JP2008262029A - Illuminator and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明装置及びプロジェクタに関する。 The present invention relates to a lighting device and a projector.
近年の投射型画像表示装置では、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられるのが一般的である。しかし、このような放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、色再現範囲が狭い、ランプから放射された紫外線が液晶ライトバルブを劣化させてしまうことがある等の課題がある。そこで、この問題を解決するために、放電ランプの代わりに、単色光を照射するレーザ光源を用いた投射型画像表示装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
この特許文献1に記載のレーザディスプレイ装置は、赤色,緑色,青色の半導体レーザと、各半導体レーザから射出されたレーザ光を平行光にする複数のコリメータレンズと、コリメータレンズにより平行化された光の強度分布を均一化する複数のマイクロレンズと、各マイクロレンズから射出された光を変調する空間光変調器とを備えている。そして、各空間光変調器を通過した光は、ダイクロイックミラーにより合成され、プロジェクタレンズによりスクリーンに表示されるようになっている。このレーザディスプレイ装置は、マイクロレンズが光軸を回転軸として回転可能となっており、このマイクロレンズを回転させることによって空間光変調器を照射するレーザ光のスペックルノイズを低減もしくは消滅するようになっている。
In recent projection type image display apparatuses, a discharge lamp such as an ultrahigh pressure mercury lamp is generally used as a light source. However, such a discharge lamp has problems such as a relatively short life, difficulty in instantaneous lighting, a narrow color reproduction range, and ultraviolet light emitted from the lamp may deteriorate the liquid crystal light bulb. In order to solve this problem, a projection type image display apparatus using a laser light source that emits monochromatic light instead of a discharge lamp has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
The laser display device described in
また、スペックルノイズを低減する方法として、拡散板を用いた方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
特許文献2に記載の露光照明装置は、照明光源と被照明面との間に擦りガラスのようなランダムな凹凸面を有する拡散板を挿入する。そして、この拡散板を回転させることにより、像面に生じるスペックルパターンを時間的に変動させ、受光系の応答速度内での積分効果によりスペックルパターンを平均化する方法である。
In the exposure illumination apparatus described in
しかしながら、上記特許文献1に記載のレーザディスプレイ装置では、スペックルを低減させるために、マイクロレンズを回転させているため、回転駆動系等の機構部品が必要になり、コストが高くなってしまう。
また、特許文献2に記載の技術では、拡散板を回転させて、入射した光を拡散させているため、拡散板の後段に配置された光学系に入射する光に損失が生じることになる。
However, in the laser display device described in
Further, in the technique described in
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、スペックルノイズを抑えるとともに、光の利用効率が高く、低コスト化を図ることが可能な照明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 to solve the above-described problems, and provides an illumination device and a projector that can suppress speckle noise, have high light utilization efficiency, and can reduce costs. With the goal.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の照明装置は、所定の被照射面における対象照明領域を照明するための照明光を生成する照明装置であって、光を射出する光源と、該光源から射出された光が入射され焦点位置を変化可能な可変焦点レンズと、該可変焦点レンズから射出された光を重畳させ、前記対象照明領域を照明する重畳照明素子と、前記可変焦点レンズの焦点位置が時間的に変化するように制御する制御部とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
An illuminating device of the present invention is an illuminating device that generates illumination light for illuminating a target illumination area on a predetermined irradiated surface, and a light source that emits light, and light emitted from the light source is incident and focused A variable focus lens whose position can be changed, a superimposing illumination element that superimposes light emitted from the variable focus lens and illuminates the target illumination area, and a focal position of the variable focus lens changes with time. And a control unit for controlling.
本発明に係る照明装置では、光源から射出された光は、可変焦点レンズに入射する。そして、可変焦点レンズに入射した光は、重畳照明素子を照明する照明光として射出され、被照射面の対象照明領域を照明する。
このとき、制御部により、可変焦点レンズの焦点位置が時間的に変化されるため、可変焦点レンズから射出される光のビーム径が変化する。すなわち、可変焦点レンズから射出され重畳照明素子を照明する光の照射領域が変わる。これにより、重畳照明素子から射出された光は、スペックルパターンが時間的に変化するため、人間の眼の残像効果により時間積分され、スペックルノイズが抑えられた光となる。すなわち、本発明の照明装置は、従来のように拡散板を備えるのではなく、可変焦点レンズの焦点位置を時間的に変化させることにより、重畳照明素子から射出される光のスペックルのパターンを時間的に変化させている。これにより、光利用効率を低下させることなく、対象照明領域に照明される光にスペックルノイズが発生するのを低減することが可能となる。
さらには、従来のように拡散板を回転させる光学系に比べて、光源から射出された光を重畳照明素子に射出させる既存の光学素子を可変焦点レンズにしているため、部品点数を増やさないので、低コスト化を図ることが可能となる。
また、重畳照明素子によって重畳された光により被照射面を照明するため、可変焦点レンズの焦点位置が変化し、重畳照明素子に入射する光の照明領域が変わっても、対象照明領域を均一に照明することが可能となる。
なお、焦点位置の変化とは、可変焦点レンズの光軸に沿った焦点距離の変化や、光軸からずれた焦点距離の変化を含む。
In the illuminating device according to the present invention, the light emitted from the light source enters the variable focus lens. And the light which injected into the variable focus lens is inject | emitted as illumination light which illuminates a superimposition illumination element, and illuminates the target illumination area | region of a to-be-irradiated surface.
At this time, since the focal position of the variable focus lens is temporally changed by the control unit, the beam diameter of the light emitted from the variable focus lens changes. That is, the irradiation area of the light emitted from the variable focus lens and illuminating the superimposed illumination element changes. Thereby, since the speckle pattern of the light emitted from the superimposed illumination element changes with time, the light is integrated with time by the afterimage effect of the human eye and speckle noise is suppressed. That is, the illumination device of the present invention does not include a diffuser plate as in the prior art, but changes the focal position of the variable focus lens with time, thereby changing the speckle pattern of light emitted from the superimposed illumination element. It changes with time. As a result, it is possible to reduce the occurrence of speckle noise in the light illuminated on the target illumination area without reducing the light utilization efficiency.
Furthermore, compared to the conventional optical system that rotates the diffusion plate, the existing optical element that emits the light emitted from the light source to the superimposed illumination element is a variable focus lens, so the number of components is not increased. It is possible to reduce the cost.
In addition, since the surface to be illuminated is illuminated by the light superimposed by the superimposing illumination element, the target illumination area is made uniform even if the focal position of the variable focus lens changes and the illumination area of the light incident on the superimposing illumination element changes. It can be illuminated.
Note that the change in the focal position includes a change in focal length along the optical axis of the variable focus lens and a change in focal length shifted from the optical axis.
また、本発明の照明装置は、前記光源が移動可能に配置され、前記可変焦点レンズの焦点位置の変化に応じて前記光源を移動させる光源移動手段を備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the illuminating device of this invention is provided with the light source moving means which arrange | positions the said light source so that a movement is possible, and moves the said light source according to the change of the focus position of the said variable focus lens.
本発明に係る照明装置では、光源移動手段により、可変焦点レンズの焦点位置の変化に応じて光源を移動させる。このように、可変焦点レンズの焦点位置の変化に加え、光源を移動させることにより、可変焦点レンズから射出される光の重畳照明素子上の照射領域がより多く変化する。したがって、対象照明領域に照明される光にスペックルノイズが発生するのをより効果的に低減することが可能となる。 In the illumination device according to the present invention, the light source is moved by the light source moving means in accordance with the change in the focal position of the variable focus lens. As described above, in addition to the change in the focal position of the variable focus lens, the irradiation area on the superimposed illumination element of the light emitted from the variable focus lens changes more by moving the light source. Therefore, it is possible to more effectively reduce the occurrence of speckle noise in the light illuminated in the target illumination area.
