JPH0534599A - 照明光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被照射面に設けた被投影画像を均一に照明し
種々の投影倍率の投影レンズを用いた場合であっても良
好なる照度分布を有した投影画像が得られる照明光学系
を得ること。 【構成】 リフレクター２の焦点近傍に光源手段１を配
置し、該光源手段１から放射した光束のうち該リフレク
ター２で反射し、又は／及び直接コンデンサーレンズ５
を介した光束で被投影画像６を照明するようにした照明
光学系に於いて、該光源手段１近傍の該被投影画像６側
に該光源手段１から該リフレクター２を介さないで該被
投影画像６側に放射した光束を光軸に沿って該被投影画
像６側へ導光させる反射手段１０を設けたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は照明光学系に関し、特に
球面鏡や非球面鏡より成るリフレクターと光源手段近傍
に設けた所定形状の反射手段とを利用することにより、
光源手段からの光束の有効利用を図りスライド等の被投
影画像を効率良く照明し投影レンズによりスクリーン面
上に拡大投影するようにした例えばオーバーヘッドプロ
ジェクタやマイクロリーダプリンタ、そして液晶プロジ
ェクタ等の投影光学系に好適な照明光学系に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より例えばオーバーヘッドプロジェ
クタやマイクロリーダプリンタ、そして液晶プロジェク
タ等の投影光学系に用いられている照明光学系は、光源
手段と該光源手段から放射した光束を反射させる楕円面
鏡や放物面鏡等より成るリフレクターの各要素を適切に
組み合わせて構成している。

【０００３】図７、図８は各々従来のこのような照明光
学系をプロジェクタの投影光学系に適用したときの要部
概略図である。

【０００４】図７に於いて、楕円面鏡より成るリフレク
ター７２の第１焦点近傍に配置した光源手段７１から放
射した光束は該リフレクター７２で反射し、該リフレク
ター７２の第２焦点７３近傍に集光した後、発散してコ
ンデンサーレンズ７４に入射している。ここで光源手段
７１の発光部（フィラメント）は有限の大きさを有して
おり、この為第２焦点７３近傍には有限の大きさの２次
光源像が形成している。

【０００５】そして該２次光源像からの発散光束はコン
デンサーレンズ７４により集光され被照射面７５ａに配
置したスライド等の透過型の被投影画像７５の有効照明
領域を照明している。そして照明された被投影画像７５
は投影レンズ７７によりスクリーン面（不図示）上に拡
大投影している。

【０００６】図７に於ける照明光学系は投影レンズ７７
の入射瞳位置７６近傍に光源手段７１からの光束が集束
（結像）するようにしている。即ち、光源手段７１の発
光部が結像するように各光学要素を設定している。

【０００７】又図８に於ける投影光学系は図７に示した
リフレクターを楕円面鏡７２の代わりに放物面鏡８２を
用いて構成している。

【０００８】この場合は楕円面鏡より成るリフレクター
７２とは異なり２次光源像は形成させず、照明手段７１
から放射した光束をコンデンサーレンズ７４により直接
投影レンズ７７の入射瞳位置７６近傍に集束（結像）す
るようにしている。即ち光源手段７１の発光部が結像す
るように各光学要素を設定している。

【０００９】このときの発光部（フィラメント）の位置
は放物面鏡より成るリフレクター８２の焦点位置よりも
被投影画像７５側にずらして配置している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで図７、図８に
示した従来の照明光学系に於いて、光源手段７１は発光
部としてのフィラメントとガスを封入しているライトバ
ルブとで構成されている。その為リフレクター７２（８
２）で反射した光源手段７１からの光束の一部が該光源
手段７１で遮ぎられてしまい、その結果、その光束の照
明分だけ集光効率が低下してしまうという問題点があっ
た。

【００１１】又、倍率の異なる種々の投影レンズを交換
して用いたり、あるいはズームレンズを用いたりする照
明光学系に於いて、例えば、Ｎ．Ａ（開口数）の小さ
い、即ち低倍率の投影レンズを用いたときにはスクリー
ン面上で中心部が周辺部に比べ暗くなり、かつスクリー
ン面全体の明かるさも低下してくるという問題点があっ
た。

【００１２】次に上記の現象について図９〜図１２を用
いて説明する。

【００１３】図９は図７の照明光学系の光源手段７１か
ら放射される光束のうち光軸Ｏ近傍の（被投影画像７５
の中心Ｃ）の光束の光路を示した概略図、図１０は図７
の照明光学系の光源手段７１から放射される光束のうち
光軸外（被投影画像７５の周辺部Ｄ）の光束の光路を示
した概略図である。

