CN102314053B - 投影机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种比以往的投影机高亮度且减轻了光利用效率下降这一问题的投影机。本发明的投影机，其特征在于，具备：照明装置；和在光调制区域根据图像信息对来自所述照明装置的光进行调制的光调制装置，所述照明装置具备：多个固体光源；多个准直透镜；使光聚光于规定的聚光位置的聚光光学系统；和在来自所述聚光光学系统的光所入射的入射区域生成发散光的发散光生成部，所述发散光生成部中的所述入射区域的面积为所述光调制区域的面积的1/102以下。

Description

投影机
技术领域
本发明涉及投影机。
背景技术
以往，已知一种投影机，其具备：具有固体光源的照明装置；根据图像信息对来自照明光源的光进行调制的光调制装置；和投影来自光调制装置的光的投影光学系统(例如，参照专利文献1)。
根据以往的投影机，作为照明装置具备具有消耗电力小的固体光源的照明装置，所以能够提供消耗电力小的投影机。
专利文献1：特开2009-199046号公报
但是，在投影机的技术领域中一直追求更高亮度的投影机。因此，可以考虑通过由具有多个固体光源的照明装置代替以往的投影机中的照明装置，从而得到比以往的投影机更高亮度的投影机。
然而，仅由具有多个固体光源的照明装置代替照明装置，虽然能够得到比以往的投影机更高亮度的投影机，但存在由于照明装置中的发光部的总面积变大而引起光利用效率下降这一的问题。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述的情况而进行的，其目的在于提供一种比以往的投影机高亮度且减轻了光利用效率下降这一问题的投影机。
(1)本发明的投影机，其特征在于，具备：照明装置；光调制装置，其在光调制区域根据图像信息对来自所述照明装置的光进行调制；和投影光学系统，其对来自所述光调制装置的光进行投影，所述照明装置具备：多个固体光源；多个准直透镜，其与所述多个固体光源相对应地设置，将在所述多个固体光源生成的光分别大致平行化；聚光光学系统，其使来自所述准直透镜的光聚光于规定的聚光位置；和发散光生成部，其位于所述聚光位置的附近，在来自所述聚光光学系统的光所入射的入射区域生成发散光，所述发散光生成部中的所述入射区域的面积为所述光调制装置中的所述光调制区域的面积的1/102以下。
因此，根据本发明的投影机，作为照明装置而具备具有多个固体光源的照明装置，所以能够提供比以往的投影机高亮度的投影机。
另外，根据本发明的投影机，通过聚光光学系统将来自多个固体光源的光聚光于发散光生成部中的入射区域，并且将发散光生成部中的入射区域的面积设为光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下，所以能够减轻光利用效率下降这一问题。
在这样的情况下，如从后述的试验例可知，即使在作为光调制装置使用具有在发光部的总面积增大时光利用效率下降的倾向的液晶光调制装置的情况下，通过将发散光生成部中的入射区域的面积设为光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下，也能够减轻光利用效率下降这一问题。即，如从后述的表1以及表2可知，通过将发散光生成部中的入射区域的面积设为光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下，能够以入射区域的面积为无限小的情况为基准，确保99％以上的光利用效率。
其结果是，本发明的投影机变为比以往的投影机高亮度且减轻了光利用效率下降这一问题的投影机。
所谓“发散光”指的是指向性较低的光。在本发明的投影机中，能够适于使用具有朗伯(Lambertian)分布的发散光。
(2)根据本发明的投影机，优选，所述发散光生成部中的所述入射区域的面积为所述光调制装置中的所述光调制区域的面积的1/400以上。
在本发明的投影机中，如上所述，发散光生成部中的入射区域的面积为光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下，所以能够得到能够减轻光利用效率下降这一问题的效果，而且，如果通过如上述(2)那样构成，将发散光生成部中的入射区域的面积设为光调制装置中的光调制区域的面积的1/400以上，则也能够得到“能够抑制对入射区域付与过大的热负荷，抑制发散光生成部的劣化和烧损，延长发散光生成部的寿命”这一效果。
另外，在发散光生成部，不管将发散光生成部中的入射区域的面积设得多小，入射的光总会在发散光生成部内扩散而扩展，所以使发散光生成部中的入射区域的面积不满光调制装置中的光调制区域的面积的1/400就足够了。
(3)在本发明的投影机中，优选，所述固体光源包括半导体激光器。
半导体激光器小型且高输出，所以通过设为上述那样的结构，变为小型且高输出的光源装置。
另外，半导体激光器出射聚光性优异的激光，所以能够容易将发散光生成部中的入射区域的面积设为光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下。
(4)在本发明的投影机中，优选，所述准直透镜包括入射面为双曲面且出射面为平面的非球面平凸透镜。
根据本发明的投影机，固体光源通常具有极小的发光面积，所以能够使用包括双曲面的入射面将来自固体光源的光大致平行化。另外，准直透镜的出射面为平面，所以不需要如入射面与出射面都是透镜面时那样正确地使入射面的中心轴与出射面的中心轴一致，所以不会有因入射面的中心轴与出射面的中心轴未正确地一致而引起的、从准直透镜出射的光的平行度下降的情况。因此，能够容易地将发散光生成部中的入射区域的面积设为光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下。
