JP5036102B2

JP5036102B2 - Lighting device

Info

Publication number: JP5036102B2
Application number: JP2001123923A
Authority: JP
Inventors: 佐敏山内; 和弘藤田; 正本田; 修永瀬
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2021-04-23
Also published as: JP2002189192A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルなどの矩形状の被投射体を照明するのに適した照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルのような矩形状の被投射体を均一に照明するための照明光学系としては、従来より、２組のフライアイレンズアレイを組合せたインテグレータ光学系が例えば特開平３−１１１８０６号公報により知られている。
【０００３】
同公報等に示されるインテグレータ光学系は、放物面反射器、楕円面反射器、双曲面反射器等のリフレクタを備えた光源からの光束を、第１のフライアイレンズアレイを構成している複数の矩形状の集光レンズにより分割して２次光源像を形成し、これらの２次光源像を第１のフライアイレンズアレイの複数の矩形状の集光レンズに対応させた複数の集光レンズを備えた第２のフライアイレンズアレイを介して同一の被投射体上に重畳結像させるようにしたものである。このようなインテグレータ光学系によれば、光源光の利用効率が向上するとともに、被投射体面上の光の強度分布をほぼ一様にすることができるとされている。特に、第１，２のフライアイレンズアレイにおける各集光レンズの形状を矩形状の被投射体のアスペクト比率に対応させて、例えば、４：３なる比率の矩形状に形成することにより光の利用効率及び強度分布の均一化を図ることができる。
【０００４】
即ち、特開平３−１１１８０６号公報においては、インテグレータ光学系として、第１レンズに各長方形状のレンズを持つマクロレンズアレイ、第１レンズに対応したレンズを持つ第２のマクロレンズアレイを使用し、被照射体に合ったアスペクト比の照射を行なえるようにしている。そして、さらにインテグレータ光学系の外形を小さくするための光源側の構成例として、同公報中のＦig.２３によれば、回転楕円面鏡の第１焦点に光源を置き、第２焦点の後にコリメータレンズを置いてからインテグレータ光学系に導くようにしている。
【０００５】
図２５は、特開平３−１１１８０６号公報中でＦig.２３に示される回転楕円面鏡に代えて回転放物面鏡を用いた構成例を示す。図２５において、基本的には、インテグレータ光学系１００の第１レンズに各々長方形状のレンズを持つマクロレンズアレイ（第１のフライアイレンズ）１０１と第１レンズに対応したレンズを持つ第２のマクロレンズアレイ（第２のフライアイレンズ）１０２とを使用し、被照射体である液晶パネル１０３に合ったアスペクト比の照射を行なうようにしている。そして、光源側としては、回転放物面鏡１０４の焦点Ｆ１に配設した光源１０５から出射され回転放物面鏡１０４による反射で平行にした光を凸レンズ１０６で第２焦点Ｆ２に相当する位置に焦点を結び、コリメータレンズ１０７によりインテグレータ光学系００に入射させるように構成されている。なお、図２５において、１０８はＰ偏光成分とＳ偏光成分とが混在した光源光に関してＰ偏光成分のみ又はＳ偏光成分のみに揃える偏光整列プリズムアレイ、１０９，１１０はレンズである。
【０００６】
同公報例によれば、部品点数は一つ多くなるもののリフレクタ（回転放物面鏡、回転楕円面鏡などを総称する）の大きさと焦点の位置とを自由に設定できる。
【０００７】
また、特開平１０−１６１０６５号公報によれば、やはりインテグレータ光学系の外形を小さくするために放物面鏡の焦点位置に光源を置き、平行光を得て、凸レンズで絞り凹レンズで再度平行光へ戻してから、偏光変換手段或いはインテグレータ光学系へ導くようにした照明装置が提案されている。
【０００８】
図２６は特開平１０−１６１０６５号公報例の考え方に基づいて照明装置を描いたものである。図２５との対比では、第２焦点Ｆ２に相当する位置よりも手前側（光源側）に平行化レンズ１１１を配設し、コリメータレンズ１０７を省略したものである。
【０００９】
さらに、図２７に示すように、前述の特開平３−１１１８０６号公報方式の場合と同様に回転楕円面鏡（回転放物面鏡１０４）の第１焦点Ｆ１に光源１０５を置き、第２焦点Ｆ２の後にコリメータレンズ１０７を置いてからインテグレータ光学系１００に導く方式で、回転楕円面鏡１０４に入らない光束を球心を第１焦点Ｆ１に持つ凹面鏡１１２で光源１０５に戻し、光源１０５から発する光束の殆どを利用できるようにしたものもある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特開平３−１１１８０６号公報に示される思想は光源１０５が発する光束を一旦集光し、コリメータレンズ１０７で平行光にすることによりインテグレータ光学系１００全体のサイズを小さくし、大局的な目的を満たそうとするものである。しかしながら、この構成は光源１０５が発散する光束が再度集光された焦点部での光源像の大きさは元の光源像の何倍にも拡大されてしまい、コリメータレンズ１０７で平行光にしようとしても限界があり、インテグレータ光系１００での光利用効率を落とすことになる。この性質は回転放物面鏡１０４に代えて回転楕円面鏡を用いても、この回転放物面鏡１０４と凸レンズ１０７との組合せと同じ傾向を示す。
【００１１】
また、特開平１０−１６１０６５号公報例のように構成しても平行化レンズ（凹レンズ）１１１の出力する平行光は原理的に図２５で示したコリメータレンズ１０７で得る平行光と同程度の平行光しか得られない。この方式についても、前述の従来例と同様、この性質は回転楕円面鏡を用いて第２焦点Ｆ２の手前に平行化レンズ１１１を置くようにしても、この回転放物面鏡１０４と平行化レンズ１１１の組合せと同じ傾向を示す。
【００１２】
さらに、図２７に示した例では、第１焦点Ｆ１の位置に球心を一致させた凹面鏡１１２を配置することにより、回転放物面鏡１０４のミラー面に取り込めない光を再帰させて利用することで光源１０５の発する光束の利用効率を向上させている。しかしながら、光束を一旦集光し、コリメータレンズ１０７で平行光にすることによりインテグレータ光学系１００全体のサイズを小さくし、大局的な目的を満たそうとする考え方は図２５で示した従来例と同じものである。ということで、この構成は光源１０５が発散する光束が再度集光された焦点部での光源像の大きさは元の光源像の何倍にも拡大されてしまいコリメータレンズ１０７で平行光にしようとしても限界があり、インテグレータ光学系１００での光利用効率を落とすことになることには変わりがない。
【００１３】
そこで、本発明は、インテグレータ光学系等の出力光利用光学系の外形を小さくするとともに光源光の光束の利用効率を向上させることを目的とし、具体的には、インテグレータ光学系等の出力光利用光学系に入射させる光束の平行度をより一層向上させることで、例えば、インテグレータ光学系の第２フライアイレンズ面にできる光源像の大きさを点光源状に小さくすることができる照明装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、リフレクタの少なくとも一部に放物面鏡を用い、前記放物面鏡の焦点付近に光源を配設し、この光源から出射され前記放物面鏡で反射された平行光を出力光利用光学系へ向けて出射させる照明装置において、前記リフレクタを、少なくとも当該放物面鏡からの平行光が前記出力光利用光学系の入力口をカバーする範囲まで放物面形状とし、かつ、この放物面鏡の外側を前記放物面と共通の焦点を持つ楕円面形状の楕円面鏡とし、前記出力光利用光学系の入力部の外形サイズと概略同サイズで透光性を有する非鏡面の窓が形成された前面鏡としての平面鏡を前記楕円面鏡の短軸上付近の位置で前記平行光の光軸に対して直交させて配設した。また、前記リフレクタは、前記楕円面鏡の途中から短軸上付近の前記平面鏡までの前記放物面鏡の外側部分をこの放物面鏡の焦点と共通の焦点を持つ第２の放物面鏡としてなる。
【００２６】
従って、リフレクタとして放物面形状と楕円面形状とを組合せているので、このリフレクタと平面鏡との間での光束の反射回数を少なくして光の減衰を抑えることができ、光の利用効率が向上する。加えて、同じ焦点距離の放物面鏡を用いた場合、放物面鏡のみによる場合に比べてリフレクタの外形を小さくすることができ、結果として、光の利用効率を低下させることなく全体の小型化を図れる。
【００２８】
また、リフレクタの型を作りやすくすることができ、面精度を出しやすくすることができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１に基づいて説明する。
【００４７】
本実施の形態の照明装置Ａ１は、縦横のアスペクト比が４：３なる矩形状の液晶パネル１を被投射体とするもので、その前面には各液晶素子が照明光から受けた光束を画像形成した後、投射レンズに最小径の光束で通過させるためのコンデンサレンズ２が付設されている。このような液晶パネル１に対して、本実施の形態の照明装置Ａ１は、点状に近い光源３と、この光源３が内蔵配設されるリフレクタとしての回転放物面鏡（放物面鏡）４と、出力光利用光学系としてのインテグレータ光学系５と、集光レンズ６とにより構成されている。
【００４８】
光源３としては、高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ等のアーク灯が用いられている。この光源３は放物面を回転させた形状の内周面がミラー面４ａとされた回転放物面鏡４の焦点Ｆの位置に配設されている。従って、回転放物面鏡４のミラー面４ａは、光源３からの光を受けた場合に平行光として出射させる光学的特性を有する。このような回転放物面鏡４の出口は前面ガラス８により閉塞されている。
【００４９】
インテグレータ光学系５は、例えば前述した特開平３−１１１８０６号公報等により周知のものであり、第１フライアイレンズ９と第２フライアイレンズ１０との組合せからなる構成を基本とし、本発明では、特に、第２フライアイレンズ１０は２つのシリンドリカルレンズアレイ１０ａ，１０ｂを直交配置させたものに代えられている。また、本実施の形態では、これらのシリンドリカルレンズアレイ１０ａ，１０ｂ間には偏光を一方に揃えるためにＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）アレイと１／２波長板とを組合せた偏光整列プリズムアレイ１１が設けられている。このシリンドリカルレンズアレイ１０ｂの後段に配置された集光レンズ６は、フライアイレンズにより分割された各光束を液晶パネル１上に重ね合わせる役目を果たす。
【００５０】
このような照明装置Ａとしての基本的な構成において、本実施の形態では、平行光束の光軸に直交する前面ガラス８の内側面を利用して前面鏡としての平面鏡１２が一体に設けられている。即ち、平面鏡１２は平行光束の光軸に対して直交させて配設されている。別の観点から見ると、回転放物面鏡４の焦点Ｆの位置を通る平行光束の光軸に対して軸対称となる反射面が光軸に対して直角に形成されて光源３側に位置している。この平面鏡１２は前面ガラス８の内側面の一部にミラー面を形成したもので、インテグレータ光学系５の入力部となる第１フライアイレンズ９の外形サイズに概略同サイズの非鏡面構造の窓１３が中心部に形成されている。即ち、窓１３部分は光源３の光に対して透光性を有する。この窓１３部分に関して前面ガラス８の両面には光の透過効率を向上させるＡＲコート１４が設けられている。
【００５１】
従って、本実施の形態の照明装置Ａ１にあっては、インテグレータ光学系５の外形を小型化することを目的とした従来例にあるコリメータレンズ１０７や、凸レンズ１０６、凹レンズ１１１などによる光学系を全部省き、回転放物面鏡４によるリフレクタが作る平行光を直接インテグレータ光学系５に入力させる構成とされている。しかしながら、これだけでは光源３の発する光束の全部を利用できないので、インテグレータ光学系５に直接入力されない光束は回転放物面鏡４の作る平行光の光軸に対して直交配置させた平面鏡１２により、再度回転放物面鏡４側に返す。この返された光束は回転放物面鏡４により、その焦点Ｆ、即ち、光源３の発光位置に戻される。ここで、本実施の形態では、光源３として高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプなどのアーク灯が用いられているので、戻された光束は電極間をすり抜けて（実際は、ここにできる焦点は光源の像であり、最初発光したときにできる光源像よりも幾倍か大きくなっているので光束の一部分は電極により、遮光される）、再び、回転放物面鏡４のミラー面４ａに達し、再度反射された後、平行光になって、窓１３部分から、インテグレータ光学系５に向かう。
