(57)【要約】【課題】プロジェクタにおけるランプバルブから出射した光の利用する際の品位を向上させる技術を提供する。【解決手段】プロジェクタのランプバルブ１２２と放物線リフレクタ１３１との間に、集光手段として円筒形レンズ１３２を配置する。さらに、放物線リフレクタ１３１は、その断面形状において、前方端部１３１ｂが照明系光軸側Ｚ０に近づくように傾いている。さらに、放物線リフレクタ１３１より前方には、コーンレンズ１３３を配置して、リフレクタで反射された光を照明系光軸Ｚ０に対して平行側になるように変換する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放物線の一部を所定の回転軸を中心に回転して形成された形状を有し、光源から出射した光を反射させるリフレクタと、
前記光源と前記リフレクタとの間に設けられ、前記光源から前記リフレクタへ向かう光の範囲を集光する筒状レンズと、
前記リフレクタの前方に配置され、前記リフレクタからの光の進行方向を、前記回転軸に平行になるように変更する回転体レンズと、
を備え、
前記放物線の中心軸は、前記リフレクタの前記回転軸に対して傾いており、
前記筒状レンズの虚像の位置が、前記傾斜した放物線の焦点と一致する
ことを特徴とするリフレクタ・システム。
【請求項２】
前記回転体レンズの前方に配置され、前記回転体レンズから出射した光を集光するように機能する集光レンズを備える
ことを特徴とする請求項１に記載のリフレクタ・システム。
【請求項３】
放物線の一部を所定の回転軸を中心に回転して形成された形状を有し、光源から出射した光を反射させるリフレクタと、
前記光源と前記リフレクタの間に設けられ、前記光源から前記リフレクタへ向かう光の範囲を集光する筒状レンズと、
前記リフレクタの前方に配置され、前記リフレクタからの光の進行方向と略一致する光軸を有するレンズ形状を備えて、前記リフレクタからの光を集光する機能を有する回転体レンズと、
を備え、
前記放物線の中心軸は、前記リフレクタの前記回転軸に対して傾いており、
前記筒状レンズの虚像の位置が、前記傾斜した放物線の焦点と一致する
ことを特徴とするリフレクタ・システム。
【請求項４】
楕円の一部を所定の回転軸を中心に回転して形成された形状を有し、光源から出射した光を反射させるリフレクタと、
前記光源と前記リフレクタとの間に設けられ、前記光源から前記リフレクタへ向かう光の範囲を集光する筒状レンズと、
前記リフレクタの前方に配置され、前記リフレクタからの光の進行方向を、前記回転軸に対しての傾斜が小さくなる方向に変更する回転体レンズと、
を備え、
前記楕円の長軸は、前記リフレクタの前記回転軸に対して傾いており、
前記筒状レンズの虚像の位置が、前記楕円の一方の焦点と一致する
ことを特徴とするリフレクタ・システム。
【請求項５】
前記筒状レンズは、前記光源より前方側に出射した光を前記光源方向へ反射させる反射手段を備える
ことを特徴とする請求項１〜４までのいずれかに記載のリフレクタ・システム。
【請求項６】
請求項１〜５までのいずれかに記載のリフレクタ・システムを備えることを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフレクタ・システム及びプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタの重要な性能指標の一つが明るさであり、プロジェクタから投射される光量をいかにして増加させるかが大きな課題となっており、その明るさの向上のために様々な技術が提案されている。
【０００３】
図１３は、従来より用いられているＬＣＤ（Liquid Crystal Display）プロジェクタの光学系（光源ユニット７２０）の概要を示しており、図１４はその光学系において使用されるランプリフレクタ７３１の反射面形状（断面形状）を示している。このランプリフレクタ７３１の反射面形状は、回転放物線形状である。そして放物線形状の焦点にランプバルブ７２２のアーク中心７２３が配置され、ランプバルブ７２２から出射した光は、ランプリフレクタ７３１で反射し照明系光軸Ｚ０に対して略平行になって、入射側フライアイレンズ７１に照明されている。しかし、このような形状のランプリフレクタ７３１を用いた場合、入射側フライアイレンズ７１での入射光量分布は照明系光軸Ｚ０付近が極端に少なくなるという課題がある。この入射側フライアイレンズ７１の照明系光軸Ｚ０付近の光は、ＬＣＤパネルへの照明光の基準角度（ＬＣＤパネルに垂直に入射する角度）に近い成分となるために、ＬＣＤパネルのコントラストなどの性能が一番良い光の成分となる。従って、この基準角度の光量が少ないと、ＬＣＤパネルのコントラストが悪化してしまい、最終製品であるプロジェクタとしてのコントラストも低下してしまう。
