JP2011119118A - Lighting device and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光管からの光を反射する反射鏡を有する照明装置及びこれを用いたプロジェクターに関する。 The present invention relates to an illumination device having a reflecting mirror that reflects light from an arc tube and a projector using the same.
プロジェクター用の照明装置として、楕円面のリフレクター(反射鏡)を有するものであって、当該リフレクターの中心軸を含む垂直断面の形状と水平断面の形状とで互いに異なる楕円形状となる回転非対称の反射面を利用することで、装置の薄型化を図るものが知られている(特許文献1参照)。 As an illumination device for a projector, it has an ellipsoidal reflector (reflecting mirror), and has a rotationally asymmetric reflection in which the shape of a vertical section including the central axis of the reflector and the shape of a horizontal section are different from each other. It has been known to reduce the thickness of an apparatus by using a surface (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1の場合、例えばプロジェクターの照明光に適したものとするための光束の平行化において、リフレクターの垂直断面の形状の曲率と水平断面の形状の曲率との双方に対応させることが必要となる。この場合、例えば凹レンズを用いて光束を平行化するには、当該凹レンズの曲面形状をかなり複雑なものとしなければならない。 However, in the case of Patent Document 1, for example, in the collimation of the light beam to be suitable for the illumination light of the projector, it is possible to correspond to both the curvature of the shape of the vertical section of the reflector and the curvature of the shape of the horizontal section. Necessary. In this case, for example, in order to collimate the light beam using a concave lens, the curved surface shape of the concave lens must be made quite complicated.
そこで、本発明は、容易に光束の平行化及び薄型化が可能な照明装置及びこれを用いたプロジェクターを提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides an illuminating device capable of easily collimating and thinning a light beam and a projector using the same.
上記課題を解決するため、本発明に係る第1の照明装置は、(a)光を発生する発光管と、(b1)システム光軸を含んで互いに垂直に交わる2平面によって切り取られる形状のうち、一方の平面で切り取られる形状が発光管の電極間中心を焦点とする放物状の弧を描くとともに、他方の平面で切り取られる形状が上記放物状の弧の焦点を第1焦点とする楕円状の弧を描く非回転対称形状を有する反射面を備え、(b2)当該反射面で発光管からの光を反射して照明光を射出する(b)アナモフィック型の反射鏡と、を備える。 In order to solve the above-described problems, a first lighting device according to the present invention includes (a) a light emitting tube that generates light, and (b1) a shape that is cut by two planes that perpendicularly intersect each other including the system optical axis. The shape cut by one plane draws a parabolic arc whose focal point is the center between the electrodes of the arc tube, and the shape cut by the other plane has the focal point of the parabolic arc as the first focal point. A reflecting surface having a non-rotationally symmetric shape that draws an elliptical arc, and (b2) an anamorphic reflecting mirror that reflects light from the arc tube by the reflecting surface and emits illumination light. .
上記第1の照明装置では、アナモフィック型の反射鏡の反射面において、上記一方の平面で切り取られる形状が放物状の弧を描き、上記他方の平面で切り取られる形状が楕円状の弧を描いている。これにより、上記一方の平面については、放物状の弧を描く形状によって光束を予め平行化させることができる。つまり、上記一方の平面に関しては、光束の平行化に用いる後段の光学部品を比較的安価なもので構成することが可能となる。また、上記他方の平面については、楕円状の弧を描く形状を有するので、システム光軸に垂直な方向の寸法を比較的短くして、照明装置の薄型化を図ることができる。 In the first lighting device, on the reflecting surface of the anamorphic reflector, the shape cut out on the one plane draws a parabolic arc, and the shape cut off on the other plane draws an elliptical arc. ing. Thereby, about said one plane, a light beam can be collimated beforehand by the shape which draws a parabolic arc. That is, with respect to the one plane, it is possible to configure the latter optical component used for collimating the light beam with a relatively inexpensive one. In addition, since the other plane has a shape that draws an elliptical arc, the dimension in the direction perpendicular to the system optical axis can be made relatively short to reduce the thickness of the lighting device.
また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、反射面の非回転対称形状が、上記一方の平面から上記他方の平面に向かって、放物状から楕円状に徐々に変化する連続曲面形状である。この場合、連続曲面形状が、段差なく徐々に変化することにより、角度分布に関する光束の一様性を高めることができ、照明光の形成に適した光束が射出される。 Further, according to a specific aspect or side surface of the present invention, the non-rotationally symmetric shape of the reflecting surface gradually changes from a parabolic shape to an elliptical shape from the one plane toward the other plane. Shape. In this case, the continuous curved surface shape gradually changes without a step, so that the uniformity of the light flux related to the angular distribution can be improved, and a light flux suitable for forming illumination light is emitted.