【００５２】
従って、本実施の形態によれば、基本的に回転放物面鏡４により反射された平行光は平面鏡１２の非鏡面による窓１３を通してインテグレータ光学系５に向けて出射される一方、光源３から発せられて回転放物面鏡４に直接入らない光は平行光の光軸に対して直交させた平面鏡１２で反射させることにより再び回転放物面鏡４に返し反射させることで焦点Ｆ位置を経て再度回転放物面鏡４で反射させて平行光として出射させることができるので、光源光の光束の殆ど全部を効率よく利用できる上に、インテグレータ光学系５に向けて出射させる光束の平行度を低下させることもない。さらには、インテグレータ光学系５の入力部に位置する第１フライアイレンズ９の外形サイズと概略同サイズで透光性を有する非鏡面の窓１３の大きさに規制することができるので、インテグレータ光学系５のサイズを小さく抑えることもでき、インテグレータ光学系５の形状に殆ど左右されずに光源３からの光束利用効率を維持できる。また、回転放物面鏡４の出口に設けられた前面ガラス８と一体に平面鏡１２を設けることにより、構成を単純にできる上に直交度等の精度も維持できる。
【００５３】
本発明の第二の実施の形態を図２に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の各実施の形態でも同様とする）。
【００５４】
第一の実施の形態では、前面ガラス８の内面に直接平面鏡１２を一体に形成したが、本実施の形態の照明装置Ａ２では、前面ガラス８とは別部材による前面鏡としての平面鏡１５を前面ガラス８の内面部分（又は、外側部分）に平行光束の光軸に直交するように設けたものである。この平面鏡１５は例えば高純度のアルミニウム板を用い、その光源側表面を鏡面仕上げしたものが用いられている。また、中心部には、第１フライアイレンズ９の外形形状に概略同形の窓１６が開口形成されている。
【００５５】
このような構成によっても、第一の実施の形態の場合と同様の効果が得られることは明らかである。
【００５６】
なお、本実施の形態の照明装置Ａ２では、集光レンズ６に代えて、シリンドリカルレンズ１０ｂと液晶パネル１とのほぼ中間に位置させて凸レンズ１７が設けられている。この凸レンズ１７も集光レンズ６の場合と同様に、インテグレータ光学系５により分割された光束を液晶パネル１面上に重ね合わせる機能を果たす。特に、本実施の形態のように、凸レンズ１７から液晶パネル１まではフライアイレンズ９，１０の各々の構成レンズが作る光束が各々平行光となっているので、後述するような反射型液晶パネルを用いる液晶プロジェクタの場合には色むらを発生しにくくすることができる。
【００５７】
本発明の第三の実施の形態を図３及び図４に基づいて説明する。本実施の形態では、回転放物面鏡４付近の構成のみを示す。本実施の形態では、図２に示したような前面ガラス８とは別部材による平面鏡１５を前面ガラス８と光源３との間に配置させたものである。即ち、平面鏡１５を前面ガラス８から離し光源３側に近づけたものである。窓１６の大きさ・形状は図２の場合と同じである。
【００５８】
このような構成において、光源３から発散する光束は回転放物面鏡４で概略平行光にされるが、一般的に５〜１０°の発散角を含んでいる。ここに、本実施の形態のような構成によれば、光源３から出射されてその発散が大きくなる前に平面鏡１５で再帰させるので再帰された光束の焦点Ｆ位置にできる光源像を図２の場合に比較して小さく抑えることができ、再度、回転放物面鏡４で反射され平行光にされた後の発散角を小さく抑えることができるので、インテグレータ光学系５での効率の降下を抑えることができる。また、本実施の形態の構成によれば、図中１点鎖線（カット可能位置）で示したように平面鏡１５から外れた部分の回転放物面鏡４をカットすることができ、後述するようなプロジェクタの筐体を薄くすることができる。上下だけでなく、左右も同様の加工が可能で、さらには、カットではなく上下左右２点差線の外側を箱型の形状にしても良く、同様に筐体を薄くすることができる。
【００５９】
本発明の第四の実施の形態を図５及び図６に基づいて説明する。本実施の形態では、回転放物面鏡４付近の構成のみを示す。本実施の形態では、インテグレータ光学系５の入力部に位置する第１フライアイレンズ９と一体に前面鏡としての平面鏡１８を設けたものである。より具体的には、第１フライアイレンズ９の同一部材による基板１９を回転放物面鏡４の開口をカバーし得る大きさに形成し、第１フライアイレンズ９のレンズ部分を窓２０とし、その周囲をミラー面とすることにより構成されている。
【００６０】
本実施の形態によれば、平面鏡１８を設ける構成を単純にでき、調整個所を少なくできることからコストを抑えることが可能となる。また、インテグレータ光学系５と回転放物面鏡４との間にＵＶカット、ＩＲカットなどのガラス部材を置くような構成の場合、これらの部材に第１フライアイレンズを透過する光束部分を残してその外側を平面鏡としても、同様の効果が得られる。
【００６１】
本発明の第五の実施の形態を図７及び図８に基づいて説明する。本実施の形態は、光利用効率をより一層向上させるためにリフレクタ２１自体の構造を工夫し、放物面鏡と楕円面鏡との組合せ構造としたものである。
【００６２】
まず、図７を参照して本実施の形態の原理を説明する。ここでは、横軸をＺ軸、縦軸をＹ軸とし、放物曲線の焦点を原点に採ると、その放物曲線の式は
ｙ^２＝４ｆ（ｚ＋ｆ）
で表せる（但し、ｆは放物曲線の焦点距離）。さらに、楕円の第１焦点をその原点に置くと、楕円の式は
ｙ^２＝−ｂ^２（ｚ−ｃ）^２／ａ^２＋ｂ^２
で表せる。ここで、ａは楕円の長軸の半分の長さで、ｂは短軸の半分の長さを表す。
【００６３】
また、
ｃ＝√（ａ^２＋ｂ^２）
の関係にあり、第１焦点、第２焦点間の距離の半分である。そして、ｆ＜ａ−ｃの条件を満たすように放物曲線と楕円を描くと、その２つの曲線は２箇所の交点を持つ。その交点をｌ，ｌ′と表すと、その座標は（ｙ_ｌ，ｚ_ｌ），（ｙ_ｌ′，ｚ_ｌ′）となり、ｚ_ｌ＝ｚ_ｌ′である。
【００６４】
そこで、リフレクタの反射面ｒを表すＺ軸上の座標をｚ_ｒとすると、この２つの曲線のうち、ｚ_ｒ＜ｚ_ｌの範囲を放物線とし、ｚ_ｒ≧ｚ_ｌの範囲は楕円を用い、Ｚ軸を中心に回転させた構成とする。また、楕円は短軸位置までを用い、短軸上に平面鏡を置く。さらに、その平面鏡にはＺ軸の中心周りに窓を設けるが、その大きさは第２焦点と交点ｌ或いはｌ′を結んだ直線“線９”と“線９′”が楕円の短軸を切る点ｍ，ｍ′を結ぶ範囲にする（後述するが、その線分を直径とする円形の窓が最も効率が良いことになる）。
【００６５】
このようにして構成したリフレクタを用いて第１焦点に配設した光源の発光から効率よく平行光を得る原理を説明する。第1焦点に点光源が置かれているとすると、
▲１▼ 線１上に放出される光線は放物面鏡ミラー面でＺ軸に平行に反射され、線２上の光線として平面鏡に垂直に当たるので、平面鏡ミラー面で反射された光はそのまま線２上を戻り、再び、放物面鏡ミラー面で反射され、線１上を戻って第１焦点を通過した後に、第１焦点から直接発する光と重畳され、再度、放物面鏡ミラー面に到達し、そこで反射されてＺ軸に平行な線３上の光線として外部に放出される。
【００６６】
▲２▼ 線４上に放出される光線は楕円面鏡ミラー面で反射され、第２焦点に向かう線５上の光線として平面鏡に当たる。この平面鏡は楕円の短軸位置に位置させてＺ軸と直交するように配設されているので、線５上を辿って入った光線は、第１焦点に向かう線６上を辿るように平面鏡ミラー面により反射される。この光線も第１焦点から発する光と重畳され放物面鏡ミラー面に到達し、そこで反射されてＺ軸に平行な線７上の光線として外部に放出される。
【００６７】
▲３▼ 線６上に放出される光線は直接平面鏡に当たる。この平面鏡は楕円の短軸位置に位置させてＺ軸と直交するように配設されているので、平面鏡ミラー面により楕円の第２焦点から楕円面鏡ミラー面に向かう線５上の光線として反射され、光線は第１焦点に向かう線４上を辿るように楕円面鏡ミラー面により再度反射される。この光線も第１焦点から発する光と重畳され放物面鏡ミラー面に到達し、そこで反射されてＺ軸に平行な線８上の光線として外部に放出される。
【００６８】
図８は、図７に示した原理図に基づく照明装置Ａ３としての実際的な構成例を示すものである。２１は放物面鏡２２と楕円面鏡２３との組合せにより構成されたリフレクタであり、２４は放物面鏡２２と楕円面鏡２３との境界稜線を示す。光源２５は放物面鏡２２の焦点（楕円面鏡２３の第１焦点）Ｆ位置に配設されている。リフレクタ２１の出口部分は楕円面の短軸位置に設定され、前面ガラス２６により閉塞されており、この前面ガラス２６の内面側を利用して前面鏡としての平面鏡２７がミラー面として一体に設けられている。この平面鏡２７の中央部は、インテグレータ光学系５中の第１フライアイレンズ９の外形サイズに概略一致させた大きさの矩形状の窓２８が形成されている。
【００６９】
なお、前述の放物面鏡２２と楕円面鏡２３との境界稜線２４と平面鏡２７の窓２８の縁と楕円面鏡２３の第２焦点との関係は、境界稜線２４と楕円面鏡２３の第２焦点を結んだ線９或いは線９′と平面鏡２７との交点が平面鏡２７の何れの位置であっても平面鏡２７の窓２８の縁より外側（ミラー面側）になるように設定されると、一番、光の利用効率がよくなる。即ち、楕円面鏡２３で反射される光線が全て光源３側（第１焦点）に戻されるように設定できる。
【００７０】
また、放物面鏡２２からの反射光を平面鏡２７で戻す部分が少しでもある場合、その窓２８のサイズとしては、Ｚ軸からの距離が最短でも２ｆを超える方が効率がよい。即ち、光源３から放出される光束のうち、丁度ｚ＝０の鉛直面に沿って放出される光束は放物面鏡２２でＺ軸に平行光となった後、平面鏡２７でそのまま元の道筋を通って放物面鏡２２で反射し、ｚ＝０の点を通過して再度反対側の放物面鏡２２で反射し、平行光となる。この光束は、平面鏡２７で反射し、元の道筋に戻るので、この照明装置の外に出ることなく減衰してしまうことになる。しかしながら、それを犠牲にしても、本実施の形態による方が従来方式よりも効率はよい。
【００７１】
このように本実施の形態によれば、前述した第一ないし第三の実施の形態の場合に比して、楕円面鏡ミラー面（楕円面鏡２３）で反射される光線は放物面鏡ミラー面（放物面鏡２２）で反射される光線よりも１回少ない反射で外部に放出されるので減衰が少なく、第１焦点から直接平面鏡２７に向かう光線も平行光として外部に放出され有効利用できるので、その分も効率よく光を利用できるので、さらに効率の良い照明を行なえる。
【００７２】
なお、これまでは光源３として理想に近いランプの場合を想定して説明したが、実際に用いるランプは電極とガスを封入しているガラス球があり、その肉厚の不均一性やアークの発生位置のばらつきの関係で平面鏡２７を正確に短軸上に置くよりも若干Ｚ軸上を前後させた方がよいことが多い。特に、ＤＣ駆動の或る種のランプは、電極の形状が非対称で一方が大きな形状となっているものもある。この場合、電極の大きい方がＺ軸上で小さい側（図では左側）に置かれた場合、再帰光が電極に遮られる量を少なくするため、第２焦点の像の位置をわずかにＺ軸上で大きな側（図では右側）に移した方がよい。そうするためには、平面鏡２７を短軸真上よりその分Ｚ軸上で大きな側（図では右側）に移すことで実現できる。これらの操作は、実際に部品を組み立てる時に、本発明の照明装置の出力光束を測定しながらその値が最大となる位置で平面鏡２７の部材を固定する。
【００７３】
本発明の第六の実施の形態を図９ないし図１１に基づいて説明する。本実施の形態の照明装置Ａ４は、前述の第五の実施の形態の場合と同様なリフレクタ２１を用いるとともに、出力光利用光学系を構成するインテグレータ光学系５の入力部に偏光変換器３１（ここでは、名称を偏光変換器としたが、目的及び機能は、前述の偏光整列プリズムアレイと同じである。ただし、インテグレータ光学系５との相対位置の違いで若干形状が異なるので、別の名称を用いている）を用いたものである。この偏光変換器３１は第１フライアイレンズ９と一体に設けられたもので、図１０に示すように、４５°の二等辺三角形形状の６個のプリズム３２ａ〜３２ｆを中心対称に台形状に組合せ、各斜面にＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）膜３３ａ〜３３ｄを形成してなる。ＰＢＳ膜３３ａ〜３３ｄはＳ偏光を反射しＰ偏光を透過するように形成されているので、リフレクタ２１側から入射される平行光は、中央部に位置する最初のＰＢＳ膜３３ｂ，３３ｃによりＳ偏光とＰ偏光とに分離され、Ｐ偏光はそのまま透過してインテグレータ光学系５へ導かれる。一方、Ｓ偏光は反射され、外側のＰＢＳ膜３３ａ，３３ｄ（これらは全反射ミラーでもよい）により再度反射され、そのプリズム３２ａ，３２ｆの出口に配設された１／２波長板３４ａ，３４ｂでＰ偏光に変換されてインテグレータ光学系５側に導かれる。
