JP2008145666A - Illuminating device and image projection apparatus using same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明装置およびそれを用いた画像投影装置に関する。 The present invention relates to an illumination device and an image projection device using the illumination device.
従来、画像投影装置として、照明光学系を通して反射型表示素子に照明光を照射し、反射型表示素子による表示画像を投射光学系で投影する画像投影装置が知られている。このような画像投影装置では、光源から発し照明光学系の瞳を通過した照明光を、照明光学系を形成するリレーレンズと視野レンズとで表示素子面にリレーするとともに、表示素子により変調された光を、再び視野レンズを通過させ投射光学系の瞳に入射させることで、表示素子面の像を投影面に結像させるようにして画像投影を行うことが多い。
このような画像投影装置では、照明光学系からの照明光や表示素子で反射した投影光が光路中の光学部材や機構部材で散乱や反射を起こし、投影面にまで到達してゴースト光を発生することがある。かかるゴースト光は投影画像のコントラストを低下させるおそれがあり画質低下を生じさせることになる。特に、視野レンズに代表される、投射光学系の瞳と表示素子との間に配置された光学部材による照明光の表面反射光は、投射光学系の瞳に入射しやすく、ゴースト光となりやすい。これらの光学部材表面に反射防止膜を付けたりすれば、投影光強度に比べその表面反射光強度は弱められるものの、昨今の画像投影装置の高コントラスト性能要求に応えるためには、かかるゴースト光も防止すべきである。
このようなゴースト光による画質低下を防止するため、従来より、光学系の光路中に遮光部材を設けることが知られている。この遮光部材は、投影画像の照度の均一性に影響させずに効果的にゴースト光を遮光するために、投射光学系の入射瞳やそれと共役な照明光学系の瞳の位置、あるいはそれらの近傍位置に配置されていた。
例えば、特許文献1には、反射型表示素子を用いた投射型画像表示装置において、照明光学系の瞳位置近傍、すなわち実質的な瞳位置で照明光束の一部を遮光する遮光板(遮光部材)が記載されている。
また、特許文献2には、投射光学系の瞳およびそれと共役な照明光学系の瞳に、遮光部材として、それぞれ開口絞り、照明光絞りが配置されている。
また、特許文献3には、投射光学系の瞳近傍に遮光部材が配置されている。
In such an image projection device, illumination light from the illumination optical system or projection light reflected by the display element is scattered or reflected by optical members or mechanism members in the optical path, and reaches the projection surface to generate ghost light. There are things to do. Such ghost light may reduce the contrast of the projected image, causing a reduction in image quality. In particular, the surface reflected light of the illumination light from the optical member arranged between the pupil of the projection optical system represented by the field lens and the display element easily enters the pupil of the projection optical system and easily becomes ghost light. If an antireflection film is attached to the surface of these optical members, the surface reflected light intensity can be reduced compared to the projected light intensity. However, in order to meet the high contrast performance requirements of recent image projectors, such ghost light is also used. Should be prevented.
In order to prevent such image quality degradation due to ghost light, it is conventionally known to provide a light shielding member in the optical path of the optical system. In order to effectively shield the ghost light without affecting the uniformity of the illuminance of the projected image, this light shielding member is located at or near the position of the entrance pupil of the projection optical system and the pupil of the illumination optical system conjugate with it. Was placed in position.
For example, Patent Document 1 discloses a light-shielding plate (light-shielding member) that shields a part of an illumination light beam near a pupil position of an illumination optical system, that is, a substantial pupil position in a projection-type image display device using a reflective display element. ) Is described.
In
Further, in Patent Document 3, a light shielding member is disposed in the vicinity of the pupil of the projection optical system.
しかしながら、上記のような従来の照明装置およびそれを用いた画像投影装置には、以下のような問題があった。
従来の画像投影装置では、いずれも照明光学系の瞳や投射光学系の瞳に遮光部材を配置するため、ゴースト光の原因となる光あるいはゴースト光が、各瞳の中心領域を透過する場合には、瞳の中心領域を通る他の必要光も一緒に遮光しなければならない。そのため、必要光の光量低下を招き、投影画像が輝度低下したり、輝度が偏ったりして画質が低下してしまうという問題がある。
このようなゴースト光の原因となる光は、照明光学系に対する光源からの入射角度が大きい軸外光によって発生しやすいもので、例えば、LED光源などの面光源を用いる場合など、特に顕著となるものである。
However, the conventional illumination device as described above and the image projection device using the same have the following problems.