【０００４】
また、入射側フライアイレンズ７１での照明サイズと入射角度分布はトレードオフの関係にある。即ち、ランプリフレクタ７３１のｆ値を小さくすると、入射側フライアイレンズ７１における照明サイズが小さくなるが入射角度分布が広がってしまう。一方、ｆ値を大きくすると、入射側フライアイレンズ７１での照明サイズが大きくなるが入射角度分布は狭まる。この入射側フライアイレンズ７１での入射角度分布が狭い（良い）と、ＰＢＳ（Polarized Beam Splitter）７３でのＰＳ分離度が高くなる。
【０００５】
一般に、ＰＢＳ７３のＰＳ分離特性は、蒸着膜に対する光の入射角度によって変化するが、ＰＳ分離合成の効率が最良な条件は、ＰＢＳ７３に垂直に入射する角度となるときである。従って、従来方式では入射側フライアイレンズ７１での照明サイズを小さくさせると入射角度分布を狭く（良く）できないため、ＬＣＤパネル８０の前段に配置される入射側偏光板７６直前での照明光のＰＳ分離度が悪く、そのためにプロジェクタの光利用効率が悪くなるという課題があった。
【０００６】
そこで、平行光を効率的に取り出すために様々な技術が提案されている。例えば、投射画像の画面内均一性が良好で、かつ照明光の利用効率が高く、明るい表示を実現するために提案された投射型表示装置（プロジェクタ）がある（特許文献１参照）。この投射型表示装置では、光源の非発光部に影ができていた領域に、第３の反射面を配置し、この第３の反射面に光が照射されるように第１の反射面、第２の反射面を配置している。その結果、従来の光源の影ができていた領域には第３の反射面の表面で反射した光が充当されるようになっている。これにより、この部分の光の不足が補われ、従来では影の生じていた領域を解消して、全画面にわたって均一に明るくなるようにしている。なお、第１及び第３の反射面が回転放物面、第２の反射面が回転楕円面により構成されている。
【０００７】
また、別の技術として、ＬＣＤパネルにできるだけ高効率で光を入射させ、かつＬＣＤパネルの中心と周辺部の照度差が少なくなるよう照明することによって、投射映像を明るくするとともに輝度の均一性の向上を図った投射型表示装置がある（例えば、特許文献２参照）。この投射型表示装置では、傾斜放物面鏡で反射された光を、円錐レンズを用いて平行化するので、キセノンランプの様な点光源性のよい光源を用いる場合に、平行で均一性のよい光によって被照射面を照明するようにしている。
【０００８】
さらに別の技術として、プロジェクタのランプリフレクタの回転楕円面を光軸に対して回転対称な非球面反射面に変形するとともに、ランプ前面ガラスの入射面または出射面の少なくとも一方を光軸に対して回転対称な非球面レンズ面に変形し、非球面反射面および非球面レンズ面によって、光源から発する各光線群に対してその放射方向毎に異なるパワーをそれぞれ作用させ、ランプ前面レンズ出射面における発散角の分布を制御するようにしたプロジェクタがある（例えば、特許文献３参照）。このプロジェクタでは、発散角を抑制し、有限の大きさを持った発光部の光源像をより小さくして集光点に集光するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０７−１９９１８２号公報
【特許文献２】特開２０００−２８９６３号公報
【特許文献３】特開２００２−２９８６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１に開示の技術では、平行光を効率よく取り出す狙いであるが、実際には第３の反射面の先端付近での効率が悪い事が予想される。即ち、この先端付近が細くなっているために、実際の光がこの先端付近の反射面に当らない光量も多く発生し、又反射面に当っても光線角度が照明系光軸と平行にならずに大きくずれてしまう成分も多くなってしまうおそれもある。従って、トータルの光利用効率を高くすることができないことも予想されるため、別の技術が求められていた。
【００１１】
また、特許文献２に開示の技術では、ランプからの光を取り込むために放物リフレクターサイズが大きくなってしまい、その結果、入射フライアイレンズ位置での照明サイズが大きくなってしまう。しかもランプ後方に出た光は放物リフレクタまでの距離が小さいために、入射フライアイレンズでの入射角度が大きくなってしまう。このような理由により、光利用効率の改善を行う別の技術が求められていた。
