JP3823363B2 - 光源装置及び投影装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶プロジェクタなどの画像投影装置に用いられる光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像投影装置には、光源からの光を照射面である液晶表示パネルに照射し、この液晶表示パネルに表示された画像を投影レンズでスクリーンに拡大投影する液晶プロジェクタがある。
この液晶プロジェクタの光源装置は、光源からの光をリフレクタによって液晶表示パネルに向けて反射するものであり、例えば図１６（ａ）に示すようにリフレクタ１の反射面を放物曲面で形成した構造のもの、あるいは図１６（ｂ）に示すようにリフレクタ１の反射面を楕円曲面で形成した構造のものなどがある。
図１６（ａ）に示された放物曲面のリフレクタ１を用いた光源装置は、光軸２上におけるリフレクタ１の焦点位置もしくはその焦点位置付近に点状の光源３を配置し、この光源３からの光を前方に配置された液晶表示パネル４に集光させる構造になっている。
また、図１６（ｂ）に示された楕円曲面のリフレクタ１を用いた光源装置は、光軸２上におけるリフレクタ１の焦点位置、つまり楕円の一方の焦点位置に点状の光源３を配置し、この光源３からの光をリフレクタ１で反射して楕円の他方の焦点位置に収束させ、この他方の焦点位置に収束した光を前方に配置された集光レンズ５によって液晶表示パネル４に集光させる構造になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示されたいずれの構造の光源装置においても、リフレクタ１の中心部で反射された光が液晶表示パネル４の中心部に照射され、リフレクタ１の周辺部で反射された光が液晶表示パネル４の周辺部に照射される構造なっており、しかも点状の光源３からの光がリフレクタ１の反射面に入射するときに、光の入射角が反射面の中心部と周辺部とで大きく異なり、中心部ほど光線が密になるため、液晶表示パネル４に照射される光量は中心部が多く、周辺部が少なくなり、この結果、液晶表示パネル４の中心部と周辺部とで照度差が生じるという問題がある。
この発明の課題は、照射面の中心部と周辺部とで照度差が生じるのを防ぎ、照射面での照度分布をほぼ均一化することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１における光源装置と、請求項６に記載の投影装置は、第１焦点位置に配置された光源からの光を反射させ、反射光を前記第１焦点位置とは異なる第２焦点位置に収束させた後に照射面を照射するリフレクタを備えた光源装置において、前記リフレクタの反射面は前記第１焦点位置が共通で且つ曲率半径が異なる複数の曲面で形成されており、前記複数の曲面は、前記第２焦点位置が前記照射面側のそれぞれ異なった位置にあり且つ前記第２焦点位置を通った反射光がそれぞれ前記照射面全体を照射させる様に形成されていることを特徴とするもので、光源からの光を曲率半径が異なる複数の曲面で反射させ、それぞれの曲面の反射光がそれぞれ前記照射面全体を照射させる様に構成したので、照射面での照度分布をほぼ均一化させることが出来る。
【０００５】
また、請求項２記載の光源装置は、前記リフレクタの反射面が、正面から見て前記複数の曲面が同心円状に形成されているようにしたことを特徴とする。
【０００６】
更に、請求項３の発明は、前記リフレクタの前記照射面側に、前記複数の曲面に対応する複数のレンズ部が同心円状に形成された集光レンズが配置されていることを特徴とする。
更に、請求項４の発明は、リフレクタの照射面側は、正面から見て複数の曲面が縦横にマトリックス状に配列形成された構造としたことを特徴とする。
更に、請求項５の発明は、リフレクタの照射面側に、リフレクタの複数の曲面に対応する複数のレンズ部が形成された集光レンズが配置されていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、図１〜図５を参照して、この発明を液晶プロジェクタに適用した光源装置の第１実施形態について説明する。
図１は液晶プロジェクタの概略構成図である。この図において、１０は光源装置であり、リフレクタ１１の焦点位置に点状の光源１２を配置した構造になっている。リフレクタ１１は、光源１２からの光を前方（反射側）に配置された液晶表示パネル１３に向けて反射するものである。液晶表示パネル１３は、電気光学的に画像を表示するものであり、一対の透明な電極基板間に液晶を封入し、電極基板の外面にそれぞれ偏光板を設けた構造になっている。この液晶表示パネル１３は、その中心が光軸１４に一致した状態で光軸１４に対し垂直に配置されている。この液晶表示パネル１３の出射側には、液晶表示パネル１３に表示された画像をスクリーン１５に拡大投影する投影レンズ１６が配置されている。
【０００８】
光源装置１０のリフレクタ１１は、図２〜図４に示すように、その中心に光源１２が挿入する貫通孔１９が設けられ、光源１２からの光を反射する反射面が２つの楕円曲面２０、２１で形成された構造になっている。この２つの楕円曲面２０、２１は、それぞれ焦点位置が光軸１４上の共通位置にあり、かつ曲率半径が異なる楕円状の曲面であり、図３に示すように、液晶表示パネル１３側の正面から見て同心円状に連続して形成されている。すなわち、中心側に位置する第１楕円曲面２０は、図２および図４に１点鎖線で示す楕円の一部であり、第１焦点Ｆ0と第２焦点（第１楕円曲面２０の仮想楕円の焦点）Ｆ1とを有し、第１焦点Ｆ0の位置に点状の光源１２が配置されている。したがって、この第１楕円曲面２０は、光源１２からの光を反射すると、その反射光をすべて第２焦点Ｆ1を通して液晶表示パネル１３の照射面全体に亘って照射する。また、周辺部側に位置する第２楕円曲面２１は、図２および図４に点線で示す楕円、つまり第１楕円曲面２０の楕円と同じであるが、傾きが異なる楕円の一部であり、第１焦点Ｆ0と第２焦点（第２楕円曲面２１の仮想楕円の焦点）Ｆ2とを有し、第１焦点Ｆ0が第１楕円曲面２０と共通位置にある。したがって、この第２楕円曲面２１は、光源１２からの光を反射すると、その反射光をすべて第２焦点Ｆ2を通して液晶表示パネル１３の照射面全体に亘って照射する。
【０００９】
このような光源装置１０では、光源１２からの光がリフレクタ１１に照射されると、このリフレクタ１１の各楕円曲面２０、２１ごとに光源１２からの光を分割して反射し、この反射光が図５に示す光路を経て液晶表示パネル１３に照射されることになる。すなわち、点状の光源１２がリフレクタ１１の共通の第１焦点Ｆ0に配置されているので、光源１２から発生した光のうち、リフレクタ１１の第１楕円曲面２０に照射された光は、この第１楕円曲面２０で反射されると、その反射光がすべて第２焦点Ｆ1を通って液晶表示パネル１３の照射面全体に亘って照射される。また、第２楕円曲面２１に照射された光は、この第２楕円曲面２１で反射されると、その反射光がすべて第２焦点Ｆ2を通って液晶表示パネル１３の照射面全体に亘って照射される。
【００１０】