In conventional image projection apparatuses, since the light shielding member is arranged on the pupil of the illumination optical system or the pupil of the projection optical system, the light that causes the ghost light or the ghost light is transmitted through the central region of each pupil. The other necessary light passing through the central region of the pupil must be shielded together. For this reason, there is a problem in that the amount of necessary light is reduced and the projected image is reduced in luminance or the luminance is biased, resulting in a reduction in image quality.
The light that causes such ghost light is likely to be generated by off-axis light having a large incident angle from the light source to the illumination optical system, and is particularly noticeable when, for example, a surface light source such as an LED light source is used. Is.
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、照明光学系の瞳の中心領域を通過する光によるゴースト光の発生を低減することができる照明装置およびそれを用いた画像投影装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an illumination apparatus capable of reducing the generation of ghost light due to light passing through the central region of the pupil of an illumination optical system and image projection using the same An object is to provide an apparatus.
上記の課題を解決するために、本発明の照明装置は、光源と、該光源からの光を集光する集光光学系と、該集光光学系からの光を被照明面にリレーするリレー光学系とを備える照明光学系を有する照明装置であって、前記リレー光学系は被照明面の前に視野レンズを有し、前記光源と前記照明光学系の瞳位置との間の光路上に、光の透過範囲を規制する遮光部材を設けた構成とする。
この発明によれば、遮光部材を光源と照明光学系の瞳位置との間の光路上に配置して、光の透過範囲を規制するので、光源から照明光学系に入射する光の入射角の大きさを規制することができる。そのため、照明光学系に大きな入射角で入射し照明光学系の瞳の中心領域を通過してゴースト光となるような光を低減することができる。
In order to solve the above-described problems, an illumination device according to the present invention includes a light source, a condensing optical system that condenses light from the light source, and a relay that relays light from the condensing optical system to an illumination target surface. An illumination apparatus having an illumination optical system including an optical system, wherein the relay optical system has a field lens in front of an illuminated surface, and is on an optical path between the light source and a pupil position of the illumination optical system. The light-shielding member that restricts the light transmission range is provided.
According to the present invention, the light shielding member is disposed on the optical path between the light source and the pupil position of the illumination optical system to regulate the light transmission range, so that the incident angle of the light incident on the illumination optical system from the light source can be reduced. The size can be regulated. Therefore, it is possible to reduce light that enters the illumination optical system at a large incident angle and passes through the central region of the pupil of the illumination optical system and becomes ghost light.
また、本発明の画像投影装置は、本発明の照明装置と、該照明装置による被照明面に配置された反射型表示素子と、前記照明装置の前記視野レンズを透過して照明され前記反射型表示素子の表示面で反射された光を、再び前記視野レンズを透過させて投影する投射光学系とを備えた構成とする。
この発明によれば、本発明の照明装置を用いるので、照明光学系に大きな入射角で入射し照明光学系の瞳の中心領域を通過する光が視野レンズによって表面反射されることで発生するゴースト光を低減することができる。
In addition, the image projection apparatus of the present invention is illuminated by the illumination apparatus of the present invention, a reflective display element disposed on a surface to be illuminated by the illumination apparatus, and the field lens of the illumination apparatus, and is reflected. A projection optical system that projects light reflected by the display surface of the display element through the field lens again is used.
According to the present invention, since the illumination device according to the present invention is used, a ghost generated when the light incident on the illumination optical system at a large incident angle and passing through the central region of the pupil of the illumination optical system is reflected on the surface by the field lens. Light can be reduced.
本発明の照明装置および画像投影装置によれば、照明光学系に入射する入射角の大きな光を遮光して瞳の中心領域を通過する光を低減することができるので、瞳の中心領域を通過する光によるゴースト光の発生を低減することができるという効果を奏する。 According to the illumination device and the image projection device of the present invention, light having a large incident angle incident on the illumination optical system can be blocked and light passing through the central region of the pupil can be reduced, so that the light passes through the central region of the pupil. It is possible to reduce the generation of ghost light due to the light that is transmitted.
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る画像投影装置について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る照明装置およびそれを用いた画像投影装置の概略構成を示す平面視の模式的光路図である。図2は、図1のA視側面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
An image projection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic optical path diagram in plan view showing a schematic configuration of an illumination apparatus and an image projection apparatus using the same according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view of FIG.
