JPH07306395A

JPH07306395A - 投射装置

Info

Publication number: JPH07306395A
Application number: JP6119741A
Authority: JP
Inventors: Yuji Mabe; 雄二間辺
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 1995-11-21
Also published as: US5555041A

Abstract

(57)【要約】【目的】画像の投射特性に優れた投射装置を提供す
る。【構成】光源と凹面鏡とを有する光源手段と、照明光
束を略平行光束にするコンデンサレンズ群とを有する照
明光学系と、照明光学系からの光束を反射すると共に空
間変調させるライトバルブ手段と、前記空間変調された
反射光束をスクリーン上に結像させる投影光学系とを有
し、照明光束内の中抜け領域内に、ライトバルブ手段に
おいて空間変調された反射光束を集光させる集光レンズ
群と、照明光学系とライトバルブ手段との間の光路中
に、照明光束をライトバルブ手段に導くと共に、反射光
束を投影光学系に導く光路分割手段とを備えているも
の。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばビデオプロジェ
クター等に応用される投射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、比較的大きなスクリーンに画像を
投射する装置として、いわゆるビデオプロジェクターが
知られている。このビデオプロジェクターは、液晶が持
つ複屈折性と偏光光学系とを組み合わせた位相変調型の
構成よりなるものと、ポリマー分散型液晶のように光の
散乱性を持つ液晶とシュリーレン光学系とを組み合わせ
た散乱型の構成よりなるものとに大別される。

【０００３】このようなビデオプロジェクターでは、光
源からの照明光束をライトバルブの画像情報表示面上に
照射すると共に、ここで空間変調された光束を被投影面
であるスクリーン上に照射させる事で画像を投射するも
のが一般的であり、照明光束を高い照度（強度）でライ
トバルブ上に照射させて、スクリーン上に投影した時の
画像を明るいものとすることが要求される。

【０００４】一般に、照明光束を比較的高い照度（強
度）でライトバルブ上に照射させるには、前者の位相変
調型ビデオプロジェクターよりも後者の散乱型ビデオプ
ロジェクターの方が偏光を用いないために光量の損失が
少なく有利であり、従来より様々なものが提案されてい
る。

【０００５】この散乱型ビデオプロジェクターには、ラ
イトバルブの画像情報表示面により正反射された光をス
クリーン上に投影する構成のものと、ライトバルブの画
像情報表示面により散乱された光をスクリーン上に投影
する構成のものとがあるが、前者の方が明るい画像を得
るために都合がよい。

【０００６】このようなビデオプロジェクターには、一
般にはメタルハライドランプやキセノンランプ等の高輝
度の照明光束を発する白色光源が用いられている。そし
て、これらの白色光源と、例えば、楕円鏡、放物面鏡、
球面鏡等の凹面鏡と、コンデンサーレンズ等とを組み合
わせたものが光源手段もしくは照明光学系として一般的
に用いられている。

【０００７】ここで、従来の散乱型ビデオプロジェクタ
ーの具体例を図８及び図９に示す。この図８及び図９に
示した散乱型ビデオプロジェクターは、共に正反射光を
利用するタイプのものである。

【０００８】図８において、光源８１から発せられた照
明光束は、楕円鏡８２により反射集光され、コンデンサ
レンズ８３によって略平行化されたのちに、ライトバル
ブ８６の画像情報表示面に対して任意の角度を保つよう
に照射されている。ライトバルブ８６では、照射光束を
反射して投影レンズ８５に導いているが、このときこの
反射光束は画像情報に則して空間変調されている。

【０００９】投影レンズ８５は、ライトバルブ８６にお
いて正反射された光束をスクリーン８８上に結像させる
が、このとき、ライトバルブ８６の画像情報表示面によ
り散乱された光が投影レンズ８５に到達しないように、
投影レンズ８５により正反射光束が集光される位置に絞
り８９が設けられており、この絞り８９により散乱反射
光が不要光束として除去されるような構成としている。

【００１０】このように、光源８１と楕円鏡８２及びコ
ンデンサレンズ８３等からなる照明光学系により、ライ
トバルブ８６に照射された照明光束が、ライトバルブ８
６の画像表示面に表示された画像情報に則して空間変調
された後、投影レンズ８５等からなる投射光学系に導か
れ、スクリーン８８上に投射されている。

【００１１】このような散乱型の投射装置は、照明光学
系と投射光学系とが互いに干渉しないような構成とする
必要があるため、図８に示した従来例のように、ライト
バルブの画像情報表示面に対してそれぞれ二つの光学系
の光軸が空間的に傾くような構成としている。このた
め、結果としてスクリーン上に投射された像が歪んでし
まうという問題があった。

【００１２】このような像の歪みを極力避けるため、画
像情報からの光束の光路を極力曲げないような構成とな
るように、それぞれの部材を配置した投射装置もまた提
案されている。図９は、このような構成の投射装置の一
例である。

【００１３】光源９１から発せられた光は、楕円鏡９２
により反射集光され、ミラー９４によってライトバルブ
９６に向かって反射されている。ミラー９４とライトバ
ルブ９６との間には、集光レンズ９５が設けられてお
り、ミラー９４に反射された光束は、この集光レンズ９
５により略平行化されたのちに、ライトバルブ９６の画
像情報表示面に対して極力直角に近い角度で入射され
る。ライトバルブ９６に入射した光束は、ライトバルブ
９６の画像情報表示面上において、反射されて再び集光
レンズ９５に入射するが、このときこの反射光束は画像
情報に則して空間変調されたものとなっている。

