JP2005116266A - Illumination device, display device, and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明装置、特に固体発光素子を光源とする照明装置、この照明装置を備える表示装置及びプロジェクタに関する。 The present invention relates to an illuminating device, in particular, an illuminating device using a solid light emitting element as a light source, a display device including the illuminating device, and a projector.
近年、プロジェクタの光源として発光ダイオード(LED)等の固体発光素子を用いることが提案されている。固体発光素子は、特定の波長領域の光を放射するため、色純度の高い光を得ることができる。固体発光素子をプロジェクタに用いると、各々の固体発光素子の発光輝度特性のばらつきや発光部の形状のばらつきにより、スクリーン上に投写された画像に色むらを生じてしまう。このような色むらを低減する方法が、例えば、以下の特許文献に開示されている。 In recent years, it has been proposed to use a solid state light emitting device such as a light emitting diode (LED) as a light source of a projector. Since the solid light emitting element emits light in a specific wavelength region, light with high color purity can be obtained. When a solid state light emitting device is used in a projector, unevenness in color occurs in an image projected on a screen due to variation in light emission luminance characteristics of each solid state light emitting device and variation in shape of a light emitting portion. A method for reducing such color unevenness is disclosed in, for example, the following patent documents.
しかしながら、特許文献1では、特殊なカライドスコープを必要としてしまう。また、特許文献2に開示された構成では、光源の駆動信号を補正する制御系を設けている。このように何れの文献においても、簡便な構成で色むらを低減することはできないので問題である。 However, Patent Document 1 requires a special kaleidoscope. In the configuration disclosed in Patent Document 2, a control system for correcting the drive signal of the light source is provided. As described above, in any of the documents, color unevenness cannot be reduced with a simple configuration, which is a problem.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡便な構成で被照射面の色むらを低減した照明装置、この照明装置を備える表示装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an illumination device that reduces color unevenness of a surface to be irradiated with a simple configuration, a display device including the illumination device, and a projector.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第1の発明によれば、異なる波長領域の照明光を供給する少なくとも2つの発光部と、各発光部ごとに設けられ、所定面において発光部の像の大きさと形状との少なくとも一方が略同一となるように発光部を結像させる結像光学系とを有することを特徴とする照明装置を提供できる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the first invention, at least two light emitting units that supply illumination light in different wavelength regions, and provided for each light emitting unit, emit light on a predetermined surface. It is possible to provide an illuminating device having an imaging optical system that forms an image of the light emitting portion so that at least one of the size and shape of the image of the portion is substantially the same.
発光部として、例えばLED等の固体発光素子を用いることができる。発光部は、異なる波長領域の光を供給する。本照明装置をプロジェクタの光源として用いる場合、少なくとも2つの発光部からの、異なる波長領域の光を所定面又はその共役面である被照射面に照射する。このとき、固体発光素子は、発光チップの電極パターンの形状や大きさ、ボンディングワイヤの形状や大きさ、ボンディングパッドの形状や大きさなどがそれぞれ異なっている場合がある。ここで、形状とは、形及び位置を含めたものをいう。この場合、所定面における複数の発光部の像は、相互に電極パターン等の大きさや形状が異なったものとなる。このため、例えば、赤色光(以下、「R光」という。)を供給する発光部の像と、緑色光(以下、「G光」という。)を供給する発光部の像との形状や大きさが異なってしまう。これにより、色むらが生ずる。これに対して、第1の発明では、各発光部ごとに設けられ、所定面において発光部の像の大きさと形状との少なくとも一方が略同一となるように発光部を結像させる結像光学系を設けている。この結果、所定面又はその共役面である被照射面において、各発光部の像の大きさと形状との少なくとも一方を略一致させることができる。好ましくは、各発光部の像の大きさと形状との両方を略一致させることが望ましい。これにより、簡便な構成で、所定面又はその共役面である被照射面において色むらの低減された照明光を得ることができる。 As the light emitting unit, for example, a solid light emitting element such as an LED can be used. The light emitting unit supplies light in different wavelength regions. When this illumination device is used as a light source of a projector, light in different wavelength regions from at least two light emitting units is irradiated onto an irradiated surface that is a predetermined surface or a conjugate surface thereof. At this time, the solid-state light-emitting elements may have different shapes and sizes of the electrode patterns of the light-emitting chips, shapes and sizes of bonding wires, shapes and sizes of bonding pads, and the like. Here, the shape means a shape including a shape and a position. In this case, the images of the plurality of light emitting portions on the predetermined surface have different sizes and shapes such as electrode patterns. Therefore, for example, the shape and size of an image of a light emitting unit that supplies red light (hereinafter referred to as “R light”) and an image of a light emitting unit that supplies green light (hereinafter referred to as “G light”). Will be different. As a result, color unevenness occurs. In contrast, in the first aspect of the invention, the imaging optics is provided for each light emitting unit and forms an image of the light emitting unit so that at least one of the size and shape of the image of the light emitting unit is substantially the same on a predetermined surface. A system has been established. As a result, at least one of the size and the shape of the image of each light emitting portion can be substantially matched on the predetermined surface or the irradiated surface which is a conjugate surface thereof. Preferably, it is desirable that both the size and the shape of the image of each light emitting unit are substantially matched. Thereby, it is possible to obtain illumination light with reduced color unevenness on a predetermined surface or an irradiated surface that is a conjugate surface thereof with a simple configuration.
