JP2010170989A - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の照明装置2は、複数の光源部6,7と、各光源部6,7からの光束を異なる反射面9a,9bで反射させ、合成光を略一方向に射出させる反射プリズム9と、を備え、反射プリズム9に入射するときの光束の各々が、ランプ光軸L1,L2に対して垂直な面内にて互いに直交する2方向で異なる寸法を有する集束光束であり、2つの集束光束の、各々が入射する反射面9a,9bに沿った断面における断面形状は、2つの反射面9a,9bの並び方向と同じ方向に短手方向を有する。
【選択図】図1
Description
この構成によれば、各光源部から射出された光束の反射面に沿った断面における第1,第2の反射面の並び方向と同じ方向(換言すると、光を合成する方向)の断面寸法が略最小となる位置に反射面が位置しているため、各光源部からの光束が合成された光束、いわゆる合成光束の光束径と角度分布の広がりを小さくできる。
この構成によれば、複数の光源部からの光束を合成する際の光学系の光路を相対的に短くでき、光学系を小型化できる。
この構成によれば、複数の光源部からの光束を合成したときの合成光束の角度分布の広がりを抑制しやすく、合成光束の平行性を高められる。
この構成によれば、各光源部の射出光軸に対して垂直な面内における互いに直交する2方向の集光角を集光角変更素子の設計によって適宜設定することができる。この場合、光源部自体は前記2方向の集光角が等しいものを使用できるため、汎用の光源部を用いることができる。
この構成によれば、前記2方向で独立して光軸変換素子に入射する光束の集光角を制御でき、所望の位置で集束径を最小にできる。
この構成によれば、前記2方向のうちの一方向において独立して光軸変換素子に入射する光束の集光角を制御でき、所望の位置で集束径を最小にできる。
集光角変更素子をレンズ部材によって構成すると、照明装置を小型化しやすい。
集光角変更素子を反射鏡によって構成すると、レンズ部材と異なり色収差が発生しないため、レンズ部材を用いる場合よりも光束径をより小さくできる。
楕円リフレクターと放物面リフレクターとを比べると、射出光軸に直交する方向におけるリフレクターの口径が同じ場合には、楕円リフレクターのほうが光源部からの光をより多く取り込むことができ、光利用効率を高めやすい。そのため、高い光出力を目的とする照明装置に適した光源部とすることができる。
この構成によれば、集光角変更素子が不要となり、照明装置の部品点数の削減が図れる。
この構成によれば、前記2方向の集光角が異なる光束が、発散角変更素子によって前記2方向の発散角が略一致するように変更されて射出されるため、後段に光学特性が入射角依存性を持つ光学系を用いた場合、その光学系での光利用効率を高められる。
この構成によれば、光軸変換素子の配置自由度が高まるため、設計自由度が高い照明装置とすることができる。
この構成によれば、反射面同士の接触箇所において、反射面同士が不連続にならないようにする精緻な加工が不要となり、光軸変換素子の形成が容易となる。
この構成によれば、各光源部から射出された光束の反射面に沿った断面における複数の光源部の射出光軸を含む面内方向(換言すると、光を合成する方向)の断面寸法が略最小となる位置に反射面が位置しているため、各光源部からの光束が合成された光束、いわゆる合成光束の光束径と角度分布の広がりを小さくできる。
この構成によれば、投写画像の表示品位が高く、耐久性に優れたプロジェクターを実現できる。
この構成によれば、波長分離膜による波長分離の際に色ムラを生じにくく、高品質な画像表示が可能なプロジェクターとすることができる。
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
本実施形態では、2つの光源部からの光束を合成光束として射出する照明装置を備えたプロジェクターの例を示す。
図1は本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図2は光源部からの光束の断面形状の変化の様子を模式的に示す斜視図である。図3は本プロジェクターに用いる集光角変更レンズや発散角レンズの作用を説明するための図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
以下の説明では、照明装置2から射出される照明光の略中心軸を「照明光軸L」と称し、第1光源部6、第2光源部7の各々のリフレクターの光軸をそれぞれ「ランプ光軸L1」、「ランプ光軸L2」と呼称する。「ランプ光軸」は、特許請求の範囲中の「射出光軸」に対応する。
図3(A)〜(F)は、説明を判りやすくするために、実際には図2のように反射プリズム9の反射面9aで略90度折れ曲がっている第1光源部6から第2発散角変更レンズ11に至るまでの光路を、ランプ光軸L1がz軸を向くように直線的に描いた図である。
図3(A)は、2つのランプ光軸L1,L2を含む平面(xz平面)における光束径の変化の様子を示す図であり、図3(B)は、2つのランプ光軸L1,L2を含む平面(xz平面)に垂直な平面(yz平面)における光束径の変化の様子を示す図である。図3(C)、(D)、(E)、(F)は、それぞれ図3(A)、(B)中のP1,fy,fx,P2の各位置における集束光のxy平面での断面形状を模式的に示した図である。ただし、図3(A)〜(F)では第1光源部から反射プリズムの反射面に至るまでのランプ光軸をz軸に一致させて描いているため、図3(C)、(D)に示す断面形状は図1に示す実際の装置ではyz平面での断面形状である。
また、2つの反射面9a,9bのランプ光軸L1,L2および照明光軸Lに対する設置角度は、本実施形態に限定されない。すなわち、反射面9a,9bでの反射角を45度以外に設定した光学配置としても良い。このような構成例については、第5実施形態で説明する。
