JP2009237020A - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】高強度の光を射出させることができながらも発光箇所での過熱を抑制し、かつ、均一化や偏光変換を行うのに適した照明光の形成が可能な光源装置及びこれを用いたプロジェクタを提供すること。
【解決手段】複数の光源ランプユニット２１ａ、２１ｂが対称性を有した配置とし、かつ同一の集光点に射出させるとともに、当該集光点を焦点とする平行化光学系２４を用いることにより、複数の発光源からの光源光をまとめて平行化することができるものとなっている。これにより、均一化光学系として一対のフライアイレンズ２５、２６を用いることが可能となっている。また、フライアイレンズ２５、２６を用いることにより、当該照明光をプロジェクタ１０に用いるにあたって、ＰＢＳアレイを有する偏光変換素子２７を用いることが可能となり、光の効率的な利用が図られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネル等の光変調装置の照明に適する照明光を形成する光源装置及び当該光源装置を備えるプロジェクタに関する。

高強度の光を射出させるために２つの光源部を有する光源装置を備えることにより高輝度の画像を投影することができるプロジェクタが知られている（特許文献１参照）。ここで、光源装置は、２つの光源部からの光を１つに合成する光合成用反射部材を備える（同上参照）。
特開２００６−２０８４７１号公報

しかしながら、例えばプロジェクタの照明系において、光源光から均一な照明光を形成するためにフライアイレンズを用いたり、偏光光束の偏光方向を揃えるためにＰＢＳアレイを用いたりする場合には、光源光を平行化する必要があり、これは２つの光源部からの光を１つに合成する光源装置を用いる場合であっても同様である。２つの光源部からの光を１つに合成する光源装置を用いる場合、互いに異なる位置から光が発生しているため、光路を揃えて平行化するのは、必ずしも容易ではない。

そこで、本発明は、２つ以上の光源部分を有する光源装置において、光源光の平行化を可能にすることで、高強度の光を射出させることができながらも発光箇所での過熱を抑制し、かつ、均一化や偏光変換を行うのに適した照明光の形成が可能な光源装置及びこれを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るプロジェクタは、（ａ）異なる位置に配置されてそれぞれ光源光を発生するとともに、発生した光源光を１箇所の集光点に集めるように射出する複数の光源部分と、（ｂ）集光点に近接して光源光の光路上に配置され、複数の光源部分からの光源光の光路を折り曲げて光路方向を揃えることにより光源光を平行化する平行化光学系と、（ｃ）平行化光学系により平行化された光源光を均一化して照明光を形成する均一化光学系とを備える。

上記光源装置では、複数の光源部分が、異なる位置に配置されてそれぞれ光源光を発生し、発生した光源光を１箇所の集光点に集めるように射出する。この場合、光の発光箇所が光源部分ごとに互いに異なるため、総発光量が多くなっても発光箇所での過熱を回避でき、かつ、複数個所で発生させた光源光を１箇所に集めるので高強度の光を得ることができる。また、光源光を集める集光点に近接して平行化光学系を光路上に配置し、複数の光源部分からの光源光の光路を折り曲げて光源光を平行化するので、例えばプロジェクタ等の光源装置として使用する場合に、均一化光学系としてフライアイレンズを用いて、平行化光学系を経た光源光を均一化して照明光を形成することが可能となり、さらに、ＰＢＳアレイを用いて光の偏光変換を行うことも可能となる。

また、本発明の具体的な態様として、平行化光学系が、反射により光源光を折り曲げる反射鏡を含む。この場合、反射鏡での反射により、光源光の光路を折り返すことが可能となるので、光源装置全体を小型化することができる。

また、本発明の具体的な態様として、反射鏡が、集光点を焦点とする回転放物面を反射面として有する。この場合、上記回転放物面での反射によって光源光の光路を折り曲げる際に光源光を平行化することができる。

また、本発明の具体的な態様として、反射鏡が、集光点を焦点とする回転楕円面を反射面として有し、平行化光学系が、反射鏡を経た光源光を平行化するための凹レンズをさらに有する。この場合、上記回転楕円面での反射によって光源光の光路を折り曲げるとともに、折り曲げられた光源光の光路を上記凹レンズによって調整することで、光源光を平行化することができる。

また、本発明の具体的な態様として、平行化光学系が、屈折により光源光の光路を折り曲げる非球面レンズを含む。この場合、非球面レンズによって光源光を適正に屈折させることで平行化することができる。