また、本発明の照明装置は、前記光源移動手段は、前記可変焦点レンズの焦点位置に前記光源が位置するように移動させることが好ましい。 In the illumination device of the present invention, it is preferable that the light source moving unit moves the light source so that the light source is positioned at a focal position of the variable focus lens.
本発明に係る照明装置では、光源移動手段が、可変焦点レンズの焦点位置に光源を配置するように移動させるため、重畳照明素子には平行光が入射される。これにより、重畳照明素子から射出される光の変換効率を向上させることができる。 In the illuminating device according to the present invention, the light source moving means moves the light source so as to place the light source at the focal position of the variable focus lens, so that parallel light is incident on the superimposed illumination element. Thereby, the conversion efficiency of the light inject | emitted from a superimposition illumination element can be improved.
また、本発明の照明装置は、前記可変焦点レンズの焦点位置の変化しない時間に、前記光源移動手段が前記光源を移動させることが好ましい。 In the illumination device of the present invention, it is preferable that the light source moving unit moves the light source during a time when the focal position of the variable focus lens does not change.
本発明に係る照明装置では、可変焦点レンズの焦点位置の変化しない時間に、光源移動手段が光源を移動させる。これにより、重畳照明素子を照明する光のビーム径が変化しない時間がないため、対象照明領域を照明する照明領域が常に変化する。したがって、重畳照明素子から射出される光にスペックルノイズを低減することができる。これにより、光利用効率を低下させることなく、より確実にスペックルノイズの発生を抑えた均一な照明光を対象照明領域に照射することが可能となる。 In the illumination device according to the present invention, the light source moving means moves the light source during the time when the focal position of the variable focus lens does not change. Thereby, since there is no time during which the beam diameter of the light that illuminates the superimposed illumination element does not change, the illumination area that illuminates the target illumination area always changes. Therefore, speckle noise can be reduced in the light emitted from the superimposed illumination element. Thereby, it becomes possible to irradiate the target illumination area with uniform illumination light that more reliably suppresses the generation of speckle noise without lowering the light utilization efficiency.
また、本発明の照明装置は、前記光源及び前記可変焦点レンズが複数設けられ、前記複数の光源のそれぞれに対応して前記可変焦点レンズが設けられ、前記制御部により、前記複数の可変焦点レンズのうち、少なくとも1つの前記可変焦点レンズの焦点位置が常時変化するように制御することが好ましい。 In the illumination device of the present invention, a plurality of the light sources and the variable focus lenses are provided, the variable focus lenses are provided corresponding to the plurality of light sources, and the control unit controls the plurality of variable focus lenses. Among these, it is preferable to control so that the focal position of at least one of the variable focus lenses is constantly changed.
本発明に係る照明装置では、制御部により、複数の可変焦点レンズのうち、少なくとも1つの可変焦点レンズの焦点位置が常時変化するように制御する。すなわち、複数の光源のそれぞれに対応して可変焦点レンズが設けられているため、光源を移動させずに複数の可変焦点レンズの焦点位置を変化させるだけで、重畳照明素子から射出される光にスペックルノイズが発生するのを低減することができる。これにより、光利用効率を低下させることなく、より確実にスペックルノイズの発生を抑えた均一な照明光を対象照明領域に照射することが可能となる。
さらに、可変焦点レンズの焦点位置の変化に加え、光源を移動させることにより、さらに多くのスペックルパターンが重畳照明素子から射出される。したがって、より効果的にスペックルノイズを抑えることが可能となる。
In the illumination device according to the present invention, the control unit controls the focal position of at least one variable focus lens among the plurality of variable focus lenses so as to constantly change. That is, since a variable focus lens is provided corresponding to each of the plurality of light sources, the light emitted from the superimposed illumination element can be changed by simply changing the focal position of the plurality of variable focus lenses without moving the light source. The generation of speckle noise can be reduced. Thereby, it becomes possible to irradiate the target illumination area with uniform illumination light that more reliably suppresses the generation of speckle noise without lowering the light utilization efficiency.
Furthermore, by moving the light source in addition to the change in the focal position of the variable focus lens, more speckle patterns are emitted from the superimposed illumination element. Therefore, speckle noise can be suppressed more effectively.
また、本発明の照明装置は、前記可変焦点レンズが、容器に充填された油滴と、該油滴を覆うとともに前記油滴と屈折率の異なる電解液と、該電解液に電圧を印加する電極とを備え、前記制御部が、前記電極に印加される電圧を制御することにより、前記油滴の曲率を変化させることが好ましい。 Further, in the illumination device of the present invention, the variable focus lens applies an electric voltage to the oil droplet filled in the container, an electrolytic solution that covers the oil droplet and has a refractive index different from that of the oil droplet, and the electrolytic solution. It is preferable that the curvature of the oil droplet is changed by controlling the voltage applied to the electrode.
本発明に係る照明装置では、制御部により電解液と油滴との界面形状を変化させる。これにより、油滴の曲率が時間とともに変化するため、この変化に伴い焦点位置も変化する。したがって、油滴及び電解液の応答速度が速いため、複数の可変焦点レンズの焦点位置を高速で調節することが可能となる。 In the illumination device according to the present invention, the interface shape between the electrolytic solution and the oil droplet is changed by the control unit. Thereby, since the curvature of the oil droplet changes with time, the focal position also changes with this change. Therefore, since the response speed of the oil droplets and the electrolytic solution is fast, the focal positions of the plurality of variable focus lenses can be adjusted at high speed.
また、本発明の照明装置は、前記可変焦点レンズが、円形状の中心電極及び半径の異なる複数の同心円状の輪帯電極が形成された第1基板と、一面に共通電極が形成された第2基板と、前記第1基板及び前記第2基板との間に設けられた液晶とを備え、
前記制御部が、前記中心電極,前記輪帯電極及び前記共通電極に印加される電圧を制御することにより、前記液晶の配向状態を制御することが好ましい。
In the illumination device of the present invention, the variable focus lens includes a first substrate on which a circular center electrode and a plurality of concentric annular electrodes having different radii are formed, and a common electrode formed on one surface. Two substrates, and a liquid crystal provided between the first substrate and the second substrate,
It is preferable that the control unit controls the alignment state of the liquid crystal by controlling a voltage applied to the center electrode, the annular electrode, and the common electrode.
本発明に係る照明装置では、制御部が中心電極,輪帯電極と共通電極との間の液晶の配向状態を制御することにより、中心電極,輪帯電極と共通電極との間の光学的距離が変化する。これにより、時間とともに焦点位置が変化する。したがって、通常の液晶パネルの製造方法と同様の工程で作製することができるため、照明装置の製造コストを抑えることが可能となる。 In the illuminating device according to the present invention, the control unit controls the alignment state of the liquid crystal between the center electrode, the annular electrode, and the common electrode, whereby the optical distance between the central electrode, the annular electrode, and the common electrode. Changes. Thereby, the focal position changes with time. Therefore, since it can be manufactured in the same process as the manufacturing method of a normal liquid crystal panel, the manufacturing cost of the lighting device can be suppressed.
