JP2002116501A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インテグレータ光学系に入射させる光束の平
行度をより一層向上させ、第２フライアイ面にできる光
源像の大きさを点光源状に小さくできる照明装置を提供
する。 【解決手段】 回転放物面鏡４により反射された平行光
は平面鏡１２の非鏡面による窓１４を通してインテグレ
ータ光学系５に向けて出射される一方、光源３から発せ
られて回転放物面鏡４に直接入らない光は平行光の光軸
に対して直交させた平面鏡１２で反射させることにより
再び回転放物面鏡４に返し反射させることで焦点位置を
経て再度回転放物面鏡４で反射させて平行光として出射
させることで、光源光の光束の殆ど全部を効率よく利用
できる上に、インテグレータ光学系５に向けて出射させ
る光束の平行度を低下させることもないようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネルなどの
矩形状の被投射体を照明するのに適した照明装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルのような矩形状の被投射体を
均一に照明するための照明光学系としては、従来より、
２組のフライアイレンズアレイを組合せたインテグレー
タ光学系が例えば特開平３−１１１８０６号公報により
知られている。

【０００３】同公報等に示されるインテグレータ光学系
は、放物面反射器、楕円面反射器、双曲面反射器等のリ
フレクタを備えた光源からの光束を、第１のフライアイ
レンズアレイを構成している複数の矩形状の集光レンズ
により分割して２次光源像を形成し、これらの２次光源
像を第１のフライアイレンズアレイの複数の矩形状の集
光レンズに対応させた複数の集光レンズを備えた第２の
フライアイレンズアレイを介して同一の被投射体上に重
畳結像させるようにしたものである。このようなインテ
グレータ光学系によれば、光源光の利用効率が向上する
とともに、被投射体面上の光の強度分布をほぼ一様にす
ることができるとされている。特に、第１のフライアイ
レンズアレイにおける各集光レンズの形状を矩形状の被
投射体のアスペクト比率に対応させて、例えば、４：３
なる比率の矩形状に形成することにより光の利用効率及
び強度分布の均一化を図ることができる。

【０００４】即ち、特開平３−１１１８０６号公報にお
いては、インテグレータ光学系として、第１レンズに各
長方形状のレンズを持つマクロレンズアレイ、第１レン
ズに対応したレンズを持つ第２のマクロレンズアレイを
使用し、被照射体に合ったアスペクト比の照射を行なえ
るようにしている。そして、その光源側の構成例とし
て、同公報中のＦig.２３によれば、回転楕円面鏡の第
１焦点に光源を置き、第２焦点の後にコリメータレンズ
を置いてからインテグレータ光学系に導くようにしてい
る。

【０００５】図７は、特開平３−１１１８０６号公報中
でＦig.２３に示される回転楕円面鏡に代えて回転放物
面鏡を用いた構成例を示す。図７において、基本的に
は、インテグレータ光学系１００の第１レンズに各々長
方形状のレンズを持つマクロレンズアレイ（第１のフラ
イアイレンズ）１０１と第１レンズに対応したレンズを
持つ第２のマクロレンズアレイ（第２のフライアイレン
ズ）１０２とを使用し、被照射体であるＬＣＤ１０３に
合ったアスペクト比の照射を行なうようにしている。そ
して、光源側としては、回転放物面鏡１０４の焦点Ｆ１
に配設した光源１０５から出射され回転放物面鏡１０４
による反射で平行にした光を凸レンズ１０６で第２焦点
Ｆ２に相当する位置に焦点を結び、コリメートレンズ１
０７によりインテグレータ光学系００に入射させるよう
に構成されている。なお、図７において、１０８はＰ偏
光成分とＳ偏光成分とが混在した光源光に関してＰ偏光
成分のみ又はＳ偏光成分のみに揃える偏光整列プリズム
アレイ、１０９，１１０はレンズである。

【０００６】同公報の例よりも、部品点数は一つ多くな
るもののリフレクタ（回転放物面鏡、回転楕円面鏡など
を総称する）の大きさと焦点の位置とを自由に設定でき
る。

【０００７】また、特開平１０−１６１０６５号公報に
よれば、放物面鏡の焦点位置に光源を置き、平行光を得
て、凸レンズで絞ってから凹レンズで再度平行光へ戻し
てから、偏光変換手段或いはインテグレータ光学系へ導
くようにした照明装置が提案されている。

【０００８】図８は特開平１０−１６１０６５号公報例
の考え方に基づいて照明装置を描いたものである。図７
との対比では、第２焦点Ｆ２に相当する位置よりも手前
側（光源側）に平行化レンズ１１１を配設し、コリメー
タレンズ１０７を省略したものである。