また、本発明の具体的な態様として、複数の光源部分が、光源光を発生させる発光部と、発光部で発光された光源光を集光点に集める楕円型反射部材とをそれぞれ有する。この場合、複数の光源部分は、それぞれが有する上記発光部により、互いに異なる位置でそれぞれ発生させた光源光を、楕円型反射部材により集光点に集めることができる。

また、本発明の具体的な態様として、複数の光源部分が、光源光を発生させる発光部と、発光部で発光された光源光を集光点に集める放物型反射部材及び凸レンズとを有する。この場合、複数の光源部分は、それぞれが有する上記発光部により、互いに異なる位置でそれぞれ発生させた光源光を、放物型反射部材及び凸レンズにより集光点に集めることができる。

また、本発明の具体的な態様として、均一化光学系が、一対のフライアイレンズである。この場合、一対のフライアイレンズにより平行化された光源光を均一化して照明光を形成することができる。

また、本発明の具体的な態様として、複数の光源部分が、システム光軸を挟んで対称に配置される。この場合、光源光がシステム光軸に対してバランスのとれたものとなる。

また、本発明の具体的な態様として、光源装置は、均一化光学系を経た照明光の偏光状態を揃える偏光変換素子をさらに備える。この場合、照明光の偏光状態を揃えることで、例えば光変調装置に液晶パネルを用いるプロジェクタ等に光源装置を用いる場合に、効率よく光を利用することができる。

また、本発明の具体的な態様として、本発明に係るプロジェクタは、（ａ）上記いずれかの光源装置と、（ｂ）光源装置からの照明光によって照明される光変調装置と、（ｃ）光変調装置を経た像光を投射する投射光学系とを備える。この場合、上記光源装置を用いることにより、プロジェクタは、均一化や偏光変換を行うのに適した光源を用いるものとなり、かつ、高輝度の画像を投影することができる。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る光源装置が組み付けられたプロジェクタの光学系を説明するための模式的な平面図である。

このプロジェクタ１０は、照明光を形成して射出する光源装置２０と、形成された照明光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３色に分離する色分離光学系４０と、各色の像光を形成する光変調部６０と、形成された各色の像光を合成してカラーの画像光を形成するクロスダイクロイックプリズム７０と、形成された画像光を投射する投射光学系８０とを備える。

光源装置２０は、それぞれ光源光を発生する複数の光源部分である２つの光源ランプユニット２１ａ、２１ｂと、光源光を平行化する平行化光学系２４と、平行化された光束を分割して重畳することにより均一化する均一化光学系である第１及び第２フライアイレンズ２５、２６と、第２フライアイレンズ２６から入射する照明光の偏光状態を調整する偏光変換素子２７と、照明光の光路を調整する重畳レンズ２８とを備える。このうち、光源ランプユニット２１ａ、２１ｂは、それぞれ可視光波長領域を含む光源光を発生させる発光部である光源ランプ２２ａ、２２ｂと、光源ランプ２２ａ、２２ｂから射出された光源光を反射する楕円型反射部材である楕円型リフレクタ２３ａ、２３ｂとを備える。

以下、図１の一部を拡大した平面図である図２を用いて、プロジェクタ１０のうち、光源装置２０について説明する。

光源装置２０のうち、まず、両光源ランプユニット２１ａ、２１ｂは、同一規格の光源ランプ２２ａ、２２ｂ及び楕円型リフレクタ２３ａ、２３ｂをそれぞれ有している。各光源ランプ２２ａ、２２ｂは、例えば、高圧水銀ランプなどであり、像光形成の必要に足る光量を有する略白色の光源光を発生する。各楕円型リフレクタ２３ａ、２３ｂは、回転楕円面を反射面として有する。また、各楕円型リフレクタ２３ａ、２３ｂは、その第１焦点にそれぞれ光源ランプ２２ａ、２２ｂの発光中心点を有しており、当該光源光を第２焦点に集めるように反射する。この際、両光源ランプユニット２１ａ、２１ｂは、当該第２焦点がともに共通焦点Ｆと一致するように配置されている。つまり、この場合、各光源ランプユニット２１ａ、２１ｂから射出された光源光は、一旦共通焦点Ｆを集光点として収束し、あたかも共通焦点Ｆを発光点とするように、共通焦点Ｆから放射状に広がるものとなっている。

平行化光学系２４は、放物面反射鏡であり、回転放物面形状を有する反射面ＲＳを有している。平行化光学系２４は、反射面ＲＳの焦点が共通焦点Ｆと一致するように配置されている。これにより、共通焦点Ｆから放射状に広がる光源光は、平行化光学系２４において折り返される際、平行化された状態となる。平行化光学系２４から射出された光源光は、平行化された状態で均一化光学系である第１及び第２フライアイレンズ２５、２６に入射する。