したがって、この光源装置１０では、光源１２からの光をリフレクタ１１の各楕円曲面２０、２１でそれぞれ分割して反射するとともに、各楕円曲面２０、２１によって反射した光をそれぞれ液晶表示パネル１３の照射面上で重畳させることができ、このためリフレクタ１１の中心部側での反射光が液晶表示パネル１３の中心部に集中せず、またリフレクタ１１の周辺部側での反射光が液晶表示パネル１３の周辺部に集中することがないので、図５に示すように、液晶表示パネル１３の中心部と周辺部とで照度差が生じることがなく、液晶表示パネル１３の照射面での照度分布をほぼ均一化することができる。
【００１１】
なお、上記第１実施形態では、リフレクタ１１の反射面を２つの楕円曲面２０、２１で形成したが、これに限らず、３つ以上の楕円曲面を同心円状に連続させて配列形成しても良く、また反射面の曲面は必ずしも楕円曲面である必要はなく、例えば２つ以上の放物曲面を同心円状に連続させて形成したものでも良い。この場合にも、各放物曲面の焦点位置が光軸１４上の共通位置にあり、各放物曲面はそれぞれ曲率半径が異なり、各放物曲面での反射光をそれぞれ液晶表示パネル１３の照射面全体に照射する構造であれば良い。
【００１２】
［第２実施形態］
次に、図６および図７を参照して、この発明の光源装置の第２実施形態について説明する。なお、図１〜図５に示された第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この光源装置２５は、２つの楕円曲面２０、２１からなるリフレクタ１１の前方（反射側）に集光レンズ２６を配置し、この集光レンズ２６でリフレクタ１１からの反射光を液晶表示パネル１３に集光させる構造になっている。集光レンズ２６は、第１楕円曲面２０に対応する第１凸レンズ部２７、第２楕円曲面２１に対応する第２凸レンズ部２８、およびリフレクタ１１の中心部の貫通孔１９に対応する第３凸レンズ部２９が出射面に同心円状に形成され、中心部の第３凸レンズ部２９の中心が光軸１４上に位置し、かつ第１、第２凸レンズ２７、２８の各中心が第１、第２楕円曲面２０、２１の各第２焦点Ｆ1、Ｆ2に位置した状態で、光軸１４に対し垂直に配置されている。なお、集光レンズ２６の入射面は平面に形成されている。また、この第２実施形態の光源３０は第１、第２楕円曲面２０、２１の共通な第１焦点Ｆ0を中心に光軸１４に沿って幅のあるアーク状の光源である。
【００１３】
このような光源装置２５では、アーク状の光源３０から発生した光のうち、第１焦点Ｆ0上に位置するアーク状の光源３０の中心で発生した光は、第１実施形態と同様、リフレクタ１１の第１、第２楕円曲面２０、２１でそれぞれ分割されて反射され、この反射光がそれぞれ集光レンズ２６の第１、第２凸レンズ部２７、２８の各中心、つまり第２焦点Ｆ1、Ｆ2を通って液晶表示パネル１３の照射面全体に亘って照射される。一方、アーク状の光源３０の両端部から発生した光、つまり第１焦点Ｆ0から離れた位置で発生した光は、第１、第２楕円曲面２０、２１でそれぞれ反射され、この反射光がそれぞれ集光レンズ２６の第１、第２凸レンズ部２７、２８に入射する。このときには、各楕円曲面２０、２１で反射された光は各第２焦点Ｆ1、Ｆ2から離れた位置を通ることになるが、集光レンズ２６の第１、第２凸レンズ部２７、２８に入射するので、第１、第２凸レンズ部２７、２８によってそれぞれ液晶表示パネル１３の照射面に集光されることになる。
【００１４】
したがって、この光源装置２５では、リフレクタ１１の第１焦点Ｆ0から離れた位置においても光を発生するアーク状の光源３０を用いても、第１、第２楕円曲面２０、２１でそれぞれ反射された光を集光レンズ２６の各凸レンズ部２７〜２９によって集光させることにより、それぞれ液晶表示パネル１３の照射面上で重畳させることができ、このため液晶表示パネル１３の中心部と周辺部とで照度差が生じることがなく、液晶表示パネル１３の照射面での照度分布をほぼ均一化することができるほか、特に、光源３０からの光を無駄なく有効に液晶表示パネル１３の照射面に照射させることができる。
【００１５】
［第３実施形態］
次に、図８〜図１１を参照して、この発明の光源装置の第３実施形態について説明する。この場合には、図６〜図７に示された第２実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この光源装置３５は、リフレクタ３６の反射面を複数の楕円曲面３７〜４１で形成し、このリフレクタ３６の焦点位置にアーク状の光源３０を配置し、光源３０からの光をリフレクタ３６で反射し、この反射光をリフレクタ３６の前方（反射側）に配置された集光レンズ４２によって液晶表示パネル１３に集光させる構造になっている。
【００１６】
リフレクタ３６は、図８〜図１０に示すように、その中心部にアーク状の光源３０が挿入する貫通孔４３が設けられ、光源３０からの光を反射する反射面が５種類の楕円曲面３７〜４１で形成された構造になっている。この５種類の楕円曲面３７〜４１は、それぞれ焦点位置が光軸１４上の共通位置にあり、かつ曲率半径がそれぞれ異なる楕円の一部の曲面であり、図９に示すように、液晶表示パネル１３側の正面から見て、それぞれ縦横比が３：４の長方形状をなし、縦横にマトリックス状に連続して配列形成されている。すなわち、中心部は長方形状の貫通孔４３であり、この貫通孔４３の上下両側にはそれぞれ２つの第１楕円曲面３７が形成され、貫通孔４３の左右両側にはそれぞれ２つの第２楕円曲面３８が形成され、第１楕円曲面３７の左右で、かつ第２楕円曲面３８の上下にはそれぞれ４つの第３楕円曲面３９が形成され、第１楕円曲面３７の上下にはそれぞれ２つの第４楕円曲面４０が形成され、さらに第４楕円曲面４０の左右両側にはそれぞれ４つの第５楕円曲面４１が形成されている。そして、これら第１〜第５の各楕円曲面３７〜４１は、各第１焦点Ｆ0がすべて共通位置にあり、各第２焦点Ｆ1〜Ｆ5が光軸１４に対し垂直な面、つまり集光レンズ４２内のそれぞれ異なる位置に設置された構造になっている。
【００１７】
集光レンズ４２は、第１〜第５の各楕円曲面３７〜４１にそれぞれ対応する第１〜第５の各凸レンズ部４４〜４８、およびリフレクタ３６の中心部の貫通孔４３に対応する第６凸レンズ部４９が出射面に縦横マトリックス状に配列形成され、その中心部の第６凸レンズ部４９の中心が光軸１４上に位置し、かつ各凸レンズ部４４〜４８の各中心が第１〜第５の各楕円曲面３７〜４１の各第２焦点Ｆ1〜Ｆ5と一致した状態で、光軸１４に対し垂直に配置された構造になっている。すなわち、中心部の第６凸レンズ部４９の上下両側に位置する２つの第１凸レンズ部４４は、それぞれ第１楕円曲面３７に対応し、その各中心が第１楕円曲面３７の各第２焦点Ｆ1と一致しており、第６凸レンズ部４９の左右両側に位置する２つの第２凸レンズ部４５は、それぞれ第２楕円曲面３８に対応し、その各中心が第２楕円曲面３８の各第２焦点Ｆ2と一致しており、第１凸レンズ部４４の左右で、かつ第２凸レンズ部４５の上下に位置する４つの第３凸レンズ部４６は、それぞれ第３楕円曲面３９に対応し、その各中心が第３楕円曲面３９の各第２焦点Ｆ3と一致しており、第１凸レンズ部４４の上下に位置する２つの第４凸レンズ部４７は、それぞれ第４楕円曲面４０に対応し、その各中心が第４楕円曲面４０の各第２焦点Ｆ4と一致しており、さらに第４凸レンズ部４７の左右で、かつ第３凸レンズ部４６の上下に位置する４つの第５凸レンズ部４８は、それぞれ第５楕円曲面４１に対応し、その各中心が第５楕円曲面４１の各第２焦点Ｆ5と一致している。なお、この集光レンズ４２の入射面は平面に形成されている。
【００１８】