【００１２】
さらに、特許文献３に開示の技術にあっては、ランプからの光を取り込むために楕円リフレクタのサイズが大きくなってしまい、その結果、ロッドレンズにおける入射角度が大きくなってしまうという課題があった。しかも、ランプ後方に出た光は楕円形状のリフレクタまでの距離が短いために、ロッドレンズでの照明サイズが大きくなってしまうという課題もあった。これらの理由によって、上述同様に、別の技術が求められていた。
【００１３】
本発明は、以上のような状況に鑑みなされたものであって、プロジェクタにおけるランプバルブから出射した光の利用する際の品位を向上させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る装置は、リフレクタ・システムに関する。このリフレクタ・システムは、放物線の一部を所定の回転軸を中心に回転して形成された形状を有し、光源から出射した光を反射させるリフレクタと、前記光源と前記リフレクタとの間に設けられ、前記光源から前記リフレクタへ向かう光の範囲を集光する筒状レンズと、前記リフレクタの前方に配置され、前記リフレクタからの光の進行方向を、前記回転軸に平行になるように変更する回転体レンズと、を備え、前記放物線の中心軸は、前記リフレクタの前記回転軸に対して傾いており、前記筒状レンズの虚像の位置が、前記傾斜した放物線（傾斜放物線）の焦点と一致する。
また、前記回転体レンズの前方に配置され、前記回転体レンズから出射した光を集光するように機能する集光レンズを備えてもよい。
本発明に係る別の装置は、リフレクタ・システムに関する。このリフレクタ・システムは、放物線の一部を所定の回転軸を中心に回転して形成された形状を有し、光源から出射した光を反射させるリフレクタと、前記光源と前記リフレクタの間に設けられ、前記光源から前記リフレクタへ向かう光の範囲を集光する筒状レンズと、前記リフレクタの前方に配置され、前記リフレクタからの光の進行方向と略一致する光軸を有するレンズ形状を備えて、前記リフレクタからの光を集光する機能を有する回転体レンズと、を備え、前記放物線の中心軸は、前記リフレクタの前記回転軸に対して傾いており、前記筒状レンズの虚像の位置が、前記傾斜した放物線（傾斜放物線）の焦点と一致する。
本発明に係る別の装置は、リフレクタ・システムに関する。このリフレクタ・システムは、楕円の一部を所定の回転軸を中心に回転して形成された形状を有し、光源から出射した光を反射させるリフレクタと、前記光源と前記リフレクタとの間に設けられ、前記光源から前記リフレクタへ向かう光の範囲を集光する筒状レンズと、前記リフレクタの前方に配置され、前記リフレクタからの光の進行方向を、前記回転軸に対しての傾斜が小さくなる方向に変更する回転体レンズと、を備え、前記楕円の長軸は、前記リフレクタの前記回転軸に対して傾いており、前記筒状レンズの虚像の位置が、前記楕円の一方の焦点と一致する。
前記筒状レンズは、前記光源より前方側に出射した光を前記光源方向へ反射させる反射手段を備えてもよい。
本発明に係る別の装置は、プロジェクタに関する。このプロジェクタは、上記のリフレクタ・システムを備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、プロジェクタにおけるランプバルブから出射した光の利用する際の品位を向上させる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る、プロジェクタの概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る、光源ユニットの概略構成を断面形状で示した図である。
【図３】第１の実施形態に係る、光源ユニットで実現する光学的経路について説明するための図である。
【図４】第１の実施形態に係る、入射側フライアイレンズにおける像高の分布のシミュレーション結果を従来例と比較して示すグラフである。
【図５】第１の実施形態に係る、入射側フライアイレンズにおける入射角度分布のシミュレーション結果を従来例と比較して示すグラフである。
【図６】第２の実施形態に係る、光源ユニットの概略構成を断面形状で示した図である。
【図７】第３の実施形態に係る、光源ユニットの概略構成を断面形状で示した図である。
【図８】第３の実施形態に係る、光源ユニットのロッドレンズにおける入射角度分布のシミュレーション結果を従来例と比較して示すグラフである。
【図９】一般的な楕円リフレクタを備える光学ユニットの概略構成を断面形状で示した図である。