また、本発明の別の態様によれば、照明装置は、発光管及びアナモフィック型の反射鏡の光路下流側に配置され、シリンドリカル非球面を有することにより通過する光を平行化する平行化レンズをさらに備える。この場合、比較的簡易な形状の平行化レンズによって通過光束を平行化することができる。 According to another aspect of the present invention, the illuminating device includes a collimating lens that is arranged on the downstream side of the light path of the arc tube and the anamorphic reflector and has a cylindrical aspherical surface to collimate light passing therethrough. Further prepare. In this case, the passing light beam can be collimated by a collimating lens having a relatively simple shape.
また、本発明の別の態様によれば、平行化レンズにおいて、シリンドリカル非球面の母線が、システム光軸に垂直な面に平行でかつ上記一方の平面に平行な方向に延びている。この場合、光束が平行化レンズを通過する際に、上記一方の平面に平行な面に関して光束の平行性を保つことができる。 According to another aspect of the present invention, in the collimating lens, the generating line of the cylindrical aspheric surface extends in a direction parallel to the plane perpendicular to the system optical axis and parallel to the one plane. In this case, when the light beam passes through the collimating lens, the parallelism of the light beam can be maintained with respect to the plane parallel to the one plane.
また、本発明の別の態様によれば、平行化レンズが、シリンドリカル非球面として光入射側に双曲面を有する。この場合、光束が平行化レンズを通過する際に、上記他方の平面に平行な面に関して光束を正確に平行化することができる。 According to another aspect of the present invention, the collimating lens has a hyperboloid on the light incident side as a cylindrical aspherical surface. In this case, when the light beam passes through the collimating lens, the light beam can be accurately collimated with respect to a plane parallel to the other plane.
また、本発明の別の態様によれば、平行化レンズが、光射出側に平面又はシリンドリカル球面のいずれかを有する。この場合、平行化レンズは、光入射側のみでの屈折力、又は光入射側と光射出側とを合わせた屈折力により光束を平行化することができる。 According to another aspect of the present invention, the collimating lens has either a flat surface or a cylindrical spherical surface on the light exit side. In this case, the collimating lens can collimate the light beam by the refractive power only on the light incident side or the refractive power obtained by combining the light incident side and the light exit side.
また、本発明の別の態様によれば、発光管が、発光管の電極間中心からアナモフィック型の反射鏡とは反対側に射出された光を逆方向に反射する補助反射鏡を有する。この場合、光路下流側に直接射出された光束を有効に回収することができ、光の利用効率を高めることができる。 According to another aspect of the present invention, the arc tube has an auxiliary reflector that reflects light emitted from the center between the electrodes of the arc tube to the opposite side of the anamorphic reflector in the reverse direction. In this case, it is possible to effectively recover the light beam directly emitted to the downstream side of the optical path, and it is possible to improve the light utilization efficiency.
また、本発明の別の態様によれば、補助反射鏡が、上記一方の平面に対応する領域において上記他方の平面に対応する領域よりも広がる反射面を有する。この場合、比較的光の取り込み率の低くなる傾向を有する放物状の弧を描く面やその周辺の面に入射する光の利用効率を優先的に高めることができる。 According to another aspect of the present invention, the auxiliary reflecting mirror has a reflecting surface that is wider in a region corresponding to the one plane than in a region corresponding to the other plane. In this case, it is possible to preferentially increase the utilization efficiency of light incident on a parabolic arc-shaped surface that tends to have a relatively low light uptake rate or on a peripheral surface thereof.
また、本発明の別の態様によれば、補助反射鏡が、発光管の光透過部分の一部を直接コートすることにより形成される。この場合、比較的簡易に補助反射鏡を作製することができる。 According to another aspect of the present invention, the auxiliary reflecting mirror is formed by directly coating a part of the light transmitting portion of the arc tube. In this case, the auxiliary reflecting mirror can be manufactured relatively easily.
上記課題を解決するため、本発明に係る第2の照明装置は、(a)光を発生する発光管と、(b)システム光軸を含んで互いに垂直に交わる2平面のうち、一方の平面に垂直な方向から見て発光管からの光束を平行光とするように反射し、他方の平面に垂直な方向から見て発光管からの光束を収束光とするように反射する反射面を有する反射鏡と、を備える。 In order to solve the above-described problem, a second lighting device according to the present invention includes (a) an arc tube that generates light, and (b) one of two planes that include the system optical axis and perpendicularly intersect each other. A reflecting surface that reflects the light beam from the arc tube as parallel light when viewed from the direction perpendicular to the light source and reflects the light beam from the arc tube as convergent light when viewed from the direction perpendicular to the other plane. And a reflecting mirror.
上記第2の照明装置では、アナモフィック型の反射面は、上記一方の平面に垂直な方向から見て発光管からの光束を平行光とするように反射し、上記他方の平面に垂直な方向から見て発光管からの光束を収束光とするように反射する。これにより、上記他方の平面における装置の寸法を短くして照明装置の薄型化を図ることができる。この際、上記一方の平面については、既に平行化されているので、光路下流側の光学部品を比較的安価なもので構成できる。 In the second illumination device, the anamorphic reflecting surface reflects the light beam from the arc tube as parallel light when viewed from the direction perpendicular to the one plane, and from the direction perpendicular to the other plane. When viewed, the light beam from the arc tube is reflected so as to be convergent light. Thereby, the dimension of the apparatus in said other plane can be shortened, and thickness reduction of an illuminating device can be achieved. At this time, since the one plane is already parallelized, the optical component on the downstream side of the optical path can be configured with a relatively inexpensive one.