また、第1の発明の好ましい態様によれば、発光部は、赤色光を供給する第1色光用発光部と、緑色光を供給する第2色光用発光部と、青色光を供給する第3色光用発光部とからなることが望ましい。R光を供給する第1色光用発光部と、G光を供給する第2色光用光源部と、青色光(以下、「B光」という。)を供給する第3色光用発光部との3つの発光部を用いることで、高い色純度のフルカラー照明を行うことができる。 Further, according to a preferred aspect of the first invention, the light emitting section includes a first color light emitting section that supplies red light, a second color light emitting section that supplies green light, and a third light that supplies blue light. It is desirable to comprise a light emitting part for color light. 3 of a first color light emitting unit that supplies R light, a second color light source unit that supplies G light, and a third color light emitting unit that supplies blue light (hereinafter referred to as “B light”). By using two light emitting portions, full color illumination with high color purity can be performed.
また、第1の発明の好ましい態様によれば、所定面を複数の領域に分割し、各領域ごとに発光部と結像光学系とが設けられていることが望ましい。これにより、色むらの低減された照明光を大きな所定面に供給できる。また、結像光学系を調整することで、各領域ごとに明るさ(照度)を変化させることもできる。 According to a preferred aspect of the first invention, it is desirable that the predetermined surface is divided into a plurality of regions, and a light emitting unit and an imaging optical system are provided for each region. Thereby, illumination light with reduced color unevenness can be supplied to a large predetermined surface. Moreover, the brightness (illuminance) can be changed for each region by adjusting the imaging optical system.
また、第1の発明の好ましい態様によれば、入射端面より入射した照明光を内壁又は外壁に反射させて射出端面より射出させるロッドをさらに有し、ロッドは、所定面と入射端面とが略一致する位置に設けられていることが望ましい。本態様のロッドは、いわゆるロッドインテグレータとして機能する。このため、ロッドの射出端面又はその共役面では、重畳的に均一な色むらの低減された照明光を得ることができる。 According to a preferred aspect of the first aspect of the present invention, the rod further includes a rod that reflects the illumination light incident from the incident end face to the inner wall or the outer wall and emits the light from the exit end face. It is desirable that they are provided at the matching positions. The rod of this aspect functions as a so-called rod integrator. For this reason, it is possible to obtain illumination light in which uniform color unevenness is reduced on the exit end surface of the rod or its conjugate surface.
また、第1の発明の好ましい態様によれば、照明光を複数の部分光に分割してそれぞれ集光する複数のフライアイレンズからなるレンズアレイと、部分光を被照射面に重畳させる重畳レンズとをさらに有し、レンズアレイは、フライアイレンズと所定面とが略一致する位置に設けられていることが望ましい。本態様のレンズアレイは、いわゆるフライアイインテグレータとして機能する。このため、レンズアレイの被照射面では、重畳的に均一な色むらの低減された照明光を得ることができる。 Moreover, according to the preferable aspect of 1st invention, the lens array which consists of a some fly eye lens which divides illumination light into several partial light, and each condenses, and the superimposition lens which superimposes partial light on a to-be-irradiated surface It is desirable that the lens array be provided at a position where the fly-eye lens and the predetermined surface substantially coincide with each other. The lens array of this aspect functions as a so-called fly eye integrator. For this reason, it is possible to obtain illumination light in which uniform color unevenness is reduced on the irradiated surface of the lens array.