【００１４】集光レンズ９５により射出された光束は、
絞り９９を介して投影レンズ９７に入射する。この絞り
９９は、ライトバルブ９６の画像情報表示面により散乱
された光が投影レンズ９５に到達するのを防ぐためのも
のである。この絞り９９により散乱反射光を不要光束と
して除去した後に投影レンズ９７によりスクリーン９８
上に画像が形成される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先に示
した図９のように照明光束がライトバルブに対して垂直
に近い角度で入射するようにそれぞれの部材を配置し
て、照明光束を極力垂直に近い角度で入射させる構成と
しても、正確な垂直入射させる事はできないので、ある
程度像が歪んでしまうことは避けられない。さらに、こ
のような構成であると、投射光学系の要求性能が厳しく
なってしまい、設計が難しいだけでなく製作に手間がか
かり、コストアップに繋がるという別の問題が生じてし
まう。

【００１６】そこで、照射光及び投射光の光路中にハー
フミラーを設け、投射光もしくは反射光束の光路を９０
度折り曲げることにより、入射光をライトバルブ上に正
確に垂直入射させると共に、ここで空間変調された光束
を垂直方向に反射させ（ライトバルブ面と平行な）スク
リーン上に投射させることも考えられる。その一構成例
を図７に示す。

【００１７】図７では、ライトバルブ７６に対して照明
光束が垂直に入射させるような構成の投射装置である。
コンデンサレンズ７３とライトバルブ手段との間には、
ハーフミラー７４がライトバルブ手段に対して４５度の
傾きを保持するように設けられており、このハーフミラ
ー７４により反射又は透過された光束のうち、どちらか
一方を選択することによって照明光束の光路と反射光束
の光路とが異なるように構成させている。

【００１８】光源７１から発せられた光は、楕円鏡７２
により反射集光され、コンデンサレンズ７３によって略
平行化されたのちに、ハーフミラー７４に入射する。ハ
ーフミラー７４は、入射した光の一部を反射させるが一
部は透過してしまうものであるため、光源７１から発せ
られた光束の約半分の光量がライトバルブ７６に到達す
ることになる。

【００１９】ライトバルブ７６により反射されると同時
に空間変調された反射光束は、再びハーフミラー７４に
入射し、ここで再度半透過（反射）され、反射光束のみ
が絞り７９を介して集光レンズ７５に導かれる。従っ
て、最終的に投影光学系にまで到達する光量は、光源７
１から発せられた光量の約四分の一となってしまい、か
なりの光量を損失してしまうので、スクリーン上に投射
される画像が全体的に暗くなってしまうという問題があ
った。

【００２０】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、画像の投射特性に優れた投射装置を提供する
ことを目的とするものである。また、投射された画像に
ひずみが生じにくく、照明光学系と投影光学系とが互い
に干渉せずに、光量損失の少ない投射装置を提供するこ
とを目的とするものである。また、簡単な構成で、組立
作業に手間がかからない投射装置を提供することを目的
とするものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
請求項１に係る発明では、有限な大きさを持つ発光部を
有する光源とこの光源からの光を反射させる凹面鏡とを
有する光源手段とこの光源手段からの照明光束を略平行
光束に変換するコンデンサレンズ群とを有する照明光学
系と、前記照明光学系からの照明光束を反射すると共
に、所定の画像情報に基づいて前記照明光束を空間変調
させるライトバルブ手段と、前記ライトバルブ手段にて
空間変調された反射光束をスクリーン上に結像させる投
影光学系とを有し、前記凹面鏡と前記コンデンサレンズ
群とにより形成される照明光束内の中抜け領域内に前記
ライトバルブ手段において空間変調された反射光束を集
光させる集光レンズ群と、前記照明光学系と前記ライト
バルブ手段との間の光路中に、前記光源手段からの照明
光束を前記ライトバルブ手段に導くと共に、前記集光レ
ンズ群により集光された反射光束を前記投影光学系に導
く光路分割手段と、を備えていることを特徴とする投射
装置を提供する。

【００２２】本願請求項２に記載した発明では、請求項
１に記載の投射装置であって、前記凹面鏡が、前記発光
部を導入させるための光軸を中心とした予め定めた大き
さの導入孔が設けられた楕円鏡であることを特徴とする
ものである。

【００２３】本願請求項３に記載した発明では、請求項
２に記載の投射装置であって、前記光路分割手段が光透
過性基板の一部に反射部が設けられた光路選択部材を備
えており、この光路選択部材の反射部が前記照明光学系
の前記コンデンサレンズ群に対して前記楕円鏡の導入孔
と略共役な位置に配置され、且つ、前記ライトバルブ手
段に対して反射面が４５度の傾きを維持して配置されて
いることを特徴とするものである。

【００２４】

【作用】本願に係る発明は上記のように構成されている
ため、以下の作用を奏する。まず、請求項１の発明に係
る投射装置は、光源手段とコンデンサレンズ群とからな
る照明光学系を備えている。

【００２５】この光源手段は、発光部が有限な大きさを
持つ光源と、前記光源からの光を反射する凹面鏡とから
なるため、光源から発せられた光は、凹面鏡により予め
定めた方向に向かって反射され集光する。さらに、コン
デンサレンズ群により略平行化されて進行し、ライトバ
ルブ手段を照明する。