【００７４】
このような偏光変換器３１の機能は３個のプリズムの組合せでも実現できるが、本実施の形態のように、６個のプリズム３２ａ〜３２ｆを用い、３個組を２組対称に組合せて構成することにより、偏光変換器３１の受光側（リフレクタ２１側）に対して出射側（インテグレータ光学系５側）の面積が２倍となる小型構成を採ることができる。即ち、インテグレータ光学系５の入力部の外形を図８に示した場合と同じとすると、偏光変換器３１の受光側の面積は半分にできるため、平面鏡２７の窓２８の開口形状も図９（ｂ）に示すようにプリズム３２ｂ，３２ｅを合わせた大きさ形状に小さくできる。
【００７５】
なお、本実施の形態のような偏光変換器３１は、図１，図２等に示した回転放物面鏡４を用いる場合にも同様に適用できる。図１２はその適用例を示す。この場合も、平面鏡１５の窓１６部分の大きさ・形状を偏光変換器３１の受光部の大きさ・形状に小さくすることができる。
【００７６】
本発明の第七の実施の形態を図１３に基づいて説明する。本実施の形態は、前述の第五の実施の形態のような光利用効率をより一層向上させるために放物面鏡と楕円面鏡との組合せ構造としたリフレクタ２１を前提として、その作成過程をも考慮して改良したものである。
【００７７】
一般的に、この種のリフレクタは、溶解したガラスを型（最小限の構成として雌型と雄型（矢型とも言う）とが必要である）によって形成し、ミラー面を研磨した後に、蒸着で反射面を形成するようにしている。従って、回転楕円面鏡の短軸上に開口部を作ると、開口部の接線は平行となるため、矢型を外すためには割型にするなどの点から複雑な形状を作る必要が生じてくる。この点、開口部の深さ方向に傾斜を付けるようにすれば、矢型を複雑にすることなくガラスのリフレクタを形成することができるが、このように単純に作ると、光源３からの放射光のうち、図１３中に示す角度θ_２３，θ_２４分が有効に使えなくなってしまう。
【００７８】
この解決法として、本実施の形態では、この部分を第２の放物面とすることによって一部分を有効利用することを可能にしたものである。即ち、第１の放物面鏡（放物面鏡２２）の焦点距離ｆよりも短い焦点距離ｆ′を持つ第２の放物曲線の焦点位置を第１の放物面鏡の焦点位置と共通にすると、やはり回転楕円面鏡とした楕円と交差する。その交点をｎ，ｎ′とすると、その座標は（ｙ_ｎ，ｚ_ｎ），（ｙ_ｎ′，ｚ_ｎ′）となり、ｚ_ｎ＝ｚ_ｎ′である。ここで、リフレクタの反射面ｒを表すＺ軸上の座標をｚ_ｒとすると、ｚ_ｒ≧ｚ_ｎの範囲を第２の放物面鏡を用いる。
【００７９】
全体を通して整理すると、今まで述べた３つの曲線のうち、ｚ_ｒ＜ｚ_ｌの範囲を第１の放物線、ｚ_ｌ＜ｚ_ｒ＜ｚ_ｎの範囲を楕円、ｚ_ｒ≧ｚ_ｎの範囲を第２の放物線を用い、Ｚ軸に中心に回転させて各々第１の放物面鏡、楕円面鏡、第２の放物面鏡を形成した構成とする。
【００８０】
このようにすれば、角度θ_２３，θ_２４分に入る光束のうち角度θ_２４分は依然として有効に利用することができないものの、角度θ_２３分は第２の放物面鏡により再帰光とすることができ、有効に利用することができる。
【００８１】
本発明の第八の実施の形態を図１４及び図１５に基づいて説明する。前述した実施の形態では、前面鏡を平面鏡により構成したが、本実施の形態では、前面鏡を放物面鏡により構成することで、光利用効率をより一層向上させるようにしたものである。
【００８２】
まず、図７の場合と同様に、図１４を参照して本実施の形態の原理を説明する。前述の場合と同様に、横軸をＺ軸、縦軸をＹ軸とし、第１の放物面鏡を形成する放物曲線１の焦点を原点にとると、その放物曲線１の式は、図７の場合と同様に、
ｙ^２＝４ｆ（ｚ＋ｆ）
と表せる（但し、ｆは放物曲線１の焦点距離）。また、向きを逆とした第２の放物面鏡を形成する放物曲線２の焦点をその原点に置くと、その放物曲線２の式は、
ｙ^２＝−４ｇ（ｚ−ｇ）
と表せる（但し、ｇは放物曲線２の焦点距離）。また、Ｚ軸から前面鏡（第２の放物面鏡）の窓のサイズの最小位置までの距離をｗとして第２の放物面鏡との交点をｍ，ｍ′とする（図１４中では放物曲線２で表現した曲線Ｍ、Ｍ′、Ｍ″のうち、曲線Ｍ上に表現している）。
【００８３】
このようにして構成されたリフレクタを用いて光源３の発光を効率よく平行光にして取り出す原理を説明する。ここで、一般的には光源３をリフレクタに挿入して取付け・保持させるためには、Ｚ軸中心にｙ＝ｄ／２で回転させた概略円筒状の穴（φｄ）を明ける必要がある。即ち、第１の放物面鏡のうち、その部分は反射面とすることができず、結局、全面を利用することはできない。また、光源の特性としても電極が位置する方向には物理的に光束を放射することは不可能であることを前提として説明する。また、原点から交点ｍまでの線分は光源から放出する光束の最大の取込み角（包括角θ）となる。
【００８４】
原点（即ち、焦点）に点光源が置かれているとすると、
▲１▼ 線１０と放物面鏡１との交点上よりわずかでも内側に入った線１’（図示せず）に沿った光線はＺ軸に平行となり、窓から外（図中、右方向）に放出される。
【００８５】
▲２▼ 線１０と放物曲線１の交点上よりわずかでも外側に向かった線１はＺ軸に平行となり、線１０に沿って右方向に向かうが、放物面鏡２上のミラー面で反射されて線５に沿って原点に戻り、さらに放物面鏡１に向かう。
【００８６】
この線５上の光線は光源から直接発せられる光線と重畳されて、放物面鏡１の交点で反射され、Ｚ軸に平行となり、線９として窓から外の方向（図中、右方向）に放出される。
【００８７】
▲３▼ 最初から線５上に放出された光線は、放物面鏡１で反射され、Ｚ軸に平行となり、線１０に沿って放物面鏡１に向かい、交点で線１に沿った光線となり、原点に戻り、さらに放物面鏡１に向かう。
【００８８】
この線１上の光線は光源から直接発せられる光線と重畳されて、放物面鏡１の交点で反射され、Ｚ軸に平行となり、線６として窓から外の方向（図中、右方向）に放出される。
【００８９】
▲４▼ 最初から線２上に放出された光線は、▲２▼の場合と同様の原理で直接発せられた光線と重畳されて、線８として外部に放出される。
【００９０】
▲５▼ 最初から線４上に放出された光線は、▲３▼の場合と同様の原理で直接発された光線と重畳されて、線７として外部に放出される。
【００９１】
▲６▼ （図示してないが）放物面鏡１と放物面鏡２との交点に直接向かった光は、原理的にはまた原点に戻り、直接発せられる光と重畳され、再度、放物面鏡１で反射されＺ軸に平行となり、外部に放出される。
【００９２】
このように、光源３から発せられる光束のうち、｜θ｜−｜θ′｜の範囲の放射角の光束は全部有効な平行光として外部に放出でき、効率よく光源３の発する光束を利用できる。
【００９３】
さらに、前述した平面鏡を前面鏡として用いる方法と比べると、光源３は体積を持っているため放物面鏡１では完全に平行光とはならない事実に対して、平面鏡ではそのまま乱れた角度で反射するのに対して、本実施の形態によれば、放物面鏡２でその乱れた角度を小さくして反射させるので、外部に放出される光線の平行度が保たれた状態となっており、その後段で用いる光学素子の負担を軽くすることができる。
【００９４】
次に、放物曲線１、放物曲線２とｍ，ｍ′の関係を曲線Ｍ，Ｍ′，Ｍ″で説明する。これらのうち、曲線Ｍは理想的な位置である。即ち、線５と放物曲線１との交点のＹ座標の絶対値をｙ＝ｄ／２としてから、線５と線１０との交点がｍとなるような位置に放物曲線２となるように放物線
ｙ^２＝−４ｇ（ｚ−ｇ）
の焦点距離ｇを決定する。こうすることによって、前述のように｜θ｜−｜θ′｜の範囲の放射角の光束は全て有効に取り出すことができる。
【００９５】
曲線Ｍより外側の曲線Ｍ′の位置に置くと、線１０と放物曲線２との交点で反射された光線は線５の外側を通って原点に向かい、その延長線上で放物曲線１と交差するが、そこでのＹ座標の絶対値はｙ＝ｄ／２より小さくなりランプ保持用の穴に入ってしまうので、有効な光として取り出すことができなくなる。
【００９６】
曲線Ｍより内側の曲線Ｍ″の位置に置くと、線１０と放物曲線２との交点は線５の内側に入ってしまうので、光源から発する線５上の光線は平行光とならずに外部に放出される。即ち、包括角θが小さくなり、光源３から発する光束を無駄にする量が増加する。
【００９７】
このように、曲線Ｍに比べると曲線Ｍ′，Ｍ″は多少効率が落ちるものの従来の方法よりも格段に効率が良いのは自明である。
【００９８】
また、図１４においては防爆ガラスの位置をこれらの曲線と無関係に設定しているが、これは光源形状から電極の支持体を内部に取り込む位置に置いたためである。光源のランプ電極の支持体を貫通させるように穴を明けたり、ランプ電極の支持体を短くすることができたり、放物曲線１の焦点距離と放物曲線２の焦点距離との関係を変えることにより、ランプの支持体を内部に取り込むことができれば、曲線Ｍ，Ｍ′，Ｍ″の何れの位置に防爆ガラスを配置させてもよい。即ち、放物曲線２の形状の防爆ガラスとし、その一面に窓付きミラーを形成することにより部品点数を少なくすることも可能である。
【００９９】
次に、前面鏡としての第２の放物面鏡３５が有する窓３６の形状について図１５を用いて説明する。なお、ここでは、前述したインテグレータ光学系５の第１のフライアイレンズ９を構成する要素レンズのサイズを横Ｈ＝４ｍｍ、縦Ｖ＝３ｍｍとし、７×９個を並べて構成されている場合を想定している。
【０１００】
このような条件下では、基本の窓形状は横４ｍｍ×７個＝２８mm、縦３ｍｍ×９個＝２７mmの矩形形状となる。
【０１０１】
しかしながら、後述する反射型ＬＣＤを用いるプロジェクタ用としてはＬＣＤのパネル面に入る入射角が小さいほどコントラストや色むらに対する性能が向上する。そのため、入射角が比較的大きくなる対角の要素レンズを通過する光束は使わなくてよい。しかも、本実施の形態の方式ではその部分に来る光束を反射させ、再利用し、中心付近の良質な光束とすることができるので全体としての効率が向上する。
【０１０２】
図１５（ａ）は対角上の要素レンズを各１個分ずつの範囲を反射面（第２の放物面鏡３５の一部）とした例であり、図１５（ｂ）はその両隣までの各３個分ずつの範囲を反射面（第２の放物面鏡３５の一部）とした例を示す。なお、図１５中の括弧内の数値は、（ｘ，ｙ，ｌ）、即ち、その点のｘ座標、ｙ座標及び原点に点対称となる対角の長さｌを示している。この図１５（ｂ）の場合、窓３６の最短距離は２４．２ｍｍとなるので、図１４中の線１０の位置はｗ＝１２．１ｍｍとすると効率が良い。これは、前面鏡として平面鏡を用いた前述の各実施の形態の方式の場合であっても同様である。
【０１０３】
さらに、光軸を精度よく作成し、維持することができれば、図１５（ｃ）又は図１５（ｄ）に示すように必ずしも要素レンズの単位で窓を構成する必要性はない。図１５（ｃ）は外形である矩形に内接する楕円形状或いは円形状の窓３６に形成した例であり、図１５（ｄ）は図１５（ｂ）で示した四隅の３個分の要素レンズを対角線で区切り、全体を八角形形状の窓３６に形成した例である。これらの図１５（ｃ）又は図１５（ｄ）の例は要素レンズの一部分のみを光束が通過するので、一つの要素レンズだけに注目すると照度むらの出るおそれがあるが、全部を重畳した後の照度は互いに補い合っているのでほとんど照度むらにつながらない。特に、図１５（ｄ）に示す例は、四隅の２個ずつの要素レンズは互いの対角の要素レンズと完全に補完関係にあるので理論的にも全く照度むらにつながることはない。この両者の窓３６の最短距離は矩形の場合と同じで２７ｍｍであるので、ｗ＝１３．５ｍｍとしてよい。
【０１０４】
このように、本実施の形態の方式によれば、インテグレータ光学系に入射させる光束を円形或いは円形に近い形にすることにより、その周囲に来る光束を反射させ、再利用し、中心付近の良質な光束とすることができるので、全体としての効率が向上する。
【０１０５】
なお、例えば図１４中の第２の放物面鏡３５のミラー面位置をＭ′とし、防爆ガラス（前面ガラス８）と一体化し、さらに、インテグレータ光学系５の第１のフライアイレンズ９をも一体化して構成してもよい。図１６及び図１７はこれを原理的に示すものである。
【０１０６】
本発明の第九の実施の形態を図１８及び図１９に基づいて説明する。本実施の形態は、前述の実施の形態の原理において前面鏡として第２の放物面鏡を用いる場合の具体的な照明装置Ａ５の構成例を示すものである。