また、本発明の照明装置は、前記可変焦点レンズが、複数のレンズを有し、前記制御部が、前記複数のレンズのうち少なくともいずれか1つのレンズを移動させることにより、前記可変焦点レンズの焦点位置を変化させることが好ましい。 In the illumination device according to the present invention, the variable focus lens includes a plurality of lenses, and the control unit moves at least one of the plurality of lenses, whereby the variable focus lens is It is preferable to change the focal position.
本発明に係る照明装置では、制御部が、複数のレンズのうち少なくともいずれか1つのレンズを移動させることにより、可変焦点レンズの焦点位置を変化させる。すなわち、通常用いられるレンズを複数組み合わせることにより、焦点位置を変化させることができる。したがって、複数のレンズの物理的な位置を変化させれば良いため、複数のレンズの設計がし易くなる。 In the illumination device according to the present invention, the control unit changes the focal position of the variable focus lens by moving at least one of the plurality of lenses. That is, the focal position can be changed by combining a plurality of commonly used lenses. Therefore, since it is only necessary to change the physical positions of the plurality of lenses, the plurality of lenses can be easily designed.
本発明のプロジェクタは、上記の照明装置と、該照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、該光変調装置により形成された画像を投射する投射装置とを備えることを特徴とする。 A projector according to the present invention includes the above-described illumination device, a light modulation device that modulates light emitted from the illumination device according to an image signal, and a projection device that projects an image formed by the light modulation device. It is characterized by that.
本発明に係るプロジェクタでは、照明装置より射出された光は光変調装置に入射される。そして、光変調装置により形成された画像が、投射装置によって投射される。このとき、照明装置より射出される光は、上述したように、光の利用効率を低下させることなくスペックルノイズが抑えられた光となっているため、ぎらつき(シンチレーション)を抑えた画像を被投射面に照射することが可能となる。 In the projector according to the present invention, the light emitted from the illumination device enters the light modulation device. Then, the image formed by the light modulation device is projected by the projection device. At this time, as described above, the light emitted from the lighting device is light in which speckle noise is suppressed without lowering the light use efficiency, so that an image with reduced glare (scintillation) can be obtained. It becomes possible to irradiate the projection surface.
また、本発明のプロジェクタは、前記制御部により、前記変調装置の帰線期間が前記可変焦点レンズの焦点位置の変化しない時間となるように、前記可変焦点レンズの焦点位置を変化させることが好ましい。 In the projector according to the aspect of the invention, it is preferable that the control unit changes the focal position of the variable focus lens so that the blanking period of the modulation device is a time during which the focal position of the variable focus lens does not change. .
本発明に係るプロジェクタでは、帰線期間(1フレームの書き込みが終了した後、次のフレームの書き込みが開始されるまでの時間(垂直帰線期間)、あるいは、左から右へ表示した走査線が、再び左へ戻る時間(水平帰線期間))は、光変調装置に光が入射されていないときであるため、この期間が可変焦点レンズの焦点位置の変化しない時間となるように、可変焦点レンズの焦点位置の変化のタイミングを制御する。したがって、画像が形成されている間は常に焦点位置が変化しているため、重畳照明素子から射出される光にスペックルノイズを提言することができるので、シンチレーションの発生を抑えた画像を投射することが可能となる。 In the projector according to the present invention, the blanking period (the time from the completion of writing of one frame to the start of writing of the next frame (vertical blanking period), or the scanning line displayed from the left to the right Since the time for returning to the left again (horizontal blanking period) is when no light is incident on the light modulation device, the variable focus is set so that the focus position of the variable focus lens does not change. Controls the timing of changing the focal position of the lens. Therefore, since the focal position always changes while the image is being formed, speckle noise can be proposed for the light emitted from the superimposed illumination element, and thus an image with reduced occurrence of scintillation is projected. It becomes possible.
また、本発明のプロジェクタは、前記照明装置は、異なる波長の光を射出する複数の前記光源と、前記複数の光源のそれぞれに対応して設けられた前記可変焦点レンズとを備え、前記光変調装置に前記複数の異なる波長の光を逐次入射させ、前記制御部は、前記光変調装置に光が入射されない時間が、入射されない光を射出する前記光源に対応した前記可変焦点レンズの焦点位置の変化しない時間となるように、前記可変焦点レンズの焦点位置を変化させることが好ましい。 In the projector according to the aspect of the invention, the illumination device may include a plurality of the light sources that emit light of different wavelengths, and the variable focus lens provided corresponding to each of the plurality of light sources, and the light modulation. The plurality of light beams having different wavelengths are sequentially incident on the apparatus, and the control unit is configured to determine a focal position of the variable focus lens corresponding to the light source that emits light that is not incident on the light modulation apparatus. It is preferable to change the focal position of the variable focus lens so that the time does not change.
本発明に係るプロジェクタでは、制御部は、光変調装置に光が入射されない時間が入射されない光を射出する光源に対応した可変焦点レンズの焦点位置の変化しない時間となるように、可変焦点レンズの焦点位置を変化するように制御する。これにより、例えばスクリーンに投射されている光を射出している光源に対応した可変焦点レンズの焦点位置は変化し、スクリーンに投射されていない光を射出する光源に対応した可変焦点レンズの焦点位置は変化しない。したがって、効率良く重畳照明素子から射出される光にスペックルノイズが発生するのを抑えることが可能となる。 In the projector according to the present invention, the control unit is configured so that the time during which the light is not incident on the light modulation device is a time during which the focal position of the variable focus lens corresponding to the light source that emits the light that is not incident does not change. Control the focal position to change. Thereby, for example, the focal position of the variable focus lens corresponding to the light source emitting light projected on the screen changes, and the focal position of the variable focus lens corresponding to the light source emitting light not projected on the screen. Does not change. Therefore, it is possible to efficiently suppress the generation of speckle noise in the light emitted from the superimposed illumination element.