また、第2の発明によれば、上述の照明装置と、所定面、又は所定面の共役面の位置に設けられ、入射光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置とを有することを特徴とする表示装置を提供できる。これにより、例えば、直視型の表示装置において、簡便な構成で色むらの低減された表示像を得ることができる。 In addition, according to the second invention, the illumination device described above and a spatial light modulation device that is provided at a position of a predetermined surface or a conjugate surface of the predetermined surface and modulates incident light according to an image signal. A characteristic display device can be provided. Thereby, for example, in a direct-view display device, a display image with reduced color unevenness can be obtained with a simple configuration.
また、第3の発明によれば、上述の表示装置と、変調された光を投写する投写レンズとを有することを特徴とするプロジェクタを提供できる。これにより、簡便な構成で色むらの低減された投写像を得ることができる。 According to the third aspect of the invention, it is possible to provide a projector including the display device described above and a projection lens that projects the modulated light. Thereby, a projection image with reduced color unevenness can be obtained with a simple configuration.
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.
図1は、本発明の実施例1に係る照明装置100の概略構成を示す。発光部101は、R光を供給する第1色光用発光部であるR光用LED101Rと、G光を供給する第2色光用発光部であるG光用LED101Gと、B光を供給する第3色光用発光部であるB光用LED101Bとから構成される。また、各色光用LED101R、101G、101Bごとに結像光学系102R、102G、102Bがそれぞれ設けられている。図1においては、結像光学系102R、102G、102Bは正屈折力の両凸単レンズであるが、これに限られず複数枚のレンズからなる光学系でも良い。結像光学系102R、102G、102Bは、所定面である被照射面103において、R光用LED101Rと、G光用LED101Gと、B光用LED101Bとの像の大きさと形状(位置を含む)との少なくとも一方が略同一となるように結像させる。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
さらに、各色光用LED101R、101G、101Bは、被照射面103において、その像が相互に略同一となるように配置されている。例えば、R色光用LED101RとB色光用LED101Bとは、G色光用LED101Gを中心として対称な位置に設けられている。さらに、各色光用LED101R、101G、101Bそれぞれについて、電極パターン、電極形状、ボンディングワイヤの位置等が同一方向に揃うように配置されている。
Further, the
図2は、R光用LED101Rの被照射面103における像を示す。被照射面103においては、図2に示すように、R光用LED101Rの電極パターン105やボンディングワイヤ104が結像光学系102Rにより結像される。G光用LED101GやB光用LED101Bの電極パターン105やボンディングワイヤ104も、R光用LED101Rの像に略重なって結像する。このように、各色用LED101R、101G、101Bの電極パターンやボンディングワイヤの像の大きさと形状(位置を含む)が相互に略同一となる。このため、被照射面103における色むらを低減できる。
FIG. 2 shows an image on the
また、照明装置100は、R光用LED101RとG光用LED101GとB光用LED101Bとの3つの固体発光素子を用いて照明する。これにより、高い色純度のフルカラー照明を行うことができる。
In addition, the
図3は、本発明の実施例2に係る照明装置300の概略構成を示す。本実施例では、所定面である被照射面103は、3つの領域103a、103b、103cに分割されている。そして、各領域103a、103b、103cごとに、それぞれ発光部101X、101Y、101Zが設けられている。さらに、各発光部101X、101Y、101Zは、上記実施例1と同様に3つの各色光用LED101R、101G、101Bと、結像光学系102R、102G、102Bとから構成されている。
FIG. 3 shows a schematic configuration of a
ロッドレンズ301は、被照射面103を所定の位置へリレーして結像する。これにより、被照射面103と共役な面において色むらの低減された照明を行うことができる。本実施例の構成は、特に大きな領域の被照射面103を照明する場合に好適である。また、各発光部101X、101Y、101Zごとに結像光学系102R、102G、102Bの調整を行うことで、各領域ごとの明るさ(照度)を変化させることができる。さらに、各発光部101X、101Y、101Zからの照明光は、照明領域の周辺部で光量が低下する場合がある。このため、図3に示すように、各発光部101X、101Y、101Zは、それぞれ各領域103a、103b、103cよりも多少大きめの領域を照明することが望ましい。これにより、例えば、領域103aと領域103bとの境界部分では、発光部101Xと発光部101Yとの両方の照明光が重複して照射される。この結果、各発光部101X、101Y、101Zからの照明光の周辺光量が低下している場合でも、各領域103a、103b、103cの境界部分では、照明光量の低下を低減できる。
The