【００２６】ここで、一般に、発光部がある程度の（有
限の）大きさを持つ光源からの光を凹面鏡にて反射させ
て集光し、所定の照明光束として利用するように構成し
た光源手段からの照明光束が、その光束を略平行化させ
るコンデンサレンズ群を通過した時に、すべての光束が
平行に進行するようになるわけではない。

【００２７】即ち、集束しながら、もしくは発散しなが
ら進行する光束をも生じてしまうので、光束内ですべて
に均一に光が進行しているものとはならない。しかし、
ライトバルブ上に均一かつ効率的に照明光束を照射させ
るためには、照明光束の光路中での挙動は問題とならな
いので、従来はライトバルブ上での照明光の照射状態の
みを考慮して照明光学系を設計していた。

【００２８】ここで、一般のこの種の光源手段からの照
明光束には、コンデンサレンズ群から射出された光束内
部に光が通過しない領域（中抜け領域）が生じることが
わかった。この中抜け領域は、所定の大きさをもつ発光
部と凹面鏡の設計条件（焦点位置等）とのずれや、凹面
鏡に発光部を装着させるために設ける導入孔等の存在に
より生じるものである。

【００２９】しかし、実質的な光源手段からライトバル
ブ上で均一かつ効率的に照明光を照射させるためには、
この様な光源手段からの光束中での挙動を無視していた
のが実情であったが、本願発明では逆にこの中抜け領域
を積極的に活用するものとしている。

【００３０】ここで、この中抜け領域が照明光束の光路
中に形成される様子を具体的に説明する。図５及び図６
は、前述したような照明光学系の光軸を含む面での断面
図を示しており、図５は、キセノンランプ等のある程度
の大きさを持った（光軸方向に沿った長さが長い）光源
を用いた場合の照明光束を包絡線で示した説明図であ
り、図６は、図５と同様な照明光学系を示しているが、
照明光束の内の最も外側若しくは内側の光線成分におけ
る夫々の進行経路の概略説明図である。

【００３１】図５において、光源手段を構成する光源５
１は、所定の大きさの発光部５１ａを持ち、楕円鏡５２
の底部（頂点部、図中左部分）に設けられた導入孔５２
ａより楕円鏡５２の内部に導入されている。発光部５１
ａは、楕円鏡５２の第一焦点位置に概略位置合わせされ
ており、ここから発せられた光は、楕円鏡５２により反
射されて、コンデンサレンズ５３に入射する構成となっ
ている。

【００３２】光源５１からの光束は、楕円鏡５２によっ
て楕円鏡５２の第二（他方の）焦点付近に集束されるよ
うに反射されるが、光源５１は、発光部が理想的な点状
ではなく、ある程度の大きさを持った（少なくとも光軸
方向に沿った長さが長い）ものであるため、楕円鏡５２
からの反射光束は一点に集束せず、ある程度の広がりを
持って集束（ビームウェストを形成）することになる。

【００３３】そして、ビームウェストを形成後、そこか
ら光束は発散してコンデンサーレンズ５３に入射する。
コンデンサーレンズ５３は、この発散光束を略平行化さ
せているが、実際には理想的な第一焦点位置から発せら
れた光を略平行化させると共に、第一焦点位置以外の部
分からの光がライトバルブ上に均一に照射されるように
設計されている。

【００３４】このため、照明光束の光路中において必ず
しも均一に光線が分布しているわけではなく、その光路
中の所定の部分では、光束内部において光が通過しない
部分が生ずることが判明し、ここではこれを中抜け領域
５０として表示している。図５（及び図６）は、照明光
学系を光軸を含む面で分割した断面図であるため、中抜
け領域５０の断面は、図示したように菱形のような形状
となっているが、実際には断面が菱形である回転体状に
形成されている。

【００３５】図６は、この照明光学系における光線の進
行状態を（光線追跡した結果を）簡略に示したものであ
り、発光部内のコンデンサレンズ６３に最も近い位置Ａ
からの光線α₁ 〜α₄ の光路を点線で、コンデンサレン
ズ６３に最も遠い位置Ｂからの光線β₁ 〜β₄ の光路を
実線で示している。

【００３６】また、位置Ａから発せられた光のうち、α
₁ 及びα₃ は、楕円鏡６２内で最もコンデンサレンズ６
３に近い位置である開口端部で反射された光線の進行経
路を示し、α₂ 及びα₄ は、楕円鏡６２内で最もコンデ
ンサレンズ６３に遠い位置である導入孔６２ａ周端部に
反射された光線の進行経路を示している。

【００３７】同様に、位置Ｂから発せられた光のうち、
β₁ 及びβ₃ は、楕円鏡６２内で最もコンデンサレンズ
６３に近い位置である開口端部反射された光線の進行経
路を示し、β₂ 及びβ₄ は、楕円鏡６２内で最もコンデ
ンサレンズ６３に遠い位置である導入孔６２ａ周端部で
反射された光線の進行経路を示している。

【００３８】位置Ａから発せられた光のうち、楕円鏡の
上部６２ｕ側に進行して反射された光束は、一旦光軸方
向に反射されて集束した後、再び発散しながらコンデン
サレンズ６３に入射して、略平行化される。この略平行
化された光束は、図６中の光線α₃ と光線α₄ との間に
限定される光束となる。

