JP4449848B2 - LIGHTING DEVICE, IMAGE DISPLAY DEVICE, AND PROJECTOR - Google Patents
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Images
Description
本発明は、照明装置及び画像表示装置、並びにプロジェクタに関するものである。 The present invention relates to an illumination device, an image display device, and a projector.
液晶装置等の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用いてスクリーン上に投射する投射型画像表示装置(プロジェクタ)において、光源にレーザを用いる技術が提案されている。
プロジェクタにおいては、所望の画像を得るために、レーザ光により空間光変調装置の入射面を均一な照度分布で照明することが重要である。したがって、レーザ光により空間光変調装置の入射面を均一な照度分布で照明するための光学系を構築することが重要である。 In a projector, in order to obtain a desired image, it is important to illuminate the incident surface of the spatial light modulator with a uniform illuminance distribution with a laser beam. Therefore, it is important to construct an optical system for illuminating the incident surface of the spatial light modulator with a uniform illuminance distribution using laser light.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所定面を所望状態で照明できる照明装置を提供することを目的とする。また、照明装置で照明された光を用いて画像を表示する画像表示装置、並びにプロジェクタを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the illuminating device which can illuminate a predetermined surface in a desired state. Another object of the present invention is to provide an image display device that displays an image using light illuminated by an illumination device, and a projector.
上記の課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。 In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
本発明の第1の観点によると、レーザ光を射出するレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光が入射されるとともに、該入射されたレーザ光を拡散して拡散光を生成する拡散光学素子と、前記拡散光学素子からの拡散光により回折光を生成し、前記回折光で第1面を照明する回折光学素子とを備えた照明装置が提供される。 According to a first aspect of the present invention, a laser light source device that emits laser light and a laser light emitted from the laser light source device are incident, and diffused light is generated by diffusing the incident laser light. There is provided an illuminating device including: a diffusing optical element that diffracts light; and a diffractive optical element that generates diffracted light using diffused light from the diffused optical element and illuminates a first surface with the diffracted light.
本発明によれば、拡散光から生成された回折光で第1面を照明するようにしたので、回折光学素子から0次光が発生しても、その0次光の第1面上での局所的な照度(輝度)の増大を抑制することができる。したがって、第1面を所望状態で照明することができる。 According to the present invention, since the first surface is illuminated with the diffracted light generated from the diffused light, even if the zero-order light is generated from the diffractive optical element, the zero-order light on the first surface is generated. An increase in local illuminance (luminance) can be suppressed. Therefore, the first surface can be illuminated in a desired state.
本発明の照明装置において、前記回折光学素子は前記回折光で前記第1面上を所定の照明領域で照明する構成を採用することができる。これにより、照明領域を効率良く照明することができる。 In the illumination device of the present invention, the diffractive optical element may employ a configuration in which the diffracted light illuminates the first surface with a predetermined illumination area. Thereby, an illumination area | region can be illuminated efficiently.
本発明の照明装置において、前記回折光学素子は前記第1面上を矩形状の照明領域で照明する構成を採用することができる。これにより、照明領域を効率良く照明することができる。 In the illumination device of the present invention, the diffractive optical element may employ a configuration in which the first surface is illuminated with a rectangular illumination area. Thereby, an illumination area | region can be illuminated efficiently.
本発明の照明装置において、前記拡散光学素子は照射された光を散乱する散乱部材を含む構成を採用することができる。前記散乱部材は、光を透過する基材と、前記基材上の微粒子とを有する構成を採用することができるし、前記散乱部材は粗面を有する光学部材を含む構成を採用することもできる。あるいは、前記拡散光学素子は回折光学素子を含む構成を採用することができる。 In the illuminating device of the present invention, the diffusing optical element may employ a configuration including a scattering member that scatters irradiated light. The scattering member can employ a configuration including a base material that transmits light and fine particles on the base material, and the scattering member can also include a configuration including an optical member having a rough surface. . Alternatively, the diffusing optical element can employ a configuration including a diffractive optical element.
本発明の照明装置において、前記回折光学素子と前記第1面との間に設けられ、前記回折光学素子からの光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整用光学素子を備えた構成を採用することができる。これにより、第1面に対する光の入射角度を調整することができ、第1面を効率良く照明することができる。 In the illuminating device of the present invention, an angle adjusting optical element that is provided between the diffractive optical element and the first surface, is irradiated with light from the diffractive optical element, and adjusts an emission angle of the emitted light. It is possible to adopt a configuration including Thereby, the incident angle of the light with respect to the 1st surface can be adjusted, and the 1st surface can be illuminated efficiently.
本発明の照明装置において、前記角度調整用光学素子は屈折レンズを含む構成を採用することができる。あるいは、角度調整用光学素子は回折光学素子を含む構成を採用することもできる。 In the illuminating device of the present invention, the angle adjusting optical element may include a refractive lens. Alternatively, the angle adjusting optical element may include a diffractive optical element.
本発明の照明装置において、光を通過可能な基板を備え、前記拡散光学素子は前記基板の一方の面に設けられ、前記回折光学素子は他方の面に設けられている構成を採用することができる。これにより、照明装置の部品点数を抑えて、第1面を効率良く照明することができる。 In the illumination device of the present invention, it is possible to employ a configuration in which a substrate capable of transmitting light is provided, the diffusion optical element is provided on one surface of the substrate, and the diffractive optical element is provided on the other surface. it can. Thereby, the number of parts of the lighting device can be suppressed and the first surface can be efficiently illuminated.
