JPH11260143A

JPH11260143A - 照明装置

Info

Publication number: JPH11260143A
Application number: JP6110598A
Authority: JP
Inventors: Masao Katsumata; 匡男勝間田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】光の利用効率を向上するとともに、照明光学
系の小型化を実現する。【解決手段】照明領域における周辺部分の光量に対し
て中心部分の光量が少ない平行光を出射することができ
るランプ１と、ランプ１からの平行光を入射して前記周
辺部分からの光を、ランプ１の光軸Ｏａの中心部分に向
かって偏向して、所定の位置で光軸Ｏａと平行になる光
として出射することができる凸円錐面４ａ、凹円錐面４
ｂを備えている光偏向ブロック４、５によって照明装置
を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェクタ
装置などに用いられる照明装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば液晶プロジェクタ装置などでは、
照明光学系において、インテグレータなどの光学素子を
用いて照明光の均一化を図り、かつランプからの照明光
を液晶パネルの開口（被照射領域）に絞り込んでいくこ
とが行なわれている。液晶パネルの開口のサイズと投影
レンズにおける照明光の取り込み角度が決まると、ラン
プにおける反射／集光手段とされるリフレクタの開口面
積に相当する領域で出射される照明光を、効率良く取り
込むことが可能とされるランプから液晶パネルまでの距
離が決まる。そしてこのランプから液晶パネルまでの距
離により照明光学系のサイズがほぼ決まってくる。すな
わち、照明光学系のサイズを小さく構成することにより
液晶プロジェクタ装置自体の小型化を図ることができる
ようになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、照明光学系
のサイズを小さくするためにはランプから液晶パネルま
での距離を短くすることが挙げられる。この場合、リフ
レクタの有効最大外径からの光を取り込むことができる
ようにすることで集光効率を向上するようにされている
が、ランプから液晶パネルまでの距離を短くしようとす
ると、液晶パネルに入射する照明光の角度、すなわち画
角が大きくなる。これにともない液晶パネルを透過して
投影レンズに入射する光の画角も大きくなってしまう。

【０００４】このような大きな画角の光に対応する場
合、投影レンズにおいてその光を効率良く取り込むため
には直径が大きいものが必要になり、さらに、投影レン
ズとして構成されるレンズの枚数も増加することにな
る。したがって、投影レンズを構成するためのコストが
かさむことになる。

【０００５】また、ランプから出射される照明光はリフ
レクタの有効最大外径内（有効開口面積）において均一
な光量による照明を行なうことが困難とされている。図
７はランプから出射される照明光の輝度レベルを摸式的
に示す図である。図７（ａ）に示すランプ３０は、反射
／集光手段とされているリフレクタ３１と、その中心部
分に取り付けられるランプバルブ３２などによって構成
され、ランプバルブ３２から出射した光はリフレクタ３
１の開口部から前方に出射される。しかし、ランプバル
ブ３２においてアーク放電を行なうための電極の陰や、
ランプバルブ３２を取り付ける場合にリフレクタ３２に
形成する孔などの影響により光が前方に反射されず、図
７（ｂ）に示すように一点鎖線で示す開口部の中心部分
の輝度レベルが低くなってしまう。この問題は、アーク
長が短いほど顕著に現れる。なお、本明細書では輝度レ
ベルが低い部分をダークエリアという。

【０００６】このように、ランプ３０においてその中心
部分にダークエリアが形成されることにより、有効開口
面積当たりの光の利用効率が良いものではなかった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点を解決するために、照明領域における周辺部分の光量
に対して中心部分の光量が少ない平行光を出射すること
ができるランプと、前記ランプからの平行光を入射して
前記周辺部分からの光を、前記ランプの光軸の中心部分
に向かって偏向して、所定の位置で前記光軸と平行にな
る光として出射することができる屈折面を備えている光
学手段によって照明装置を構成する。

