JP2005250072A - Illuminating optical system and image projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源からの光束で、画像形成素子等の被照明面を照明する照明光学系およびこれを備えた画像投射装置に関するものである。 The present invention relates to an illumination optical system that illuminates a surface to be illuminated such as an image forming element with a light beam from a light source, and an image projection apparatus including the illumination optical system.
液晶パネルなどの画像形成素子を用いて画像変調した光束を投射レンズによってスクリーンなどの被投射面に投射する画像投射装置では、投射画像が全体に渡って均一な明るさを有することが望ましい。 In an image projection apparatus that projects a light beam, which has been image-modulated using an image forming element such as a liquid crystal panel, onto a projection surface such as a screen by a projection lens, it is desirable that the projected image has uniform brightness throughout.
一般的な画像投射装置に用いられている照明光学系は、光源から全方向に発する光束をリフレクタで集光して前方に射出し、該光束を光学インテグレータ(いわゆるハエの目レンズアレイ)により複数の光束に分割し、該複数の光束をそれぞれ集光して被照明面である画像形成素子を重畳的に照明するものである。 An illumination optical system used in a general image projection apparatus collects a light beam emitted from a light source in all directions by a reflector and emits the light forward, and a plurality of the light beams are emitted by an optical integrator (a so-called fly-eye lens array). Is divided into a plurality of luminous fluxes, and the plurality of luminous fluxes are condensed to illuminate the image forming element which is the illuminated surface in a superimposed manner.
さらにハエの目タイプの光学インテグレータに代えて、1次元方向のみにシリンドリカルレンズを配置したレンズアレイである光学インテグレータを用い、光束の一断面方向における角度分布の拡がりを抑えることにより、色分解合成系等に用いられている薄膜部品(ダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ等)の入射角度特性に起因する色むらの低減やコントラストの向上を図った照明光学系が、例えば特許文献1に提案されている。
しかしながら、特許文献1にて提案の光学系では、光学インテグレータとしてのシリンドリカルレンズアレイが屈折力を持たない断面方向においては被照明面を重畳的に照明していないため、画像形成素子上での照度分布を均一にすることが難しい。これは、重畳的な照明をしない方向は、光源からの出射光をそのまま圧縮して画像形成素子を照明するためである。
However, in the optical system proposed in
このため、特許文献1にて提案の光学系では、被照明面において、図18に示すような不均一な明るさ分布を持つ。図18において、横軸は被照明面における重畳的な照明をしない方向(X方向)の位置を示し、縦軸は明るさ(照度)を示す。
For this reason, the optical system proposed in
ここで、光源(発光点)が図4(A)に示すようにリフレクタの焦点位置(X軸とY軸の交点)にあれば、図中A方向から見たときの照明光量の分布は、図4(B)に示すような光軸位置(0位置)を中心とした対称な分布となる。しかし、実際には図5(A)に示すように光源がリフレクタの焦点位置からずれる(偏心する)ことが多く、この場合には、図5(B)に示すような光軸位置に対して非対称な光量分布となってしまう。これが図18のような不均一な明るさ分布の原因となる。さらに、照明光学系中のレンズによる収差や、光源ランプの製造誤差(光源ランプに対して発光点位置が所定の位置からずれている、又はランプの取り付け位置とランプの発光点との位置が所定の関係にない等)や、ランプの発光位置の経時変化や、ランプの発光分布の経時変化等も原因となっている。 Here, if the light source (light emitting point) is at the focal position of the reflector (the intersection of the X axis and the Y axis) as shown in FIG. 4A, the distribution of the illumination light amount when viewed from the A direction in the figure is The distribution is symmetrical about the optical axis position (0 position) as shown in FIG. However, in practice, as shown in FIG. 5A, the light source often deviates (is decentered) from the focal position of the reflector. In this case, the optical axis position as shown in FIG. This results in an asymmetric light amount distribution. This causes a nonuniform brightness distribution as shown in FIG. Further, aberration due to the lens in the illumination optical system, manufacturing error of the light source lamp (the light emitting point position is deviated from a predetermined position with respect to the light source lamp, or the position of the lamp mounting position and the lamp light emitting point is predetermined For example), a change in the light emission position of the lamp over time, a change in the light emission distribution of the lamp over time, and the like.