本発明の照明装置において、前記レーザ光源装置を複数備え、前記複数のレーザ光源装置はアレイ状に配置されている構成を採用することができる。これにより、第1面を高い照度で効率良く照明することができる。また、スペックルパターンの発生を抑え、第1面をほぼ均一な照度分布で照明することができる。 In the illumination device of the present invention, it is possible to adopt a configuration in which a plurality of the laser light source devices are provided and the plurality of laser light source devices are arranged in an array. Thereby, the first surface can be efficiently illuminated with high illuminance. Moreover, generation | occurrence | production of a speckle pattern can be suppressed and the 1st surface can be illuminated by substantially uniform illumination intensity distribution.
本発明の照明装置において、前記第1面は画像情報を含む構成を採用することができる。これにより、第1面を照明した光により画像を表示することができる。 In the illumination device of the present invention, the first surface can employ a configuration including image information. Thereby, an image can be displayed with the light which illuminated the 1st surface.
本発明の第2の観点によると、上記記載の照明装置で照明され、前記第1面を介した光により画像を表示する画像表示装置が提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an image display device that is illuminated by the above-described illumination device and displays an image by light through the first surface.
本発明によれば、所望状態で照明された第1面を介した光により所望の画像を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a desired image can be obtained with the light via the 1st surface illuminated in the desired state.
本発明の画像表示装置において、前記第1面は照明された光を画像信号に応じて光変調する空間光変調装置の入射面を含む構成を採用することができる。前記空間光変調装置は液晶装置を含む構成を採用することができる。これにより、所望の画像を表示することができる。 In the image display device of the present invention, the first surface may include a light incident surface of a spatial light modulator that modulates the illuminated light in accordance with an image signal. The spatial light modulation device can employ a configuration including a liquid crystal device. Thereby, a desired image can be displayed.
本発明の第3の観点によると、上記記載の画像表示装置を含み、前記第1面を介した画像情報を含む光を第2面上に投射する投射系を備えたプロジェクタが提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a projector including the above-described image display device and including a projection system that projects light including image information via the first surface onto the second surface.
本発明によれば、装置の大型化や複雑化、あるいは装置コストの上昇を抑え、良好な画像を形成することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress an increase in size and complexity of an apparatus or an increase in apparatus cost, and to form a good image.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、必要に応じてXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set as necessary, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system.
<第1実施形態>
第1実施形態について説明する。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、所定部材10の第1面11を照明するものであって、レーザ光L1を射出する複数のレーザ光源装置2と、複数のレーザ光源装置2のそれぞれから射出されたレーザ光L1が入射されるとともに、その入射されたレーザ光L1を拡散して拡散光L2を生成する拡散光学素子4と、拡散光学素子4からの拡散光L2により回折光L3を生成し、回折光L3で第1面11を照明する回折光学素子5とを備えている。回折光学素子5と第1面11との間には、回折光学素子5からの光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整用光学素子6が設けられており、回折光学素子5は、生成した回折光L3を、角度調整用光学素子6を介して第1面11に照射する。
<First Embodiment>
A first embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an illumination device according to the first embodiment. In FIG. 1, an
複数のレーザ光源装置2はアレイ状に配置されている。図1に示す例では、複数のレーザ光源装置2は一次元方向(X軸方向)に複数並んで設けられている。レーザ光源装置2の光射出面は+Z側を向いており、各レーザ光源装置2は+Z方向に向けてレーザ光L1を射出する。
