JP2010237367A - 照明装置及び投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光源を使用した場合における装置の小型化を図ることを課題とする。
【解決手段】複数の光源と、前記光源から出射される光の光軸上にあって前記光源の前方に各々配置されるとともに、前記光源から出射された光をその光軸を変化させて所定の範囲を照射するようにした第１の光偏向手段と、前記所定の範囲に配置され、前記各第１の光偏向手段によって照射される光をその光軸を変化させて同一方向に出射する第２の光偏向手段と、を備えることである。
【選択図】 図１

Description

複数の光源を用いた照明装置及び投写型映像表示装置において、特に複数の光源から出射される光を合成する方法に関する。

従来、以下のような構成が知られている。投影レンズの光軸とほぼ平行な方向に光を出射する第１光源ランプと、第１の光源ランプの光軸とほぼ直交する向に光を出射する第２光源ランプとを備えている。これら第１光源ランプの光及び第２光源ランプの光をそれぞれほぼ１／２ずつの透過光と反射光に分離するハーフミラーと、このハーフミラーで反射した第１光源ランプの光と、ハーフミラーを透過した上記第２光源ランプの光を反射させ、上記光軸と平行する光に変換する反射鏡を備えている。そしてハーフミラーと反射鏡からの光をコンデンサーレンズで集光させ、被投影体へ光を導くものである。

このような投影器用光源装置の構成とすることにより第１及び第２の光源ランプを使用して投影を行うことができる。

特開平７−２２５４３０号公報

しかしながら、このような投影器用光源装置では、第１及び第２の光源ランプからコンデンサーレンズまでの構成が大型化してしまい、投影器用光源装置が重くなり、コストアップの要因ともなっていた。

このような課題に鑑みて、複数の光源を使用した場合における装置の小型化を図ることを課題とする。

本発明の第１の態様は、複数の光源と、前記光源から出射される光の光軸上にあって前記光源の前方に各々配置されるとともに、前記光源から出射された光をその光軸を変化させて所定の範囲を照射するようにした第１の光偏向手段と、前記所定の範囲に配置され、前記各第１の光偏向手段によって照射される光をその光軸を変化させて同一方向に出射する第２の光偏向手段と、を備えたことを特徴とする照明装置とすることである。

上記第１の態様において、第1の光偏向手段及び／又は第２の光偏向手段は、三角プリズムアレイであることを特徴とする照明装置としてもよい。

上記第１又は２の態様において、前記複数の光源からの光を映像変調させる光変調手段と、該光変調手段からの光を拡大投写させる投写レンズと、を備える投写型映像表示装置としてもよい。

このような構成とすることにより、複数の光源を使用した場合におけるも装置の小型化を図ることができる。

本実施例に係る照明装置を示した構成図である。 本実施例に係る光源と第１三角プリズムアレイの光の光路を示した図である。 本実施例に係る第１プリズムアレイから投写された光と第２プリズムアレイの光の光路を示した図である。 本実施例の照明装置に係る第１変形例を示した構成図である。 本実施例の照明装置に係る第２変形例を示した構成図である。 本実施例の照明装置を用いたプロジェクタ（３板式液晶）の構成を示した構成図である。

以下、本発明の各実施形態に係る照明装置及びそれを用いた投写型映像表示装置を図１乃至図６を参照して説明する。

尚、本発明の図に関しては模式的な図であり、詳細な形状、寸法、比率は異なることに留意すべきである。また図面相互間においても詳細な形状、寸法、比率は異なる部分が含まれている。

また、異なる図面番号に対して同一又は類似の部分に関しては同一符号を付して重複する説明は省略している。
（実施例）
図１は、本願発明の照明装置１１を示した構成図である。照明装置１１は、２つの光源１２、１３と、２つの第１三角プリズムアレイ１４、１５と、第２三角プリズムアレイ１６を有する。

光源１２、１３は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等から成り、発光部１７から光を放射状に投写する。その投写光はパラボラリフレクタ１８によって平行光となって前方に出射され、光源１２、１３の前方に配される第１三角プリズムアレイ１４、１５へ導かれる。

第１三角プリズムアレイ１４、１５は、第１基板体１９、２０と第１三角プリズム２１、２２を有する。第１基板体１９、２０は、直方体の薄い板状の形状を有しており、第１三角プリズム２１、２２は、微細な直角三角柱状のプリズムが配されている形状を有する。第１三角プリズムアレイ１４、１５は、光源１２、１３からの光が入光すると光の屈折を利用して入光した光が第１三角プリズム２１、２２で屈折し、第１三角プリズム２１、２２から出射する際に入光してきた向きとは異なる方向へ光を導き、第２三角プリズムアレイ１６へ光を入光させる。

第２三角プリズムアレイ１６は、第２基板体２３と第２三角プリズム２４を有する。第２基板体２３は、直方体の薄い板状の形状を有しており、第２三角プリズム２４は、微細な三角柱状のプリズムが配されている形状を有する。第２三角プリズムアレイ１６は、第１三角プリズムアレイ１４、１５からの光がそれぞれ入光すると光の屈折を利用して入光した光が第２基板体２３と第２三角プリズム２４で屈折し、第１三角プリズムアレイ１４及び第１三角プリズムアレイ１５からの光を同一方向へ導く。