【０００９】さらに、図９に示すように、前述の特開平
３−１１１８０６号公報方式の場合と同様に回転楕円面
鏡（回転放物面鏡１０４）の第１焦点Ｆ１に光源１０５
を置き、第２焦点Ｆ２の後にコリメータレンズ１０７を
置いてからインテグレータ光学系１００に導く方式で、
回転楕円面鏡１０４に入らない光束を球心を第１焦点Ｆ
１に持つ凹面鏡１１２で光源１０５に戻し、光源１０５
から発する光束の殆どを利用できるようにしたものもあ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述の特開平３−１１
１８０６号公報に示される思想は光源１０５が発する光
束を一旦集光し、コリメータレンズ１０７で平行光にす
ることによりインテグレータ光学系１００全体のサイズ
を小さくし、大局的な目的を満たそうとするものであ
る。しかしながら、この構成は光源１０５が発散する光
束が再度集光された焦点部での光源像の大きさは元の光
源像の何倍にも拡大されてしまい、コリメータレンズ１
０７で平行光にしようとしても限界があり、インテグレ
ータ光系１００での光利用効率を落とすことになる。こ
の性質は回転放物面鏡１０４に代えて回転楕円面鏡を用
いても、この回転放物面鏡１０４と凸レンズ１０７との
組合せと同じ傾向を示す。

【００１１】また、特開平１０−１６１０６５号公報例
のように構成しても平行化レンズ（凹レンズ）１１１の
出力する平行光は原理的に図７で示したコリメータレン
ズ１０７で得る平行光と同程度の平行光しか得られな
い。この方式についても、前述の従来例と同様、この性
質は回転楕円面鏡を用いて第２焦点Ｆ２の手前に平行化
レンズ１１１を置くようにしても、この回転放物面鏡１
０４と平行化レンズ１１１の組合せと同じ傾向を示す。

【００１２】さらに、図９に示した例では、第１焦点Ｆ
１の位置に球心を一致させた凹面鏡１１２を配置するこ
とにより、回転放物面鏡１０４のミラー面に取り込めな
い光を再帰させて利用することで光源１０５の発する光
束の利用効率を向上させている。しかしながら、光束を
一旦集光し、コリメータレンズ１０７で平行光にするこ
とによりインテグレータ光学系１００全体のサイズを小
さくし、大局的な目的を満たそうとする考え方は図７で
示した従来例と同じものである。ということで、この構
成は光源１０５が発散する光束が再度集光された焦点部
での光源像の大きさは元の光源像の何倍にも拡大されて
しまいコリメータレンズ１０７で平行光にしようとして
も限界があり、インテグレータ光学系１００での光利用
効率を落とすことになることには代わりが無い。

【００１３】そこで、本発明は、インテグレータ光学系
に入射させる光束の平行度をより一層向上させること
で、インテグレータ光学系の第２フライアイレンズ面に
できる光源像の大きさを点光源状に小さくすることがで
きる照明装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
回転放物面鏡の焦点付近に光源を配設し、この光源から
出射され前記回転放物面鏡で反射された平行光をインテ
グレータ光学系へ向けて出射させる照明装置において、
前記インテグレータ光学系の入力部の外形サイズと概略
同サイズで透光性を有する非鏡面の窓が形成された平面
鏡を前記平行光の光軸に対して直交させて配設した。

【００１５】従って、基本的に回転放物面鏡により反射
された平行光は平面鏡の非鏡面による窓を通してインテ
グレータ光学系に向けて出射される一方、光源から発せ
られて回転放物面鏡に直接入らない光は平行光の光軸に
対して直交させた平面鏡で反射させることにより再び回
転放物面鏡に返し反射させることで焦点位置を経て再度
回転放物面鏡で反射させて平行光として出射させること
ができるので、光源光の光束の殆ど全部を効率よく利用
できる上に、インテグレータ光学系に向けて出射させる
光束の平行度も向上させることができる。さらには、イ
ンテグレータ光学系の入力部の外形サイズと概略同サイ
ズで透光性を有する非鏡面の窓の大きさに規制すること
ができるので、インテグレータ光学系のサイズを小さく
抑えることもできる。

【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の照
明装置において、前記平面鏡は、前記回転放物面鏡の出
口に設けられた前面ガラスと一体に設けられている。