なお、この場合、光源ランプユニット２１ａと光源ランプユニット２１ｂとは、上述のように同一規格であり、かつ、システム光軸ＯＡを中心軸として対称に配置されており、システム光軸ＯＡに対して各々の光軸のなす角αが等しくなっている。この場合、光源ランプユニット２１ａ、２１ｂの構成及び配置の対称性により、光量の左右バランスも取れたものとなる。

第１及び第２フライアイレンズ２５、２６は、それぞれマトリックス状に配置された複数の要素レンズ２５ａからなり、これらの要素レンズ２５ａによって、平行化光学系２４を経て平行化された光源光を分割して個別に集光・発散させる。より具体的には、第１フライアイレンズ２５は、平行化光学系２４を経た光の光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、システム光軸ＯＡと直交する面内に上述した複数の要素レンズ２５ａを備えて構成される。各要素レンズ２５ａの輪郭形状は、後述する図１の光変調部６０における各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒ上の被照明領域（画像情報が形成される有効画素領域）の形状と略相似形状をなすように設定されている。第２フライアイレンズ２６は、前述した第１フライアイレンズ２５により分割された複数の部分光束の発散角を調整する光学素子である。この第２フライアイレンズ２６は、第１フライアイレンズ２５と同様にシステム光軸ＯＡに直交する面内に上述した複数の要素レンズ２６ａを備えているが、発散角の調整を目的としているため、各要素レンズの輪郭形状が上記液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒの被照明領域と対応している必要はない。

上述のように、第１及び第２フライアイレンズ２５、２６を経て形成された照明光は、偏光変換素子２７に入射する。偏光変換素子２７は、ＰＢＳアレイを有し、第１フライアイレンズ２５により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を有する。この偏光変換素子２７は、システム光軸ＯＡに対して傾斜配置される偏光分離膜２７ａ及び反射ミラー２７ｂを交互に配列した構成を具備している。前者の偏光分離膜２７ａは、各部分光束に含まれるＰ偏光光束及びＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、後者の反射ミラー２７ｂによって光路を折り曲げられ、一方の偏光光束の射出方向、すなわちシステム光軸ＯＡに沿った方向に射出される。射出された偏光光束のいずれかは、偏光変換素子２７の光束射出面にストライプ状に設けられる位相差板２７ｃによって偏光変換され、すべての偏光光束の偏光方向が揃えられる。このような偏光変換素子２７を用いることにより、光源装置２０から射出される光束を、一方向の偏光光束に揃えることができるため、図１の光変調部６０で利用する光の利用率を向上させることができる。

重畳レンズ２８は、第１フライアイレンズ２５、第２フライアイレンズ２６、及び偏光変換素子２７を経た複数の部分光束を集光して、図１の光変調部６０の液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒの画像形成領域上に重畳させて入射させるための重畳光学素子である。この重畳レンズ２８から射出された光束は、均一化されつつ次段の色分離光学系４０に射出される。つまり、両フライアイレンズ２５、２６と重畳レンズ２８とを経た照明光は、以下に詳述する色分離光学系４０を経て、光変調部６０の照明領域すなわち各色の液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒの画像形成領域を均一に照明する。

以上のように、本実施形態の光源装置２０では、平行化光学系２４を用いることにより、複数の発光源からの光源光をまとめて平行化することができるものとなっている。光源光が平行化されていることにより、均一化光学系として一対のフライアイレンズ２５、２６を用いた照明光の形成が可能となる。さらにＰＢＳアレイを有する偏光変換素子２７を用い、照明光を均一化しつつその偏光状態を揃えることで、本プロジェクタ１０での使用において光を有効利用することができる。つまり、本光源装置２０は、高強度の光を射出させることができるだけでなく、発光箇所での過熱を抑制し、かつ、照明光の均一化や偏光変換を簡易に達成している。