以下、本発明の第2実施形態について、図4、図5を用いて説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、集光角変更レンズの集光特性が第1実施形態と異なるのみである。
図4、図5は、上記第1実施形態の照明装置の説明に用いた図2、図3に対応する図である。図4、図5において、図2、図3と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本発明の第3実施形態について、図6〜図8を用いて説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は第1、第2実施形態と同様であり、リフレクターの集光特性が第1、第2実施形態と異なるのみである。
図6〜図8は、上記第1実施形態の照明装置の説明に用いた図3、上記第2実施形態の照明装置の説明に用いた図5に対応する図である。図6〜図8において、図3、図5と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本発明の第4実施形態について、図9,図10を用いて説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は第3実施形態と同様であり、反射プリズム9への入射前と、反射プリズム9からの射出後(反射後)に、光源部から射出された光が更にレンズを透過することが第3実施形態と異なるのみである。
図9、図10は、上記第3実施形態の照明装置の説明に用いた図8に対応する図であり、図9と図10では、光源部のリフレクターの集光特性と、光源部から射出される光が入射する集光角変更レンズの構成と、が異なっている。図9、図10において、図8と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本発明の第5実施形態について、図11、図12を用いて説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、反射プリズムに対する光源部の配置が第1実施形態と異なっている。
図11は、本実施形態の照明装置を備えたプロジェクター41の概略構成図であり、図12は、本実施形態の他の例の照明装置を備えたプロジェクター43の概略構成図である。
図11、図12において、図1と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本発明の第6実施形態について、図13、図14を用いて説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、照明装置に偏光変換光学系を加えた点のみが第1実施形態と異なっている。
図13は、本実施形態の照明装置を備えたプロジェクター51の概略構成図である。図14は、本照明装置の偏光変換光学系を構成するPBSアレイと1/2波長板アレイを示す図である。
図13において、図1と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本発明の第7実施形態について、図15,図16を用いて説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態、第2実施形態と同様であり、照明装置が集光角変更レンズを備えていない点のみが第1実施形態、第2実施形態と異なっている。
図15(A)は、本実施形態の照明装置を備えたプロジェクター61の概略構成図である。図15(B)は、本照明装置に用いられるリフレクターの斜視図、図15(C)はリフレクターの断面形状を模式的に示す図である。また、図16は、上記第1実施形態の照明装置の説明に用いた図3に対応する図である。
図15,図16において、図1と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本発明の第8実施形態について、図17〜図20を用いて説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、反射プリズムの代わりに、2つの反射ミラーで構成される反射部89を備えている点が第1実施形態と異なっている。
図17は、本実施形態の照明装置を備えたプロジェクター81の概略構成図である。図18は光源部からの光束の断面形状の変化の様子を模式的に示す斜視図である。図19は本プロジェクターに用いる集光角変更レンズや発散角レンズの作用を説明するための図である。図20は、本実施形態のプロジェクター81における作用を説明する説明図である。
図17〜図19において、既に説明済みの構成要素については既出の符号を付し、詳細な説明は省略する。
上述したように、2つの光源部6,7に対応する2つのランプ光軸L1,L2はyz平面内のy方向において異なる位置に配置されているため、光束の合成方向はyz平面に含まれるy方向となる。したがって、本実施形態の照明装置82においては、PBSアレイ53における偏光分離方向を光束の合成方向と直交する方向であるx方向に設定している。
なお、このような照明装置82においても、第5実施形態の照明装置42の様に、発散角変更レンズやインテグレータ光学系において、全てのランプ光軸が照明光軸Lと交わるように、ランプ光軸を設定しても良い。
以下、本発明の第9実施形態について、図21を用いて説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態、第2実施形態と同様であり、集光角変更レンズの代わりに、凹面状の反射ミラーを備えている点が第1実施形態、第2実施形態と異なっている。
図21は、本実施形態の照明装置を備えたプロジェクター91の概略構成図である。
図21において、図1と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
Claims (18)
- 第1の光源部および第2の光源部と、
