JPH04138410A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は照明装置に関し、特に投影光学系により、例え
ばスクリーン面等に投影するフィルムや液晶表示パネル
等の被照明体（被投影画像）を光源からの光束で照明す
る際、該光源からの光束の有効利用を図りつつ該被照明
体を適切なる光量分布で照明するようにした例えばプロ
ジェクタ−やフィルムリーダー等の投影装置に好適な照
明装置に関するものである。

（従来の技術） 従来よりフィルムや液晶表示パネル等の被照明体（被投
影画像）を投影光学系によりスクリーン面等の所定面上
に投影する際、所定面上の投影像の照度分布が均一にな
るように該被照明体を適切なる光量分布で照明するよう
に構成した照明装置が種々と提案されている。

一般に多くの照明装置では光源からの光束を反射鏡やコ
ンデンサーレンズ等を用いて集光して被照明体を照明し
ている。

この種の照明装置に用いられる光源の配光分布特性は多
くの場合眩光源の中心部（正面方向）が最も発光光量が
大きく該中心部から周辺部に向かうにつれて、即ち正面
方向に対して角度が大きくなる程発光光量が順次低下し
てくる。

従って上記の光源を用いてフィルムや表示パネル等の被
照明体を照明した際には該被照明体面上での光量分布は
中心部の光量が最も大きく該中心部から周辺部に向かう
につれて光量は順次低下してくる。

この様な照明装置を投影装置（投影光学系）に適用した
場合、該投影装置の一要素を構成する投影レンズの周辺
光量のケラレやコサイン４乗則の影響により被投影媒体
であるスクリーン面上での投影像の照度分布（光量分布
）は更に中心部と周辺部とでは差が大きくなってくる。

その為従来はこのときの光量分布の差、所謂光量ムラが
許容できない場合には投影装置の光学系の光路中に中心
部分の通過光量を低下させるような補正板を設けていた
。そしてこの補正板によりスクリーン面の周辺部から中
心部に向かうにつれて通過光量を多く低下させるように
している。

この補正板によりスクリーン面上での中心部分と周辺部
分での光量分布のバランスをとってスクリーン面全体の
光量分布の均一化を図っている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら従来の照明装置に於いては被照明体面上で
その中心部に対して周辺部での光量落ちが小さい場合に
は補正板を用いても光源からの有効光束をあまりロスさ
せることなく所定の光量分布で照明することが出来る。

しかしながら実際にはこのような光源は少なく、一般に
被照明体を所定の光量分布で照明することは難しい。

又、被照明体面上でその中心部に対して周辺部での光量
落ちが大きい場合には補正板を用いて中心部分の光量を
大きく低下させている為に光源からの光量のロスが増大
してくる。この場合には光源からの光束の利用効率が悪
化し、光源からの出力増加が余儀なくされ、この結果昇
温対策等、装置全体が複雑化し、又コストアップになっ
てくるという問題点がある。

本発明は被照明体を照明する際、該被照明体面上での光
量分布をその中心部分では小さく該中心部から周辺部へ
向かうにつれて順次大きくすることができる特性を有し
た光束反転手段を用いることにより１例えば投影装置に
適用した場合、被投影媒体（スクリーン）面上での投影
像の照度分布を略均−化することができ、又光源からの
光束のロスを少なくし、光束の利用効率を高めることの
できる照明装置の提供を目的とする。

（問題点を解決する為の手段） 本発明の照明装置け、光源からの光束を照明系を介して
被照明体を照射する際、該照明系は入射光束のうち光軸
近傍の光束と周辺部の光束とを互いに入れ替えて射出さ
せる光束反転手段を有していることを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の照明装置を投影装置に適用したときの
第１実施例の光学系の要部概略図である。

同図に於いてｌは光源であり、例えば白熱電球や蛍光灯
等から成っている。２は第１コンデンサーレンズであり
、光源ｌより放射された光束を平行光束としている。３
は光束反転手段であり、２つのコーンレンズ３ａ、３ｂ
より構成されている。このうち一方のコーンレンズ３ａ
は第１コンデンサーレンズ２からの光束のうち、その中
心部に入射した光束Ａを屈折通過させて、他方のコーン
レンズ３ｂの周辺部に入射させると共にコーンレンズ３
ａの周辺部に入射した光束Ｂを屈折通過させてコーンレ
ンズ３ｂの中心部に入射させるような光学的特性、及び
そのような光学配置に設定されている。

そして入射光束のうち光軸中心部分と周辺部分の光束が
それぞれ互いに入れ替わって射出するようにしている。

４は第２コンデンサーレンズであり光束反転手段３から
射出した光束を集光して後述する被照明体を照明してい
る。５は被照明体であり、例えば透過型の液晶表示パネ
ルやフィルム等より成っている。

