JP2006308778A - Two-lamp synthetic optical system and image projecting device equipped with same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばプロジェクターに用いられ、2個のランプから出射される光束を合成して光変調素子(例えばDMD(Digital Micromirror Device;米国テキサスインスツルメント社製))に供給する2灯合成光学系と、それを備えた画像投影装置とに関するものである。 The present invention is used in, for example, a projector, and combines two light beams emitted from two lamps and supplies them to a light modulation element (for example, DMD (Digital Micromirror Device; manufactured by Texas Instruments, USA)). The present invention relates to a system and an image projection apparatus including the system.
現在、プロジェクター(特にデータプロジェクター)では高輝度化が求められているが、現在供給されているランプでシステム効率の良いアークの小さいものは、その出力に限界がある。このため、そのようなランプを1個だけ用いたシステム(画像投影装置)では、システムとしての出力が制限され、高輝度化に限界がある。一方、高出力のランプは一般に寿命が短く、ランプ交換など市場において頻繁にメンテナンスが必要となる。そこで、現在では、プロジェクター用のランプの光学系として、単独では出力の限られたランプを2個用いてシステムとして大きな出力を得る照明光学系が主流となっている。 Currently, projectors (especially data projectors) are required to have high brightness, but currently supplied lamps with small system-efficient arcs have limited output. For this reason, in a system (image projection apparatus) using only one such lamp, the output as the system is limited and there is a limit to increasing the brightness. On the other hand, high-power lamps generally have a short life and require frequent maintenance in the market, such as lamp replacement. Therefore, at present, as a lamp optical system for a projector, an illumination optical system that obtains a large output as a system by using two lamps with limited outputs alone has become the mainstream.
このような照明光学系としては、例えば特許文献1および2に開示されたものがある。特許文献1では、各光源からの光を各集光光学系(例えばリフレクタ)によって対応する反射手段(例えばミラー)の反射面上に集光させ、各反射手段によって集光レンズ系に反射させるようにしている。このとき、各反射手段における反射面上の集光位置は互いに接近しており、かつ、集光レンズ系の物点の近くに設定されている。これにより、各反射手段から集光レンズ系に反射される光は、互いに重なり合わされて照度の高い光となり、輝度の高い映像が得られるようになっている。
Examples of such illumination optical systems include those disclosed in
また、特許文献2では、各光源から出射された光が、各光源に対応する集光装置(例えば楕円鏡)によってカラーホイール上またはその近傍で重畳するように、各光源および各集光装置を配置している。これにより、カラーホイール上またはその近傍に形成される光源像を最小限に抑え、カラーホイールの大型化や混色による画像劣化を避けるようにしている。
ところで、投影画像の品位を向上させるためには、照明光の照度を高くすることのみならず、照明光の照度分布を均一にする必要がある。照明光の照度分布を均一化する手段としては、例えばインテグレータロッドという光学素子が一般的に知られている。したがって、複数の光源を用いた構成で照明光の照度分布を均一にするためには、例えば上記した特許文献1または2の照明光学系にインテグレータロッドを適用すればよいと考えられる。
By the way, in order to improve the quality of the projection image, it is necessary not only to increase the illuminance of the illumination light but also to make the illuminance distribution of the illumination light uniform. As means for equalizing the illuminance distribution of illumination light, for example, an optical element called an integrator rod is generally known. Therefore, in order to make the illuminance distribution of illumination light uniform with a configuration using a plurality of light sources, it is considered that an integrator rod may be applied to the illumination optical system described in
しかし、特許文献1の照明光学系にインテグレータロッドを適用しようとすると、反射手段に入射する光源からの光とインテグレータロッドとの干渉を避けるために、反射手段とある程度の距離をおいてインテグレータロッドを配置する必要がある。その結果、インテグレータロッドに入射する光線の取り込みが少なくなり、明るさの低下(光利用効率の低下)を招く。
However, when the integrator rod is applied to the illumination optical system of
また、特許文献2の照明光学系にインテグレータロッドを単に適用しただけでは、2灯のうちの1灯のみしか点灯しない場合に、インテグレータロッドから出射される光の照度分布を均一にすることができず、投影画像の品位が低下するという問題が生じる。なお、2灯のうちの1灯のみしか点灯しない場合とは、例えば、2灯のうちの1灯が破損により点灯しない場合や、ロングライフや省エネルギーを考えて1灯のみしか故意に点灯させない場合を考えることができる。例えば、複数のプロジェクターによる投影画像を組み合わせて大画面を形成する監視システムの場合、ランプが破損すると緊急事態に対応できないため、バックアップとして複数の光源を点灯させることができるようになっており、通常は1灯のみを点灯させている。1灯のみの点灯で照度むらが発生していると、システムとして品位が低下してしまう。特に複数の投影画像で1つの大きな画像を形成する場合、照度むらは投影画像の品位を著しく低下させる。以下、このような問題についてさらに詳細に説明する。
Further, when the integrator rod is simply applied to the illumination optical system of
図12は、特許文献2の照明光学系にインテグレータロッドをそのまま適用した場合の画像投影装置の主要部の概略の構成を模式的に示す説明図である。この装置では、2個の光源部101・102からの出射光がインテグレータロッド103の光入射面上にそれぞれ集光するように、光源部101・102が配置されている。なお、インテグレータロッド103の光入射側に配置されるカラーホイールの図示は省略している。また、図13は、図12の照明光学系において、1個の光源部101からの出射光がインテグレータロッド103の光入射面に入射する様子を拡大して示している。
FIG. 12 is an explanatory diagram schematically showing a schematic configuration of a main part of the image projection apparatus when the integrator rod is applied to the illumination optical system of
例えば片方の光源部101しか点灯しない場合、図13に示すように、インテグレータロッド103の光入射面に対する光の入射角度(光源部101の光軸とインテグレータロッド103の光軸とのなす角度)が大きくなり、インテグレータロッド103の光軸(または光入射面)に対する入射光の角度分布が大きく偏る。この結果、図12に示す照明リレー系104の瞳104a内で光量分布に偏りができ、光変調素子105の素子面上で照度むらが生じる。したがって、光変調素子105を介してスクリーンに投影される画像に照度むらが生じ、投影画像の品位が劣化する。
For example, when only one of the
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、光の利用効率の低下を回避するとともに、複数の光源のうちの1個のみの点灯であっても出射光の照度分布を均一化して投影画像の品位を向上させることができる2灯合成光学系と、それを備えた画像投影装置とを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to avoid a decrease in light use efficiency and to turn on only one of a plurality of light sources. An object of the present invention is to provide a two-lamp combining optical system capable of improving the quality of a projected image by making the illuminance distribution of emitted light uniform, and an image projecting apparatus including the same.
本発明の2灯合成光学系は、光を出射する複数の光源部と、各光源部からの出射光を合成し、照度分布を均一化して出射する合成部(例えばインテグレータロッド)とを備えた2灯合成光学系であって、各光源部から上記合成部に至る各光の光路中で、各光源部の出射光の光軸、またはその光軸を含んでその延長線上にある軸を基準軸とすると、各光源部は、各基準軸の一部が上記合成部の光軸に対して傾くように配置されており、上記合成部の光入射側に設けられ、上記合成部に入射する直前の各光の基準軸が上記合成部の光入射面に対して略垂直となるように、上記各光を透過偏向させる偏向部材を備えていることを特徴としている。 The two-lamp combining optical system of the present invention includes a plurality of light source units that emit light, and a combining unit (for example, an integrator rod) that combines the emitted light from each light source unit and outputs the light with a uniform illuminance distribution. A two-lamp combining optical system, in which the optical axis of the light emitted from each light source unit or the axis on the extension line is included in the optical path of each light from each light source unit to the combining unit. As a shaft, each light source unit is arranged such that a part of each reference axis is inclined with respect to the optical axis of the synthesis unit, is provided on the light incident side of the synthesis unit, and is incident on the synthesis unit A deflecting member for transmitting and deflecting each light is provided so that the reference axis of each light just before is substantially perpendicular to the light incident surface of the combining unit.