このような光源装置３５では、アーク状の光源３０から発生した光が図８に示す光路を経て液晶表示パネル１３に照射されることになる。すなわち、光源３０から発生した光のうち、リフレクタ３６の第１焦点Ｆ0上に位置するアーク状の光源３０の中心部から発生した光は、第２実施形態と同様、第１〜第５の各楕円曲面３７〜４１でそれぞれ分割されて反射され、これらの反射光がそれぞれ集光レンズ４２の各凸レンズ部４４〜４８の中心、つまり各第２焦点Ｆ1〜Ｆ5を通って液晶表示パネル１３の照射面全体に亘って照射される。また、アーク状の光源３０の両端部から発生した光、つまり第１焦点Ｆ0から離れた位置で発生した光は、第１〜第５楕円曲面３７〜４１でそれぞれ反射され、これらの反射光が集光レンズ４２の各凸レンズ部４４〜４８に入射し、これら各凸レンズ部４４〜４８によってそれぞれ集光されて液晶表示パネル１３の照射面全体に亘って照射される。
【００１９】
したがって、この光源装置３５では、第２実施形態と同様、リフレクタ３６の第１焦点Ｆ0から離れた位置においても光を発生するアーク状の光源３０を用いても、第１〜第５の各楕円曲面３７〜４１でそれぞれ反射された光を集光レンズ２６の各凸レンズ部４４〜４９によって集光させることにより、各楕円曲面３７〜４１によって反射された光をそれぞれ液晶表示パネル１３の照射面上で重畳させることができ、このため液晶表示パネル１３の中心部と周辺部とで照度差が生じることがなく、液晶表示パネル１３の照射面での照度分布をほぼ均一化することができるほか、特に、光源３０からの光を液晶表示パネル１３側から見て縦横３：４の長方形状のブロックに分割したことにより、液晶表示パネル１３の照射面と同じ比率の長方形となるため、円形状の楕円曲面に比べて照射ロスが少なくなり、光源３０からの光を非常に効率良く液晶表示パネル１３の照射面に照射させることができる。
【００２０】
［第４実施形態］
次に、図１２および図１３を参照して、この発明の光源装置の第４実施形態について説明する。図１〜図５に示された第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この光源装置５０は、図１２に示すように、リフレクタ５１の焦点位置に球状の光源５２を配置し、リフレクタ５１の前方（反射側）に単レンズ５３を配置し、光源５２からの光をリフレクタ５１で反射し、その反射光を単レンズ５３によって液晶表示パネル１３に照射させる構造になっている。リフレクタ５１は、その反射面が連続する１つの放物曲面に形成され、その焦点位置に光源５２が配置され、光源５２の光を光軸１４に平行な光線として反射する構造になっている。光源５２は、発光点から発生した光がランプ表面のいたる所で拡散する特殊なフロスト処理を施した球状の光源である。また、単レンズ５３は、リフレクタ５１で反射された光のうち、リフレクタ５１の中心部で反射された光を液晶表示パネル１３に向けて拡散する拡散レンズ部５４と、リフレクタ５１の周辺部で反射された光を液晶表示パネル１３に向けて集光する集光レンズ部５５とを同心円状に一体に形成した構造になっている。この場合、拡散レンズ部５４は図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように光軸１４を中心にリング状に形成された凹レンズであり、集光レンズ部５５は拡散レンズ部５４の周囲にリング状に形成された凸レンズである。そして、単レンズ５３は、その光源側の入射面が平面に形成され、液晶表示パネル１３側の出射面が凹面および凸面に形成されている。
【００２１】
このような光源装置５０では、光源５２からの光がリフレクタ５１で光軸１４に平行な光として反射されると、リフレクタ５１の中心部で反射された光と周辺部で反射された光と密度が異なり、中心部での反射光の密度が高いが、この中心部で反射された光は単レンズ５３の中心部の拡散レンズ部５４に入射し、この拡散レンズ部５４によって液晶表示パネル１３に向けて拡散され、リフレクタ５１の周辺部で反射された光は集光レンズ部５５に入射し、この集光レンズ部５５によって液晶表示パネル１３に向けて集光されることになる。
したがって、この光源装置５０では、リフレクタ５１で反射された光のうち、中心部での反射光と周辺部での反射光の密度が異なっていても、中心部の反射光が単レンズ５３の拡散レンズ部５４によって拡散され、周辺部の反射光が単レンズ５３の集光レンズ部５５によって集光されるので、液晶表示パネル１３の中心部と周辺部とで照度差が生じないように緩和され、液晶表示パネル１３の照射面での照度分布をほぼ均一化することができる。
【００２２】
なお、上記第４実施形態では、光源として、発光点から発生した光がランプ表面のいたる所で拡散する特殊なフロスト処理を施した球状の光源５２を用いた場合について述べたが、これに限らず、点状の光源１２あるいはアーク状の光源３０などを用いても良い。
また、上記第４実施形態では、リフレクタ５１の反射面を放物曲面で形成した場合について述べたが、これに限らず、楕円曲面で形成された場合にも適用することができる。
【００２３】
［第５実施形態］
次に、図１４および図１５を参照して、この発明の光源装置の第５実施形態について説明する。図１２〜図１３に示された第４実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この光源装置６０は、図１４に示すように、リフレクタ５１の焦点位置に点状の光源１２を配置し、リフレクタ５１の前方（反射側）に複合レンズ６１を配置し、この複合レンズ６１の前方（出射側）に補助レンズ６２を配置し、光源１２からの光をリフレクタ５１で反射し、その反射光を複合レンズ６１および補助レンズ６２で液晶表示パネル１３に集光させる構造になっている。この場合、リフレクタ５１は、第４実施形態と同様、その反射面が連続する１つの放物面に形成され、その焦点位置に光源１２が配置され、光源１２の光を光軸１４に平行な光線として反射する構造になっている。
【００２４】
複合レンズ６１は、リフレクタ５１の中心部で反射された光と周辺部で反射された光を分光する第１レンズ６３と、第１レンズ６３で分光された光をそれぞれ液晶表示パネル１３に向けて集光する第２レンズ６４とからなっている。第１レンズ６３は、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、リフレクタ５１の中心部に対応する凸レンズ部６５と、リフレクタ５１の周辺部に対応する凸レンズ部６６とが出射面に同心円状に形成され、中心部の凸レンズ部６５の中心が光軸１４上に位置した状態で、光軸１４に対し垂直に配置されている。第２レンズ６４は、第１レンズ６３の中心部の凸レンズ部６５に対応する凸レンズ部６７と、第１レンズ６３の周辺部の凸レンズ部６６に対応する凸レンズ部６８とが入射面に同心円状に形成され、中心部の凸レンズ部６７の中心が光軸１４上に位置し、かつ各凸レンズ部６７、６８の中心が第１レンズ６３の各凸レンズ６５、６６の各焦点位置に一致した状態で、光軸１４に対し垂直に配置されている。
なお、補助レンズ６２は、第２レンズ６４から出射された光を液晶表示パネル１３の照射面に集光させるものであり、液晶表示パネル１３に凸面を向けた平凸レンズからなり、その中心が光軸１４上に位置した状態で、光軸１４に対し垂直に配置されている。
【００２５】