另外，容易附着污垢的出射面为平面，所以能够容易地进行污垢的去除。
(5)在本发明的投影机中，优选，在将构成所述准直透镜的入射面的双曲面的圆锥常数设为Ks1时，圆锥常数Ks1满足-4＜Ks1＜-2的条件。
通过设为这样的结构，在上述(4)所记载的投影机中，能够提高将在多个固体光源生成的光分别大致平行化时的光的平行度，所以能够更容易地将发散光生成部中的入射区域的面积设为光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下。
另外，在将构成该准直透镜的材质相对于在固体光源生成的光的折射率设为n1时，优选满足Ks1≈-n1 2的条件，更优选满足Ks1＝-n1 2的条件。通过设为这样的结构，能够将来自固体光源的光在准直透镜的入射面平行化。
(6)在本发明的投影机中，优选，所述准直透镜包括入射面为平面且出射面为椭圆面的非球面平凸透镜。
根据本发明的投影机，固体光源通常具有极小的发光面积，所以能够使用由椭圆面构成的出射面将来自固体光源的光平行化。另外，准直透镜的入射面为平面，所以不需要如入射面与出射面都是透镜面时那样正确地使入射面的中心轴与出射面的中心轴一致，所以不会有因入射面的中心轴与出射面的中心轴未正确地一致而引起从准直透镜出射的光的平行度下降的情况。
因此，能够容易地将发散光生成部中的入射区域的面积设为光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下。
(7)在本发明的投影机中，优选，在将构成所述准直透镜的出射面的椭圆面的圆锥常数设为Kd1时，圆锥常数Kd1满足-1＜Kd1＜-0.55的条件。
通过设为这样的结构，在上述(6)所记载的投影机中，能够提高将在多个固体光源生成的光分别大致平行化时的光的平行度，所以能够更容易将发散光生成部中的入射区域的面积设为光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下。
(8)在本发明的投影机中，优选，所述聚光光学系统包括入射面为平面且出射面为双曲面的非球面平凸透镜。
根据本发明的投影机，来自准直透镜的光为大致平行光，所以能够使用由双曲面构成的出射面将来自准直透镜的光聚光于极小的入射区域。另外，聚光光学系统的入射面为平面，所以不需要如入射面与出射面都是透镜面时那样正确地使入射面的中心轴与出射面的中心轴一致，所以不会有因入射面的中心轴与出射面的中心轴未正确地一致而引起聚光光学系统的聚光能力降低的情况。因此，能够容易地将发散光生成部中的入射区域的面积设为光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下。
(9)在本发明的投影机中，优选，在将构成所述聚光光学系统的出射面的双曲面的圆锥常数设为Ks2时，圆锥常数Ks2满足-4＜Ks2＜-2的条件。
通过设为这样的结构，在上述(8)所记载的投影机中，能够提高将来自准直透镜阵列的光聚光于规定的聚光位置时的光的聚光度，所以能够更容易将发散光生成部中的入射区域的面积设为光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下。
另外，在将构成该聚光光学系统的材质相对于在固体光源生成的光的折射率设为n2时，优选满足Ks2≈-n2 2的条件，更优选满足Ks2＝-n2 2的条件。通过设为这样的结构，能够将来自准直透镜的大致平行光高精度地聚光于规定的聚光位置。
(10)在本发明的投影机中，优选，所述聚光光学系统包括入射面为椭圆面且出射面为平面的非球面平凸透镜。
根据本发明的投影机，来自准直透镜的光为大致平行光，所以能够使用由椭圆面构成的入射面将来自准直透镜的光聚光于极小的入射区域。另外，聚光光学系统的出射面为平面，所以不需要如入射面与出射面都是透镜面时那样正确地使入射面的中心轴与出射面的中心轴一致，所以不会有因入射面的中心轴与出射面的中心轴未正确地一致而引起聚光光学系统的聚光能力下降的情况。因此，能够容易地将发散光生成部中的入射区域的面积设为光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下。
(11)在本发明的投影机中，优选，在将构成所述聚光光学系统的入射面的椭圆面的圆锥常数设为Kd2时，圆锥常数Kd2满足-1＜Kd2＜-0.55的条件。
通过设为这样的结构，在上述(10)所记载的投影机中，能够提高将来自准直透镜阵列的光聚光于规定的聚光位置时的光的聚光度，所以能够更容易地将发散光生成部中的入射区域的面积设为光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下。
(12)在本发明的投影机中，优选，所述发散光生成部具有利用来自所述聚光光学系统的光的一部分或者全部生成荧光的荧光层。
通过设为这样的结构，能够使用生成特定波长的光的固体光源得到所希望的色光，能够使用这样的照明装置构成比以往的投影机高亮度且减轻了光利用效率下降这一问题的投影机。
在荧光层生成的荧光整体具有朗伯分布，所以荧光成为本发明中所说的发散光。另外，来自聚光光学系统的光中的与荧光的生成无关的光，在荧光层散射或者反射，所以成为本发明中所说的发散光。