The plurality of laser
拡散光学素子4は、レーザ光源装置2からのレーザ光L1を拡散して拡散光L2を生成するものである。本実施形態においては、拡散光学素子4は、照射された光を散乱する散乱部材を含む。
The diffusing
図2は散乱部材(拡散光学素子)4の一例を示す図である。散乱部材4は、光を透過する基材4Aと、基材4A上の微粒子4Bとを有している。光を透過する基材4Aは、例えば透明の合成樹脂製のフィルム状部材、あるいは石英などのガラス製の板状部材により構成されている。そして、その基材4A上に、屈折率が互いに異なる複数の微粒子4Bがバインダ4Cを介して接着されている。散乱部材4に照射された光は、散乱部材4を通過することにより、拡散光(散乱光)L2に変換される。
FIG. 2 is a view showing an example of the scattering member (diffusing optical element) 4. The scattering
図3は散乱部材(拡散光学素子)4の別の例を示す図である。散乱部材4は、粗面を有する光学部材4Dによって構成されている。光学部材4Dは、例えば光を透過可能な石英などのガラス製の板状部材により構成されている。散乱部材4に照射された光は、散乱部材4を通過することにより、拡散光(散乱光)L2に変換される。
FIG. 3 is a view showing another example of the scattering member (diffusing optical element) 4. The scattering
図1に戻って、回折光学素子5は、拡散光学素子4からの拡散光L2により回折光L3を生成し、その回折光L3で角度調整用光学素子6を介して第1面11を照明するものである。本実施形態においては、回折光学素子5は、回折光L3で第1面11を所定の照明領域で照明する。回折光学素子5により生成される回折光L3は、所定の領域を照明するように拡散された光であり、回折光学素子5は、その回折光L3で第1面11を所定の照明領域で照明し、照明領域での照度を均一化する。そして、回折光学素子5は、その回折光学素子5の光射出面から光が射出される射出領域よりも大きい照明領域で所定面(第1面11)を照明可能である。すなわち、回折光学素子5は所謂拡大系(拡大照明系)である。また、本実施形態においては、回折光学素子5は、第1面11上を矩形状の照明領域で照明する。
Returning to FIG. 1, the diffractive
図4は回折光学素子5の一例を示す模式図であって、図4(A)は平面図、図4(B)は図4(A)のA−A線断面矢視図である。図4に示す回折光学素子は、その表面に複数の矩形状の凹部(凹凸構造)5Mを有している。凹部5Mは互いに異なる深さを有している。また、凹部5Mどうしの間の複数の凸部も互いに異なる高さを有している。そして、凹部5Mどうしのピッチd及び凹部5Mの深さt(凸部の高さ)を含む回折光学素子5の表面条件を適宜調整することにより、この回折光学素子5に照射された光を拡散させ、照明領域の大きさ及び形状を設定することができる。換言すれば、凹部5Mどうしのピッチd及び凹部5Mの深さtを含む表面条件を最適化することにより、回折光学素子5に所定の機能を持たせることができる。また、凹部5Mどうしのピッチdや凹部5Mの深さtの値を回折光学素子5の表面の複数の領域毎にそれぞれ異ならせる場合には、回折光学素子5の表面条件には、形成される凹部5Mどうしのピッチdの分布や、凹部5Mの深さtの分布も含まれる。凹部5Mどうしのピッチd及び凹部5Mの深さtを含む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。そして、回折光学素子5の表面条件を最適化することで、所望の機能を有する回折光学素子5を形成することができる。
4A and 4B are schematic views showing an example of the diffractive
なお、回折光学素子5としては、矩形の凹部5M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回折格子であってもよい。例えば、回折光学素子5としては、図5に示すような、斜面を有する三角形状の凹部を有するものであってもよい。また、回折光学素子5としては、図4に示したような矩形状の凹部を有する領域と、図5に示したような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回折光学素子5を形成することができる。
The diffractive
ここで、図6を参照しながら、回折光学素子5の製造方法の一例について説明する。図6(A)に示すように、石英基板上にレジストを塗布した後、電子ビーム描画装置によりレジストに電子ビームを照射し、このレジストをパターニングする。次いで、エッチング処理することにより、図6(B)に示すように、石英からなるモールド(型)を形成する。そして、合成樹脂製のフィルム状部材など、回折光学素子を形成するための基板とモールドとを、基板のガラス転移温度以上に加熱する。そして、図6(C)に示すように、基板とモールドとを押し付け、一定時間保持する。その後、基板とモールドとを、基板のガラス転移温度以下に冷却し、基板とモールドとを離す。これにより、図6(D)に示すように、所望の形状を有する合成樹脂製の回折光学素子が形成される。このように、本実施形態では、モールド(型)を形成した後、そのモールドの形状を基板に熱転写する、所謂ナノインプリントの手法により、回折光学素子を形成する。
Here, an example of a method for manufacturing the diffractive
なお、ここで説明した回折光学素子の製造方法は一例であり、所望の形状を有する回折光学素子を製造できるのであれば、任意の手法を用いることができる。 Note that the method of manufacturing a diffractive optical element described here is an example, and any method can be used as long as a diffractive optical element having a desired shape can be manufactured.