【０１０７】
リフレクタ用の放物面鏡４（ｆ＝６ｍｍ）は強化ガラス、前面鏡としての第２の放物面鏡３５（ｇ＝２１ｍｍ）は強化ガラスないしは通常のガラスで構成し、各々内側が鏡面として形成している。この場合、両者の膨張係数がほとんど同じなので両者を耐熱接着剤で固着させている。放物面鏡４と防爆ガラス（前面ガラス８）との間は作製型の抜き勾配を設けて直線的に円筒状に形成されている。３７は光源３をリフレクタ（放物面鏡４）に挿入して取付け・保持させるために明けた概略円筒状の穴であり、３８はリード線引き出し孔である。
【０１０８】
本発明の第十の実施の形態を図２０及び図２１に基づいて説明する。本実施の形態の照明装置Ａ６は、基本的には、照明装置Ａ５の場合と同様であるが、前面鏡としての第２の放物面鏡３５を高輝アルミニウムやステンレス鋼などの金属で形成した場合の適用例を示す。
【０１０９】
この場合、放物面鏡４にはやはり強化ガラスを用いているので、両者を固着すると両者の熱膨張係数が異なり、ランプ点灯時の熱により、第２の放物面鏡３５が変形してしまうおそれがある。そこで、本実施の形態では、放物面鏡４と第２の放物面鏡４とは接着剤等により固着せずフリーとし、Ｚ軸中心に対称的な位置に押える力が働くばね材３９によりその配設位置に保持させるようにしたものである。より具体的には、ステンレス鋼や麟青銅のようなばね性のある１枚の板材３９ａの中央に窓３６を阻害しないように形成した矩形状の開口周りに切り欠きにより４個の板ばね片３９ｂを対辺同士でタスキ掛けとなるような方向に形成したもので、板材３９ａ自身は防爆ガラス（前面ガラス８）の直下に配置されて放物面鏡４の本体とは接着剤で一緒に固着されている。もっとも、ばね材３９としては、図示のようなものに限らず、線状ばね、コイルばね等であってもよく、要は、Ｚ軸中心に対称的に第２の放物面鏡３５に放物面鏡４方向の押し圧が掛かるように配置できれば、形状は特に問わない。
【０１１０】
本発明の第十一の実施の形態を図２２に基づいて説明する。本実施の形態は、例えば前述の照明装置Ａ５（又は、Ａ６）を図１，図２，図１１，図１２等の場合と同様に、液晶パネル１の照明用に用いた適用例を示す（照明装置Ａ５に関しては簡略化して示している）。この場合、インテグレータ光学系５としては、前述の場合と同様のものを用い得るが、ここでは、第１のフライアイレンズ５に代えて、相当部材として直交シリンドリカルレンズアレイ７１ａ，７１ｂを用いた例を示しており、第２の放物面鏡３５の窓３６が直交シリンドリカルレンズアレイ７１ａ，７１ｂの大きさに概略対応するように形成されている。また、第２のフライアイレンズに相当する直交シリンドリカルレンズ１０ａ，１０ｂ間に配設された偏光整列プリズム１１の前段には、遮光板アレイ７２が配設されている。７３はＵＶ／ＩＲカットフィルタである。また、図２の場合と同様に、シリンドリカルレンズ１０ｂと照射面とのほぼ中間の位置に凸レンズ１７（焦点距離はこの凸レンズ１７から液晶パネル１までの距離に一致させる）を置き、第２のフライアイレンズ（直交シリンドリカルレンズ１０ａ，１０ｂ）で分割された光束を照射面である液晶パネル１上に重ね合わせている。
【０１１１】
このような構成をとることにより、凸レンズ１７から被照射面となる液晶パネル１までは、フライアイレンズの各構成レンズが作る光束は各々平行光となっているので、特に反射型液晶パネル１を用いるプロジェクタの場合でも色むらが発生しにくく、都合がよい。
【０１１２】
本発明の第十二の実施の形態を図２３に基づいて説明する。本実施の形態は、例えば、図１に示した照明装置Ａ１の液晶プロジェクタへの適用例を示す。なお、この照明装置Ａ１において、第１フライアイレンズ９の前端にはＵＶ／ＩＲカットガラス４１が介在され、また、第１、第２フライアイレンズ９，１０間には照射方向を９０°変更させるためのミラー４２が介在されている。
【０１１３】
照明装置Ａ１によりＳ偏光に揃えられた平行光束は、ダイクロイックミラー（分光ミラー）４３，４４及び全反射ミラー４５でＢ，Ｇ，Ｒ各色成分光に分離され、各々対応するＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）４６，４７，４８へ導き、そのＰＢＳ膜で反射させ、各々反射型液晶パネル１Ｂ，１Ｇ，１Ｒを照射する。２Ｂ，２Ｇ，２Ｒはコンデンサレンズであり、４９，５０はリレーレンズである。
【０１１４】
各反射型液晶パネル１Ｂ，１Ｇ，１Ｒでは、画像情報制御部（図示せず）から与えられる画像信号がオフの画素はそのまま反射して返すので、ＰＢＳ膜で再度反射し、照明装置Ａ１側へ戻されるが、オンの画素ではＰ偏光に変換して反射されるのでＰＢＳ膜を透過し、ダイクロイックプリズムを用いた光合成プリズム５１へ到達する。各色画像はこの光合成プリズム５１のダイクロイック膜で合成され、投射レンズ系としての投射レンズ５２を通してスクリーン５３上に液晶パネル表示画像を投射結像させる。
【０１１５】
本発明の第十三の実施の形態を図２４に基づいて説明する。本実施の形態は、例えば、図２に示したような凸レンズ１７を用いたインテグレータ光学系５構成の照明装置の液晶プロジェクタへの適用例を示す。但し、ここでは、第１フライアイレンズの前段にＵＶ／ＩＲカットガラス４１が介在されており、平面鏡はこのＵＶ／ＩＲカットガラス４１の片面に平面鏡６０として設けられている。
【０１１６】
照明装置によりＰ偏光に揃えられた平行光束は、ＰＢＳ６１へ導かれそのＰＢＳ膜を透過し、さらにダイクロイックプリズムを用いた光分離・合成プリズム６２へ導かれる。ここで、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色成分光に分離されて、各々対応する反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを照射する。各反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂでは画像情報制御部（図示せず）から与えられる画像信号がオフの画素はそのまま反射して返すので、光分離・合成プリズム６２で合成された後、ＰＢＳ６１のＰＢＳ膜を再度透過し照明系の方へ戻されるが、オンの画素ではＳ偏光に変換して反射されるので光分離・合成プリズム６２で合成された後、ＰＢＳ６１のＰＢＳ膜で反射され、投射レンズ系としての投射レンズ６３を通してスクリーン６４上に反射型液晶パネル１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの表示画像を投射結像させる。
【０１１７】
なお、図示例では、ガラスの密度も考慮して、インテグレータ光学系５における光学的な距離の関係は、ｌ_１＋ｌ_１′≒ｌ_２に設定されている。
【０１１８】
なお、これらの第十二、第十三の実施の形態で示した液晶プロジェクタに関するリフレクタとインテグレータ光学系の組合せ（照明装置）は、本発明の効果を分かりやすく示すために選んだのみであり、前述した実施の形態における照明装置の何れの方式の組合せでも本発明の本質が崩れるものではない。特に、リフレクタの形状については目的に応じて前述のどの方式を用いても何ら差し支えない。
【０１１９】
また、これらの第十二、第十三のの実施の形態では、照明光の角度依存性の強い反射型液晶ディスプレイを用いたプロジェクタへの適用例を示したが、本発明の本質は集光能力が大きいことから、透過型液晶パネルを用いたプロジェクタやＤＭＤ（ダイナミックミラーデバイス）を用いたプロジェクタ（この場合は、偏光変換機能は省略できる）への応用も可能であることは言うまでもない。
【０１２０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の照明装置によれば、基本的に放物面鏡により反射された平行光は前面鏡の非鏡面による窓を通して出力光利用光学系に向けて出射される一方、光源から発せられて放物面鏡に直接入らない光は平行光の光軸に対して直交させた前面鏡で反射させることにより再び放物面鏡に返し反射させることで焦点位置を経て再度放物面鏡で反射させて平行光として出射させることができるので、光源光の光束の殆ど全部を効率よく利用できる上に、出力光利用光学系に向けて出射させる光束の平行度を低下させることもなく、さらには、出力光利用光学系の入力部の外形サイズと概略同サイズで透光性を有する非鏡面の窓の大きさを規制することができるので、出力光利用光学系のサイズを小さく抑えることもできる。また、特に、リフレクタとして放物面形状と楕円面形状とを組合せているので、このリフレクタと平面鏡との間での光束の反射回数を少なくして光の減衰を抑えることができ、光の利用効率を向上させることができ、加えて、同じ焦点距離の放物面鏡を用いた場合、放物面鏡のみによる場合に比べてリフレクタの外形を小さくすることができ、結果として、光の利用効率を低下させることなく全体の小型化を図ることができる。また、リフレクタの型を作りやすくすることができ、面精度を出しやすくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図３】本発明の第三の実施の形態の照明装置の要部を示すリフレクタ付近の断面構造図である。
【図４】そのリフレクタの正面図である。
【図５】本発明の第四の実施の形態の照明装置の要部を示すリフレクタ付近の断面構造図である。
【図６】その正面図である。
【図７】本発明の第五の実施の形態のリフレクタ構成を示す原理図である。
【図８】その実際的な照明装置への適用例を示す光学系構成図である。
【図９】本発明の第六の実施の形態の照明装置の要部を示し、（ａ）はリフレクタ付近の断面構造図である。
【図１０】その偏光変換器の平面図である。
【図１１】その照明装置全体の光学系構成図である。
【図１２】変形例を示す光学系構成図である。
【図１３】本発明の第七の実施の形態のリフレクタ構成を示す原理図である。
【図１４】本発明の第八の実施の形態のリフレクタ構成を示す原理図である。
【図１５】その第２の放物面鏡の窓形状を示す正面図である。
【図１６】その照明装置の要部を示すリフレクタ付近の断面構造図である。
【図１７】その正面図である。
【図１８】本発明の第九の実施の形態の照明装置の要部を示すリフレクタ付近の断面構造図である。
【図１９】その正面図である。
【図２０】本発明の第十の実施の形態の照明装置の要部を示すリフレクタ付近の断面構造図である。
【図２１】その正面図である。
【図２２】本発明の第十一の実施の形態の照明装置を示す光学系構成図である。
【図２３】本発明の第十二の実施の形態の液晶プロジェクタを示す光学系構成図である。
【図２４】本発明の第十三の実施の形態の液晶プロジェクタを示す光学系構成図である。
【図２５】第１の従来例の照明装置を示す光学系構成図である。
【図２６】第２の従来例の照明装置のリフレクタ付近を示す光学系構成図である。
【図２７】第３の従来例の照明装置のリフレクタ付近を示す光学系構成図である。
【符号の説明】
１被投射体、液晶パネル
３光源
４放物面鏡、リフレクタ
５インテグレータ光学系、出力光利用光学系
８前面ガラス
９第１フライアイレンズ
１０第２フライアイレンズ
１２平面鏡、前面鏡
１３窓
１５平面鏡、前面鏡
１６窓
１８平面鏡、前面鏡
２０窓
２１リフレクタ
２２放物面鏡
２３楕円面鏡
２５光源
２６前面ガラス
２７平面鏡、前面鏡
２８窓
３１偏光変換器
３５第２の放物面鏡、前面鏡
３６窓
３７穴
３９ばね材
５２投射レンズ系
５３スクリーン
６０平面鏡、前面鏡
６３投射レンズ系
６４スクリーン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an illumination device suitable for illuminating a rectangular projection object such as a liquid crystal panel.In placeRelated.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an illumination optical system for uniformly illuminating a rectangular projection object such as a liquid crystal panel, an integrator optical system in which two sets of fly-eye lens arrays are combined is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-111806. Are known.