本実施形態の画像投影装置100は、反射型表示素子を照明して、反射型表示素子に表示されるフルカラー画像を投影するもので、例えば、プロジェクションテレビジョン、ビデオプロジェクタなどとして好適となるものである。
画像投影装置100の概略構成は、図1に示すように、面光源1、照明光学系20、遮光部材3、リレーレンズ7、視野レンズ11、反射型表示素子8、および投射光学系13からなる。
なお、この他に、面光源1の発光タイミングを制御する発光制御部、画像信号に応じて反射型表示素子8の駆動制御を行う変調素子制御部等の周知の制御手段を備えているが、図示は省略している。
ここで、面光源1、照明光学系20、遮光部材3、リレーレンズ7、および視野レンズ11は、本実施形態の照明装置200を構成している。
The
As shown in FIG. 1, the schematic configuration of the
In addition to this, a well-known control unit such as a light emission control unit that controls the light emission timing of the surface light source 1 and a modulation element control unit that performs drive control of the
Here, the surface light source 1, the illumination
面光源1は、反射型表示素子8を照明する赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各波長光を発生するもので、本実施形態では、それぞれの波長に対応する3種類のLEDからなる。各LEDの発光面の形状は、図2に示すように、矩形状とされている。
なお、図1では、図示の簡略化のため、そのうちの1つの面光源1のみを示している。
The surface light source 1 generates light of each wavelength of red (R), green (G), and blue (B) that illuminates the
In FIG. 1, for simplicity of illustration, only one surface light source 1 is shown.
照明光学系20は、各面光源1側から順に、各面光源1にそれぞれに対応する集光レンズ2と、各面光源1に共通の色合成部材4およびインテグレーター5が配置されてなる。
集光レンズ2は、各面光源1で発生される各波長光をそれぞれ集光してインテグレーター5に入射させ、インテグレーター5の像側において面光源1の2次光源を形成し、それを照明光学系の瞳とするためのレンズ群である。
本実施形態では、照明光学系のエタンデュー(etendue)に応じて、必要な効率を得るため、適宜のNA、射出径(焦点距離)で設計され、面光源1側から、第1レンズ2A、第2レンズ2Bの2枚構成とされている。集光レンズ2の焦点位置は、面光源1の発光面の中心Oに設定されている。
In the illumination
The
In the present embodiment, in order to obtain the required efficiency according to the etendue of the illumination optical system, it is designed with an appropriate NA and emission diameter (focal length), and from the surface light source 1 side, the
色合成部材4は、各集光レンズ2とインテグレーター5との間の光路上に配置され、各集光レンズ2によって集光される光を合成して、インテグレーター5の光軸L1に対して入射させるための光学素子である。例えば、ダイクロイックプリズム、ダイクロイックミラーなどから構成される。
以下では、説明を簡潔にするため、図1に示された1つの面光源1に関する光路を用いて説明する。すなわち、面光源1、集光レンズ2の光軸と、インテグレーター5の光軸L1とが一致している場合で説明する。また特に断らない限り、光軸L1が照明光学系20の光軸であるとして説明を進める。他の面光源1からの光路や位置関係は、光軸が色合成部材4によって反射されることに注意すれば容易に理解される。
The color synthesizing member 4 is disposed on the optical path between each
Hereinafter, for the sake of brevity, the description will be made using the optical path related to one surface light source 1 shown in FIG. That is, a description will be given of a case where the surface light source 1, the optical axis of the
インテグレーター5は、入射光の光量分布を略均一化する光学系であり、周知の種々の構成のインテグレーター光学系を採用することができる。本実施形態では、フライアイレンズを用いた構成を採用している。
なお、見易さのため、図示を簡略化しているが、インテグレーター5を含む照明光学系20の光軸L1は、本実施形態では、図1の紙面に平行であって紙面手前よりも奥方向に存在している。
The
Since the visibility, but the simplified illustration, the optical axis L 1 of the illumination
遮光部材3は、照明光学系20の瞳6と面光源1との間で、光の透過範囲を規制するためのもので、各面光源1に対応してそれぞれ設けられている。
本実施形態では、それぞれ、面光源1と第1レンズ2Aとの間において、図2に示すように、面光源1の発光面の矩形外形の一辺と平行な端部を光路の外周側から光路の内部側に向かって突き出して配置された遮光板からなる。遮光部材3を平行に配置する発光面の一辺は、本実施形態では長辺としているが、短辺であってもよい。
The light shielding member 3 is for restricting the light transmission range between the
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, between the surface light source 1 and the