【００１４】図９、図１０に於いて光源手段７１は発光
部としてのフィラメントとガスを封入しているライトバ
ルブ９１とで構成している。

【００１５】又、光源手段７１と対向するリフレクター
７２の底部の一部分は光源手段７１を取付ける都合上反
射部を持たせることができない構造となっている。

【００１６】今、例えば図９に示すように被照射面７５
ａに配置した被投影画像７５の光軸上の点Ｃ（被投影画
像７５面の中央部Ｃ）を照明する光束を例にとって見て
みる。

【００１７】同図の斜線で示すように中央部Ｃではリフ
レクター７２からの反射光束が光源手段７１により一部
遮ぎられて十分に入射しない。その為図１１の斜線で示
すように投影レンズ７７の入射瞳位置７６に於いては中
央部１１１の照明光束（以下単に「光束」ともいう。）
が抜けてしまい、その結果その光束の照明分だけ集光効
率が低下してしまうという問題点があった。

【００１８】又、この様な構成の照明光学系に於いて、
投影レンズのＮ．Ａが小さくなると該投影レンズで取り
込むことのできる光束の立体角に対して前述した中央部
Ｃの抜けている部分の立体角の占める割合が大きくな
る。この結果、例えば被投影画像をスクリーン面に拡大
投影してみると、該スクリーン面上に於いては周辺部よ
りも中央部Ｃが暗くなり、かつスクリーン面全体も暗く
なるという問題点があった。

【００１９】この現象は投影レンズのＮ．Ａが小さくな
ればなる程、即ち低倍率の投影レンズを用いたときには
著しく目立ってくる。

【００２０】次に、例えば図１０に示すように被照射面
７５ａに配置した被投影画像７５の光軸外の点Ｄ（被投
影画像７５面の最端部）を照明する光束を例にとって見
てみる。

【００２１】この光軸外の点Ｄに於いて照明光束は図１
２の斜線で示すように入射瞳位置７６に於いて光束の一
部が抜けている部分１２１が中央部から大きくずれて前
記図１１に示した光束の抜けの部分１１１に比べてその
光束の抜けの比率、即ち遮光される比率は小さくなって
いる。

【００２２】この結果、光軸上と光軸外での位置での照
明光量は投影レンズのＮ．Ａが小さくなればなる程、即
ち投影倍率が低倍率になればなる程、その光量差は大き
くなり、従ってスクリーン面上に於いては周辺部分より
も中央部分が暗くなってしまうという問題点があった。

【００２３】尚、以上のことは図８に示した放物面鏡よ
り成るリフレクターを用いた照明光学系に於いても同様
なことが言える。

【００２４】本発明は例えば非球面鏡より成るリフレク
ターと光源手段近傍の被投影画像側に設けた所定形状の
反射手段とを利用することにより、光束の集光効率の低
下を防止すると共にＮ．Ａの小さい投影レンズを用いた
ときであってもスクリーン面上での周辺部に対する中央
部の明るさの低下を効果的に防止し、かつ均一なる照度
分布の投影画像が容易に得られる照明光学系の提供を目
的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の照明光学系はリ
フレクターの焦点近傍に光源手段を配置し、該光源手段
から放射した光束のうち該リフレクターで反射し、又は
／及び直接コンデンサーレンズを介した光束で被投影画
像を照明するようにした照明光学系に於いて、該光源手
段近傍の該被投影画像側に該光源手段から該リフレクタ
ーを介さないで該被投影画像側に放射した光束を光軸に
沿って該被投影画像側へ導光させる反射手段を設けたこ
とを特徴としている。

【００２６】特に本発明に於いての前記反射手段は少な
くとも前記光源手段からの光束を光軸側へ反射させる第
１反射部材と、該第１反射部材からの反射光束を光軸に
沿って前記被投影画像側へ反射させる第２反射部材とを
有していることを特徴としている。

【００２７】

【実施例】図１、図２は各々本発明の照明光学系をプロ
ジェクターの投影光学系に適用したときの実施例１の要
部概略図と要部斜視図である。

【００２８】図中１は光源手段であり、発光部としての
フィラメント１ａとガラス管１ｂ等を有している。２は
リフレクターであり非球面鏡としての放物面鏡から成っ
ており、その焦点近傍に光源手段１を配置している。１
０は反射手段であり、リフレクター２近傍の被投影画像
６側に設けた球面鏡より成るリング状の第１反射部材３
と光源手段１近傍の光軸上の被投影画像６側に設けた円
錐鏡から成る第２反射部材４とを有している。