本発明の2灯合成光学系において、上記偏向部材は、(上記各光を屈折によって偏向させる)屈折型の光学素子であることが望ましく、例えば偏向プリズムであることが望ましい。 In the two-lamp combining optical system of the present invention, the deflecting member is preferably a refractive optical element (which deflects each light by refraction), and is preferably a deflecting prism, for example.
本発明の2灯合成光学系において、上記偏向部材は、(上記合成部の光軸に沿った方向の厚さが、上記光軸から最も離れた位置で最も厚く、)上記合成部の光軸上で最も薄くなる形状で形成されていてもよい。 In the two-lamp combining optical system according to the present invention, the deflection member may be configured such that the thickness in the direction along the optical axis of the combining unit is the thickest at the position farthest from the optical axis, and the optical axis of the combining unit. You may form in the shape which becomes thinnest on the top.
本発明の2灯合成光学系において、上記偏向部材の光出射側の面は、一方の光源部の出射光を屈折させる第1の光出射面と、他方の光源部の出射光を屈折させる第2の光出射面とで構成されており、上記第1の光出射面および上記第2の光出射面は、これらの面のそれぞれにおける上記合成部の光軸側の各端部が上記光軸とは反対側の各端部よりも光入射側の面に近づくように、上記合成部の光軸に対して傾いて配置されていてもよい。 In the two-lamp combining optical system of the present invention, the light emitting side surface of the deflecting member includes a first light emitting surface that refracts the emitted light from one light source unit and a first light emitting surface that refracts the emitted light from the other light source unit. The first light emitting surface and the second light emitting surface are configured such that each end portion on the optical axis side of the combining portion in each of these surfaces is the optical axis. It may be arranged so as to be inclined with respect to the optical axis of the combining portion so as to be closer to the light incident side surface than each end portion on the opposite side.
本発明の2灯合成光学系において、上記偏向部材は、上記各基準軸を含む平面に垂直な面であって、上記合成部の光軸を含む面で該偏向部材を2等分したときの各プリズムの組み合わせで構成されていてもよい。 In the two-lamp combining optical system according to the present invention, the deflecting member is a surface perpendicular to a plane including the reference axes, and the deflecting member is divided into two equal parts by a surface including the optical axis of the combining unit. You may comprise by the combination of each prism.
本発明の2灯合成光学系において、上記偏向部材の光入射側の面は、一方の光源部の出射光を屈折させる第1の光入射面と、他方の光源部の出射光を屈折させる第2の光入射面とで構成されており、上記第1の光入射面および上記第2の光入射面は、これらの面のそれぞれにおける上記合成部の光軸側の各端部が上記光軸とは反対側の各端部よりも光出射側の面に近づくように、上記合成部の光軸に対して傾いて配置されていてもよい。 In the two-lamp combining optical system of the present invention, the surface on the light incident side of the deflecting member includes a first light incident surface that refracts the light emitted from one light source unit and a first light incident surface that refracts the light emitted from the other light source unit. Each of the first light incident surface and the second light incident surface has an end on the optical axis side of the combining portion on each of the surfaces. It may be arranged so as to be inclined with respect to the optical axis of the synthesizing part so as to be closer to the surface on the light emitting side than the end parts on the opposite side.
本発明の2灯合成光学系において、上記合成部の光出射面は、四角形状であり、上記偏向部材は、上記合成部の光軸を回転中心としたときに、上記偏向部材に入射する前の各光の各基準軸と上記合成部の光軸とを含む平面に対して回転角θで配置されており、上記回転角θは、一方の光源部の出射光による光源像と他方の光源部の出射光による光源像とが上記合成部の光出射面上で対角方向に並ぶような回転角であってもよい。 In the two-lamp combining optical system according to the present invention, the light exit surface of the combining unit has a quadrangular shape, and the deflecting member is incident on the deflecting member when the optical axis of the combining unit is set as the rotation center. Are arranged at a rotation angle θ with respect to a plane including each reference axis of each light and the optical axis of the combining unit, and the rotation angle θ is determined by the light source image emitted from one light source unit and the other light source. The rotation angle may be such that the light source image by the emitted light of the part is aligned diagonally on the light emitting surface of the combining part.
本発明の2灯合成光学系において、上記第1の光出射面および上記第2の光出射面は、これらの面で屈折された各光が、上記偏向部材に入射する前の各光の各基準軸と上記合成部の光軸とを含む平面に対して互いに反対側で上記合成部に入射するように配置されていてもよい。 In the two-lamp combining optical system according to the present invention, the first light exit surface and the second light exit surface may be configured such that each light refracted by these surfaces is before each light is incident on the deflecting member. You may arrange | position so that it may inject into the said synthetic | combination part on the opposite side mutually with respect to the plane containing a reference axis and the optical axis of the said synthetic | combination part.
本発明の2灯合成光学系において、上記合成部の光入射面は、四角形状であり、上記光入射面における対角方向の長さをaとし、上記光入射面の中心と上記光入射面上での各光源部からの出射光の集光位置との間の距離をbとすると、
(1/8)×a<b<(1/3)×a
を満足することが望ましい。
In the two-lamp combining optical system according to the present invention, the light incident surface of the combining unit is a quadrangle, the diagonal length of the light incident surface is a, the center of the light incident surface and the light incident surface When the distance between the light collection positions of the light emitted from each light source unit above is b,
(1/8) × a <b <(1/3) × a
It is desirable to satisfy
本発明の2灯合成光学系において、上記合成部の光軸と上記偏向部材にて偏向された後の各出射光の基準軸とのなす角度をそれぞれα1とし、上記各基準軸が上記偏向部材の光出射側の面と交わる点をP、上記合成部の光入射面と交わる点をQとしたときに、点Qに対して点Pが上記合成部の光軸とは反対側に位置する場合の上記角度を正、点Qに対して点Pが上記合成部の光軸側に位置する場合の上記角度を負としたとき、
−2°<α1<5°
を満足することが望ましい。
In the two-lamp combining optical system of the present invention, an angle formed by the optical axis of the combining unit and the reference axis of each outgoing light after being deflected by the deflecting member is α1, and each reference axis is the deflecting member. The point P is located on the opposite side of the optical axis of the combining unit with respect to the point Q, where P is the point that intersects the light emitting side surface of the light source and Q is the point that intersects the light incident surface of the combining unit. When the angle in the case is positive and the angle when the point P is located on the optical axis side of the combining unit with respect to the point Q is negative,
-2 ° <α1 <5 °
It is desirable to satisfy
本発明の2灯合成光学系において、上記各光源部は、光を発光する発光部(例えば発光管)と、その光を集光する第1集光部(例えば回転放物面鏡およびコンデンサーレンズ)とをそれぞれ含み、上記各光源部のうちの少なくとも一方は、上記第1集光部から出射される光の光路を反射によって折り曲げる反射ミラーを含んでいてもよい。 In the two-lamp combining optical system of the present invention, each of the light source units includes a light emitting unit (for example, an arc tube) that emits light and a first condensing unit (for example, a rotating paraboloid mirror and a condenser lens) that collects the light. And at least one of the light source units may include a reflection mirror that bends the optical path of the light emitted from the first light collecting unit by reflection.
本発明の2灯合成光学系において、上記各光源部は、上記反射ミラーをそれぞれ含んでおり、上記各光源部の発光部は、上記合成部の光軸を挟んで対向配置されていてもよい。 In the two-lamp combining optical system according to the present invention, each of the light source units may include the reflection mirror, and the light emitting unit of each of the light source units may be disposed to face each other across the optical axis of the combining unit. .