図7は回折光学素子5を含む照明装置1で照明された第1面11を示す模式図である。図7に示すように、回折光学素子5を含む照明装置1は、第1面11上での照明領域LAを設定することができる。具体的には、回折光学素子5を含む照明装置1は、第1面11上での照明領域LAの大きさ及び形状の少なくとも一方を設定することができる。本実施形態では、回折光学素子5を含む照明装置1は、照明領域LAを矩形状(長方形状)に設定する。本実施形態の第1面(後述するライトバルブの入射面を含む)11は矩形状(長方形状)であり、回折光学素子5を含む照明装置1は、第1面11に応じた照明領域LAを設定する。照明領域LAの大きさ及び形状は、回折光学素子5の表面条件(凹部5Mどうしのピッチd、凹部5Mの深さtなど)を適宜調整することにより設定可能である。換言すれば、凹部5Mどうしのピッチd及び凹部5Mの深さtを含む表面条件を最適化することにより、回折光学素子5に照明領域設定光学系としての機能を持たせることができる。また、回折光学素子5の表面条件を最適化することにより、照明領域LAでの照度を均一化できるような回折光L3を生成でき、また、回折光学素子5の光射出面から光が射出される射出領域よりも大きい照明領域LAで第1面11を照明することができる。そして、上述の反復フーリエ法など、所定の手法を用いて回折光学素子5の表面条件を最適化することで、所望の機能(照明領域設定機能、拡散光生成機能、拡大照明機能等)を有する回折光学素子5を形成することができる。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the
すなわち、本実施形態の回折光学素子5は、照明領域設定機能、照度均一化機能(拡散光生成機能)、及び拡大照明機能のそれぞれを有しており、それらの機能を有するように、凹部5Mどうしのピッチd及び凹部5Mの深さtを含む表面条件が最適化されている。
That is, the diffractive
なお、本実施形態では、回折光学素子5は、照明領域LAを矩形状に設定しているが、凹部5Mどうしのピッチd及び凹部5Mの深さtを含む表面条件を最適化することにより、例えば照明領域LAをライン状や円形状など、任意の形状に設定することができる。
In the present embodiment, the diffractive
また、回折光学素子5は、発生した1次光で第1面11を照明するように最適化されている。
The diffractive
図1に戻って、回折光学素子5と第1面11との間には角度調整用光学素子6が設けられている。角度調整用光学素子6は、回折光学素子5からの回折光(1次光)L3が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整機能を有している。角度調整用光学素子6は、屈折レンズ(フィールドレンズ)によって構成されている。屈折レンズは、例えば球面レンズ、又は非球面レンズ等の光軸に対して回転対称な軸対象レンズを含む。あるいは、角度調整用光学素子6はフレネルレンズ等を含むものであってもよい。角度調整用光学素子6は、回折光学素子5から照射された光の射出角度、ひいては第1面11に対する光の入射角度を調整可能である。本実施形態では、角度調整用光学素子6は、複数のレーザ光源装置2のそれぞれから射出された複数のレーザ光L1に基づいて回折光学素子5で生成された回折光(1次光)L3で、第1面11上の所定領域を重畳的に照明するように、射出する光の射出角度を調整できるように最適化されている。
Returning to FIG. 1, an angle adjusting
図8は本実施形態に係る照明装置1(1R、1G、1B)を備えた画像表示装置を示す概略構成図である。本実施形態においては、画像表示装置として、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画像表示装置(プロジェクタ)を例にして説明する。 FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an image display device including the illumination device 1 (1R, 1G, 1B) according to the present embodiment. In the present embodiment, a projection type image display device (projector) that projects color light including image information generated by a spatial light modulator on a screen via a projection system will be described as an example of the image display device.
図8において、投射型画像表示装置PJは、スクリーン100(第2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画像表示装置PJは、スクリーン100を透過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. 8, the projection type image display apparatus PJ includes a projection unit U that projects light including image information on a screen 100 (second 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)で第1面を照明可能な第1照明装置1Rと、第2の基本色光(緑色光)で第1面を照明可能な第2照明装置1Gと、第3の基本色光(青色光)で第1面を照明可能な第3照明装置1Bと、第1照明装置1Rで照明される入射面(第1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10Rと、第2照明装置1Gで照明される入射面(第1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10Gと、第3照明装置1Bで照明される入射面(第1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10Bと、空間光変調装置10R、10G、10Bにより変調された各基本色光を合成する色合成系12と、色合成系12で生成された光をスクリーン100上に投射する投射系13とを備えている。空間光変調装置10R、10G、10B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の複数のレーザ光源装置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L1に基づいて、拡散光学素子4により拡散光L2を生成し、その生成された拡散光L2に基づいて、回折光学素子5により回折光L3を生成し、その回折光L3で第1ライトバルブ10Rの入射面11を照明する。
The plurality of laser
第2照明装置1Gの複数のレーザ光源装置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L1に基づいて、拡散光学素子4により拡散光L2を生成し、その生成された拡散光L2に基づいて、回折光学素子5により回折光L3を生成し、その回折光L3で第2ライトバルブ10Gの入射面11を照明する。
The plurality of laser
第3照明装置1Bの複数のレーザ光源装置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L1に基づいて、拡散光学素子4により拡散光L2を生成し、その生成された拡散光L2に基づいて、回折光学素子5により回折光L3を生成し、その回折光L3で第3ライトバルブ10Bの入射面11を照明する。