以下、図面を参照して、本発明に係る照明装置及びプロジェクタの実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, embodiments of a lighting device and a projector according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
[第1実施形態]
本発明の照明装置の第1実施形態について、図1から図5を参照して説明する。
図1は第1実施形態に係る照明装置を示す概略構成図である。図1において、照明装置1は、照明対象物10の照射面11を照明するものであって、レーザ光源(光源)2と、可変焦点レンズ3と、ホログラム素子(重畳照明素子)4とを備えている。また、照明対象物10の照射面(被照射面)11の全面を対象照明領域Sとする。
[First Embodiment]
1st Embodiment of the illuminating device of this invention is described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an illumination device according to the first embodiment. In FIG. 1, an illuminating
レーザ光源2は、レーザ光Lを射出するものである。また、レーザ光源2には、移動部(光源移動手段)15が設けられており、この移動部15により、レーザ光源2は、ホログラム素子4の光軸O方向に移動可能となっている。また、移動部15としては、例えば、圧電素子が用いられる。また、ホログラム素子4の光軸Oとは、後述する図2に示す複数の凹部4Mが形成されている有効領域の中心を通り、複数の凹部4Mが形成された平面に対して垂直な軸である。
The
ホログラム素子4は、照明対象物10の照射面11を照射する照明光を生成するものである。
ホログラム素子4は、例えば石英(ガラス)、透明な合成樹脂等、レーザ光を透過可能な材料で形成されている。本実施形態のホログラム素子4は、計算機合成ホログラム(Computer Generated Hologram;CGH)である。
The
The
回折光学素子(ホログラム素子)4は、照明領域設定機能、照度均一化機能、及び拡大照明機能を有する。照明領域設定機能を有するホログラム素子4は、入射した光を回折させ、照射面11の対象照明領域Sを照明する照明光を生成する。また、照度均一化機能を有するホログラム素子4は、所定の領域の少なくとも一部の照度を均一化する。また、拡大照明機能を有するホログラム素子4は、図1に示すように、ホログラム素子4の射出端面4bから光が射出される射出領域よりも大きい照明領域で照明対象物10の対象照明領域Sを照明する。
The diffractive optical element (hologram element) 4 has an illumination area setting function, an illuminance uniformity function, and an enlarged illumination function. The
図2は、回折光学素子の一例を示す模式図であって、図2(a)は平面図、図2(b)は図2(a)のA−A線断面矢視図である。図2において、ホログラム素子4は、その表面に複数の矩形状の凹部(凹凸構造)4Mと、複数の凹部4Mを保持し光透過性を有する額縁状の保持部4Hとを備えている。この凹部4Mは、互いに異なる深さを有している。また、凹部4Mに光を入射させることによって、ホログラム素子4から射出されたレーザ光は、照明対象物10の対象照明領域Sを照明する。ここで、この複数の凹部4Mが形成された領域を有効領域Pとする。
そして、凹部4Mどうしのピッチd及び凹部4Mの深さ(凸部の高さ)tを含むホログラム素子4の表面条件を適宜調整することにより、ホログラム素子4に所定の機能(照明領域設定機能、拡散光生成機能、及び拡大照明機能)を持たせることができる。その表面条件を最適化する設計手法としては、例えば反復フーリエ法など、所定の演算手法(シミュレーション手法)が挙げられる。
2A and 2B are schematic diagrams illustrating an example of a diffractive optical element, in which FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 2, the
Then, by appropriately adjusting the surface condition of the
なお、ホログラム素子4としては、矩形の凹部4Mを有するものに限られず、互いに異なる方向を向く平面を組み合わせた表面を有するものであってもよい。例えば、ホログラム素子4としては、斜面を有する三角形状の凹部を有する、いわゆる、ブレーズ型のものであってもよい。またホログラム素子4としては、図2に示したような矩形状の凹部4Mを有する領域と、三角形状の凹部を有する領域とのそれぞれを有するものであってもよい。そして、その表面条件を最適化することにより、所望の機能を有するホログラム素子4を形成することができる。
Note that the
可変焦点レンズ3は、レーザ光源2から射出されたレーザ光Lの焦点距離(焦点位置)を変化させる液体レンズである。すなわち、液体レンズ3は、図3(a)及び図3(b)に示すように、時間とともに曲率が変化可能な構成となっている。
まず、液体レンズ3の具体的な構成について説明する。
液体レンズ3は、凹部21aが形成された封止部材(容器)21と、凹部21aの内側面21b,21cに形成された第1電極22及び第2電極23と、第1電極22及び第2電極23に接触して設けられた油滴24と、第1電極22及び第2電極23に接触し油滴24を覆う水性の電解液25とを備えている。
この封止部材21の凹部21aの底面21dに対向する面21eには透明電極26が設けられている。また、第1電極22,第2電極23及び透明電極26は、ITO(Indium Tin Oxide:インジウムスズ酸化物)膜により形成されている。
また、第1電極22,第2電極23及び透明電極26には電源Eが接続されており、第1電極22及び第2電極23と透明電極26との間に電圧が印加されるようになっている。また、電源Eには、第1電極22,第2電極23及び透明電極26に印加する電圧を時間的に変化させる制御部20aが設けられている。なお、電源Eにより印加される電圧の波形は、正弦波の波形となっている。
The
First, a specific configuration of the
The
A
Further, a power source E is connected to the
次に、液体レンズ3の焦点距離を可変する方法について説明する。
図3(a)に示すように、時刻taにおいて、電源Eにより、第1電極22及び第2電極23と透明電極26との間に電圧値Vaの電圧が印加されると、電解液25は第1,第2電極22,23に引き込まれ、油滴24の曲率はRaとなる。
また、図3(b)に示すように、時刻tbにおいて、電源Eにより、第1電極22及び第2電極23と透明電極26との間に電圧値Vaより大きいVbの電圧が印加されると、油滴24の曲率はRaより大きいRbとなる。このように、第1電極22及び第2電極23と透明電極26との間に印加する電圧を上げて行くと、油滴24の曲率が大きくなる。
また、本実施形態では、電源Eにより印加される電圧の波形は、正弦波の波形としているため、時刻taから時刻tbの間の油滴24の曲率は滑らかに(連続的に)変化している。
また、液体レンズ3の応答速度は約1kHzである。すなわち、人間が感知可能なフリッカの周波数よりも高い周波数、例えば、30Hz以上、好ましくは60Hz以上で切り替えることが可能である。
Next, a method for changing the focal length of the
As shown in FIG. 3A, when a voltage Va is applied between the
As shown in FIG. 3B, when a voltage Vb greater than the voltage value Va is applied between the
In this embodiment, since the waveform of the voltage applied by the power source E is a sine waveform, the curvature of the
The response speed of the
次に、レーザ光源2の光軸O方向の移動について説明する。
図4(a)に示すように、時刻taにおいて、油滴24の曲率はRaであるため、液体レンズ3の焦点距離はfaとなる。このとき、移動部15は、レーザ光源2を液体レンズ3からの光軸O上の距離がfaとなる位置に移動させる。そして、レーザ光源2から射出されたレーザ光Lは、液体レンズ3において平行光となり、ホログラム素子4の入射端面4aに向かって射出される。そして、ホログラム素子4の有効領域Pをビーム径がSaの平行光で照明する。
Next, the movement of the
As shown in FIG. 4A, since the curvature of the
また、図4(b)に示すように、時刻tbにおいて、油滴24の曲率はRaより大きいRbであるため、液体レンズ3の焦点距離はfaより小さいfbとなる。このとき、移動部15は、レーザ光源2を液体レンズ3からの光軸O上の距離がfbとなる位置に移動させる。そして、レーザ光源2から射出されたレーザ光Lは、液体レンズ3において平行光となり、ホログラム素子4の入射端面4aに向かって射出される。そして、ホログラム素子4の有効領域Pをビーム径がSaより小さいSbの平行光で照明する。
Further, as shown in FIG. 4B, at time tb, the curvature of the
次に、以上の構成からなる本実施形態の照明装置1を用いて、照明対象物10の照射面11の対象照明領域Sを照射する方法について説明する。
レーザ光源2から射出されたレーザ光Lは、図4(a),(b)に示すように、液体レンズ3に入射し平行光に変換される。平行光に変換されたレーザ光Lは、ホログラム素子4に入射する。そして、ホログラム素子4において回折したレーザ光Lは、照明対象物10の照射面11の対象照明領域Sを重畳的に照明する。
このとき、制御部20aにより液体レンズ3に印加する電圧を時間的に変化させるため、油滴24の曲率が時間とともに変わる。そして、移動部15により、この液体レンズ3の油滴24の曲率に応じてレーザ光源2を光軸Oに沿って焦点位置に移動させる。
これにより、液体レンズ3から射出されたレーザ光によるビーム径の大きさが変わるため、有効領域Pの照明領域が変わる。すなわち、ホログラム素子4の有効領域Pに入射するレーザ光Lの照明領域が刻々と変化するため、この変化に伴い、ホログラム素子4から射出されるレーザ光は異なる再生パターンとなる。したがって、これらの複数の再生パターンを重ね合わせることにより、ホログラム素子4から射出されるレーザ光のスペックルノイズを除去することが可能となる。
Next, a method of irradiating the target illumination region S of the
The laser light L emitted from the
At this time, since the voltage applied to the
As a result, the size of the beam diameter of the laser light emitted from the
本実施形態に係る照明装置1では、従来のように、光利用効率の低下の要因となり得る拡散板を用いるのではなく、液体レンズ3の焦点位置を変化させることにより、ホログラム素子4から射出される光のスペックルを低減することが可能となる。したがって、光の利用効率を低下させることなく、照射面11の対象照明領域Sをスペックルが除去されたレーザ光で照明することが可能となる。
また、ホログラム素子4によって重畳された光により対象照明領域Sを照明するため、液体レンズ3の焦点距離が変化し、ホログラム素子4に入射する光の照明領域が変わっても、対象照明領域Sを均一に照明することが可能となる。
つまり、本実施形態の照明装置1は、スペックルノイズを抑えるとともに、光の利用効率が高く、低コスト化を図ることが可能である。
In the illuminating
Further, since the target illumination area S is illuminated by the light superimposed by the
That is, the
また、移動部15は、液体レンズ3の焦点位置にレーザ光源2を配置するように移動させるため、ホログラム素子4には平行光が入射する。これにより、ホログラム素子4から射出されたレーザ光は、平行光により対象照明領域Sを照明することができるため、光の利用効率を向上させることが可能となる。
また、可変焦点レンズとして液体レンズ3を用いているため、油滴24及び電解液25の応答速度が速いので、焦点距離を高速で調整することが可能となる。
また、従来のように回転駆動系を用いた場合に比べ、耐久性が高く、かつ低コストで製造することが可能となる。
Further, since the moving
Further, since the
Further, compared to the conventional case where a rotational drive system is used, the durability is high and it is possible to manufacture at a low cost.