【００２９】本実施例に於ける第１反射部材３は光源手
段１の発光部１ａと第２反射部材４との略中間点に曲率
中心が位置するように配置している。第１反射部材３は
光源手段１からリフレクター２を介さずに直接被投影画
像６側に放射した光束（従来は照明に直接寄付しなかっ
た光束）を第２反射部材４側（光軸Ｏ側）へ反射させて
いる。

【００３０】第２反射部材４は第１反射部材３で反射し
た反射光束を光軸Ｏに沿って被投影画像６側へ反射させ
ている。これにより本実施例に於いては後述するように
スクリーン面上に於いての周辺部に対する中央部の明る
さの低下を防止し、かつ照度分布が均一になるようにし
ている。

【００３１】５はコンデンサーレンズであり光源手段１
から放射してきた光束を集光している。６ａは被照射面
でありその面上にスライドや透過型の液晶表示素子等の
被投影画像６を配置している。被投影画像６はコンデン
サーレンズ５からの集光光束で照明されている。８は投
影レンズであり、被照射面６ａ上に配置した被投影画像
６をスクリーン面（不図示）上に所定倍率で拡大投影し
ている。

【００３２】本実施例でのコンデンサーレンズ５はリフ
レクター２によって反射された光源手段１からの光束を
投影レンズ８の入射瞳位置７近傍に集束するようにして
いる。即ち、光源手段１の発光部１ａが入射瞳位置７近
傍に結像するように各光学要素を設定している。

【００３３】本実施例に於いてはこの様な構成により、
光源手段１から放射した光束をリフレクター２及び反射
手段１０で反射させコンデンサーレンズ５で集光させた
後、該被照射面６ａ上に配置した被投影画像６を均一に
照明している。そして一様な明かるさの被投影画像６を
投影レンズ８によりスクリーン面（不図示）上に拡大投
影している。

【００３４】次に本実施例に於いて被投影画像を照明す
る光束の光学的作用について図３を用いて説明する。図
３は図１の照明光学系の光源手段１からの光束のうち被
投影画像６の光軸Ｏ上の点Ｃに入射する光束を点Ｃより
逆追跡したときの光束の光路を示した概略図である。

【００３５】本実施例に於いては、光源手段１からリフ
レクター２側へ放射した光束を該リフレクター２で反射
させコンデンサーレンズ５により集光させて被投影画像
６を照明している。この光束は同図に示す領域Ａの部分
であり、従来の照明光学系で得られる光束と同様であ
る。この光束の照明分だけだと前述の如くスクリーン面
上での中心部分の明るさが周辺部に比べて低下してしま
うという問題点があった。

【００３６】そこで本実施例に於いては更に光源手段１
からリフレクター２を介さずに直接被投影画像６側に放
射した光束（従来は照明に直接寄付しなかった光束）を
第１反射部材３で第２反射部材４側（光軸Ｏ側）方向へ
反射させている。

【００３７】そして第２反射部材４により第１反射部材
３で反射してきた光束を光軸Ｏに沿って被投影画像６の
中央部Ｃに導光させている。即ち、図中斜線で示す領域
Ｂの光束が照明光束として新たに利用できるようにして
いる。

【００３８】これにより従来光源手段によって光束が遮
ぎられ被投影画像６の中央部の光束の抜けにより、例え
ばＮ．Ａの小さい投影レンズを使用したときスクリーン
面上で中央部が周辺部に比べて暗くなるといった現象を
防止している。

【００３９】この様に本実施例に於いては従来照明光束
として寄与しなかった光束（図３に示す斜線Ｂの部分）
を所定形状の２つの反射部材３、４から成る反射手段１
０を適切に配置して利用することにより照明光束として
有効に利用している。

【００４０】これにより光束の集光効率が向上し、又被
投影画像を、例えばスクリーン面上に拡大投影したとき
には該スクリーン面上での照度を大幅に増大させること
ができ、しかも均一なる明るい投影画像を得ることがで
きる。

【００４１】図４は本発明の照明光学系をプロジェクタ
の投影光学系に適用したときの実施例２の要部概略図で
ある。同図に於いて図１に示した要素と同一要素には同
符番を付している。

【００４２】本実施例に於いて実施例１と異なる点は反
射手段４０の一部を構成する第１反射部材４３を楕円面
鏡より形成したことである。

【００４３】即ち、本実施例に於いては第１反射部材４
３の第１焦点近傍に光源手段１を設け、第２焦点近傍に
円錐鏡や凸面鏡等から成る第２反射手段４を設けて構成
している。