図１に戻って、色分離光学系４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ、４１ｂと、反射ミラー４２ａ、４２ｂ、４２ｃと、フィールドレンズ４３ｒ、４３ｂ、４３ｇと、リレーレンズ４５、４６とを備える。これらのうち、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ、４１ｂは、照明光を、青（Ｂ）色光、緑（Ｇ）色光、及び赤（Ｒ）色光の３つの光束に分離する。各ダイクロイックミラー４１ａ、４１ｂは、透明基板上に、所定の波長領域の光束を反射し他の波長領域の光束を透過する波長選択作用を有する誘電体多層膜を形成することによって得た光学素子であり、システム光軸ＯＡに対してともに傾斜した状態で配置される。第１ダイクロイックミラー４１ａは、赤・青・緑（Ｒ・Ｇ・Ｂ）の３色のうち青色光ＬＢを反射し、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを透過させる。また、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、入射した緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲのうち緑色光ＬＧを反射し赤色光ＬＲを透過させる。色分離光学系４０の射出側に設けられた各色用のフィールドレンズ４３ｒ、４３ｂ、４３ｇは、第２フライアイレンズ２６から射出され光変調部６０に入射する各部分光束が、システム光軸ＯＡに対して適当な収束度又は発散度となるように設けられている。一対のリレーレンズ４５、４６は、青色用の第１光路ＯＰ１や緑色用の第２光路ＯＰ２よりも相対的に長い赤色用の第３光路ＯＰ３上に配置されている。これらのリレーレンズ４５、４６は、入射側の第１のリレーレンズ４５の直前に形成された像を、ほぼそのまま射出側のフィールドレンズ４３ｒに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。

この色分離光学系４０において、光源ランプユニット２０から射出された照明光は、まず第１ダイクロイックミラー４１ａに入射する。第１ダイクロイックミラー４１ａで反射された青色光ＬＢは、第１光路ＯＰ１に導かれ、反射ミラー４２ａを経てフィールドレンズ４３ｂに入射する。また、第１ダイクロイックミラー４１ａを透過して第２ダイクロイックミラー４１ｂで反射された緑色光ＬＧは、第２光路ＯＰ２に導かれフィールドレンズ４３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー４１ｂを通過した赤色光ＬＲは、第３光路ＯＰ３に導かれ、反射ミラー４２ｂ、４２ｃやリレーレンズ４５、４６を経てフィールドレンズ４３ｒに入射する。

光変調部６０は、３色の照明光ＬＢ、ＬＧ、ＬＲがそれぞれ入射する３つの液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒと、各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒを挟むように配置される３組の偏光フィルタ６２ｂ、６２ｇ、６２ｒとを備える。ここで、例えば青色光ＬＢ用の液晶パネル６１ｂと、これを挟む一対の偏光フィルタ６２ｂ、６２ｂとは、照明光を画像情報に基づいて２次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。同様に、緑色光ＬＧ用の液晶パネル６１ｇと、対応する偏光フィルタ６２ｇ、６２ｇも、液晶ライトバルブを構成し、赤色光ＬＲ用の液晶パネル６１ｒと、偏光フィルタ６２ｒ、６２ｒも、液晶ライトバルブを構成する。各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、それぞれに入射した偏光光束の偏光方向を変調する。

この光変調部６０において、第１光路ＯＰ１に導かれた青色光ＬＢは、フィールドレンズ４３ｂを介して液晶パネル６１ｂ内の画像形成領域を照明する。第２光路ＯＰ２に導かれた緑色光ＬＧは、フィールドレンズ４３ｇを介して液晶パネル６１ｇ内の画像形成領域を照明する。第３光路ＯＰ３に導かれた赤色光ＬＲは、第１及び第２リレーレンズ４５、４６及びフィールドレンズ４３ｒを介して液晶パネル６１ｒ内の画像形成領域を照明する。各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置である。各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒにそれぞれ入射した各色光ＬＢ、ＬＧ、ＬＲは、各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ６２ｂ、６２ｇ、６２ｒによって、各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。以上により、各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒ及び偏光フィルタ６２ｂ、６２ｇ、６２ｒによって、それぞれに対応する各色の像光が形成される。

クロスダイクロイックプリズム７０は、各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒから射出された色光ごとに変調された像光を合成してカラー画像を形成する光合成光学系である。このクロスダイクロイックプリズム７０は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対の誘電体多層膜７１、７２が形成されている。一方の第１誘電体多層膜７１は青色光を反射し、他方の第２誘電体多層膜７２は赤色光を反射する。このクロスダイクロイックプリズム７０は、液晶パネル６１ｂからの青色光ＬＢを第１誘電体多層膜７１で反射して進行方向右側に射出させ、液晶パネル６１ｇからの緑色光ＬＧを第１及び第２誘電体多層膜７１、７２を介して直進・射出させ、液晶パネル６１ｒからの赤色光ＬＲを第２誘電体多層膜７２で反射して進行方向左側に射出させる。