【図１０】第４の実施形態に係る、光源ユニットの概略構成を断面形状で示した図である。
【図１１】第５の実施形態に係る、光源ユニットの概略構成を断面形状で示した図である。
【図１２】第６の実施形態に係る、光源ユニットの概略構成を断面形状で示した図である。
【図１３】従来技術に係る、ＬＣＤプロジェクタの光学系の概要を示した図である。
【図１４】従来技術に係る、ＬＣＤプロジェクタの光学系のランプリフレクタの反射面形状を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。以下の実施形態では、光源であるランプバルブとリフレクタとの間に、集光手段として円筒形レンズを配置する。さらに、リフレクタは、その断面形状において、前方端部が照明系光軸側に近づくように傾ける。さらに、リフレクタより前方には、回転体レンズであるコーンレンズを配置して、リフレクタで反射された光を照明系光軸に対して平行側に近づくように変換したり、また、集光させたりする。以下、具体的に説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
つぎに、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。図１は、本実施形態に係るプロジェクタ１００の概略構成を示す図であり、特に、光学系に着目して示した図である。このプロジェクタ１００は、ＬＣＤパネル８０を光変調素子とするＬＣＤ方式であり、光源ユニット１２０と、集光系７０と、ＬＣＤパネル８０と、投光光学系９０とを備えている。
【００１９】
光源ユニット１２０は、光源として高圧水銀ランプのようなアーク放電により発光するランプバルブ１２２と、リフレクタ・システムとして放物線リフレクタ１３１、円筒形レンズ１３２及びコーンレンズ１３３とを備える。リフレクタ・システムである放物線リフレクタ１３１、円筒形レンズ１３２及びコーンレンズ１３３の形状等については後述する。
【００２０】
ランプバルブ１２２から出射した光は、円筒形レンズ１３２を通過し、放物線リフレクタ１３１で反射して平行光に変換されて集光系７０に入射する。そして、集光系７０を通過した光は、ＬＣＤパネル８０に照射される。ＬＣＤパネル８０に照射された光は、さらにＬＣＤパネル８０で光変調されて、投光光学系９０によってスクリーンに投光される。
【００２１】
集光系７０は、光源ユニット１２０側から順に、入射側フライアイレンズ７１、出射側フライアイレンズ７２、ＰＢＳ７３、第１照明レンズ７４、第２照明レンズ７５、及び入射側偏光板７６が配置されて構成されている。本実施の形態では、光源ユニット１２０側から集光系７０の入射側フライアイレンズ７１に入射する光の特性、特に平行度及び入射角度分布を改善するものであり、集光系７０以降の構成については、一般的に採用される構成であってよく、説明は省略する。
【００２２】
つぎに、図２及び図３をもとに、光源ユニット１２０の放物線リフレクタ１３１、円筒形レンズ１３２及びコーンレンズ１３３について詳細に説明する。図２は、光源ユニット１２０の断面形状及びランプバルブ１２２から出射された光の経路を入射側フライアイレンズ７１まで示した図である。なお、図２（ａ）では、光が理想的な光源から出射した光路で示しており、図２（ｂ）は、発光位置の電極間の移動を反映させた光路で示している。また、図３は、光源ユニット１２０で実現する光学的経路について説明するための図であり、ここでは、便宜的に図示で上側に出射する光路のみを図示している。また、以下の説明において、放物線の頂点と焦点を結ぶ直線を、便宜的に「放物線光軸Ｚ１」と呼ぶ。なお、放物線リフレクタ１３１を構成する放物線形状（断面形状）は、後述のように照明系光軸Ｚ０に対して、所定の角度θだけ傾いているので、傾斜放物線１３１ｃと称する。
【００２３】
放物線リフレクタ１３１は、その内面が反射面となっており、後述するように放物線の一部を照明系光軸Ｚ０を中心に回転させた筒状体の形状となっており、ランプバルブ１２２を覆うように配置されている。さらに放物線リフレクタ１３１の内部にはランプバルブ１２２の外側を覆うようにして、筒状体の円筒形レンズ１３２が配置されている。
【００２４】
図３に示すように、放物線リフレクタ１３１の断面形状を構成する傾斜放物線１３１ｃは、照明系光軸Ｚ０に対して、所定の角度θだけ傾いている。具体的には、傾斜放物線１３１ｃの前方端部１３１ｂが照明系光軸Ｚ０に近づくように傾斜しており、傾斜放物線１３１ｃの放物線光軸Ｚ１と、プロジェクタ１００の照明系光軸Ｚ０とが角度θで交差するように構成されている。傾斜放物線１３１ｃの後方端部１３１ａは、ランプバルブ１２２の設置及びランプアーク部１２３から出射した光の利用限界を考慮して設計される。