このような光源装置６０では、光源１２からの光がリフレクタ５１で光軸１４に平行な光として反射されると、リフレクタ５１の中心部で反射された光と周辺部で反射された光と密度が異なり、中心部での反射光の密度が高いが、この中心部で反射された光は第１レンズ６３の中心部の凸レンズ部６５に入射し、周辺部で反射された光は第１レンズ６３の周辺部の凸レンズ部６６に入射することになり、各凸レンズ部６５、６６によってそれぞれ分光される。そして、分光された光のうち、中心部の凸レンズ部６５で分光された光は第２レンズ６４の中心部の凸レンズ部６７に入射し、周辺部の凸レンズ部６６で分光された光は第２レンズ６４の周辺部の凸レンズ部６８に入射し、各凸レンズ部６７、６８によって液晶表示パネル１３に向けて集光されることになる。すなわち、この第２レンズ６４では、第１レンズ６３で分光された中心部の光と周辺部の光をそれぞれ凸レンズ部６７、６８によって液晶表示パネル１３の照射面に向けて集光する。そして、第２レンズ６４でそれぞれ集光された中心部の光と周辺部の光は、補助レンズ６２によってそれぞれ液晶表示パネル１３の照射面に照射される。
【００２６】
したがって、この光源装置６０では、リフレクタ５１の中心部で反射された光と周辺部で反射された光の密度が異なっていても、リフレクタ５１からの反射光を第１レンズ６３の各凸レンズ部６５、６６によって中心部と周辺部とに分光し、分光された光を第２レンズ６４の各凸レンズ部６７、６８で液晶表示パネル１３に向けて集光させ、補助レンズ６２を介して液晶表示パネル１３の照射面に照射させるので、中心部の光と周辺部の光をそれぞれ液晶表示パネル１３の照射面上で重畳させることができ、このためリフレクタ５１の中心部側での反射光が液晶表示パネル１３の中心部に集中せず、またリフレクタ５１の周辺部側での反射光が液晶表示パネル１３の周辺部に集中することがないので、液晶表示パネル１３の中心部と周辺部とで照度差が生じることがなく、液晶表示パネル１３の照射面での照度分布をほぼ均一化することができる。
【００２７】
なお、上記第５実施形態では、第２レンズ６４の出射側に補助レンズ６２を配置したが、第１レンズ６３で分光された中心部と周辺部の各光を第２レンズ６４によって液晶表示パネル１３の照射面にそれぞれ集光させるようにしても良い。このようにすれば、補助レンズ６２を用いる必要がない。
また、上記第５実施形態では、第１、第２レンズ６３、６４の各凸レンズ６５〜６８をそれぞれ同心円状に形成したが、これに限らず、例えば、複数の長方形状の凸レンズ部が縦横にマトリックス状に連続して配列形成された第１レンズと、第１レンズの各凸レンズ部に対応する複数の長方形状の凸レンズ部が縦横にマトリックス状に連続して配列形成された第２レンズとを備え、この第２レンズを第１レンズの焦点位置に配置するようにしても良い。このようにしても、第５実施形態と同様の作用効果があることは言うまでもない。
また、上記第５実施形態では、光源として点状の光源１２を用いた場合について述べたが、これに限らず、アーク状の光源３０あるいは特殊なフロスト処理を施した球状の光源５２などを用いても良い。
さらに、上記第５実施形態では、リフレクタ５１の反射面が放物曲面で形成された場合について述べたが、これに限らず、楕円曲面で形成された場合にも適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、リフレクタの反射面を焦点位置が共通で曲率半径が異なる複数の曲面で形成し、このリフレクタの複数の曲面がそれぞれ光源からの光を照射面に向けて反射するので、複数の曲面によって光源からの光を分割して反射し、各曲面で反射された光をそれぞれ照射面上で重畳することができ、このためリフレクタの中心部での反射光が照射面の中心部に集中せず、またリフレクタの周辺部での反射光が照射面の周辺部に集中することがないので、照射面の中心部と周辺部とで照度差が生じることがなく、照射面での照度分布をほぼ均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を液晶プロジェクタに適用した光源装置の第１実施形態の概略構成図。
【図２】図１の光源装置の原理図。
【図３】図２の光源装置のリフレクタを液晶表示パネル側から見た正面図。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図。
【図５】図２の光源装置において、光源からの光がリフレクタによって液晶表示パネルに照射される光路状態を示した図。
【図６】この発明の光源装置の第２実施形態を示した原理図。
【図７】図６の集光レンズを示し、（ａ）はその集光レンズを液晶表示パネル側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図８】この発明の光源装置の第３実施形態を示した原理図。
【図９】図８のリフレクタを液晶表示パネル側から見た正面図。
【図１０】図９のＣ−Ｃ断面図。
【図１１】図８の集光レンズを示し、（ａ）はその集光レンズを液晶表示パネル側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図。
【図１２】この発明の光源装置の第４実施形態を示した原理図。
【図１３】図１２の単レンズを示し、（ａ）はその単レンズを液晶表示パネル側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図。
【図１４】この発明の光源装置の第５実施形態を示した原理図。
【図１５】図１４の第１レンズを示し、（ａ）はその第１レンズを液晶表示パネル側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図。
【図１６】従来の光源装置を示し、（ａ）はリフレクタの反射面を放物曲面で形成した場合の照射状態を示した図、（ｂ）はリフレクタの反射面を楕円曲面で形成して集光レンズで集光させた場合の照射状態を示した図。
【符号の説明】
１０、２５、３５、５０、６０ 光源装置
１１、３６、５１ リフレクタ
１２、３０、５２ 光源
１３ 液晶表示パネル
１４ 光軸
２０、２１、３７〜４１ 楕円曲面
２６、４２ 集光レンズ
２７〜２９、４４〜４９、６５〜６８ 凸レンズ部
５１ リフレクタ
５３ 単レンズ
５４ 拡散レンズ部
５５ 集光レンズ部
６３ 第１レンズ
６４ 第２レンズ
６２ 補助レンズ
Ｆ0 第１焦点
Ｆ1〜Ｆ5 第２焦点
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶プロジェクタなどの画像投影装置に用いられる光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像投影装置には、光源からの光を照射面である液晶表示パネルに照射し、この液晶表示パネルに表示された画像を投影レンズでスクリーンに拡大投影する液晶プロジェクタがある。
この液晶プロジェクタの光源装置は、光源からの光をリフレクタによって液晶表示パネルに向けて反射するものであり、例えば図１６（ａ）に示すようにリフレクタ１の反射面を放物曲面で形成した構造のもの、あるいは図１６（ｂ）に示すようにリフレクタ１の反射面を楕円曲面で形成した構造のものなどがある。
図１６（ａ）に示された放物曲面のリフレクタ１を用いた光源装置は、光軸２上におけるリフレクタ１の焦点位置もしくはその焦点位置付近に点状の光源３を配置し、この光源３からの光を前方に配置された液晶表示パネル４に集光させる構造になっている。