The plurality of laser
各ライトバルブ10R、10G、10Bを通過することで変調された各基本色光(変調光)は、色合成系12で合成される。色合成系12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)は色合成系12で合成されてフルカラー合成光となる。色合成系12から射出されたフルカラー合成光は投射系13に供給される。投射系13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13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10R、10G、10Bを介した画像情報を含むフルカラー合成光を投射系13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
以上説明したように、本実施形態によれば、回折光学素子5は、拡散光学素子4からの拡散光L2により回折光L3を生成し、その回折光L3で第1面11を照明するので、仮に回折光学素子5から0次光が発生しても、その0次光の第1面11上での局所的な照度(輝度)の増大を抑制することができる。本実施形態においては、回折光学素子5は、上述の反復フーリエ法等の所定の手法を用いて、0次光を発生させないように設計され、発生した1次光によって、均一な照度分布で第1面11を照明できるように設計されているが、例えば回折光学素子5を製造するときの製造誤差(プロセス誤差)や、レーザ光源装置2から射出されるレーザ光L1の波長誤差等に起因して、回折光学素子5より0次光が発生してしまう可能性がある。なお、レーザ光源装置2から射出されるレーザ光L1の波長の誤差(ぶれ)は、例えば温度変化に起因する。0次光は、回折光学素子5に入射する光の延長線上に形成される場合が多く、その0次光の光強度は、回折光学素子5に入射する光の強度(照度)に応じた値となる場合が多い。そのような場合において、回折光学素子5に対してレーザ光源装置2からのレーザ光L1が直接的に入射された場合、第1面11のうち、回折光学素子5に入射するレーザ光L1の延長線上の領域に0次光が照射され、0次光が照射された部分の照度(輝度)が局所的に増大する場合がある。その場合、その空間光変調装置10に基づいて形成される画像は不良となる。本実施形態では、回折光学素子5には、拡散光学素子4によって生成された拡散光L2が入射するようになっており、回折光学素子5に入射する光は拡散(分散)されたものである。したがって、回折光学素子5に入射する光の局所的な照度(輝度)の増大が抑制されている。したがって、仮に回折光学素子5から0次光が発生した場合でも、その0次光の光強度は低減されるので、図9の模式図に示すように、回折光学素子5から発生した0次光の第1面11上での局所的な照度(輝度)の増大が抑制され、照明装置1は第1面11をほぼ所望状態で照明することができる。したがって、その照明装置1を有する画像表示装置PJは、第1面(入射面)11を介した光により、所望の画像を形成することができる。
As described above, according to the present embodiment, the diffractive
また、本実施形態の照明装置1によれば、装置の大型化や複雑化、あるいは装置コストの上昇を抑え、第1面11を均一な照度分布で効率良く照明することができる。すなわち、レーザ光源装置から射出されたレーザ光を用いて第1面11を均一な照度分布で照明するために、例えばロッドインテグレータやフライアイレンズ等の光学系を用いた場合、部品点数の増大や光学系の複雑化を招き、装置全体の大型化、複雑化を招く虞がある。また、部品点数の増大やロッドインテグレータ等の高価な部品の使用により装置コストの上昇を招く虞もある。更には、各光学素子の界面より発生するフレネル反射損失等、光利用効率等の低下を招く虞もある。本実施形態では、比較的安価な光学素子を用い、しかもその部品点数が抑えられているので、装置の大型化や複雑化、あるいは装置コストの上昇を抑え、第1面11を効率良く照明することができる。
Moreover, according to the illuminating
また、回折光学素子5は第1面11上での照明領域LAを設定することができるので、照明領域LAを効率良く照明することができる。すなわち、レンズ等を介した光で第1面11を照明した場合、照明領域LAの形状と第1面11の形状とが異なる状況が生じる可能性がある。すなわち、例えば第1面11が矩形状であるのに対して、レンズを介して第1面11を照明したときの照明領域LAが円形状となる可能性がある。この場合、光の漏洩を抑えつつ、第1面11を照明するためには、円形状の照明領域LAを拡大するとともに、遮光部材等を用いて、照明領域LAを整形する必要がある。この場合、光利用効率が低下する。本実施形態では、回折光学素子5を用いて照明領域LAを設定することにより、回折光学素子5で生成した光のほぼ全てを第1面11に照射することができ、光利用効率を向上することができる。
Further, since the diffractive
また、光源としてレーザ光源装置を用いているので、偏光された光を射出することができ、光源として例えば超高圧水銀ランプ等の白色光源を用いる構成に比べて、偏光分離素子(偏光ビームスプリッタ)や、色分離素子(ダイクロイックミラー)等の部品を省略することができる。また、狭波長帯域のレーザ光(基本色光)を射出するので、そのレーザ光を用いて画像を表示する際、良好な色再現性を得ることができる。また、液晶装置(ライトバルブ)には紫外光が照射されないので、ライトバルブの劣化を抑制することもできる。 Further, since a laser light source device is used as a light source, polarized light can be emitted, and compared with a configuration using a white light source such as an ultra-high pressure mercury lamp as a light source, a polarization separation element (polarization beam splitter) In addition, components such as a color separation element (dichroic mirror) can be omitted. Further, since laser light (basic color light) in a narrow wavelength band is emitted, good color reproducibility can be obtained when an image is displayed using the laser light. In addition, since the liquid crystal device (light valve) is not irradiated with ultraviolet light, deterioration of the light valve can be suppressed.