このようにクロスダイクロイックプリズム７０で合成された像光は、拡大投影レンズとしての投射光学系８０を経て、適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として投射される。

以上説明した本実施形態に係るプロジェクタ１０は、図２に示す構造の光源装置２０を光源として用いることにより、高強度の光を射出させることができるだけでなく、発光箇所での過熱を抑制しつつ、均一化や偏光変換のなされた照明光を形成することができるので、各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒの適切な照明が可能になる。これによって、プロジェクタ１０は、高輝度の画像を投影することができる。

〔第２実施形態〕
図３は、第２実施形態に係るプロジェクタに組み込まれる光源装置を示す模式図である。なお、本実施形態では、図３に示す光源装置１２０の構造を除いて、プロジェクタの全体構造については、第１実施形態と同様であるから光源装置１２０以外の構造についての図示及び説明を省略する。また、光源装置１２０において、図１及び図２の光源装置２０と同一の符号のものについても詳しい説明を省略する。

本実施形態に係る光源装置１２０は、光源ランプユニット２１ａ、２１ｂと、平行化光学系１２４と、第１及び第２フライアイレンズ２５、２６と、偏光変換素子２７と、重畳レンズ２８とを備える。また、光源ランプユニット２１ａ、２１ｂは、システム光軸ＯＡを挟んで対称に配置され、同規格の光源ランプ２２ａ、２２ｂと、楕円型リフレクタ２３ａ、２３ｂとを備える。ここで、特に、平行化光学系１２４は、光源光を折り曲げる楕円面反射鏡１２４ａと、この楕円面反射鏡１２４ａで折り曲げられた光を平行化する凹レンズ１２４ｂとを備える。

平行化光学系１２４のうち、楕円面反射鏡１２４ａは、回転楕円面形状を有する反射面ＲＳを有しており、反射面ＲＳの第１焦点は、光源ランプユニット２１ａ、２１ｂから射出された光源光の集まる共通焦点Ｆに位置している。これにより、共通焦点Ｆから放射状に広がる光源光は、楕円面反射鏡１２４ａにおいて収束状態となるように折り返される。さらに、楕円面反射鏡１２４ａで折り返された光源光は、凹レンズ１２４ｂによって平行化される。このようにして平行化された状態の光源光は、均一化光学系である第１及び第２フライアイレンズ２５、２６に入射し、第１及び第２フライアイレンズ２５、２６において均一化された状態となる。

以上のように、本実施形態においても、光源装置１２０は、複数の発光源からの光源光をまとめて平行化するものとなっている。これにより、当該照明光を例えば図１に示すプロジェクタ１０等に用いるにあたって、フライアイレンズ２５、２６や偏光変換素子２７を用いて光を均一化し、偏光方向を揃えている。つまり、光源装置１２０は、高強度の光を射出させることができるだけでなく、発光箇所での過熱を抑制しつつ、均一化や偏光変換のなされた照明光を形成し、図１の各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒの適切な照明を可能としている。これによって、プロジェクタ１０は、高輝度の画像を投影することができる。

〔第３実施形態〕
図４は、第３実施形態に係るプロジェクタに組み込まれる光源装置を示す模式図である。なお、本実施形態では、図４に示す光源装置２２０の構造を除いて、プロジェクタの全体構造については、第１実施形態等と同様であるから光源装置２２０以外の構造についての図示及び説明を省略する。また、光源装置２２０において、図１等の光源装置２０と同一の符号のものについても詳しい説明を省略する。

本実施形態に係る光源装置２２０は、光源ランプユニット２１ａ、２１ｂと、平行化光学系２４と、第１及び第２フライアイレンズ２２５、２２６と、偏光変換素子２２７と、重畳レンズ２８とを備える。また、光源ランプユニット２１ａ、２１ｂは、システム光軸ＯＡを挟んで対称に配置され、同規格の光源ランプ２２ａ、２２ｂと、楕円型リフレクタ２３ａ、２３ｂとを備える。

