WO2005036256A1

WO2005036256A1 - 照明装置及びプロジェクタ

Info

Publication number: WO2005036256A1
Application number: PCT/JP2004/015578
Authority: WO
Inventors: Koichi Akiyama; Kunihiko Yano; Toshiaki Hashizume
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2005-04-21
Also published as: EP1684113A1; KR20060096031A; TWI289720B; KR100764316B1; TW200527109A; CN1867862A; JPWO2005036256A1; US20050157501A1

Abstract

本発明の照明装置は、楕円面リフレクタ１３０と、発光管１２０と、補助ミラー１２２と、平行化レンズ１４０Ａとを備えた照明装置１００Ａであって、平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉには、発光管１２０の発光中心Ｐから放射される光のうち楕円面リフレクタ側に照明光軸１００Ａｘから６０°～８０°のいずれかの角度で放射される光が楕円面リフレクタ１３０で反射された後に平行化レンズ１４０Ａの光入射面１４０Ａｉに入射する光に対応して最適化された減反射膜１４２Ａが形成されてなることを特徴とする。　このため、本発明の照明装置によれば、平行化レンズの光入射面又は光射出面における反射率を全体としてさらに低減して、光利用効率をさらに向上するとともに不要な迷光をさらに低減することが可能となる。　また、本発明のプロジェクタによれば、上記のように光利用効率をさらに向上するとともに不要な迷光をさらに低減することが可能な照明装置を備えているため、高輝度で高画質のプロジェクタとなる。

Description

照明装置及びプロジェクタ技術分野

本発明は、'照明装置及びプロジェクタに関する。背景技術

明

一般に、プロジェクタは、照明光を射出する照明装置と、この照明装置からの照細 1

明光を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、この電気光学変調装置からの変調光を投写画像として投写表示する投写光学系とを備えている。そして、このようなプロジェクタにおいては、近年、プロジェクタの小型化を図ることができる照明装置として、楕円面リフレクタを用いた照明装置が提案されている（例えば、特開 2 0 0 0— 3 4 7 2 9 3号公報（図 1 5 ) 参照。）。

図 1 1は、従来の照明装置 9 0 0を説明するために示す図である。この照明装置 9 0 0は、図 1 1に示すように、楕円面リフレクタ 9 3 0と、楕円面リフレクタ 9

3 0の一方の焦点近傍に配置された発光管 9 2 0と、楕円面リフレクタ 9 3 0力らの光を略平行化するための平行化レンズ 9 4 0とを備えている。

このため、このような照明装置 9 0 0によれば、発光管 9 2 0からの光を楕円面リフレクタ 9 3 0で一旦集束させた後に平行化レンズ 9 4 0で略平行光として後段の光学系に向けて射出することができるため、後段の光学系の小型化、ひいてはプロジェクタの小型化を図ることができるようになる。

ところで、従来の照明装置 9 0 0においては、平行化レンズ 9 4 0の光射出面 9

4 0 oには紫外線反射膜 9 4 4が形成されている。このため、発光管 9 2 0から放射された紫外線は紫外線反射膜 9 4 4で反射されて楕円面リフレクタ 9 3 0内部に戻るので照明装置 9 0 0から紫外光が射出されてしまうことを防止できる。

一方、一般に、平行化レンズ 9 4 0の光入射面 9 4 0 iには可視光の反射率を低- 減するための減反射膜 (図示せず。 ) が形成されている。そして、この減反射膜は、照明光軸 9 0 0 a Xに平行な光に対して反射率が最も低くなるように構成されており、発光管から放射されて平行化レンズに入射される光の全体としての有効利用が図られている。発明の開示

しかしながら、従来の照明装置 9 0 0のように、発光管の被照明領域側端部を覆うような大きさに楕円面リフレクタの大きさを設定した場合には、楕円面リフレクタの第 2焦点に向けて集束するビームの集束角が大きくなつてしまうため、平行化レンズの光入射面に入射する光の入射角度範囲が大きくなることになる。このため、従来のように減反射膜が照明光軸に平行な光に対して反射率が最も低くなるように構成されたものを用いることが、平行化レンズの光入射面における反射率を全体として低減させるのに適切な手段とはならず、そのため、光利用効率をさらに低減させるとともに不要な迷光をさらに低減させるのが容易ではないという問題があったなお、この問題は、平行化レンズの光入射面のみならず、平行化レンズの光射出面でも起こる問題でもある。

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、平行化レンズの光入射面又は光射出面における反射率を全体としてさらに低減して、光利用効率をさらに向上するとともに不要な迷光をさらに低減することが可能な照明装置を提供することを目的とする。また、このような照明装置を備えた高輝度で高画質のプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明者らは、上述した目的を達成すべく鋭意努力を重ねた結果、発光管から被照明領域側に放射された光を楕円面リフレクタに反射する補助ミラーを照明装置に用いるとともに、平行化レンズの光入射面又は光射出面に所定の減反射膜を形成することにより本発明の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至つた。

本発明の照明装置は、楕円面リフレクタと、前記楕円面リフレクタの一方の焦点近傍に配置された発光管と、前記発光管の被照明領域側に配置され前記発光管から被照明領域側に放射された光を前記楕円面リフレクタに反射する補助ミラーと、前記楕円面リフレクタからの光を略平行化するための平行化レンズとを備えた照明装置であって、前記平行化レンズの光入射面には、前記発光管の発光中心から放射される光のうち前記楕円面リフレクタ側に照明光軸から 6 0 ° 〜8 0 ° のいずれかの角度で放射される光が前記楕円面リフレクタで反射された後に前記平行化レンズの光入射面に入射する所定角度の入射光に対応して最適化された減反射膜が形成されていることを特徴とする。