【００３９】同様に位置Ａから発せられた光のうち、楕
円鏡の下部６２ｄ側に進行して反射された光束は、一旦
集束した後、再び発散しながらコンデンサレンズ６３に
入射して、略平行化される。この略平行化された光束
は、図６中の光線α₁ と光線α₂ との間に限定される光
束となる。

【００４０】また、位置Ｂから発せられた光についても
同様に、楕円鏡の上部６２ｕ側に進行して反射された光
束は、図６中の光線β₃ と光線β₄ との間に限定される
光束となり、楕円鏡の下部６２ｄ側に進行して反射され
た光束は、図６中の光線β₁と光線β₂ との間に限定さ
れる光束となる。

【００４１】これらの光線追跡の結果から、楕円鏡６２
で反射した光線のどれをとっても図６中の斜線部分の領
域Ｒ（中抜け領域）内を通過する光線が存在しないこと
とがわかる。これは、図５における中抜け領域５０に相
当する領域であり、この領域Ｒ内では照明光束が進行し
ない（存在しない）状態となっている。

【００４２】さらに、この中抜け領域Ｒの幅ｗ（光軸に
直交する方向の幅）が最も広くなる位置Ｑは、コンデン
サーレンズ６３によって形成された楕円鏡５２の導入孔
位置Ｐの像位置になっている。つまり、中抜け領域Ｒの
幅ｗが最も広くなる位置Ｑと楕円鏡５２の導入孔位置Ｐ
とは、コンデンサーレンズ６３に対して光学的に共役の
位置関係にある。

【００４３】言い換えると、この中抜け領域Ｒは、発光
部からの光を楕円鏡で反射しない部分（導入孔６２ａ）
や、発行部自体の大きさ等により生じる影であり、導入
孔６２ａの位置に対する照明光束内のほぼ共役な位置を
中心として生じている。そして、この中抜け領域Ｒは、
例えば、発光部の光軸方向に沿った長さが短くなれば、
中抜け領域Ｒの光軸方向に沿った長さが長くなる等のよ
うに、光源手段に用いられている光源の形状によっても
その形状（領域の立体的形状若しくは大きさ等）が変化
する。

【００４４】なお、以上では説明の簡略化のために、照
明光学系の光軸断面に基づいて平面的に述べているが、
このことは、空間的に考慮した場合にも当てはまるた
め、楕円鏡のどの部分を反射した光線であっても、斜線
部分で示される立体的な中抜け領域Ｒ内を通過する光線
は存在しないことは言うまでもない。

【００４５】さらに、このような中抜け領域は、楕円鏡
に限らずその他の凹面鏡でも、発光部の配設位置により
生ずることが明らかである。例えば、放物面鏡では焦点
位置から生じた光は、放物面鏡で反射されて平行光束と
なるが、有限な大きさを持つ発光部では、必ずしも焦点
位置のみから生ずる光のみではないので、すべてが平行
化されるわけではない。このため、発光部からの光を有
効に活用するために、焦点位置より発光部をずらし、放
物面鏡からの反射光が平行光及びそれより集束する方向
の光として用いることが多い。

【００４６】このような場合にも、照明光束の光路中に
光線が進行しない中抜け領域が生じることが分かってお
り、凹面鏡や発光部の種類や配置条件によっては完全に
光束が進行しないものではなく、極めて少量の（光束密
度の少ない）領域が存在するが、これも中抜け領域と考
えることができる。

【００４７】ここで、本願請求項１の発明に係る投射装
置では、有限な大きさを持つ発光部を有する光源と、前
記光源からの光を反射する凹面鏡と、前記光源手段から
の照明光束を略平行化させるコンデンサレンズ群とから
構成される照明光学系を用いることによって、前記導入
孔とほぼ共役な位置を中心として、このような中抜け領
域を形成させている。

【００４８】更に、この照明光束をライトバルブ手段に
照射させ、ライトバルブ手段の画像情報表示面において
空間変調された反射光束を、この中抜け領域に集光させ
る集光レンズ群と、前記集光レンズ群により集光された
反射光束を結像手段に導く光路分割手段とを備えてい
る。

【００４９】この光路分割手段は、光源手段からの照明
光束を前記ライトバルブ手段の前記画像情報表示面に導
くと共に、ライトバルブ手段からの反射光束を結像手段
に導くものであることから、双方の光路中に設けること
でこれらの光路を分離合成するものである。即ち、ライ
トバルブ手段から光路分割手段までの光路は、照明光学
系と投影光学系とで共用できるので、ライトバルブ手段
に照明光束を垂直に入射させることが可能であると共
に、反射光束も垂直方向に取り出すことが可能である。

【００５０】そして、これらの光路の分離及び合成は、
前記の中抜け領域を利用して行うものとなる。前述した
ように本発明では、画像情報表示面により空間変調され
た反射光束は、集光レンズ群により前記照明光束内に生
じている中抜け領域内に集光されるが、ここで反射光と
照明光とを分離すれば、相互に光量損失等の影響を与え
ずに分離できるものとなる。

【００５１】例えば、この領域内に反射部を設ければ、
ライトバルブ手段からの反射光は、この反射部で反射さ
れて偏向され、照明光学系とは異なる光路に導かれる。
このため、この偏向方向に投影光学系を構築すれば、照
明光学系と投影光学系とが互いに一部を共用しつつ、光
路を分割できるものとなる。この際に、照明光学系の光
路中に反射部が設けられることとなるが、ここには照明
光束が進行しない（又は極めて少ない）ので、ライトバ
ルブに導かれる昭明光束に光量損失等の悪影響を生じさ
せないものとなる。