上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクターは、(a)上記のいずれかの照明装置と、(b)照明装置から射出された光束によって照明される光変調装置と、(c)光変調装置から射出された光束を投射する投射光学系と、を備える。この場合、上記いずれかの照明装置を用いることで、プロジェクター全体として簡易な薄型化を図ることができる。 In order to solve the above-described problems, a projector according to the present invention includes (a) any one of the above illumination devices, (b) a light modulation device that is illuminated by a light beam emitted from the illumination device, and (c) a light modulation. A projection optical system that projects a light beam emitted from the apparatus. In this case, by using any one of the above illumination devices, the projector as a whole can be easily reduced in thickness.
〔第1実施形態〕
以下、図1等を参照して、本発明の第1実施形態に係る照明装置及びこれを用いたプロジェクターについて説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, with reference to FIG. 1 etc., the illuminating device which concerns on 1st Embodiment of this invention, and a projector using the same are demonstrated.
図1に示すように、本実施形態に係る照明装置10を組み込んだプロジェクター100は、照明装置10のほかに、色分離導光部40、光変調部50、色合成部60、及び投射光学系70を備える。
As shown in FIG. 1, a
まず、照明装置10は、光源ランプユニット20及び均一化光学系30を含む照明光学系である。光源ランプユニット20は、光源として、ランプ部21aと、凹のシリンドリカルレンズである平行化レンズ21bとを備える。ランプ部21aは、発光管22aと、凹面鏡22bと、副鏡23aとを備える。
First, the
図2(A)等に示すように、光源ランプユニット20のうち、発光管22aは、中央部が球状に膨出した透光性の石英ガラス製の管球部PBと、管球部PBの両端側に延びる第1及び第2封止部24a,24bとを有し、封止部24a,24bによって密閉された管球部PBの内部には、水銀、希ガス及び少量のハロゲンが封入されている。この管球部PB内に配置された一対の電極(不図示)の電極間中心が発光点EPとなって放射状に光を発生させている。なお、発光管22aとしては、種々の発光管を採用でき、例えば、超高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等を採用できる。
As shown in FIG. 2 (A) and the like, in the light
凹面鏡22bは、発光管22aから射出された光束を反射して前方に射出させるアナモフィック型の反射鏡である。凹面鏡22bの反射面RFは、システム光軸SAを含んで互いに垂直に交わる2平面のうち、図2(A)に示す一方の平面即ち第1の平面(システム光軸SAを含むXZ面)について切り取った水平断面HSと、図2(B)に示す他方の平面即ち第2の平面(システム光軸SAを含むYZ面)について切り取った垂直断面PSとで、互いに異なる曲線形状を有している。より具体的には、まず、水平断面HSでの凹面鏡22bの反射面RFaの形状は、発光点EPを焦点とする放物形状になっている。これに対して、垂直断面PSでの凹面鏡22bの反射面RFbの形状は、システム光軸SA上の発光点EPを第1焦点とする楕円形状となっている。これにより、図3(A)に示すように、システム光軸SAを含むXZ面において、発光点EPから反射面RFaに向かって射出された光束は、反射面RFaで反射された後、平行化された状態で射出される。一方、図3(B)に示すように、システム光軸SAを含むYZ面において、発光点EPから反射面RFbに向かって射出された光束は、反射面RFbで反射された後、システム光軸SA上の第2焦点F2に収束するように射出される。さらに、凹面鏡22bの水平断面HSや垂直断面PS以外の中間的な箇所においても、発光点EPから射出された光束は、反射面RFの対応箇所で反射され、システム光軸SAを含むXZ面に射影した場合、システム光軸SAに平行な光束とされ、かつ、システム光軸SAを含むYZ面に射影した場合、システム光軸SA上の第2焦点F2に収束する光束とされた状態で射出される。つまり、凹面鏡22bの反射面RFの凹面形状は、放物型の反射面RFaから楕円型の反射面RFbにかけて連続的に移り変わっている。すなわち、反射面RFは、段差なく連続的に変化する曲面であり、全体として非回転対称形状を有している。
The
図2(A)等に示すように、副鏡23aは、凹面鏡22bと対向するように凹面鏡22bの反対側にある第2封止部24bに挿通・固着されており、発光管22aの管球部PBのうち凹面鏡22bの反対側の略半分を覆っている。副鏡23aは、球面の反射面RRを有しており、発光管22aから放射された光のうち直接前方の平行化レンズ21bに向かう光束即ち凹面鏡22bに向かわない光を、一旦発光管22a内に戻して発光点EP又はその周辺を通過させ、凹面鏡22bの反射面RFに入射させる。つまり、副鏡23aは、発光管22aから凹面鏡22bとは反対側に射出された光を逆進するように反射して光の利用効率を高める補助反射鏡として機能する。
As shown in FIG. 2A and the like, the
