the selective reflection element 6 (fifth optical element) increases, and the use efficiency of light can be increased here.
[0056]
Similarly, when the RED light reflected by the BLUE dichroic filter 63 returns to the selective reflection element 6 (fifth optical element) again, an image is formed in the vicinity of the RED dichroic filter 61, and this RED dichroic is formed. Since the filter 61 is configured to transmit, the amount of light (illumination light) transmitted through the selective reflection element 6 (fifth optical element) increases, and the use efficiency of light can be increased here.
[0057]
Similarly, when the green light reflected by the blue dichroic filter 63 returns to the selective reflection element 6 (fifth optical element) again, an image is formed in the vicinity of the green dichroic filter 62 and this green Since it is configured to transmit the dichroic filter 62, the amount of light (illumination light) transmitted through the selective reflection element 6 (fifth optical element) is increased, and the use efficiency of light can be increased here.
[0058]
FIG. 5 is a configuration diagram showing another example of the selective reflection element (fifth optical element) of the illumination apparatus according to the embodiment of the present invention.
The selective reflection element 6 (fifth optical element) shown in the figure is a reflective circularly polarizing element. One example of the reflective circularly polarizing element is cholesteric liquid crystal. Since the light from the light source is natural light (indefinite polarization), the clockwise circularly polarized light and the counterclockwise circularly polarized light exist at a ratio of almost half, but the cholesteric liquid crystal transmits one circularly polarized light and the other is It has the property of reflecting.
[0059]
Therefore, if a cholesteric liquid crystal that transmits clockwise circularly polarized light and reflects counterclockwise circularly polarized light is disposed as the selective reflection element 6 (fifth optical element), the clockwise circularly polarized light of the incident light is transmitted. , Counterclockwise circularly polarized light is reflected. The reflected left-handed circularly polarized light is re-reflected by the strip-shaped mirror 7 (third optical element) and returns to the selective reflection element 6 (fifth optical element) again. However, when circularly polarized light is reflected, the rotation direction is reversed. Therefore, the light that has returned to the selective reflection element 6 (fifth optical element) again becomes clockwise circularly polarized light, and is transmitted through the selective reflection element 6 (fifth optical element). To do. Thereby, since the light quantity of the light (illumination light) which permeate | transmits the selective reflection element 6 (5th optical element) can be increased, the illuminating device with high utilization efficiency of light can be comprised.
[0060]
FIG. 6 is a configuration diagram showing another example of the selective reflection element (fifth optical element) of the illumination apparatus according to the embodiment of the present invention.
The selective reflection element 6 (fifth optical element) shown in the figure is a reflective linearly polarizing element. Examples of the reflective linearly polarizing element include a wire grid polarizing plate and DBEF from 3M. Since the light from the light source is natural light (indefinite polarization), linearly polarized light in a certain direction and linearly polarized light in a direction perpendicular to it exist at a ratio of almost half, but a reflective linear polarizer is It has the property of transmitting linearly polarized light in a certain direction and reflecting linearly polarized light in a direction perpendicular to this direction.
[0061]
Therefore, if a reflective linear polarization element that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light with respect to the fifth optical element is arranged as the selective reflection element 6 (fifth optical element), P-polarized light in the incident light is The light passes through the selective reflection element 6 (fifth optical element), and the S-polarized light is reflected. The reflected S-polarized light is re-reflected by the strip mirror 71 (third optical element) and returns to the selective reflection element 6 (fifth optical element) again, but the quarter-wave plate 72 ( (1/4 phase difference plate) is arranged so that its optical axis is 45 ° with respect to the polarization axis of linearly polarized light. As a result, the linearly polarized light becomes circularly polarized light. The light passes through the selective reflection element 6 (fifth optical element). As a result, the amount of light transmitted through the selective reflection element 6 (fifth optical element) can be increased, so that an illumination device with high light utilization efficiency can be configured.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the illumination device of the present invention, the light that has not been used as illumination light is recycled by the optical system to be used as illumination light again, thereby increasing the amount of illumination light and improving the light use efficiency. It is possible to realize a lighting device with a simple configuration that can increase the brightness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an optical system of an illumination apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of an integrated configuration of a second lens array (second optical element) and a strip-shaped mirror (third optical element) of the illumination apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing another configuration of the optical system of the illumination device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram showing one example of a selective reflection element (fifth optical element) of the illumination apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram showing another example of the selective reflection element (fifth optical element) of the illumination apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram showing another example of the selective reflection element (fifth optical element) of the illumination apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of an optical system of a conventional general liquid crystal projector type illumination device.
FIG. 8 is a configuration diagram showing one configuration example of an optical system of an SCR (Sequential Color Recipeture and A Method of Scrolling Color) system single plate DLP projector.