本実施形態の遮光部材3は、照明光学系20の光軸L1に対して非対称な遮光範囲を形成している。これは後述するように、本実施形態では、ゴースト光となる光の角度分布が光軸L1に対して非対称性になっているためである。
ここで、ゴースト光とは、光学設計上、像面に到達することが想定されていない不要光を指し、例えば、照明光学系20を出射後の光学系の光透過面などで表面反射されることにより最終的に像面に到達する光などを意味する。
The light shielding member 3 of this embodiment forms an asymmetric light shielding range with respect to the optical axis L 1 of the illumination
Here, the ghost light refers to unnecessary light that is not supposed to reach the image plane due to optical design, and is, for example, surface-reflected by a light transmission surface of the optical system after exiting the illumination
リレーレンズ7は、視野レンズ11とともにリレー光学系を構成するもので、照明光学系20の瞳6を射出した照明光を、後述する反射型表示素子8の表示面8aにリレーできるようになっている。
また、本実施形態では、リレーレンズ7と視野レンズ11との間に、反射ミラー10を配置して、照明光路を折り曲げ、視野レンズ11の光軸L2に対して照明光を斜め入射させている。
ここで、視野レンズ11に入射する光軸L1の、光軸L2からの傾斜角を角度φで表す。
The relay lens 7 constitutes a relay optical system together with the
In the present embodiment, the
Here, the angle of inclination of the optical axis L 1 incident on the
視野レンズ11は、リレーレンズ7とともにリレー光学系を構成して瞳6を射出した光を表示面8a上にリレーするとともに、後述する反射型表示素子8のオン状態のマイクロミラーによって反射された光を投射光学系13の瞳12に入射させるものである。
視野レンズ11は、本実施形態では、視野レンズ11の光軸L2が反射型表示素子8の表示面8aの法線に平行な状態で反射型表示素子8に近接して配置されている。
The
反射型表示素子8は、表示面8aに2次元格子状に配列された複数の表示要素の反射特性を制御することにより、照射される光を空間変調して画像を表示するものである。反射型表示素子8としては、例えば、画像信号に応じて傾斜角がオン状態とオフ状態との2種類の傾斜角に変化されるマイクロミラーを、表示要素として2次元格子状に配列したDMD(Digital Micro mirror Device)などのデバイスを採用することができる。
本実施形態では、表示面8aの法線に対する傾斜角がそれぞれ±θとなるDMDを採用している。傾斜角θは、例えば、10°、12°といった小さな角度である。
そして、表示面8aに対する照明光の軸上主光線のDMDに対する入射角を、視野レンズ11に入射する照明光軸L1の傾斜角φを適宜設定することにより、オン状態のマイクロミラーの傾斜方向(図1の右側)に向かって2・θだけ傾斜させている。
なお、図1において、符号9は、反射型表示素子8の表示面8aを覆うカバーガラスを示す。
The
In the present embodiment, DMD is employed in which the inclination angles with respect to the normal line of the
Then, the incident angle to the DMD axis principal ray of the illumination light with respect to the
In FIG. 1,
投射光学系13は、反射型表示素子8に照射される照明光のうち、反射型表示素子8のオン状態のマイクロミラーによって反射され、視野レンズ11を介して瞳12に入射した光を、スクリーンなどの投影面に投射できるようになっており、反射型表示素子8のオフ状態のマイクロミラーで反射された光は、視野レンズ11を透過し、瞳12の外側に導かれるようになっている。
本実施形態では、投射光学系13の光軸は、視野レンズ11の光軸L2と同軸に配置されている。
The projection
In the present embodiment, the optical axis of the projection
なお、煩雑となるため図1の側面図は図示していないが、本実施形態では、光軸L1が紙面手前よりも奥行き方向に存在しているため、リレーレンズ7から視野レンズ11に向かう照明光の光路と、視野レンズ11から投射光学系13に向かう投射光の光路とは、紙面奥行き方向に立体交差され、反射ミラー10は、投射光を遮光しない位置に配置されている。
Although the side view of FIG. 1 are not shown to become complicated in this embodiment, since the optical axis L 1 are present in the depth direction than the paper before, directed from the relay lens to the
次に、本実施形態の画像投影装置100の作用について、遮光部材3の作用を中心として説明する。ただし、遮光部材3の作用は、各面光源1に共通のため、以下では、図1に図示された1つの面光源1から放射される光の光路に基づいて説明する。
図3は、本発明の実施形態に係る画像投影装置のゴースト光となり得る光の光路の概念図である。図4は、図3における光源近傍における光路の詳細を示す光路図である。
Next, the operation of the
FIG. 3 is a conceptual diagram of an optical path of light that can be ghost light of the image projection apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is an optical path diagram showing details of the optical path in the vicinity of the light source in FIG.
