(57)【要約】【課題】光源からの光の経路の途中で光束の径を縮小することにより、光の利用効率を向上させることができる光学装置及びプロジェクタを提供する。【解決手段】プロジェクタが備える光学装置１は、光の入射側に配置された第１フライアイレンズ１１の受光面積を第２フライアイレンズ１２よりも大きく構成し、第１フライアイレンズ１１を通過して第２フライアイレンズ１２に入射される前の光の光路を光軸へ近づける光学部品１３を備える。光学装置１は、第２フライアイレンズ１２よりも受光面積が大きい第１フライアイレンズ１１で光源３１からの光を受光し、受光した光の光束を縮小して液晶パネル２５へ照射する。従来よりも広い受光面積で受光した光を液晶パネル２５へ照射することができるので、光源３１が発光する光の利用効率が向上し、プロジェクタが投影する画像の明るさが向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状に複数のレンズを配列してなり、複数のレンズの夫々が１対１対応する第１フライアイレンズ及び第２フライアイレンズを備え、入射された光が前記第１フライアイレンズ及び前記第２フライアイレンズを順次通過して照射対象に照射され、前記第２フライアイレンズが有する複数のレンズによる像が照射対象上で実質的に重なるように構成してある光学装置において、
前記第１フライアイレンズは、前記第２フライアイレンズよりも受光面積を大きく構成してあり、
入射されて前記第１フライアイレンズを通過した光が通過する位置に配置してあり、前記光が通過する際に、前記光に含まれる少なくとも一部の光の光路を光軸へ近づくように変更する光学部品を備え、
前記第１フライアイレンズが有する各レンズを通過して前記光学部品を通過した光の実質的な焦点位置に、前記レンズに１対１対応する前記第２フライアイレンズのレンズが位置するように構成してあること
を特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記光学部品は、平板をくの字状に折り曲げた形状に透光性材を形成してなり、凸側を前記第１フライアイレンズに向け、光軸を含んだ所定の平面を境にして光軸に垂直な前記平板を前記平面に実質的に対称に折り曲げたように配置してあること
を特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記光学部品は、透光性材を外表面及び内表面が実質的に平行な無底円錐殻状に形成してなり、頂点側を前記第１フライアイレンズに向けて回転対称軸が光軸に実質的に一致するように配置してあること
を特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光学装置と、
該光学装置へ入射する光を発光する光源と、
前記光学装置から光を照射される照射対象である画像デバイスと、
該画像デバイスからの光を投射する手段と
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、光を照射対象に対して照射する光学装置に関し、より詳しくは、入射された光を輝度ムラがないようにして照射対象に照射する光学装置、及び該光学装置を用いたプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
プレゼンテーション又は映像の映写の分野では、画像を形成した液晶パネル又はＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の画像デバイスに光を照射し、画像デバイスで反射又は画像デバイスを透過した光をスクリーン又は壁等に投射することによって、画像を投影するプロジェクタが用いられている。通常、放電ランプ等の光源から発光される光は、光の分布の中心部分が明るく周辺部分が暗くなった輝度ムラを有する。輝度ムラを有する光を用いてプロジェクタで画像を投影した場合は、輝度ムラを有する画像が投影されてしまうという問題があるので、従来のプロジェクタが備える光学装置は、輝度ムラを可及的に解消させた光を画像デバイスに照射するように構成されている。光学装置で光の輝度ムラを解消させる方法として、フライアイレンズを用いた方法がある。特許文献１には、プロジェクタが備える光学系でフライアイレンズを用いて光の輝度ムラを解消させる技術の例が開示されている。