そこで、本発明は、光源の偏心や、ランプの製造誤差、経時変化等で発生する被照明面での照度むらを効果的に抑えることができる照明光学系およびこれを用いた画像投射装置等を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an illumination optical system that can effectively suppress illuminance unevenness on a surface to be illuminated, which occurs due to eccentricity of a light source, manufacturing errors of a lamp, changes with time, and the like, an image projection apparatus using the same, and the like. The purpose is to provide.
上記の目的を達成するために、本発明の1つの観点としての照明光学系は、光源からの光束を、該照明光学系の光軸に直交する第1の方向において複数の光束に分割する第1の光学素子と、該複数の光束を該光軸および第1の方向に直交する第2の方向において集光する第2の光学素子とを有する。そして、該照明光学系は、第2の光学素子からの光束のうち一部の光束を反射する反射面を有する。 In order to achieve the above object, an illumination optical system as one aspect of the present invention includes a first optical beam splitting a light beam from a light source into a plurality of light beams in a first direction orthogonal to the optical axis of the illumination optical system. And a second optical element that condenses the plurality of light beams in a second direction orthogonal to the optical axis and the first direction. The illumination optical system has a reflecting surface that reflects a part of the light beam from the second optical element.
本発明によれば、光源からの光束の光量分布が非対称であっても、反射面によってその光束の一部の進行方向を制御できるので、被照明面での照度むらを効果的に抑えることができる。 According to the present invention, even if the light amount distribution of the light beam from the light source is asymmetric, the traveling direction of a part of the light beam can be controlled by the reflecting surface, so that uneven illuminance on the illuminated surface can be effectively suppressed. it can.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1には、本発明の実施例1である照明光学系の構成を示している。本照明光学系では、YZ断面(図1(A))とXZ断面(図1(B))とで光学作用が異なるので、以下それぞれに分けて説明する。
FIG. 1 shows the configuration of an illumination optical system that is
なお、第1の方向としてのY軸方向は上下方向を、第2の方向としてのX軸方向は左右方向を、Z軸方向は光軸方向をそれぞれ表す。また、本実施例中の各レンズは1枚のレンズにより構成されているが、複数枚のレンズにより構成してもよい。 The Y-axis direction as the first direction represents the vertical direction, the X-axis direction as the second direction represents the left-right direction, and the Z-axis direction represents the optical axis direction. In addition, each lens in the present embodiment is configured by a single lens, but may be configured by a plurality of lenses.
図1(A)に示すように、YZ断面においては、光源ランプ1から発せられた白色光は、リフレクタ2で反射して第1の光学素子である第1インテグレータ3に入射する。第1インテグレータ3は、Y軸方向に複数のシリンドリカルレンズセル3aを配置して構成されており、光源ランプ1からの光束を複数に分割するとともに、これら複数の分割光束により第2インテグレータ4の近傍に複数の光源像を形成する。第2インテグレータ4は、第1インテグレータ3の個々のシリンドリカルレンズセル3aに対応した複数のシリンドリカルレンズセル4aを有し、各シリンドリカルレンズセル4aは上記各光源像を形成した分割光束を透過させる。
As shown in FIG. 1A, in the YZ section, the white light emitted from the
第2インテグレータ4を射出した複数の分割光束は、第2の光学素子としての第1の光束圧縮レンズ5と、第3の光学素子としてのコンデンサーレンズ7と、第2の光束圧縮レンズ8を介して画像形成素子9を照明する。画像形成素子9は、液晶表示パネル等により構成されている。また、該画像形成素子9には、パーソナルコンピュータ、DVDプレーヤ、ビデオプレーヤ、テレビチューナ等の画像情報供給装置ISから供給される画像情報に応じた原画を形成する。
The plurality of split light beams emitted from the
ここで、第1の光束圧縮レンズ5および第2の光束圧縮レンズ8は、YZ断面(Y軸方向)においては屈折力を持っておらず、単なるガラスブロックとして扱うことができる。また、第1の光束圧縮レンズ5とコンデンサーレンズ7との間には、ミラー6が設けられているが、YZ断面では反射作用を及ぼさない。
Here, the first light beam compression lens 5 and the second light
第1インテグレータ3の各レンズセル3aは、第2インテグレータ4の各レンズセル4aとコンデンサーレンズ7の作用によって被照明面である画像形成素子9と共役に関係付けられている。このため、上記複数の光源像は、コンデンサーレンズ7によって重畳的に被照明面に結像される。
Each
図1(B)に示すXZ断面において、B1は光軸Lより上側の領域(Y軸が正の領域)を、B2は光軸Lより下側の領域(Y軸が負の領域)をそれぞれ示している。 In the XZ cross section shown in FIG. 1B, B1 is a region above the optical axis L (region where the Y axis is positive), and B2 is a region below the optical axis L (region where the Y axis is negative). Show.