【０００８】本発明によればランプの有効開口面積を絞
ったうえで平行光を生成することができる。これによ
り、集光効率を向上したコンパクトな照明光学系を構成
することができるようになる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本実施の形態の照明装置を説明する図であ
る。なお、この図でランプ１（リフレクタ２、ランプバ
ルブ３）は図７に示したランプ３０（リフレクタ３１、
ランプバルブ３２）に対応している。本実施の形態で
は、図１（ａ）に示されているようにランプ１の後段に
例えば一対として構成される光偏向ブロック４、及び光
偏向ブロック５が所定の空隙を有して配置される。光偏
向ブロック４は、ランプ１に対向する光の入射側が平面
部４ａとされ、出射側がランプ１側から見て凸形状の凸
円錐面４ｂとされる、例えばガラスなどの透明部材とし
て形成されている。そして、その頂点と光軸Ｏａが一致
するように配置されている。また、光偏向ブロック５は
光偏向ブロック４に対向する光の入射面がランプ１側か
ら見て凹形状の凹円錐面５ａとされ、出射側が平面部５
ｂとされる透明部材として形成されている。

【００１０】ランプ１から出射した光は、光偏向ブロッ
ク４の入射面４ａから入射して凸円錐面４ｂから出射す
ることにより、プリズム効果によりランプ１の光軸Ｏａ
方向に偏向した光に変換される。光軸Ｏａに対して偏向
した光は、光偏向ブロック５の凹円錐面５ａに入射する
ことで、再び光軸Ｏａと平行な光に変換されて平面部５
ｂから出射する。このように、ランプ１から出射して光
偏向ブロック４、光偏向ブロック５を介した光は、光軸
Ｏａ付近に近づいた平行光とされ、照明領域が絞られる
ようになる。また、輝度レベルの分布としては、図１
（ｂ）に示されているようになり、先に図７（ｂ）で示
した従来の輝度レベルの分布と比較しても、ダークエリ
アが狭くなっていることがわかる。

【００１１】本発明は従来ではダークエリアとされてい
た領域にその周辺部分の光をオフセットすることで、リ
フレクタ２によって反射されるライトバルブ３の光量を
維持した状態で、照射領域を絞り込むことができるよう
になる。

【００１２】図２（ａ）（ｂ）は光偏向ブロック４、５
を用いた場合と、用いない場合の照明光学系の光路を比
較した摸式図である。なお、これらの図の照明光学系と
しては、ランプ１、光偏向ブロック４、５の他に、例え
ば第一の集光レンズ６、第二の集光レンズ７、および液
晶パネル８が配置されている例を示している。図２
（ａ）は光偏向ブロック４、５を用いない場合を示して
いるが、この場合距離Ａを持って液晶パネル８に入射す
る光の画角はθ１とされる。しかし、図２（ｂ）に示さ
れているように光偏向ブロック４、５を配置することに
より照明領域が絞られるので、図２（ａ）に示す例と同
等の集光効率を実現する場合、画角θ１を維持した状態
で距離Ａより短い距離Ａ’とすることができる。

【００１３】また、例えば、液晶パネル８の前段に、液
晶パネル８の画素それぞれに対応したマイクロレンズを
配置した構成とした場合でも、画角が小さい（Ｆナンバ
の大きい）照明光を省スペースで得ることができる。さ
らに、照射領域を絞り込んだ状態から液晶パネル８に集
光させるので、取り込み角が小さく（Ｆナンバの大き
い）、入射瞳の径が小さい投影レンズ（図示せず）を用
いることができ、省スペース化にともなう小型化及びコ
スト削減が可能になる。

【００１４】以下、光偏向ブロック４、５に基づいて構
成した照明光学系の例を説明する。図３は、光偏向ブロ
ック４、５の後段に、複数のレンズ９ａ、９ａ、９ａ、
９ａ・・・が形成されているフライアイタイプのマルチ
レンズアレー９、及び複数のレンズ１０ａ、１０ａ、１
０ａ、１０ａ・・・が形成されている同じくフライアイ
タイプのマルチレンズアレー１０を配置した例を示して
いる。これにより、省スペース化を図り、照明領域を絞
って集光効率を向上するとともに、マルチレンズアレー
９、１０液晶パネル８の被照射領域における輝度の均一
性向上することができる。