なお、液体レンズ3の焦点位置にレーザ光源2が配置されるように、移動部15によりレーザ光源2を移動させたが、レーザ光源2を動かさずに、液体レンズ3の焦点距離のみ変化させても良い。この構成では、従来のように拡散板を回転させる光学系に比べて、レーザ光源2から射出されたレーザ光Lをホログラム素子4に射出させる既存の光学素子を液体レンズ3にしているため、部品点数を増やさないので、低コスト化を図ることが可能となる。
この構成は、ホログラム素子に平行光が入射されないため、ホログラム素子4における光の変換効率が若干落ちるが、液体レンズ3の制御だけで対象照明領域Sを照明する照明光のスペックルノイズを抑えることが可能となる。
また、液体レンズ3の焦点位置の変化しない時間(油滴の曲率が最も大きい状態から小さくなり始めるとき、あるいは、油滴の曲率が最も小さい状態から大きくなり始めるときの折り返し時間)に、移動部15がレーザ光源2を移動させても良い。この構成の場合、ホログラム素子4を照明するレーザ光の照明領域が変化しない時間がないため、対象照明領域Sを照明する光のビーム径Sa,Sbが常に変化する。したがって、ホログラム素子4から射出される光にスペックルノイズが発生するのを低減することができる。これにより、光利用効率を低下させることなく、より確実にスペックルノイズの発生を抑えた均一な照明光を対象照明領域Sに照射することが可能となる。
Although the
In this configuration, since parallel light is not incident on the hologram element, the light conversion efficiency in the
In addition, the moving unit during the time when the focal position of the
また、レーザ光源2は、ホログラム素子4の光軸O方向に移動可能としたが、これに限るものではない。すなわち、液体レンズ3は、電源Eにより、図5(a)に示すように、第1電極22と透明電極26との間のみに電圧を印加したり、図5(b)に示すように、第2電極23と透明電極26との間のみに電圧を印加することにより、光軸Oを中心に偏心するため、液体レンズ3の焦点位置は光軸O上以外で集光する。このように、液体レンズ3に印加する電圧を制御した場合、光軸O上以外が焦点位置となるため、この焦点位置にレーザ光源2が配置されるように、移動部15によりレーザ光源2を移動させれば良い。
また、可変焦点レンズとして液体レンズ3を用いたが、電圧が印加されることにより気化可能な液体を備えたバブルレンズであっても良い。このバルブレンズは、液体レンズ3と同様に電圧が印加されることにより、液体の曲率が変化し焦点距離が変わる。さらに、可変焦点レンズとして、複数のレンズを組み合わせたものであっても良い。この場合、複数のレンズのうち少なくとも1つのレンズを移動させるピエゾアクチュエータを備える。このピエゾアクチュエータにより、複数のレンズのうち少なくとも1つのレンズを移動させることによって、焦点位置を変えることができる。したがって、複数のレンズの物理的な位置を変化させれば良いため、複数のレンズの設計がし易くなる。
Further, although the
Further, although the
[第2実施形態]
次に、本発明に係る第2実施形態について、図6及び図7を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第1実施形態に係る照明装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る照明装置30では、可変焦点レンズとして液晶レンズ31を用いる点において第1実施形態と異なる。その他の構成においては第1実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In each embodiment described below, portions having the same configuration as those of the
The
液晶レンズ31は、図6に示すように、一対の光透過性を有する第1基板32及び第2基板33を備え、この第1基板32及び第2基板33の間に設けられた封止材34により液晶35が充填された構成になっている。
第1基板32の液晶35が設けられた側には、フレネル形状のレンズパターン領域Qが複数形成されている。この領域Qには、図7に示すように、円形状の中心電極36aと、この中心電極36aの回りに、半径の異なる複数の同心円の輪帯電極36bとが形成されている。一方、図6に示すように、第2基板33の液晶35が設けられた側には、一面に共通電極37が形成されている。また、これら電極36a,36b,37は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide:インジウムスズ酸化物)で形成されている。形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法で基板32,33の全面にITO膜を形成した後、フォトリソグラフィ法によって所望の形状に形成する。また、中心電極36aと輪帯電極36bとは引き出し電極(図示略)により電気的に接続されている。
また、図6に示すように、中心電極36aと共通電極37とには電源Eが接続されており、中心電極36aと共通電極37との間に電圧が印加されるようになっている。なお、電源Eにより印加される電圧の波形は、正弦波の波形となっている。
As shown in FIG. 6, the
A plurality of Fresnel-shaped lens pattern regions Q are formed on the side of the
As shown in FIG. 6, a power source E is connected to the center electrode 36 a and the
そして、電源Eにより、中心電極36a及び輪帯電極36bと共通電極37との間に印加する電圧が上がると、液晶35の配向が変わるため、液晶レンズ31から射出される光の焦点距離は時間とともに変化する。
この焦点距離の変化に伴い、第1実施形態と同様に、移動部15によりレーザ光源2が焦点位置に配置されるように、光軸Oに沿って移動させる。これにより、第1実施形態と同様に、ホログラム素子4の有効領域Pを照明するビーム径がSaからSbと変化する。
When the voltage applied between the
As the focal length changes, the moving
本実施形態に係る照明装置30では、第1実施形態の照明装置1と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の照明装置30では、可変焦点レンズとして液晶レンズ31を用いているため、通常の液晶パネルの製造方法と同様の工程で作製することができるため、製造コストを抑えることが可能となる。
In the illuminating
[第3実施形態]
次に、本発明に係る第3実施形態について、図8を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置40では、複数の光源41a,42a,43a及びこの光源41a,42a,43aのそれぞれに対応して設けられた可変焦点レンズ41b,42b,43bを備える点において第1実施形態と異なる。その他の構成においては第1実施形態と同様である。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
The
照明装置40は、図8に示すように、レーザ光源(光源)41aと液体レンズ(可変焦点レンズ)41bとを有する第1光源41と、レーザ光源(光源)42aと液体レンズ(可変焦点レンズ)42bとを有する第2光源42と、レーザ光源(光源)43aと液体レンズ(可変焦点レンズ)43bとを有する第3光源43とを備えている。この3つの光源41,42,43が、ホログラム素子4の入射端面4aに対向して並べて配置されている。
各レーザ光源41a,42a,43aから射出されたレーザ光Lは、それぞれ液体レンズ41b,42b,43bにより平行光に変換され、ホログラム素子4の有効領域Pを照明する。また、液体レンズ41b,42b,43bの制御方法は第1実施形態と同様である。さらに、液体レンズ41b,42b,43bの油滴24の曲率に応じて移動部15によりレーザ光源41a,42a,43aを焦点位置に配置されるように、光軸Oに沿って移動させる。これにより、液体レンズ41b,42b,43bから射出されるビーム径S1,S2,S3は、液体レンズ41b,42b,43bの曲率とともに変化する。
As shown in FIG. 8, the illuminating
The laser beams L emitted from the
また、制御部(図示略)は、液体レンズ41b,42b,43bのうち、少なくとも1つの液体レンズの焦点位置が常時変化するように、各液体レンズ41b,42b,43bに印加する電圧を制御している。すなわち、制御部は、液体レンズ41b,42b,43bの焦点位置が変化しない時間(油滴の曲率が最も大きい状態から小さくなり始めるとき、あるいは、油滴の曲率が最も小さい状態から大きくなり始めるときの折り返し時間)では、第2光源42の液体レンズ42b及び第3光源43の液体レンズ43bのうち少なくとも一方の液体レンズの曲率が変化するように制御する。これにより、必ず、液体レンズ41b,42b,43bのうち少なくとも1つの液体レンズの曲率が変化していることになる。すなわち、ホログラム素子4の有効領域Pに入射するレーザ光Lのビーム径S1〜S3のうち少なくとも1つのビーム径が常に変化する。