図4は、本発明の実施例3に係る直視型の表示装置400の概略構成を示す。上記実施例1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。表示装置400は、発光部101と、ロッド401と、リレーレンズ402と、液晶ライトバルブ403とから構成される。ロッド401は、所定面である被照射面103と入射端面401aとが略一致する位置に設けられている。R光用LED101RとG光用LED101GとB光用LED101Bとからの各色光は、ガラス材料(BK7、石英等)からなる四角柱の形状をしたロッド401の入射端面401aより入射する。そして、ロッド401の外壁における界面の全反射条件を利用して外壁に反射しながら照明光を射出端面401bより射出する。このように、導光路が中空ではなく特定の光学部材が充填されている、いわゆるソリッド型ロッドインテグレータは、全反射条件(TIR条件)に従って反射させて導光する。このため、界面において略100%の反射率を得ることができる。従って、中空のロッドインテグレータに比較して光の伝達効率が向上する。なお、ロッド401は、四角柱の形状に限らず、内面を反射膜で形成した中空のロッドであっても構わない。
FIG. 4 shows a schematic configuration of a direct-
ロッド401は、いわゆるロッドインテグレータとして機能するため、ロッド401の射出端面401b又はその共役面では、重畳的に均一な照明光を得ることができる。リレーレンズ402は、ロッド401の射出端面401bを共役面に結像する。そして、この共役面に空間光変調装置である透過型の液晶ライトバルブ403が設けられている。液晶ライトバルブは、照明光を画像信号に応じて変調して射出する。各色光用LED101R、101G、101Bは、それぞれ順番に点灯して、液晶ライトバルブ403を照明する。観察者は、R光、G光、B光の変調光を時間的に積分してフルカラー像を観察する。
Since the
この構成において、ロッド401の射出端面401b又はその共役面では、重畳的に均一な色むらの低減された照明光を得ることができる。また、ロッド401の入射端面401aでは、各色光用LED101R、101G、101Bの大きさと形状(位置を含む)が相互に略同一となる。このため、被照射面103における色むらを低減できるので、観察者は矢印A方向から高品質な表示画像を観察できる。
In this configuration, illumination light with reduced uniform color unevenness can be obtained on the
また、R光とG光とB光とを順次投写して、全体として白色の投写画像を得るためには、G光の光束量を全体の光束量に対して60%から80%程度にする必要がある。このため、R光用、B光用、及びG光用の各LEDを同数量ずつ配列した場合は、G光用LED101Gの点灯時間を、R光用、B光用のLEDの点灯時間よりも長くすること、又はG光用LED101Gの駆動電流を大きくしてR光用、B光用のLEDよりも発光強度を大きくすることが望ましい。
Further, in order to sequentially project the R light, the G light, and the B light to obtain a white projected image as a whole, the light flux amount of the G light is set to about 60% to 80% with respect to the total light flux amount. There is a need. For this reason, when the same number of LEDs for R light, B light, and G light are arranged, the lighting time of the G
図5は、本発明の実施例4に係るプロジェクタ500の概略構成を示す。上記実施例1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。プロジェクタ500は、発光部101と、平行化レンズ501と、フライアイレンズ502、503と、重畳レンズ504と、透過型の液晶ライトバルブ505と、投写レンズ506とから構成される。
FIG. 5 shows a schematic configuration of a
平行化レンズは、発光部101からのR光、G光、B光を略平行光に変換してフライアイレンズ502へ導く。フライアイレンズ502、503は、矩形状の輪郭を有する微小レンズをマトリックス状に配列したレンズアレイである。各微小レンズの外形形状は、光軸方向から見た場合には、照明光を電気的信号に基づいて変調して画像光を形成する空間光変調器である液晶ライトバルブ505の画像形成領域の外形形状とは略同一の形状となるように構成されている。
The collimating lens converts R light, G light, and B light from the
フライアイレンズ502は、発光部101から放射された照明光を複数の部分光に分割して、部分光毎にフライアイレンズ503の各微小レンズに集光させる。フライアイレンズ503は、複数に分割された部分光を各部分光毎に射出して、重畳レンズ504に入射させる。そして、重畳レンズ504は、複数に分割された部分光を重畳させて、液晶ライトバルブ505に照射する。さらに、重畳レンズ504は、液晶ライトバルブ505の画像形成領域のみならず、画像形成領域に共役な面上に照明光を重畳させても良い。画像形成領域に共役な面に照明光を重畳させた場合は、リレー光学系又はリレー結像手段を用いて重畳された照明光を画像形成領域上に結像させる。そして、各色光用LED101R、101G、101Bは、それぞれ順番に点灯して、液晶ライトバルブ403を照明する。投写レンズ506は、液晶ライトバルブ505で変調された光をスクリーン507へ投写する。観察者は、R光、G光、B光の変調光を時間的に積分して認識するためフルカラー像を観察できる。
The fly-
ここで、フライアイレンズ502は、所定面である被照射面103に略一致する位置に設けられている。フライアイレンズ502、503とからなるレンズアレイは、いわゆるフライアイインテグレータとして機能する。このため、レンズアレイからの照明光の重畳面では、均一な照明光を得ることができる。さらに、フライアイレンズ502の入射端面では、各色光用LED101R、101G、101Bの大きさと形状(位置を含む)が相互に略同一となる。このため、被照射面103及びその共役面である重畳面における色むらを低減できる。これにより、観察者は、スクリーン507において、色むらの低減された高品質な投写画像を観察できる。
Here, the fly-