面光源1から出射される光は、発光面全体から所定の拡がり角で第1レンズ2Aに向かって放射される。このとき、面光源1の発光面の中心Oから放射される光は、図1に示すように、遮光部材3によって遮光されない光路を通って、集光レンズ2で集光され、略平行光として第2レンズ2Bから出射され、色合成部材4を透過してインテグレーター5に到達する。
インテグレーター5に到達した光束は、フライアイレンズの作用により、フライアイレンズを構成する各セルで光束分割されフライアイ射出面に略相当する瞳6位置に2次光源を形成する。
そして、各2次光源から出射される光が、リレーレンズ7、反射ミラー10、視野レンズ11、カバーガラス9を順次透過して、反射型表示素子8の表示面8a上に重畳的に導かれ、反射型表示素子8を全面的に均一照射する。
The light emitted from the surface light source 1 is radiated from the entire light emitting surface toward the
The light beam reaching the
Then, the light emitted from each secondary light source sequentially passes through the relay lens 7, the
反射型表示素子8では、不図示の変調素子制御部によって画像信号に基づいて駆動され、すべてのマイクロミラーが、オン状態かオフ状態かのいずれかの状態に傾斜される。
そして、オン状態のマイクロミラーで反射された光のみが、視野レンズ11の作用により、投射光学系13の瞳12に入射される。この光は投射光学系13によって、適宜のスクリーンなどからなる投影面(不図示)に投射される。
The
Only the light reflected by the on-state micromirror is incident on the
一方、面光源1の発光面の中心O以外の位置から放射されて、第1レンズ2Aに入射する光は、第2レンズ2B、インテグレーター5を通過して、瞳6を通り、上記と同様にして、大部分の光が投影面に投射されるが、いずれの光も軸外光となるため個々の光路はそれぞれ異なる。特に、面光源1の外周部側から大きな入射角で第1レンズ2Aに入射する光は、軸上光とは著しく異なる光路に沿って進むため、軸外光束の一部においてゴースト光が生じやすいという問題がある。
On the other hand, light emitted from a position other than the center O of the light emitting surface of the surface light source 1 and incident on the
本実施形態では、面光源1と第1レンズ2Aとの間に、遮光部材3を設けることによって、ゴースト光となる光を遮光している。
図3に示すのは、面光源1の遮光部材3側の端部の点P1とその反対側(図示上側)の端部の点P2から、放射される光のうち、集光レンズ2に最も大きな入射角で入射する光線Q1、Q2の光路を概念的に示したものである。ここで、光線Q1、Q2は、光軸L1に関して対称であるが、光線Q1は遮光部材3の遮光範囲内にあるため、以下の説明は遮光部材3が配置されない場合の光路の説明になる。
In the present embodiment, the light serving as the ghost light is shielded by providing the light shielding member 3 between the surface light source 1 and the
FIG. 3 shows the condensing
光線Q1、Q2は、それぞれ、光軸L1からずれた位置から集光レンズ2の有効外周部に大きな入射角で入射するため、集光レンズ2による強い屈折作用を受け、図3に示すように、光軸L1に交差する方向に出射される。そして、インテグレーター5、瞳6、リレーレンズ7の中心領域を斜めに進んで、それぞれ光軸L1と交差し、光軸L1に対して反対側に進んで、反射ミラー10に入射し、視野レンズ11に到達する。
ここで、光線Q1、Q2の実際の光路は、インテグレーター5を透過するため複雑な光路となるが、ゴースト光の発生原理を説明するために、インテグレーター5を略直進する光線で代表させている。
Since the light beams Q 1 and Q 2 are incident on the effective outer peripheral portion of the
Here, the actual optical path of the light beams Q 1 and Q 2 is a complicated optical path because it passes through the
視野レンズ11に入射する光軸L1は、視野レンズ11および投射光学系13の光軸L2に対して角度φだけ傾斜しているため、光線Q1(Q2)は、光軸L2に対してφより浅い(深い)角度で視野レンズ11に対して入射する。また、光線Q1(Q2)は、視野レンズ11のレンズ表面に対して、光軸L1を基準として角度φの減少(増大)する方向の位置から入射する。このため、図3に示す光線追跡の例では、光線Q1、Q2のそれぞれの一部が視野レンズ11の表面において、それぞれ異なる方向に向かう光線q1、q2として反射され、光線q1は投射光学系13の瞳12に入射し、光線q2は、瞳12の外側に向かって進む。
瞳12にいずれの光線が入射するかは、角度φの大きさや瞳12の位置などにもよるが、一般的には、視野レンズ11に対する入射角が浅く、反射光が光軸L2に対して浅い角度で進む方が、瞳12に入りやすい。
Since the optical axis L 1 incident on the
Which of light on the
このため、光線q1は、投射光学系13によって投影面に投射されるゴースト光になる。この光は、反射型表示素子8によって反射されたものではないので、画像信号に応じた画像と何ら関係がなく、画像ノイズとなって、投影画像の画質を低下させるものである。
本実施形態では、遮光部材3によって、光線Q1を遮光するため、このようなゴースト光が除去され、投影画像の画質劣化を防止することができる。
本実施形態のように、照明光の光軸L1が、投射光学系13、視野レンズ11の光軸L2から角度φだけ傾斜されている場合、そのような配置の非対称性に対応して、面光源1の近傍では、光軸L1に対して傾斜角φの減少方向側の領域から大きな入射角で進む光を遮光するような位置関係に遮光部材3を配置することが好ましい。
For this reason, the light beam q 1 becomes ghost light projected onto the projection surface by the projection
In the present embodiment, the light shielding member 3, for shielding light Q 1, such ghost light is eliminated, it is possible to prevent degradation in the image quality of the projected image.