このような構成とすることにより、光源１２、１３が投写する光の断面積と第２三角プリズムアレイ１６が投写する光の断面積が略同一となり、光源を１灯使用する際に投写する光の断面積と略同一とすることができる。従って、２灯の光源を並べて使用し、１灯の光源のときの光の断面積と比べて大きくすることがないため、第２三角プリズムアレイ１６より先の光学系を従来のように２灯の際の光の断面積を許容するような大型の光学系を用いることがなくなり、第２三角プリズムアレイ１６より先の光学系を小型にすることができる。

光源１２と第１三角プリズムアレイ１４に関して以下に詳述する。図２は、光源１２と第１三角プリズムアレイ１４に係る光３１の光路を示した図である。発光部１７から投写された平行光が第１基板体１９へ入光するが第１基板体１９と光源１２からの光の入射角が略９０°であるため、第１基板体１９では光の屈折が起こらなく第１基板体１９を通過する光は直進する。また第１基板体１９と第１三角プリズム２１の境界も光の入射角が略９０°であるため、光の屈折は起こらなく第１三角プリズム２１を光が直進する。第１三角プリズム２１を出射する光は出射角が９０°ではなく、第１三角プリズム２１の出射端面では媒質が異なる空気が存在する。すなわち第１三角プリズム２１の出射端面では屈折率が異なるため光が屈折する。

尚、光の屈折角度は、第１三角プリズムアレイ１４の材質と第１三角プリズム２１上に形成される直角三角柱状プリズムの傾斜角度によって第２三角プリズムアレイ１６の方向へ屈折されるように設計される。

次に、第１三角プリズムアレイ１４から投写された光が第２三角プリズムアレイ１６へ入光する光路を以下に詳述する。図３は、第１三角プリズムアレイ１４から投写された光４１と第２三角プリズムアレイ１６に係る光４２の光路を示した図である。第１三角プリズムアレイ１４から投写された光４１が第２基板体２３へ入光するが第２基板体２３と第１三角プリズムアレイ１４から投写された光４１の入射角が９０°ではなく、第２基板体２３の入射端面では媒質が異なる第２基板体が存在する。すなわち第２基板体２３の入射端面では屈折率が異なるため光が屈折する。

第２基板体２３と第２三角プリズム２４の境界は、光の入射角が９０°ではないが第２基板体２３と第２三角プリズム２４は同一の材質で形成されており、第２基板体２３と第２三角プリズム２４の屈折率が同じであるため、光の屈折は起こらなく第２基板体２３と第２三角プリズム２４の境界では第２三角プリズム２４を光が直進する。第２三角プリズム２４を出射する光は出射角が９０°ではなく、第２三角プリズム２４の出射端面では媒質が異なる空気が存在する。すなわち第２三角プリズム２４の出射端面では屈折率が異なるため光が屈折する。

尚、第１三角プリズムアレイ１４のときと同様に、光の屈折角度は、第２三角プリズムアレイ１６の材質と第２角プリズム２４上に形成される三角柱状プリズムの傾斜角度によって光源１２、１３の投写方向と同一方向へ屈折されるように設計される。

また、光源１３、第１三角プリズムアレイ１５及び第１三角プリズムアレイ１４から投写される光が第２三角プリズムアレイ１６を進む光の光路の説明に関しては、上記のように、光源１２、第１三角プリズムアレイ１４及び第１三角プリズムアレイ１４から投写される光が第２三角プリズムアレイ１６を進む光の光路の説明と同様であるため説明を省略する。
（実施例の第１変形例）
図４は、本願発明の照明装置１１に係る第１変形例を示した構成図である。照明装置１１は、対向する２つの光源１２、１３と、２つの反射鏡５１、５２と、２つの第１三角プリズムアレイ１４、１５と、第２三角プリズムアレイ１６を有する。

光源１２、１３から投写された投写光はパラボラリフレクタ１８によって平行光となって前方に出射され、対向する光源１２、１３の前方に配される反射鏡５１、５２へ導かれる。

反射鏡５１、５２は、光源１２、１３からの光を略９０°変化させるために光源１２、１３からの光の進む方向に対して４５°傾いて配されており、光源１２、１３からの光を第１三角プリズムアレイ１４、１５へ導く。

第１三角プリズムアレイ１４、１５と第２三角プリズムアレイ１６に関しては図１乃至図３の説明と同様であるため説明を省略する。

このような構成とすることにより、上記実施例と同一の効果を奏することができる。
（実施例の第２変形例）
図５は、本願発明の照明装置１１に係る第２変形例を示した構成図である。照明装置１１は、対向する２つの光源１２、１３と、２つの第１三角プリズムアレイ１４、１５と、第３三角プリズムアレイ６１を有する。

光源１２、１３から投写された投写光はパラボラリフレクタ１８によって平行光となって前方に出射され、対向する光源１２、１３の前方に配される第１三角プリズムアレイ１４、１５へ導かれる。