本発明の2灯合成光学系において、上記各光源部は、上記各反射ミラーにて反射された光を集光する第2集光部(例えばコンデンサーレンズ)をさらに含んでおり、上記第2集光部は、上記各光源部で共有されていてもよい。 In the two-lamp combining optical system of the present invention, each of the light source units further includes a second condensing unit (for example, a condenser lens) that condenses the light reflected by the reflecting mirrors. The light part may be shared by each light source part.
本発明の2灯合成光学系において、上記合成部は、光出射面よりも光入射面のほうが面積の広いテーパーロッドであってもよい。 In the two-lamp combining optical system of the present invention, the combining unit may be a tapered rod having a larger area on the light incident surface than on the light emitting surface.
本発明の画像投影装置は、上述した本発明の2灯合成光学系と、上記2灯合成光学系から供給される光を画像データに応じて変調する光変調素子と、上記光変調素子にて変調された光を被投影面(スクリーン)に投影する投影光学系とを備えていることを特徴としている。 The image projection apparatus of the present invention includes the above-described two-lamp combining optical system of the present invention, a light modulation element that modulates light supplied from the two-lamp combining optical system according to image data, and the light modulation element. And a projection optical system that projects the modulated light onto a projection surface (screen).
本発明によれば、合成部の光入射側には、各光源部からの出射光を透過偏向(例えば屈折)させる偏向部材が設けられる。これにより、例えば、各光源部の少なくとも一方が出射光の光路を折り曲げる反射ミラーを有している場合でも、合成部および偏向部材を、その反射ミラーに入射する光と干渉させることなく、反射ミラーに近い位置に配置することができる。この結果、偏向部材を介して合成部に入射する各出射光の利用効率が低下するのを回避することができ、投影画像の明るさの低下を回避することができる。 According to the present invention, the deflecting member that transmits and deflects (for example, refracts) the emitted light from each light source unit is provided on the light incident side of the combining unit. Thereby, for example, even when at least one of the light source sections has a reflection mirror that bends the optical path of the emitted light, the combining mirror and the deflecting member do not interfere with the light incident on the reflection mirror. It can arrange | position in the position near. As a result, it is possible to avoid a decrease in the utilization efficiency of each outgoing light incident on the combining unit via the deflecting member, and it is possible to avoid a decrease in the brightness of the projected image.
また、各光源部は、各基準軸の一部が上記合成部の光軸に対して傾くように配置されているが、合成部に入射する直前の各光の基準軸が合成部の光入射面に対して略垂直(上記合成部の光軸と略平行)となるように、各光源部からの出射光が偏向部材によって透過偏向される。これにより、2個の光源部のうちの一方の出射光のみが合成部に入射するときでも、その出射光は合成部の光軸と平行な軸に対して均等な(対称な)角度分布を持つので、合成部以降の光学系(例えば照明リレー系)の瞳内の光量分布が均等となる。 In addition, each light source unit is arranged such that a part of each reference axis is inclined with respect to the optical axis of the synthesis unit, but the reference axis of each light just before entering the synthesis unit is the light incidence of the synthesis unit Light emitted from each light source unit is transmitted and deflected by the deflecting member so as to be substantially perpendicular to the surface (substantially parallel to the optical axis of the combining unit). As a result, even when only one of the two light source units is incident on the combining unit, the output light has an even (symmetric) angular distribution with respect to an axis parallel to the optical axis of the combining unit. Therefore, the light quantity distribution in the pupil of the optical system (for example, the illumination relay system) after the combining unit is uniform.
したがって、本発明の2灯合成光学系と光変調素子(例えばDMD)とを用いて画像投影装置を構成し、1灯のみで画像投影を行う場合でも、光変調素子の素子面上で照度むらが生じるのを回避することができ、光変調素子を介してスクリーンに投影される画像に照度むらが生じるのを回避することができる。その結果、1灯のみで画像投影を行う場合でも、投影画像の品位を向上させることができる。 Therefore, even when an image projection apparatus is configured using the two-lamp combining optical system of the present invention and a light modulation element (for example, DMD) and image projection is performed with only one lamp, uneven illuminance on the element surface of the light modulation element. Can be avoided, and uneven illumination can be avoided in the image projected onto the screen via the light modulation element. As a result, the quality of the projected image can be improved even when image projection is performed with only one lamp.
〔実施の形態1〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
(1.画像投影装置の構成)
図2は、本実施形態に係る画像投影装置の概略の構成を模式的に示す平面図であり、図3は、この画像投影装置の側面図である。本実施形態の画像投影装置は、2灯合成光学系1と、DMD2と、投影光学系3とを有している。なお、図3では、DMD2よりも後段の光学系の図示を省略している。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1. Configuration of image projection apparatus)
FIG. 2 is a plan view schematically showing a schematic configuration of the image projection apparatus according to the present embodiment, and FIG. 3 is a side view of the image projection apparatus. The image projection apparatus according to this embodiment includes a two-lamp combining
2灯合成光学系1は、複数の光源部からの出射光を合成してDMD2に供給するための光学系であるが、その詳細な構成については後述する。
The two-lamp combining
DMD2は、表示画像の画像データに応じてON/OFF駆動される微小ミラーをマトリクス状に配置してなり、2灯合成光学系1から供給される光を画像データに応じて変調する光変調素子である。DMD2の各ミラーは、1画素に対応している。画像データに応じて各ミラーの傾斜角を変化させることにより、2灯合成光学系1から供給される光を各画素ごとに選択的に投影光学系3に入射させることができる。なお、DMD2の代わりに例えば反射型や透過型の液晶表示装置で光変調素子を構成することも可能である。
The
投影光学系3は、DMD2にて変調された光を、被投影面であるスクリーン4上に拡大して投影するための光学系である。