領域B1では、光源1から発せられた白色光はリフレクタ2で反射し、第1インテグレータ3および第2インテグレータ4を介して第1の光束圧縮レンズ5に向かう。ここで、XZ断面(X軸方向)では、第1インテグレータ3および第2インテグレータ4は屈折力を持っておらず、単なるガラスブロックとして扱うことができる。
In the region B <b> 1, white light emitted from the
第4にインテグレータ4からの光束は、第1の光束圧縮レンズ5、コンデンサーレンズ7および第2の光束圧縮レンズ8を介して画像形成素子9を照明する。
Fourthly, the light beam from the
ここで、第1の光束圧縮レンズ5、コンデンサーレンズ7および第2の光束圧縮レンズ8は、平行光束を所定の瞳倍率で圧縮する略アフォーカル系を構成する。また、第1の光束圧縮レンズ5は、第2インテグレータ4からの光束をX軸方向に集光させる。
Here, the first light beam compression lens 5, the
一方、領域B2では、光源1から発せられた白色光はリフレクタ2で反射し、第1インテグレータ3および第2インテグレータ4を介して第1の光束圧縮レンズ5に向かう。そして、第1の光束圧縮レンズ5で集光作用を受けた光束は、ミラー6の左右に設けられた反射面で反射され、さらにコンデンサーレンズ7および第2の光束圧縮レンズ8を介して画像形成素子9を照明する。
On the other hand, in the
ここで、ミラー6について詳しく説明する。ミラー6は、領域B2において、第1の光束圧縮レンズ5の焦点位置を含む領域に配置されている。その拡大図を図2に示す。
Here, the
ミラー6の左右の面はともに反射面6A,6Bになっており、両反射面6A,6Bは光軸Lを挟むように配置されている。各反射面は、光軸LおよびY軸方向に対して直交する第2の方向としてのX軸方向(第1および第2インテグレータ3,4のレンズセルの配置方向と直交する方向)に延びる法線nを持つ。なお、第1の光束圧縮レンズ5とミラー6との間等に、全ての光束を反射する他のミラーが配置されて光軸Lが折り曲げられる場合も考えられるが、この場合でも、光軸L上の各位置において光軸Lに対するX,Y,Z軸の方向は変わらず、法線nの方向も該法線nを含む2次元断面上で変わらないものとする。
The left and right surfaces of the
また、本実施例では、ミラー6の両反射面6A,6Bは、光軸Lに対して平行な平面である。また、ミラー6は、薄い透明板の両側に反射面6A,6Bを形成したものであり、光軸L上を進む光束は、該透明板の内部を透過してコンデンサーレンズ7に入射する。
In the present embodiment, both
ミラー6の作用を図3(A),(B)を用いて説明する。図3(A)は、第1の光束圧縮レンズ5の焦点位置周辺を第1の光束圧縮レンズ5側から見た光束の挙動を概念的に示している。ここで、光軸Lを挟んだ左右の領域のうち右側領域を第1領域Iとし、左側領域を第2領域IIとする。また、光軸Lを挟んだ上下の領域のうち上側領域(図1(B)の領域B1に相当する)を第3の領域IIIとし、下側領域(図1(B)の領域B2に相当する)を第4領域IVとする。
The operation of the
第1の光束圧縮レンズ5から、第1領域Iであり、かつ第3領域IIIでもある領域(3)を進む光束R3と、第2領域IIであり、かつ第3領域IIIでもある領域(4)を進む光束R4は、第1の光束圧縮レンズ5の焦点位置近傍に集光し、それぞれ左右方向の反対側の領域に進む。すなわち、光束R3が進む領域と光束R4が進む領域とが左右方向において反転することになる。そして、これら光束R3,R4は、図1(B)に示したコンデンサーレンズ7に入射する。