【００２５】
そして、傾斜放物線１３１ｃの後方端部１３１ａから前方端部１３１ｂの部分を照明系光軸Ｚ０を中心に回転させて形成された筒状体が放物線リフレクタ１３１となる。従って、傾斜（角度θ）は照明系光軸Ｚ０周りに全て適用される。このため、照明系光軸Ｚ０が１本の直線であるが、傾斜放物線１３１ｃの中心軸線Ｚ１は、照明系光軸Ｚ０に対して円錐状となる。言い換えると、本実施形態の放物線リフレクタ１３１の反射面も照明系光軸Ｚ０を回転中心とした回転体（筒状体）となっている。
【００２６】
円筒形レンズ１３２は、前後方向（図示では左右方向）に開口を有し、ランプバルブ１２２のランプアーク部１２３を覆うように形成されている。そして、円筒形レンズ１３２の断面形状は、レンズ形状となっている。このレンズ形状によって、ランプアーク部１２３から発光した光の範囲（光の放射角度の範囲）をある程度集光させて放物線リフレクタ１３１に進行させる。また、円筒形レンズ１３２のレンズ形状は、レンズ収差を最適化するように設計されている。この最適化においては、円筒形レンズ１３２のレンズ形状によるランプアーク部１２３の虚像Ａ２が最適となるように設計される。本実施形態の最適化では、レンズ断面形状の入射側（ランプ側：内周面１３２ａ）は単一Ｒ形状で、出射側（リフレクタ側：外周面１３２ｂ）は楕円形状としている。出射側は、単一Ｒ形状であると収差が大きくなってしまうため、ここでは楕円形状となっている。なお、出射側である外周面１３２ｂは、楕円形状に限る趣旨ではないが、単一Ｒ形状より収差を改善するために、外周面１３２ｂを楕円形状とすることで、最適設計が容易となるという利点がある。
【００２７】
この円筒形レンズ１３２を配置した最大の理由は、放物線リフレクタ１３１だけではランプアーク部１２３から出た大きな角度の配光分布に対して効率良く前方に照明することができず、放物線リフレクタ１３１に入射する前にある程度光の放射角度の範囲を絞ってから放物線リフレクタ１３１で反射させたほうが、効率が良いことを確認できたためである。
【００２８】
なお、この円筒形レンズ１３２は、一体で製作されてもよいし、複数に分割された要素によって製作されてもよい。なお、その分割方法は、一般的な製造手段により実現でき、本実施形態では特に限定しない。また、円筒形レンズ１３２の保持のために、円筒形レンズ１３２の後方（図示で左側）を一体で延長した構成とすると円筒形レンズの保持が容易となるが、特に特定の構造に限定せず一般的な構造であればよい。
【００２９】
この円筒形レンズ１３２を用いる場合、放物線リフレクタ１３１の形状も最適化することが望ましい。ここでは、放物線リフレクタ１３１の形状は、更に前方に配置されたコーンレンズ１３３を使用する事も考慮して最適化される。即ち、放物線リフレクタ１３１の形状は、上述のように、断面形状が放物線形状であり、かつ放物線光軸Ｚ１を照明系光軸Ｚ０より角度θだけ傾斜させた傾斜放物線形状となっている。この傾斜は、入射側フライアイレンズ７１における照明光に関して、照明系光軸Ｚ０付近の光量を増加させる目的にある。更に、ランプバルブ１２２から後方に出た光も放物線リフレクタ１３１までの距離を従来と比較して大きくする事も目的としている。また放物線の焦点位置は、ランプアーク部１２３の中心位置Ａ１の円筒形レンズ１３２による虚像位置Ａ２と一致させる事により、円筒形レンズ１３２を透過した光を、放物線光軸Ｚ１と平行な光にする事ができる。ここで、放物線の焦点距離ｆ（ｆ値ともいう）は、円筒形レンズで光をロスしないように、また、放物線光軸Ｚ１の傾斜角度θと共に最適化すべきものである。
【００３０】
また、放物線リフレクタ１３１の前方に配置されたコーンレンズ１３３は、断面形状が入射面１３３ａ及び出射面１３３ｂともに直線形状であり、放物線リフレクタ１３１で反射されて放物線光軸Ｚ１と平行になっている光の進行方向を、照明系光軸Ｚ０と平行な方向に変える機能を有する。つまり、入射面１３３ａが凸状の円錐形状であり、出射面１３３ｂが凹状の円錐形状となっている。
【００３１】
このコーンレンズ１３３の形状は、照明系光軸Ｚ０の位置や入射面１３３ａ及び出射面１３３ｂの角度をある程度自由に設計できる。照明系光軸Ｚ０に平行な光にするためには、出射面１３３ｂの角度を入射面１３３ａに対して所定角度を取るようにすればよい。なお、入射面１３３ａの角度は、ある程度自由に決めることができるが、図３に示すように入射光に対して垂直にすることで、コーンレンズ１３３を出射した後の照明サイズを小さくする事ができる。