このため、本発明の照明装置によれば、発光管から被照明領域側に放射された光を楕円面リフレクタに反射する補助ミラーを有しているため、楕円面リフレクタから楕円面リフレクタの第 2焦点に向けて集束するビームの集束角を小さくすることができる。その結果、平行化レンズの光入射面に入射する光の角度範囲を小さくすることができるようになり、平行化レンズの光入射面における反射率を全体として低減させるように減反射膜を最適化するのが容易になる。

また、後述の「発明を実施するための最良の形態」で詳細に説明するが、本宪明者らの解析により、補助ミラーを用いた照明装置においては、発光管の発光中心から放射される光のうち楕円面リフレクタ側に照明光軸から 6 0。〜8 0 ° の角度に放射される光の強度が他の角度範囲に放射される光の強度に比べて強いことが明らかになつた。このことは、前記 6 0 ° 〜8 0 ° の角度で発光管から放射'され平行化レンズに入射する前記所定角度の入射光の光強度が、平行化レンズの光入射面に他の入射角度で入射する光の光強度よりち強いことを意味する。

そこで、本発明の照明装置においては、この所定角度の入射光に対応して減反射膜を最適化して構成することとしている。このため、本発明の照明装置によれば、光強度の強い前記所定角度の入射光の、平行化レンズの光入射面における反射率を低減させることで、平行化レンズの光入射面における反射率を全体としてさらに低減させることができるようになり、その結果、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。

なお、本発明の照明装置によれば、発光管から被照明領域側に放射された光を楕円面リフレクタに反射する補助ミラーを有しているため、以下のような効果も得られる。すなわち、発光管の被照明領域側端部を覆うような大きさに楕円面'リフレタタの大きさを設定することを必要とせず、楕円面リフレクタの小型化を図ることができ、結果として照明装置の小型化を図ることができる。また、楕円面リフレクタの小型化を図ることができることにより、楕円面リフレクタから楕円面リフレクタの第 2焦点に向けて集束するビームの集束角やビームスポットの径を小さくすることができるため、平行化レンズの大きざなどをさらに小さくすることができる。本発明の照明装置においては、前記平行化レンズは、光入射面が凹面である凹レンズからなり、前記所定角度の入射光が前記平行化レンズの光入射面における法線となす角度が 3 0 ° 〜5 0 ° であることが好ましい。

本発明者らの解析によって、' 補助ミラーを用いた照明装置においては、前記所定角度の入射光が平行化レンズの光入射面に入射するとき、平行化レンズの光入射面が凹面（例えば、回転双曲面）である場合には、所定角度の入射光が前記平行化レンズの光入射面における法線となす角度が約 4 0 ° となることが明らかになった。このため、所定のマージンを見込んで、この角度を 3 0 ° ~ 5 0 ° とすることとすれば、平行化レンズの光入射面における反射率を全体としてさらに低減させることができるようになるからである。 '

また、本発明の照明装置においては、前記平行化レンズは、光入射面が平面かつ光射出面が凹面である凹レンズからなり、前記所定角度の入射光が前記平行化レンズの光入射面における法錄となす角度が 0 ° ~ 2 0 ° であることが好ましい。

本発明者らの解析によって、補助ミラーを用いた照明装置においては、前記所定角度の入射光が平行化レンズの光入射面に入射するとき、平行化レンズの光入射面が平面かつ光射出面が凹面（例えば、回転楕円面）である場合には、所定角度の入射光が前記平行化レンズの光入射面における法線となす角度が約 1 0 ° となることが明らかになった。このため、所定のマージンを見込んで、この角度を 0 ° 〜2 0 ° とすることとすれば、平行化レンズの光入射面における反射率を全体としてさらに低減させることができるようになるからである。

本発明の他の照明装置は、楕円面リフレクタと、前記楕円面リフレクタの一方の焦点近傍に配置された発光管と、前記発光管の被照明領域側に配置され前記発光管から被照明領域側に放射された光を前記楕円面リフレクタに反射する補助ミラーと、前記楕円面リフレクタからの光を略平行化するための平行化レンズとを備えた照明装置であって、前記平行化レンズの光射出面には、前記発光管の発光中心から放射される光のうち前記楕円面リフレクタ側に照明光軸から 6 0 ° 〜8 0 ° のいずれかの角度で放射される光が前記楕円面リフレクタで反射された後に前記平行化レンズを通過して前記平行化レンズの光射出面から射出する所定角度の射出光に対応して最適化された減反射膜が形成されていることを特徴とする。

このため、本発明の他の照明装置によれば、発光管から被照明領域側に放射された光を楕円面リフレクタに反射する補助ミラーを有しているため、楕円面リフレタタから楕円面リフレクタの第 2焦点に向けて集束するビームの集束角を小さくすることができる。その結果、平行化レンズの光入射面に入射する光の角度範囲を小さくすることができるようになり、，平行化レンズの光入射面における反射率を全体として低減させるように減反射膜を最適化するのが容易になる。

また、上述したように、補助ミラーを用いた照明装置においては、発光管の発光中心から放射される光のうち楕円面リフレクタ側に照明光軸から 6 0 ° 〜8 0 ° の角度に放射される光の強度が他の角度範囲に放射される光の強度に比べて強い。このことは、前記 6 0〜8 0 ° の角度で発光管から放射され平行化レンズに入射し平行化レンズの光射出面から射出される前記所定角度の射出光の光強度が、平行化レンズの光射出面から他の射出角度で射出される光の光強度よりも強いことを意味する。