(13)在本发明的投影机中，优选，所述发散光生成部具有使来自所述聚光光学系统的光散射而生成散射光的散射层。
通过设为这样的结构，能够将来自多个固体光源的光聚光于入射区域聚光以在该单一的入射区域生成发散光，能够使用这样的照明装置构成比以往的投影机更高亮度且减轻了光利用效率下降这一问题的投影机。
(14)在本发明的投影机中，优选，所述发散光生成部构成为，能够围绕规定的旋转轴旋转，所述发散光生成部中的所述入射区域的位置与所述发散光生成部的旋转相应地且沿着所述发散光生成部的旋转方向移动。
通过设为这样的结构，来自聚光光学系统的光不会聚光于特定的入射区域。其结果是，不会对特定的入射区域施加过大的热负荷，所以能够抑制发散光生成部的劣化和烧损，能够进一步延长发散光生成部的寿命。
另外，上述(3)所记载，在使用包括半导体激光器的固体光源时，能够降低由于激光干涉而产生的斑点噪声。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的投影机1000的光学系统的俯视图。
图2是用于说明实施方式1中的固体光源阵列20以及发散光生成部50的图。
图3是表示实施方式1中的固体光源24的发光强度特性以及荧光体的发光强度特性的曲线图。
图4是表示实施方式2所涉及的投影机1002的光学系统的俯视图。
图5是从准直光学系统60侧观察实施方式2中的发散光生成部70所见的俯视图。
图6是表示实施方式3所涉及的投影机1004的光学系统的俯视图。
图7是表示实施方式3中的固体光源24R的发光强度特性、固体光源24G的发光强度特性以及固体光源24B的发光强度特性的曲线图。
图8是表示变形例所涉及的投影机1006的光学系统的俯视图。
符号说明
10、12、14、16R、16G、16B...光源装置
20、20R、20G、20B...固体光源阵列
22...基板
24、24R、24G、24B...固体光源
30、30R、30G、30B...准直透镜阵列
32、32R、32G、32B...准直透镜
40、40R、40G、40B、44...聚光光学系统
50、70、90、90R、90G、90B...发散光生成部
52、72...荧光层
54、74...透明构件
60、60R、60G、60B...准直光学系统
62、62R、62G、62B...第1透镜
64、64R、64G、64B...第2透镜
78...旋转驱动装置
80、500...十字分色棱镜
100、102、104、106R、106G、106B...照明装置
100ax、102ax、104ax...照明光轴
120、120R、120G、120B...第1透镜阵列
122、122R、122G、122B...第1小透镜
130、130R、130G、130B...第2透镜阵列
132、132R、132G、132B...第2小透镜
140、140R、140G、140B...偏振转换元件
150、150R、150G、150B...重叠透镜
200...色分离导光光学系统
210、220...分色镜
230、240、250...反射镜
260、270...中继透镜
300R、300G、300B...聚光透镜
400R、400G、400B...液晶光调制装置
600...投影光学系统
1000、1002、1004、1006...投影机
SCR...屏幕
具体实施方式
下面，基于图示的实施方式对本发明的投影机进行说明。
实施方式1
图1是表示实施方式1所涉及的投影机1000的光学系统的俯视图。
图2是用于表示实施方式1中的固体光源阵列20以及发散光生成部50的图。图2(a)是从准直透镜阵列30侧观察固体光源阵列20所见的图，图2(b)是从准直光学系统60侧观察发散光生成部50所见的图。
图3是表示实施方式1中的固体光源24的发光强度特性以及荧光体的发光强度特性的曲线图。图3(a)是表示固体光源24的发光强度特性的曲线图，图3(b)是表示荧光层52所含有的荧光体的发光强度特性的曲线图。如果是光源，则所谓发光强度特性指的是在施加了电压时将有何种波长的光以何种强度出射的特性；如果是荧光体，则所谓发光强度特性指的是在入射了能够生成荧光(激发光)时将有何种波长的光以何种强度出射的特性。曲线图的纵轴表示相对发光强度，将发光强度最强的波长的发光强度设为1。曲线图的横轴表示波长。
另外，在各图中，符号R表示红色光，符号G表示绿色光，符号B表示蓝色光。
在本说明书以及附图中，关于不与光学系统直接相关的结构要素(壳体和用于固定构成要素的固定用具等)将省略其记载以及图示。
实施方式1所涉及的投影机1000如图1所示，具备：照明装置100、色分离导光光学系统200、作为光调制装置的3个液晶光调制装置400R、400G、400B、十字分色棱镜500和投影光学系统600。
照明装置100具备光源装置10、第1透镜阵列120、第2透镜阵列130、偏振转换元件140和重叠透镜150。照明装置100出射包含红色光、绿色光以及蓝色光的白色光。
光源装置10具备固体光源阵列20、准直透镜阵列30、聚光光学系统40、发散光生成部50以及准直光学系统60。光源装置10作为整体出射白色光。
固体光源阵列20如图1以及图2(a)所示，具有基板22以及生成蓝色光的25个固体光源24。在固体光源阵列20中，25个固体光源24配置成5行5列的矩阵状。在图2(a)中，仅对最左上的固体光源24付与了符号。
另外，在本发明的投影机中，固体光源的个数并不限定于25个，只要是多个即2个以上即可。
基板22具有搭载固体光源24的功能。省略详细的说明，但基板22同时具有中介对固体光源24的电力供给的功能和对在固体光源24所产生的热量进行散热的功能等。