In the case where the optical axis L 1 of the illumination light is inclined by the angle φ from the optical axis L 2 of the projection
各面光源1に対応する各遮光部材3の配置位置は、光線追跡によって、ゴースト光となる光線範囲をシミュレーションすることで設定することができる。
例えば、図4には、1つの波長光に対応する面光源1上の点P1、点O、点P2から、第1レンズ2Aに対して所定範囲の大きな入射角で入射する光束の光線追跡図を示した。
図4によれば、点P1、点O、点P2から放射される光束では、第1レンズ2Aに対する入射像高はこの順に低くなるが、第2レンズ2Bを透過すると像高位置が逆転し、点O、点P2からの光束C、Dは、光軸L1に対して浅い角度で進み、点P1からの光束Bが光軸L1に対して最も大きく傾斜して進む。そのため、光束C、Dの光は、ゴースト光とならないことが分かる。そこで、遮光部材3は、光束Bを遮光し、光束C、Dを遮光しない位置に設定する。
異なる波長光に対応する面光源1に対して配置する遮光部材3の位置は、対応する波長光を用いたシミュレーションに基づいてそれぞれの最適位置に設定する。
The arrangement position of each light shielding member 3 corresponding to each surface light source 1 can be set by simulating a light ray range that becomes ghost light by ray tracing.
For example, in FIG. 4, a light beam of a light beam that is incident on the
According to FIG. 4, the incident image height with respect to the
The position of the light shielding member 3 arranged with respect to the surface light source 1 corresponding to the different wavelength light is set to each optimum position based on the simulation using the corresponding wavelength light.
以上は、面光源1の発光面の外周の辺上の他の光に対しても略同様であるので、遮光部材3の端部を面光源1の発光面の一辺に平行に延在させることにより、面光源1の発光面の外周から出射されてゴースト光となる光を同様に除去することができる。 Since the above is substantially the same for other light on the outer peripheral side of the light emitting surface of the surface light source 1, the end of the light shielding member 3 extends in parallel to one side of the light emitting surface of the surface light source 1. Thus, the light that is emitted from the outer periphery of the light emitting surface of the surface light source 1 and becomes ghost light can be similarly removed.
このような遮光部材3で遮光される光は、遮光部材3を配置しない場合、照明光学系20の瞳6の中心領域を通過する。そのため、従来のように照明光学系や投射光学系の瞳位置に遮光部材を配置して除去しようとすれば、瞳位置の中心領域に遮光部材を配置せざるを得ないため、照明のための他の必要光や、投影される画像を形成する必要光も多くの部分を遮光することになり、輝度低下や画質劣化などが避けられない。
これに対して、本実施形態では、面光源1から出射される光束の外周方向から遮光するので、ゴースト光の原因とならない他の必要光の大部分が透過する。このため、ゴースト光の原因となり得る光束(例えば、光束B)のみを主に遮蔽することができ、必要光の遮蔽による輝度低下を最小限に低減することができる。
The light shielded by the light shielding member 3 passes through the central region of the
On the other hand, in the present embodiment, since the light beam emitted from the surface light source 1 is shielded from the outer peripheral direction, most of other necessary light that does not cause ghost light is transmitted. For this reason, only a light beam (for example, the light beam B) that can cause ghost light can be mainly shielded, and a reduction in luminance due to shielding of necessary light can be reduced to a minimum.