そこで、本発明の他の照明装置においては、この所定角度の射出光に対応して減反射膜を最適化して構成することとしている。このため、本発明の他の照明装置によれば、光強度の強い前記所定角度の射出光の、平行化レンズの光射出面における反射'率を低減させることで、平行化レンズの光射出面における反射率を全体としてさらに低減させることができるようになり、その結果、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。

なお、本発明の他の照明装置によれば、発光管から被照明領域側に放射された光を楕円面リフレクタに反射する補助ミラーを有しているため、以下のような効果も得られる。すなわち、発光管の被照明領域側端部を覆うような大きさに楕円面リフレクタの大きさを設定することを必要とせず、楕円面リフレクタの小型化を図ることができ、結果として照明装置の小型化を図ることができる。また、楕円面リフレクタの小型化を図ることができることにより、楕円面リフレクタから楕円面リフレクタの第 2焦点に向けて集束するビームの集束角やビームスポットの径を小さくすることができるため、平行化レンズの大きさなどをさらに小さくすることができる。本発明の他の照明装置においては、前記平行化レンズは、光入射面が平面かつ光射出面が凹面である凹レンズからなり、前記所定角度の射出光が前記平行化レンズの光射出面における法線となす角度が 3 0 ° 〜5 0 ° であることが好ましい。

本発明者らの解析によって、補助ミラーを用いた照明装置においては、所定角度の射出光が平行化レンズの光射出面にから射出するとき、平行化レンズの光入射面が平面かつ光射出面が凹面（例えば、回転楕円面）である場合には、所定角度の射出光が前記平行化レンズの光射出面における法線となす角度が約 4 0 ° となることが明らかになった。このため、所定のマージンを見込んで、この角度を 3 0 ° 〜5 0 ° とすることとすれば、平行化レンズの光射出面における反射率を全体としてさらに低減させることができるようになるからである。

本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置においては、前記減反射膜は、 3 0 0 °c以上の耐熱性を有する誘電体多層膜からなることが好ましい。 ' 平行化レンズは、発光管や楕円面リフレクタに近接して配置されるため、これら発光管や楕円面リフレクタからの熱により 3 0 0 °C近くの高温になる。このため、このような平行化レンズに形成される減反射膜としても、 3 0 0 °C以上の耐熱性を有する誘電体多層膜からなることが好ましい。

本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置においては、前記誘電体多層膜は、低屈折率膜としての S i 〇 2と高屈折率膜としての T i O 2及び Z又は T a 2〇5との積層膜からなることが好ましい。

このように構成することにより、 3 0 0 °C以上の耐熱性を実現できるようになる。低屈折率膜としての S i O 2と高屈折率膜としての T i O 2及び Z又は T a 2〇5との積層膜としては、低屈折率膜としての S i θ 2と高屈折率膜としての T a ₂〇5との積層膜や、低屈折率膜としての S i O 2と高屈折率膜としての T i〇2及び T a 2

O 5との積層膜を好適に用いることができる。

本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置においては、前記平行化レンズの基材は、硼珪酸ガラス又は石英ガラスからなることが好ましい。

このように構成することにより、平行化レンズに必要な光学的性能と耐熱性とが得られるようになる。

本発明のプロジェクタは、上記した本発明の照明装置又は本発明の他の照明装置と、前記照明装置からの照明光を画像信号に応じて変調する電気光学変調装置と、前記電気光学変調装置で変調された光を投写する投写光学系とを備えたことを特徴とする。

このため、本発明のプロジェクタは、上記のように光利用効率をさらに向上するとともに不要な迷光をさらに低減することが可能な照明装置を備えているため、高輝度で高画質のプロジェクタとなる。図面の簡単な説明

図 1は、実施形態 1に係る照明装置 1 1 O Aを示す図である。

図 2は、発光管 1 2 0の発光中心 Pからの放射光の強度分布を示す図である。図 3は、従来の照明装置 9 0 0における発光管 9 2 0の配光特性を示す図である。図 4は、減反射膜 1 4 2 Aの構成を示す図である。

図 5は、減反射膜 1 4 2 Aの反射特性を示す図である。

図 6は、別の減反射膜 1 4 2 Aの構成を示す図である。

図 7は、別の減反射膜 1 4 2 Aの反射特性を示す図である。

図 8は、実施形態 1に係るプロジェクタ 1 Aの光学系を示す図である。

図 9は、実施形態 2に係る照明装置 1 1 O Bを示す図である。

図 1 0は、実施形態 3に係る照明装置 1 1 0 Cを示す図である。

図 1 1は、従来の照明装置 9 0 0を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の照明装置及びプロジェクタについて図に示す実施の形態に基づいて説明する。

[実施形態 1 ]