The projection optical system 3 is an optical system for enlarging and projecting the light modulated by the
(2.2灯合成光学系の構成)
2灯合成光学系1は、第1の光源部11と、第2の光源部12と、インテグレータロッド13と、カラーホイール14と、リレーレンズ群15と、偏向部材16とを有している。
(2.2 Configuration of the combined light optical system)
The two-lamp combining
ここで、以下での説明の便宜上、「基準軸」を以下のように定義しておく。つまり、「基準軸」とは、第1の光源部11(または第2の光源部12)からインテグレータロッド13に至る各光の光路中で、第1の光源部11(または第2の光源部12)の出射光の光軸、またはその光軸を含んでその延長線上にある軸を指すものとする。このように「基準軸」を定義したのは、「光軸」とは、通常、レンズの光学表面の曲率中心を結ぶ線を指すが、後述する実施の形態3では、そのような「光軸」よりも上記定義の「基準軸」という概念を用いるほうが適切であり、このような実施の形態3も含めて各実施の形態で統一した用語を使用するためである。以下では、必要に応じて「基準軸」という用語を使用し、第1の光源部11の基準軸をAとし、第2の光源部12の基準軸をBとする。
Here, for convenience of explanation below, the “reference axis” is defined as follows. That is, the “reference axis” refers to the first light source unit 11 (or the second light source unit) in the optical path of each light from the first light source unit 11 (or the second light source unit 12) to the
第1の光源部11は、発光部21と、回転放物面鏡22と、2枚のコンデンサーレンズ23・24と、反射ミラー25とで構成されている。
The first
発光部21は、2つの電極間を放電させることにより白色光を出射する発光管で構成されており、回転放物面鏡22の焦点に位置している。回転放物面鏡22は、発光部21から出射された光を反射させて平行光にする。コンデンサーレンズ23・24は、回転放物面鏡22にて反射され、出射される平行光を収束させる。回転放物面鏡22とコンデンサーレンズ23・24とで、発光部21から出射される光をインテグレータロッド13の光入射面13a上に集光する第1集光部が構成されている。反射ミラー25は、第1集光部のコンデンサーレンズ24から出射される光をインテグレータロッド13の光入射面13aの方向に反射させて、その光路を折り曲げる光学素子である。
The
第1の光源部11は、基準軸Aの一部がインテグレータロッド13の光軸Cに対して傾くように配置されている。つまり、第1の光源部11は、発光部21から偏向部材16に至る光路中で、基準軸Aが光軸Cに対して傾くように配置されている。ただし、第1の光源部11が反射ミラー25を有していることにより、基準軸Aは、反射ミラー25で折り曲げられている。
The first
一方、第2の光源部12は、発光部31と、回転放物面鏡32と、2枚のコンデンサーレンズ33・34とで構成されている。
On the other hand, the second
発光部31は、発光部21と同様に、2つの電極間を放電させることにより白色光を出射する発光管で構成されており、回転放物面鏡32の焦点に位置している。回転放物面鏡32は、発光部31から出射された光を反射させて平行光にする。コンデンサーレンズ33・34は、回転放物面鏡32にて反射され、出射される平行光を収束させる。回転放物面鏡32とコンデンサーレンズ33・34とで、発光部31から出射される光をインテグレータロッド13の光入射面13a上に集光する第1集光部が構成されている。
Like the
第2の光源部12についても、第1の光源部11と同様に、基準軸Bの一部がインテグレータロッド13の光軸Cに対して傾くように配置されている。つまり、第2の光源部12は、発光部31と偏向部材16との間の光路中で、基準軸Bが光軸Cに対して傾くように配置されている。
Similarly to the first
インテグレータロッド13は、断面が四角形の角柱形状であり、一方の端面である光入射面13aから内部に入った光を側面で全反射させて他方の端面である光出射面13bに導き、そこから出射させる。特に、本実施形態では、インテグレータロッド13は、第1の光源部11および第2の光源部12からの出射光を合成し、照度分布を均一化して出射する合成部を構成している。インテグレータロッド13の光軸Cは、リレーレンズ群15の光軸と一致している。
The
カラーホイール14は、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ選択的に透過させる3種の色フィルタを有しており、インテグレータロッド13の光出射側に設けられている。各色フィルタは、回転時に、インテグレータロッド13から出射される光の光路を順次横切るように配置されている。したがって、カラーホイール14の回転により、白色光の照明光は時間的に赤色光、緑色光、青色光に分解され、カラー映像の提供が可能になる。このようなことから、カラーホイール14は、時分割色分解光学系を構成していると言える。
The
リレーレンズ群15は、複数のリレーレンズと、光束を規制するための絞りとで構成されており、その光軸がインテグレータロッド13の光入射面13aの中心と光出射面13bの中心とを通る。リレーレンズ群15は、インテグレータロッド13の光出射面13bとDMD2の素子面(表示面)とを光学的に略共役にしている。
The
偏向部材16は、インテグレータロッド13の光入射側に配置され、インテグレータロッド13に入射する直前の第1の光源部11からの出射光の基準軸Aおよび第2の光源部12からの出射光の基準軸Bが、インテグレータロッド13の光入射面13aに対して略垂直となるように(インテグレータロッド13の光軸Cと略平行となるように)、各出射光を透過偏向させるものであり、本実施形態では、屈折型の光学素子である偏向プリズムで構成されている。なお、偏向部材16の詳細については後述する。
The deflecting
上記の構成において、第1の光源部11の発光部21から出射された光は、回転放物面鏡22にて反射されて平行光となり、コンデンサーレンズ23・24にて収束され、反射ミラー25にて反射されて偏向部材16に入射する。一方、第2の光源部12の発光部31から出射された光は、回転放物面鏡32にて反射されて平行光となり、コンデンサーレンズ33・34にて収束されて偏向部材16に入射する。
In the above configuration, the light emitted from the
偏向部材16では、第1の光源部11および第2の光源部12からの各出射光が屈折され、インテグレータロッド13の光入射面13aに対して各基準軸A・Bが略垂直となる状態で光入射面13aに入射する。そして、これらの各出射光がインテグレータロッド13にて合成された後、カラーホイール14の任意の色フィルタを透過し、リレーレンズ群15を介してDMD2に入射する。DMD2では、画像データに応じて各ミラーの傾き角がONとOFFとで変化するが、ONとなったミラーで反射された光が、投影光学系3を介してスクリーン4上に投射される。
In the deflecting
このように、本実施形態では、インテグレータロッド13の光入射側に偏向部材16が設けられ、この偏向部材16によって、第1の光源部11および第2の光源部12からの各出射光が透過偏向(屈折)される。これにより、インテグレータロッド13および偏向部材16を、発光部21から第1集光部を介して反射ミラー25に入射する光線と干渉させることなく、反射ミラー25に近づけて配置することが可能となる。この結果、インテグレータロッド13に入射する各出射光の利用効率が低下するのを回避することができ、投影画像の明るさの低下を回避することができる。
As described above, in the present embodiment, the deflecting
また、第1の光源部11では、反射ミラー25によって出射光の光路を折り曲げているので、第1の光源部11および第2の光源部12からの各出射光を互いに干渉させずに、かつ、第2の光源部12からの出射光と反射ミラー25とを干渉させずに、第1の光源部11および第2の光源部12を配置することができる。つまり、上述したように各基準軸A・Bの一部がインテグレータロッド13の光軸Cに対して傾くように、第1の光源部11および第2の光源部12を配置することができる。
Further, in the first
(3−1.偏向部材の構成(1))
次に、上述した偏向部材16の詳細について説明する。図1(a)は、2灯合成光学系1の主要部を拡大して示す平面図であり、図1(b)は、偏向部材16を拡大して示す平面図である。
(3-1. Configuration of deflection member (1))
Next, details of the above-described
偏向部材16は、各基準軸A・Bを含む平面に沿った断面内でのインテグレータロッド13の光軸Cに沿った方向の厚さが、光軸Cから最も離れた位置で最も厚く、光軸C上で最も薄くなる形状となっている。
The deflecting
より詳細には、偏向部材16は、光出射側に面16a・16bを有しており、光入射側に面16c・16dを有している。面16aは、第1の光源部11からの出射光を屈折させる第1の光出射面であり、面16bは、第2の光源部12からの出射光を屈折させる第2の光出射面である。また、面16cは、第1の光源部11からの出射光を屈折させる第1の光入射面であり、面16dは、第2の光源部12からの出射光を屈折させる第2の光入射面である。面16a・16bは、その光軸C側の端部が光軸Cとは反対側の端部よりも光入射側の面16c・16dに近づくように光軸Cに対して傾いて配置されている。このような面16a・16bの配置により、偏向部材16の上記形状を実現することができる。
More specifically, the deflecting
このような形状で偏向部材16が構成されていれば、インテグレータロッド13に入射する直前の各出射光の基準軸A・Bがインテグレータロッド13の光入射面13aに対して略垂直となるように、第1の光源部11および第2の光源部12からの各出射光を偏向部材16によって確実に偏向(屈折)させることができる。
If the deflecting
なお、略垂直とは、完全に垂直な場合を含むほか、完全に垂直な場合から若干ずれる場合も含むが、この点については、後述する数値実施例で説明する。 The term “substantially vertical” includes not only the case of being completely vertical but also a case of being slightly deviated from the case of being completely vertical. This point will be described in numerical examples described later.