また、図１６（ｂ）に示された楕円曲面のリフレクタ１を用いた光源装置は、光軸２上におけるリフレクタ１の焦点位置、つまり楕円の一方の焦点位置に点状の光源３を配置し、この光源３からの光をリフレクタ１で反射して楕円の他方の焦点位置に収束させ、この他方の焦点位置に収束した光を前方に配置された集光レンズ５によって液晶表示パネル４に集光させる構造になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示されたいずれの構造の光源装置においても、リフレクタ１の中心部で反射された光が液晶表示パネル４の中心部に照射され、リフレクタ１の周辺部で反射された光が液晶表示パネル４の周辺部に照射される構造なっており、しかも点状の光源３からの光がリフレクタ１の反射面に入射するときに、光の入射角が反射面の中心部と周辺部とで大きく異なり、中心部ほど光線が密になるため、液晶表示パネル４に照射される光量は中心部が多く、周辺部が少なくなり、この結果、液晶表示パネル４の中心部と周辺部とで照度差が生じるという問題がある。
この発明の課題は、照射面の中心部と周辺部とで照度差が生じるのを防ぎ、照射面での照度分布をほぼ均一化することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１における光源装置と、請求項６に記載の投影装置は、第１焦点位置に配置された光源からの光を反射させ、反射光を前記第１焦点位置とは異なる第２焦点位置に収束させた後に照射面を照射するリフレクタを備えた光源装置において、前記リフレクタの反射面は前記第１焦点位置が共通で且つ曲率半径が異なる複数の曲面で形成されており、前記複数の曲面は、前記第２焦点位置が前記照射面側のそれぞれ異なった位置にあり且つ前記第２焦点位置を通った反射光がそれぞれ前記照射面全体を照射させる様に形成されていることを特徴とするもので、光源からの光を曲率半径が異なる複数の曲面で反射させ、それぞれの曲面の反射光がそれぞれ前記照射面全体を照射させる様に構成したので、照射面での照度分布をほぼ均一化させることが出来る。
【０００５】
また、請求項２記載の光源装置は、前記リフレクタの反射面が、正面から見て前記複数の曲面が同心円状に形成されているようにしたことを特徴とする。
【０００６】
更に、請求項３の発明は、前記リフレクタの前記照射面側に、前記複数の曲面に対応する複数のレンズ部が同心円状に形成された集光レンズが配置されていることを特徴とする。
更に、請求項４の発明は、リフレクタの照射面側は、正面から見て複数の曲面が縦横にマトリックス状に配列形成された構造としたことを特徴とする。
更に、請求項５の発明は、リフレクタの照射面側に、リフレクタの複数の曲面に対応する複数のレンズ部が形成された集光レンズが配置されていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、図１〜図５を参照して、この発明を液晶プロジェクタに適用した光源装置の第１実施形態について説明する。
図１は液晶プロジェクタの概略構成図である。この図において、１０は光源装置であり、リフレクタ１１の焦点位置に点状の光源１２を配置した構造になっている。リフレクタ１１は、光源１２からの光を前方（反射側）に配置された液晶表示パネル１３に向けて反射するものである。液晶表示パネル１３は、電気光学的に画像を表示するものであり、一対の透明な電極基板間に液晶を封入し、電極基板の外面にそれぞれ偏光板を設けた構造になっている。この液晶表示パネル１３は、その中心が光軸１４に一致した状態で光軸１４に対し垂直に配置されている。この液晶表示パネル１３の出射側には、液晶表示パネル１３に表示された画像をスクリーン１５に拡大投影する投影レンズ１６が配置されている。
【０００８】
光源装置１０のリフレクタ１１は、図２〜図４に示すように、その中心に光源１２が挿入する貫通孔１９が設けられ、光源１２からの光を反射する反射面が２つの楕円曲面２０、２１で形成された構造になっている。この２つの楕円曲面２０、２１は、それぞれ焦点位置が光軸１４上の共通位置にあり、かつ曲率半径が異なる楕円状の曲面であり、図３に示すように、液晶表示パネル１３側の正面から見て同心円状に連続して形成されている。すなわち、中心側に位置する第１楕円曲面２０は、図２および図４に１点鎖線で示す楕円の一部であり、第１焦点Ｆ0と第２焦点（第１楕円曲面２０の仮想楕円の焦点）Ｆ1とを有し、第１焦点Ｆ0の位置に点状の光源１２が配置されている。したがって、この第１楕円曲面２０は、光源１２からの光を反射すると、その反射光をすべて第２焦点Ｆ1を通して液晶表示パネル１３の照射面全体に亘って照射する。また、周辺部側に位置する第２楕円曲面２１は、図２および図４に点線で示す楕円、つまり第１楕円曲面２０の楕円と同じであるが、傾きが異なる楕円の一部であり、第１焦点Ｆ0と第２焦点（第２楕円曲面２１の仮想楕円の焦点）Ｆ2とを有し、第１焦点Ｆ0が第１楕円曲面２０と共通位置にある。したがって、この第２楕円曲面２１は、光源１２からの光を反射すると、その反射光をすべて第２焦点Ｆ2を通して液晶表示パネル１３の照射面全体に亘って照射する。
【０００９】
このような光源装置１０では、光源１２からの光がリフレクタ１１に照射されると、このリフレクタ１１の各楕円曲面２０、２１ごとに光源１２からの光を分割して反射し、この反射光が図５に示す光路を経て液晶表示パネル１３に照射されることになる。すなわち、点状の光源１２がリフレクタ１１の共通の第１焦点Ｆ0に配置されているので、光源１２から発生した光のうち、リフレクタ１１の第１楕円曲面２０に照射された光は、この第１楕円曲面２０で反射されると、その反射光がすべて第２焦点Ｆ1を通って液晶表示パネル１３の照射面全体に亘って照射される。また、第２楕円曲面２１に照射された光は、この第２楕円曲面２１で反射されると、その反射光がすべて第２焦点Ｆ2を通って液晶表示パネル１３の照射面全体に亘って照射される。
【００１０】
したがって、この光源装置１０では、光源１２からの光をリフレクタ１１の各楕円曲面２０、２１でそれぞれ分割して反射するとともに、各楕円曲面２０、２１によって反射した光をそれぞれ液晶表示パネル１３の照射面上で重畳させることができ、このためリフレクタ１１の中心部側での反射光が液晶表示パネル１３の中心部に集中せず、またリフレクタ１１の周辺部側での反射光が液晶表示パネル１３の周辺部に集中することがないので、図５に示すように、液晶表示パネル１３の中心部と周辺部とで照度差が生じることがなく、液晶表示パネル１３の照射面での照度分布をほぼ均一化することができる。
【００１１】
なお、上記第１実施形態では、リフレクタ１１の反射面を２つの楕円曲面２０、２１で形成したが、これに限らず、３つ以上の楕円曲面を同心円状に連続させて配列形成しても良く、また反射面の曲面は必ずしも楕円曲面である必要はなく、例えば２つ以上の放物曲面を同心円状に連続させて形成したものでも良い。この場合にも、各放物曲面の焦点位置が光軸１４上の共通位置にあり、各放物曲面はそれぞれ曲率半径が異なり、各放物曲面での反射光をそれぞれ液晶表示パネル１３の照射面全体に照射する構造であれば良い。
【００１２】
［第２実施形態］