固体光源24包括作为激发光生成蓝色光(发光强度的峰值：约460nm，参照图3(a))的半导体激光器。该半导体激光器如图2(a)所示，具有长方形形状的发光区域，构成为沿着发光区域的短边方向的发散角比沿着所述发光区域的长边方向的发散角大。半导体激光器的发光区域的大小为例如长边为8μm，短边为2μm。
准直透镜阵列30如图1所示，具有与25个固体光源24相对应地设置，并将在25个固体光源24生成的光分别大致平行化的多个准直透镜32(仅对端部的1个图示符号)。省略了根据图示所进行的说明，但多个准直透镜32配置成5行5列的矩阵状。
准直透镜32，省略了根据图示所进行的详细说明，但其包括入射面为双曲面且出射面为平面的非球面平凸透镜。准直透镜32构成为，在将构成准直透镜32的入射面的双曲面的圆锥常数设为Ks1时，Ks1＝-2.3，满足-4＜Ks1＜-2的条件。另外，该准直透镜32由在将其相对于与在固体光源24生成的光(波长约460nm的蓝色光)的折射率设为n时、n1＝1.52的光学玻璃制成，n1 2＝2.3104，所以满足Ks1≈-n1 2的条件。
聚光光学系统40将来自准直透镜阵列30的光聚光于规定的聚光位置。聚光光学系统40，省略根据图示所进行的详细说明，但包括入射面为平面且出射面为双曲面的非球面平凸透镜。聚光光学系统40构成为，在将构成聚光光学系统40的出射面的双曲面的圆锥常数设为Ks2时，Ks2＝-2.3，满足-4＜Ks2＜-2的条件。另外，该聚光光学系统40由在将其相对于在固体光源24生成的光(波长约460nm的蓝色光)的折射率设为n2时、n2＝1.52的光学玻璃制成，n2 2＝2.3104，所以满足Ks1≈-n2 2的条件。
另外，在实施方式1所涉及的投影机1000中，准直透镜阵列30与聚光光学系统40分离地配置，但准直透镜阵列30的出射面与聚光光学系统40的入射面都是平面，所以例如准直透镜阵列30与聚光光学系统40也可以配置成彼此平面接触，能够作为一体而使用。
发散光生成部50位于聚光位置的附近，在来自聚光光学系统40的光所入射的入射区域生成发散光。发散光生成部50具有荧光层52以及担载荧光层52的透明构件54，所述荧光层52利用来自聚光光学系统40的蓝色光的一部分生成包含红色光以及绿色光的荧光。发散光生成部50出射一并包含荧光和蓝色光的发散光，所述蓝色光与荧光的生成无关而通过荧光层52。该发散光整体为白色光。发散光生成部50如图2(b)所示，整体具有正方形的板状的形状，固定于规定的位置(参照图1。)。
荧光层52包括含有作为YAG系荧光体的(Y，Gd)3(Al，Ga)5O12:Ce的层。另外，荧光层也可以包括含有(Y，Gd)3(Al，Ga)5O12:Ce以外的YAG系荧光体的层，也可以包括含有硅酸盐系荧光体的层，也可以包括含有TAG系荧光体的层。另外，也可以包括含有将主激发光转换为红色光的荧光体(例如CaAlSiN3红色荧光体)与将主激发光转换为绿色光的荧光体(例如β硅铝氧氮(β-SiAION)绿色荧光体)的混合物的层。
荧光层52将来自聚光光学系统40的蓝色光中的一部分转换成包含红色光(发光强度的峰值：约610nm)以及绿色光(发光强度的峰值：约550nm)的荧光而出射(参照图3(b))。
另外，蓝色光中的与荧光的生成无光地通过荧光层52的一部分蓝色光，与荧光一起出射。此时，蓝色光在荧光层52中散射或者反射，所以作为与荧光具有大致同样的分布(所谓的朗伯(lambertian)分布)特性的发散光而从荧光层52出射。
透明构件54由例如石英玻璃或者光学玻璃制成。
在荧光层52的聚光光学系统40侧，也可以形成有使来自聚光光学系统40的蓝色光通过而将荧光反射的层(所谓的分色膜)。
发散光生成部50中的入射区域位于荧光层52上，该入射区域形成为一边为0.8mm的正方形的形状，该入射区域的面积为0.64mm2。在图2(b)中，符号A所示的是入射区域。在后述的图5中也同样。
实施方式1所涉及的投影机1000，省略根据图示所进行的详细说明，但构成为来自聚光光学系统40的光以不聚焦(defocus)的状态入射于入射区域A的整个区域。
准直光学系统60将来自发散光生成部50的发散光大致平行化。准直光学系统60如图1所示，具备第1透镜62以及第2透镜64。第1透镜62以及第2透镜64包括双凸透镜。另外，第1透镜62以及第2透镜64的形状并不限定于上述形状，总之只要包括第1透镜62以及第2透镜64的准直光学系统是将来自发散光生成部的光大致平行化的形状即可。另外，构成准直光学系统的透镜的片数也可以是1片，也可以是3片以上。
第1透镜阵列120如图1所示，具有用于将来自光源装置10的光分割为多个部分光束的多个第1小透镜122。第1透镜阵列120具有作为将来自光源装置10的光分割为多个部分光束的光束分割光学元件的功能，具有多个第1小透镜122在与照明光轴100ax正交的面内排列成多行多列的矩阵状的构成。省略根据图示所进行的详细说明，但第1小透镜122的外形形状为与液晶光调制装置400R、400G、400B中的光调制区域即图像形成区域的外形形状相关，为大致相似形(如后所述，形成为横∶纵＝16∶10的形状)。
第2透镜阵列120具有与第1透镜阵列120的多个第1小透镜122相对应的多个第2小透镜132。第2透镜阵列120具有与重叠透镜150一起使第1透镜阵列120的第1小透镜122的像成像于液晶光调制装置400R、400G、400B的图像形成区域附近的功能。第2透镜阵列120具有多个第2小透镜132在与照明光轴100ax正交的面内排列成多行多列的矩阵状的构成。