上記のように、インテグレータロッド13に入射する直前の各出射光の基準軸A・Bがインテグレータロッド13の光入射面13aに対して略垂直となれば、1灯のみで画像投影を行う場合でも、投影画像の品位を向上させることができる。その理由は、以下の通りである。
As described above, if the reference axes A and B of the respective outgoing lights immediately before entering the
インテグレータロッド13の長さが無限であれば、インテグレータロッド13の光入射面13aに対する光の入射角が大きくなっても、インテグレータロッド13内部での全反射によって光出射面13bからは照度分布の十分均一な光が出射されるものと思われる。しかし、インテグレータロッド13の長さは、実際には有限であるので、光入射面13aに対する光の入射角が大きくなると、インテグレータロッド13にて照度分布を十分には均一化しきれない。また、リレーレンズ群15の瞳内の光量分布は、インテグレータロッド13に入射する光の光軸Cに対する角度分布を保存しており、光入射面13aに対する入射角が大きくなると、瞳内の光量分布も均一から崩れる。
If the length of the
以上のことから、リレーレンズ群15の瞳内の光量分布を均一化するためには、長さが有限であるインテグレータロッド13の光入射面13aに入射する光が持つ光軸Cに対する角度分布を均等に(光軸Cに沿った軸に対して対称となるように)すればよいと言える。したがって、上述した偏向部材16の構成によって、インテグレータロッド13に入射する直前の各出射光の基準軸A・Bを、インテグレータロッド13の光入射面13aに対して略垂直にすれば、インテグレータロッド13に入射する直前の各出射光の光軸Cに対する角度分布が略均等となるので、各出射光のそれぞれについて、リレーレンズ群15の瞳内の光量分布を均一化することができる。つまり、第1の光源部11からの出射光のみが偏向部材16を介してインテグレータロッド13に入射する場合でも、第2の光源部12からの出射光のみが偏向部材16を介してインテグレータロッド13に入射する場合でも、リレーレンズ群15の瞳内の光量分布を均一化することができる。
From the above, in order to make the light quantity distribution in the pupil of the
なお、インテグレータロッド13の光入射面13aの中心からずれた位置に光が入射しても、インテグレータロッド13の長さが有限である以上、リレーレンズ群15の瞳内の光量分布は均一から多少崩れるが、その崩れは、入射光の角度分布が均一から崩れる場合ほど大きくはなく、入射光の角度分布を均一にすることによって十分に補うことが可能である。
Even if light is incident on a position deviated from the center of the
このように、インテグレータロッド13に入射する直前の各出射光の基準軸A・Bを、インテグレータロッド13の光入射面13aに対して略垂直にすることにより、第1の光源部11と第2の光源部12とのうちのいずれか一方だけを用いて画像投影を行う場合でも、リレーレンズ群15の瞳内の光量分布を均一化することができる。これにより、1灯だけで画像投影を行う場合でも、DMD2の素子面上で照度むらが生じるのを回避することができるとともに、DMD2を介してスクリーン4に投影される画像に照度むらが生じるのを回避することができ、投影画像の品位を向上させることができる。
Thus, by making the reference axes A and B of the respective outgoing lights just before entering the
また、本実施形態では、第1の光源部11および第2の光源部12からの各出射光を反射偏向ではなく透過偏向させる光学素子(例えば偏向プリズム)で偏向部材16を構成しているが、これは以下の理由によるものである。
In the present embodiment, the deflecting
インテグレータロッド13の光入射側には、第1の光源部11および第2の光源部12が位置しているため、インテグレータロッド13の光入射面13aの近傍に配置される偏向部材16には、第1の光源部11および第2の光源部12からの熱負担が非常に大きい。このとき、偏向部材16が例えば反射ミラーのような反射型の光学素子で構成されていると、反射ミラーの反射面は、基板上に誘電体薄膜を成膜することで形成されているため、第1の光源部11および第2の光源部12からの熱で誘電体薄膜が剥離する場合がある。
Since the first
これに対して、透過型の光学素子は、熱エネルギーが残らない特性があるので、このような透過型の光学素子を用いることで、耐熱性および信頼性の面で優れた偏向部材16を実現することができる。
On the other hand, since the transmissive optical element has a characteristic that no thermal energy remains, by using such a transmissive optical element, the
特に、偏向部材16を、各出射光を屈折させることによって偏向させる屈折型の光学素子(例えば偏向プリズム)で構成することにより、偏向部材16を後述する成形や複数プリズムの貼り合わせで容易に実現することができる。
In particular, the deflecting
(3−2.偏向部材の構成(2))
以上では、偏向部材16が単一の光学素子(偏向プリズム)で構成されている場合について説明したが、複数部材の組み合わせで構成されていてもよい。図4は、偏向部材16の他の構成を示す平面図である。この偏向部材16は、各基準軸A・Bを含む平面に垂直な面であって、インテグレータロッド13の光軸Cを含む面で偏向部材16を2等分してできる各プリズム16A・16Bの貼り合わせで構成されている。なお、各プリズム16A・16Bの貼り合わせは、接着剤を用いて行ってもよいし、接着剤を用いずに行ってもよい。後者の場合は、各プリズム16A・16B同士は接着されてはいないが、単に接触しているだけの状態となる。
(3-2. Configuration of deflection member (2))
The case where the
偏向部材16を単一の光学素子で構成する場合は、偏向部材16を例えばガラス成形によって形成することができる。これに対して、偏向部材16を各プリズム16A・16Bの貼り合わせで構成する場合は、各プリズム16A・16Bを例えば研磨で形成し、これらの研磨部品を貼り合わせて偏向部材16を構成することができる。したがって、研磨と貼り合わせだけで偏向部材16を容易に実現することができる。
When the deflecting
なお、各プリズム16A・16Bは、空隙を介して対向して配置されていてもよい。したがって、偏向部材16を構成する各プリズム16A・16Bの組み合わせには、上記した各プリズム16A・16Bの貼り合わせ(偏向部材16の分離面を接着剤で接着させる手法や、接着剤を用いずに単に接触させる手法)も含まれるし、各プリズム16A・16Bの空隙を介しての対向配置も含まれる。
In addition, each
(3−3.偏向部材の構成(3))
以上では、偏向部材16の光出射側の面16a・16bだけを光軸Cに対して傾けて偏向部材16を構成した場合について説明したが、さらに光入射側の面16c・16dを光軸Cに対して傾けて偏向部材16を構成してもよい。図5は、偏向部材16のさらに他の構成を示す平面図である。この偏向部材16では、図1(b)の構成に加えて、光入射側の面16c・16dが、その光軸C側の端部が光軸Cとは反対側の端部よりも光出射側の面16a・16b側に近づくように、光軸Cに対して傾いて配置されている。
(3-3. Configuration of Deflection Member (3))
In the above, the case where the deflecting
この構成では、光出射面(面16a・16b)だけを光軸Cに対して傾ける場合に比べて、偏向部材16の屈折パワーをより強くすることができるので、第1の光源部11および第2の光源部12の配置や設計の自由度を増大させることができる。
In this configuration, since the refractive power of the deflecting
(3−4.偏向部材の回転配置)
ところで、図6(a)(b)は、インテグレータロッド13と偏向部材16との相対位置関係で決まる、インテグレータロッド13の光出射面13b上での光源像41および光源像42の位置関係を模式的に示す説明図である。なお、光源像41は、第1の光源部11からの出射光によって形成される光源像であり、光源像42は、第2の光源部12からの出射光によって形成される光源像である。特に、図6(a)は、偏向部材16に入射する前の各出射光の各基準軸A・Bと光軸Cとを含む平面に対して、光軸Cを回転中心として偏向部材16を回転させる前の光源像41・42の位置関係を示しており、図6(b)は、図6(a)の状態から、上記平面に対して光軸Cを回転中心として偏向部材16を回転角θだけ回転させて配置した場合の光源像41・42の位置関係を示している。図7は、図6(b)の状態の偏向部材16を光入射側から見たときの様子を示している。