The control unit (not shown) controls the voltage applied to each of the
本実施形態に係る照明装置40では、ホログラム素子4を照明するレーザ光のビーム径S1〜S3のうち少なくとも1つのビーム径が変化しているため、ホログラム素子4から射出される光にスペックルノイズが発生するのを低減することができる。これにより、光利用効率を低下させることなく、より確実にスペックルノイズの発生を抑えた均一な照明光を対象照明領域Sに照射することが可能となる。
In the illuminating
[第4実施形態]
次に、第4実施形態について説明する。本実施形態では、上述の各実施形態で説明した照明装置1を応用したプロジェクタの一例について説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described. In the present embodiment, an example of a projector to which the
図9は、上述の第1実施形態で説明した照明装置1(1R、1G、1B)を備えたプロジェクタを示す概略構成図である。本実施形態においては、プロジェクタとして、空間光変調装置で生成された画像情報を含む色光を投射系を介してスクリーン上に投射する投射型のプロジェクタPJ1を例にして説明する。 FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a projector including the illumination device 1 (1R, 1G, 1B) described in the first embodiment. In the present embodiment, a projector type projector PJ1 that projects color light including image information generated by a spatial light modulation device on a screen via a projection system will be described as an example.
図9において、投射型のプロジェクタPJ1は、スクリーン100(表示面)上に画像情報を含む光を投射する投射ユニットUを備えている。投射ユニットUからスクリーン100に対して光が投射されることにより、スクリーン100上に画像が形成される。本実施形態の投射型のプロジェクタPJ1は、スクリーン100を反射型のスクリーンとし、スクリーン100の正面側からスクリーン100上に画像情報を含む光を投射する。
In FIG. 9, the projection type projector PJ1 includes a projection unit U that projects light including image information on a screen 100 (display surface). An image is formed on the
投射ユニットUは、第1の基本色光(赤色光)で照射面11を照明可能な第1照明装置1Rと、第2の基本色光(緑色光)で照射面11を照明可能な第2照明装置1Gと、第3の基本色光(青色光)で照射面11を照明可能な第3照明装置1Bと、第1照明装置1Rで照明される入射面(被照射面)11を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第1空間光変調装置(光変調装置)50Rと、第2照明装置1Gで照明される入射面(被照射面)11を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第2空間光変調装置(光変調装置)50Gと、第3照明装置1Bで照明される入射面(被照射面)11を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第3空間光変調装置(光変調装置)50Bと、空間光変調装置50R、50G、50Bにより変調された各基本色光を合成するダイクロイックプリズム(色合成手段)51と、ダイクロイックプリズム51で生成された光をスクリーン100上に投射する投射系(投射装置)52とを備えている。空間光変調装置50R、50G、50Bのそれぞれは液晶装置を含んで構成されている。以下の説明においては、空間光変調装置を適宜、ライトバルブ、と称する。
The projection unit U includes a
ライトバルブは、入射側偏光板と、一対のガラス基板どうしの間に封入された液晶を有するパネルと、射出側偏光板とを備えている。ガラス基板には画素電極や配向膜が設けられている。空間光変調装置を構成するライトバルブは、定められた振動方向の光のみを透過させるようになっており、ライトバルブに入射した基本色光は、ライトバルブを通過することによって光変調される。 The light valve includes an incident-side polarizing plate, a panel having a liquid crystal sealed between a pair of glass substrates, and an emission-side polarizing plate. A pixel electrode and an alignment film are provided on the glass substrate. The light valve constituting the spatial light modulator transmits only light in a predetermined vibration direction, and the basic color light incident on the light valve is light-modulated by passing through the light valve.
第1照明装置1Rのレーザ光源(光源)2は、赤色(R)のレーザ光をそれぞれ射出する。第1照明装置1Rは、赤色のレーザ光に基づいて、第1ライトバルブ50Rの入射面11を照明する。
The laser light source (light source) 2 of the
第2照明装置1Gのレーザ光源(光源)2は、緑色(G)のレーザ光をそれぞれ射出する。第2照明装置1Gは、緑色のレーザ光に基づいて、第2ライトバルブ50Gの入射面11を照明する。
The laser light source (light source) 2 of the second illumination device 1G emits green (G) laser light. The second illumination device 1G illuminates the
第3照明装置1Bのレーザ光源(光源)2は、青色(B)のレーザ光をそれぞれ射出する。第3照明装置1Gは、青色のレーザ光に基づいて、第3ライトバルブ50Bの入射面11を照明する。
The laser light source (light source) 2 of the
各ライトバルブ50R、50G、50Bを通過することで変調された各基本色光(変調光)は、ダイクロイックプリズム51で合成される。ダイクロイックプリズム51はダイクロイックプリズムによって構成されており、赤色光(R)、緑色光(G)、及び青色光(B)はダイクロイックプリズム51で合成されてフルカラー合成光となる。ダイクロイックプリズム51から射出されたフルカラー合成光は投射系52に供給される。投射系52はフルカラー合成光をスクリーン100上に投射する。投射系52は、入射側の画像を拡大してスクリーン100上に投射する所謂拡大系である。
Each basic color light (modulated light) modulated by passing through each
投射ユニットUは、各照明装置1R、1G、1Bのそれぞれで照明された各ライトバルブ50R、50G、50Bを介した画像情報を含むフルカラー合成光を投射系52を用いてスクリーン100上に投射することによって、スクリーン100上にフルカラーの画像を形成する。鑑賞者は、投射ユニットUによりスクリーン100に対して投射された画像を鑑賞する。
The projection unit U projects full-color composite light including image information via the
本実施形態のプロジェクタPJ1の各ライトバルブ50R、50G、50Bは、スペックルノイズが抑えられた各照明装置1R、1G、1Bにより、均一な照度分布を有する照射光で照明される。したがって、プロジェクタPJ1は、ぎらつき(シンチレーション)が抑えられた画像を表示できる。
さらに、従来のように拡散板を回転させる構成に比べ、音や振動の発生が少ないため、快適な鑑賞が可能となる。
The
Furthermore, compared to the conventional configuration in which the diffusion plate is rotated, the generation of sound and vibration is less, so that a comfortable viewing can be achieved.