前記第1の光源部から射出された光束を反射する第1の反射面と、前記第2の光源部から射出された光束を反射する第2反射面と、を有し、各光源部から射出された光束の各々を略一方向に反射させる光軸変換素子と、を備え、
前記光軸変換素子に入射する光束の各々が、各光源部の射出光軸に対して垂直な面内において互いに直交する2方向で異なる寸法を有し、
前記光軸変換素子は、前記反射面に沿った断面における各々の前記光軸変換素子に入射する光束の断面形状が、前記第1の反射面および前記第2の反射面の並び方向と同じ方向に短手方向を有するように配置されていることを特徴とする照明装置。 - 前記反射面は、対応する前記光軸変換素子に入射する光束の断面形状における前記短手方向の寸法が略最小となる位置に配置されることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
- 前記光軸変換素子に入射する光束において、前記反射面を経る前後の前記射出光軸を含む面内方向と直交する方向の集光角が、前記面内方向の集光角よりも大きいことを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。
- 前記光軸変換素子に入射する光束において、前記反射面を経る前後の前記射出光軸を含む面内方向と直交する方向の集光角が、前記面内方向の集光角よりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。
- 前記各光源部と前記光軸変換素子との間に、前記各光源部から射出された光束を、前記各光源部の射出光軸に対して垂直な面内において互いに直交する2方向で異なる集光角を有するように集光させる集光角変更素子が設けられたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記集光角変更素子は、トーリック面を有する集光素子であることを特徴とする請求項5に記載の照明装置。
- 前記集光角変更素子は、シリンドリカル面を有する集光素子であることを特徴とする請求項5に記載の照明装置。
- 前記集光角変更素子は、レンズ部材であることを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記集光角変更素子は、反射鏡であることを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記各光源部が、発光体と該発光体から射出された光束を反射させる楕円面リフレクターとを有し、
前記楕円面リフレクターの焦点位置に前記発光体が配置されていることを特徴とする請求項5から9のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記各光源部が、発光体と該発光体から射出された光束を反射させるリフレクターとを有し、
前記リフレクターは、前記発光体から射出された光束を、前記各光源部の射出光軸に対して垂直な面内において互いに直交する2方向で異なる集光角を有するように集光させることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記光軸変換素子から射出された光束を、前記光軸変換素子の射出光軸に対して垂直な面内において互いに直交する2方向の発散角が略一致するように射出させる発散角変更素子が設けられたことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記光軸変換素子に入射する光束を平行光に変換し前記光軸変換素子に射出する平行化レンズと、
前記光軸変換素子から射出される前記平行光を発散光に変換する発散光変換素子と、を有することを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記第1の反射面および前記第2の反射面が、2つの前記反射面の並び方向の視野においてx字状に交わって設けられていることを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の照明装置。
- 発光体を含む複数の光源部と、前記複数の光源部から射出された光束の各々を異なる反射面で略一方向に反射させ、反射された光束を合成光束として略一方向に射出させる光軸変換素子と、を備え、
前記複数の光源部から射出された光束の各々が、各光源部の射出光軸に対して垂直な面内において互いに直交する2方向で異なる集光角を有する集束光束であり、
前記各光源部から射出された光束の、各々対応する前記反射面に沿った断面における、前記複数の光源部の射出光軸と、前記反射面で反射した光束の光軸と、を含む面内方向の寸法が、前記断面における前記面内方向と直交する方向の寸法よりも小さくなる位置に前記反射面が位置するように、前記光軸変換素子が配置されたことを特徴とする照明装置。 - 前記反射面は、前記面内方向の寸法が略最小となる位置に配置されることを特徴とする請求項15に記載の照明装置。
- 請求項1ないし16のいずれか一項に記載の照明装置と、前記照明装置から射出された光により画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子から射出された光を投写する投写光学系と、を備えたことを特徴とするプロジェクター。
- 前記照明装置から射出された光を複数の色光に分離する色分離光学系と、
前記複数の色光の各々に対応した複数の前記画像形成素子と、
前記複数の画像形成素子を介して射出される複数の色光を合成する色合成光学系と、を有し、
前記色分離光学系は、誘電体多層膜からなる波長分離膜を含み、
前記照明装置が有する2つの光源部の射出光軸が、前記波長分離膜を経る前後の前記射出光軸を含む面内方向と直交する方向に配列していることを特徴とする請求項17に記載のプロジェクター。
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