光源装置２２０のうち、均一化光学系である一対のフライアイレンズ２２５、２２６は、複数の要素レンズ２２５ａ、２２６ａからなる。一対のフライアイレンズ２２５、２２６は、これらの要素レンズ２２５ａ、２２６ａによって、平行化光学系２４を経て平行化された光源光を分割して個別に集光・発散させる点では、図２等に示す一対のフライアイレンズ２５、２６と同様である。しかし、平行化光学系２４からの光源光が射出される領域に応じて、複数の要素レンズ２２５ａ、２２６ａが平面上部分的に配置されている点で、図２等における一対のフライアイレンズ２５、２６の要素レンズ２５ａ、２６ａがマトリックス状に配置されているのとは異なる。より具体的に説明すると、まず、図４において、共通焦点Ｆから平行化光学系２４に向かって放射状に射出される光源光の反射面ＲＳ上での反射領域には限りがある。つまり、光源光の反射面ＲＳへの入射角度及び入射範囲は、光源ランプユニット２１ａ、２１ｂの配置等によって限定される。例えば図４の場合のように、光源ランプユニット２１ａ、２１ｂからの光源光の入射角度が比較的大きいと、光源光は、反射面ＲＳの中心部分即ちシステム光軸ＯＡを軸中心とする中心付近にはほとんど入射せず、反射面ＲＳの周辺部分に入射する。従って、平行化光学系２４により平行化された光源光も、システム光軸ＯＡを軸中心とする中心付近には、ほとんど存在しないものとなる。本光源装置２２０では、これに対応して、一対のフライアイレンズ２２５、２２６の要素レンズが、光源光の射出される領域に合わせて形成されている。つまり、まず、一対のフライアイレンズ２２５、２２６のうち、第１フライアイレンズ２２５は、システム光軸ＯＡに対して周辺側において、いくつかの要素レンズ２２５ａによってそれぞれ構成される複数の小レンズ群ＧＳａ、ＧＳｂを形成している。また、第２フライアイレンズ２２６は、第１フライアイレンズ２２５の小レンズ群ＧＳａ、ＧＳｂに対応して、小レンズ群ＧＡａ、ＧＡｂを形成している。これにより、光源ランプユニット２１ａから射出され平行化光学系２４によって平行化された光源光は、小レンズ群ＧＳａ、ＧＡａによって均一化され、光源ランプユニット２１ｂから射出され平行化光学系２４によって平行化された光源光は、小レンズ群ＧＳｂ、ＧＡｂにより均一化されている。

以上のように、本実施形態においても、光源装置２２０は、高強度の光を射出させることができるだけでなく、発光箇所での過熱を抑制しつつ、均一化や偏光変換のなされた照明光を形成することが可能である。従って、図１のプロジェクタ１０に組み込まれることにより、各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒの適切な照明を可能としている。これによって、プロジェクタ１０は、高輝度の画像を投影することができる。なお、本実施形態では、図４に示すように、偏光方向を揃えるための偏光変換素子として、偏光変換素子２２７を用いている。偏光変換素子２２７は、図１等の偏光変換素子２７と異なり、照明光の存在しないシステム光軸ＯＡ付近の領域には、ガラス板ＧＰ等を設置しており、第２フライアイレンズ２２６の各小レンズ群ＧＡａ、ＧＡｂに対応する領域にのみシステム光軸ＯＡに対して傾斜配置される偏光分離膜及び反射ミラーを交互に配列する構成を設けている。

〔第４実施形態〕
図５は、第４実施形態に係るプロジェクタに組み込まれる光源装置を示す模式図である。なお、本実施形態では、図５に示す光源装置３２０の構造を除いて、プロジェクタの全体構造については、第１実施形態等と同様であるから光源装置３２０以外の構造についての図示及び説明を省略する。また、光源装置３２０において、図１等の光源装置２０と同一の符号のものについても詳しい説明を省略する。

本実施形態に係る光源装置３２０は、光源ランプユニット３２１ａ、３２１ｂと、平行化光学系２４と、第１及び第２フライアイレンズ２５、２６と、偏光変換素子２７と、重畳レンズ２８とを備える。ここで、光源ランプユニット３２１ａ、３２１ｂは、システム光軸ＯＡを挟んで対称に配置され、光源光を発生させる発光部である同規格の光源ランプ２２ａ、２２ｂを備えるとともに、放物型反射部材である放物型リフレクタ３２３ａ、３２３ｂと、凸レンズＶＬとを備える。放物型リフレクタ３２３ａ、３２３ｂは、回転放物面を反射面として有し、その焦点に光源ランプ２２ａ、２２ｂの発光中心点を有することで、平行化された光源光を射出する。凸レンズＶＬは、当該光源光の射出側に配置され、平行化された光源光を共通焦点Ｆに集まるように屈折させる。この結果、光源ランプユニット３２１ａ、３２１ｂは、図１等の光源ランプユニット３２１ａ、３２１ｂと同様に、光源光を共通焦点Ｆに集め、その後の光源光の光路が、あたかも共通焦点Ｆを発光点とするがごとく共通焦点Ｆから放射状に広がるものとなる。共通焦点Ｆから放射状に広がる光源光の光路は、平行化光学系２４での折り返しにより平行化される。平行化光学系２４で平行化された光源光は、第１及び第２フライアイレンズ２５、２６により均一化される。