平行化レンズ21bは、ランプ部21aの光路下流側の被照明領域に配置されており、ランプ部21aからの光束をシステム光軸SA即ち照明光軸に略平行な光束にする役割を有するレンズである。このため、平行化レンズ21bの焦点は、反射面RFの第2焦点F2に一致している。平行化レンズ21bの光入射面ISは、シリンドリカル非球面となっており、図2(A)に示すように、水平方向即ちX方向について直線状であり、図2(B)に示すように、垂直方向即ちY方向について反射面RFbの形状に対応する双曲線状である。つまり、光入射面ISの母線は、システム光軸SAに垂直なXY面に平行で、かつ、第1の平面即ちシステム光軸を含むXZ面に平行な方向(つまりX方向)に延びている。なお、平行化レンズ21bの光射出面ESは、システム光軸SAに垂直なXY面に平行に延びる平面である。平行化レンズ21bは、以上のような面形状を有することにより、図3(A)及び3(B)に示すように、ランプ部21aから射出された全光束をシステム光軸SAの方向に沿って略平行化した状態で射出する。
The
図1に戻って、均一化光学系30は、第1及び第2レンズアレイ31,32と、偏光変換部材34と、重畳レンズ35とを備える。第1及び第2レンズアレイ31,32は、例えばそれぞれマトリクス状に配置された複数の要素レンズからなるフライアイレンズである。このうち、第1レンズアレイ31を構成する要素レンズによって、光源ランプユニット20から射出された光束が複数の部分光束に分割される。また、第2レンズアレイ32を構成する要素レンズによって、第1レンズアレイ31からの各部分光束は適当な発散角で射出される。偏光変換部材34は、X方向に延びるPBS、位相差板等からなるプリズム要素PEをY方向に配列したプリズムアレイ等で構成され、レンズアレイ32から射出された光束を特定方向の直線偏光のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ35は、第2レンズアレイ32から射出され偏光変換部材34を経た照明光を全体として適宜収束させることにより、光変調部50に設けた各色の液晶ライトバルブ50a,50b,50cに対する重畳照明を可能にする。以上により、照明装置10は、プロジェクター100による投影画像形成に適した状態の照明光を射出している。
Returning to FIG. 1, the homogenizing
なお、図2(A)及び2(B)に示すように、レンズアレイ31,32、偏光変換部材34及び重畳レンズ35は、いずれも平行化レンズ21bから射出される光束の断面形状に合わせてY方向に短くX方向に長い横長の扁平形状を有している。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
以下、照明装置10の主な構成要素について詳細に説明する。図4に示すように、凹面鏡22bの反射面RFは、反射面RFa,RFb以外の反射面RFcにおいて、水平断面HSから垂直断面PSに向かって、放物状から楕円状に徐々に段差を有することなく変化しており、全体として滑らかな連続曲面形状を有している。ここで、各断面HS,PSにおける反射面RFa,RFbの形状は、例えば、反射面RFaにおいて放物線の焦点距離f=12、反射面RFbにおいて楕円の第1焦点距離f1=12、第2焦点距離f2=60となるように設定されている。さらに、反射面RFa,RFb以外の反射面RFcの具体的な曲面形状は、以下のアナモフィック非球面のサグ量の式
kx,ky:コーニック定数、cx,cy:半径の逆数、
A2n:対称係数、B2n:非対称係数
に基づいて、上記焦点距離を実現するように各係数等を選定することで決定される。ここで、各コーニック定数kx,kyは、−1<kx<0の範囲内にあり、ky=−1(固定)である。また、cx,cyに対応する半径は、第1焦点が一致するように調整する必要がある。上記アナモフィック非球面のシミュレーションに際して、反射面RFcの曲面形状に関する各係数は、XZ面に垂直なY方向から見た場合には反射光が平行光となり、YZ面に垂直なX方向から見た場合には反射光が収束光となるように定められている。なお、反射面RFcの曲面形状は、反射面RFa,RFbの焦点距離等の条件を前提としており、反射面RFcは、反射面RFa,RFbと滑らかにつながる。以上のようにして、反射面RFa,RFb及び反射面RFcを設定することにより、図2(A)等に示す発光点EPから射出された光束は、反射面RFa,RFb上で反射されるものに限らず反射面RFcまで含めた反射面RF上全体において、Y方向から見ると平行光となり、X方向から見ると第2焦点F2に向かう収束光となるようにランプ部21aから射出される。凹面鏡22bの具体的な作製方法については、上記のようなシミュレーション結果を基にして反転した形状の金型を作製する。この金型を利用して加熱したガラス材料等をプレス加工し、反射膜を形成することにより、上記のような特殊な形状の反射面RFを有する凹面鏡22bが作製される。なお、±X方向と±Y方向との中間を含む反射面RFa,RFb,RFcの形状は、全体として円形の輪郭を有する滑らかな連続曲面であるため、後述する液晶パネル51a,51b,51c(図1参照)に入射する光は、入射角度の方位依存性を抑えた一様性の高いものであり、プロジェクター100による画像投影に適したものとなっている。
Hereinafter, main components of the
k x , k y : conic constant, c x , c y : reciprocal of radius,