A light flux R3 traveling from the first light flux compression lens 5 through the region (3) which is the first region I and also the third region III, and the region (4 which is the second region II and also the third region III) The light beam R4 that travels through () is condensed near the focal position of the first light beam compression lens 5 and travels to the region on the opposite side in the left-right direction. That is, the region in which the light beam R3 travels and the region in which the light beam R4 travels are reversed in the left-right direction. These light beams R3 and R4 are incident on the
一方、第1の光束圧縮レンズ5から、第1領域Iであり、かつ第4の領域IVでもある領域(1)を進む光束R1と、第2領域IIであり、かつ第4の領域IVでもある領域(2)を進む光束R2は、第1の光束圧縮レンズ5の焦点位置近傍に集光する。但し、光束R1は反射面6Aによりもともとの領域(1)側に反射され、光束R2は反射面6Bによりもともとの領域(2)側に反射される。このため、光束R1が進む領域と光束R2とが進む領域は左右方向において反転しない。そして、これら光束R1,R2は、コンデンサーレンズ7に入射する。
On the other hand, the light flux R1 that travels from the first light flux compression lens 5 to the region (1) that is the first region I and is also the fourth region IV, and the second region II and the fourth region IV. The light beam R <b> 2 traveling through a certain region (2) is condensed near the focal position of the first light beam compression lens 5. However, the light beam R1 is reflected by the reflecting
図3(B)は、第1の光束圧縮レンズ5からの光束の一部(光束R1,R2)がミラー6で反射されたことによる画像形成素子9上に到達する光束を概念的に示した図である。なお、図3(B)における第1領域Iおよび第2領域IIは、画像形成素子9上における光軸Lを挟んだ右側領域と左側領域である。
FIG. 3B conceptually shows a light beam that reaches the
ミラー6で反射されなかった光束R3,R4は、前述したようにそれらの進む領域が反転するため、それぞれ画像形成素子9における第2領域IIおよび第1領域Iに到達する。この際、コンデンサーレンズ7の作用を受けるので、光束R3,R4はY軸方向に重ね合わされる。
The light fluxes R3 and R4 that have not been reflected by the
一方、ミラー6で反射した光束R1,R2は前述したようにそれらの進む領域が反転しないので、それぞれ画像形成素子9における第1領域Iおよび第2領域IIに到達する。
On the other hand, the light fluxes R1 and R2 reflected by the
すなわち、画像形成素子9における第1領域Iには、光束R1と光束R4とが入射し、第2領域Iには、光束R2と光束R3とが入射する。この際、コンデンサーレンズ7の作用を受けるので、光束R1,R2はY軸方向に重ね合わされる。
That is, the light beam R1 and the light beam R4 are incident on the first region I of the
以上のように構成された照明光学系の作用を、さらに詳しく説明する。 The operation of the illumination optical system configured as described above will be described in more detail.