【００１７】従って、回転放物面鏡の出口に設けられた
前面ガラスと一体に平面鏡を設けることにより、構成を
単純にできる上に精度も維持できる。

【００１８】請求項３記載の発明は、請求項１記載の照
明装置において、前記平面鏡は、前記回転放物面鏡の出
口に設けられた前面ガラスと前記光源の発光部との間に
設けられている。

【００１９】従って、請求項１記載の発明を実現する上
で、全体の大きさをより一層小型化できる。

【００２０】請求項４記載の発明は、請求項１記載の照
明装置において、前記平面鏡は、前記インテグレータ光
学系の第１フライアイレンズ又は相当部材と一体に設け
られている。

【００２１】従って、インテグレータ光学系の第１フラ
イアイレンズ又は相当部材と一体に平面鏡を設けること
により、構成を単純にできる上に精度も維持できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
に基づいて説明する。

【００２３】本実施の形態の照明装置Ａ１は、縦横のア
スペクト比が４：３なる矩形状の液晶パネル１を被投射
体とするもので、その前面には各液晶素子に対して光を
集光させるためのコンデンサレンズ２が付設されてい
る。このような液晶パネル１に対して、本実施の形態の
照明装置Ａ１は、点状の光源３と、この光源３が内蔵配
設されるリフレクタとしての回転放物面鏡４と、インテ
グレータ光学系５と、集光レンズ６とにより構成されて
いる。

【００２４】光源３としては、高圧水銀灯、メタルハラ
イドランプ、キセノンランプ等のアーク灯が用いられて
いる。この光源３は放物面を回転させた形状の内周面が
ミラー面４ａとされた回転放物面鏡４の焦点Ｆの位置に
配設されている。従って、回転放物面鏡４のミラー面４
ａは、光源３からの光を受けた場合に平行光として出射
させる光学的特性を有する。このような回転放物面鏡４
の出口は前面ガラス８により閉塞されている。

【００２５】インテグレータ光学系５は、例えば前述し
た特開平３−１１１８０６号公報等により周知のもので
あり、第１フライアイレンズ９と第２フライアイレンズ
１０との組合わせからなり、特に、第２フライアイレン
ズ１０は２つのシリンドリカルレンズアレイ１０ａ，１
０ｂを直交配置させたものが用いられている。また、本
実施の形態では、これらのシリンドリカルレンズアレイ
１０ａ，１０ｂ間には周知のようにＰＢＳ（偏光ビーム
スプリッタ）アレイと１／２波長板とを組合わせた偏光
整列プリズムアレイ１１が設けられている。このシリン
ドリカルレンズアレイ１０ｂの後段に配置された集光レ
ンズ６は、フライアイレンズにより分割された各光束を
液晶パネル１上に重ね合わせる役目を果たす。

【００２６】このような照明装置Ａとしての基本的な構
成において、本実施の形態では、平行光束の光軸に直交
する前面ガラス８の内側面を利用して平面鏡１２が一体
に設けられている。この平面鏡１２は前面ガラス８の内
側面の一部にミラー面を形成したもので、インテグレー
タ光学系５の入力部となる第１フライアイレンズ９の外
形サイズに概略同サイズの非鏡面構造の窓１３が中心部
に形成されている。即ち、窓１３部分は光源３の光に対
して透光性を有する。この窓１３部分に関して前面ガラ
ス８には光の透過効率を向上させるＡＲコート１４が設
けられている。

【００２７】従って、本実施の形態の照明装置Ａ１にあ
っては、従来例にあるコリメータレンズ１０７や、凸レ
ンズ１０６、凹レンズ１１１などによる光学系を全部省
き、回転放物面鏡４によるリフレクタが作る平行光を直
接インテグレータ光学系５に入力させる構成とされてい
る。しかしながら、これだけでは光源３の発する光束の
全部を利用できないので、インテグレータ光学系５に直
接入力されない光束は回転放物面鏡４の作る平行光の光
軸に対して直交配置させた平面鏡１２により、再度回転
放物面鏡４側に返す。この返された光束は回転放物面鏡
４により、その焦点Ｆ、即ち、光源３の発光位置に戻さ
れる。ここで、本実施の形態では、光源３として高圧水
銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプなどのア
ーク灯が用いられているので、戻された光束は電極間を
すり抜けて（実際は、ここにできる焦点は光源の像であ
り、最初発光したときにできる光源像よりも幾倍か大き
くなっているので光束の一部分は電極により、遮光され
る）、再び、回転放物面鏡４のミラー面４ａに達し、再
度反射された後、平行光になって、窓１３部分から、イ
ンテグレータ光学系５に向かう。