A 2n is determined by selecting each coefficient or the like so as to realize the focal length based on a symmetric coefficient and B 2n : an asymmetric coefficient. Here, each of the conic constants k x and k y is in the range of −1 <k x <0, and k y = −1 (fixed). Further, a radius corresponding to the c x, c y must be adjusted such that the first focal point is coincident. In the simulation of the anamorphic aspherical surface, each coefficient relating to the curved surface shape of the reflective surface RFc is obtained when the reflected light becomes parallel light when viewed from the Y direction perpendicular to the XZ plane and when viewed from the X direction perpendicular to the YZ plane. Is defined so that the reflected light becomes convergent light. The curved surface shape of the reflection surface RFc is based on conditions such as the focal length of the reflection surfaces RFa and RFb, and the reflection surface RFc is smoothly connected to the reflection surfaces RFa and RFb. By setting the reflection surfaces RFa and RFb and the reflection surface RFc as described above, the light beam emitted from the light emission point EP shown in FIG. 2A and the like is reflected on the reflection surfaces RFa and RFb. In addition, the entire reflecting surface RF including the reflecting surface RFc is emitted from the
また、図2(B)等に示す平行化レンズ21bについては、凹面鏡22bの垂直断面PSの形状に対応した双曲型の曲面を有している。つまり、図3(B)等において、平行化レンズ21bの入射面ISは、上記した反射面RFbの形状に対応して双曲線となっており、平行化レンズ21bは、入射面ISでの屈折力により楕円の第2焦点F2と共通の焦点を有している。平行化レンズ21bのY方向(垂直方向)に関する双曲線についての具体的に適用可能な数値は、設置位置によって例えば円錐定数の値が−1.5〜−4.0の範囲であり、より具体的には円錐定数K=−2.5、近軸曲率半径r=8のものが上記の形状を有する凹面鏡22bに対応可能である。平行化レンズ21bの屈折率は、入射面IS等での屈折により、平行化レンズ21bの焦点と凹面鏡22bの第2焦点F2の焦点とが一致するように定められている。尚、平行化レンズ21bは、シリンドリカルレンズであり、X方向(水平方向)に関しては、屈折力のないものとなっている。上記のような光入射面ISを有する平行化レンズ21bによって、第2焦点F2に収束する光束を平行化することができる。ここで、既述のように、平行化レンズ21bは、X方向について一様なシリンドリカル形状を有しているので、レンズ面即ち入射面IS等の加工は比較的容易なものであり、平行化レンズ21bの作製は、例えば非球面レンズを作製するのに比較して非常に安価にできる。
Further, the
また、図5に示すように、第1レンズアレイ31は、12個の要素レンズ31aをX方向について4つ並べ、Y方向について3つ並べたマトリクス状に配置した構成となっている。つまり、第1レンズアレイ31は、各要素レンズ31aにより、入射する光束を、X方向については4つに分割し、Y方向については3つに分割している。なお、各要素レンズ31aは、液晶パネル51a,51b,51cの有効領域即ち投影画像の形状に略相似な矩形輪郭(例えばアスペクト比16:9)を有している。この際、図6に示すように、平行化レンズ21b或いは第1レンズアレイ31に入射する際の光束断面FFの形状は、アスペクト比が2:1以上の極端な横長の扁平(即ちX方向により長い長方形)となっている。ここで、第1レンズアレイ31の要素レンズ31aは、X方向の分割数を、偏光変換部材34のプリズムアレイを構成するプリズム要素PEに合わせる必要があるが、X方向の分割数については、その必要がない。分割数が多いと光の利用効率の低下を招く可能性がある。本実施形態の場合、光束断面FFの形状を扁平なものとすることで、要素レンズ31aのY方向についての分割数(3つ)をX方向の分割数(4つ)よりも少なくすることができる。これにより、光の利用効率の低下を抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 5, the
なお、光束断面FFの形状(アスペクト比)は、光源ユニットとの距離等により適宜調整可能である。図6に示す場合、発光管22aや副鏡23aの存在により、光束断面FFの中央部分に幾分影SDが形成されているが、例えば、光束を垂直断面について一旦集光した後に凸型のシリンドリカルレンズで平行化して第1レンズアレイ31に入射させるような位置関係で配置させてもよい。この場合、図6に示す場合と比較して光束断面FFの中央の影SDを弱めることができる。
The shape (aspect ratio) of the light beam cross section FF can be appropriately adjusted depending on the distance from the light source unit and the like. In the case shown in FIG. 6, due to the presence of the