偏振转换元件140是使由第2透镜阵列120分割出的各部分光束的偏振方向一致，将其作为偏振方向一致的大致1种直线偏振光而出射的偏振转换元件。
偏振转换元件140具有：偏振分离层，其使来自光源装置10的光所含的偏振分量中一方的直线偏振分量原样透射，将另一方的直线偏振分量向与照明光轴100ax垂直的方向反射；反射层，其将由偏振分离层反射的另一方的直线偏振分量向与照明光轴100ax平行的方向反射；和相位差板，其将由反射层反射的另一方的直线偏振分量转换成一方的直线偏振分量。
重叠透镜150使来自偏振转换元件140的各部分光束在被照明区域重叠。重叠透镜150是用于将该部分光束聚光而使其在液晶光调制装置400R、400G、400B的图像形成区域附近重叠的光学元件。以使得重叠透镜150的光轴与照明装置100的光轴大致一致的方式，配置重叠透镜150。另外，重叠透镜150也可以包括组合多块透镜而成的复合透镜。第1透镜阵列120、第2透镜阵列130以及重叠透镜150作为透镜积分光学系统，构成使来自光源装置10的光更均匀的积分光学系统。
另外，也能够代替透镜积分光学系统而使用具备积分杆(integrate rod)的杆积分光学系统。
色分离导光光学系统200具备：分色镜210、220，反射镜230、240、250以及中继透镜260、270。色分离导光光学系统200具有下述功能：将来自照明装置100的光分离成红色光、绿色光、蓝色光，将各色光向作为照明对象的液晶光调制装置400R、400G、400B引导。
在色分离导光光学系统200与液晶光调制装置400R、400G、400B之间，配置有聚光透镜300R、300G、300B。
分色镜210、220是在基板上形成有波长选择透射膜的镜体，所述波长选择透射膜反射规定的波长区域的光并使其他的波长区域的光通过。
分色镜210是反射绿色光分量以及蓝色光分量、使红色光分量通过的分色镜。
分色镜220是反射绿色光分量、使蓝色光分量通过的分色镜。
反射镜230是反射红色光分量的反射镜。
反射镜240、250蓝色光分量的反射镜。
通过了分色镜210的红色光由反射镜230反射，通过聚光透镜300R而入射于红色光用的液晶光调制装置400R的图像形成区域。
由分色镜210反射了的绿色光由分色镜220进一步反射，通过聚光透镜300G而入射于绿色光用的液晶光调制装置400G的图像形成区域。
通过了分色镜220的蓝色光经过中继透镜260、入射侧的反射镜240、中继透镜270、出射侧的反射镜250、聚光透镜300B而入射于蓝色光用的液晶光调制装置400B的图像形成区域。中继透镜260、270以及反射镜240、250具有将通过了分色镜220的蓝色光分量引导直至液晶光调制装置400B的功能。
另外，在蓝色光的光路上设置这样的中继透镜260、270是为了：防止由于蓝色光的光路的长度比其他的色光的光路的长度长而导致因光的发散等所引起的光的利用效率的下降。在实施方式1所涉及的投影机1000中，蓝色光的光路的长度长所以设为这样的结构，但也可以考虑延长红色光的光路的长度，在红色光的光路使用中继透镜260、270以及反射镜240、250的构成。
液晶光调制装置400R、400G、400B是根据图像信息对入射的色光进行调制而形成彩色图像的装置，作为照明装置100的照明对象。另外，将图示省略，但在各聚光透镜300R、300G、300B与各液晶光调制装置400R、400G、400B之间分别夹装配置有入射侧偏振板，在各液晶光调制装置400R、400G、400B与十字分色棱镜500之间分别夹装配置有出射侧偏振板。通过这些入射侧偏振板、液晶光调制装置400R、400G、400B以及出射侧偏振板，进行入射的各色光的光调制。
液晶光调制装置400R、400G、400B是具有在一对透明的玻璃基板中密封封入有电光物质即液晶而成的光调制区域的透射型的液晶光调制装置，例如，将多晶硅TFT设为开关元件，根据所给予的图像信号，对从入射侧偏振板出射的1种直线偏振的偏振方向进行调制。
在实施方式1所涉及的投影机1000中，液晶光调制装置400R、400G、400B分别具有横12.8mm、纵8mm的光调制区域(0.59英寸的16∶10面板)，该光调制区域的面积为102.4mm2。
如上所述，发散光生成部50中的入射区域的面积为0.64mm2，所以在投影机1000，发散光生成部50中的入射区域的面积为液晶光调制装置400R、400G、400B中的光调制区域的面积的1/102(约1mm2)以下，另外，为1/400(约0.256mm2)以上。
另外，在本发明的投影机中，发散光生成部中的入射区域的形状以及面积并不限定于上述的形状以及面积。此外，光调制装置中的光调制区域的形状以及面积也并不限定于上述的形状以及面积。总之只要发散光生成部中的入射区域的面积为光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下即可。
十字分色棱镜500是合成按从出射侧偏振板出射的每种色光调制后的光学像以形成彩色图像的光学元件。该十字分色棱镜500形成为粘合4个直角棱镜而成的俯视大致正方形状，在使直角棱镜彼此粘合而成的大致X字状的界面形成有电介质多层膜。形成于大致X字状的一方的界面的电介质多层膜为反射红色光的膜，形成于另一方的界面的电介质多层膜为反射蓝色光的膜。通过这些电介质多层膜使红色光以及蓝色光折射，与绿色光的行进方向一致，由此将3种色光合成。
从十字分色棱镜500出射的彩色图像由投影光学系统600放大投影，在屏幕SCR上形成图像。