【０００３】
図５は、フライアイレンズを用いた光学装置の構成例を示す模式的断面図である。光学装置に入射された光は、レンズ５１、５２、５３で集光され、一対のフライアイレンズ４１、４２を通過し、更にレンズ５４で集光されて照射対象５５に照射される。フライアイレンズは、複数のレンズが平面状に配置されてなり、フライアイレンズ４１が有するレンズとフライアイレンズ４２が有するレンズとは１対１に対応している。また入射側のフライアイレンズ４１のレンズの焦点位置に、該レンズに対応するフライアイレンズ４２中のレンズが位置し、フライアイレンズ４２中の各レンズによる像が照射対象５５上で互いに略一致するように、光学装置が構成されている。光源からの光がフライアイレンズ４１の複数のレンズによって細分化され、細分化された光の夫々がフライアイレンズ４２の各レンズによって照射対象５５の略同一位置に重なって結像するので、照射対象５５に照射される光の輝度分布は略均一となる。照射対象５５をＤＭＤ等の画像デバイスとした以上の如き光学装置をプロジェクタに備えることにより、投影する画像の輝度ムラを解消させることができる。
【特許文献１】特開平１０−２４６８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
画像デバイスを用いたプロジェクタでは、画像デバイスに照射される光の分布の内、画像デバイスで反射又は画像デバイスを透過して画像の投影のために所定の範囲内へ投射できる光の分布範囲は画像デバイス及び光学系の構成によって限定される。画像デバイスに照射される光の画像デバイスに対する照射角度が所定の範囲外である場合は、照射された光は、画像の投影のために有効に利用することができず、更にはコントラスト低下等の画像の劣化の原因ともなる。即ち、画像を投影するための光は、画像デバイスに対する照射角度が所定の範囲内に入るように照射する必要がある。このため、光学系の構成によっては、光源からの光の内で画像の投影に利用できる割合が小さく、光の利用効率が悪くなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、光源からの光の経路の途中で光束の径を縮小することにより、光の利用効率を向上させることができる光学装置、及び該光学装置を用いたプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光学装置は、平面状に複数のレンズを配列してなり、複数のレンズの夫々が１対１対応する第１フライアイレンズ及び第２フライアイレンズを備え、入射された光が前記第１フライアイレンズ及び前記第２フライアイレンズを順次通過して照射対象に照射され、前記第２フライアイレンズが有する複数のレンズによる像が照射対象上で実質的に重なるように構成してある光学装置において、前記第１フライアイレンズは、前記第２フライアイレンズよりも受光面積を大きく構成してあり、入射されて前記第１フライアイレンズを通過した光が通過する位置に配置してあり、前記光が通過する際に、前記光に含まれる少なくとも一部の光の光路を光軸へ近づくように変更する光学部品を備え、前記第１フライアイレンズが有する各レンズを通過して前記光学部品を通過した光の実質的な焦点位置に、前記レンズに１対１対応する前記第２フライアイレンズのレンズが位置するように構成してあることを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、一対のフライアイレンズを備える光学装置は、光の入射側に配置される第１フライアイレンズの受光面積を第２フライアイレンズよりも大きく構成し、第１フライアイレンズを通過して第２フライアイレンズに入射される前の光の光路を光軸へ近づける光学部品を備える。第１フライアイレンズを通過した光の光路を光学部品で光軸に近づけることにより、第２フライアイレンズよりも受光面積が大きい第１フライアイレンズ中の各レンズの焦点位置に、各レンズに１対１対応する第２フライアイレンズのレンズが位置するように光学装置を構成することができる。
【０００８】