【００５２】又、これとは別に、照明光の光路中でこの
中抜け領域を除いた部分に反射部を設け（中抜け領域部
分は透過部）、ここで反射した光束をライトバルブ手段
に導く構成とすることも可能である。この場合には、ラ
イトバルブ手段からの反射光束は、透過部を介して照明
光学系の光路から分離されることとなる。

【００５３】このように本発明によれば、照明光束中の
中抜け領域を利用して照明光学系と投影光学系とを互い
に干渉しないように形成することができるものとなる。
従って、ライトバルブに対して照明光束を垂直に照射さ
せ、ここからの反射光束を垂直方向に導くことができる
ので、スクリーンに歪みのない画像を投影することがで
きるものとなる。さらに、このように光路を一部共用し
ても、照明光束や反射光束の光量損失を生じさせること
なく、画像の投射が行えるので、明るい画像が得られる
ものとなる。

【００５４】請求項２に記載の発明では、前記光源手段
を構成させる凹面鏡として、前記発光部を導入させるた
めの光軸を中心とした予め定めた大きさの導入孔が設け
られた楕円鏡を用いている。これは、光源手段並びに照
明光学系を構築する際に、設計が最も容易だからであ
り、中抜け領域が明確に設定できると共に、ここに照明
光束が全く進行しないためである。

【００５５】即ち、凹面鏡には楕円鏡以外にも放物面
鏡、球面鏡等を用いることも可能であるが、現実的な発
光部は有限の大きさを持つものであるため、凹面鏡での
反射光の光線の進行状態がつかみにくい問題がある。例
えば、放物面鏡では焦点位置からの光束を反射して平行
光にすることができるが、それ以外の部分からの光束が
発散光と集束光との双方が生じてしまう。

【００５６】従って、楕円鏡では単独で光源からの光を
一旦いずれかに集束させることができるが、その他の凹
面鏡では集光レンズ群等の補助レンズ群を集光部として
用いたり、発光部の位置を任意量だけずらす等の補助作
業を行う必要があり、これらの設計が複雑で手数がかか
ると共にその設置調整等も手数がかかる。

【００５７】本発明のように楕円鏡を用いることで、集
光部として補助レンズ群を用いたり、発光部の位置を任
意量だけずらす等の補助作業を必要とせず、有限の大き
さを持つ発光部を概略で焦点位置に設置すれば、この設
置条件から中抜け領域が決定できるので、設計が容易で
且つ簡単な構成で中抜け領域を有する照明光束を備えた
投射装置を得ることができる。

【００５８】次に、請求項３の本発明では、前記光路分
割手段として、光透過性基板の一部に反射部が設けられ
た光路選択部材を備えており、前記反射部が照明光学系
の前記コンデンサレンズ群に対して前記楕円鏡の導入孔
と略共役な位置に配置され、且つ前記ライトバルブ手段
に対して反射面が４５度の傾きを維持して配置されてい
る。

【００５９】即ち、光源手段から発せられた照明光束
は、コンデンサレンズ群を介して照明光学系内に設けら
れた光路選択部材に到達すると、光路選択部材の光透過
性基板部分を透過して前記ライトバルブ手段に向かう。

【００６０】この時、前記光路選択部材の一部分に設け
られた反射部は、前記コンデンサレンズ群に対して前記
楕円鏡の導入孔と略共役な位置に配置されているため、
前記光源手段と前記コンデンサレンズ群により形成され
る照明光学系内の中抜け領域内に配置されている。従っ
て、光源手段からの照明光束は、この反射部で遮られる
ことなく、全て前記光路選択部材を透過してライトバル
ブ手段に到達するので、照明光学系内で照明光束がけら
れて光量の損失を起こすことがない。

【００６１】そして、ライトバルブ手段に到達し、画像
情報表示面で反射されると共に空間変調された反射光束
は、前記集光レンズ分により前記中抜け領域内に集光さ
れるが、この集光点位置には、前記光路選択部材に設け
られている反射部が配置されているため、ここですべて
反射されてスクリーンに導かれる。この反射部が、反射
光束をすべて反射する構成のものであれば、光量損失を
伴うことなく、照明光学系と分離されて投影光学系に導
かれることとなる。

【００６２】勿論、この光路選択部材の反射部は、前記
中抜け領域内に納まる範囲の大きさのものであれば照明
光束に影響しないが、前記集光レンズによる集束径（集
束状態）より大きなものであれば反射光束をすべて反射
できるので、前記中抜け領域の大きさや集光レンズ等の
設計をこれに合わせて行えば良い。また、ここではライ
トバルブ手段からの正反射光を集光させているため、散
乱反射光はこの反射部に導かれずに除かれることとな
る。

【００６３】また、この反射部は前記ライトバルブ手段
（の画像情報表示面）に対して反射面が４５度の傾きを
維持して配置されているため、反射光束はこの反射部に
より光路が９０度偏向されて投影光学系に導かれスクリ
ーン上に投射されることになる。従って、光源手段から
の照明光束を光量損失なく前記ライトバルブ手段に対し
て垂直に入射させると同時に反射光束を照明光束に対し
て垂直に導くと共に、これらの平行若しくは直交方向に
投影光学系を分割することができる。