また、本実施形態においては、照明装置1は複数のレーザ光源装置2を備えているので、第1面11上での光量(照度)を増大することができる。そして、その照明装置1で照明された第1面11を介した光により画像を表示することにより、画像の高輝度化、高コントラスト化を実現することができる。
Moreover, in this embodiment, since the illuminating
また、本実施形態においては、照明装置1は複数のレーザ光源装置2を備えているので、スペックルパターンの発生を抑えることもできる。スペックルパターンとは、レーザ光のようなコヒーレント光で粗面や不均質な媒質を含む散乱面を照射し、その散乱光(拡散光)を観察したとき、空間に生じるコントラストの高い斑点状の模様をいう。散乱面の各点で発生した散乱光(拡散光)は、互いにランダムな位相関係で干渉し、その結果複雑な干渉パターンを生じ、第1面11を不均一な照度分布で照明する可能性がある。本実施形態では、照明装置1は複数のレーザ光源装置2を備えており、それら複数のレーザ光源装置2のそれぞれから射出されたレーザ光は互いにインコヒーレントであるため、互いに異なる照度分布(輝度分布)を持つ光で第1面11を照明することとなる。そのため、それら各レーザ光に基づく回折光を第1面11上で重ね合わせることにより、見た目上のスペックルパターンを低減し、第1面11上での照度分布をほぼ均一にすることができる。したがって、画像表示装置PJは、輝度むら(照度むら)が小さい画像を表示することができる。
Moreover, in this embodiment, since the illuminating
また、角度調整用光学素子6を設けたことにより、第1面11に対する光の入射角度を小さくすることができ、第1面11を効率良く照明することができる。また、複数のレーザ光源装置2のそれぞれから射出したレーザ光L1に基づいて回折光学素子5で生成した回折光L3で、第1面11上の所定領域を重畳的に照明することができる。これにより、第1面11を高い照度で効率良く照明することができる。また、スペックルパターンの発生を抑え、第1面11をほぼ均一な照度分布で照明することができる。
Moreover, by providing the angle adjusting
また、図6等を参照して説明したように、回折光学素子5はナノインプリントの手法で製造することができるため、回折光学素子を容易に大量に製造することができ、製造コストを低減することができる。
Further, as described with reference to FIG. 6 and the like, since the diffractive
<第2実施形態>
第2実施形態について説明する。本実施形態の特徴的な部分は、拡散光学素子4としてレンズを用いた点にある。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
<Second Embodiment>
A second embodiment will be described. A characteristic part of this embodiment is that a lens is used as the diffusing
図10(A)は第2実施形態に係る照明装置1を示す図である。図10(A)において、照明装置1は複数のレーザ光源装置2を備えている。複数のレーザ光源装置2はアレイ状に配置されている。また、照明装置1は、複数のレーザ光源装置2のそれぞれから射出されたレーザ光L1が入射されるとともに、その入射されたレーザ光L1を拡散して拡散光L2を生成するレンズ面4Lを有する拡散光学素子4と、拡散光学素子4からの拡散光L2により回折光L3を生成し、回折光L3で第1面11を照明する回折光学素子5とを備えている。回折光学素子5と第1面11との間には、回折光学素子5からの光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整用光学素子6が設けられており、回折光学素子5は、生成した回折光L3を、角度調整用光学素子6を介して第1面11に照射する。レンズ面4Lは、拡散光学素子4のうち、レーザ光源装置2に近い一方の面に設けられている。拡散光学素子4のレンズ面4Lは、複数のレーザ光源装置2に対応するように複数設けられている。レンズ面4Lを有する拡散光学素子4は光を透過可能であり、レンズ面4Lは入射されたレーザ光L1を拡散して拡散光L2を生成する。生成された拡散光L2は、光学素子4を透過した後、回折光学素子5に近い他方の面から射出され、回折光学素子5によって回折光L3に変換される。このように、拡散光学素子4をレンズ系によって構成することが可能である。そして、拡散光学素子4によって生成した拡散光L2を回折光学素子5に入射させることにより、回折光学素子5で仮に0次光が発生しても、図10(B)の模式図に示すように、第1面11上での0次光の局所的な照度(輝度)の増大を抑制することができる。
FIG. 10A is a diagram illustrating the
<第3実施形態>
第3実施形態について説明する。本実施形態の特徴的な部分は、生成した拡散光L2を平行化する点にある。
<Third Embodiment>
A third embodiment will be described. A characteristic part of this embodiment is that the generated diffused light L2 is collimated.
図11(A)は第3実施形態に係る照明装置1を示す図である。図11(A)において、照明装置1は、アレイ状に配置された複数のレーザ光源装置2と、レーザ光L1を拡散して拡散光L2を生成する拡散光学素子4と、拡散光学素子4からの拡散光L2により回折光L3を生成し、回折光L3で第1面11を照明する回折光学素子5とを備えている。回折光学素子5と第1面11との間には、回折光学素子5からの光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整用光学素子6が設けられており、回折光学素子5は、生成した回折光L3を、角度調整用光学素子6を介して第1面11に照射する。
FIG. 11A is a diagram illustrating the
拡散光学素子4は、複数のレーザ光源装置2のそれぞれから射出されたレーザ光L1が入射されるとともに、その入射されたレーザ光L1を拡散して拡散光L2を生成するレンズ面4Lと、レンズ面4Lで生成された拡散光L2を平行化する第2レンズ面(コリメート面)4Hとを有している。レンズ面4Lは、拡散光学素子4のうち、レーザ光源装置2に近い一方の面に設けられている。一方、コリメート面4Hは、拡散光学素子4のうち、回折光学素子5に近い他方の面に設けられている。拡散光学素子4のレンズ面4Lは、複数のレーザ光源装置2に対応するように複数設けられ、コリメート面4Hはレンズ面4Lに対応するように複数設けられている。レンズ面4Lは入射されたレーザ光L1を拡散して拡散光L2を生成する。拡散光学素子4は光を透過可能であり、レンズ面4Lで生成された拡散光L2は、拡散光学素子4を透過した後、コリメート面4Hにより平行化される。そして、コリメート面4Hを含む他方の面から射出された拡散光L2は、回折光学素子5によって回折光L3に変換される。
The diffusing