また、図7(A)及び7(B)において変形例として示すように、平行化レンズ21bの形状を、光入射面IS側において双曲型のシリンドリカル非球面、光射出面ES側を円筒型のシリンドリカル球面とすることで、両面の屈折力によって光束を平行化するという構成にしてもよい。つまり、平行化レンズ21bでの屈折力を光入射面ISと光射出面ESとで分散させてもよい。
Further, as shown in FIGS. 7A and 7B as modifications, the shape of the
以上のように、本実施形態の照明装置10では、凹面鏡22bの反射面RFに関して、水平断面HSの断面形状が放物状の弧を描いていることで、光束をXZ面に関して平行光にすることができる。さらに、垂直断面PSの形状が楕円状の弧を描いていることで、光束をYZ面に関して収束光にすることができる。また、各断面HS,PS以外においても、光束をシステム光軸SAを含むXZ面について射影した形状が平行光となり、光束をシステム光軸SAを含むYZ面について射影した形状が収束光となるように設計されている。この際、垂直方向即ちY方向については、比較的光利用効率の高い傾向にある楕円型になっているため、両端をカットして凹面鏡22bの厚み寸法D(図2(B)、3(B)参照)を短くすることができる。これにより、光源ランプユニット20延いては照明装置10を簡易に薄型化することができる。また、水平方向即ちX方向については、光束が平行化されているので光束の幅を一定に保つことができる。従って、照明装置10は、楕円状の弧の調整等をするだけで、光束の断面形状のアスペクト比の調整が可能となり、上記のような装置の薄型化において、光学設計が比較的容易に行える。また、水平方向即ちX方向について光束が平行化されていることで、後段の平行化レンズ21bは、既述のようにシリンドリカル形状とすることができるので、作製容易で比較的安価なものになる。
As described above, in the illuminating
以下、図1に戻って、プロジェクター100全体の構成及び動作について説明する。照明装置10の光路下流側に位置する色分離導光部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、3つのフィールドレンズ43a,43b,43cと、リレーレンズ44a,44bとを備え、照明装置10から射出された照明光を赤(R)色、緑(G)色、及び青(B)色の3色に分離するとともに、各色光を後段の液晶ライトバルブ50a,50b,50cへ導く。より詳しく説明すると、まず、第1ダイクロイックミラー41aは、RGBの3色のうちR色の照明光LRを反射しG色及びB色の照明光LG,LBを透過させる。また、第2ダイクロイックミラー41bは、GBの2色のうちG色の照明光LGを反射しB色の照明光LBを透過させる。つまり、第1ダイクロイックミラー41aで反射された赤色光LRは、フィールドレンズ43aのある赤光路OP1に導かれ、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、フィールドレンズ43bのある緑光路OP2に導かれ、第2ダイクロイックミラー41bを通過した青色光LBは、フィールドレンズ43cのある青光路OP3に導かれる。各色用のフィールドレンズ43a,43b,43cは、第2レンズアレイ32から射出され重畳レンズ35を通過して光変調部50に入射する各部分光束が、各液晶ライトバルブ50a,50b,50cの被照射領域上において、システム光軸SAに対して適当な収束度又は発散度となるように入射角を調節している。
Hereinafter, the configuration and operation of the
光変調部50は、3色の照明光LR,LG,LBがそれぞれ入射する3つの液晶ライトバルブ50a,50b,50cを備える。各液晶ライトバルブ50a,50b,50cは、中央に配置される液晶パネル51a,51b,51cと、これを挟むように配置される光路上流側の入射側偏光フィルター52a,52b,52cと、光路下流側の射出側偏光フィルター53a,53b,53cとをそれぞれ備えている。各液晶ライトバルブ50a,50b,50cにそれぞれ入射した各色光LR,LG,LBは、各液晶ライトバルブ50a,50b,50c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、画素単位で強度変調される。なお、各液晶パネル51a,51b,51cは、いずれも透過型の液晶パネルであり、図示による説明を省略するが、透明電極等を有する光透過性の入射側基板と、画素電極等を有する光透過性の駆動基板と、入射側基板及び駆動基板間に密閉封入される液晶層とを備える。
The
色合成部60は、カラー画像を合成するためのクロスダイクロイックプリズムであり、その内部には、R光反射用の第1ダイクロイック膜61と、B光反射用の第2ダイクロイック膜62とが、平面視X字状に配置されている。この色合成部60は、液晶ライトバルブ50aからの赤色光LRを第1ダイクロイック膜61で反射して進行方向右側に射出させ、液晶ライトバルブ50bからの緑色光LGを両ダイクロイック膜61,62を介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ50cからの青色光LBを第2ダイクロイック膜62で反射して進行方向左側に射出させる。
The color synthesizing unit 60 is a cross dichroic prism for synthesizing a color image, and includes a first
投射光学系70は、投射レンズとして、色合成部60で合成された画像光をスクリーン(不図示)上にカラー画像として投射する。
The projection
本実施形態のプロジェクター100は、水平断面HSが放物形状で垂直断面PSが楕円形状の反射面RFを有し、照明光の平行化の簡易性を確保しつつ薄型化が可能な照明装置10を用いることで、全体としても薄型化を図ることができる。つまり、既述のように、照明装置10は、凹面鏡22bを垂直方向に対応するY方向について簡易に薄型化できるので、プロジェクター100全体としてもこのY方向について薄くすることができる。
The
〔第2実施形態〕