[0003]
The integrator optical system shown in the publication and the like constitutes a first fly-eye lens array with a light beam from a light source including a reflector such as a paraboloidal reflector, an ellipsoidal reflector, and a hyperboloidal reflector. A secondary light source image is formed by dividing by a plurality of rectangular condensing lenses, and a plurality of concentrating light sources corresponding to the plurality of rectangular condensing lenses of the first fly-eye lens array is formed. A superimposed image is formed on the same projection object via a second fly-eye lens array having an optical lens. According to such an integrator optical system, the utilization efficiency of the light source light is improved, and the light intensity distribution on the projection target surface can be made substantially uniform. In particular, the shape of each condenser lens in the first and second fly-eye lens arrays is made to correspond to the aspect ratio of the rectangular projection object, for example, by forming a rectangular shape with a ratio of 4: 3. Utilization efficiency and intensity distribution can be made uniform.
[0004]
That is, in JP-A-3-111806, as an integrator optical system, a macro lens array having a rectangular lens as a first lens and a second macro lens array having a lens corresponding to the first lens are used. Therefore, it is possible to perform irradiation with an aspect ratio suitable for the irradiated object. As a configuration example on the light source side for further reducing the outer shape of the integrator optical system, according to FIG. 23 in the publication, a light source is placed at the first focal point of the spheroid mirror, and the collimator after the second focal point. After the lens is placed, it is guided to the integrator optical system.
[0005]
FIG. 25 shows a configuration example in which a rotating parabolic mirror is used instead of the rotating ellipsoidal mirror shown in FIG. 23 in Japanese Patent Laid-Open No. 3-111806. In FIG. 25, basically, the first lens of the integrator optical system 100 has a macro lens array (first fly-eye lens) 101 having a rectangular lens and a second lens having a lens corresponding to the first lens. A macro lens array (second fly-eye lens) 102 is used to irradiate the liquid crystal panel 103 that is an object to be irradiated with an aspect ratio. On the light source side, the light emitted from the light source 105 disposed at the focal point F1 of the rotary parabolic mirror 104 and collimated by the reflection by the rotary parabolic mirror 104 is parallel to the second focal point F2 by the convex lens 106. And the collimator lens 107 is made incident on the integrator optical system 00. In FIG. 25, reference numeral 108 denotes a polarization alignment prism array that aligns only the P-polarized component or only the S-polarized component with respect to the light source light in which the P-polarized component and the S-polarized component are mixed, and 109 and 110 denote lenses.
[0006]
According to the example of the publication, although the number of parts is increased by one, the size of the reflector (generally referred to as a rotating parabolic mirror, a rotating ellipsoidal mirror, etc.) and the position of the focal point can be freely set.
[0007]
Further, according to Japanese Patent Laid-Open No. 10-161065, a light source is placed at the focal position of a parabolic mirror to obtain a small collimator optical system in order to reduce the external shape of the integrator optical system. An illuminating device has been proposed in which the light is guided to the polarization conversion means or the integrator optical system after returning to step (b).
[0008]
FIG. 26 shows a lighting device based on the concept of Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-161065. In contrast with FIG. 25, the collimating lens 111 is disposed on the front side (light source side) of the position corresponding to the second focal point F2, and the collimator lens 107 is omitted.
[0009]
Further, as shown in FIG. 27, the light source 105 is placed at the first focal point F1 of the spheroid mirror (rotating parabolic mirror 104) as in the case of the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 3-111806, and the second focal point. In this method, a collimator lens 107 is placed after F2 and then guided to the integrator optical system 100. A light beam that does not enter the spheroid mirror 104 is returned to the light source 105 by the concave mirror 112 having the spherical center at the first focal point F1, and emitted from the light source 105. Some have made it possible to use most of the luminous flux.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The idea disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 3-111806 is that the luminous flux emitted from the light source 105 is once condensed and collimated by the collimator lens 107 to reduce the size of the integrator optical system 100 as a whole. To try to satisfy. However, in this configuration, the size of the light source image at the focal point where the light beam emitted from the light source 105 is condensed again is enlarged many times as much as the original light source image, and the collimator lens 107 tries to make parallel light. However, the light utilization efficiency in the integrator optical system 100 is reduced. This property shows the same tendency as the combination of the rotating parabolic mirror 104 and the convex lens 107 even if a rotating ellipsoidal mirror is used instead of the rotating parabolic mirror 104.
[0011]
Further, even if configured as in the example of Japanese Patent Laid-Open No. 10-161065, the parallel light output from the collimating lens (concave lens) 111 is in principle the same degree of parallel light as that obtained by the collimator lens 107 shown in FIG. Only light can be obtained. Also in this method, as in the above-described conventional example, this property is made parallel to the rotating paraboloidal mirror 104 even if the parallelizing lens 111 is placed in front of the second focal point F2 using a spheroidal mirror. The same tendency as the combination of the lenses 111 is shown.
[0012]
Further, in the example shown in FIG. 27, by arranging the concave mirror 112 having the spherical center coincident with the position of the first focus F1, light that cannot be captured by the mirror surface of the rotary parabolic mirror 104 is recursively used. As a result, the utilization efficiency of the light beam emitted from the light source 105 is improved. However, the idea of reducing the overall size of the integrator optical system 100 by condensing the light beam once and making it parallel light by the collimator lens 107 is the same as the conventional example shown in FIG. Is. Therefore, in this configuration, the size of the light source image at the focal point where the light beam emitted from the light source 105 is condensed again is enlarged many times as much as the original light source image, so that the collimator lens 107 makes parallel light. However, there is a limit, and the light use efficiency in the integrator optical system 100 is reduced.
[0013]
  Therefore, the present invention reduces the outer shape of an output light utilizing optical system such as an integrator optical system.InFor the purpose of improving the utilization efficiency of the light beam of the light source light, specifically, by further improving the parallelism of the light beam incident on the output light utilization optical system such as the integrator optical system, for example, the integrator optical system The illumination device that can reduce the size of the light source image formed on the second fly-eye lens surface to a point light source shapePlaceThe purpose is to provide.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  According to the first aspect of the present invention, a parabolic mirror is used for at least a part of the reflector, a light source is disposed in the vicinity of the focal point of the parabolic mirror, and the light is emitted from the light source and reflected by the parabolic mirror. In an illumination device that emits parallel light toward an optical system using output light,The reflector has a parabolic shape up to a range where at least parallel light from the parabolic mirror covers the input port of the output light utilization optical system, and the outside of the parabolic mirror is defined as the parabolic surface. An ellipsoidal mirror having a common focal point, and a plane mirror as a front mirror in which a non-mirror surface window having a light transmission property is formed with approximately the same size as the outer size of the input portion of the output light utilization optical system. The ellipsoidal mirror is disposed at a position near the minor axis so as to be orthogonal to the optical axis of the parallel light. In addition, the reflector includes a second paraboloid having a focal point common to the paraboloidal mirror at an outer portion of the parabolic mirror from the middle of the ellipsoidal mirror to the plane mirror near the minor axis. Become a mirror.
[0026]
  Therefore,Since the paraboloid shape and the ellipsoidal shape are combined as a reflector, the number of times the light beam is reflected between the reflector and the plane mirror can be reduced to suppress light attenuation, and the light utilization efficiency is improved. . In addition, when using a parabolic mirror with the same focal length, the reflector can be made smaller in outer shape than when only a parabolic mirror is used. Miniaturization can be achieved.
[0028]
  AlsoThis makes it easy to make a reflector mold, and can improve surface accuracy.
[0046]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0047]
The illumination device A1 according to the present embodiment uses a rectangular liquid crystal panel 1 having a vertical / horizontal aspect ratio of 4: 3 as a projection target, and images light flux received from illumination light by each liquid crystal element on the front surface. After the formation, the condenser lens 2 is attached to allow the projection lens to pass through with the light beam having the minimum diameter. With respect to such a liquid crystal panel 1, the illuminating device A1 according to the present embodiment includes a light source 3 having a point-like shape and a rotating parabolic mirror (a parabolic mirror) as a reflector in which the light source 3 is provided. ) 4, an integrator optical system 5 as an output light utilization optical system, and a condenser lens 6.
[0048]
As the light source 3, an arc lamp such as a high-pressure mercury lamp, a metal halide lamp, or a xenon lamp is used. This light source 3 is disposed at the position of the focal point F of the rotary paraboloid mirror 4 in which the inner peripheral surface of the shape obtained by rotating the paraboloid is the mirror surface 4a. Accordingly, the mirror surface 4a of the rotary parabolic mirror 4 has an optical characteristic of emitting it as parallel light when receiving light from the light source 3. The exit of the rotary parabolic mirror 4 is closed by the front glass 8.
[0049]
The integrator optical system 5 is known, for example, from the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-111806, etc., and is basically composed of a combination of the first fly-eye lens 9 and the second fly-eye lens 10. In particular, the second fly-eye lens 10 is replaced with an arrangement in which two cylindrical lens arrays 10a and 10b are arranged orthogonally. In the present embodiment, a polarization alignment prism array 11 is provided between the cylindrical lens arrays 10a and 10b in order to align the polarized light in one direction, in which a PBS (polarization beam splitter) array and a half-wave plate are combined. It has been. The condensing lens 6 disposed in the subsequent stage of the cylindrical lens array 10b serves to superimpose the light beams divided by the fly-eye lens on the liquid crystal panel 1.
[0050]
In such a basic configuration as the illuminating device A, in the present embodiment, a plane mirror 12 as a front mirror is integrally provided by using the inner surface of the front glass 8 orthogonal to the optical axis of the parallel light flux. Yes. That is, the plane mirror 12 is disposed perpendicular to the optical axis of the parallel light flux. From another viewpoint, a reflecting surface that is axially symmetric with respect to the optical axis of the parallel light flux passing through the position of the focal point F of the rotary parabolic mirror 4 is formed at a right angle to the optical axis and positioned on the light source 3 side. is doing. This flat mirror 12 is formed by forming a mirror surface on a part of the inner side surface of the front glass 8, and has a non-mirror surface structure that is approximately the same size as the outer size of the first fly-eye lens 9 that serves as the input portion of the integrator optical system 5. 13 is formed in the center. That is, the window 13 portion is translucent to the light from the light source 3. An AR coat 14 for improving light transmission efficiency is provided on both surfaces of the front glass 8 with respect to the window 13 portion.
[0051]
Therefore, in the illumination device A1 of the present embodiment, all of the optical systems including the collimator lens 107, the convex lens 106, the concave lens 111, and the like in the conventional example for the purpose of downsizing the outer shape of the integrator optical system 5 are used. The configuration is such that the collimated light produced by the reflector by the rotating parabolic mirror 4 is directly input to the integrator optical system 5. However, since all of the light beam emitted from the light source 3 cannot be used by this alone, the light beam that is not directly input to the integrator optical system 5 is obtained by the plane mirror 12 arranged orthogonal to the optical axis of the parallel light formed by the rotary parabolic mirror 4. Return to the parabolic mirror 4 side again. The returned light beam is returned to the focal point F, that is, the light emission position of the light source 3 by the rotary parabolic mirror 4. Here, in the present embodiment, since an arc lamp such as a high pressure mercury lamp, a metal halide lamp, or a xenon lamp is used as the light source 3, the returned luminous flux passes through between the electrodes (in practice, the focal point that can be formed here is the light source). And a part of the light beam is shielded by the electrode, so that it reaches the mirror surface 4a of the rotary parabolic mirror 4 again. After being reflected again, it becomes parallel light and travels from the window 13 portion toward the integrator optical system 5.