図4(A),(B)は、光源ランプ1がリフレクタ2の焦点位置に配置されたときのランプ1の発光分布(光量分布)を示している。図4(A)は光源ランプ1を図1(A)における矢印A方向から見たときの発光分布を示している。また図4(B)において、横軸は図4(A)におけるX軸方向の位置(0は光軸位置)を、縦軸は光量を示している。
4A and 4B show the light emission distribution (light quantity distribution) of the
また、図4(C)は、図4(A),(B)の場合における画像形成素子9上の照度分布を表している。横軸は画像形成素子9上におけるX軸方向の位置を、縦軸は照度を示している。なお、図4(C)において、細かい点線および粗い点線はそれぞれ、第1の光束圧縮レンズ5の上部(図3(A)の第3領域IIIに相当する)の開口を通過した光束による照度分布および第1の光束圧縮レンズ5の下部(同図の第4領域IVに相当する)の開口を通過した光束による照度分布を示している。但し、図中においては、分かりやすいように細かい点線と粗い点線とを上下にずらして示しているが、実際には両者は重なっている(つまり、同じ照度分布を有する)。
FIG. 4C shows the illuminance distribution on the
図4(C)から分かるように、光源ランプ1がリフレクタ2の焦点位置に配置されている場合は、第1の光束圧縮レンズ5の上部開口と下部開口のそれぞれから画像形成素子9に入射する光束による照度分布が概ね同じになる。さらに、第1の光束圧縮レンズを非球面にしたりしてもよい。また、第1、第2インテグレータの少なくとも一方に関して、図15に記載したように、シリンドリカルレンズA〜Eの配列方向の断面に関して、一部のシリンドリカルレンズ(図15中では1つであるが複数でも構わない。好ましくは1つ以上で、インテグレータが有するシリンドリカルレンズの数−1以下)に屈折力を持たせてもよい。
As can be seen from FIG. 4C, when the
また、第1、第2インテグレータは、図16のように普通のインテグレータ(シリンドリカルレンズA’〜E’を有するシリンドリカルレンズアレイ)を用い、光源から第1の光束圧縮レンズまでの間(好ましくは光源から第2インテグレータまでの間)に、図17に記載したような光束を屈折させるプリズムを配置したりすることにより、画像形成素子9に入射する光束の照度分布を概ね均一(概ね左右対称)にすることができる。この場合、図17において、YZ平面での断面図の(i)〜(xi)と、XZ平面での断面図のア〜カを任意に組合わせて、第1光束分割手段(第1インテグレータ)とプリズムを構成すればよい。
Further, the first and second integrators use ordinary integrators (cylindrical lens arrays having cylindrical lenses A ′ to E ′) as shown in FIG. 16, and preferably between the light source and the first light flux compression lens (preferably the light source). 17 to the second integrator), by arranging a prism for refracting the light beam as shown in FIG. 17, the illuminance distribution of the light beam incident on the
これらは、画像形成素子上において(特に画像形成素子上のシリンドリカルレンズの配列方向と光軸方向のいずれにも垂直な方向に関する)光強度をより均一にするように作用している。これらの合成による最終的な画像形成素子9上での照度分布(実線で示す)も、概ね均一になる。
These act so as to make the light intensity more uniform on the image forming element (particularly with respect to a direction perpendicular to both the arrangement direction of the cylindrical lenses on the image forming element and the optical axis direction). The final illuminance distribution (shown by a solid line) on the final
これに対し、図5(A),(B)は、光源ランプ1がリフレクタ2の焦点位置からX軸方向に0.2mmずれたときのランプ1の発光分布(光量分布)を示している。図5(A)は光源ランプ1を図1(A)における矢印A方向から見たときの発光分布を示している。また図5(B)において、横軸は、図5(A)におけるX軸方向の位置(0は光軸位置)を、縦軸は光量を示している。
On the other hand, FIGS. 5A and 5B show the light emission distribution (light quantity distribution) of the
また、図5(C)は、図5(A),(B)の場合における画像形成素子9上の照度分布を表している。横軸は画像形成素子9上におけるX軸方向の位置を、縦軸は照度を示している。なお、図5(C)において、細かい点線および粗い点線はそれぞれ、第1の光束圧縮レンズ5の上部(図3(A)の第3領域IIIに相当する)の開口を通過した光束による照度分布および第1の光束圧縮レンズ5の下部(同図の第4領域IVに相当する)の開口を通過した光束による照度分布を示している。但し、図中においては、分かりやすいように細かい点線と粗い点線とを上下にずらして示しているが、実際には両者は重なっている(つまり、同じ照度分布を有する)。