接下来，对实施方式1所涉及的投影机1000的效果进行说明。
根据实施方式1所涉及的投影机1000，作为照明装置具备具有多个固体光源24的照明装置100，所以能够提供比以往的投影机更高亮度的投影机。
另外，根据实施方式1所涉及的投影机1000，通过聚光光学系统40使来自多个固体光源24的光(蓝色光)聚光于发散光生成部50中的入射区域，并且将发散光生成部50中的入射区域的面积设为液晶光调制装置400R、400G、400B中的光调制区域的面积的1/102以下，所以能够减轻光利用效率下降这一问题。
通过上述的效果，实施方式1所涉及的投影机1000变为比以往的投影机高亮度并且减轻了光利用效率下降这一问题的投影机。
另外，根据实施方式1所涉及的投影机1000，发散光生成部50中的入射区域的面积为液晶光调制装置400R、400G、400B中的光调制区域的面积的1/400以上，所以也能够得到“能够抑制对入射区域付与过大的热负荷，抑制发散光生成部50的劣化和烧损，延长发散光生成部50的寿命”这一效果。
另外，根据实施方式1所涉及的投影机1000，固体光源24包括半导体激光器，所以其为小型且高输出的光源装置。另外，半导体激光器出射聚光性良好的激光，所以能够容易地将发散光生成部50中的入射区域的面积设为液晶光调制装置400R、400G、400B中的光调制区域的面积的1/102以下。
另外，根据实施方式1所涉及的投影机1000，准直透镜32包括入射面为双曲面的非球面平凸透镜，所以能够使用由双曲面构成的入射面将固体光源24的光大致平行化。另外，准直透镜32的出射面为平面，所以不需要如入射面与出射面都是透镜面时那样正确地使入射面的中心轴与出射面的中心轴一致，所以不会有因入射面的中心轴与出射面的中心轴未正确地一致而引起从准直透镜出射的光的平行度下降的情况。因此，能够容易地将发散光生成部50中的入射区域的面积设为液晶光调制装置400R、400G、400B中的光调制区域的面积的1/102以下。另外，容易附着污垢的出射面为平面，所以能够容易进行污垢的去除。
另外，根据实施方式1所涉及的投影机1000，构成准直透镜34的入射面的双曲面的圆锥常数Ks1为-2.3，所以能够提高将在多个固体光源24生成的光分别大致平行化时的光的平行度，能够更容易地将发散光生成部50中的入射区域的面积设为液晶光调制装置400R、400G、400B中的光调制区域的面积的1/102以下。
另外，根据实施方式1所涉及的投影机1000，在准直透镜34中满足Ks1≈-n1 2的条件，所以能够将来自固体光源24的光在准直透镜34的入射面平行化。
另外，根据实施方式1所涉及的投影机1000，聚光光学系统40包括出射面为双曲面的非球面平凸透镜，所以能够使用由双曲面构成的出射面将来自准直透镜32的光聚光于极小的入射区域。另外，聚光光学系统40的入射面为平面，所以不需要如入射面与出射面都是透镜面时那样正确地使入射面的中心轴与出射面的中心轴一致，所以不会有因入射面的中心轴与出射面的中心轴未正确地一致而引起聚光光学系统40的聚光能力下降的情况。因此，能够容易地将发散光生成部50中的入射区域的面积设为液晶光调制装置400R、400G、400B中的光调制区域的面积的1/102以下。
另外，根据实施方式1所涉及的投影机1000，构成聚光光学系统40的出射面的双曲面的圆锥常数Ks2为-2.3，所以能够提高将来自准直透镜阵列30的光聚光于规定的聚光位置时的光的聚光度，所以能够更容易地将发散光生成部50中的入射区域的面积设为液晶光调制装置400R、400G、400B中的光调制区域的面积的1/102以下。
另外，根据实施方式1所涉及的投影机1000，在聚光光学系统40中满足Ks2≈-n2 2的条件，所以能够将来自准直透镜34的大致平行光高精度地聚光于规定的聚光位置。
另外，根据实施方式1所涉及的投影机1000，发散光生成部50具有利用来自聚光光学系统40的光的一部分生成荧光的(红色光以及绿色光)荧光层52，所以能够使用生成特定波长的光的固体光源24得到所希望的色光，使用这样的照明装置100，能够构成比以往的投影机高亮度且减轻了光利用效率下降这一问题的投影机。
试验例1以及试验例2
在这里，使用试验例1以及试验例2对本发明的投影机的效果进行说明。
在试验例1以及试验例2中，对于在使入射区域的面积变化了时、投影机的亮度将怎样变化进行了模拟。试验例1以及试验例2所涉及的投影机的结构基本上与实施方式1所涉及的投影机1000同样，但设为第1透镜阵列以及第2透镜阵列分别具有56个第1小透镜以及第2小透镜、偏振转换元件的间距为2.2mm、投影透镜的F值为1.5，进行模拟。
表1是表示试验例1的结果的表。在表1中，“条件”表示付与各条件的编号，“入射区域的尺寸”表示正方形的入射区域的一边的长度，“入射区域的面积”如文字所示表示入射区域的面积，“面积之比”通过将分子设为1时的数值来表示“入射区域的面积/光调制区域的面积”，“相对亮度”表示将入射区域的面积为无限小的情况设为基准的亮度。在后述的表2中也同样。
在试验例1中，进行使用具有横12.8mm、纵8mm的光调制区域(0.59英寸的16∶10面板，光调制区域的面积为102.4mm2)的液晶光调制装置时的模拟。
表1
如上述表1所示可知，如果面积之比为1/102以下，则能够确保99％以上的相对亮度，能够减轻光利用效率的下降。
在试验例2中，进行使用具有横16mm、纵10mm的光调制区域(0.74英寸的16∶10面板，光调制区域的面积为160mm2)的液晶光调制装置时的模拟。
表2