[0052]
Therefore, according to the present embodiment, the parallel light reflected by the rotary paraboloid mirror 4 is basically emitted toward the integrator optical system 5 through the window 13 formed by the non-specular surface of the plane mirror 12, while from the light source 3. The emitted light that does not directly enter the parabolic mirror 4 is reflected by the plane mirror 12 orthogonal to the optical axis of the parallel light, and then reflected back to the parabolic mirror 4 to reflect the focal point F position. Then, since it can be reflected again by the parabolic mirror 4 and emitted as parallel light, almost all of the light beam of the light source light can be used efficiently, and the parallelism of the light beam emitted toward the integrator optical system 5 It does not decrease Furthermore, since the size of the non-specular window 13 having the same size as the outer size of the first fly-eye lens 9 positioned at the input portion of the integrator optical system 5 and having translucency can be regulated, the integrator optical The size of the system 5 can also be kept small, and the light beam utilization efficiency from the light source 3 can be maintained almost without being influenced by the shape of the integrator optical system 5. Further, by providing the plane mirror 12 integrally with the front glass 8 provided at the exit of the rotary parabolic mirror 4, the configuration can be simplified and the accuracy such as the orthogonality can be maintained.
[0053]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is also omitted (the same applies to the following embodiments).
[0054]
In the first embodiment, the flat mirror 12 is integrally formed directly on the inner surface of the front glass 8. However, in the illumination device A2 of the present embodiment, the front mirror 15 as a front mirror made of a member different from the front glass 8 is provided on the front surface. It is provided on the inner surface portion (or outer portion) of the glass 8 so as to be orthogonal to the optical axis of the parallel light flux. For example, a high-purity aluminum plate is used as the flat mirror 15 and the light source side surface is mirror-finished. Further, a window 16 that is substantially the same shape as the outer shape of the first fly-eye lens 9 is formed in the center.
[0055]
It is obvious that the same effect as that of the first embodiment can be obtained by such a configuration.
[0056]
In the illumination device A2 of the present embodiment, a convex lens 17 is provided in place of the condenser lens 6 so as to be positioned approximately in the middle between the cylindrical lens 10b and the liquid crystal panel 1. As in the case of the condensing lens 6, the convex lens 17 also functions to superimpose the light beams divided by the integrator optical system 5 on the surface of the liquid crystal panel 1. In particular, as in the present embodiment, since the light beams formed by the constituent lenses of the fly-eye lenses 9 and 10 are parallel light from the convex lens 17 to the liquid crystal panel 1, a reflective liquid crystal panel as will be described later. In the case of a liquid crystal projector using the color unevenness can be made difficult to occur.
[0057]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, only the configuration near the rotary parabolic mirror 4 is shown. In the present embodiment, a plane mirror 15 made of a member different from the front glass 8 as shown in FIG. 2 is disposed between the front glass 8 and the light source 3. That is, the plane mirror 15 is separated from the front glass 8 and close to the light source 3 side. The size and shape of the window 16 are the same as in FIG.
[0058]
In such a configuration, the light beam diverging from the light source 3 is made into substantially parallel light by the rotary parabolic mirror 4, but generally includes a divergence angle of 5 to 10 °. Here, according to the configuration of the present embodiment, the light source image which is emitted from the light source 3 and recursed by the plane mirror 15 before the divergence increases becomes large, so that the light source image which can be made at the focal point F position of the recurred luminous flux is shown in FIG. Since the divergence angle after being reflected by the parabolic mirror 4 and converted into parallel light can be reduced again, the decrease in efficiency in the integrator optical system 5 can be suppressed. be able to. Further, according to the configuration of the present embodiment, the rotary paraboloid mirror 4 at a portion deviating from the plane mirror 15 can be cut as shown by a one-dot chain line (cuttable position) in the drawing, which will be described later. The casing of a simple projector can be made thin. The same processing can be performed not only on the top and bottom but also on the left and right. Furthermore, the outside of the two-point difference line on the top, bottom, left and right may be formed in a box shape instead of cutting, and the casing can be similarly thinned.
[0059]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, only the configuration near the rotary parabolic mirror 4 is shown. In the present embodiment, a plane mirror 18 as a front mirror is provided integrally with the first fly's eye lens 9 located at the input section of the integrator optical system 5. More specifically, the substrate 19 made of the same member of the first fly-eye lens 9 is formed to a size that can cover the opening of the rotary parabolic mirror 4, and the lens portion of the first fly-eye lens 9 is used as the window 20. The periphery of the mirror is a mirror surface.
[0060]
According to the present embodiment, the configuration in which the plane mirror 18 is provided can be simplified, and the number of adjustment points can be reduced, so that the cost can be suppressed. Further, in the case where a glass member such as UV cut or IR cut is placed between the integrator optical system 5 and the rotary paraboloid mirror 4, a light beam portion that transmits the first fly-eye lens is left on these members. The same effect can be obtained even if the outside is a plane mirror.
[0061]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the structure of the reflector 21 itself is devised in order to further improve the light utilization efficiency, and a combined structure of a parabolic mirror and an ellipsoidal mirror is used.
[0062]
First, the principle of the present embodiment will be described with reference to FIG. Here, when the horizontal axis is the Z axis, the vertical axis is the Y axis, and the focal point of the parabolic curve is taken as the origin, the equation of the parabolic curve is
y²= 4f (z + f)
(Where f is the focal length of the parabolic curve). Furthermore, when the first focus of the ellipse is placed at its origin, the ellipse equation is
y²= -B²(Z-c)²/ A²+ B²
It can be expressed as Here, a is half the length of the major axis of the ellipse, and b is half the length of the minor axis.
[0063]
Also,
c = √ (a²+ B²)
And is half the distance between the first focus and the second focus. When a parabolic curve and an ellipse are drawn so as to satisfy the condition of f <ac, the two curves have two intersections. If the intersection is expressed as l, l ′, its coordinates are (y_l, Z_l), (Y_{l '}, Z_{l '}) And z_l= Z_{l '}It is.
[0064]
Therefore, the coordinate on the Z axis representing the reflecting surface r of the reflector is z_rThen, of these two curves, z_r<Z_lZ is a parabola and z_r≧ z_lThe range is an ellipse and is rotated around the Z axis. Moreover, the ellipse is used up to the position of the short axis, and a plane mirror is placed on the short axis. Further, the plane mirror is provided with a window around the center of the Z-axis. The size of the plane mirror is that the straight lines “line 9” and “line 9 ′” connecting the second focal point and the intersection l or l ′ have an elliptical short axis. A range connecting the cut points m and m 'is set (as will be described later, a circular window having the diameter of the line segment is the most efficient).
[0065]
The principle of efficiently obtaining parallel light from the light emitted from the light source disposed at the first focal point using the reflector thus configured will be described. If a point light source is placed at the first focus,
(1) The light beam emitted on the line 1 is reflected by the parabolic mirror mirror surface in parallel with the Z-axis and hits the plane mirror as a light beam on the line 2 so that the light reflected by the plane mirror mirror surface is a straight line. 2 is reflected on the parabolic mirror surface again, and after being reflected on the line 1 and passing through the first focal point, it is superimposed on the light emitted directly from the first focal point, and again the parabolic mirror surface. , And is reflected and emitted to the outside as rays on line 3 parallel to the Z axis.
[0066]
(2) The light beam emitted on the line 4 is reflected by the ellipsoidal mirror surface and hits the plane mirror as a light beam on the line 5 toward the second focal point. Since this plane mirror is located at the short axis position of the ellipse and is arranged so as to be orthogonal to the Z axis, the ray entering along the line 5 follows the plane mirror so as to follow the line 6 toward the first focal point. Reflected by the mirror surface. This light beam is also superimposed on the light emitted from the first focal point, reaches the parabolic mirror surface, is reflected there, and is emitted to the outside as a light beam on the line 7 parallel to the Z axis.
[0067]
(3) The light beam emitted on the line 6 directly hits the plane mirror. Since this plane mirror is located at the short axis position of the ellipse and is disposed so as to be orthogonal to the Z axis, it is reflected by the plane mirror mirror surface as a ray on line 5 from the second focal point of the ellipse toward the ellipsoidal mirror surface. Then, the light beam is reflected again by the ellipsoidal mirror surface so as to follow the line 4 toward the first focus. This light beam is also superimposed on the light emitted from the first focal point, reaches the parabolic mirror surface, is reflected there, and is emitted to the outside as a light beam on the line 8 parallel to the Z axis.
[0068]
FIG. 8 shows a practical configuration example of the illumination device A3 based on the principle diagram shown in FIG. Reference numeral 21 denotes a reflector constituted by a combination of a parabolic mirror 22 and an ellipsoidal mirror 23, and 24 denotes a boundary ridge line between the parabolic mirror 22 and the ellipsoidal mirror 23. The light source 25 is disposed at the focal point F of the parabolic mirror 22 (first focal point of the ellipsoidal mirror 23) F. The exit portion of the reflector 21 is set at the short axis position of the elliptical surface and is closed by the front glass 26, and a plane mirror 27 as a front mirror is integrally provided as a mirror surface using the inner surface side of the front glass 26. ing. A rectangular window 28 having a size that approximately matches the outer size of the first fly's eye lens 9 in the integrator optical system 5 is formed at the center of the plane mirror 27.
[0069]
The relationship between the boundary ridgeline 24 between the parabolic mirror 22 and the ellipsoidal mirror 23, the edge of the window 28 of the plane mirror 27, and the second focal point of the ellipsoidal mirror 23 is as follows. The intersection of the line 9 or the line 9 ′ connecting the second focal point and the plane mirror 27 is set to be outside (the mirror surface side) from the edge of the window 28 of the plane mirror 27 at any position of the plane mirror 27. The most efficient use of light. That is, it can be set so that all light rays reflected by the ellipsoidal mirror 23 are returned to the light source 3 side (first focus).
[0070]
In addition, when there is even a portion where the reflected light from the parabolic mirror 22 is returned by the plane mirror 27, the size of the window 28 is more efficient if the distance from the Z axis exceeds 2f at the shortest. That is, of the light emitted from the light source 3, the light emitted just along the vertical plane of z = 0 is converted into light parallel to the Z-axis by the parabolic mirror 22, and then the original path as it is by the plane mirror 27. Is reflected by the parabolic mirror 22, passes through the point of z = 0, and is reflected again by the parabolic mirror 22 on the opposite side, and becomes parallel light. Since this light beam is reflected by the plane mirror 27 and returns to the original path, it is attenuated without going out of the illumination device. However, even if it is sacrificed, the efficiency according to the present embodiment is better than the conventional method.
[0071]
As described above, according to the present embodiment, the light beam reflected by the ellipsoidal mirror surface (ellipsoidal mirror 23) is parabolic mirror as compared with the first to third embodiments described above. Since it is emitted to the outside with one less reflection than the light beam reflected by the mirror surface (parabolic mirror 22), the attenuation is small, and the light beam directly directed from the first focal point to the plane mirror 27 is also emitted to the outside as parallel light. Since it can be used, it is possible to use light more efficiently, so that more efficient illumination can be performed.
[0072]
In the above description, it has been assumed that the light source 3 is an ideal lamp. However, the actually used lamp has a glass sphere in which an electrode and a gas are sealed. In many cases, it is better to slightly move back and forth on the Z-axis than to place the plane mirror 27 on the minor axis accurately because of the variation in the generation position. In particular, some types of DC-driven lamps have asymmetrical electrode shapes and a large shape on one side. In this case, if the larger electrode is placed on the smaller side (left side in the figure) on the Z axis, the position of the second focal point image is slightly shifted to the Z axis in order to reduce the amount of recursive light blocked by the electrode. It is better to move to the larger side (right side in the figure). In order to do so, it can be realized by moving the plane mirror 27 to the larger side (right side in the figure) on the Z-axis than just above the short axis. In these operations, when the parts are actually assembled, the member of the plane mirror 27 is fixed at the position where the value becomes maximum while measuring the output light beam of the illumination device of the present invention.