FIG. 5C shows the illuminance distribution on the
図5(C)から分かるように、光源ランプ1がリフレクタ2の焦点位置からずれている場合は、第1の光束圧縮レンズ5の上部開口と下部開口のそれぞれから画像形成素子9に入射する光束による照度分布は、左右非対称であり、かつ偏った側が同じであるため、それらの合成による最終的な画像形成素子9上での照度分布(実線で示す)も、左右非対称になる。
As can be seen from FIG. 5C, when the
しかし、本実施例のようにミラー6を配置すると、図6に示すような画像形成素子9上での照度分布が得られる。なお、図6における横軸と縦軸は、図4(C),図5(C)と同じであり、細かい点線は第1の光束圧縮レンズ5の上部(図3(A)の第3領域III)の開口を通過した光束R3,R4による照度分布を、粗い点線は光束圧縮レンズ5の下部(同図の第4領域IV)の開口のそれぞれを通過した光束Rによる照度分布をそれぞれ示している。
However, when the
すなわち、第1の光束圧縮レンズ5の上部開口を通過した光束R3,R4による照度分布は、図5(C)に細かい点線で示した照度分布と同じであるが、第1の光束圧縮レンズ5の下部開口を通過した光束R1,R2による照度分布は、光束R3,R4による照度分布に対して光軸位置0を中心として左右逆になる。したがって、これらの合成である全光束R1〜R4による照度分布は、図6中に実線で示すように概ね均一(左右対称)になる。これは、光源ランプ1がリフレクタ2の焦点位置にある場合(図4(A)〜(C))の場合と同等である。
That is, the illuminance distribution by the light beams R3 and R4 that have passed through the upper opening of the first light beam compression lens 5 is the same as the illuminance distribution indicated by the fine dotted lines in FIG. The illuminance distribution by the light beams R1 and R2 that have passed through the lower opening of the light beam is opposite to the illuminance distribution by the light beams R3 and R4 with the
そして、この照度分布の均一化作用は、リフレクタ2の焦点位置に対する光源ランプ1の位置にかかわらず得られる。このため、光源ランプ1の個体差や経時変化などによって、ランプ1からの発光分布に変化が生じても、画像表示素子9上では均一な照度分布が維持される。
This illuminance distribution uniforming action can be obtained regardless of the position of the
実施例1では、反射面を有するミラー6を配置した場合について説明したが、ミラー以外の部材に反射面を設けてもよい。
In Example 1, although the case where the
図7(A),(B)には、本発明の実施例2である照明光学系を示している。なお、図7(A),(B)における各断面および領域B1,B2は、実施例1の図1(A),(B)の各断面および領域B1,B2と同じであり、また実施例1と共通する構成要素には実施例1と同符号を付して説明に代える。
FIGS. 7A and 7B show an illumination optical system that is
本実施例では、実施例1のミラー6に代えて、図8(A)〜(C)に詳しく示す光学素子10を配置している。
In this embodiment, an
光学素子10は、その上部(領域B1に配置された部分)は単なるガラスブロックとして機能する透明体10Eにより構成され、下部(領域B2に配置された部分)は図8(B)に示すように、光束R1,R2(図3(A)に示した光束R1,R2と同じ)が全反射する内部反射面10A,10Bが設けられた一対の透明体10C,10Dにより構成されている。透明体10C,10D(内部反射面10A,10B)は光軸Lを挟んで配置されており、光学素子10全体に入射する光束のうち一部を反射する。
As for the
また、該透明体10C,10Dの間にはギャップGが設けられている。このため、光軸L上を進む光束は、このギャップG内を通過してコンデンサーレンズ7に入射する。
Further, a gap G is provided between the
光学素子10は、図8(C)に示すように、上部の透明体10Eの下面に、キャップGを挟んで透明体10C,10Dを接着することにより作ることができる。但し、その製作方法はこれに限られない。
As shown in FIG. 8C, the
なお、図8(C)に示すように、光学素子10に光路に面した面Hは研磨面となっており、そこに反射防止膜が形成されている。
As shown in FIG. 8C, the surface H facing the optical path of the
本実施例でも、内部反射面10A,10Bを設けたことにより、実施例1と同様の原理で、画像形成素子9上での照度分布を概ね均一化することができる。
Also in this embodiment, by providing the
また、ミラー6以外の反射面を有する部材として、図9(A),(B)に示すように、ハーフミラー11を用いてもよい。図9(A),(B)には、本発明の実施例3である照明光学系を示している。なお、図9(A),(B)における各断面は、実施例1の図1(A),(B)の各断面と同じであり、また実施例1と共通する構成要素には実施例1と同符号を付して説明に代える。