如上述表2所示可知，仍然是如果面积之比为1/102以下，则能够确保99％以上的相对亮度，能够减轻光利用效率的下降。
实施方式2
图4是表示实施方式2所涉及的投影机1002的光学系统的俯视图。
图5是从准直光学系统60侧观察实施方式2中的发散光生成部70所见的俯视图。
实施方式2所涉及的投影机1002基本具有与实施方式1所涉及的投影机1000同样的构成，但发散光生成部的构成与实施方式1所涉及的投影机1000不同。即，在实施方式2所涉及的投影机1002中，如图4以及图5所示，发散光生成部70构成为，能够围绕规定的旋转轴旋转，发散光生成部70中的入射区域的位置与发散光生成部70的旋转相应地且沿着发散光生成部70的旋转方向移动。
发散光生成部70具有荧光层72以及担载荧光层72的透明构件74，所述荧光层72利用来自聚光光学系统40的蓝色光的一部分生成包含红色光以及绿色光的荧光。发散光生成部70构成为能够通过来自旋转驱动装置78的驱动力而旋转。旋转驱动装置78为例如马达。
荧光层72如图5所示，与按发散光生成部70的旋转而移动的入射区域的位置相对应，形成为环状。荧光层72除形状以外具有与实施方式1中的荧光层52同样的结构。
透明构件74是透明的圆形旋转板。透明构件74除形状以外具有与实施方式1中的透明构件54同样的结构。
如上所述，实施方式2所涉及的投影机1002，其发散光生成部的结构与实施方式1所涉及的投影机1000的情况不同，但与实施方式1所涉及的投影机1000同样，作为照明装置而具备具有多个固体光源24的照明装置102，另外，通过聚光光学系统40使来自多个固体光源24的光聚光于发散光生成部70中的入射区域，并且将发散光生成部70中的入射区域的面积设为液晶光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下，所以变为比以往的投影机高亮度且减轻了光利用效率下降这一问题的投影机。
另外，根据实施方式2所涉及的投影机1002，发散光生成部70构成为，能够围绕规定的旋转轴旋转，发散光生成部70中的入射区域的位置与发散光生成部70的旋转相应地且沿着发散光生成部70的旋转方向移动，所以来自聚光光学系统40的光不会聚光于特定的入射区域。其结果是，不会对特定的入射区域施加过大的热负荷，所以能够抑制发散光生成部70的劣化和烧损，进一步延长发散光生成部70的寿命。
另外，根据实施方式2所涉及的投影机1002，能够降低由于激光干涉而产生的斑点噪声。
另外，实施方式2所涉及的投影机1002除了激发光发生部的结构与实施方式1所涉及的投影机1000不同以外，具有与实施方式1所涉及的投影机1000同样的结构，所以原样具有实施方式1所涉及的投影机1000所具有的结果中的相应的效果。
实施方式3
图6是表示实施方式3所涉及的投影机1004的光学系统的俯视图。
图7是表示实施方式3中的固体光源24R的发光强度特性、固体光源24G的发光强度特性以及固体光源24B的发光强度特性的曲线图。图7(a)是表示固体光源24R的发光强度特性的曲线图，图7(b)是表示固体光源24G的发光强度特性的曲线图，图7(c)是表示固体光源24B的发光强度特性的曲线图。
实施方式3所涉及的投影机1004基本具有与实施方式1所涉及的投影机1000同样的结构，但光源装置的结构与实施方式1中的投影机1000的情况不同。即，在实施方式3所涉及的投影机1004中，如图6以及图7所示，光源装置14具备：3个固体光源阵列20R、20G、20B、3个准直透镜阵列30R、30G、30B、十字分色棱镜80、聚光光学系统44、发散光生成部90和准直光学系统60。
固体光源阵列20R以及固体光源阵列20G除了分别具有生成红色光的固体光源24R(发光强度的峰值：约640nm，参照图7(a))以及生成绿色光的固体光源24G(发光强度的峰值：约530nm，参照图7(b))以外，具有与实施方式1中的固体光源阵列20同样的结构。
固体光源阵列20B具有生成蓝色光的固体光源24B(发光强度的峰值：约460nm，参照图7(c))，具有与实施方式1中的固体光源阵列20同样的结构。
3个准直透镜阵列30R、30G、30B分别与3个固体光源阵列20R、20G、20B相对应，具有将在多个固体光源24R、24G、24B生成的光分别大致平行化的多个准直透镜32R、32G、32B。3个准直透镜阵列30R、30G、30B具有与实施方式1中的准直透镜阵列30基本同样的结构。
十字分色棱镜80是将来自3个准直透镜阵列30R、30G、30B的红色光、绿色光以及蓝色光合成的光学元件。十字分色棱镜80具有与十字分色棱镜500基本同样的结构。
聚光光学系统44是将由十字分色棱镜80合成的来自3个准直透镜阵列30R、30G、30B的光聚光于规定的聚光位置的聚光光学系统。聚光光学系统44具有与实施方式1中的聚光光学系统40基本同样的结构。
发散光生成部90具有使来自聚光光学系统44的光散射而生成散射光的散射层(未图示)。发散光生成部90由在出射面侧形成有作为散射层的微细的凹凸的磨砂玻璃形成。发散光生成部90整体具有正方形的板状的形状。发散光生成部90固定于规定的位置(参照图6)。
另外，作为具有散射层的发散光生成部，也能够使用具有作为散射层的衍射元件的发散光生成部或涂布有作为散射层的散射性涂料(例如，含有硅微粒和/或玻璃珠的涂料)的发散光生成部等。另外，也能够使用在透明基材中含有散射性的微粒、整体具有作为散射层的功能的发散光生成部。
准直光学系统60具有与实施方式1中的准直光学系统60同样的结构，所以省略说明。