次に、図６および図７を参照して、この発明の光源装置の第２実施形態について説明する。なお、図１〜図５に示された第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この光源装置２５は、２つの楕円曲面２０、２１からなるリフレクタ１１の前方（反射側）に集光レンズ２６を配置し、この集光レンズ２６でリフレクタ１１からの反射光を液晶表示パネル１３に集光させる構造になっている。集光レンズ２６は、第１楕円曲面２０に対応する第１凸レンズ部２７、第２楕円曲面２１に対応する第２凸レンズ部２８、およびリフレクタ１１の中心部の貫通孔１９に対応する第３凸レンズ部２９が出射面に同心円状に形成され、中心部の第３凸レンズ部２９の中心が光軸１４上に位置し、かつ第１、第２凸レンズ２７、２８の各中心が第１、第２楕円曲面２０、２１の各第２焦点Ｆ1、Ｆ2に位置した状態で、光軸１４に対し垂直に配置されている。なお、集光レンズ２６の入射面は平面に形成されている。また、この第２実施形態の光源３０は第１、第２楕円曲面２０、２１の共通な第１焦点Ｆ0を中心に光軸１４に沿って幅のあるアーク状の光源である。
【００１３】
このような光源装置２５では、アーク状の光源３０から発生した光のうち、第１焦点Ｆ0上に位置するアーク状の光源３０の中心で発生した光は、第１実施形態と同様、リフレクタ１１の第１、第２楕円曲面２０、２１でそれぞれ分割されて反射され、この反射光がそれぞれ集光レンズ２６の第１、第２凸レンズ部２７、２８の各中心、つまり第２焦点Ｆ1、Ｆ2を通って液晶表示パネル１３の照射面全体に亘って照射される。一方、アーク状の光源３０の両端部から発生した光、つまり第１焦点Ｆ0から離れた位置で発生した光は、第１、第２楕円曲面２０、２１でそれぞれ反射され、この反射光がそれぞれ集光レンズ２６の第１、第２凸レンズ部２７、２８に入射する。このときには、各楕円曲面２０、２１で反射された光は各第２焦点Ｆ1、Ｆ2から離れた位置を通ることになるが、集光レンズ２６の第１、第２凸レンズ部２７、２８に入射するので、第１、第２凸レンズ部２７、２８によってそれぞれ液晶表示パネル１３の照射面に集光されることになる。
【００１４】
したがって、この光源装置２５では、リフレクタ１１の第１焦点Ｆ0から離れた位置においても光を発生するアーク状の光源３０を用いても、第１、第２楕円曲面２０、２１でそれぞれ反射された光を集光レンズ２６の各凸レンズ部２７〜２９によって集光させることにより、それぞれ液晶表示パネル１３の照射面上で重畳させることができ、このため液晶表示パネル１３の中心部と周辺部とで照度差が生じることがなく、液晶表示パネル１３の照射面での照度分布をほぼ均一化することができるほか、特に、光源３０からの光を無駄なく有効に液晶表示パネル１３の照射面に照射させることができる。
【００１５】
［第３実施形態］
次に、図８〜図１１を参照して、この発明の光源装置の第３実施形態について説明する。この場合には、図６〜図７に示された第２実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この光源装置３５は、リフレクタ３６の反射面を複数の楕円曲面３７〜４１で形成し、このリフレクタ３６の焦点位置にアーク状の光源３０を配置し、光源３０からの光をリフレクタ３６で反射し、この反射光をリフレクタ３６の前方（反射側）に配置された集光レンズ４２によって液晶表示パネル１３に集光させる構造になっている。
【００１６】
リフレクタ３６は、図８〜図１０に示すように、その中心部にアーク状の光源３０が挿入する貫通孔４３が設けられ、光源３０からの光を反射する反射面が５種類の楕円曲面３７〜４１で形成された構造になっている。この５種類の楕円曲面３７〜４１は、それぞれ焦点位置が光軸１４上の共通位置にあり、かつ曲率半径がそれぞれ異なる楕円の一部の曲面であり、図９に示すように、液晶表示パネル１３側の正面から見て、それぞれ縦横比が３：４の長方形状をなし、縦横にマトリックス状に連続して配列形成されている。すなわち、中心部は長方形状の貫通孔４３であり、この貫通孔４３の上下両側にはそれぞれ２つの第１楕円曲面３７が形成され、貫通孔４３の左右両側にはそれぞれ２つの第２楕円曲面３８が形成され、第１楕円曲面３７の左右で、かつ第２楕円曲面３８の上下にはそれぞれ４つの第３楕円曲面３９が形成され、第１楕円曲面３７の上下にはそれぞれ２つの第４楕円曲面４０が形成され、さらに第４楕円曲面４０の左右両側にはそれぞれ４つの第５楕円曲面４１が形成されている。そして、これら第１〜第５の各楕円曲面３７〜４１は、各第１焦点Ｆ0がすべて共通位置にあり、各第２焦点Ｆ1〜Ｆ5が光軸１４に対し垂直な面、つまり集光レンズ４２内のそれぞれ異なる位置に設置された構造になっている。
【００１７】
集光レンズ４２は、第１〜第５の各楕円曲面３７〜４１にそれぞれ対応する第１〜第５の各凸レンズ部４４〜４８、およびリフレクタ３６の中心部の貫通孔４３に対応する第６凸レンズ部４９が出射面に縦横マトリックス状に配列形成され、その中心部の第６凸レンズ部４９の中心が光軸１４上に位置し、かつ各凸レンズ部４４〜４８の各中心が第１〜第５の各楕円曲面３７〜４１の各第２焦点Ｆ1〜Ｆ5と一致した状態で、光軸１４に対し垂直に配置された構造になっている。すなわち、中心部の第６凸レンズ部４９の上下両側に位置する２つの第１凸レンズ部４４は、それぞれ第１楕円曲面３７に対応し、その各中心が第１楕円曲面３７の各第２焦点Ｆ1と一致しており、第６凸レンズ部４９の左右両側に位置する２つの第２凸レンズ部４５は、それぞれ第２楕円曲面３８に対応し、その各中心が第２楕円曲面３８の各第２焦点Ｆ2と一致しており、第１凸レンズ部４４の左右で、かつ第２凸レンズ部４５の上下に位置する４つの第３凸レンズ部４６は、それぞれ第３楕円曲面３９に対応し、その各中心が第３楕円曲面３９の各第２焦点Ｆ3と一致しており、第１凸レンズ部４４の上下に位置する２つの第４凸レンズ部４７は、それぞれ第４楕円曲面４０に対応し、その各中心が第４楕円曲面４０の各第２焦点Ｆ4と一致しており、さらに第４凸レンズ部４７の左右で、かつ第３凸レンズ部４６の上下に位置する４つの第５凸レンズ部４８は、それぞれ第５楕円曲面４１に対応し、その各中心が第５楕円曲面４１の各第２焦点Ｆ5と一致している。なお、この集光レンズ４２の入射面は平面に形成されている。
【００１８】
このような光源装置３５では、アーク状の光源３０から発生した光が図８に示す光路を経て液晶表示パネル１３に照射されることになる。すなわち、光源３０から発生した光のうち、リフレクタ３６の第１焦点Ｆ0上に位置するアーク状の光源３０の中心部から発生した光は、第２実施形態と同様、第１〜第５の各楕円曲面３７〜４１でそれぞれ分割されて反射され、これらの反射光がそれぞれ集光レンズ４２の各凸レンズ部４４〜４８の中心、つまり各第２焦点Ｆ1〜Ｆ5を通って液晶表示パネル１３の照射面全体に亘って照射される。また、アーク状の光源３０の両端部から発生した光、つまり第１焦点Ｆ0から離れた位置で発生した光は、第１〜第５楕円曲面３７〜４１でそれぞれ反射され、これらの反射光が集光レンズ４２の各凸レンズ部４４〜４８に入射し、これら各凸レンズ部４４〜４８によってそれぞれ集光されて液晶表示パネル１３の照射面全体に亘って照射される。
【００１９】