６は投影レンズであり、被照明体５を後述する被投影媒
体（スクリーン）面上に拡大投影している。７は被投影
媒体としての例えばスクリーン若しくは情報記録媒体（
ＣＣＤ）、若しくは画像伝達媒体等である。

尚、本実施例に於いては被投影媒体７としてスクリーン
を用いた場合を示している。

次に本実施例の光束の進行状態を説明する。

本実施例では光源ｌから放射された光束は第１コンデン
サーレンズ２によって゛略平行光束とされコーンレンズ
３ａに入射する。

コーンレンズ３ａに入射した光束のうち光軸近傍、即ち
中心部に入射した光束Ａは屈折射出しコーンレンズ３ｂ
の周辺部に向かい、又コーンレンズ３ａの周辺部に入射
した光束Ｂは屈折射出しコーンレンズ３ｂの中心部に向
かうようにそれぞれコーンレンズ３ａ、３ｂの形状や屈
折率等の各要素を設定している。

即ち光束反転手段３ではコーンレンズ３ａの中心部から
周辺部にかけて入射してきた光束がコーンレンズ３ｂよ
り射出するときは逆に周辺部から順に中心部にかけて射
出する様にして、これにより入射光束の変換を行ってい
る。

そしてコーンレンズ３ｂより射出した光束を第２コンデ
ンサーレンズ４により集光し、該光束で被照明体５を照
明している。その後投影レンズ６により該被照明体５を
スクリーン７面上に拡大投影している。

一般に光源の配光分布特性は前述したように該光源の中
心部（正面方向）と周辺部とでは発光光量が異なり、中
心部に対して周辺部の光量低下が著じるしい。

その為被照明体面上での光量分布も光源の配光分布の差
に対応したものとなり、該被照明体面上での光量分布は
、その中心部では非常に明るくなるが周辺部に向かうに
つれて暗くなっている。これによってスクリーン面上の
投影像の照度分布は中心部と周辺部とで大きく異なって
いた。

第２図（Ａ）は従来の照明装置に於ける被照明体面上で
の光量分布を示した説明図である。同図に示す様に中心
部から周辺部にいくに従い、即ち画角θが大きくなるに
つれて光１ｉｉｒは順次低下してくる。

更にこの様な光量分布の被照明体を投影装置でスクリー
ン面上に投影する場合、該投影装置の一要素を構成する
投影レンズの周辺先頃のケラレやコサイン４乗則等の影
響を受けてスクリーン面上での光量分布は更に中心部と
周辺部とで差が大きくなってくる。

そこで本実施例に於いては前述した構成の光束反転手段
３を照明装置の光学系の光路中の一部に配設している。

これにより光源ｌからの光束のロスを少なくしつつ被照
明体面上における光量分布が中心部の光量は小さく該中
心部から周辺部へ向かうにつれて光量が順次大きくなる
ように設定している。

第２図（Ｂ）は本実施例の光束反転手段を用いたときの
被照明体４面」二における先頃分布を示す説明図である
。

本実施例ではこの様な光束反転手段を用いることにより
投影装置に適用したときの投影レンズの周辺光量の低下
を補正すると共にスクリーン面上での照度分布の均一化
を光源からの光量のロスを防止しつつ達成している。

第３図は本発明の照明装置を投影装置に適用したときの
第２実施例の光学系の要部概略図である。

同図に於いて第１図に示した要素と同一要素には同符番
を付している。

本実施例では第１図の第１実施例に比べて光束反転手段
として２つのコーンレンズを用いた代わりに２つのコー
ンミラーを用いており、この他の構成は略同じである。

同図に於いて８は光束反転手段であり、２つのコーンミ
ラー８ａ、８ｂより構成されている。

本実施例に於いては光源ｌより放射された光束は第１コ
ンデンサーレンズ２により略平行光束とされる。そして
該第１コンデンサーレンズ２の中心部を通過した光束Ａ
はコーンミラー８ａの反射面８ａ”の中心反射部で反射
させコーンミラー８ｂの周辺部に入射させている。

一方第１コンデンサーレンズ２の周辺部を通過した光束
Ｂはコーンミラー８ａの反射面８ａ’の周辺反射面で反
射させコーンミラー８ｂの中心部に入射させている。こ
れにより光軸の中心部分の光束Ａと周辺部分の光束Ｂの
入れ替え、即ち反転を行っている。