(3-4. Rotation arrangement of deflection member)
6A and 6B schematically show the positional relationship between the
図6(b)に示すように、光軸Cを回転中心として偏向部材16を回転させると、インテグレータロッド13の光出射面13b上での光源像41・42の位置を光出射面13b内で変化させることができる。このとき、光出射面13b上の光源像41・42の位置によって、明るさや照度分布は微妙に変化するが、四角形状の光出射面13b上において、光源像41・42がその対角方向に並ぶようにすれば、インテグレータロッド13から出射される光として、明るさと照度分布とを両方満足させる光が得られることが分かっている。つまり、光源像41・42がその対角方向に並ぶと、明るさおよび照度分布の両方が最適に近い状態となる。
As shown in FIG. 6B, when the
したがって、図6(b)に示すように、光源像41・42が四角形状の光出射面13b上で対角方向に並ぶような回転角θで、光軸Cを回転中心として偏向部材16を回転させて配置することにより、第1の光源部11および第2の光源部12の2灯を両方とも使用する場合に、インテグレータロッド13から出射される光として、明るさおよび照度分布の両方を満足させる光を得ることができる。
Therefore, as shown in FIG. 6B, the
なお、偏向部材16の回転角を適切に選べば、明るさだけを最適化したり、照度分布だけを最適化したりすることも可能である。また、光軸Cを中心に偏向部材16を回転させる回転駆動部(図示せず)を設け、この回転駆動部によって偏向部材16の回転位置を種々設定できる構成としてもよい。
If the rotation angle of the
(3−5.偏向部材の構成(4))
図8は、偏向部材16のさらに他の構成を示す平面図である。この偏向部材16は、光出射側の面16a・16bが以下のように配置されて構成されている。すなわち、面16a・16bは、これらの面で屈折された各出射光が、偏向部材16に入射する前の各出射光の各基準軸A・Bと光軸Cとを含む平面に対して互いに反対側でインテグレータロッド13の光入射面13aに入射するように、互いにねじれて配置されている。
(3-5. Configuration of Deflection Member (4))
FIG. 8 is a plan view showing still another configuration of the
このような光出射側の面16a・16bの配置によっても、インテグレータロッド13の光出射面13b上で各光源像41・42の位置を対角方向に並べることができる。したがって、図8の偏向部材16を用いても、図6(b)のような偏向部材16の回転配置によって得られる上述の効果を容易に得ることができる。
The arrangement of the
なお、図6(b)や図8の構成では、偏向部材16から出射される各出射光の基準軸A・Bは、完全な平行にはならないが、これらのずれは精々2〜3°くらいであり、大きな角度差はないので差し支えない。
6B and FIG. 8, the reference axes A and B of the respective outgoing lights emitted from the deflecting
(4.その他)
なお、本実施形態では、各光源部の第1集光部を、回転放物面鏡およびコンデンサーレンズで構成した例について説明したが、回転楕円鏡で構成することも可能である。この場合、回転楕円鏡の一方の焦点位置に発光部を位置させ、他方の焦点位置に合成部の光入射面を位置させればよい。
(4. Other)
In the present embodiment, the example in which the first condensing unit of each light source unit is configured by a rotating parabolic mirror and a condenser lens has been described. However, the first condensing unit may be configured by a rotating ellipsoidal mirror. In this case, the light emitting unit may be positioned at one focal position of the spheroid mirror and the light incident surface of the combining unit may be positioned at the other focal position.
なお、本実施形態では、偏向部材16を偏向プリズムで構成した例について説明したが、インテグレータロッド13に入射する直前の各出射光の基準軸A・Bがインテグレータロッド13の光入射面13aに対して略垂直となるように、第1の光源部11および第2の光源部12からの各出射光を透過偏向させるものであればよく、例えばそのような機能を有するレンズで構成することも可能である。
In the present embodiment, an example in which the deflecting
(5.数値実施例)
次に、2灯合成光学系1の数値実施例を実施例1および2として以下に示す。
図9(a)は、実施例1および2における2灯合成光学系1の概略の構成を示す平面図であり、図9(b)(c)(d)は、2灯合成光学系1の偏向部材16をそれぞれ拡大して示す平面図である。なお、これらの図では、第2の光源部12からの出射光および基準軸Bの図示を省略している。
(5. Numerical examples)
Next, numerical examples of the two-lamp combining
FIG. 9A is a plan view showing a schematic configuration of the two-lamp combining
ただし、表1で挙げた各パラメータは、以下のように定義されている。
β:リレーレンズ群15の倍率
ω1:ロッド出射光線角、すなわち、リレーレンズ群15に入射する光のインテグレ
ータロッド13側の有効な角度(°)
ω2:各光源部から出射されて偏向部材16に入射する各出射光の収束角度(°)
a:インテグレータロッド13の光入射面13a(四角形状)における対角方向の
長さ(mm)
b:インテグレータロッド13の光入射面13aにおけるその中心と、各光源部か
らの各出射光の集光位置との間の距離(mm)
L1:インテグレータロッド13の光入射面13aと、偏向部材16の光出射側の面
との間の軸上距離(mm)
L2:偏向部材16の光軸C上の厚さ(mm)
n:偏向部材16の屈折率
γ1:偏向部材16の光出射側の面と光軸Cとがインテグレータロッド13側でなす
角度(°)
γ2:偏向部材16の光入射側の面と光軸Cとがインテグレータロッド13とは反対
側でなす角度(°)
α1:光軸Cと偏向部材16にて偏向された後の各出射光の基準軸A・Bとのなす角
度(°)
(ただし、収束側を正とし、発散側を負とする。収束側とは、基準軸A(B)
が偏向部材16の光出射側の面と交わる点をPとし、インテグレータロッド1
3の光入射面13aと交わる点(集光位置)をQとしたときに、点Qに対して
点Pが光軸Cとは反対側に位置する場合を指す。一方、発散側とは、点Qに対
して点Pが光軸C側に位置する場合を指す。)
α2:光軸Cと偏向部材16を通過する前の光の各基準軸A・Bとのなす角度(°)
However, each parameter listed in Table 1 is defined as follows.
β: magnification of the
Effective angle (°) on the
ω2: Convergence angle (°) of each outgoing light emitted from each light source and entering the deflecting
a: in the diagonal direction on the
Length (mm)
b: the center of the
Distance from each light collection position (mm)
L1:
On-axis distance between (mm)
L2: thickness of the deflecting
n: Refractive index of the deflecting
Angle (°)
γ2: The light incident side surface of the deflecting
Side angle (°)
α1: Angle formed between the optical axis C and the reference axes A and B of each outgoing light after being deflected by the deflecting
Degree (°)
(However, the convergence side is positive and the divergence side is negative. The convergence side is the reference axis A (B).