本発明に係る光学装置は、前記光学部品は、平板をくの字状に折り曲げた形状に透光性材を形成してなり、凸側を前記第１フライアイレンズに向け、光軸を含んだ所定の平面を境にして光軸に垂直な前記平板を前記平面に実質的に対称に折り曲げたように配置してあることを特徴とする。
【０００９】
また本発明においては、表面及び裏面が略平行な平板をくの字状に折り曲げた形状に透光性材を形成した光学部品を、くの字状に折り曲げた凸側を第１フライアイレンズ側に向け、光軸を含んだ所定の平面を境にして該平面に実質的に折り曲げたように配置することにより、第１フライアイレンズを通過した光は、光軸に近づくように光路が平行移動し、光束の径が縮小する。
【００１０】
本発明に係る光学装置は、前記光学部品は、透光性材を外表面及び内表面が実質的に平行な無底円錐殻状に形成してなり、頂点側を前記第１フライアイレンズに向けて回転対称軸が光軸に実質的に一致するように配置してあることを特徴とする。
【００１１】
また本発明においては、透光性材を外表面及び内表面が実質的に平行な無底円錐殻状に形成した光学部品を、頂点側を第１フライアイレンズに向けて回転対称軸が光軸に実質的に一致するように配置することにより、第１フライアイレンズを通過した光は、光軸に近づくように光路が平行移動し、光軸周りの全方向に渡って光束の径が縮小する。
【００１２】
本発明に係るプロジェクタは、本発明のいずれか一つに記載の光学装置と、該光学装置へ入射する光を発光する光源と、前記光学装置から光を照射される照射対象である画像デバイスと、該画像デバイスからの光を投射する手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
更に本発明においては、プロジェクタは、画像デバイスを照射対象とした本発明の光学装置を備えることにより、受光面積が大きい第１フライアイレンズで受光した光を画像の投影に利用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にあっては、第２フライアイレンズの受光面積は、照射対象に対する光の照射角度が所定の範囲内に入るようにある程度の大きさに限定される一方で、第１フライアイレンズの受光面積はより大きく構成することが可能であるので、従来よりも広い受光面積で第１フライアイレンズが受光した光を照射対象へ照射することが可能となり、入射される光の利用効率が向上する。
【００１５】
更に本発明にあっては、本発明のプロジェクタは、光源が発光する光の内で画像デバイスへ照射して画像の投影に利用できる光の利用効率が向上するので、コントラスト低下等の画像の劣化を発生させることなく、投影する画像の明るさを向上させることができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明のプロジェクタの光学系の構成を示す模式的断面図である。図中には、一部の光の経路を矢印付の実線で示し、光学系の光軸を一点鎖線で示す。本発明のプロジェクタは、メタルハライドランプ若しくは超高圧水銀ランプ等の白色光を発光する放電ランプ、ＬＥＤ、又はレーザ等を用いた光源３１と、本発明の光学装置１と、光を外部へ投射する投射光学系３２とを備えている。光学装置１は、光源３１からの光を集光するレンズ２１、２２、２３と、第１フライアイレンズ１１と、第２フライアイレンズ１２と、第１フライアイレンズ１１及び第２フライアイレンズ１２の間に配置された光学部品１３と、第２フライアイレンズ１２を通過した光を集光するレンズ２４と、照射対象である液晶パネル（画像デバイス）２５とを備えている。
【００１７】
第１フライアイレンズ１１及び第２フライアイレンズ１２は、複数のレンズを平面状に配列してなり、第１フライアイレンズ１１が有するレンズと第２フライアイレンズ１２が有するレンズとは１対１対応している。また第１フライアイレンズ１１のレンズの焦点位置に、該レンズに対応する第２フライアイレンズ１２中のレンズが位置し、第２フライアイレンズ１２中の各レンズによる像が液晶パネル２５上で互いに略一致するように、光学装置１が構成されている。光源３１からの光は、第１フライアイレンズ１１によって空間的に細分化され、第２フライアイレンズ１２によって輝度分布が略均一化されて液晶パネル２５に照射される。液晶パネル２５は、図示しない制御処理部によって制御されて、モノクロ又はカラーの画像を形成する。液晶パネル２５に照射されて画像を形成した液晶パネル２５を透過した光を、投射光学系３２によって外部へ投射することにより、本発明のプロジェクタは光の像でなる画像を外部のスクリーン又は壁等に投影する。