以下、図8(A)及び8(B)を参照して、本発明の第2実施形態に係る照明装置等について説明する。なお、本実形態に係る照明装置は、図1に示す照明装置10の変形例であり、副鏡の構造を除いて同様であるので、照明装置のランプ部のみ図示し、他の光学要素については、特に説明をしない限り照明装置10の場合と同様の機能を有するものとし、図示及び説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, with reference to FIG. 8 (A) and 8 (B), the illuminating device etc. which concern on 2nd Embodiment of this invention are demonstrated. The illumination device according to the present embodiment is a modification of the
図8(A)及び図8(B)に示すように、本実施形態に係る照明装置110において、副鏡123aは、管球部PBのY軸まわりの側面のうち+Z方向から+X方向にかけての領域を覆う第1部分28aと、上記側面のうち+Z方向から−X方向にかけての領域を覆う第2部分28bとを備え、各部分28a,28bは、球面の反射面RRを内側に有している。第1部分28aは、管球部PBを挟んで水平断面HSの−X側の反射面RFa及びその周辺の反射面に対向するように配置され、第2部分28bは、管球部PBを挟んで水平断面HSの+X側の反射面RFa及びその周辺の反射面に対向するように配置される。結果的に、副鏡123aは、管球部PBを+Z方向から±Y方向にかけて覆っておらず、垂直断面PSの反射面RFb及びその周辺の反射面に対応する領域は実質的に形成されていないことになる。つまり、副鏡123aは、システム光軸SAを含むXZ面に対応する領域にシステム光軸SAを含むYZ面に対応する領域よりも広がる反射面を有するものとなっている。これにより、副鏡123aは、水平断面HSの反射面RFa及びその周辺の反射面における光の利用効率を、垂直断面PSの反射面RFb及びその周辺の反射面における光の利用効率よりも、優先的に高めるものとなっている。放物状の弧を描く水平断面HSの反射面RFa側では、楕円状の弧を描く垂直断面PSの反射面RFb側よりも比較的光の取り込み率が下がる傾向にあるので、これを補う方向に副鏡123aの反射を増加させて、照明光の均一性を高めている。
As shown in FIGS. 8A and 8B, in the
なお、照明装置110は、照明装置10と同様に、プロジェクター100に組み付けることができる。照明装置110も照明装置10と同様の薄型化が可能であるので、照明装置110を組み付けたプロジェクター100も薄型化が可能である。
Note that the
〔第3実施形態〕
以下、図9(A)及び9(B)を参照して、本発明の第3実施形態に係る照明装置等について説明する。なお、本実形態に係る照明装置は、図1に示す照明装置10等の変形例であり、副鏡の構造を除いて同様であるので、照明装置のランプ部のみ図示し、他の光学要素については、特に説明をしない限り照明装置10の場合と同様の機能を有するものとし、図示及び説明を省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, with reference to FIG. 9 (A) and 9 (B), the illuminating device etc. which concern on 3rd Embodiment of this invention are demonstrated. The illumination device according to the present embodiment is a modification of the
図9(A)及び9(B)に示すように、本実施形態に係る照明装置210において、副鏡223aは、発光管22aの光透過部分である管球部PBの一部を直接コートすることにより形成されている。つまり、管球部PBの表面のうち凹面鏡22bの反対側略半分に誘電体多層膜の蒸着等により反射面を形成することにより副鏡223aとしている。この場合、比較的簡易に副鏡123aを作製することができる。
As shown in FIGS. 9A and 9B, in the
また、他の一例として、図10(A)及び10(B)に示す照明装置310のように、管球部PBの一部を直接コートして副鏡323aをするにあたり、比較的光の取り込み率が低い放物状の弧を描く水平断面HSの反射面RFa及びその周辺の反射面に対応させてコートしてもよい。即ち、図8(A)及び8(B)の場合と同様に、反射面RFa及びその周辺の反射面に対応してこれに対向するように副鏡323aを形成することで、放物状の面における光の利用効率を優先的に高めることができるものとしてもよい。
Further, as another example, as in the
なお、照明装置210,310は、照明装置10と同様に、プロジェクター100に組み付けることができる。照明装置210,310も照明装置10等と同様の薄型化が可能であるので、照明装置210,310を組み付けたプロジェクター100も薄型化が可能である。
The
以上各実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments.
まず、本実施形態の場合、いずれも極端に扁平な光束断面FFを有する光束即ちシート光束を比較的作りやすく、例えば、当該シート光束をアスペクト比1:3(あるいはそれ以上)とすることも可能である。 First, in the case of this embodiment, a light beam having an extremely flat light beam cross section FF, that is, a sheet light beam can be relatively easily produced. For example, the sheet light beam can have an aspect ratio of 1: 3 (or higher). It is.