したがって、この光源装置３５では、第２実施形態と同様、リフレクタ３６の第１焦点Ｆ0から離れた位置においても光を発生するアーク状の光源３０を用いても、第１〜第５の各楕円曲面３７〜４１でそれぞれ反射された光を集光レンズ２６の各凸レンズ部４４〜４９によって集光させることにより、各楕円曲面３７〜４１によって反射された光をそれぞれ液晶表示パネル１３の照射面上で重畳させることができ、このため液晶表示パネル１３の中心部と周辺部とで照度差が生じることがなく、液晶表示パネル１３の照射面での照度分布をほぼ均一化することができるほか、特に、光源３０からの光を液晶表示パネル１３側から見て縦横３：４の長方形状のブロックに分割したことにより、液晶表示パネル１３の照射面と同じ比率の長方形となるため、円形状の楕円曲面に比べて照射ロスが少なくなり、光源３０からの光を非常に効率良く液晶表示パネル１３の照射面に照射させることができる。
【００２０】
［第４実施形態］
次に、図１２および図１３を参照して、この発明の光源装置の第４実施形態について説明する。図１〜図５に示された第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この光源装置５０は、図１２に示すように、リフレクタ５１の焦点位置に球状の光源５２を配置し、リフレクタ５１の前方（反射側）に単レンズ５３を配置し、光源５２からの光をリフレクタ５１で反射し、その反射光を単レンズ５３によって液晶表示パネル１３に照射させる構造になっている。リフレクタ５１は、その反射面が連続する１つの放物曲面に形成され、その焦点位置に光源５２が配置され、光源５２の光を光軸１４に平行な光線として反射する構造になっている。光源５２は、発光点から発生した光がランプ表面のいたる所で拡散する特殊なフロスト処理を施した球状の光源である。また、単レンズ５３は、リフレクタ５１で反射された光のうち、リフレクタ５１の中心部で反射された光を液晶表示パネル１３に向けて拡散する拡散レンズ部５４と、リフレクタ５１の周辺部で反射された光を液晶表示パネル１３に向けて集光する集光レンズ部５５とを同心円状に一体に形成した構造になっている。この場合、拡散レンズ部５４は図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように光軸１４を中心にリング状に形成された凹レンズであり、集光レンズ部５５は拡散レンズ部５４の周囲にリング状に形成された凸レンズである。そして、単レンズ５３は、その光源側の入射面が平面に形成され、液晶表示パネル１３側の出射面が凹面および凸面に形成されている。
【００２１】
このような光源装置５０では、光源５２からの光がリフレクタ５１で光軸１４に平行な光として反射されると、リフレクタ５１の中心部で反射された光と周辺部で反射された光と密度が異なり、中心部での反射光の密度が高いが、この中心部で反射された光は単レンズ５３の中心部の拡散レンズ部５４に入射し、この拡散レンズ部５４によって液晶表示パネル１３に向けて拡散され、リフレクタ５１の周辺部で反射された光は集光レンズ部５５に入射し、この集光レンズ部５５によって液晶表示パネル１３に向けて集光されることになる。
したがって、この光源装置５０では、リフレクタ５１で反射された光のうち、中心部での反射光と周辺部での反射光の密度が異なっていても、中心部の反射光が単レンズ５３の拡散レンズ部５４によって拡散され、周辺部の反射光が単レンズ５３の集光レンズ部５５によって集光されるので、液晶表示パネル１３の中心部と周辺部とで照度差が生じないように緩和され、液晶表示パネル１３の照射面での照度分布をほぼ均一化することができる。
【００２２】
なお、上記第４実施形態では、光源として、発光点から発生した光がランプ表面のいたる所で拡散する特殊なフロスト処理を施した球状の光源５２を用いた場合について述べたが、これに限らず、点状の光源１２あるいはアーク状の光源３０などを用いても良い。
また、上記第４実施形態では、リフレクタ５１の反射面を放物曲面で形成した場合について述べたが、これに限らず、楕円曲面で形成された場合にも適用することができる。
【００２３】
［第５実施形態］
次に、図１４および図１５を参照して、この発明の光源装置の第５実施形態について説明する。図１２〜図１３に示された第４実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この光源装置６０は、図１４に示すように、リフレクタ５１の焦点位置に点状の光源１２を配置し、リフレクタ５１の前方（反射側）に複合レンズ６１を配置し、この複合レンズ６１の前方（出射側）に補助レンズ６２を配置し、光源１２からの光をリフレクタ５１で反射し、その反射光を複合レンズ６１および補助レンズ６２で液晶表示パネル１３に集光させる構造になっている。この場合、リフレクタ５１は、第４実施形態と同様、その反射面が連続する１つの放物面に形成され、その焦点位置に光源１２が配置され、光源１２の光を光軸１４に平行な光線として反射する構造になっている。
【００２４】
複合レンズ６１は、リフレクタ５１の中心部で反射された光と周辺部で反射された光を分光する第１レンズ６３と、第１レンズ６３で分光された光をそれぞれ液晶表示パネル１３に向けて集光する第２レンズ６４とからなっている。第１レンズ６３は、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、リフレクタ５１の中心部に対応する凸レンズ部６５と、リフレクタ５１の周辺部に対応する凸レンズ部６６とが出射面に同心円状に形成され、中心部の凸レンズ部６５の中心が光軸１４上に位置した状態で、光軸１４に対し垂直に配置されている。第２レンズ６４は、第１レンズ６３の中心部の凸レンズ部６５に対応する凸レンズ部６７と、第１レンズ６３の周辺部の凸レンズ部６６に対応する凸レンズ部６８とが入射面に同心円状に形成され、中心部の凸レンズ部６７の中心が光軸１４上に位置し、かつ各凸レンズ部６７、６８の中心が第１レンズ６３の各凸レンズ６５、６６の各焦点位置に一致した状態で、光軸１４に対し垂直に配置されている。
なお、補助レンズ６２は、第２レンズ６４から出射された光を液晶表示パネル１３の照射面に集光させるものであり、液晶表示パネル１３に凸面を向けた平凸レンズからなり、その中心が光軸１４上に位置した状態で、光軸１４に対し垂直に配置されている。
【００２５】
このような光源装置６０では、光源１２からの光がリフレクタ５１で光軸１４に平行な光として反射されると、リフレクタ５１の中心部で反射された光と周辺部で反射された光と密度が異なり、中心部での反射光の密度が高いが、この中心部で反射された光は第１レンズ６３の中心部の凸レンズ部６５に入射し、周辺部で反射された光は第１レンズ６３の周辺部の凸レンズ部６６に入射することになり、各凸レンズ部６５、６６によってそれぞれ分光される。そして、分光された光のうち、中心部の凸レンズ部６５で分光された光は第２レンズ６４の中心部の凸レンズ部６７に入射し、周辺部の凸レンズ部６６で分光された光は第２レンズ６４の周辺部の凸レンズ部６８に入射し、各凸レンズ部６７、６８によって液晶表示パネル１３に向けて集光されることになる。すなわち、この第２レンズ６４では、第１レンズ６３で分光された中心部の光と周辺部の光をそれぞれ凸レンズ部６７、６８によって液晶表示パネル１３の照射面に向けて集光する。そして、第２レンズ６４でそれぞれ集光された中心部の光と周辺部の光は、補助レンズ６２によってそれぞれ液晶表示パネル１３の照射面に照射される。
【００２６】