最後に、本発明の実施例として示してきたレンズアレイ、重畳レンズ、ロッド、結像光学系、液晶ライトバルブ等における配置、形状、形態、大きさ等は、各実施例で使われた光学系の適用に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で他の光学系に適用しても構わない。また、空間光変調装置も液晶ライトバルブに限られるものではなく、例えば、DMD(テキサスインスツルメント社製)を用いることもできる。 Finally, the arrangement, shape, form, size, etc. in the lens array, superimposing lens, rod, imaging optical system, liquid crystal light valve, etc. that have been shown as examples of the present invention are the optical systems used in each example. However, the present invention may be applied to other optical systems without departing from the gist of the present invention. Further, the spatial light modulator is not limited to the liquid crystal light valve. For example, DMD (manufactured by Texas Instruments) can be used.
以上のように、本発明に係る照明装置は、固体発光素子を用いる装置に有用であり、特に、直視形の表示装置やプロジェクタに適している。 As described above, the lighting device according to the present invention is useful for a device using a solid light-emitting element, and is particularly suitable for a direct-view display device or projector.
100 照明装置、101R、101G、101B、各色光用LED、102R、102G、102B 結像光学系、103 被照射面、101X、101Y、101B 発光部、103a、103b、103c 各領域、104 ボンディングワイヤ、105 電極パターン、300 照明装置、301 ロッドレンズ、400 表示装置、401 ロッド、401b 射出端面、401a 入射端面、402 リレーレンズ、403 液晶ライトバルブ、500 プロジェクタ、501 平行化レンズ、502 フライアイレンズ、503 フライアイレンズ、504 重畳レンズ、505 液晶ライトバルブ、506 投写レンズ、507 スクリーン
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記各発光部ごとに設けられ、所定面において前記発光部の像の大きさと形状との少なくとも一方が略同一となるように前記発光部を結像させる結像光学系とを有することを特徴とする照明装置。 At least two light emitting units for supplying illumination light in different wavelength regions;
An imaging optical system provided for each of the light emitting units and configured to form an image of the light emitting unit so that at least one of a size and a shape of an image of the light emitting unit is substantially the same on a predetermined surface; Lighting device.
前記ロッドは、前記所定面と前記入射端面とが略一致する位置に設けられていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の照明装置。 A rod that reflects the illumination light incident from the incident end face to the inner wall or the outer wall and emits the light from the exit end face;
The lighting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the rod is provided at a position where the predetermined surface and the incident end surface substantially coincide with each other.
前記部分光を被照射面に重畳させる重畳レンズとをさらに有し、
前記レンズアレイは、前記フライアイレンズと前記所定面とが略一致する位置に設けられていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の照明装置。 A lens array composed of a plurality of fly-eye lenses that divide the illumination light into a plurality of partial lights and condense them respectively;
A superimposing lens that superimposes the partial light on the irradiated surface;
The illumination device according to any one of claims 1 to 3, wherein the lens array is provided at a position where the fly-eye lens and the predetermined surface substantially coincide with each other.
前記所定面、又は前記所定面の共役面の位置に設けられ、入射光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置とを有することを特徴とする表示装置。 The illumination device according to any one of claims 1 to 5,
A display device comprising: a spatial light modulation device that is provided at a position of the predetermined surface or a conjugate surface of the predetermined surface and modulates incident light according to an image signal.
変調された光を投写する投写レンズとを有することを特徴とするプロジェクタ。 A display device according to claim 6;
A projector having a projection lens for projecting modulated light.
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