また、上記各実施形態では、いずれも副鏡を用いているが、副鏡を有しない構成も可能である。この場合、水平方向については、反射面RFaを大きくとることが望ましい。なお、水平方向について反射面RFaが大きくとっても装置の薄型化に直接には影響しないので、照明装置やプロジェクターの薄型化は妨げられない。 In each of the above embodiments, the secondary mirror is used, but a configuration without the secondary mirror is also possible. In this case, it is desirable to make the reflecting surface RFa large in the horizontal direction. Note that even if the reflecting surface RFa is large in the horizontal direction, it does not directly affect the thinning of the device, so that the thinning of the lighting device and the projector is not hindered.
また、上記各実施形態では、いずれも水平断面HSの形状を放物状、垂直断面PSの形状を楕円状としているが、逆に、水平断面HSの形状を楕円状とし、垂直断面PSの形状を放物状としてもよい。例えば、縦置き型のプロジェクターについては、水平断面HSの形状を楕円状とし、垂直断面PSの形状を放物状とすることで、上記と同様の薄型化を図ることができる。 In each of the above embodiments, the horizontal section HS has a parabolic shape and the vertical section PS has an elliptical shape. Conversely, the horizontal section HS has an elliptical shape, and the vertical section PS has a vertical shape. May be parabolic. For example, for a vertical projector, the horizontal section HS can be made elliptical, and the vertical section PS can be made parabolic.
また、第1実施形態に例示したプロジェクター100は、インテグレータ光学系として一対のレンズアレイ31,32を用いた構成としているが、本発明に係る照明装置は、ロッドインテグレータを用いるタイプのプロジェクターにおいても、適用可能であり、同様にしてプロジェクター全体の薄型化を図ることができる。
In addition, the
また、上記実施形態では、透過型の液晶ライトバルブ50a,50b,50cを備えるプロジェクター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、反射型の液晶ライトバルブを備えるプロジェクターにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、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。
In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a projector including the transmissive liquid
また、プロジェクターとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面投射型のプロジェクターと、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投射型のプロジェクターとがあるが、図1等に示すプロジェクターの構成は、いずれにも適用可能である。 Moreover, as a projector, there are a front projection type projector that projects an image from the direction of observing the projection surface and a rear projection type projector that projects an image from the side opposite to the direction of observing the projection surface. The configuration of the projector shown in 1 etc. can be applied to any of them.
10,110,210,310…照明装置、 20…光源ランプユニット、 21a…ランプ部、 21b…平行化レンズ、 22a…発光管、 22b…凹面鏡、 RF,RFa,RFb,RFc…反射面、 23a…副鏡、 30…均一化光学系、 40…色分離導光部、 50…光変調部、 50a,50b,50c…液晶ライトバルブ、 51a,51b,51c…液晶パネル、 60…色合成部、 70…投射光学系、 100…プロジェクター、 HS…水平断面、 PS…垂直断面、 SA…システム光軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,110,210,310 ... Illuminating
Claims (11)
システム光軸を含んで互いに垂直に交わる2平面によって切り取られる形状のうち、一方の平面で切り取られる形状が前記発光管の電極間中心を焦点とする放物状の弧を描くとともに、他方の平面で切り取られる形状が前記放物状の弧の焦点を第1焦点とする楕円状の弧を描く非回転対称形状を有する反射面を備え、当該反射面で前記発光管からの光を反射して照明光を射出するアナモフィック型の反射鏡と、
を備える照明装置。 An arc tube for generating light;
Of the shapes cut by two planes perpendicular to each other including the system optical axis, the shape cut by one plane draws a parabolic arc focusing on the center between the electrodes of the arc tube and the other plane. A reflecting surface having a non-rotationally symmetric shape that draws an elliptical arc whose first focal point is the focal point of the parabolic arc, and reflects light from the arc tube on the reflecting surface. An anamorphic reflector that emits illumination light;
A lighting device comprising:
システム光軸を含んで互いに垂直に交わる2平面のうち、一方の平面に垂直な方向から見て前記発光管からの光束を平行光とするように反射し、他方の平面に垂直な方向から見て前記発光管からの光束を収束光とするように反射する反射面を有する反射鏡と、
を備える照明装置。 An arc tube for generating light;
Of the two planes perpendicular to each other including the system optical axis, the luminous flux from the arc tube is reflected as parallel light when viewed from the direction perpendicular to one plane, and viewed from the direction perpendicular to the other plane. A reflecting mirror having a reflecting surface for reflecting the luminous flux from the arc tube as convergent light;
A lighting device comprising:
前記照明装置から射出された光束によって照明される光変調装置と、
前記光変調装置から射出された光束を投射する投射光学系と、
を備えるプロジェクター。 The lighting device according to any one of claims 1 to 10,
A light modulation device illuminated by a light beam emitted from the illumination device;
A projection optical system for projecting a light beam emitted from the light modulation device;
A projector comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009275226A JP2011119118A (en) | 2009-12-03 | 2009-12-03 | Lighting device and projector |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2018120111A (en) * | 2017-01-26 | 2018-08-02 | セイコーエプソン株式会社 | Lighting system and projector |
-
2009
- 2009-12-03 JP JP2009275226A patent/JP2011119118A/en not_active Withdrawn
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