【００４４】この様に反射手段４０の一部を構成する第
１反射部材４３をリング状の楕円面鏡より形成すること
によって、前述の実施例１と同様な効果を得ている。

【００４５】図５は本発明の実施例３の光源手段近傍の
要部概略図である。同図に於いて図１に示した要素と同
一要素には同符番を付している。

【００４６】本実施例に於いて実施例２と異なる点は反
射手段５０の一部を構成する第２反射部材５４を円錐面
鏡の代わりに図６に示すように球面の一部を任意の軸に
対し回転させた形状より成る外面反射型の球面鏡より形
成したことである。

【００４７】尚、本実施例に於いての第２反射部材５４
は例えば、双曲面の一部を任意の軸に対し回転させた形
状より成る外面反射型の双曲面鏡より形成しても良い。

【００４８】この様に本実施例に於いては反射手段５０
を構成する第２反射部材５４を外面反射型の球面鏡、あ
るいは双曲面鏡より形成し、かつ第１反射部材４３の幅
を大きくとるように形成することによって、光源手段か
ら放射される光束を、より大きな立体角でコンデンサー
レンズに取り込むことができるようにしている。

【００４９】これにより集光効率を格段に向上させスク
リーン面上で更に明るい被投影画像を得ている。

【００５０】尚、各実施例に於いてはリフレクターを放
物面鏡より形成したが、これに限定することはなく、例
えば楕円面鏡より成るリフレクターを用いて構成しても
本発明は前述の実施例と同様な効果を得ることができ
る。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば前述の如く光源手段近傍
の被投影画像側に所定形状の少なくとも２つの反射部材
を有する反射手段を適切に配置することにより、光束の
集光効率を向上させることができ、かつＮ．Ａの小さい
投影レンズを用いたときでもスクリーン面上での中心部
分の照度低下を防止し、常に均一なる明るさの投影画像
を得ることができる照明光学系を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の照明光学系をプロジェクタの投影光学
系に適用したときの実施例１の要部概略図

【図２】本発明の照明光学系をプロジェクタの投影光学
系に適用したときの実施例１の要部斜視図

【図３】図１の照明光学系の光源手段からの光束のうち
被投影画像の光軸上の点Ｃに入射する光束を点Ｃより逆
追跡したときの光束の光路を示した概略図

【図４】本発明の照明光学系をプロジェクタの投影光学
系に適用したときの実施例２の要部概略図

【図５】本発明の照明光学系の実施例３の光源手段近傍
の要部概略図

【図６】図５に示した第２反射部材の説明図

【図７】従来の照明光学系をプロジェクタの投影光学系
に適用したときの要部概略図

【図８】従来の照明光学系をプロジェクタの投影光学系
に適用したときの要部概略図

【図９】従来の照明光学系の光源手段からの光束の光路
を示した概略図

【図１０】従来の照明光学系の光源手段からの光束の光
路を示した概略図

【図１１】従来の照明光学系に於いて、投影レンズの入
射瞳位置に於ける照明状態の説明図

【図１２】従来の照明光学系に於いて、投影レンズの入
射瞳位置に於ける照明状態の説明図

【符号の説明】

１ 光源手段 ２ リフレクター ３、４３ 第１反射部材 ４、５４ 第２反射部材 １０、４０、５０ 反射手段 ５ コンデンサーレンズ ６ 被投影画像 ６ａ 被照射面 ７ 入射瞳 ８ 投影レンズ １ａ 発光部（フィラメント） １ｂ ガラス管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リフレクターの焦点近傍に光源手段を配
   置し、該光源手段から放射した光束のうち該リフレクタ
   ーで反射し、又は／及び直接コンデンサーレンズを介し
   た光束で被投影画像を照明するようにした照明光学系に
   於いて、該光源手段近傍の該被投影画像側に該光源手段
   から該リフレクターを介さないで該被投影画像側に放射
   した光束を光軸に沿って該被投影画像側へ導光させる反
   射手段を設けたことを特徴とする照明光学系。
2. 【請求項２】 前記反射手段は少なくとも前記光源手段
   からの光束を光軸側へ反射させる第１反射部材と、該第
   １反射部材からの反射光束を光軸に沿って前記被投影画
   像側へ反射させる第２反射部材とを有していることを特
   徴とする請求項１の照明光学系。
3. 【請求項３】 前記コンデンサーレンズは前記リフレク
   ターによって反射された前記光源手段からの光束を前記
   被投影画像を所定面上に投影する投影レンズの入射瞳近
   傍に集束させていることを特徴とする請求項１の照明光
   学系。