Is the point where the crossing with the light exit side surface of the deflecting
When the point (condensing position) that intersects the
The case where the point P is located on the opposite side to the optical axis C is indicated. On the other hand, the divergent side is
In this case, the point P is located on the optical axis C side. )
α2: Angle (°) formed by the optical axis C and the reference axes A and B of the light before passing through the deflecting
ここで、aおよびbについては、(1/8)×a<b<(1/3)×aの関係を満たすことが望ましい。bが下限値以下の場合は、各光源部からの各出射光を干渉させることなく、各出射光の基準軸A・Bをインテグレータロッド13の光入射面13aに対して略垂直にすることが困難となる。一方、bが上限値以上の場合は、各光源部からの各出射光の集光スポットが光出射面13aからはみ出す場合があり、この場合は各出射光を有効利用することができない。
Here, as for a and b, it is desirable to satisfy the relationship of (1/8) × a <b <(1/3) × a. When b is equal to or lower than the lower limit value, the reference axes A and B of the respective outgoing lights can be made substantially perpendicular to the
この点、実施例1および2では、上記の条件式は満たされている。したがって、各光源部からの出射光を干渉させることなく有効利用しつつ、基準軸A・Bを光入射面13aに対して略垂直にして、1灯のみの点灯の場合であってもインテグレータロッド13からの出射光の照度分布を均一にすることができる。
In this regard, in Examples 1 and 2, the above conditional expression is satisfied. Therefore, the integrator rod can be used even when only one lamp is lit while the reference beams A and B are made substantially perpendicular to the
また、α1は、−2°<α1<5°を満たす角度であることが望ましい。α1がこの範囲であれば、インテグレータロッド13の光入射面13aに入射する各出射光の基準軸A・Bが光入射面13aに対して略垂直となり、各出射光が持つ光軸Cに沿った軸に対する角度分布をほぼ均等にすることができる。したがって、1灯のみの点灯の場合でも、インテグレータロッド13からの出射光の照度分布を均一にすることができる。
Α1 is desirably an angle satisfying −2 ° <α1 <5 °. If α1 is within this range, the reference axes A and B of each outgoing light incident on the
また、α1が下限値以下の場合は、インテグレータロッド13から出射される光が光線角の大きい発散光となるので、リレーレンズ群15に取り込まれない光が生じ、光伝達的には不利となる。したがって、α1は−2°よりも大きいことが望ましい。この点、実施例1および2では、上記の条件式は満たされている。
When α1 is less than or equal to the lower limit value, the light emitted from the
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施形態では、インテグレータロッド13の光入射側に偏向部材16が設けられているなど、2灯合成光学系1の第1の光源部11および第2の光源部12の構成以外については、実施の形態1と同様の構成である。なお、説明の便宜上、実施の形態1と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to the drawings. In the present embodiment, the configuration other than the configuration of the first
図10は、本実施形態の2灯合成光学系1の主要部の概略の構成を示す平面図である。本実施形態では、第1の光源部11および第2の光源部12の両方が、反射ミラー25・35をそれぞれ有している。反射ミラー35は、第1集光部のコンデンサーレンズ34から出射される光の光路を反射によって折り曲げる光学素子である。そして、第1の光源部11および第2の光源部12は、発光部21・31がインテグレータロッド13の光軸Cを挟んで対向するように配置されている。
FIG. 10 is a plan view showing a schematic configuration of a main part of the two-lamp combining
このように、第1の光源部11および第2の光源部12の両方が反射ミラー25・35をそれぞれ有していることにより、第1の光源部11および第2の光源部12からの出射光を、互いに干渉させることなくインテグレータロッド13に入射させることができる。したがって、この構成によっても、第1の光源部11および第2の光源部12からの各出射光を利用して、高輝度の投影画像を確実に得ることができる。
As described above, since both the first
また、発光部21・31を光軸Cを挟んで対向配置することにより、例えばこれらを同じ高さ位置に配置することができる。この配置では、投影位置を変化させるとしても、各発光部21・31同士を結ぶ軸を中心に装置全体を回転させれば、各発光部21・31は鉛直方向に垂直な面に対して傾くことはない。各発光部21・31が鉛直方向に垂直な面に対して傾くと、各発光部21・31の動作が不安定になるが、上記構成によれば、各発光部21・31の動作を安定に保ちながら、装置の設置状態だけを変化させることができる。
Further, by arranging the
〔実施の形態3〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施形態では、インテグレータロッド13の光入射側に偏向部材16が設けられている点では実施の形態2と同様であるが、合成部および第1の光源部11および第2の光源部12の構成が実施の形態2とは若干異なっている。なお、説明の便宜上、実施の形態1または2と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to the drawings. The present embodiment is the same as the second embodiment in that the deflecting
図11は、本実施形態の2灯合成光学系1の主要部の概略の構成を示す平面図である。本実施形態では、実施の形態2と同様に、第1の光源部11および第2の光源部12が反射ミラー25・35をそれぞれ有しており、発光部21・31がインテグレータロッド13の光軸Cを挟んで対向するように配置されている。
FIG. 11 is a plan view showing a schematic configuration of a main part of the two-lamp combining
また、本実施形態では、インテグレータロッド13の代わりにテーパーロッド51が合成部として設けられている。このテーパーロッド51は、光出射面51bよりも光入射面51aのほうが面積の広いテーパー形状のインテグレータロッドである。このようなテーパーロッド51で合成部を構成することにより、光出射面13bおよび光入射面13aの面積が同じであるインテグレータロッド13を用いる場合に比べて、第1の光源部11および第2の光源部12からの各出射光の取り込み効率を上げることができ、各出射光を有効利用することができる。
In the present embodiment, a
また、本実施形態では、第1の光源部11は、第1集光部と第2集光部とを含んでいる。ただし、第1の光源部11では、第1集光部は回転放物面鏡22とコンデンサーレンズ23とで構成されており、第2集光部はコンデンサーレンズ52で構成されている。一方、第2の光源部12も第1集光部と第2集光部とを含んでいる。ただし、第2の光源部12では、第1集光部は回転放物面鏡32とコンデンサーレンズ33とで構成されており、第2集光部はコンデンサーレンズ52で構成されている。つまり、コンデンサーレンズ52は、第1の光源部11および第2の光源部12で共有されている。このコンデンサーレンズ52は、各反射ミラー25・35とテーパーロッド51との間に配置されている。
Moreover, in this embodiment, the 1st
各反射ミラー25・35とテーパーロッド51との間にコンデンサーレンズ52が配置されることにより、各出射光の利用効率を低下させずに、第1の光源部11および第2の光源部12をテーパーロッド51から遠ざけて配置することが可能となる。これにより、図11に示すように、テーパーロッド51とコンデンサーレンズ52との間に、第1の光源部11および第2の光源部12と干渉しないようにカラーホイール14を配置することが可能となる。つまり、テーパーロッド51とコンデンサーレンズ52との間に、カラーホイール14を配置するスペースを確保することができる。
By disposing the
ここで、合成部(ここではテーパーロッド51)の光出射面と光変調素子(ここではDMD2)の素子面とはリレーレンズ群15によって光学的に略共役となっているので、カラーホイール14を合成部の光出射側に配置すると、カラーホイール14の各色フィルタの境界部分が合成部の光出射面を横切るときに、混色がそのままが素子面に反映され、素子面上で部分的な色むらが生じる。しかし、カラーホイール14を合成部の光入射側に配置した場合は、カラーホイール14の各色フィルタの境界付近を光が通過しても、混色の光が合成部でミキシングされて光変調素子に供給されるので、光変調素子の素子面上で部分的な色むらが生じるのを抑えることができる。
Here, since the light exit surface of the combining portion (here, the taper rod 51) and the element surface of the light modulation element (here, DMD2) are optically substantially conjugate by the
また、本実施形態では、コンデンサーレンズ52が第1の光源部11と第2の光源部12とで共有されているので、実施の形態1および2と比べて、コンデンサーレンズの枚数をトータルで(4枚から3枚に)減らすことができ、部品点数を削減することができる効果もある。
In this embodiment, since the
なお、本実施形態では、第1の光源部11の発光部21からコンデンサーレンズ52に至る光軸は、反射ミラー25によって折り曲げられているが、この光軸はコンデンサーレンズ52の光入射面の曲率中心を通ってはいない。したがって、第1の光源部11の光軸は、反射ミラー25以降の光路では、光軸と呼ぶのに相応しくはない。この点は、第2の光源部12の光軸についても同様である。
In the present embodiment, the optical axis from the
そこで、実施の形態1で述べたように、基準軸A・Bを定義している。本実施形態では、基準軸Aは、第1の光源部11(発光部21)から合成部(テーパーロッド51)に至る光路中で、発光部21から反射ミラー25に至る光軸を含み、その延長線上にある軸を指す。また、基準軸Bは、第2の光源部12(発光部31)から(テーパーロッド51)に至る光路中で、発光部31から反射ミラー35に至る光軸を含み、その延長線上にある軸を指す。
Therefore, as described in the first embodiment, the reference axes A and B are defined. In the present embodiment, the reference axis A includes the optical axis from the
このように基準軸A・Bを定義することにより、コンデンサーレンズ52を用いる本実施形態の構成においても、合成部に入射する直前の各出射光の基準軸A・Bが合成部の光入射面に対して略垂直となるように、各出射光を透過偏向させるという偏向部材16の機能を正確に表現することができる。
By defining the reference axes A and B in this way, even in the configuration of the present embodiment using the
なお、以上で説明した各実施の形態の構成を組み合わせることは勿論可能である。例えば、実施の形態1の偏向部材16の種々の構成を実施の形態2および3に適用することは勿論可能であり、実施の形態3のテーパーロッド51を実施の形態1および2に適用することも勿論可能である。
Of course, it is possible to combine the configurations of the embodiments described above. For example, various configurations of the deflecting
1 2灯合成光学系
2 DMD(光変調素子)
3 投影光学系
4 スクリーン(被投影面)
11 第1の光源部
12 第2の光源部
13 インテグレータロッド(合成部)
13a 光入射面
13b 光出射面
16 偏向部材
16a 面(光出射面)
16b 面(光出射面)
16c 面(光入射面)
16d 面(光入射面)
16A プリズム
16B プリズム
21 発光部
22 回転放物面鏡(第1集光部)
23 コンデンサーレンズ(第1集光部)
24 コンデンサーレンズ(第1集光部)
25 反射ミラー
31 発光部
32 回転放物面鏡(第1集光部)
33 コンデンサーレンズ(第1集光部)
34 コンデンサーレンズ(第1集光部)
35 反射ミラー
41 光源像
42 光源像
51 テーパーロッド(合成部)
52 コンデンサーレンズ(第2集光部)
A 光軸
B 光軸
C 光軸
1 Two-lamp composite
3 Projection
DESCRIPTION OF
13a
16b surface (light exit surface)
16c surface (light incident surface)
16d surface (light incident surface)
23 Condenser lens (first condensing part)
24 condenser lens (first condensing part)
25 Reflecting
33 Condenser lens (first condensing part)
34 Condenser lens (first condensing part)
35 Reflecting