まず、実施形態 1に係る照明装置及びプロジェクタついて説明する。

図 1は、実施形態 1に係る照明装置 1 1 O Aを説明するために.示す図である。実施形態 1に係る照明装置 1 1 O Aは、図 1に示すように、楕円面リフレクタ 1 3 0 と、楕円面リフレクタ 1 3 0 —方の焦点 F i近傍に配置された発光管 1 2 0と、発光管 1 2 0の被照明領域側に配置され発光管 1 2 0から被照明領域側に放射される光を楕円面リフレクタ 1 30に反射する補助ミラー 1 22と、楕円面リフレクタ 130からの光を略平行化するための平行化レンズ 14 OAとを備えている。— 平行化レンズ 14 OAの光入射面 14 OA iには、発光管 1 20の発光中心 Pから放射される光のうち楕円面リフレクタ 1 30側に照明光軸 1 l OAa xから 6 0° 〜80° のいずれかの角度で放射される光 Liが楕円面リフレクタ 1 ,30で反射された後に平行化レンズ 14 OAの光入射面 140 A iに入射する所定角度の入射光 L ₂に対応して最適化された減反射膜 142Aが形成されている。平行化レンズ 14 OAの光射出面 140 Aoには紫外線反射膜 144 Aが形成されている。図 2は、補助ミラー 1 22が取り付けられた発光管 1 20の発光中心 Pからの放射光の強度分布を示す図である。図 3は、従来の照明装置 900における、補助ミラーが取り付けられていない発光管 920の配光特性を示す図である。図 2及び図 3において、周方向の軸は発光管 120, 920の発光中心 Pからの放射光が照明光軸 l l OAa x, 910 a Xとなす角度のうち、楕円面リフレクタ 1 30， 93 0側から測った角度を示す。径方向の軸は、光強度を示す。

図 2及ぴ図 3からも明らかなように、実施形態 1に係る照明装置 1 1 OAによれば、発光管 120から被照明領域側に放射された光を楕円面リフレクタ 1 30に反射する捕助ミラー 122を有しているため、発光中心 Pから楕円面リフレクタ 13 0側に照明光軸 1 10 a Xから 10.0° 以上の角度で放射される光はほとんどない。従って、楕円面リフレクタ 1 30から楕円面リフレクタの第 2焦点 F₂に向けて集束するビームの隼束角を小さくすることができる。その結果、平行化レンズ 14 OA の光入射面 14 OA iに入射する光の角度範囲を小さくすることができるようになり、平行化レンズ 14 OAの光入射面 14 OA iにおける反射率を全体として低減させるように減反射膜 142 Aを最適化するのが容易になる。

また、本発明者らの解析により、補助ミラー 1 22を用いた照明装置においては、図 2に示すように、発光管 1 20の発光中心 Pから放射される光のうち楕円面リフレクタ 1 30側に照明光軸 1 1 0 Aa Xから 60° 〜80° の角度に放射される光の強度が他の角度範囲に放射される光の強度に比べて強いことが明らかになった。このことは、前記所定角度の入射光 L 2の光強度が、平行化レンズ 14 OAの光入射面 14 OA iの他の部分に入射する光の光強度よりも強いことを意味する。そこで、実施形態 1に係る照明装置 1 1 OAにおいては、この所定角度の入射光 L2に対応して減反射膜 142 Aを最適化して構成することとしている。このため、実施形態 1に係る照明装置 1 1 OAによれば、平行化.レンズ 14 OAの光入射面 1 40 A iにおける反射率を全体としてさらに低減させることができるようになり、その結果、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。 .

なお、実施形態 1に係る照明装置 1 1 OAによれば、発光管 120から被照明領域側に放射された光を楕円面リフレクタ 130に反射する補助ミラー 122を有しているため、以下のような効果も得られる。すなわち、発光管 120の被照明領域側端部を覆うような大きさに楕円面リフレクタ 1 30の大きさを設定することを必要とせず、楕円面リフレクタ 1 30の小型化を図ることができ、結果として照明装置 1 1 OAの小型化を図ることができる。また、楕円面リフレクタ 1 30の小型化を図ることができることにより、楕円面リフレクタ 130から楕円面リフレクタ 1 30の第 2焦点 F₂に向けて集束するビームの集束角やビームスポットの径を小さくすることができるため、平行化レンズ 14 OAの大きさなどをさらに小さくすることができる。

実施形態 1に係る照明装置 1 1 OAにおいては、平行化レンズ 14 OAは、光入射面 140 A iが回転双曲面であり光射出面が平面である凹レンズからなる。このような平行化レンズ 14 OAを用いる場合、本発明者らの解析によれば、所定角度の入射光 L2が平行化レンズ 14 OAの光入射面 14 OA iに入射するとき、所定角度の入射光 L 2が平行化レンズ 14 OAの光入射面 14 OA iにおける法線となす角度 3が約 40° となることが明らかになった。このため、実施形態 1に係る照明装置 1 1 OAにおいては、所定のマージンを見込んで、この角度 ]3を 30° 〜5 0° とすることとしている。このため、実施形態 1に係る照明装置 1 1 OAによれば、平行化レンズ 14 OAの光入射面 14 OA iにおける反射率を全体としてさらに低減させることができるようになる。

なお、「所定角度の入射光 L₂」としては、例えば、発光管 120の発光中心 P から放射される光のうち楕円面リフレクタ 1 30側に照明光軸 1 10 C a Xから 6 0° 〜80° のいずれかの角度で放射される光 Liのうち最も強く放射される角度で放射される光が楕円面リフレクタ 1 30で反射された後に平行ィヒレンズ 14 OA の光入射面 14 OA iに入射する所定角度の入射光」を用いることが好ましい。また、例えば、発光管 120の発光中心 Pから放射される光のうち楕円面リフレクタ 1 30側に照明光軸 1 10 C a Xから 60° 〜80° のいずれかの角度で放射される光 Liのうち中心の角度（70° )で放射される光が楕円面リフレクタ 1 30で反 I†された後に平行化レンズ 14 OAの光入射面 1' 4 OA iに入射する所定角度の入射光」を用いることも好ましい。

減反射膜 142 Aの最適化は、減反射膜の構成（例えば、減反射膜を構成する膜の材料や構成）を工夫することにより減反射膜 142 A'の反射率が低くなるようにして行う。図 4は、そのようにして最適化された減反射膜の構成を示す図である。図 5は、減反射膜 142 Aの反射特性を示す図である。 '