【００２８】従って、本実施の形態によれば、基本的に
回転放物面鏡４により反射された平行光は平面鏡１２の
非鏡面による窓１３を通してインテグレータ光学系５に
向けて出射される一方、光源３から発せられて回転放物
面鏡４に直接入らない光は平行光の光軸に対して直交さ
せた平面鏡１２で反射させることにより再び回転放物面
鏡４に返し反射させることで焦点Ｆ位置を経て再度回転
放物面鏡４で反射させて平行光として出射させることが
できるので、光源光の光束の殆ど全部を効率よく利用で
きる上に、インテグレータ光学系５に向けて出射させる
光束の平行度を低下させることもない。さらには、イン
テグレータ光学系５の入力部に位置する第１フライアイ
レンズ９の外形サイズと概略同サイズで透光性を有する
非鏡面の窓１３の大きさを規制することができるので、
インテグレータ光学系５のサイズを小さく抑えることも
でき、インテグレータ光学系５の形状に殆ど左右されず
に光源３からの光束利用率を維持できる。また、回転放
物面鏡４の出口に設けられた前面ガラス８と一体に平面
鏡１２を設けることにより、構成を単純にできる上に直
交度等の精度も維持できる。

【００２９】本発明の第二の実施の形態を図２に基づい
て説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分
は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の各実
施の形態でも同様とする）。

【００３０】第一の実施の形態では、前面ガラス８の内
面に直接平面鏡１２を一体に形成したが、本実施の形態
の照明装置Ａ２では、前面ガラス８とは別部材による平
面鏡１５を前面ガラス８の内面部分（又は、外側部分）
に平行光束の光軸に直交するように設けたものである。
この平面鏡１５は例えば高純度のアルミニウム板を用
い、その光源側表面を鏡面仕上げしたものが用いられて
いる。また、中心部には、第１フライアイレンズ９の外
形形状に概略同形の窓１６が開口形成されている。

【００３１】このような構成によっても、第一の実施の
形態の場合と同様の効果が得られることは明らかであ
る。

【００３２】なお、本実施の形態の照明装置Ａ２では、
集光レンズ６に代えて、シリンドリカルレンズ１０ｂと
液晶パネル１とのほぼ中間に位置させて凸レンズ１７が
設けられている。この凸レンズ１７も集光レンズ６の場
合と同様に、インテグレータ光学系５により分割された
光束を液晶パネル１面上に重ね合わせる機能を果たす。
特に、本実施の形態のように、凸レンズ１７から液晶パ
ネル１まではフライアイレンズ９，１０の各々の構成レ
ンズが作る光束が各々平行光となっているので、反射型
液晶パネルを用いる液晶プロジェクタの場合には色むら
を発生しにくくすることができる。

【００３３】本発明の第三の実施の形態を図３及び図４
に基づいて説明する。本実施の形態では、回転放物面鏡
４付近の構成のみを示す。本実施の形態では、図２に示
したような前面ガラス８とは別部材による平面鏡１５を
前面ガラス８と光源３との間に配置させたものである。
即ち、平面鏡１５を前面ガラス８から離し光源３側に近
づけたものである。窓１５の大きさ・形状は図２の場合
と同じである。

【００３４】このような構成において、光源３から発散
する光束は回転放物面鏡４で概略平行光にされるが、一
般的に５〜１０°の発散角の含んでいる。ここに、本実
施の形態のような構成によれば、光源３から出射されて
その発散が大きくなる前に平面鏡１５で再帰させるので
再帰された光束の焦点Ｆ位置にできる光源像を図２の場
合に比較して小さく抑えることができ、再度、回転放物
面鏡４で反射され平行光にされた後の発散角を小さく抑
えることができるので、インテグレータ光学系５での効
率の降下を抑えることができる。また、本実施の形態の
構成によれば、図中２点鎖線（カット可能位置）で示し
たように平面鏡１５から外れた部分の回転放物面鏡４を
カットすることができ、後述するようなプロジェクタの
筐体を薄くすることができる。上下だけでなく、左右も
同様の加工が可能で、さらには、カットではなく上下左
右２点差線の外側を箱型の形状にしても良く、同様に筐
体を薄くすることができる。

【００３５】本発明の第四の実施の形態を図５及び図６
に基づいて説明する。本実施の形態では、回転放物面鏡
４付近の構成のみを示す。本実施の形態では、インテグ
レータ光学系５の入力部に位置する第１フライアイレン
ズ９と一体に平面鏡１８を設けたものである。より具体
的には、第１フライアイレンズ９の同一部材による基板
１９を回転放物面鏡４の開口をカバーし得る大きさに形
成し、第１フライアイレンズ９のレンズ部分を窓２０と
し、その周囲をミラー面とすることにより構成されてい
る。