特に、本実施形態では、集光レンズ2で集光された光が、インテグレーター5を透過することで、反射型表示素子8を照明する光束の光量分布は均一化される。そのため、遮光部材3で仮に照明のための必要光が遮光された場合であっても、それよりも反射型表示素子8側に配置されたインテグレーター5による均一化作用により、輝度むらによる画質低下を生じさせない。また、遮光による輝度光量低下があっても面光源1の光出力をわずかに増大させるだけで十分補償できるものとなる。
In particular, in the present embodiment, the light collected by the
このように、本実施形態の照明装置200によれば、遮光部材3を備えることによって、瞳6の中心領域を通過する光によるゴースト光の発生を低減することができる。そのため、照明光学系や投射光学系の瞳位置で遮光する場合に比べて、輝度低下が少なく、高品質の照明を行うことができる。
また、本実施形態の画像投影装置100は、このような照明装置200を用いることにより、画質の良好な画像を投影することができる。
Thus, according to the illuminating
In addition, the
なお、上記の説明では、インテグレーター5を備える場合の例で説明したが、例えば光源の種類や照明光の光量分布の許容範囲等によって、十分な光量の均一性が得られる場合には、インテグレーター5を削除した構成としてもよい。
In the above description, the example in which the
また、上記の説明では、遮光部材3を面光源1と第1レンズ2Aとの間の光路上、すなわち光源と集光光学系との間の光路上に配置する場合の例で説明したが、遮光部材3の配置位置は、照明光学系20の瞳6と面光源1との間であれば、どこに配置してもよい。
例えば、第1レンズ2Aと第2レンズ2Bの間や、第2レンズ2Bの出射口近傍、集光レンズ2とインテグレーター5との間、インテグレーター5の出射口近傍などの適宜位置に配置することができる。
好ましくは、光源と集光光学系との間、もしくは集光光学系を構成する光学素子間の光路上に配置する。かかる位置においてはゴースト光を生じさせる大きな角度をもった入射光が光学系の有効外周部を通過するため、遮蔽部材を光学系の有効光束の外側から配置することができ、必要照明光の遮光による明るさ低下を低減できると同時にゴースト光となる瞳中心付近を通過する軸外光を効率的に遮蔽できるからである。
In the above description, the light shielding member 3 is described as an example in the case where it is arranged on the optical path between the surface light source 1 and the
For example, they may be arranged at appropriate positions such as between the
Preferably, it arrange | positions on the optical path between the optical elements which comprise a condensing optical system between a light source and a condensing optical system. At such a position, incident light having a large angle that generates ghost light passes through the effective outer peripheral portion of the optical system. Therefore, the shielding member can be disposed from the outside of the effective luminous flux of the optical system, and the necessary illumination light can be blocked. This is because it is possible to reduce the decrease in brightness due to the light and to efficiently block off-axis light that passes near the pupil center as ghost light.
また、上記の説明では、光源が面光源1である場合の例で説明したが、光源は、面光源に限定されず、発光部が有限の大きさを有する場合なども含む。例えば、ランプなど発光部が有限の大きさを有する場合には、面光源と同様にゴースト光の原因となる軸外光が発生する可能性がある。
また、実質的な点光源であっても、光源の位置を光軸からずらして配置した場合には、すべて軸外光となるため、同様のゴースト光が発生する可能性がある。
In the above description, the example in which the light source is the surface light source 1 has been described. However, the light source is not limited to the surface light source, and includes a case where the light emitting unit has a finite size. For example, when a light emitting unit such as a lamp has a finite size, off-axis light that causes ghost light may be generated like a surface light source.
Moreover, even if it is a substantial point light source, when the position of the light source is shifted from the optical axis, all of the light becomes off-axis light, so that similar ghost light may be generated.
また、上記の説明では、ゴースト光となる光の例として、視野レンズ11の表面反射光について検討して遮光範囲を設定した場合の例で説明したが、遮光範囲の検討は、ゴースト光が発生し得るすべての場合を検討することが好ましい。例えば、視野レンズ11の裏面反射光や、必要に応じて、視野レンズ11以外の光学素子についても検討することが好ましい。
In the above description, as an example of light that becomes ghost light, an example in which the surface reflection light of the
また、上記の説明では、照明光の光路を反射ミラー10によって折り畳んだ場合の例で説明したが、このような光学レイアウトは、一例であって、反射ミラー10を省略して、リレーレンズ7から出射される照明光が直に視野レンズ11に入射するようなレイアウトとしてもよい。
In the above description, the example in which the optical path of the illumination light is folded by the
また、上記の説明では、面光源1がR、G、Bの波長光を発生する3種類が設けられ、それぞれに遮光部材3が設けられた場合の例で説明したが、ゴースト光が発生しない波長光があれば、対応する遮光部材3は省略してもよい。
また、モノクロの照明装置や、白色光とフィルタ切換機構を用いたカラー照明装置等の場合には、色合成部材4を省略して、面光源1を1種類とした構成としてもよい。
In the above description, the surface light source 1 is provided with three types that generate R, G, and B wavelength light, and the light shielding member 3 is provided for each. However, no ghost light is generated. If there is wavelength light, the corresponding light shielding member 3 may be omitted.