減反射膜 142 Aは、図 4に示すように、 4層構造を有する誘電体多層膜である。平行化レンズ 14 OAの基板側から 1層目が高屈折率膜としての T a 2O 5 (膜厚は 0. 051) , 2層目が低屈折率膜としての S i 02 (膜厚は 0. 1 λ) 、 3層目が高屈折率膜としての T a ₂θ 5 (膜厚は 0. 5 λ) と、 4層目が低屈折率膜としての S i〇2 (膜厚は 0. 25 λ) により形成されている。

上記構成の減反射膜 142 Αは、図 5に示すように、上記した角度 i3が 40° の光（S偏光及び P偏光）に対して反射率が十分に低減されていることがわかる。このため、実施形態 1に係る照明装置 1 1 OAは、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。

また、上記構成の減反射膜 142 Aは、十分高い耐熱性を有しており、平行化レンズ 14 OAの光入射面 140 A iの温度が 300°C近くになっても劣化することがない。

図 6は、実施形態 1に用いられる別の減反射膜の構成を示す図である。図 7は、別の減反射膜の反射特性を示す図である。

この別の減反射膜も、図 6に示すように、 4層構造を有する誘電体多層膜である。平行化レンズ 14 OAの基板側から 1層目が高屈折率膜としての T i θ 2 (膜厚は 0. 05 λ) 、 2層目が低屈折率膜としての S i 0₂ (膜厚は 0. 1 λ) 、 3層目が高屈折率膜としての T a ₂〇₅ (膜厚は 0. 5 λ) と、 4層目が低屈折率膜としての S i〇2 (膜厚は 0 . 2 5 λ ) により形成されている。

上記構成の別の減反射膜も、図 7に示すように、上記した角度 ]3が 4 0 ° の光（S 偏光及び Ρ偏光）に対して反射率が十分に低減されていることがわかる。このため、実施形態 1に係る照明装置 1 1 O Aにおいては、減反射膜 1 4 2 Aに代えて、このような別の減反射膜を用いた場合であっても、光利用効率をさ.らに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。

また、上記構成の別の減反射膜も、十分高い耐熱性を有しており、平行化レンズ 1 4 O Aの光入射面 1 4 O A iの温度が 3 0 0 °C近くになっても劣化することがない。

実施形態 1に係る照明装置 1 1 O Aにおいては、平行化レンズ 1 4 O Aの基材として、硼珪酸ガラスを用いている。このため、平行化レンズ 1 4 O Aに必要な光学的性能と耐熱性とが得られる。また、上記した減反射膜 1 4 2 Aとの密着性も良好である。

なお、平行化レンズ 1 4 O Aの基材としては、硼珪酸ガラスに代えて石英ガラスを用いることもできる。この場合には、さらに耐熱' I"生が向上する。

次に実施形態 1に係るプロジェクタ 1 Aについて詳細に説明する。

実施形態 1に係るプロジェクタ 1 Aは、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、スクリーン S C R上に拡大投写する光学機器である。実施形態 1に係るプロジェクタ 1 Aは、図 8に示すように、照明光学系 1 0 0と、色光分離光学系 2 0 0と、リレー光学系 3 0 0と、光学装置 5 0 0と、投写光学 ¾ 6 0 0とを備えている。

照明光学系 1 0 0は、照明装置 1 1 O Aと、インテグレータ光学系 1 5 0とを備えている。

照明装置 1 1 O Aは、上述したように、楕円面リフレクタ 1 3 0と、楕円面リフレクタ 1 3 0—方の焦点 F 1近傍に発光中心を有する発光管 1 2 0とを備えている。発光管 1 2 0は、管球と、この管球の両側に延びる封止部とを有している。管球は、球状に形成された石英ガラス製であって、この管球内に配置された一対の電極と、管球内に封入された水銀、希ガス及び少量のハロゲンとを有する。

発光管 1 2 0の管球内の一対の電極は、アーク像を形成するためのものである。一対の電極に電圧を印加すると、電極間に電位差が発生し、放電が生じ、アーク像が生成される。

ここで、発光管としては、高輝度発光する種々の発光管を採用でき、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ等を採用できる。

楕円面リフレクタ 1 3 0は、発光管 1 2 0から放射された光を一定方向に揃えて射出する凹面を有している。この楕円面リフレクタ 1 3 0の凹面は、可視光を反射して赤外線を透過するコールドミラーとなっている。なお、楕円面リフレクタ 1 3 0の光軸は、照明装置 1 1 O Aから射出される光束の中心軸である照明光軸 1 1 0 A a Xと一致している。

インテグレータ光学系 1 5 0は、照明装置 1 1 O Aから射出された光束を複数の部分光束に分割し、照明領域の面内照度を均一化する光学系である。このインテグレータ光学系 1 .5 0は、第 1 レンズアレイ 1 6 0、第 2レンズアレイ 1 7 0、偏光変換素子 1 8 0、重畳レンズ 1 9 0を備えている。

第 1レンズアレイ 1 6 0は、照明装置 1 1 O Aから射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、照明装置 1 1 O Aから射出された光束の中心軸である照明光軸 1 1 0 A a Xと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えて構成される。

第 2レンズアレイ 1 7 0は、上述した第 1レンズアレイ 1 6 0により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第 1 レンズアレイ 1 6 0と同様に照明光軸 1 1 O A a Xに,直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えた構成を有している。 '