52 Condenser lens (second condenser)
A Optical axis B Optical axis C Optical axis
Claims (16)
各光源部からの出射光を合成し、照度分布を均一化して出射する合成部とを備えた2灯合成光学系であって、
各光源部から上記合成部に至る各光の光路中で、各光源部の出射光の光軸、またはその光軸を含んでその延長線上にある軸を基準軸とすると、
各光源部は、各基準軸の一部が上記合成部の光軸に対して傾くように配置されており、
上記合成部の光入射側に設けられ、上記合成部に入射する直前の各光の基準軸が上記合成部の光入射面に対して略垂直となるように、上記各光を透過偏向させる偏向部材を備えていることを特徴とする2灯合成光学系。 A plurality of light source units that emit light;
A two-lamp combining optical system including a combining unit that combines the light emitted from each light source unit and outputs the light with a uniform illuminance distribution;
In the optical path of each light from each light source unit to the synthesis unit, the optical axis of the emitted light of each light source unit, or the axis on the extension line including the optical axis as a reference axis,
Each light source unit is arranged such that a part of each reference axis is inclined with respect to the optical axis of the combining unit,
A deflection that is provided on the light incident side of the combining unit and transmits and deflects each light so that the reference axis of each light immediately before entering the combining unit is substantially perpendicular to the light incident surface of the combining unit. A two-lamp composite optical system comprising a member.
上記第1の光出射面および上記第2の光出射面は、これらの面のそれぞれにおける上記合成部の光軸側の各端部が上記光軸とは反対側の各端部よりも光入射側の面に近づくように、上記合成部の光軸に対して傾いて配置されていることを特徴とする請求項4に記載の2灯合成光学系。 The surface on the light emission side of the deflection member is composed of a first light emission surface that refracts the emitted light of one light source unit and a second light emission surface that refracts the emitted light of the other light source unit. And
In the first light emitting surface and the second light emitting surface, each end on the optical axis side of the combining portion in each of these surfaces is more incident than each end on the side opposite to the optical axis. 5. The two-lamp combining optical system according to claim 4, wherein the two-lamp combining optical system is disposed to be inclined with respect to the optical axis of the combining unit so as to approach the side surface.
上記第1の光入射面および上記第2の光入射面は、これらの面のそれぞれにおける上記合成部の光軸側の各端部が上記光軸とは反対側の各端部よりも光出射側の面に近づくように、上記合成部の光軸に対して傾いて配置されていることを特徴とする請求項5または6に記載の2灯合成光学系。 The surface on the light incident side of the deflecting member is composed of a first light incident surface that refracts the emitted light of one light source unit and a second light incident surface that refracts the emitted light of the other light source unit. And
The first light incident surface and the second light incident surface are such that each end on the optical axis side of the combining portion on each of these surfaces emits light more than each end on the side opposite to the optical axis. 7. The two-lamp combining optical system according to claim 5, wherein the two-lamp combining optical system is disposed to be inclined with respect to the optical axis of the combining unit so as to approach the side surface.
上記偏向部材は、上記合成部の光軸を回転中心としたときに、上記偏向部材に入射する前の各光の各基準軸と上記合成部の光軸とを含む平面に対して回転角θで配置されており、
上記回転角θは、一方の光源部の出射光による光源像と他方の光源部の出射光による光源像とが上記合成部の光出射面上で対角方向に並ぶような回転角であることを特徴とする請求項3から7のいずれかに記載の2灯合成光学系。 The light emission surface of the synthesis part is a quadrangle shape,
The deflection member has a rotation angle θ with respect to a plane including the reference axis of each light before entering the deflection member and the optical axis of the combining unit when the optical axis of the combining unit is set as the rotation center. Arranged in the
The rotation angle θ is a rotation angle such that the light source image by the light emitted from one light source unit and the light source image by the light emitted from the other light source unit are aligned diagonally on the light emission surface of the synthesis unit. The two-lamp combining optical system according to any one of claims 3 to 7, wherein
上記光入射面における対角方向の長さをaとし、上記光入射面の中心と上記光入射面上での各光源部からの出射光の集光位置との間の距離をbとすると、
(1/8)×a<b<(1/3)×a
を満足することを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の2灯合成光学系。 The light incident surface of the synthesis unit is a quadrangular shape,
When the diagonal length of the light incident surface is a, and the distance between the center of the light incident surface and the condensing position of the emitted light from each light source unit on the light incident surface is b,
(1/8) × a <b <(1/3) × a
The two-lamp combining optical system according to any one of claims 1 to 9, wherein:
−2°<α1<5°
を満足することを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の2灯合成光学系。 The angle formed between the optical axis of the combining unit and the reference axis of each outgoing light after being deflected by the deflecting member is α1, and the point at which each reference axis intersects the light emitting side surface of the deflecting member. P, where Q is the point that intersects the light incident surface of the combining unit, the angle when the point P is located on the opposite side of the optical axis of the combining unit with respect to the point Q is positive and point Q On the other hand, when the angle when the point P is located on the optical axis side of the combining unit is negative,
-2 ° <α1 <5 °
The two-lamp combining optical system according to any one of claims 1 to 10, wherein:
上記各光源部のうちの少なくとも一方は、上記第1集光部から出射される光の光路を反射によって折り曲げる反射ミラーを含んでいることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の2灯合成光学系。 Each light source unit includes a light emitting unit that emits light and a first light collecting unit that collects the light,
The at least one of each said light source part contains the reflective mirror which bends | reflects the optical path of the light radiate | emitted from the said 1st condensing part by reflection, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Two-lamp synthetic optical system.
上記各光源部の発光部は、上記合成部の光軸を挟んで対向配置されていることを特徴とする請求項12に記載の2灯合成光学系。 Each of the light sources includes the reflection mirror,
The two-lamp combining optical system according to claim 12, wherein the light emitting units of the respective light source units are arranged to face each other with the optical axis of the combining unit interposed therebetween.
上記第2集光部は、上記各光源部で共有されていることを特徴とする請求項13に記載の2灯合成光学系。 Each light source unit further includes a second light collecting unit that collects the light reflected by each reflection mirror,
The two-lamp combining optical system according to claim 13, wherein the second light collecting unit is shared by the light source units.
上記2灯合成光学系から供給される光を画像データに応じて変調する光変調素子と、
上記光変調素子にて変調された光を被投影面に投影する投影光学系とを備えていることを特徴とする画像投影装置。 A two-lamp combining optical system according to any one of claims 1 to 15,
A light modulation element that modulates light supplied from the two-lamp combining optical system according to image data;
An image projection apparatus comprising: a projection optical system that projects light modulated by the light modulation element onto a projection surface.
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