[Explanation of symbols]
1 Light source
2 reflector
3 First lens array (first optical element)
4 Second lens array (second optical element)
6 Selective reflection element (5th optical element)
7,71 Strip mirror (third optical element)
51 1st illumination lens (4th optical element)
52 Second illumination lens (fourth optical element)
53 Third illumination lens (fourth optical element)
61 RED dichroic filter (5th optical element)
62 GREEN dichroic filter (5th optical element)
63 BLUE dichroic filter (5th optical element)
72 1/4 wavelength plate (1/4 retardation plate)

Claims (10)

光源からの光束で照明をする照明装置において、
前記光源からの光束を受ける複数のレンズを規則的に平面内に配列した第1光学素子と、
前記第1光学素子の後段に位置し、複数のレンズを規則的に平面内に配列した第2光学素子と、
前記第2光学素子の直後に位置し、複数の短冊状のミラーを配列した第3光学素子と、
前記第3光学素子の後段に位置し、1つ以上のレンズを光路内の所定の位置に配置した第4光学素子と、
前記第4光学素子の後段に位置し、選択反射性を備えるとともに光軸に対して所定の角度に傾けることが可能な第5光学素子と、
を具備したことを特徴とする照明装置。
In an illumination device that illuminates with a light beam from a light source,
A first optical element in which a plurality of lenses that receive light from the light source are regularly arranged in a plane;
A second optical element positioned downstream of the first optical element and having a plurality of lenses regularly arranged in a plane;
A third optical element located immediately after the second optical element and arranged with a plurality of strip-shaped mirrors;
A fourth optical element that is located at a subsequent stage of the third optical element, and in which one or more lenses are arranged at predetermined positions in the optical path;
A fifth optical element that is located downstream of the fourth optical element and has selective reflectivity and can be inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis;
An illumination device comprising:
前記第2光学素子及び前記第4光学素子の物体側焦点位置が、前記第1光学素子の像側焦点位置、若しくは前記焦点位置の近傍に位置していることを特徴とする請求項1記載の照明装置。The object-side focal position of the second optical element and the fourth optical element is located at the image-side focal position of the first optical element or in the vicinity of the focal position. Lighting device. 前記第3光学素子の前記ミラー配列を前記第2光学素子の表面に蒸着するとともに、前記第2光学素子と前記第3光学素子とを一体構造として構成したことを特徴とする請求項1または請求項2記載の照明装置。2. The mirror arrangement of the third optical element is vapor-deposited on the surface of the second optical element, and the second optical element and the third optical element are configured as an integral structure. Item 3. The lighting device according to Item 2. 前記第2光学素子を光路から除いた構成を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の照明装置。4. The illumination device according to claim 1, wherein the second optical element is removed from the optical path. 5. 前記第4光学素子の物体側焦点位置が、前記第1光学素子の像側焦点位置、若しくは前記焦点位置の近傍に位置していることを特徴とする請求項4記載の照明装置。5. The illumination device according to claim 4, wherein an object-side focal position of the fourth optical element is located at an image-side focal position of the first optical element or in the vicinity of the focal position. 前記選択反射性を備えた前記第5光学素子からの反射光によって生じる光源像が、前記第1光学素子の像側焦点付近で、前記第1光学素子により生じる複数の光源像の隙間にできるように前記第5光学素子を光軸に対して傾けることが可能であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の照明装置。A light source image generated by reflected light from the fifth optical element having the selective reflectivity can be formed in a gap between a plurality of light source images generated by the first optical element in the vicinity of the image-side focal point of the first optical element. The illuminating device according to claim 1, wherein the fifth optical element can be tilted with respect to the optical axis. 前記複数の短冊状のミラーを配列した前記第3光学素子を、前記第5光学素子からの反射光によって生じる光源像位置、若しくは前記光源像位置の近傍に設置し、前記第3光学素子による反射光が前記第5光学素子、若しくは前記第5光学素子の近傍に戻ってくるように構成したことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の照明装置。The third optical element in which the plurality of strip-shaped mirrors are arranged is installed at a light source image position generated by reflected light from the fifth optical element or in the vicinity of the light source image position, and reflected by the third optical element. The illumination device according to any one of claims 1 to 6, wherein light is configured to return to the fifth optical element or a vicinity of the fifth optical element. 前記第5光学素子が、面内に異なる複数のダイクロイックコートを施した光学素子で構成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の照明装置。The lighting device according to any one of claims 1 to 7, wherein the fifth optical element includes an optical element having a plurality of different dichroic coats in the surface. 前記第5光学素子が、反射型の円偏光素子で構成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の照明装置。The illumination device according to any one of claims 1 to 7, wherein the fifth optical element is formed of a reflective circularly polarizing element. 前記第5光学素子が、反射型の直線偏光素子で構成され、かつ前記第5光学素子から前記複数の短冊状のミラーを配列した前記第3光学素子に反射する光路内に1/4位相差板を配置したことを特徴とする請求項1から7の照明装置。The fifth optical element is composed of a reflective linearly polarizing element, and a ¼ phase difference is reflected in the optical path that reflects from the fifth optical element to the third optical element in which the plurality of strip-shaped mirrors are arranged. 8. A lighting device according to claim 1, further comprising a plate.
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