偏光変換素子 1 8 0は、第 1 レンズァレイ 1 6 0により分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略 1種類の直線偏光光として射出する偏光変換素子である。 '

この偏光変換素子 1 8 0は、図示を略したが、照明光軸 1 1 O A a xに対して傾斜配置される偏光分離膜及び反射膜を交互に配列した構成を具備する。偏光分離膜は、各部分光束に含まれる P偏光光束及ぴ S偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、反射膜によって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわち照明光軸 1 1 O A'a Xに沿った方向に射出される。射出ざれた偏光光束のいずれかは、偏光変換素子 1 8 0の光射出面に設けられる位相差板によって偏光変換され、略全ての偏光光束の偏光方向が揃えられる。このような偏光変換素子 1 8 0を用いることにより、照明装置 1 1 O A から射出される光を、略一方向の偏光光に揃えることができるため、光学装置 5 0 0で利用する-光源光の利用率を向上することができる。 '

重畳レンズ 1 9 0は、第 1レンズアレイ 1 6 0、第 2レンズアレイ 1 7 0及ぴ偏光変換素子 1 8 0を経た複数の部分光束を集光して光学装置 5 0 0の後述する 3つの液晶装置の画像形成領域上に重畳させる光学素子である。 '

照明光学系 1 0 0から射出された光は、色分離光学系 2 0 0に射出され、色光分離光学系 2 0 0において赤（R) 、緑（G) 、青 ( B ) の 3色の色光に分離される。色分離光学系 2 0 0は、 2枚のダイクロイックミラー 2 1 0 , 2 2 0と、反射ミラー 2 3 0とを備え、ダイクロイツクミラー 2 1 0， 2 2 0によりインテグレータ光学系 1 5 0から射出された複数の部分光束を、赤（R ) 、緑（G) 及び青（B ) の 3色の色光に分離する機能を有している。

ダイクロイツクミラー 2 1 0 , 2 2 0は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長領域の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子である。そして、光路前段に配置されるダイクロイツクミラー 2 1 0は、赤色光を反射し、その他の色光を透過するミラーである。また、光路後段に配置されるダイクロイツクミラー 2 2 0は、緑色光を反射し、青色光を透過するミラーである。

リレー光学系 3 0 0は、入射側レンズ 3 1 0と、リレーレンズ 3 3 0と、反射ミラー 3 2 0， 3 4 0とを備え、色分離光学系 2 0 0を構成するダイクロイツクミラ一 2 2 0を透過した青色光を光学装置 5 0 0まで導く機能を有している。なお、青色光の光路にこのようなリレー光学系 3 0 0が設けられているのは、青色光の光路長が他の色光の光路長よりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。実施形態 1に係る.プロジェクタ 1 Aにおいては、青色光の光路長が長いのでこのような構成とされているが、赤色光の光路長を長くしてリレー光学系 3 0 0を赤色光の光路に用いる構成も考えられる。

上述したダイクロイツクミラー 2 1 0により分離された赤色光は、反射ミラー 2 3 0により曲折された後、フィールドレンズ 2 4 O Rを介して光学装置 5 0 0に供給される。また、ダイクロイツクミラー 220により分離された緑色光は、フィールドレンズ 240 Gを介して光学装置 50◦に供給される。ざらに、青色光は、リレー光学系 300を構成する入射側レンズ 3 10、リレーレンズ 330及び反射ミラー 320， 340により集光、曲折されてフィールドレンズ 350を介して光学装置 500に供給される。なお、光学装置 500の各色光の光路前段に設けらるフィールドレンズ 240 R, 240G, 350は、照明光学系 100から射出された各部分光束を、照明光軸 1 1 OAa Xに対して平行な光に変換するために設けられている。

分離された各色光は、電気光学変調装置としての液晶装置 42 OR, 420 G， 420 Bにおいて画像情報に対応して変調される。

光学装置 500は、入射した光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものである。この光学装置 500は、液晶装置 420 R, 420 G, 420 B (赤色光側の液晶装置を液晶装置 420 R、緑色光側の液晶装置を液晶装置 420 G、青色光側の液晶装置を液晶装置 42 OBとする。）と、クロスダイクロイツクプリズム 5 10とを備えて構成される。

液晶装置 420 R, 420G, 420 Bの入射側には入射側偏光板 918 R, 9 18 G, 9 18 Bが配置され、射出側には射出側偏光板 920 R, 920G, 92 0Bが配置されている。液晶装置 420 R， 420G, 420 Bとしては、透過型の液晶パネルが用いられる。入射側偏光板、液晶パネル及び射出側偏光板によって入射する各色光の光変調が行われる。

液晶パネルは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコン T FTをスィツチング素子として、与えられた画像信号にしたがって、入射側偏光板から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。

液晶装置 42 OR, 420 G, 420 Bにおいて変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム 5 10で合成される。

クロスダイクロイツクプリズム 510は、液晶装置 420R， 420 G, 420 Bとともに光学装置 500を構成し、液晶装置 420 R， 42 OG, 420 Bから射出される各色光の変換光を合成する色合成光学系としての機能を有している。そして、赤色光を反射する赤色光反射ダイクロイツク面 51 ORと、青色光を反射する青色光反射ダイクロイツク面 51 OBとを有している。赤色光反射ダイクロイツク面 51 OR及び青色光反射ダイクロイツク面 51 OB.は、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とを 4つの直角プリズムの界面に略 X字状に形成することにより設けられている。これら両反射ダイクロイック面 51 OR, 51 OBによって 3色の変換光が合成され、カラー画像を表示する光が生成される。クロスダイクロイックプリズム 510において生成された合成光は > 投写光学系 6 00に向かって射出される。