Further, as a member having a reflective surface other than the
実施例1では、ミラー6を下部領域B2にのみ配置したが、本実施例では、入射する光束のうち一部を反射し、残りを透過するハーフミラー11を上部および下部領域の双方にわたって設ける。
In the first embodiment, the
このようにハーフミラー11を用いた場合において、該ハーフミラー11における透過光量:反射光量=1:1であれば、画像形成素子9上での照度分布の均一化が可能である。但し、実際のハーフミラーでは、図10に示すように、入射角の小さい光束bの方が入射角の大きい光束aに比べて透過の割合が高い(図中において、a,bの前に付した0.5,0.8,0.2は光束a,bの透過と反射の割合を示す)というように、入射する光によって透過と反射の割合が異なるため、実施例1,2に比べて照度分布の均一化効果は低くなる傾向がある。
When the
しかし、ハーフミラー11で反射する光束の照度分布とハーフミラー11を透過する光束の照度分布の傾向が左右逆になることは確かであるので、図11に示すように、ハーフミラー11を設けた場合の方が、ハーフミラー11を設けない場合に比べて画像形成素子9上での照度むらを緩和することができる。
However, since it is certain that the illuminance distribution of the light beam reflected by the
さらに、ミラー6以外の反射面を有する部材として、図12(A),(B)に示す光学部材12を用いてもよい。図12(A),(B)には、本発明の実施例4である照明光学系を示している。なお、図12(A),(B)における各断面は、実施例1の図1(A),(B)の各断面と同じであり、また実施例1と共通する構成要素には実施例1と同符号を付して説明に代える。
Furthermore, an
実施例1では、ミラー6を下部領域B2にのみ配置したが、本実施例では、薄い透明体に、光束を反射する反射面12Aと、光束を透過させる透過領域12Bとを上下方向に交互に有する光学素子12を上部および下部領域の双方にわたって設ける。
In the first embodiment, the
反射面12Aは、画像形成素子9上での照度むらに影響の大きい光束の入射領域に設け、それ以外を透過領域12Bとする。
The reflection surface 12A is provided in the incident region of the light beam having a large influence on the illuminance unevenness on the
ミラーなどの反射面は、若干ではあるが光を吸収してしまうため、その分、画像形成素子9上での明るさの低下が発生する可能性がある。このため、本実施例では、反射面12Aを照度むらに影響の大きい光束の入射領域に限定して設け、他を透過領域とすることにより、吸収される光の量を減らし、明るさ低下を緩和している。
A reflection surface such as a mirror absorbs light, though slightly, and there is a possibility that the brightness on the
本実施例の場合も、実施例1,2に比べて、照度分布の均一化効果が低いが、実施例3と同様に照度むらの緩和には有効である。 Even in the case of this embodiment, the effect of uniformizing the illuminance distribution is lower than in the first and second embodiments, but it is effective for alleviating the illuminance unevenness as in the third embodiment.
なお、本発明の反射素子は、上記各実施例に示した反射素子に限られず、法線がX軸方向に延びる反射面を有するものであればよい。 In addition, the reflective element of this invention is not restricted to the reflective element shown to said each Example, What is necessary is just to have a reflective surface where a normal line extends in an X-axis direction.
また、上記各実施例では、反射面を平面とした場合について説明したが、反射面に曲率(つまりはパワー)を持たせ、照明光学系において必要なパワーの一部を反射面に分担させるようにしてもよい。すなわち、反射面は、その少なくとも一点における法線がX軸方向に延びる形状を有していればよい。 In each of the above-described embodiments, the case where the reflecting surface is a flat surface has been described. However, the reflecting surface has a curvature (that is, power) so that a part of the power required in the illumination optical system is shared by the reflecting surface. It may be. That is, the reflecting surface only needs to have a shape in which a normal line at at least one point extends in the X-axis direction.