このように、本実施形態においては、レンズ面4Lで生成された拡散光L2を、コリメート面4Hで平行化しているので、拡散光L2により回折光学素子5の入射面を例えば垂直照明することができるなど、回折光学素子5に対する光の入射角度を小さくすることができる。したがって、回折光学素子5の設計を容易に行うことができ、回折効率の低下を抑制することができる。そして、拡散光学素子4によって、回折光学素子5に入射する光を拡散光L2とすることにより、回折光学素子5で仮に0次光が発生しても、図11(B)の模式図に示すように、第1面11上での0次光の局所的な照度(輝度)の増大を抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, the diffused light L2 generated on the
<第4実施形態>
第4実施形態について説明する。本実施形態の特徴的な部分は、拡散光学素子4として回折光学素子4Kを用いた点にある。
<Fourth embodiment>
A fourth embodiment will be described. A characteristic part of this embodiment is that a diffractive
図12(A)は第4実施形態に係る照明装置1を示す図である。図12(A)において、照明装置1は、アレイ状に配置された複数のレーザ光源装置2と、レーザ光L1を拡散して拡散光L2を生成する拡散用回折光学素子(拡散光学素子)4Kと、拡散用回折光学素子4Kからの拡散光L2により回折光L3を生成し、回折光L3で第1面11を照明する回折光学素子5とを備えている。回折光学素子5と第1面11との間には、回折光学素子5からの光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整用光学素子6が設けられており、回折光学素子5は、生成した回折光L3を、角度調整用光学素子6を介して第1面11に照射する。
FIG. 12A is a diagram illustrating the
拡散用回折光学素子4Kは、複数のレーザ光源装置2のそれぞれから射出されたレーザ光L1が入射されるとともに、その入射されたレーザ光L1を拡散して拡散光L2を生成するものである。すなわち、拡散用回折光学素子4Kは、拡散光生成機能を有している。上述の反復フーリエ法など、所定の手法を用いて回折光学素子4Kの表面条件を最適化することで、拡散光生成機能を有する回折光学素子4Kを形成することができる。本実施形態では、拡散用回折光学素子4Kは、入射するレーザ光L1の光強度(照度)に対して、射出する拡散光L2の0次光の光強度(照度)の最大値が5%未満となるように、拡散光L2を生成する。
The diffractive diffractive
一方、回折光学素子5は、上述の実施形態同様、照明領域設定機能を有しており、生成した回折光L3により、第1面11上での照明領域LAを矩形状に設定することができる。
On the other hand, the diffractive
このように、拡散光学素子4として回折光学素子4Kを用いることができる。そして、拡散光学素子4によって、回折光学素子5に入射する光を拡散光L2とすることにより、回折光学素子5で仮に0次光が発生しても、図12(B)の模式図に示すように、第1面11上での0次光の局所的な照度(輝度)の増大を抑制することができる。本実施形態では、回折光学素子5から0次光が発生した場合でも、
入射するレーザ光L2の0次光の光強度(照度)に対して、射出する回折光L3の0次光の光強度(照度)の最大値が5%未満となるように、回折光学素子5が作成されていれば、レーザ光L1の光強度(照度)に対して、回折光L3の0次光の光強度(照度)を0.25%未満とすることができる。
Thus, the diffractive
The diffractive
また、図6等を参照して説明したように、拡散用回折光学素子4Kはナノインプリントの手法で製造することができるため、回折光学素子を容易に大量に製造することができ、製造コストを低減することができる。
Also, as described with reference to FIG. 6 and the like, the diffractive diffractive
<第5実施形態>
第5実施形態について説明する。本実施形態の特徴的な部分は、光を透過可能な基板7の一方の面に拡散光学素子4が設けられ、他方の面に回折光学素子5が設けられている点にある。
<Fifth Embodiment>
A fifth embodiment will be described. The characteristic part of this embodiment is that the diffusion
図13(A)は第5実施形態に係る照明装置1を示す図である。図13(A)において、照明装置1は、アレイ状に配置された複数のレーザ光源装置2と、レーザ光L1を拡散して拡散光L2を生成する拡散光学素子4と、拡散光学素子4からの拡散光L2により回折光L3を生成し、回折光L3で第1面11を照明する回折光学素子5とを備えている。回折光学素子5と第1面11との間には、回折光学素子5からの光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整用光学素子6が設けられており、回折光学素子5は、生成した回折光L3を、角度調整用光学素子6を介して第1面11に照射する。
FIG. 13 (A) is a diagram showing the
本実施形態においては、照明装置1は、光を通過可能な基板7を備えており、拡散光学素子4は、基板7のうち、レーザ光源装置2に近い一方の面に設けられ、回折光学素子5は、第1面11(角度調整用光学素子6)に近い他方の面に設けられている。基板7は、例えば透明の合成樹脂製のフィルム状部材、あるいは石英などのガラス製の板状部材により構成されている。本実施形態では、拡散光学素子4は、基板7の一方の面に設けられたレンズ面4Lによって構成されている。レンズ面4Lは、複数のレーザ光源装置2に対応するように複数設けられており、入射されたレーザ光L1を拡散して拡散光L2を生成する。基板7は光を透過可能であり、レンズ面4Lで生成された拡散光L2は、基板7を透過した後、回折光学素子5により回折光L3に変換される。また、本実施形態では、回折光学素子5は、基板7の他方の面に設けられた凹部(5M)を含む。
In the present embodiment, the
このように、光を通過可能な基板7の一方の面に拡散光学素子4を設け、他方の面に回折光学素子5を設けることが可能であり、こうすることにより、照明装置1の部品点数を抑えて、第1面11を効率良く照明することができる。そして、拡散光学素子4によって、回折光学素子5に入射する光を拡散光L2とすることにより、回折光学素子5で仮に0次光が発生しても、図13(B)の模式図に示すように、第1面11上での0次光の局所的な照度(輝度)の増大を抑制することができる。
In this way, it is possible to provide the diffusing
なお、上述の第1〜第5実施形態では、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1を適用することもできる。
In the first to fifth embodiments described above, the 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 above-described embodiments, 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. A reflective light modulator (mirror modulator) may be used.