以上のように、本実施形態においても、光源装置３２０は、高強度の光を射出させることができるだけでなく、発光箇所での過熱を抑制しつつ、均一化や偏光変換のなされた照明光を形成することが可能である。従って、図１のプロジェクタ１０に組み込まれることにより、各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒの適切な照明を可能としている。これによって、プロジェクタ１０は、高輝度の画像を投影することができる。

〔第５実施形態〕
図６は、第５実施形態に係るプロジェクタに組み込まれる光源装置を示す模式図である。なお、本実施形態では、図５に示す光源装置４２０の構造を除いて、プロジェクタの全体構造については、第１実施形態等と同様であるから光源装置４２０以外の構造についての図示及び説明を省略する。また、光源装置４２０において、図１等の光源装置２０と同一の符号のものについても詳しい説明を省略する。

本実施形態に係る光源装置４２０は、光源ランプユニット２１ａ、２１ｂと、平行化光学系４２４と、第１及び第２フライアイレンズ２５、２６とを備える。ここで、平行化光学系４２４は、非球面レンズであり、光源光の光路上に配置され、入射する光源光を屈折させることにより折り曲げて平行化させる。

まず、光源光は、システム光軸ＯＡを挟んで対称に配置された光源ランプユニット２１ａ、２１ｂからそれぞれ同一の仮想点（集光点）Ｆ´に集光するように射出されている。これに対して、平行化光学系４２４は、仮想点Ｆ´に向かう光源光の光路上に配置されている。この結果、光源ランプユニット２１ａ、２１ｂから射出された光源光は、平行化光学系４２４に入射し、屈折する。この際、平行化光学系４２４の屈折率及び表面形状が光源光の入射角度に応じたものとなっている。これにより、平行化光学系４２４を経た光源光は、光路がシステム光軸ＯＡに対して平行となった状態で射出される。平行化光学系４２４で平行化された光源光は、第１及び第２フライアイレンズ２５、２６により均一化される。

以上のように、本実施形態においても、光源装置４２０は、高強度の光を射出させることができるだけでなく、発光箇所での過熱を抑制しつつ、均一化や偏光変換のなされた照明光を形成し、図１のプロジェクタ１０に組み込まれることにより、各液晶パネル６１ｂ、６１ｇ、６１ｒの適切な照明を可能としている。これによって、プロジェクタ１０は、高輝度の画像を投影することができる。

〔第６実施形態〕
最後に、第６実施形態に係るプロジェクタについて説明する。図７は、第６実施形態におけるプロジェクタの構成を説明する概念図である。本プロジェクタ５１０は、光源装置２０と、カラーホイール５３３と、ミラー５６と、光変調部５６０と、投射光学系５８０とを備える。なお、光源装置２０の構成については、第１実施形態と同様のものである。

平行化光学系２４を経て平行化された照明光は、カラーホイール５３３に入射する。カラーホイール５３３は、不図示のモータによって回転可能になっており、平行化光学系２４に対向配置されるフィルタ面５３３ａには、ＲＧＢ３色若しくは透明部（白色）を含めた４色のフィルタが扇状に形成されている。フィルタ面５３３ａは、平行化光学系２４を経た照明光をＲＧＢの３色に時系列的に色分割等して射出する。カラーホイール５３３を経た照明光は、第１及び第２フライアイレンズ２５、２６に導入される。第１及び第２フライアイレンズ２５、２６で均一化されて、さらに偏光変換素子２７及び重畳レンズ２８を経た照明光は、ミラー５６により折り曲げられて、光変調部５６０を均一に照明する。光変調部５６０は、フィールドレンズ５７１とデジタル・マイクロミラー・デバイス５７３とを備える。デジタル・マイクロミラー・デバイス５７３は、反射方向制御型の光変調装置である。即ち、デジタル・マイクロミラー・デバイス５７３は、これに入射する照明光を画像信号に応じて各画素に対応するマイクロミラーで必要な期間だけ反射することにより、画像光を投射光学系の方向に射出する。デジタル・マイクロミラー・デバイス５７３から射出される像光は、フィールドレンズ５７１を介し、投射光学系５８０によって不図示のスクリーンに投射される。