【００１８】
本発明においては、第１フライアイレンズ１１は、第２フライアイレンズ１２が有するレンズよりもサイズが大きいレンズからなり、第２フライアイレンズ１２よりも受光面積を大きく構成されている。更に、光学部品１３は、通過する光の光路を光学装置１の光軸へ近づくように変更するように構成されている。光学部品１３が第１フライアイレンズ１１及び第２フライアイレンズ１２の間に配置され、第１フライアイレンズ１１を通過した光の光路が光学部品１３によって光軸に近づくように変更されるので、第１フライアイレンズ１１の各レンズを通過して光学部品１３を通過した光は、光学部品１３を通過しない場合よりも光軸に近い位置で結像する。従って、光学部品１３の存在によって、第２フライアイレンズ１２よりも受光面積が大きい第１フライアイレンズ１１の各レンズの焦点位置に、各レンズに１対１対応する第２フライアイレンズ１２の各レンズが位置するように、光学装置１を構成することが可能となる。
【００１９】
図２は、光学部品１３の形状を示す斜視図である。光学部品１３は、表面及び裏面が略平行な平板をくの字状に折り曲げた形状に透光性材を形成してなり、くの字状に折り曲げた凸側を第１フライアイレンズ１１側に向け、光軸を含んだ所定の平面を境にして該平面に実質的に対称に折り曲げたように配置してある。第２フライアイレンズ１２側へ光学部品１３の裾が広がるように配置されているので、第１フライアイレンズ１１を通過して光学部品１３に入射した光は、光軸へ近づくように光学部品１３内で屈折する。また光が入射する面と出射する面とは略平行であるので、光学部品１３へ入射する前と出射した後とで光は略平行である。図２中に示すように、光学部品１３を折り曲げた境の平面に垂直な方向をｙ方向とし、前記平面に平行で光軸に垂直な方向をｘ方向とすると、第１フライアイレンズ１１を通過した光は、光軸に近づくように光路がｙ方向に平行移動し、光束の径がｙ方向に縮小する。
【００２０】
図３は、本発明の光学装置１が光束の径を縮小する効果を示す特性図である。図３（ａ）は、図５に示す同サイズの第１フライアイレンズ４１及び第２フライアイレンズ４２を用いた従来の光学装置で照射対象５５に照射される光の照射角度の分布を示す。図中には、ｘ軸に対する傾きが０°、４５°、９０°及び１３５°に分布する光の光軸に対する角度分布を表す特性図を示した。図中の縦軸は光の強度であり、横軸は光軸に対する角度である。ｘ軸に対する傾きが０°の光に比べ、他の角度で分布する光はより広い照射角度に分布しており、特にｘ軸に対する傾きが９０°即ちｙ軸に平行に分布する光は、最も広い照射角度に分布している。図３（ｂ）は、本発明の光学装置１で液晶パネル２５に照射される光の照射角度の分布を示す。図中には、ｘ軸に対する傾きが０°、４５°、９０°及び１３５°に分布する光の光軸に対する角度分布を表す特性図を示しているが、４本の分布曲線がほぼ同一の分布曲線となっており、従来の光学装置に比べて照射角度の分布がより狭くなっている。特に、ｘ軸に対する傾きが９０°即ちｙ軸に平行に分布する光がより狭い照射角度内に分布するようになっている。従って、本発明の光学装置１により、特にｙ軸方向に光束の径を縮小できることが明らかとなった。
【００２１】
以上の如く、本発明の光学装置１は、第１フライアイレンズ１１を通過した光の光路を光学部品１３で光軸に近づけることにより、第２フライアイレンズ１２よりも受光面積が大きい第１フライアイレンズ１１中の各レンズの焦点位置に、各レンズに１対１対応する第２フライアイレンズ１２のレンズが位置するように構成することができる。第２フライアイレンズ１２の受光面積は、液晶パネル２５に対する光の照射角度が所定の範囲内に入るようにある程度の大きさに限定される一方で、第１フライアイレンズ１１の受光面積はより大きく構成することが可能である。即ち、光学装置１は、第２フライアイレンズ１２よりも受光面積が大きい第１フライアイレンズ１１で光源３１からの光を受光し、第１フライアイレンズ１１を通過した光の光束を光学部品１３で縮小し、光束が縮小した光を第２フライアイレンズ１２から液晶パネル２５へ照射する。従って、従来よりも広い受光面積で第１フライアイレンズ１１が受光した光を液晶パネル２５へ照射することができるので、光源３１が発光する光の利用効率が向上する。