【００３６】本実施の形態によれば、平面鏡１８を設け
る構成を単純にでき、調整個所を少なくできることから
コストを抑えることが可能となる。また、インテグレー
タ光学系５と回転放物面鏡４との間にＵＶカット、ＩＲ
カットなどのガラス部材を置くような構成の場合、これ
らの部材に第１フライアイレンズを透過する光束部分を
残してその外側を平面鏡としても、同様の効果が得られ
る。

【００３７】

【発明の効果】請求項１記載の発明の照明装置によれ
ば、基本的に回転放物面鏡により反射された平行光は平
面鏡の非鏡面による窓を通してインテグレータ光学系に
向けて出射される一方、光源から発せられて回転放物面
鏡に直接入らない光は平行光の光軸に対して直交させた
平面鏡で反射させることにより再び回転放物面鏡に返し
反射させることで焦点位置を経て再度回転放物面鏡で反
射させて平行光として出射させることができるので、光
源光の光束の殆ど全部を効率よく利用できる上に、イン
テグレータ光学系に向けて出射させる光束の平行度を低
下させることもなく、さらには、インテグレータ光学系
の入力部の外形サイズと概略同サイズで透光性を有する
非鏡面の窓の大きさを規制することができるので、イン
テグレータ光学系のサイズを小さく抑えることもでき
る。

【００３８】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の照明装置において、回転放物面鏡の出口に設けられ
た前面ガラスと一体に平面鏡を設けたので、構成を単純
にできる上に直交度等の精度も維持することができる。

【００３９】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の照明装置において、平面鏡を回転放物面鏡の出口に
設けられた前面ガラスと光源の発光部との間に設けるよ
うにしたので、請求項１記載の発明を実現する上で、全
体の大きさをより一層小型化でき、かつ、光源光が発散
する前に平面鏡で再帰反射させることができ、発散角が
小さくなるように抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態の照明装置を示す光
学系構成図である。

【図２】本発明の第二の実施の形態の照明装置を示す光
学系構成図である。

【図３】本発明の第三の実施の形態の照明装置の要部を
示すリフレクタ付近の断面構造図である。

【図４】そのリフレクタの正面図である。

【図５】本発明の第四の実施の形態の照明装置の要部を
示すリフレクタ付近の断面構造図である。

【図６】その正面図である。

【図７】第１の従来例の照明装置を示す光学系構成図で
ある。

【図８】第２の従来例の照明装置のリフレクタ付近を示
す光学系構成図である。

【図９】第３の従来例の照明装置のリフレクタ付近を示
す光学系構成図である。

【符号の説明】

１ 被投射体、液晶パネル ３ 光源 ４ 放物面鏡、リフレクタ ５ インテグレータ光学系、出力光利用光学系 ８ 前面ガラス ９ 第１フライアイレンズ １０ 第２フライアイレンズ １２ 平面鏡 １３ 窓 １５ 平面鏡 １６ 窓 １８ 平面鏡 ２０ 窓

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀山 健司 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 宮垣 一也 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 本田 正 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 永瀬 修 岩手県花巻市大畑第10地割109 リコー光 学株式会社内 (72)発明者 山影 明弘 岩手県花巻市大畑第10地割109 リコー光 学株式会社内 (72)発明者 石山 政秋 岩手県花巻市大畑第10地割109 リコー光 学株式会社内 Ｆターム(参考） 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H091 FA14Z FA21Z FA26Z FA41Z LA15 LA17 LA18

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転放物面鏡の焦点付近に光源を配設
   し、この光源から出射され前記回転放物面鏡で反射され
   た平行光をインテグレータ光学系へ向けて出射させる照
   明装置において、 前記インテグレータ光学系の入力部の外形サイズと概略
   同サイズで透光性を有する非鏡面の窓が形成された平面
   鏡を前記平行光の光軸に対して直交させて配設したこと
   を特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 前記平面鏡は、前記回転放物面鏡の出口
   に設けられた前面ガラスと一体に設けられていることを
   特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 【請求項３】 前記平面鏡は、前記回転放物面鏡の出口
   に設けられた前面ガラスと前記光源の発光部との間に設
   けられていることを特徴とする請求項１記載の照明装
   置。
4. 【請求項４】 前記平面鏡は、前記インテグレータ光学
   系の第１フライアイレンズ又は相当部材と一体に設けら
   れていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。