【００３２】
以上の構成による、ランプアーク部１２３を出射した光の入射側フライアイレンズ７１までの光路について、図２をもとに簡単に説明する。ランプアーク部１２３を出射した光は、ランプアーク部１２３を覆うように配置されている円筒形レンズ１３２に入射し、光路を集光されて出射する。つまり、円筒形レンズ１３２は、ランプアーク部１２３の光の放射角度の範囲を前後方向に絞るように作用する。図示のように、後方側に出射した光Ｌ３は前方側に光路を変更され、また照明系光軸Ｚ０に対して垂直方向（図２では、上下方向）に出射した光Ｌ２はそのまま直進し、前方側に出射した光Ｌ１は後方側に光路を変更する。後方側に出射した光Ｌ３、真横に出射した光Ｌ２、前方側に出射した光Ｌ１のそれぞれがが、円筒形レンズ１３２において上述のような光路となることで、ランプアーク部１２３を出射した光は、全体として集光することになる。
【００３３】
円筒形レンズ１３２を出射した光は、放物線リフレクタ１３１の内面である反射面で反射する。ランプアーク部１２３の虚像位置Ａ２（図３参照）は、上述のように、傾斜放物線１３１ｃの焦点であるので、放物線リフレクタ１３１で反射した光は、放物線光軸Ｚ１と平行になり、コーンレンズ１３３へ入射する。コーンレンズ１３３へ入射した光は、コーンレンズ１３３の出射面１３３ｂで屈折して、光路が照明系光軸Ｚ０と平行になり、入射側フライアイレンズ７１へ向けて進む。
【００３４】
図１３で示したような従来方式では、ランプバルブ７２２の後方へ進んだ光は、放物線リフレクタ７３１までの距離が近いために、つまり、ｆ値が短いため、入射側フライアイレンズ７１における光線角度が大きくなってしまう。その結果、入射側フライアイレンズ７１での照明効率やＰＢＳ７３でのＰＳ分離・合成効率を悪化させてしまう。一方、図２（ｂ）で示したように、入射側フライアイレンズ７１における光線角度は、従来技術と比較して大きくならず、その結果、ＰＳ分離・合成効率を改善することができる。
【００３５】
つづいて、上記のプロジェクタ１００（光源ユニット１２０）の効果を確認するシミュレーションを行ったので以下に説明する。まず、図４に入射側フライアイレンズ７１における光量分布、より具体的には像高の分布を示す。これは、ランプ配光分布を同一とし、入射側フライアイレンズ７１での照明範囲を同一としたときの光量分布を従来方式と比較をしたものである。この図のように、本実施形態では、照明系光軸Ｚ０（＝グラフで光軸からの距離０ｍｍ）に近い光量が、従来方式より増加していることが確認できる。また、光量の大きさも、従来方式と比べて、均一化されている。この観点においても、利用する光、つまりＬＣＤパネル８０に入射する光の品位を向上させることができている。
【００３６】
更に、図５に、入射側フライアイレンズ７１での入射角度分布を示す。これは、ランプ配光分布を同一とし、入射側フライアイレンズ７１での照明範囲を同一としたときの入射角度分布を従来方式と比較をしたものである。図示のように、本実施形態では、入射角度分布が照明系光軸（グラブで０度）に近い角度成分が増加している事がわかる。入射角度分布が照明系光軸に近い角度成分の割合を増加させることで、入射側フライアイレンズ７１での照明効率やＰＢＳ７３でのＰＳ分離・合成効率を向上させることができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態の応用例について説明する。上述のように、第１の実施形態の光源ユニット１２０では、良好な平行光照明方式の光源ユニット１２０及びプロジェクタ１００を実現できた。また、ランプバルブ１２２の周囲の必要スペースもそれほど大きくならないとう利点がある。そこで、図６に示すように、本実施形態の光源ユニット２２０では、コーンレンズ１３３の前方に集光レンズ１５０を配置した構成とした。このように集光レンズ１５０を配置することで、良好な集光照明方式の光源ユニット２２０及び例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を光変調手段として備えるＤＬＰ方式（Digital Light Processing：登録商標）のプロジェクタを実現することができる。
【００３８】