なお、各照明装置1R,1G,1Bにおいて、ホログラム素子4を照明するレーザ光の照明領域が変化しない時間(油滴の曲率が最も大きい状態から小さくなり始めるとき、あるいは、油滴の曲率が最も小さい状態から大きくなり始めるときの折り返し時間)が、各ライトバルブ50R、50G、50Bの帰線期間(画面上を走査した走査線が、元へ戻るための時間。例えば、1フレームの書き込みが終了した後、次のフレームの書き込みが開始されるまでの時間(垂直帰線期間)、あるいは、左から右へ表示した走査線が、再び左へ戻る時間(水平帰線期間))になるように、液体レンズ3の曲率の変化のタイミングを制御しても良い。これにより、画像が形成されている間は焦点位置が変化しているため、重畳照明素子から射出される光にスペックルノイズが発生するのを抑えることができるので、シンチレーションの発生を抑えた画像を投射することが可能となる。
また、制御部は、照明装置1R,1G,1Bに用いられる液体レンズ3のうち、少なくとも1つの液体レンズの焦点位置が常時変化するように、各液体レンズ3に印加する電圧を制御しても良い。
In each of the
In addition, the control unit may control the voltage applied to each
[第5実施形態]
次に、第5実施形態について説明する。本実施形態では、上述の各実施形態で説明した照明装置1を応用したプロジェクタの一例について説明する。
第4実施形態では、液晶ライトバルブを3枚用いた3板式のプロジェクタを例に挙げて説明したが、本実施形態では、液晶ライトバルブを1枚用いた単板式のプロジェクタPJ2を例に挙げて説明する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment will be described. In the present embodiment, an example of a projector to which the
In the fourth embodiment, a three-plate projector using three liquid crystal light valves has been described as an example. However, in the present embodiment, a single-plate projector PJ2 using one liquid crystal light valve is used as an example. explain.
第4実施形態のプロジェクタPJ1では、各照明装置1R,1G,1Bのホログラム素子4とダイクロイックプリズム51との光路の間に液晶ライトバルブ50R,50G,50Bがそれぞれ配置されていたが、これに代えて、プロジェクタPJ2では、図10に示すように、ダイクロイックプリズム51と投射系52との光路の間に1つの液晶ライトバルブ55が配置されている。液晶ライトバルブ55の構成は第4実施形態の液晶ライトバルブ50R,50G,50Bと同様である。
In the projector PJ1 of the fourth embodiment, the liquid
本実施形態のプロジェクタPJ2は、赤色照明装置1R,緑色照明装置1G,青色照明装置1Bの順に色順次駆動され、赤色光,緑色光,青色光が逐次液晶ライトバルブ55に入射される。
液晶ライトバルブ55は、ダイクロイックプリズム51から射出されたレーザ光の色に対応した色画像を生成する透過型の液晶ライトバルブである。そして、液晶ライトバルブ55は、各照明装置1R,1G,1Bの光源2R,2G,2Bの駆動と同期して駆動タイミングが制御されている。
これにより、赤色光、緑色光、青色光が液晶ライトバルブ55を順次照射し、このように照射されたそれぞれの色光は、液晶ライトバルブ55を透過することにより変調され、投射系52により拡大投射されて、スクリーン100上にフルカラーの画像を形成する。
The projector PJ2 of the present embodiment is sequentially driven in the order of the
The liquid crystal
As a result, red light, green light, and blue light sequentially irradiate the liquid crystal
また、プロジェクタPJ2は色順次駆動であるため、照明装置1R,1G,1Bのうち、2つの照明装置はレーザ光が射出されない時間を有する。そこで、レーザ光を射出していないときに、この照明装置の液体レンズの曲率が変化しない時間(油滴の曲率が最も大きい状態から小さくなり始めるとき、あるいは、油滴の曲率が最も小さい状態から大きくなり始めるときの折り返し時間)が対応するように、液体レンズ3R,3G,3Bに印加する電圧を制御する。
これにより、液晶ライトバルブ55にレーザ光が照射されている間は、そのレーザ光を射出している照明装置1R,1G,1Bの液体レンズ3R,3G,3Bの曲率は必ず変化する。
Further, since the projector PJ2 is color-sequentially driven, two illumination devices out of the
Thus, while the liquid crystal
本実施形態のプロジェクタPJ2は、第4実施形態のプロジェクタPJ1と同様に、ぎらつき(シンチレーション)が抑えられた画像を表示できる。さらに、プロジェクタPJ2は色順次駆動であるため、必ず、画像の表示に寄与しない時間があるため、その時間に照明装置1R,1G,1Bの液体レンズ3R,3G,3Bの曲率が変化しない時間が対応するように制御することができる。したがって、スクリーン100に投射されるどの色光も確実にスペックルノイズが抑えられているため、シンチレーションが低減された画像を表示することが可能となる。
The projector PJ2 of the present embodiment can display an image with reduced glare (scintillation), similarly to the projector PJ1 of the fourth embodiment. Further, since the projector PJ2 is color sequential driving, there is always a time that does not contribute to the display of the image. Therefore, the time during which the curvature of the
なお、ダイクロイックプリズム51を用いて、各色光が液晶ライトバルブ55を照射する構成にしたがこれに限るものではない。すなわち、図11に示すように、各光源2R,2G,2Bから射出されたレーザ光を1つのホログラム素子61により重畳するプロジェクタPJ3であっても良い。プロジェクタPJ3の各光源2R,2G,2Bはホログラム素子61の入射端面61aに対向して配置されている。また、ホログラム素子61には、各光源2R,2G,2Bに対応した位置に、入射するレーザ光の波長に応じて設計された複数の凹部4Mが形成されている。そして、ホログラム素子61は、それぞれの凹部4Mに入射した各レーザ光を液晶ライトバルブ55に重畳照明させる。
この構成では、ホログラム素子61が1つで済むため、装置全体のコンパクト化を図ることが可能となる。
Although the
With this configuration, since only one
なお、図9〜図11を用いた説明では、スクリーン100の正面側からスクリーン100上に画像情報を含む光を投射するフロント投射型のプロジェクタを例にして説明したが、投射ユニットUと、スクリーン100と、筐体とを有し、投射ユニットUがスクリーン100の背面側に配置され、スクリーン100の背面側から透過型のスクリーン100上に画像情報を含む光を投射する所謂リアプロジェクタに、上述の各実施形態の照明装置を適用することもできる。
In the description using FIGS. 9 to 11, a front projection type projector that projects light including image information onto the
なお、上述の各実施形態においては、空間光変調装置として透過型の液晶装置(ライトバルブ)を用いているが、反射型の液晶装置を用いることもできるし、例えばDMD(Digital Micromirror Device)等の反射型光変調装置(ミラー変調器)を用いてもよい。 In each of the embodiments described above, a transmissive liquid crystal device (light valve) is used as the spatial light modulator, but a reflective liquid crystal device can also be used, for example, a DMD (Digital Micromirror Device) or the like. Alternatively, a reflection type light modulator (mirror modulator) may be used.