本実施形態においても、プロジェクタ５１０において、光源装置２０を光源として用いることにより、高強度の光を射出させることができるだけでなく、発光箇所での過熱を抑制しつつ、均一化や偏光変換のなされた照明光が形成される。これによって、プロジェクタ５１０は、高輝度の画像を投影することができる。また、プロジェクタ５１０に用いる光源装置は、第１実施形態の光源装置２０に限らず、他の実施形態に示す光源装置１２０〜４２０も適用可能である。

なお、この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

まず、上記の実施形態では、いずれも２つの光源ランプユニット２１ａ、２１ｂによって構成されているが、光源ランプユニットの数を３つ以上とし、これらの光源ランプユニットからの光源光を１つの焦点に集める構成であっても構わない。

また、光源装置２０〜４２０に組み込まれる光源ランプ２２ａ、２２ｂに用いるランプとしては、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等種々のものが考えられる。

また、上記第１実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。反射型プロジェクタの場合、液晶ライトバルブは液晶パネルのみによって構成することが可能であり、一対の偏光フィルタは不要である。

また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがあるが、図１に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。

また、上記実施形態では、３つの液晶パネル６１ｒ、６１ｇ、６１ｂを用いたプロジェクタ１０の例のみを挙げたが、本発明は、１つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、２つの液晶パネルを用いたプロジェクタ、或いは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。

第１実施形態に係る光源装置及びプロジェクタを説明する図である。 光源装置を説明するための一部拡大図である。 第２実施形態に係るプロジェクタ用の光源装置を説明する図である。 第３実施形態に係るプロジェクタ用の光源装置を説明する図である。 第４実施形態に係るプロジェクタ用の光源装置を説明する図である。 第５実施形態に係るプロジェクタ用の光源装置を説明する図である。 第６実施形態に係るプロジェクタを説明する図である。

符号の説明

２０、１２０、２２０、３２０、４２０…光源装置、 ２１ａ、２１ｂ…光源ランプユニット、 ２４、１２４、４２４…平行化光学系、 ２５、２６…第１フライアイレンズ、第２フライアイレンズ、 ２２ａ、２２ｂ…光源ランプ、 ２３ａ、２３ｂ…楕円型リフレクタ、 ４０…色分離光学系、 ６０…光変調部、 ７０…クロスダイクロイックプリズム、 ８０…投射光学系、 １０、５１０…プロジェクタ

Claims (11)

1. 異なる位置に配置されてそれぞれ光源光を発生するとともに、発生した光源光を１箇所の集光点に集めるように射出する複数の光源部分と、
   前記集光点に近接して光源光の光路上に配置され、前記複数の光源部分からの光源光の光路を折り曲げて光路方向を揃えることにより光源光を平行化する平行化光学系と、
   前記平行化光学系により平行化された光源光を均一化して照明光を形成する均一化光学系と
   を備える光源装置。
2. 前記平行化光学系は、反射により光源光を折り曲げる反射鏡を含む、請求項１記載の光源装置。
3. 前記反射鏡は、前記集光点を焦点とする回転放物面を反射面として有する、請求項２記載の光源装置。
4. 前記反射鏡は、前記集光点を焦点とする回転楕円面を反射面として有し、
   前記平行化光学系は、前記反射鏡を経た光源光を平行化するための凹レンズをさらに有する、請求項２記載の光源装置。
5. 前記平行化光学系は、屈折により光源光を折り曲げる非球面レンズを含む、請求項１記載の光源装置。
6. 前記複数の光源部分は、光源光を発生させる発光部と、前記発光部で発光された光源光を前記集光点に集める楕円型反射部材とをそれぞれ有する、請求項１から請求項５までのいずれか一項記載の光源装置。
7. 前記複数の光源部分は、光源光を発生させる発光部と、前記発光部で発光された光源光を前記集光点に集める放物型反射部材及び凸レンズとを有する、請求項１から請求項５までのいずれか一項記載の光源装置。
8. 前記均一化光学系は、一対のフライアイレンズである、請求項１から請求項７までのいずれか一項記載の光源装置。
9. 前記複数の光源部分は、システム光軸を挟んで対称に配置される、請求項１から請求項８までのいずれか一項記載の光源装置。
10. 前記均一化光学系を経た照明光の偏光状態を揃える偏光変換素子をさらに備える、請求項１から請求項９までのいずれか一項記載の光源装置。
11. 請求項１から請求項１０までのいずれか一項記載の光源装置と、
    前記光源装置からの照明光によって照明される光変調装置と、
    前記光変調装置を経た像光を投射する投射光学系と
    を備えるプロジェクタ。

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