図14には、本発明の実施例5であるプロジェクタ(画像投射装置)に用いられる表示光学系の構成を示している。該表示光学系は、実施例1〜4にて説明した照明光学系(1〜8:図には、代表例として実施例1の照明光学系を示す)と、画像形成素子9と、該画像形成素子9によって変調された光束をスクリーン等の被投射面に投射する投射レンズ13とにより構成されている。
FIG. 14 shows the configuration of a display optical system used in a projector (image projection apparatus) that is Embodiment 5 of the present invention. The display optical system includes the illumination optical system described in the first to fourth embodiments (1 to 8: the illumination optical system of the first embodiment is shown as a representative example in the figure), the
また、本実施例では、画像形成素子9を1つのみ示しているが、照明光学系と複数の画像形成素子9との間に、照明光学系からの光束を色分解して各画像形成素子に導き、各画像形成素子からの変調光束を合成する光学系を配置し、カラー画像の投射ができる表示光学系を構成してもよい。
In this embodiment, only one
そして、このような表示光学系がプロジェクタに搭載され、図1(A)に示した画像情報供給装置ISがプロジェクタに接続されることにより、画像表示システムが構成される。 Such a display optical system is mounted on the projector, and the image information supply apparatus IS shown in FIG. 1A is connected to the projector, whereby an image display system is configured.
1 光源ランプ
2 リフレクタ
3 第1インテグレータ
4 第2インテグレータ
5 第1の光束圧縮レンズ
6 ミラー
7 コンデンサーミラー
8 第2の光束圧縮レンズ
9 画像形成素子
10,12 光学素子
11 ハーフミラー
13 投射レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記光源からの光束を、該照明光学系の光軸に直交する第1の方向において複数の光束に分割する第1の光学素子と、
前記複数の光束を前記光軸および前記第1の方向に直交する第2の方向において集光する第2の光学素子と、
前記第2の光学素子からの光束のうち一部の光束を反射する反射面とを有することを特徴とする照明光学系。 An illumination optical system that illuminates a surface to be illuminated with a light beam from a light source,
A first optical element that divides a light beam from the light source into a plurality of light beams in a first direction orthogonal to the optical axis of the illumination optical system;
A second optical element for condensing the plurality of light beams in a second direction orthogonal to the optical axis and the first direction;
An illumination optical system comprising: a reflecting surface that reflects a part of the light beam from the second optical element.
前記反射面は、前記一部の光束のうち前記第1の領域から入射した第1の光束を前記第1の領域側に反射し、前記第2の領域から入射した第2の光束を前記第2の領域側に反射することを特徴とする請求項1又は2に記載の照明光学系。 When two regions sandwiching the optical axis in the second direction are the first and second regions,
The reflection surface reflects a first light beam incident from the first region out of the partial light beams to the first region side, and reflects a second light beam incident from the second region to the first region. The illumination optical system according to claim 1, wherein the illumination optical system reflects the light toward the region 2 side.
前記反射面は、前記第3および第4の領域のうち一方に配置されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の照明光学系。 When two regions sandwiching the optical axis in the first direction are the third and fourth regions,
The illumination optical system according to claim 1, wherein the reflection surface is disposed in one of the third and fourth regions.
前記反射面は、前記第3および第4の領域の双方に配置されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の照明光学系。 When two regions sandwiching the optical axis in the first direction are the third and fourth regions,
The illumination optical system according to claim 1, wherein the reflecting surface is disposed in both the third and fourth regions.
請求項1から11のいずれか1つに記載の照明光学系と、
該照明光学系からの光束により照明される画像形成素子と、
該画像形成素子からの光束を投射する投射光学系とを有することを特徴とする表示光学系。 A light source;
The illumination optical system according to any one of claims 1 to 11,
An image forming element illuminated by a light beam from the illumination optical system;
A display optical system comprising: a projection optical system that projects a light beam from the image forming element.
前記画像形成素子に原画を形成させるための画像情報を前記画像投射装置に供給する画像情報供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。
An image projection device according to claim 13,
An image display system comprising: an image information supply device that supplies image information for forming an original image on the image forming element to the image projection device.
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JP2004059877A JP2005250072A (en) | 2004-03-03 | 2004-03-03 | Illuminating optical system and image projector |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008102389A (en) * | 2006-10-20 | 2008-05-01 | Ushio Inc | Light irradiation device |
-
2004
- 2004-03-03 JP JP2004059877A patent/JP2005250072A/en active Pending
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