[0073]
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The illumination device A4 of the present embodiment uses a reflector 21 similar to that of the fifth embodiment described above, and a polarization converter 31 (in the input portion of the integrator optical system 5 constituting the output light utilization optical system). Although the name is a polarization converter here, the purpose and function are the same as those of the polarization alignment prism array described above, except that the shape differs slightly depending on the relative position with respect to the integrator optical system 5. Is used). This polarization converter 31 is provided integrally with the first fly-eye lens 9 and, as shown in FIG. 10, six prisms 32a to 32f having a 45 ° isosceles triangle shape are trapezoidally symmetrical. In combination, PBS (polarized beam splitter) films 33a to 33d are formed on each inclined surface. Since the PBS films 33a to 33d reflect the S-polarized light and transmit the P-polarized light, the parallel light incident from the reflector 21 side is S-polarized by the first PBS films 33b and 33c located in the center. And P-polarized light. The P-polarized light is transmitted as it is and guided to the integrator optical system 5. On the other hand, the S-polarized light is reflected and reflected again by the outer PBS films 33a and 33d (which may be total reflection mirrors), and are half-wave plates 34a and 34b disposed at the exits of the prisms 32a and 32f. It is converted into P-polarized light and guided to the integrator optical system 5 side.
[0074]
Such a function of the polarization converter 31 can be realized by a combination of three prisms. However, as in the present embodiment, six prisms 32a to 32f are used and three sets are symmetrically combined. By doing so, it is possible to adopt a small configuration in which the area on the emission side (integrator optical system 5 side) is doubled with respect to the light receiving side (reflector 21 side) of the polarization converter 31. That is, if the outer shape of the input part of the integrator optical system 5 is the same as that shown in FIG. 8, the area on the light receiving side of the polarization converter 31 can be halved, so the opening shape of the window 28 of the plane mirror 27 is also shown in FIG. As shown in b), the prisms 32b and 32e can be reduced in size.
[0075]
The polarization converter 31 as in the present embodiment can be similarly applied to the case where the rotating parabolic mirror 4 shown in FIGS. 1 and 2 is used. FIG. 12 shows an application example thereof. Also in this case, the size and shape of the window 16 portion of the plane mirror 15 can be reduced to the size and shape of the light receiving portion of the polarization converter 31.
[0076]
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is based on the premise of the reflector 21 having a combination structure of a parabolic mirror and an ellipsoidal mirror in order to further improve the light utilization efficiency as in the fifth embodiment described above. This is an improvement in consideration of the above.
[0077]
In general, this type of reflector is formed by forming molten glass with a mold (a female mold and a male mold (also referred to as an arrow) are required as a minimum structure), polishing the mirror surface, and then depositing The reflection surface is formed by the above. Therefore, when the opening is made on the minor axis of the spheroid mirror, the tangent line of the opening becomes parallel, so it is necessary to create a complicated shape from the standpoint of splitting to remove the arrow shape. Come. In this respect, if the inclination is made in the depth direction of the opening, a glass reflector can be formed without complicating the arrow shape. Of the light, the angle θ shown in FIG.₂₃, Θ₂₄The minutes can no longer be used effectively.
[0078]
As a solution to this problem, the present embodiment makes it possible to effectively use a part by making this part a second paraboloid. That is, the focal position of the second parabolic curve having a focal length f ′ shorter than the focal length f of the first parabolic mirror (parabolic mirror 22) is defined as the focal position of the first parabolic mirror. If it is common, it will intersect with an ellipse that is also a spheroidal mirror. If the intersection is n, n ′, the coordinates are (y_n, Z_n), (Y_{n '}, Z_{n '}) And z_n= Z_{n '}It is. Here, the coordinate on the Z axis representing the reflecting surface r of the reflector is z_rZ_r≧ z_nA second parabolic mirror is used in the range of.
[0079]
If you organize through the whole, of the three curves described so far, z_r<Z_lThe range of the first parabola, z_l<Z_r<Z_nThe range of the ellipse, z_r≧ z_nThe second paraboloid is used, and the first parabolic mirror, the ellipsoidal mirror, and the second parabolic mirror are formed by rotating around the Z axis about the range.
[0080]
In this way, the angle θ₂₃, Θ₂₄Angle θ out of luminous flux entering₂₄Although the minute cannot still be used effectively, the angle θ₂₃The minute can be converted into recursive light by the second parabolic mirror and can be used effectively.
[0081]
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the above-described embodiment, the front mirror is configured by a plane mirror. However, in this embodiment, the light utilization efficiency is further improved by configuring the front mirror by a parabolic mirror.
[0082]
First, as in the case of FIG. 7, the principle of the present embodiment will be described with reference to FIG. As in the case described above, when the horizontal axis is the Z axis, the vertical axis is the Y axis, and the focal point of the parabolic curve 1 forming the first parabolic mirror is taken as the origin, the equation of the parabolic curve 1 is As in the case of FIG.
y²= 4f (z + f)
(Where f is the focal length of the parabolic curve 1). When the focal point of the parabolic curve 2 forming the second parabolic mirror having the opposite direction is placed at the origin, the equation of the parabolic curve 2 is
y²= -4 g (z-g)
(Where g is the focal length of the parabolic curve 2). Further, the distance from the Z axis to the minimum position of the front mirror (second parabolic mirror) window size is w, and the intersections with the second parabolic mirror are m and m ′ (in FIG. 14). Then, of the curves M, M ′, and M ″ expressed by the parabolic curve 2, it is expressed on the curve M).
[0083]
The principle of taking out the light emitted from the light source 3 efficiently as parallel light using the thus configured reflector will be described. Here, in general, in order to insert and mount and hold the light source 3 in the reflector, it is necessary to make a substantially cylindrical hole (φd) rotated at y = d / 2 about the Z axis. That is, the portion of the first parabolic mirror cannot be a reflecting surface, and eventually the entire surface cannot be used. Further, as a characteristic of the light source, it is assumed that it is impossible to physically radiate a light beam in the direction in which the electrode is located. Further, the line segment from the origin to the intersection m is the maximum capture angle (inclusion angle θ) of the light beam emitted from the light source.
[0084]
If a point light source is placed at the origin (ie, focus),
(1) The light beam along line 1 ′ (not shown) that is slightly inside from the intersection of line 10 and parabolic mirror 1 is parallel to the Z axis and out of the window (rightward in the figure) ).
[0085]
(2) The line 1 which is slightly outward from the intersection of the line 10 and the parabolic curve 1 is parallel to the Z axis and is directed to the right along the line 10, but on the mirror surface on the parabolic mirror 2. The reflected light returns to the origin along the line 5 and further toward the parabolic mirror 1.
[0086]
The ray on the line 5 is superimposed on the ray directly emitted from the light source, reflected at the intersection of the parabolic mirror 1, parallel to the Z axis, and as a line 9 in the direction from the window (right direction in the figure). To be released.
[0087]
(3) The light beam emitted from the beginning onto the line 5 is reflected by the parabolic mirror 1, is parallel to the Z axis, travels along the line 10 toward the parabolic mirror 1, and follows the line 1 at the intersection. It becomes a light beam, returns to the origin, and further toward the parabolic mirror 1.
[0088]
The ray on the line 1 is superimposed on the ray directly emitted from the light source, reflected at the intersection of the parabolic mirror 1, parallel to the Z axis, and as the line 6 in the direction from the window (right direction in the figure). To be released.
[0089]
(4) The light beam emitted from the beginning onto the line 2 is superimposed on the light beam directly emitted on the same principle as in the case of (2), and is emitted to the outside as a line 8.
[0090]
(5) The light beam emitted from the beginning onto the line 4 is superimposed on the light beam directly emitted on the same principle as in the case of (3), and is emitted to the outside as a line 7.
[0091]
(6) Although not shown, the light directed directly to the intersection of the parabolic mirror 1 and the parabolic mirror 2 returns to the origin in principle and is superposed on the directly emitted light. It is reflected by the parabolic mirror 1, is parallel to the Z axis, and is emitted to the outside.
[0092]
In this way, among the luminous fluxes emitted from the light source 3, all the luminous fluxes having a radiation angle in the range of | θ | − | θ ′ | can be emitted to the outside as effective parallel light, and the luminous flux emitted from the light source 3 can be used efficiently. .
[0093]
Furthermore, compared with the method using the above-described plane mirror as the front mirror, the light source 3 has a volume, so that the parabolic mirror 1 does not become completely parallel light. On the other hand, according to the present embodiment, the parabolic mirror 2 reduces the disordered angle and reflects it, so that the parallelism of the light emitted to the outside is maintained. The burden on the optical element used in the subsequent stage can be reduced.
[0094]
Next, the relationship between the parabola curve 1 and the parabola curve 2 and m, m ′ will be described by the curves M, M ′, M ″. Of these, the curve M is an ideal position, that is, the line 5. The absolute value of the Y-coordinate of the intersection of the line 1 and the parabola curve 1 is set to y = d / 2, and the parabola is formed so that the parabola 2 becomes a position where the intersection of the line 5 and the line 10 is m.
y²= -4 g (z-g)
Is determined. By doing so, as described above, it is possible to effectively extract all the luminous flux having the radiation angle in the range of | θ | − | θ ′ |.
[0095]
When placed at the position of the curve M ′ outside the curve M, the ray reflected at the intersection of the line 10 and the parabolic curve 2 passes through the outside of the line 5 toward the origin, and on the extension line, the parabolic curve 1 and Although they intersect, the absolute value of the Y coordinate is smaller than y = d / 2 and enters the lamp holding hole, so that it cannot be extracted as effective light.
[0096]
When placed at the position of the curve M ″ inside the curve M, the intersection of the line 10 and the parabolic curve 2 enters the inside of the line 5, so that the light beam emitted from the light source on the line 5 does not become parallel light. That is, the inclusion angle θ is reduced, and the amount of wasted light emitted from the light source 3 is increased.
[0097]
As described above, it is obvious that the curves M ′ and M ″ are somewhat less efficient than the conventional method, although the efficiency is slightly lower than that of the curve M.
[0098]
Further, in FIG. 14, the position of the explosion-proof glass is set irrespective of these curves, but this is because it is placed at a position where the electrode support is taken in from the shape of the light source. A hole can be drilled through the lamp electrode support of the light source, the lamp electrode support can be shortened, or the relationship between the focal length of the parabolic curve 1 and the focal length of the parabolic curve 2 can be changed. Thus, the explosion-proof glass may be arranged at any position of the curves M, M ′, and M ″ as long as the lamp support can be taken inside. It is also possible to reduce the number of parts by forming a mirror with a window on one surface.
[0099]
Next, the shape of the window 36 included in the second parabolic mirror 35 as a front mirror will be described with reference to FIG. Here, a case where the size of the element lens constituting the first fly-eye lens 9 of the integrator optical system 5 described above is set to horizontal H = 4 mm and vertical V = 3 mm, and 7 × 9 lenses are arranged side by side. Assumed.
[0100]
Under such conditions, the basic window shape is a rectangular shape of 4 mm × 7 pieces = 28 mm and 3 mm × 9 pieces = 27 mm.
[0101]
However, for a projector using a reflective LCD, which will be described later, the performance against contrast and color unevenness improves as the incident angle entering the panel surface of the LCD decreases. Therefore, it is not necessary to use a light beam that passes through a diagonal element lens having a relatively large incident angle. Moreover, in the system of the present embodiment, the luminous flux coming to that portion can be reflected and reused to obtain a high-quality luminous flux in the vicinity of the center, thereby improving the overall efficiency.
[0102]
FIG. 15A is an example in which the range of one element lens on the diagonal is used as a reflecting surface (a part of the second parabolic mirror 35), and FIG. An example in which each of the above three ranges is a reflecting surface (a part of the second parabolic mirror 35) is shown. Note that the numerical values in parentheses in FIG. 15 indicate (x, y, l), that is, the x coordinate, y coordinate, and diagonal length l that is point-symmetric with respect to the origin. In the case of FIG. 15B, since the shortest distance of the window 36 is 24.2 mm, the position of the line 10 in FIG. 14 is efficient when w = 12.1 mm. This is the same even in the case of the above-described embodiments using a plane mirror as the front mirror.
[0103]
Furthermore, as long as the optical axis can be created and maintained with high accuracy, it is not always necessary to configure the window in units of element lenses as shown in FIG. 15 (c) or FIG. 15 (d). FIG. 15C shows an example in which an elliptical or circular window 36 inscribed in a rectangular shape as an outer shape is formed, and FIG. 15D shows an element lens corresponding to three corners shown in FIG. 15B. Is divided into diagonal lines, and the whole is formed into an octagonal window 36. In these examples of FIG. 15C or FIG. 15D, since the light flux passes through only a part of the element lens, there is a possibility that the illuminance unevenness will occur if attention is paid to only one element lens. Since the illuminance of each other compensates for each other, it hardly leads to uneven illuminance. In particular, in the example shown in FIG. 15 (d), the two element lenses at the four corners are completely complementary to each other's diagonal element lens, and thus there is no theoretically no uneven illuminance. Since the shortest distance between the windows 36 is 27 mm, which is the same as the rectangular case, w = 13.5 mm may be used.