【００６４】このため、投影像に歪みを生じさせる事な
く投射することができるものとなることに加え、投射装
置全体の光学系の構造を簡単で組み立てやすいものにす
ることができる。

【００６５】以上は、前記光路選択部材として光透過性
基板（例えば、ガラス基板等の透明基板）の一部に反射
部を備えたものを投射装置に用いた場合を述べてきた
が、光反射性基板の一部に開口部等の透過部を備えた光
路選択部材を、ライトバルブ手段に対してあらかじめ定
めた（例えば４５度の）傾きを維持して配置した投射装
置を構築することもできる。

【００６６】この場合、光源手段からの照明光束は、コ
ンデンサレンズ群を介して、光路選択部材の反射基板に
より反射され、光路を（例えば９０度）偏向されてライ
トバルブ手段に向かうことになる。

【００６７】光路選択部材に設けられた透過部は、照明
光学系のコンデンサレンズ群に対して光源手段の楕円鏡
の導入孔と略共役な位置に配置されているため、光源手
段とコンデンサレンズ群により形成される照明光学系内
の中抜け領域内に配置されている。従って、光源手段か
らの光束は、すべて光路選択部材で反射されライトバル
ブ手段に到達するので、照明光学系内で照明光束がけら
れて光量の損失を起こすことがない。

【００６８】一方、ライトバルブ手段により反射と同時
に空間変調された反射光束は、前記中抜け領域内に集光
されるが、この集光位置には、光路選択部材の透過部が
位置しているため、この透過部を通過して投影光学系に
導かれ、スクリーン上に投射されることになる。勿論、
透過部は、前記中抜け領域内に納まる範囲のものであっ
て、集光レンズによる集光径より大きなものであれば、
特にその大きさは限定しないものである。

【００６９】

【実施例】以下、実施例を通じて本発明を更に詳しく
説明する。図１に本発明の第一実施例に係る投射装置の
概略構成を示す。図１に示す実施例は、光透過性基板と
して透明なガラス基板の一部に金属ミラーからなる反射
部を設けた光路選択部材（図２参照）を用いた場合の構
成例であり、照明光学系が光源１と楕円鏡２及びコンデ
ンサレンズ３とを備えており、更に、照明光学系の光路
中に光路選択部材４を備えている。

【００７０】この第一実施例では、光源１として発光部
が光軸方向に対して５ｍｍ程度の大きさを持つ線状のメ
タルハライドランプを用いている。勿論、メタルハライ
ドランプに限定せず、例えば、キセノンランプ等の有限
な大きさを持つ発光部を有する光源を用いてもよい。

【００７１】この第一実施例では、光源１の発光部を楕
円鏡２の焦点位置に概略で位置合わせして配置してい
る。光源１の発光部の中で楕円鏡２の焦点位置から発せ
られた光は、楕円鏡２に向かって進行し、ここで反射さ
れて第二焦点位置に向かう集束光束となる。そして、楕
円鏡２の光軸上の一点（第二焦点位置）に集束するが、
発光部の第二焦点位置以外の部分から発せられた光は、
この第二焦点に集束せず、ここを略中心としてある程度
の広がりを持ったビームウェストを形成している。

【００７２】この照明光束は、ビームウェストを形成し
た後、再び発散しながら進行し、コンデンサレンズ３に
入射する。コンデンサレンズ３は、前記ビームウェスト
形成位置に焦点位置が一致するように配設されており、
楕円鏡２により反射された照明光束を略平行光束に変換
して射出している。

【００７３】コンデンサレンズ３により射出された照明
光束は、その光路上に配設された光路選択部材４を透過
してライトバルブ６の画像情報表示面に照射されるが、
この照明光束内には、前記コンデンサレンズ３に対して
前記楕円鏡２の導入孔２ａと略共役な位置を略中心とし
て、光軸に沿った断面形状が菱形である回転体状の中抜
け領域１０が生じている。

【００７４】従って、第一実施例では、光路選択部材４
の反射部４ａ（図２参照）がこの中抜け領域１０内に納
まるように、光路選択部材４を配設することによって、
照明光束が途中で遮断されずにライトバルブ６に到達す
るように構成されている。

【００７５】ライトバルブ６は、一定強度で照射された
照明光束を、画像情報表示面において入力信号に応じて
部分的に変化させ、ここで反射する光束の一部を空間変
調させるものである。このライトバルブ６としては、例
えば、油膜や金属膜の表面を電子的手段で変形させる構
成の画像表示面を備えたものや、液晶などの電気光学結
晶よりなる画像表示面を備えたもの等があるが、これら
の構成に限定されるものではない。

【００７６】ライトバルブ６により反射された光束は、
画像情報に則して空間変調され、散乱反射光と正反射光
とを生じさせる。そして、集光レンズ５は、ライトバル
ブ６からの正反射光を前記中抜け領域１０内に集光させ
ている。なお、照明光束もこの集光レンズ５を透過して
ライトバルブ６に照射されるため、照明光と反射光との
相互に集光レンズが影響することを考慮して、その集光
位置が前記中抜け領域１０（に設置された光路選択部材
４の反射部４ａ）に合致する等に調整されていることは
言うまでもない。

【００７７】この中抜け領域１０内には、先にも述べた
ように光路選択部材４の反射部４ａが設けられており、
この反射部４ａは、ライトバルブ６に対して４５度の傾
きを持つように配設されているため、前記集光レンズ５
により集光された反射光束は、この反射部に集光されて
ここで反射され、その光路を９０度折り曲げられて投影
レンズ７に導かれ、スクリーン８上に画像を形成する。
なお、投影光学系は、前記集光レンズ５を含めてスクリ
ーン８上に画像が結像するように決定されていることは
言うまでもない。