なお、上述の実施形態のプロジェクタPJは、各基本色光(R、G、B)を射出可能なレーザ光源装置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装置、緑色光(G)を射出する緑色レーザ光源装置、及び青色光(B)を射出する青色レーザ光源装置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装置のレーザ光射出動作を時分割で行い、その各レーザ光源装置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。
In addition, the projector PJ of the above-described embodiment includes the first, second, and
<第6実施形態>
なお、上述の各実施形態においては、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、画像表示装置(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よい。例えば図14に示すような、画像情報を含むスライド(ポジフィルム)10’の面11’を照明装置1で照明し、スクリーン100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。
<Sixth Embodiment>
In each of the above-described embodiments, the
また、画像表示装置としては、投射系を有さず空間光変調装置の画像を直接観察する直視型の画像表示装置であってもよい。 The image display device may be a direct-view image display device that does not have a projection system and directly observes the image of the spatial light modulation device.
なお、上述の第1〜第6実施形態においては、照明装置1は一次元方向(X軸方向)に複数並んだレーザ光源装置2を有しているが、二次元方向(XY方向)にアレイ状に配置されたレーザ光源装置2を備えていてもよい。
In the first to sixth embodiments described above, the
なお、上述の各実施形態においては、照明装置1は複数のレーザ光源装置2を有しているが、レーザ光源装置2は1つであってもよい。
In each of the above-described embodiments, the
なお、上述の各実施形態においては、照明装置1は角度調整用光学素子6を有しているが、その角度調整用光学素子6を省略することも可能である。その場合、回折光学素子5は、生成した回折光L3で第1面11を直接的に照明する。
In each of the above-described embodiments, the
なお、上述の各実施形態においては、回折光学素子として透過型の回折光学素子(回折格子)のうち、位相変調型の回折光学素子を用いているが、振幅変調型の回折光学素子を用いることもできる。また、透過型の回折光学素子に限られず、反射型の回折光学素子を用いることもできる。また、例えば、透過型の回折光学素子と、反射型の回折光学素子とを組み合わせてもよい。そして、それら回折光学素子の表面条件を最適化することにより、その回折光学素子に所望の機能を持たせることができる。 In each of the above-described embodiments, the phase modulation type diffractive optical element is used as the diffractive optical element among the transmission type diffractive optical elements (diffraction gratings), but the amplitude modulation type diffractive optical element is used. You can also. Further, the invention is not limited to the transmission type diffractive optical element, and a reflection type diffractive optical element can also be used. Further, for example, a transmissive diffractive optical element and a reflective diffractive optical element may be combined. Then, by optimizing the surface conditions of these diffractive optical elements, the diffractive optical elements can have a desired function.
1…照明装置、2…レーザ光源装置、4…拡散光学素子、4A…基材、4B…微粒子、4D…光学部材、4K…拡散用回折光学素子、5…回折光学素子、6…角度調整用光学素子、7…基板、10…空間光変調装置、11…第1面(入射面)、100…スクリーン(第2面)、L1…レーザ光、L2…拡散光、L3…回折光、LA…照明領域、PJ…画像表示装置(プロジェクタ)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光が入射されるとともに、該入射されたレーザ光を拡散して拡散光を生成する拡散光学素子と、
前記拡散光学素子からの拡散光により回折光を生成し、前記回折光で第1面を照明する回折光学素子とを備え、
前記拡散光学素子は、前記レーザ光源装置に近い一方の面に、前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光を拡散して拡散光を生成する第1レンズ面を有し、前記回折光学素子に近い他方の面に、前記第1レンズ面で生成された拡散光を平行化する第2レンズ面を有し、
前記回折光学素子は、前記第2レンズ面を含む前記他方の面から射出された拡散光を前記回折光に変換する照明装置。 A laser light source device for emitting laser light;
A laser beam emitted from the laser light source device is incident, and a diffusion optical element that diffuses the incident laser beam to generate diffused light; and
A diffractive optical element that generates diffracted light from the diffused light from the diffused optical element and illuminates the first surface with the diffracted light;
The diffusion optical element has a first lens surface that diffuses the laser light emitted from the laser light source device and generates diffused light on one surface close to the laser light source device, and is close to the diffractive optical element. On the other surface, there is a second lens surface that collimates the diffused light generated on the first lens surface,
The diffractive optical element is an illumination device that converts diffused light emitted from the other surface including the second lens surface into the diffracted light.
前記複数のレーザ光源装置はアレイ状に配置されている請求項1〜3のいずれか一項記載の照明装置。 A plurality of the laser light source devices;
Wherein the plurality of laser light source device illuminating device according to any one of claims 1 to 3 that are arranged in an array.
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