[0104]
As described above, according to the system of the present embodiment, the luminous flux incident on the integrator optical system is made circular or nearly circular, so that the luminous flux that surrounds it is reflected, reused, and good quality near the center. Therefore, overall efficiency is improved.
[0105]
For example, the mirror surface position of the second parabolic mirror 35 in FIG. 14 is M ′, integrated with the explosion-proof glass (front glass 8), and the first fly-eye lens 9 of the integrator optical system 5 is further integrated. May also be integrated. 16 and 17 show this in principle.
[0106]
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment shows a specific configuration example of the illumination device A5 when the second paraboloidal mirror is used as the front mirror in the principle of the above-described embodiment.
[0107]
The reflector paraboloid mirror 4 (f = 6 mm) is made of tempered glass, and the second paraboloid mirror 35 (g = 21 mm) as a front mirror is made of tempered glass or ordinary glass, and each inside is a mirror surface. Forming. In this case, since the expansion coefficients of both are almost the same, they are fixed with a heat-resistant adhesive. The parabolic mirror 4 and the explosion-proof glass (front glass 8) are linearly formed in a cylindrical shape with a draft of the production mold. Reference numeral 37 denotes a substantially cylindrical hole opened for inserting and attaching the light source 3 to the reflector (parabolic mirror 4), and reference numeral 38 denotes a lead wire drawing hole.
[0108]
A tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The illuminating device A6 of the present embodiment is basically the same as the illuminating device A5, but the second parabolic mirror 35 as a front mirror is formed of a metal such as bright aluminum or stainless steel. An example of application is shown.
[0109]
In this case, tempered glass is still used for the parabolic mirror 4, and therefore, when the two are fixed, the thermal expansion coefficients of the two differ, and the second parabolic mirror 35 is deformed by the heat when the lamp is lit. There is a risk that. Therefore, in this embodiment, the parabolic mirror 4 and the second parabolic mirror 4 are not fixed by an adhesive or the like and are free, and a spring material 39 that exerts a pressing force at a symmetrical position about the Z-axis center. Thus, it is held at the arrangement position. More specifically, four leaf spring pieces are formed by notching around a rectangular opening formed so as not to obstruct the window 36 in the center of one plate member 39a having a spring property such as stainless steel or bronze bronze. 39b is formed in such a direction as to be tacked between opposite sides, the plate material 39a itself is arranged directly under the explosion-proof glass (front glass 8), and is fixed together with the body of the parabolic mirror 4 with an adhesive. Has been. However, the spring material 39 is not limited to the one shown in the figure, and may be a linear spring, a coil spring, or the like. In short, the spring material 39 is released to the second parabolic mirror 35 symmetrically about the Z-axis center. The shape is not particularly limited as long as it can be arranged so that the pressing force in the direction of the object mirror 4 is applied.
[0110]
The eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment shows an application example in which, for example, the above-described illumination device A5 (or A6) is used for illumination of the liquid crystal panel 1 as in the case of FIG. 1, FIG. 2, FIG. 11, FIG. The lighting device A5 is shown in a simplified manner). In this case, the integrator optical system 5 can be the same as that described above, but here, an example in which orthogonal cylindrical lens arrays 71a and 71b are used as corresponding members in place of the first fly-eye lens 5. The window 36 of the second parabolic mirror 35 is formed so as to roughly correspond to the size of the orthogonal cylindrical lens arrays 71a and 71b. Further, a light shielding plate array 72 is disposed in front of the polarization alignment prism 11 disposed between the orthogonal cylindrical lenses 10a and 10b corresponding to the second fly-eye lens. 73 is a UV / IR cut filter. Similarly to the case of FIG. 2, a convex lens 17 (focal length is made to coincide with the distance from the convex lens 17 to the liquid crystal panel 1) is placed at a substantially intermediate position between the cylindrical lens 10b and the irradiation surface. The light beams divided by the eye lenses (orthogonal cylindrical lenses 10a and 10b) are superimposed on the liquid crystal panel 1 that is the irradiation surface.
[0111]
By adopting such a configuration, since the light beams formed by the constituent lenses of the fly-eye lens are parallel light from the convex lens 17 to the liquid crystal panel 1 that is the irradiated surface, the reflective liquid crystal panel 1 is particularly designed. Even in the case of a projector to be used, color unevenness hardly occurs and is convenient.
[0112]
A twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, for example, an application example of the illumination device A1 shown in FIG. 1 to a liquid crystal projector is shown. In this illumination device A1, a UV / IR cut glass 41 is interposed at the front end of the first fly-eye lens 9, and the irradiation direction is changed by 90 ° between the first and second fly-eye lenses 9, 10. A mirror 42 is interposed.
[0113]
The parallel luminous flux aligned with the S-polarized light by the illumination device A1 is separated into B, G, and R color component lights by the dichroic mirrors (spectral mirrors) 43 and 44 and the total reflection mirror 45, and the corresponding PBS (polarization beam splitter). 46, 47, and 48, the light is reflected by the PBS film, and each of the reflective liquid crystal panels 1B, 1G, and 1R is irradiated. 2B, 2G, and 2R are condenser lenses, and 49 and 50 are relay lenses.
[0114]
In each of the reflective liquid crystal panels 1B, 1G, and 1R, pixels whose image signal is off from the image information control unit (not shown) are reflected and returned as they are, so that they are reflected again by the PBS film and directed to the illumination device A1 side. Although it is returned, it is converted to P-polarized light and reflected at the ON pixel, so that it passes through the PBS film and reaches the light combining prism 51 using the dichroic prism. Each color image is synthesized by the dichroic film of the light synthesis prism 51, and a liquid crystal panel display image is projected and formed on the screen 53 through the projection lens 52 as a projection lens system.
[0115]
A thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, for example, an application example of a lighting device having an integrator optical system 5 configuration using a convex lens 17 as shown in FIG. 2 to a liquid crystal projector is shown. However, here, the UV / IR cut glass 41 is interposed in front of the first fly-eye lens, and the plane mirror is provided as a plane mirror 60 on one side of the UV / IR cut glass 41.
[0116]
The parallel luminous flux aligned with the P-polarized light by the illumination device is guided to the PBS 61, passes through the PBS film, and further guided to the light separation / combination prism 62 using a dichroic prism. Here, the light is separated into R, G, and B color component lights, and the corresponding reflective liquid crystal panels 1R, 1G, and 1B are irradiated. In each of the reflection type liquid crystal panels 1R, 1G, and 1B, pixels whose image signal supplied from an image information control unit (not shown) is off are reflected and returned as they are, so that after being synthesized by the light separation / synthesis prism 62, the PBS 61 It is transmitted through the PBS film again and returned to the illumination system, but it is reflected by being converted to S-polarized light at the ON pixel, so that it is reflected by the PBS film of the PBS 61 after being synthesized by the light separation / synthesis prism 62, The display images of the reflective liquid crystal panels 1R, 1G, and 1B are projected and formed on a screen 64 through a projection lens 63 as a projection lens system.
[0117]
In the illustrated example, the optical distance relationship in the integrator optical system 5 is l in consideration of the density of the glass.₁+ L₁′ ≒ l₂Is set to
[0118]
The combination of the reflector and the integrator optical system (illumination device) related to the liquid crystal projector shown in the twelfth and thirteenth embodiments is only selected for easy understanding of the effects of the present invention. The essence of the present invention is not disrupted by any combination of the illumination devices in the above-described embodiments. In particular, regarding the shape of the reflector, any of the above-described methods can be used depending on the purpose.
[0119]
Further, in these twelfth and thirteenth embodiments, the application examples to the projector using the reflection type liquid crystal display having a strong angle dependency of the illumination light are shown. Needless to say, since the capability is large, it can be applied to a projector using a transmissive liquid crystal panel and a projector using a DMD (dynamic mirror device) (in this case, the polarization conversion function can be omitted).
[0120]
【The invention's effect】
  According to the illumination device of the first aspect of the invention, the parallel light reflected by the parabolic mirror is basically emitted toward the optical system using the output light through the window formed by the non-specular surface of the front mirror, and from the light source. Light that is emitted and does not directly enter the parabolic mirror is reflected by the front mirror that is orthogonal to the optical axis of the parallel light, and is reflected back to the parabolic mirror to be reflected again through the focal position. Since it can be reflected by a mirror and emitted as parallel light, almost all of the light beam of the light source light can be used efficiently, and the parallelism of the light beam emitted toward the output light utilizing optical system is not lowered. Furthermore, since the size of the non-specular window having translucency can be regulated with approximately the same size as the outer size of the input part of the output light utilization optical system, the size of the output light utilization optical system can be kept small. You can also.In particular, since the paraboloid shape and the ellipsoid shape are combined as a reflector, the number of reflections of the light beam between the reflector and the plane mirror can be reduced to suppress light attenuation, and the use of light. The efficiency can be improved, and in addition, when using a parabolic mirror with the same focal length, the outer shape of the reflector can be reduced compared to the case of using only a parabolic mirror, resulting in the utilization of light. The overall size can be reduced without reducing the efficiency. Further, it is possible to easily make a reflector mold, and it is possible to easily obtain surface accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical system configuration diagram showing an illumination apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an optical system configuration diagram showing an illumination apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional structural view of the vicinity of a reflector showing the main part of a lighting apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a front view of the reflector.
FIG. 5 is a cross-sectional structure diagram of the vicinity of a reflector showing the main part of a lighting apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a front view thereof.
FIG. 7 is a principle view showing a reflector configuration according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of an optical system showing an example of application to a practical illumination device.
FIG. 9 shows a main part of a lighting apparatus according to a sixth embodiment of the present invention, in which (a) is a sectional structural view in the vicinity of a reflector.
FIG. 10 is a plan view of the polarization converter.
FIG. 11 is a configuration diagram of an optical system of the entire illumination device.
FIG. 12 is a configuration diagram of an optical system showing a modification.
FIG. 13 is a principle view showing a reflector configuration according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a principle view showing a reflector configuration according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a front view showing the window shape of the second parabolic mirror.
FIG. 16 is a cross-sectional view of the vicinity of the reflector showing the main part of the illumination device.
FIG. 17 is a front view thereof.
FIG. 18 is a cross-sectional structure diagram of the vicinity of a reflector showing the main part of a lighting apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a front view thereof.
FIG. 20 is a cross-sectional structural view of the vicinity of a reflector showing the main part of a lighting apparatus according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a front view thereof.
FIG. 22 is a configuration diagram of an optical system showing an illumination apparatus according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 23 is an optical system configuration diagram showing a liquid crystal projector of a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 24 is an optical system configuration diagram showing a liquid crystal projector of a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 25 is an optical system configuration diagram showing a lighting device of a first conventional example.
FIG. 26 is an optical system configuration diagram showing the vicinity of the reflector of the illumination device of the second conventional example.
FIG. 27 is an optical system configuration diagram showing the vicinity of the reflector of the illumination device of the third conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Projected object, LCD panel
3 Light source
4 Parabolic mirrors, reflectors
5. Integrator optical system, optical system using output light
8 Front glass
9 First fly-eye lens
10 Second fly-eye lens
12 Plane mirror, front mirror
13 windows
15 Plane mirror, front mirror
16 windows
18 Plane mirror, front mirror
20 windows
21 Reflector
22 Parabolic mirror
23 Ellipsoidal mirror
25 Light source
26 Front glass
27 Plane mirror, front mirror
28 windows
31 Polarization converter
35 Second parabolic mirror, front mirror
36 windows
37 holes
39 Spring material
52 Projection lens system
53 screens
60 Plane mirror, front mirror
63 Projection lens system
64 screens

Claims

A parabolic mirror is used for at least a part of the reflector, a light source is disposed near the focal point of the parabolic mirror, and parallel light emitted from the light source and reflected by the parabolic mirror is used as an output light optical system. In the lighting device that emits toward
The reflector, and at least the paraboloid paraboloid to the extent that the parallel light covers the input port of the output light utilization optics from mirror shape, common with outside the paraboloid of this parabolic mirror And the reflector has an outer portion of the parabolic mirror from the middle of the elliptical mirror to the plane mirror near the minor axis of the parabolic mirror. As a second parabolic mirror with the same focus as the focus,
A plane mirror as a front mirror in which a non-mirror surface window having translucency is formed in the same size as the outer size of the input portion of the output light utilization optical system is parallel to the parallel surface at a position near the minor axis of the ellipsoidal mirror. An illuminating device characterized by being disposed perpendicular to the optical axis of light.