【００２２】
また、光学装置１を備えた本発明のプロジェクタは、光源３１が発光する光の内で液晶パネル２５へ照射して画像の投影に利用できる光の利用効率が向上するので、投影する画像の明るさを向上させることができる。その一方で、第２フライアイレンズ１２は、液晶パネル２５に照射する光の照射角度が、画像を投影するために有効な所定の範囲内になるように限定されたサイズで構成されているので、本発明のプロジェクタは、コントラスト低下等の画像の劣化はない。
【００２３】
図４は、光学部品１３の他の形状の例を示す斜視図である。光学部品１３は、透光性材を外表面及び内表面が実質的に平行な無底円錐殻状に形成してなり、頂点側を第１フライアイレンズ１１に向けて回転対称軸が光軸に実質的に一致するように配置してある。光学部品１３は第１フライアイレンズ１１側へ円錐殻の頂点を向けて配置されているので、第１フライアイレンズ１１を通過して光学部品１３に入射した光は、光軸へ近づくように光学部品１３内で屈折する。また光が入射する面と出射する面とは略平行であるので、光学部品１３へ入射する前と出射した後とで光は略平行である。即ち、図４に示す如き光学部品１３を通過する光は光軸周りの全方向に渡って光軸に近づくように平行移動し、第１フライアイレンズ１１を通過した光の光束が光軸周りの全方向に渡って縮小し、光束が縮小した光を第２フライアイレンズ１２は液晶パネル２５へ照射する。従って、図４に示す光学部品１３を用いた形態においても、本発明の光学装置１は、従来よりも広い受光面積で第１フライアイレンズ１１が受光した光を液晶パネル２５へ照射して、光源３１が発光する光の利用効率を向上させることができる。同様に、図４に示す光学部品１３を用いたプロジェクタは、投影する画像の明るさを向上させることができる。
【００２４】
なお本実施の形態においては、プロジェクタは、画像を形成する画像デバイスとして液晶パネル２５を備えた形態を示したが、これに限るものではなく、本発明のプロジェクタは、画像デバイスとしてＤＭＤ等のその他の画像デバイスを備えた形態であってもよい。ＤＭＤを備えた形態の場合は、本発明のプロジェクタは、光学装置１の照射対象をＤＭＤとし、ＤＭＤからの反射光を投射光学系３２で投射する構成となる。また本実施の形態においては、プロジェクタは、外部のスクリーン又は壁等へ画像を投影するフロントプロジェクション方式の形態を示したが、これに限るものではなく、本発明のプロジェクタは、図示しない透過型のスクリーンを備え、スクリーンの背面から投射光学系３２で光を投射することによってスクリーンに画像を投影するリアプロジェクション方式の形態であってもよい。
【００２５】
更に本実施の形態においては、本発明の光学装置１をプロジェクタに備えた形態を示したが、これに限るものではなく、本発明の光学装置１は、スポット照明の光源等、プロジェクタ以外で輝度ムラのない光を照射することが求められる装置で用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のプロジェクタの光学系の構成を示す模式的断面図である。
【図２】光学部品の形状を示す斜視図である。
【図３】本発明の光学装置が光束の径を縮小する効果を示す特性図である。
【図４】光学部品の他の形状の例を示す斜視図である。
【図５】フライアイレンズを用いた光学装置の構成例を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  光学装置
１１  第１フライアイレンズ
１２  第２フライアイレンズ
１３  光学部品
２５  液晶パネル（照射対象、画像デバイス）
３１  光源
３２  投射光学系
【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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