そしてコーンミラー８ｂの反射面８ｂ”　で反射した光
束Ａ、Ｂを第２コンデンサーレンズ４により集光し、該
光束Ａ、Ｂで表示パネル等の被照明体５を照明している
。

このときの被照明体面上での光量分布は前記第２図（Ｂ
）に示した様に中心部の光量は小さ（周辺部へ向かうに
つれて順次光量が大きくなっている。

本実施例ではこの様な光束反転手段８を用いることによ
り被照明体５からの光束を投影レンズ６を通過させたと
きに受ける該投影レンズ６による周辺光量のケラレやコ
サイン４乗則等の影響を改善している。これによりスク
リーン面上での投影像の照度分布の均一化を図っている
。

第４図は本発明の照明装置を投影装置に適用したときの
第３実施例の光学系の要部概略図である。

同図に於いて第１図に示した要素と同一要素には同符番
な付している。

本実施例では第１図の第１実施例に比べて光束反転手段
として２つのコーンレンズを用いた代わりに２つのリン
グレンズを用いておりこの他の構成は略同じである。

同図において９は光束反転手段であり、２つのリングレ
ンズ９ａ、９ｂより構成されている。

本実施例に於いては光源ｌより放射された光束を第１コ
ンデンサーレンズ２により略平行光束とし、一方のリン
グレンズ９ａに入射させていう、　　　　　　　邑 このうちリングレンズ９ａの中心部に入射した光束Ａは
屈折射出し、他方のリングレンズ９ｂの周辺部に入射す
るようにしている。又リングレンズ９ａの周辺部に入射
した光束Ｂは屈折射出しリングレンズ９ｂの中心部に入
射するようにしている。

この様に本実施例では光束反転手段９により第１コンデ
ンサーレンズ２からの入射光束のうち光軸の中心部分の
光束Ａと周辺部分の光束Ｂの入れ替えを行い、即ち反転
を行って射出させている。

そしてリングレンズ９ｂより射出したそれぞれの光束Ａ
、Ｂを第２コンデンサーレンズ４により集光し、該光束
Ａ、Ｂで表示パネル等の被照明体を照明している。

このときの被照明体面上での光量分布は前記第２図（Ｂ
）に示した様に中心部の光量は小さく周辺部へ向かうに
つれて順次光量が大きくなっている。

本実施例ではこの様な光束反転手段９を用いることによ
り投影レンズ６を通過させたときに受ける該投影レンズ
６の周辺光量のケラレやコサイン４乗則等の影響を改善
している。

これによりスクリーン７面上での投影像の照度分布の均
一化を図っている。

尚、本実施例に於いては前述した構成の光束反転手段の
他に中心部の光束と周辺部の光束が入れ替わり被照明体
面上での光量分布が前述した第２図（Ｂ）で示す様な分
布となるような光学部材てあればどのような光学部材を
用いても本発明は同様に適用することができる。

又、本実施例に於いては透過型の被照明体（例えば透過
型の液晶表示パネル等）を用いて照明装置を構成したが
反射型の被照明体を用いて構成しても本発明は前述の実
施例と同様に適用することができる。

（発明の効果） 本発明によれば照明装置の光学系の光路中に前述した構
成の光束反転手段を配設することにより、被照明体面上
での光量分布を中心部の光量を小さく該中心部から周辺
部へ向かうにつれて順次光量を大きくすることができ例
えば投影装置（投影光学系）に適用した場合、該投影装
置の−要素を構成する投影レンズの周辺光量の低下を防
止すると共に被投影媒体（スクリーン）面」−で略均−
な照度分布の投影像を得ることができ、しかも光束の利
用効率を高めた照明装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１、第３、第４図は各々順に本発明の照明装置を投影
装置に適用したときの第１、第２、第３実施例の光学系
の要部概略図、第２図（Ａ）は従来の照明装置における
被照明体面」二での光量分布の説明図、第２図（Ｂ）は
本発明の照明装置における被照明体面上での光量分布の
説明図である。 図中、ｌは光源（ランプ）、２は第１コンデンサーレン
ズ、３．８，９は光束反転手段、３ａ、３ｂはコーンレ
ンズ、８ａ、８ｂはコーンミラー、９ａ、９ｂはリング
レンズ、４は第２コンデンサーレンズ、５は被照明体、
６は投影レンズ、７は被投影媒体（スクリーン）、であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの光束を照明系を介して被照明体を照射
   する際、該照明系は入射光束のうち光軸近傍の光束と周
   辺部の光束とを互いに入れ替えて射出させる光束反転手
   段を有していることを特徴とする照明装置。
2. （２）光源からの光束を照明系を介して被照明体を照射
   する際、該照明系は該光源からの光束を略平行光束とす
   る第１コンデンサーレンズと該第１コンデンサーレンズ
   からの入射光束のうち光軸近傍の光束と周辺部の光束と
   を互いに反転させて射出させる光束反転手段、そして該
   光束反転手段からの光束を集光し、該被照明体を照射す
   る第２コンデンサーレンズとを有していることを特徴と
   する照明装置。