投写光学系 600は、クロスダイクロイックプリズム 5 10からの合成光を表示画像としてスクリーン SCRに投写するように構成されている。

実施形態 1に係るプロジェクタ 1 Aは、上記したように、照明装置 1 10Aと、照明装置 1 1 OAからの照明光束を画像信号に応じて変調する電気光学変調装置としての液晶装置 42 OR, 42 OG, 420 Bと、液晶装置 420 R , 420 G, 42 OBで変調された光を投写する投写光学系 600とを有している。

このため、実施形態 1に係るプロジェクタ 1 Aによれば、上記のように光利用効率をさらに向上するとともに不要な迷光をさらに低減することが可能な照明装置 1 1 OAを備えているため、高輝度で高画質のプロジェクタとなる。

[実施形態 2]

次に、実施形態 2に係る照明装置 1 10Bについて説明する。図 9は、実施形態 2に係る照明装置 1 10 Bを説明するために示す図である。

実施形態 2に係る照明装置 1 1 OBが実施形態 1に係る照明装置 1 1 OAと異なるのは、平行化レンズの構成である。すなわち、実施形態 1に係る照明装置 1 10 Aにおいては、平行化レンズ 14 OAは、光入射面 14 OA iが回転双曲面であり光射出面が平面である凹レンズからなるのに対して、実施形態 2に係る照明装置 1 10 Bにおいては、平行化レンズ 140 Bは、光入射面 140 B iが平面であり光射出面 140 B oが回転楕円面である凹レンズからなる。光射出面 140 B oには紫外線反射膜 144 Bが形成されている。

このように、実施形態 2に係る照明装置 1 10Bは、実施形態 1に係る照明装置 1 1 O Aとは平行化レンズの構成が異なるが、実施形態 1に係る照明装置 1 1 O A の場合と同様に、上記した所定角度の入射光 L ₂に対応して減反射膜 1 4 2 Bが最適化されているため、実施形態 2に係る照明装置 1 1 0 Bにおいても、平行化レンズ 1 4 0 Bの光入射面 1 4 0 B iにおける反射率を全体としてさらに低減させることができるようになり、その結果、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。

本発明者らの解析によれば、所定角度の入射光 L ₂が平行化レンズ 1 4 O Bの光入射面 1 4 O B iに入射するとき、所定角度の入射光 L 2が平行化レンズ 1 4 0 B の光入射面 1 4 0 B iにおける法線となす角度 Vが約 1 0 ° となることが明らかになった。このため、実施形態 2に係る照明装置 1 1 0 Bにおいては、所定のマージンを見込んで、この角度！を 0 ° 〜2 0 ° とすることとしている。このため、実施形態 2に係る照明装置 1 1 0 Bによれば、平行化レンズ 1 4 0 Bの光入射面 1 4 0 B iにおける反射率を全体としてさらに低減させることができるようになる。 [実施形態 3 ]

次に、実施形態 3に係る照明装置 1 1 0 Cついて説明する。図 1 0は、実施形態 3に係る照明装置 1 1 0 Cを説明するために示す図である。

実施形態 3に係る照明装置 1 1 0 Cが実施形態 2に係る照明装置 1 1◦ Bと異なるのは、平行化レンズの構成である。すなわち、実施形輝 2に係る照明装置 1 1 0 Bにおいては、平行化レンズ 1 4 0 Bの光入射面 1 4 0 B iには減反射膜 1 4 2 B が形成され、光射出面 1 4 0 B oには紫外線反射膜 1 4 4 Bが形成されているのに対して、実施形態 3に係る照明装置 1 1 0 Cにおいては、平行化レンズ 1 4 0 Cの光入射面 1 4 0 C iには紫外線反射膜 1 4 4 Cが形成され、光射出面 1 4 2 C oには減反射膜 1 4 2 Cが形成されている。

このように、実施形態 3に係る照明装置 1 1 0 Cは、実施形態 2に係る照明装置 1 1 O Bとは平行化レンズの構成が異なるが、所定角度の射出光 L 3に対応して減反射膜 1 4 2 Cが最適化されているため、実施形態 3に係る照明装置 1 1 0 Cにおいても、平行化レンズ 1 4 0 Cの光射出面 1 4 0 C oにおける反射率,を全体としてさらに低減させることができるようになり、その結果、光利用効率をさらに向上させるとともに不要な迷光をさらに低減させることができるようになる。

ここで、「所定角度の射出光 L 3」とは、発光管 1 20の発光中心 Pから放射される光のうち楕円面リフレクタ 1 30側に照明光軸 1 l OC a xから 60° 〜8 0° のいずれかの角度で放射される光 Liが楕円面リフレクタ 1 30で反射された後に平行化レンズ 140 Cを通過して平行化レンズ 140 Cの光射出面 140 C o から射出する所定角度の射出光 L 3」をいう。