光路について具体的に説明する。ランプバルブ１２２から出射した光は、第１の実施形態と同様の光路によって、コーンレンズ１３３で照明系光軸Ｚ０に対して平行な光に変換される。そして、コーンレンズ１３３を出射した平行な光は、集光レンズ１５０に入射する。集光レンズ１５０に入射した光は、集光レンズ１５０で集光され、前方に配置されたロッドレンズ１９５に入射し、ロッドレンズ１９５を通過した光は、さらに前方に配置されるＤＭＤ等の光変調手段（図示せず）に照射され、さらに所定の投光系（図示せず）によりスクリーンに照射される。
【００３９】
このとき、集光レンズ１５０に入射する光が良好な平行光となっているため、集光レンズ１５０は、原則自由に設計できる。したがって、集光照明サイズを決めれば、集光の角度分布が自動的に定まる。
【００４０】
本実施の形態のような構造とすることで、円筒形レンズ１３２、放物線リフレクタ１３１、及びコーンレンズ１３３の構成等は、第１の実施形態で示した平行光照明方式の光源ユニット１２０と共通にすることができる。このために、ＬＣＤ方式のプロジェクタ（平行光照明方式）とＤＬＰ方式のプロジェクタ（集光照明方式）とで、円筒形レンズ１３２、放物線リフレクタ１３１、及びコーンレンズ１３３の構成を共通に使用することができる。
【００４１】
（第３の実施形態）
本実施形態では、第２の実施形態におけるコーンレンズ１３３と集光レンズ１５０を一体に構成した複合コーンレンズ３６０を備えた光源ユニット３２０を有するプロジェクタについて説明する。複合コーンレンズ３６０以外の構成については、第２の実施形態と同様である。
【００４２】
図７は、本実施形態に係る光源ユニット３２０の概略構成図である。第２の実施形態（図６）で示した構成では、放物線リフレクタ１３１とロッドレンズ１９５の間の経路に、コーンレンズ１３３と集光レンズ１５０という二つの構成要素が配置された。本実施形態では、コーンレンズ１３３と集光レンズ１５０との機能を一体化した構成の複合コーンレンズ３６０を備えている。図２や図３に示したコーンレンズ１３３の入射面１３３ａ及び出射面１３３ｂの断面形状が直線であるのに対して、本実施形態で示す複合コーンレンズ３６０の入射面３６１及び出射面３６２の断面形状は曲面となっている。なお、複合コーンレンズ３６０は、第１及び第２の実施形態のコーンレンズ１３３と同様に、照明系光軸Ｚ０を回転軸とする回転体である。
【００４３】
この集光レンズの形状、つまり複合コーンレンズ３６０の断面形状は、シンプルな形状を採用するのであれば平凸レンズでよいし、また、レンズ収差や光量効率を向上させる目的で片側（例えば、入射面３６１）が非球面形状の両凸レンズであってもよい。この非球面形状として、比較的簡単な形状として楕円形状があり、当然に、他の非球面形状でもよい。そして、複合コーンレンズ３６０の出射側（出射面３６２）の断面形状は、単一Ｒ形状でよい。なお、本実施形態では、両凸レンズとして図示している。
【００４４】
このように断面形状に関して見ると、複合コーンレンズ３６０の両凸レンズ形状の光軸Ｚ２は、照明系光軸Ｚ０に対して傾斜している。この傾斜角度は、レンズ収差を考慮すると、放物線リフレクタ１３１から反射してくる光線角度に対して平行に近いほど高い性能が実現できる。また、複合コーンレンズ３６０の両凸レンズの位置やＲ寸法など変えることによって、ロッドレンズ１９５の入射面での像サイズや入射角度分布をある程度自由に設計できる。なお、一般に、ロッドレンズ１９５の入射面における像サイズと入射角度分布性能はトレードオフの関係にあり、いずれか一方を決定すると他方は自動的に決まる。また、複合コーンレンズ３６０の形状は立体的に見れば、図７のような断面形状（複合コーンレンズ）が照明系光軸Ｚ０周りに回転した形状である。
【００４５】
本実施形態は、図６で示した第２の実施形態と同じ条件で比較すると、特にシミュレーション結果は示していないが、ほぼ同等の性能が得られることが確認できた。また、図８に、一般的な楕円リフレクタ９３０を備える光源ユニット９２０（図９参照）と、本実施の形態の光源ユニット３２０の性能を確認したシミュレーション結果を示す。図９の光源ユニット９２０は、照明系光軸Ｚ０と楕円の長軸とが一致する一般的な楕円リフレクタ９３０を備える。このシミュレーションでは、ロッドレンズ１９５の入射面における照明サイズを同等としたときのロッドレンズ入射角度分布を示している。
【００４６】
図示のように、本実施形態では、従来例より入射角度分布が照明系光軸（グラブで０度）に近い角度成分が非常に増加していることが分かる。このように、入射角度分布を照明系光軸に近い角度成分が多くなるようにすることで、コントラストや色純度、投射レンズ解像度などの光学性能が向上する。