したがって、この光源装置６０では、リフレクタ５１の中心部で反射された光と周辺部で反射された光の密度が異なっていても、リフレクタ５１からの反射光を第１レンズ６３の各凸レンズ部６５、６６によって中心部と周辺部とに分光し、分光された光を第２レンズ６４の各凸レンズ部６７、６８で液晶表示パネル１３に向けて集光させ、補助レンズ６２を介して液晶表示パネル１３の照射面に照射させるので、中心部の光と周辺部の光をそれぞれ液晶表示パネル１３の照射面上で重畳させることができ、このためリフレクタ５１の中心部側での反射光が液晶表示パネル１３の中心部に集中せず、またリフレクタ５１の周辺部側での反射光が液晶表示パネル１３の周辺部に集中することがないので、液晶表示パネル１３の中心部と周辺部とで照度差が生じることがなく、液晶表示パネル１３の照射面での照度分布をほぼ均一化することができる。
【００２７】
なお、上記第５実施形態では、第２レンズ６４の出射側に補助レンズ６２を配置したが、第１レンズ６３で分光された中心部と周辺部の各光を第２レンズ６４によって液晶表示パネル１３の照射面にそれぞれ集光させるようにしても良い。このようにすれば、補助レンズ６２を用いる必要がない。
また、上記第５実施形態では、第１、第２レンズ６３、６４の各凸レンズ６５〜６８をそれぞれ同心円状に形成したが、これに限らず、例えば、複数の長方形状の凸レンズ部が縦横にマトリックス状に連続して配列形成された第１レンズと、第１レンズの各凸レンズ部に対応する複数の長方形状の凸レンズ部が縦横にマトリックス状に連続して配列形成された第２レンズとを備え、この第２レンズを第１レンズの焦点位置に配置するようにしても良い。このようにしても、第５実施形態と同様の作用効果があることは言うまでもない。
また、上記第５実施形態では、光源として点状の光源１２を用いた場合について述べたが、これに限らず、アーク状の光源３０あるいは特殊なフロスト処理を施した球状の光源５２などを用いても良い。
さらに、上記第５実施形態では、リフレクタ５１の反射面が放物曲面で形成された場合について述べたが、これに限らず、楕円曲面で形成された場合にも適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、リフレクタの反射面を焦点位置が共通で曲率半径が異なる複数の曲面で形成し、このリフレクタの複数の曲面がそれぞれ光源からの光を照射面に向けて反射するので、複数の曲面によって光源からの光を分割して反射し、各曲面で反射された光をそれぞれ照射面上で重畳することができ、このためリフレクタの中心部での反射光が照射面の中心部に集中せず、またリフレクタの周辺部での反射光が照射面の周辺部に集中することがないので、照射面の中心部と周辺部とで照度差が生じることがなく、照射面での照度分布をほぼ均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を液晶プロジェクタに適用した光源装置の第１実施形態の概略構成図。
【図２】図１の光源装置の原理図。
【図３】図２の光源装置のリフレクタを液晶表示パネル側から見た正面図。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図。
【図５】図２の光源装置において、光源からの光がリフレクタによって液晶表示パネルに照射される光路状態を示した図。
【図６】この発明の光源装置の第２実施形態を示した原理図。
【図７】図６の集光レンズを示し、（ａ）はその集光レンズを液晶表示パネル側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図８】この発明の光源装置の第３実施形態を示した原理図。
【図９】図８のリフレクタを液晶表示パネル側から見た正面図。
【図１０】図９のＣ−Ｃ断面図。
【図１１】図８の集光レンズを示し、（ａ）はその集光レンズを液晶表示パネル側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図。
【図１２】この発明の光源装置の第４実施形態を示した原理図。
【図１３】図１２の単レンズを示し、（ａ）はその単レンズを液晶表示パネル側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図。
【図１４】この発明の光源装置の第５実施形態を示した原理図。
【図１５】図１４の第１レンズを示し、（ａ）はその第１レンズを液晶表示パネル側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図。
【図１６】従来の光源装置を示し、（ａ）はリフレクタの反射面を放物曲面で形成した場合の照射状態を示した図、（ｂ）はリフレクタの反射面を楕円曲面で形成して集光レンズで集光させた場合の照射状態を示した図。
【符号の説明】
１０、２５、３５、５０、６０ 光源装置
１１、３６、５１ リフレクタ
１２、３０、５２ 光源
１３ 液晶表示パネル
１４ 光軸
２０、２１、３７〜４１ 楕円曲面
２６、４２ 集光レンズ
２７〜２９、４４〜４９、６５〜６８ 凸レンズ部
５１ リフレクタ
５３ 単レンズ
５４ 拡散レンズ部
５５ 集光レンズ部
６３ 第１レンズ
６４ 第２レンズ
６２ 補助レンズ
Ｆ0 第１焦点
Ｆ1〜Ｆ5 第２焦点
Claims (6)
- 第１焦点位置に配置された光源からの光を反射させ、反射光を前記第１焦点位置とは異なる第２焦点位置に収束させた後に照射面を照射するリフレクタを備えた光源装置において、前記リフレクタの反射面は前記第１焦点位置が共通で且つ曲率半径が異なる複数の曲面で形成されており、前記複数の曲面は、前記第２焦点位置が前記照射面側のそれぞれ異なった位置にあり且つ前記第２焦点位置を通った反射光がそれぞれ前記照射面全体を照射させる様に形成されていることを特徴とする光源装置。
- 前記リフレクタの反射面は、正面から見て前記複数の曲面が同心円状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
- 前記リフレクタの前記照射面側には、前記複数の曲面に対応する複数のレンズ部が同心円状に形成された集光レンズが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
- 前記リフレクタの前記照射面側には、正面から見て前記複数の曲面が縦横にマトリックス状に配列形成されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
- 前記リフレクタの前記照射面側には、前記複数の曲面に対応する複数のレンズ部が縦横にマトリックス状に配列形成された集光レンズが配置されていることを特徴とする請求項４記載の光源装置。
- 第１焦点位置に配置された光源からの光を反射させ、反射光を前記第１焦点位置とは異なる第２焦点位置に収束させた後に照射面を照射するリフレクタを備えた光源装置において、前記リフレクタの反射面は前記第１焦点位置が共通で且つ曲率半径が異なる複数の曲面で形成されており、前記複数の曲面は、前記第２焦点位置が前記照射面側のそれぞれ異なった位置にあり且つ前記第２焦点位置を通った反射光がそれぞれ前記照射面全体を照射させる様に形成されていることを特徴とする光源装置を備えた投影装置。
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