本発明者らの解析によれば、所定角度の射出光 L ₃が平行化レンズ 14 OCの光射出面 140 Coから射出するとき、所定角度の射出光 L 3が平行化レンズ 140 Cの光射出面 140 C oにおける法線となす角度 δが約 40° となることが明らかになった。このため、実施形態 3に係る照明装置 1 10 Cにおいては、所定のマージンを見込んで、この角度 δを 30° 〜50° とすることとしている。このため、実施形態 3に係照明装置 1 10 Cによれば、平行化レンズ 140 Cの光射出面 14 0 C οにおける反射率を全体としてさらに低減させることができるようになる。なお、「所定角度の射出光 L₃J としては、例えば、発光管 1 20の発光中心 P から放射される光のうち楕円面リフレクタ 1 30側に照明光軸 1 l O C a xから 6 0° 〜80° のいずれかの角度で放射される光 Liのうち最も強く放射される角度で放射される光が楕円面リフレクタ 1 30で反射された後に平行化レンズ 140 C を通過して平行化レンズ 140 Cの光射出面 14 OC oから射出する所定角度の射出光」を用いることが好ましい。また、例えば、発光管 1 20の発光中心 Pから放射される光のうち楕円面リフレクタ 1 30側に照明光軸 1 10 C a Xから 60° 〜 80° のいずれかの角度で放射される光 Liのうち中心の角度（70° )で放射される光が楕円面リフレクタ 1 30で反射された後に平行化レンズ 140 Cを通過して平行化レンズ 140Cの光射出面 14 OC oから射出する所定角度の射出光」を用いることも好ましい。

以上、本発明の照明装置及びプロジェクタを上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態 1においては、本発明の照明装置を、 3つの液晶装置を用いたプロジェクタに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の照明装置を、 1つの液晶装置のみを用いたプロジヱクタ、 2つの液晶装置を用いたプロジェクタ、又は 4つ以上の液晶装置を用いたプロジェクタに適用することも可能である。

上記実施形態 1においては、本発明の照明装置を、光入射面と光射出面とが異なる面となる透過型の液晶装置を用いたプロジェクタに適用した例について説明した力本発明はこれに限定されるものではない。本発明の照明装置を、光入射面と光射出面とが同一の面となる透過型の液晶装置を用いたプロジェクタに適用することも可能である。 '

上記実施形態 1においては、本発明の照明装置を、電気光学変調装置として液晶装置を用いたプロジェクタに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の照明装置を、電気光学変調装置としてマイクロミラ一型変調装置を用いたプロジェクタに適用することも可能である。

上記実施形態 1においては、本発明の照明装置をプロジェクタに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の照明装置を他の光学機器に適用することも可能である。

本発明を実施するための最良の形態は以上のように開示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関しに図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

従って、上記のように形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではない。それらの形状、材質などの限定の一部又は全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

Claims

請求の範囲

1 . 楕円面リフレクタと、前記楕円面リフレクタの一方の焦点近傍に配置された発光管と、前記発光管の被照明領域側に配置され前記発光管から被照明領域側に放射された光を前記楕円面リフレクタに反射する補助ミラーと、前記楕円面リフレクタからの光を略平行化するための平行化レンズとを備えた照明装置であつて、前記平行化レンズの光入射面には、前記発光管の発光中心から放射される光のうち前記楕円面リフレクタ側に照明光軸から 6 0 ° 〜8 0 ° のいずれかの角度で放射される光が前記楕円面リフレクタで反射された後に前記平行化レンズの光入射面に入射する所定角度の入射光に対応して最適化された減反射膜が形成されていることを特徴とする照明装置。

2 . 請求項 1に記載の照明装置において、

前記平行化レンズは、光入射面が凹面である凹レンズからなり、前記所定角度の入射光が前記平行化レンズの光入射面における法線となす角度が 3 0 ° 〜5 0 ° であることを特徴とする照明装置。 '

3 . 請求項 1に記載の照明装置において、

, 前記平行化レンズは、光入射面が平面かつ光射出面が凹面である凹レンズからなり、前記所定角度の入射光が前記平行化レンズの光入射面における法線となす角度が 0 ° 〜2 0 ° であることを特徴とする照明装置。

4 . 楕円面リフレクタと、前記楕円面リフレクタの一方の焦点近傍に配置された発光管と、前記発光管の被照明領域側に配置され前記発光管から被照明領域側に放射された光を前記楕円面リフレクタに反射する補助ミラーと、前記楕円面リフレクタからの光を略平行化するための平行ィヒレンズとを備えた照明装置において、前記平行化レンズの光射出面には、前記発光管の発光中心から放射される光のうち前記楕円面リフレクタ側に照明光軸から 6 0 ° 〜8 0 ° のいずれかの角度で放射される光が前記楕円面リフレクタで反射された後に前記平行化レンズを通過して前記平行化レンズの光射出面から射出する所定角度の射出光に対応して最適化された減反射膜が形成されていることを特徴とする照明装置。

5 . 請求項 4に記載の照明装置において、

俞記平行化レンズは、光入射面が平面かつ光射出面が凹面である凹レンズからなり、前記所定角度の射出光が前記平行化レンズの光射出面における法線となす角度力 3 0 ° 〜5 0。であることを特徴とする照明装置。

6 . 請求項 1〜5のいずれかに記載の照明装置において、

前記減反射膜は、 3 0 0 °C以上の耐熱性を有する誘電体多層膜からなることを特徴とする照明装置。

7 . 請求項 6に記載の照明装置において、

前記誘電体多層膜は、低屈折率膜としての S i O ₂と高屈折率膜としての T i θ 2 及び/又は T a ₂ Ο ₅との積層膜からなることを特徴とする照明装置。

8 . 請求項 1〜 7のいずれかに記載の照明装置において、

前記平行化レンズの基材は、硼珪酸ガラス又は石英ガラスからなることを特徴と 'する.照明装置。

9 . 請求項 1〜8のいずれかに記載の照明装置と、前記照明装置からの照明光を画像信号に応じて変調する電気光学変調装置と、前記電気光学変調装置で変調された光を投写する投写光学系とを備えたことを特徴とするプロジェクタ。