【００４７】
（第４の実施形態）
また、第１〜第３の実施形態では、リフレクタ形状として断面形状が傾斜放物線であったが、本実施形態では、集光系照明方式の変形として図１０で示すように、リフレクタ形状の断面形状が楕円の楕円リフレクタ４３１を備えた光源ユニット４２０としている。ここで、楕円形状は放物形状と同様に、照明系光軸Ｚ０より楕円光軸Ｚ３を傾斜させている。そして、この楕円リフレクタ４３１で反射した後の光の放射角度の範囲を、楕円光軸Ｚ３の傾斜によって少し集光気味にし、凸レンズ形状の複合コーンレンズ４６０で集光させる。また、楕円の楕円リフレクタ４３１側の焦点位置は、ランプアーク部１２３の中心位置Ａ１の円筒形レンズ１３２による虚像位置Ａ２と一致させる。このような構成として、円筒形レンズ１３２を透過した光は、入射面４６１で、楕円光軸Ｚ３の他方（複合コーンレンズ４６０側）の焦点方向に反射する。
【００４８】
さらに複合コーンレンズ４６０のレンズ形状を最適化する事によって、ロッドレンズ１９５の入射面における集光効率を良好にすることができる。本実施形態によると、照明系サイズ（ランプからロッドレンズまでの距離）を、第２及び第３の実施形態よりも、小さくすることができる。なお、照明効率としては第３の実施形態と同程度の性能であることが確認できている。
【００４９】
（第５の実施形態）
図１１は、本実施形態に係る光源ユニット５２０の構成を示している。本実施形態の光源ユニット５２０では、第１の実施形態の変形例であって、例えば図２で示した円筒形レンズ１３２の代わりに、ハイブリッド円筒形レンズ１４０が用いられる。このハイブリッド円筒形レンズ１４０では、円筒形レンズ１３２の前側部分（図示で右側部分）の内側断面形状（ランプ側形状）が、ランプアーク部１２３の中心位置Ａ１を中心としたＲ形状となっている。そして、このＲ形状の部分に表面反射膜１４１ａが形成されている。このような構成とすることで、ランプアーク部１２３から前方へ発光した光Ｌ１を一度ランプアーク部１２３に戻し、直接後方に出射した光と併せてランプアーク部１２３の後方に出射し、放物線リフレクタ１３１で反射させる。このようにすることで、図１に示す実施形態よりも入射側フライアイレンズ７１での入射角度分布が少し悪化し、入射側フライアイレンズ７１での光量が少し減少するが、入射側フライアイレンズ７１での照明サイズを劇的に小さくできる。さらに、入射側フライアイレンズ７１までの照明系スペースも小さくできる。なお、本実施形態では、ランプアーク部１２３から前方へ発光した光Ｌ１を全て反射するように表面反射膜１４１ａが形成されているが、どの方向の光を反射させるか、つまり、表面反射膜１４１ａが形成される位置は、適宜設定することができる。
【００５０】
（第６の実施形態）
本実施形態では、上述のハイブリッド円筒形レンズ１４０を集光系の照明方式に適用したものである。図１２は、本実施形態に係る光源ユニット６２０の概略構成図である。図示のように、この光源ユニット６２０は、図７で示した第３の実施形態の円筒形レンズ１３２をハイブリッド円筒形レンズ１４０へ変更している。つまり、ハイブリッド円筒形レンズ１４０では、円筒形レンズ１３２の前側部分の内側断面形状が、ランプアーク部１２３の中心位置Ａ１を中心としたＲ形状となっている。そして、このＲ形状の部分に表面反射膜１４１ａが形成されて、ランプアーク部１２３から前方へ発光した光Ｌ１を一度ランプアーク部１２３に戻し、直接後方に出射した光と併せてランプアーク部１２３の後方に出射し、放物線リフレクタ１３１で反射させる。本実施形態でも、第５の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５１】
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００５２】
１００  プロジェクタ
１２０  光源ユニット
１２２  ランプバルブ
１２３  ランプアーク部
１３１  放物線リフレクタ
１３２  円筒形レンズ
１３３  コーンレンズ
１４０  ハイブリッド円筒形レンズ
１４１ａ  反射膜
１５０  集光レンズ
２２０，３２０，４２０，５２０  光源ユニット
３６０  複合コーンレンズ
４３１  楕円リフレクタ
４６０  複合コーンレンズ
Ｚ０  照明系光軸
Ｚ１  放物線光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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