第１三角プリズムアレイ１４、１５は、図２で説明したように第１三角プリズム２１、２２の出射端面では屈折率が異なるため光が屈折し、第３三角プリズムアレイ６１へ光源１２、１３からの投写光を導く。

第３三角プリズムアレイ６１は、反射型の三角プリズムアレイである。第３三角プリズムアレイ６１は、第３基板体６２と反射型三角プリズム６３を有する。第３基板体６２は、直方体の薄い板状の形状を有しており、反射型三角プリズム６３は、微細な三角柱状のプリズムが配されている形状を有し、三角柱状プリズムの表面側の２面に反射膜コーティングを施している。第３三角プリズムアレイ６１は、第１三角プリズムアレイ１４、１５からの光がそれぞれ入光すると光の反射を利用して入光した光が反射型三角プリズム６３で反射し、第１三角プリズムアレイ１４及び第１三角プリズムアレイ１５からの光を同一方向へ導く。

このような構成とすることにより、上記実施例と同一の効果を奏することができる。
（プロジェクタの構成）
図６は、本実施例で詳述した照明装置を用いたプロジェクタ７０（３板式液晶）の構成を示した構成図である。照明装置１１から投写された光は、インテグレータレンズ７１へと導かれる。

インテグレータレンズ７１は一対のレンズ群（フライアイレンズ）７１ａ、７１ｂから構成されており、個々のレンズ部分が第２三角プリズムアレイ１６から出射された光を後述する液晶ライトバルブの全面に導くようになっており、第２三角プリズムアレイ１６において存在する部分的な輝度ムラを平均化し、画面中央と周辺部とでの光量差を低減する。インテグレータレンズ７１を経た光は、偏光変換装置７２、及び集光レンズ７３を経た後、第１ダイクロイックミラー７４へと導かれることになる。

偏光変換装置７２は、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成されている。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜と位相差板（１／２λ板）とを備える。ＰＢＳアレイの各偏光分離膜は、インテグレータレンズ７１からの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０度光路変更する。光路変更されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜にて反射されてそのまま出射される。一方、偏光分離膜を透過したＰ偏光はその前側（光出射側）に設けてある前記位相差板によってＳ偏光に変換されて出射される。すなわち、この場合には、ほぼ全ての光はＳ偏光に変換されるようになっている。

第１ダイクロイックミラー７４は、赤色波長帯域の光を透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー７４を透過した赤色波長帯域の光は、全反射ミラー７５にて反射されて光路を変更される。全反射ミラー７５にて反射された赤色光はレンズ７６を経て赤色光用の透過型の液晶ライトバルブ７７を透過することによって光変調される。一方、第１ダイクロイックミラー７４にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー７８に導かれる。

第２ダイクロイックミラー７８は、青色波長帯域の光を透過し、緑色波長帯域の光を反射する。第２ダイクロイックミラー７８にて反射した緑色波長帯域の光は、レンズ７９を経て緑色光用の透過型の液晶ライトバルブ８０に導かれ、これを透過することで光変調される。また、第２ダイクロイックミラー７８を透過した青色波長帯域の光は、全反射ミラー８１、全反射ミラー８２、レンズ８３，８４、８５を経て青色光用の透過型の液晶ライトバルブ８６に導かれ、これを透過することで光変調される。

各液晶ライトバルブ７７、８０、８６は、入射側偏光板７７ａ、８０ａ、８６ａと、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部８０ｂ、８０ｂ、８０ｂと、出射側偏光板８６ｃ、８６ｃ、８６ｃと、を備えて成る光変調部である。
液晶ライトバルブ７７、８０、８６を経ることで変調された変調光（各色映像光）は、クロスダイクロイックプリズム８７によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ８９によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に表示される。

尚、実施例は、透過型の光変調素子を用いた投写型映像表示装置を示したが、これに限定されるものではなく他の映像光生成系を備える投写型映像表示装置においても本発明を適用でき、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）方式、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）方式、でも適用することができる。

１２，１３・・・光源
１４、１５・・・第１三角プリズムアレイ（第１の光偏向手段）
１６、６１・・・第２三角プリズムアレイ及び第３三角プリズムアレイ（第２の光偏向手段）
１１・・・照明装置
７０・・・プロジェクタ（投射型映像表示装置）
７７、８０、８６・・・液晶パネル（光変調手段）
８８・・・投写レンズ

Claims (3)

1. 複数の光源と、
   前記光源から出射される光の光軸上にあって前記光源の前方に各々配置されるとともに、前記光源から出射された光をその光軸を変化させて所定の範囲を照射するようにした第１の光偏向手段と、
   前記所定の範囲に配置され、前記各第１の光偏向手段によって照射される光をその光軸を変化させて同一方向に出射する第２の光偏向手段と、
   を備えたことを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、第1の光偏向手段及び／又は第２の光偏向手段は、三角プリズムアレイであることを特徴とする照明装置。
3. 請求項１又は２に記載の照明装置において、前記複数の光源からの光を映像変調させる光変調手段と、該光変調手段からの光を拡大投写させる投写レンズと、を備える投写型映像表示装置。

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