【００７８】ここで、第一実施例に用いる光路選択部材
４の概略構成を図２に示す。この実施例では、透明ガラ
ス基板４ｂ内の中央の斜線部分に金属蒸着により形成し
た反射部４ａが設けられている。そして、この反射部４
ａの大きさは、投射光学系に組み込んだ時に、照明光学
系の設計条件から定まる中抜け領域１０内に納まるよう
にその大きさが決定されている。さらに、この反射部４
ａの大きさに合わせて集光レンズ５のパワーが決定され
ている。

【００７９】以上述べた図１に示す第一実施例では、ラ
イトバルブ手段からの反射光束の光路を９０度折り曲げ
る場合の構成例を示しているが、これはスクリーン上で
の画像の歪を防ぐために最適な角度だからであり、さら
に装置の設計上も容易な利点からこの角度を選択してい
るが、本発明はこの角度に限定されるものではない。

【００８０】図３に示す第二実施例は、反射光束の光路
を折り曲げない場合の構成の一例であり、光路選択部材
として光反射性基板である金属ミラーの一部に光透過部
としての開口部を設けたもの（図４参照）を用いてい
る。この第二実施例においても、先に述べた第一実施例
と同様に、照明光学系が光源３１と楕円鏡３２及びコン
デンサレンズ３３とを備え、更に、照明光学系の光路中
に光路選択部材３４を備えている。

【００８１】また、光源３１としては、発光部が光軸方
向に対して５ｍｍ程度の大きさを持つ線状のメタルハラ
イドランプを用いている。勿論、メタルハライドランプ
に限定せず、例えば、キセノンランプ等の有限な大きさ
を持つ発光部を有する光源を用いてもよい。

【００８２】光源手段の構成は第一実施例とほぼ同様で
あり、光源３１の発光部を楕円鏡３２の焦点位置に概略
位置合わせして（？）組み合わせると、楕円鏡３２の焦
点位置から発せられた光は、楕円鏡３２に向かって進行
し、ここで反射されて集束光束となるが、第一実施例同
様に、楕円鏡３２の第二焦点位置近傍に形成されるビー
ムウェストをもつ光束となる。

【００８３】照明光束はビームウェストを形成した後、
再び発散しながら進行し、コンデンサレンズ３３に入射
する。コンデンサレンズ３３は前記ビームウェスト形成
位置にその焦点位置が位置合わせされており、楕円鏡３
２により反射された光束を略平行光束に変換して射出し
ている。

【００８４】コンデンサレンズ３３により射出された照
明光束は、その光路上にコンデンサレンズ３３の光軸
（ライトバルブ６の画像表示面）に対して４５度傾けて
配設された光路選択部材３４により反射されて、光路を
９０度折り曲げられ、ライトバルブ３６に照射される。

【００８５】ここで、本実施例における照明光束の光路
中にも、コンデンサレンズ３３に対して楕円鏡３２の導
入孔３２ａと略共役な位置に、光軸に沿った断面形状が
菱形である回転体状の中抜け領域３０が生じている。従
って、本第二実施例では、光路選択部材３４の開口部３
４ａがこの中抜け領域３０内に納まるように、光路選択
部材３４を配設している。

【００８６】ライトバルブ３６は、一定強度で放射され
た照明光束を入力信号に応じて部分的に変化させ、ここ
で反射する光束の一部を空間変調させるものである。こ
のライトバルブ３６としては、例えば、油膜や金属膜の
表面を電子的手段で変形させる構成の画像表示面を備え
たものや、液晶などの電気光学結晶よりなる画像表示面
を備えたもの等があるが、この構成に限定されるもので
はない。

【００８７】ライトバルブ３６により反射された光束
は、画像情報面で所定の画像情報に則して空間変調さ
れ、集光レンズ３５がこの空間変調された正反射光束
を、前記照明光束内の中抜け領域３０内（の光路選択部
材の開口部３４ａ位置）に集光させている。

【００８８】先にも述べたように、光路選択部材３４の
開口部３４ａは、この中抜け領域３０内に納まるように
設けられているため、集光レンズ３５により集光された
反射光束は、この開口部３４ａを通過する程度に集光さ
れていれば良く、ここを透過して投影レンズ３７に入射
し、投影レンズ３７により投射されてスクリーン３８上
に像を結像する。

【００８９】即ち、光路選択部材３４に設けられた開口
部３４ａをこの中抜け領域３０に納まるような大きさと
することによって、照明光束がすべて反射されると共
に、ライトバルブ３６からの反射光束の集束径をこの開
口部３４ａより小さくすることで、反射光束が途中で遮
断されずにスクリーン３８に到達するように構成させて
いる。

【００９０】ここで、本第二実施例に用いる光路選択部
材３４を図４に示す。本実施例では、金属反射ミラーの
一部をくり抜いて開口部を形成し、斜線で示した金属反
射ミラー基板３４ｂの略中央に透過部としての開口部３
４ａを設けている。