【００１５】また、図４は図３に示した構成例を基に、
光偏向ブロック４とランプ１を一体的に構成し、光偏向
ブロック４がランプ１の開口部に位置させるようにした
例を示している。この場合、図３に示したランプ１から
光偏向ブロック４までの距離を省略することができ、な
おかつ、部品点数の削減を図ることができる。

【００１６】さらに、図５は図４に示した構成例を基
に、偏向ブロック５の出射側とされる平面部５ｂにマル
チレンズアレー９を一体化した例である。この場合も、
図４に示した偏向ブロック５とマルチレンズアレー９ま
での距離を省略するとともに、部品点数の削減を図るこ
とができる。

【００１７】次に、図６にしたがい本発明の変形例を説
明する。図６に示す例は、入射側が凹円錐面１５ａ、ま
た出射側が凸円錐面１５ｂとして構成されている光偏向
ブロック１５を用いた例とされる。なお、光偏向ブロッ
ク１５も光偏向ブロック４、５と同様に、円錐面の頂点
が光軸Ｏａと一致するように配置される。この光偏向ブ
ロック１５は、凹円錐面１５ａ及び凸円錐面１５ｂを設
けているので、光偏向ブロック４、５のように２個のブ
ロックが必要とされないので、省スペース化を実現する
ことができる。また、光偏向ブロック４、５と同様に光
軸Ｏａ付近のダークエリアを狭くしたうえで光の照明領
域を絞り込むことができるようになる。

【００１８】なお、図示は省略するが、光偏向ブロック
１５を図２（ｂ）に示す光偏向ブロック４、５に換えて
配置した場合でも、同様に液晶パネル８までの距離を短
くすることができるようになる。

【００１９】

【発明の効果】以上、説明したように本発明は、ランプ
の後段に屈折面を有した光学手段を配置することによ
り、有効開口面積を絞り込むことができるようになる。
これにより、ランプからの光量を維持したうえで光路の
短い小型の照明光学系を構成することができる。また、
画角が小さい（Ｆナンバの大きい）照明光を省スペース
で得ることができるので、液晶パネルの入射側にマイク
ロレンズを配置して各画素に対して集光する場合にも好
適である。さらに、有効開口面積を絞り込んだ状態から
液晶パネルに集光させるので、取り込み角が小さく（Ｆ
ナンバの大きい）、入射瞳の径が小さい比較的安価な投
写レンズを用いることができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の照明装置の構成、及び輝
度分布を説明する摸式図である。

【図２】本実施の形態の光偏向ブロックを用いた場合
と、用いない場合の照明光学系の光路を比較した摸式図
である。

【図３】本実施の形態の光偏向ブロックに基づいた照明
光学系を説明する図である。

【図４】本実施の形態の光偏向ブロックに基づいた照明
光学系を説明する図である。

【図５】本実施の形態の光偏向ブロックに基づいた照明
光学系を説明する図である。

【図６】本発明の変形例を説明する図である。

【図７】従来の照明装置の構成、及び輝度分布を説明す
る摸式図である。

【符号の説明】

１ランプ、２リフレクタ、３ランプバルブ、４，
５，１５偏向ブロック、４ａ，５ａ平面部、４ｂ，
１５ｂ凸円錐面、５ａ，１５ａ凹円錐面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明領域における周辺部分の光量に対し
て中心部分の光量が少ない平行光を出射することができ
るランプと、前記ランプからの平行光を入射して前記周辺部分からの
光を、前記ランプの光軸の中心部分に向かって偏向し
て、所定の位置で前記光軸と平行になる光として出射す
ることができる屈折面を備えている光学手段によって形
成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】前記屈折面は、円錐の傾斜面とされる凹
面及び凸面として形成され、その頂点が前記光軸と一致
するように配置されていることを特徴とする請求項１に
記載の照明装置。