Further, in the case of a monochrome illumination device or a color illumination device using white light and a filter switching mechanism, the color synthesis member 4 may be omitted and the surface light source 1 may be configured as one type.
また、上記の説明では、照明装置200が、反射型表示素子とともに用いられる画像投影装置に用いる照明装置の場合の例で説明したが、照明装置は、光源と、この光源からの光を集光する集光光学系と、この集光光学系からの光を被照明面にリレーするリレー光学系とを備える照明光学系を有する照明装置であって、このリレー光学系が被照明面の前に視野レンズを有する照明装置であれば、特に反射型表示素子を用いた画像投影装置に用いる照明装置に限定されない。例えば、透過型表示素子を用いた画像投影装置に用いる照明装置であってもよい。
また、画像投影装置に用いられる照明装置にも限定されない。例えば、被照明面上の像を、撮像光学系を通して撮像する画像観察装置などに用いる照明装置などであってもよい。この場合、遮光部材3によって、視野レンズの表面などで反射されて撮像光学系に入射するゴースト光を低減することができる。
In the above description, the
Moreover, it is not limited to the illuminating device used for an image projector. For example, it may be an illuminating device used for an image observation apparatus that images an image on an illuminated surface through an imaging optical system. In this case, the ghost light reflected by the surface of the field lens or the like and entering the imaging optical system can be reduced by the light shielding member 3.
また、上記の実施形態に記載された構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。 In addition, the constituent elements described in the above embodiments can be implemented in appropriate combination within the scope of the technical idea of the present invention, if technically possible.
ここで、上記実施形態の用語と特許請求の範囲の用語との対応関係について名称が異なる場合について説明する。
面光源1は、光源の一実施形態である。集光レンズ2は、集光光学系の一実施形態である。インテグレーター5は、均一化光学系の一実施形態である。リレーレンズ7と視野レンズ11とは、リレー光学系の一実施形態である。また、反射型表示素子8の表示面8aは、被照明面に対応する。
Here, a case will be described where the names of the correspondence relationship between the terminology of the above embodiment and the terminology of the claims are different.
The surface light source 1 is an embodiment of a light source. The condensing
1 面光源(光源)
2 集光レンズ(集光光学系)
2A 第1レンズ
2B 第2レンズ
3 遮光部材
4 色合成部材
5 インテグレーター(均一化光学系)
6 瞳(照明光学系の瞳)
7 リレーレンズ
8 反射型表示素子
8a 表示面
11 視野レンズ
12 瞳(投射光学系の瞳)
13 投射光学系
20 照明光学系
100 画像投影装置
200 照明装置
1 Surface light source (light source)
2 Condensing lens (Condensing optical system)
6 pupil (pupil of illumination optics)
7
13
Claims (3)
前記リレー光学系は被照明面の前に視野レンズを有し、
前記光源と前記照明光学系の瞳位置との間の光路上に、光の透過範囲を規制する遮光部材を設けたことを特徴とする照明装置。 An illumination apparatus having an illumination optical system comprising a light source, a condensing optical system that condenses light from the light source, and a relay optical system that relays light from the condensing optical system to an illuminated surface,
The relay optical system has a field lens in front of the illuminated surface,
An illuminating device comprising: a light shielding member for restricting a light transmission range on an optical path between the light source and a pupil position of the illumination optical system.
該照明装置による被照明面に配置された反射型表示素子と、
前記照明装置の前記視野レンズを透過して照明され前記反射型表示素子の表示面で反射された光を、再び前記視野レンズを透過させて投影する投射光学系とを備えた画像投影装置。 The lighting device according to claim 1 or 2,
A reflective display element disposed on a surface to be illuminated by the illumination device;
An image projection apparatus comprising: a projection optical system that projects light transmitted through the field lens of the illumination apparatus and reflected by the display surface of the reflective display element through the field lens again.
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