【００９１】なお、第一実施例並びに第二実施例に示し
た光路選択部材の構成は一例であり同様の作用を奏する
ものであればこれらの構成に限定されるものではない。
例えば、第二実施例における光路選択部材は、がら空き
板状の中央部を除いた部分に金属蒸着ミラーを形成した
ものや、可視光を反射させる誘電体膜を蒸着した中央部
に開口のあるミラー等でも同様の作用効果を奏すること
ができる。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、照
明光束の光路中における光線が通過しない領域である中
抜け領域を利用して、照明光学系と投影光学系とを分離
合成しているため、照明光束と反射光束とが夫々の光学
系により互いに悪影響を及ぼして光量の損失を起こすこ
とがない。

【００９３】さらに、ライトバルブ手段等の対象物に照
明光束を照射する際に、所謂垂直入射が可能であり、こ
こからの反射光束も垂直方向へ導くことができるので、
反射光束から得られる投射画像に歪みが発生せず、良好
な投射像が得られる。

【００９４】また、画像のひずみを抑えるために単純な
ハーフミラー等を用いて光路の分割及び合成を行うもの
にあっては、光量損失が大きな問題となっていたが、本
発明によれば、集光位置における部分的（微小）な反射
或いは透過手段を利用しているため、照明光束の光量が
ほぼ１００％有効効利用できるため、ライトバルブ手段
への照明強度が強いものとなる。

【００９５】加えて、結像のための反射光も、先の部分
的な（微小な）透過領域もしくは反射領域の影響以外に
反射光の強度が損失しないものとなるので、投射光量も
十分なものが確保できるものとなり、画像の明るさや鮮
明度が向上するものとなる。また、従来と同様な投射光
量を確保するために、従来より光量の少ない光源を利用
することができる利点もある。

【００９６】さらに、これらの配置構成がライトバルブ
に対して垂直入射及び反射光を基準とすることができる
ので、装置の設計が容易になると共に、従来のように斜
め入射（反射）の角度調整等に比較して、製造時の組立
や調整作業等も容易に行えるものとなっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係る投射装置の概略構成
を示す説明図である。

【図２】本発明の第一実施例に用いる光路選択部材の該
略図である。

【図３】本発明の第二実施例に係る投射装置の概略構成
を示す説明図である。

【図４】本発明の第二実施例に用いる光路選択部材の該
略図である。

【図５】中抜け領域が形成される時の光束を包絡線で示
した概略説明図である。

【図６】中抜け領域が形成される時の光線の進行状態の
概略説明図である。

【図７】従来の投射装置において、光路分割手段として
ハーフミラーを用いた場合の概略説明図である。

【図８】従来のシュリーレン光学系を使用した投射装置
を示す概略説明図である。

【図９】従来のシュリーレン光学系を使用し、照明光束
を極力垂直に近い角度でライトバルブに入射させた場合
の投射装置を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１、３１、５１、７１、８１、９１光源２、３２、５２、７２、８２、９２楕円鏡６２ｕ楕円鏡の上部６２ｄ楕円鏡の下部３、３３、５３、６３、７３、８３、９３コンデ
ンサレンズ４、３４、光路選択部材７４ハーフミラー４ａ反射部４ｂ透明基板３４ａ開口部３４ｂ反射基板９４ミラー５、３５、７５、８５、９５集光レ
ンズ６、３６、７６、８６、９６ライト
バルブ７、３７、９７投影レ
ンズ８、３８、８８、９８スクリ
ーン７９、８９、９９絞り１０、３０、５０中抜け
領域Ａ発光部内でコンデンサレンズに最も近
い近位置 α₁ 〜α₄ 発光部内の近位置からの光線の進行
経路Ｂ発光部内でコンデンサレンズに最も遠
い遠位置 β₁ 〜β₄ 発光部内の遠位置からの光線の進行
経路ｗ中抜け領域の
幅Ｐ楕円鏡の導入
孔位置Ｑ菱形の幅が最
も広くなる位置Ｒ中抜け領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有限な大きさを持つ発光部を有する光源
と、この光源からの光を反射させる凹面鏡とを有する光
源手段と、前記光源手段からの照明光束を略平行光束に
変換するコンデンサレンズ群とを有する照明光学系と、前記照明光学系からの照明光束を反射すると共に、所定
の画像情報に基づいて前記照明光束を空間変調させるラ
イトバルブ手段と、前記ライトバルブ手段にて空間変調された反射光束をス
クリーン上に結像させる投影光学系とを有し、前記凹面鏡と前記コンデンサレンズ群とにより形成され
る照明光束内の中抜け領域内に、前記ライトバルブ手段
において空間変調された反射光束を集光させる集光レン
ズ群と、前記照明光学系と前記ライトバルブ手段との間の光路中
に、前記光源手段からの照明光束を前記ライトバルブ手
段に導くと共に、前記集光レンズ群により集光された反
射光束を前記投影光学系に導く光路分割手段と、を備え
ていることを特徴とする投射装置。
【請求項２】前記凹面鏡が、前記発光部を導入させる
ための光軸を中心とした予め定めた大きさの導入孔が設
けられた楕円鏡であることを特徴とする請求項１に記載
の投射装置。
【請求項３】前記光路分割手段は、光透過性基板の一
部に反射部が設けられた光路選択部材を備え、前記反射部は、前記照明光学系の前記コンデンサレンズ
群に対して前記楕円鏡の導入孔と略共役な位置に配置さ
れ、且つ、前記ライトバルブ手段に対して反射面が４５
度の傾きを維持して配置されていることを特徴とする請
求項２に記載の投射装置。