なお、上述の実施形態のプロジェクタPJ1,PJ2は、各基本色光(R、G、B)を射出可能なレーザ光源2をそれぞれ有する第1、第2、第3照明装置1R、1G、1Bを有しているが、赤色光(R)を射出する赤色レーザ光源、緑色光(G)を射出する緑色レーザ光源、及び青色光(B)を射出する青色レーザ光源をアレイ状に配置した構成を有する照明装置を1つ有する構成であってもよい。この場合、各基本色光を射出可能なレーザ光源のレーザ光射出動作を時分割で行い、その各レーザ光源のレーザ光射出動作に同期して、ライトバルブの動作を制御することにより、1つの照明装置及び1つのライトバルブでスクリーン100上にフルカラー画像を表示することができる。
Note that the projectors PJ1 and PJ2 of the above-described embodiment have the first, second, and
また、上述の実施形態のプロジェクタにおいては、照明装置1で空間光変調装置を照明し、その空間光変調装置を介した光によりスクリーン100上に画像を表示しているが、プロジェクタとしては、空間光変調装置を有していなくても良い。例えば、画像情報を含むスライド(ポジフィルム)の面を照明装置1で照明し、スクリーン上に画像情報を含む光を投射する、所謂スライドプロジェクタに、上述の各実施形態の照明装置1を適用することも可能である。
また、上述の各実施形態で説明した照明装置を、レーザ加工機の光源として用いることもできる。
なお、第4,第5実施形態のプロジェクタは、第1実施形態の照明装置1を用いたが、第2,第3実施形態の照明装置30,40を用いても良い。
In the projector according to the above-described embodiment, the
Moreover, the illuminating device demonstrated by each above-mentioned embodiment can also be used as a light source of a laser processing machine.
In addition, although the projector of 4th and 5th Embodiment used the illuminating
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。
また、重畳照明素子として、ホログラム素子を例に挙げて説明したが、フライアレイレンズや、ロッドインテグレータ等の入射した光を重畳する素子であれば良い。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, although a cross dichroic prism is used as the color light combining means, the present invention is not limited to this. As the color light synthesizing means, a dichroic mirror having a cross arrangement to synthesize color light, or a dichroic mirror arranged in parallel to synthesize color light can be used.
Further, although the hologram element has been described as an example of the superimposing illumination element, any element that superimposes incident light, such as a fly array lens or a rod integrator, may be used.
PJ1,PJ2,PJ3…プロジェクタ、1,30,40…照明装置、2…光源、2R,2G,2B…光源、3…液体レンズ(可変焦点レンズ)、4…ホログラム素子(重畳照明素子)、31…液晶レンズ(可変焦点レンズ)、41a,42a,43a…光源、50R…第1空間光変調装置(光変調装置)、50G…第2空間光変調装置(光変調装置)、50B…第3空間光変調装置(光変調装置)、52…投射系(投射装置) PJ1, PJ2, PJ3 ... projector, 1, 30, 40 ... illumination device, 2 ... light source, 2R, 2G, 2B ... light source, 3 ... liquid lens (variable focus lens), 4 ... hologram element (superimposed illumination element), 31 Liquid crystal lens (variable focus lens), 41a, 42a, 43a ... Light source, 50R ... First spatial light modulator (light modulator), 50G ... Second spatial light modulator (light modulator), 50B ... Third space Light modulation device (light modulation device), 52... Projection system (projection device)
Claims (11)
光を射出する光源と、
該光源から射出された光が入射され焦点位置を変化可能な可変焦点レンズと、
該可変焦点レンズから射出された光を重畳させ、前記対象照明領域を照明する重畳照明素子と、
前記可変焦点レンズの焦点位置が時間的に変化するように制御する制御部とを備えることを特徴とする照明装置。 An illumination device that generates illumination light for illuminating a target illumination area on a predetermined illuminated surface,
A light source that emits light;
A variable focus lens that is capable of changing a focal position when light emitted from the light source is incident;
A superimposed illumination element that superimposes the light emitted from the variable focus lens and illuminates the target illumination area;
And a controller that controls the focal position of the variable focus lens to change with time.
前記可変焦点レンズの焦点位置の変化に応じて前記光源を移動させる光源移動手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 The light source is movably arranged;
The illumination apparatus according to claim 1, further comprising a light source moving unit that moves the light source in accordance with a change in a focal position of the variable focus lens.
前記複数の光源のそれぞれに対応して前記可変焦点レンズが設けられ、
前記制御部により、前記複数の可変焦点レンズのうち、少なくとも1つの前記可変焦点レンズの焦点位置が常時変化するように制御することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の照明装置。 A plurality of the light source and the variable focus lens are provided,
The variable focus lens is provided corresponding to each of the plurality of light sources,
5. The control unit according to claim 1, wherein the control unit controls the focal position of at least one of the plurality of variable focus lenses to constantly change. The lighting device described.
前記制御部が、前記電極に印加される電圧を制御することにより、前記油滴の曲率を変化させることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の照明装置。 The variable focus lens includes an oil droplet filled in a container, an electrolytic solution that covers the oil droplet and has a refractive index different from that of the oil droplet, and an electrode that applies a voltage to the electrolytic solution,
The lighting device according to any one of claims 1 to 5, wherein the control unit changes a curvature of the oil droplet by controlling a voltage applied to the electrode.
前記制御部が、前記中心電極,前記輪帯電極及び前記共通電極に印加される電圧を制御することにより、前記液晶の配向状態を制御することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の照明装置。 The variable focus lens includes a first substrate on which a circular center electrode and a plurality of concentric annular electrodes having different radii are formed, a second substrate on which a common electrode is formed on one surface, the first substrate, A liquid crystal provided between the second substrate,
6. The control unit according to claim 1, wherein the control unit controls an alignment state of the liquid crystal by controlling a voltage applied to the central electrode, the annular electrode, and the common electrode. The lighting device according to claim 1.
前記制御部が、前記複数のレンズのうち少なくともいずれか1つのレンズを移動させることにより、前記可変焦点レンズの焦点位置を変化させることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の照明装置。 The variable focus lens has a plurality of lenses;
6. The control unit according to claim 1, wherein the control unit changes a focal position of the variable focus lens by moving at least one of the plurality of lenses. The lighting device described in 1.
該照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
該光変調装置により形成された画像を投射する投射装置とを備えることを特徴とするプロジェクタ。 The lighting device according to any one of claims 1 to 8,
A light modulation device that modulates light emitted from the illumination device according to an image signal;
A projector comprising: a projection device that projects an image formed by the light modulation device.
前記光変調装置に前記複数の異なる波長の光を逐次入射させ、
前記制御部は、前記光変調装置に光が入射されない時間が、入射されない光を射出する前記光源に対応した前記可変焦点レンズの焦点位置の変化しない時間となるように、前記可変焦点レンズの焦点位置を変化させることを特徴とする請求項9に記載のプロジェクタ。 The illuminating device includes a plurality of the light sources that emit light of different wavelengths, and the variable focus lens provided corresponding to each of the plurality of light sources,
Sequentially injecting the light of the plurality of different wavelengths into the light modulator,
The control unit includes a focal point of the varifocal lens such that a time when the light is not incident on the light modulation device is a time when the focal position of the varifocal lens corresponding to the light source emitting the non-incident light is not changed. The projector according to claim 9, wherein the position is changed.
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