如上所述，实施方式3所涉及的投影机1004的光源装置的结构与实施方式1所涉及的投影机1000的情况不同，但与实施方式1所涉及的投影机1000同样，作为照明装置，具备具有多个固体光源24R、24G、24B的照明装置104，另外，通过聚光光学系统44使来自多个固体光源24R、24G、24B的光聚光于发散光生成部90上的入射区域，并且将发散光生成部90中的入射区域的面积设为液晶光调制装置中的光调制区域的面积的1/102以下，所以变为比以往的投影机高亮度且减轻了光利用效率下降这一问题的投影机。
另外，根据实施方式3所涉及的投影机1004，发散光生成部40具有使来自聚光光学系统44的光散射而生成散射光的散射层，所以能够使来自多个固体光源24R、24G、24B的光聚光于入射区域而在该单一的入射区域生成发散光，能够使用这样的照明装置104构成比以往的投影机高亮度且减轻了光利用效率下降这一问题的投影机。
另外，实施方式3所涉及的投影机1004除了光源装置的结构与实施方式1所涉及的投影机1000不同以外，具有与实施方式1所涉及的投影机1000同样的结构，所以原样具有实施方式1所涉及的投影机1000所具有的结果中的相应的效果。
上面，基于上述的实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式。在不脱离其主旨的范围内能够以各种方式实施，例如，也能够进行下面的变形。
(1)在上述实施方式1以及2中，使用了生成蓝色光的固体光源24和利用蓝色光中的一部分生成包含红色光以及绿色光的荧光的荧光层，但本发明并不限定于此。例如，也可以使用生成紫色光或者紫外光的固体光源和利用紫色光或者紫外光生成包含红色光、绿色光以及蓝色光的萤光的荧光层。另外，在上述各实施方式中，光源装置构成为整体出射白色光，但本发明并不限定于此。光源装置也可以构成为出射白色光以外的光。
(2)在上述实施方式3中，使用了固定于规定的位置的发散光生成部90，但本发明并不限定于此。也可以使用构成为能够围绕规定的旋转轴旋转、发散光生成部中的入射区域的位置与发散光生成部的旋转相应地移动的发散光生成部。
(3)在上述实施方式3中，使用了具备十字分色棱镜80的光源装置14，但本发明并不限定于此。图8是表示变形例中的投影机1006的光学系统的俯视图。变形例所涉及的投影机1006基本具有与实施方式3所涉及的投影机1004同样的结构，但具备分别不具备十字分色棱镜的光源装置16R、16G、16B。
例如，如果设为上述(参照图8)所示的结构，也可以使用不具备十字分色棱镜的光源装置。
(4)在上述各实施方式中，使用了构成入射面的双曲面的圆锥常数Ks1为-2.3的准直透镜，但本发明并不限定于此。只要是Ks1满足-4＜Ks1＜-2的条件的准直透镜即可。
(5)在上述各实施方式中，使用了包括入射面为双曲面且出射面为平面的非球面平凸透镜的准直透镜，但本发明并不限定于此。例如，也可以使用包括入射面为平面且出射面为椭圆面的非球面平凸透镜的准直透镜。另外，也可以代替包括1块透镜的准直透镜，使用包括多块透镜的准直透镜。总之，只要使用与固体光源相对应地设置、能够将在固体光源生成的光大致平行化的准直透镜即可。
(6)在上述各实施方式中，使用了构成出射面的双曲面的圆锥常数Ks2为-2.3的聚光光学系统，但本发明并不限定于此。只要是Ks2满足-4＜Ks2＜-2的条件的聚光光学系统即可。
(7)在上述各实施方式中，使用了包括入射面为平面且出射面为双曲面的非球面平凸透镜的聚光光学系统，但本发明并不限定于此。例如，也可以使用包括入射面为椭圆面且出射面为平面的非球面平凸透镜的聚光光学系统。另外，也可以代替包括1块透镜的聚光光学系统，使用包括多块透镜的聚光光学系统。总之，只要使用能够使来自准直透镜阵列的光聚光于规定的聚光位置的准直透镜即可。
(8)在上述各实施方式中，使用了包括半导体激光器的固体光源，但本发明并不限定于此。例如，也可以使用包括发光二极管的固体光源。
(9)在上述各实施方式中，作为发散光生成部，使用了来自聚光光学系统的光入射的一侧与出射发散光的一侧为相反侧的所谓的透射型的发散光生成部，但本发明并不限定于此。例如，作为发散光生成部，也可以使用来自聚光光学系统的光入射的一侧与出射发散光的一侧为相同侧的所谓的反射型的发散光生成部。
(10)在上述实施方式1中，使用了透射型的投影机，但本发明并不限定于此。例如，也可以使用反射型的投影机。在这里，所谓“透射型”意味着如透射型的液晶显示装置等那样作为光调制单元的光调制装置为透射光的类型，所谓“反射型”意味着如反射型的液晶显示装置等那样作为光调制单元的光调制装置为反射光的类型。
在将本发明应用于反射型的投影机时，也能够得到与透射型的投影机同样的效果。
(11)在上述实施方式1中，作为投影机的光调制装置使用了液晶光调制装置，但本发明并不限定于此。作为光调制装置，一般来说只要是根据图像信息对入射光进行调制的装置即可，也可以使用微镜型光调制装置。作为微镜型光调制装置，能够使用例如DMD(数字微镜器件)(TI(德州仪器)公司的商标)。此时，如果是具备实施方式1或2那样的光源装置的投影机则使用被色分割后的色轮(color wheel)，如果是具备实施方式3那样的光源装置的投影机则使各固体光源顺序闪烁，由此能够分别得到时间性变化的色光。
(12)在上述实施方式1中，例示了使用了3个液晶光调制装置的投影机进行了说明，但本发明并不限定于此。也能够应用于使用了1个、2个或者4个以上液晶光调制装置的投影机。
(13)本发明能够应用于从观察投影图像的一侧进行投影的正面投影型投影机，也能够应用于从与观察投影图像的侧相反的一侧进行投影的背面投影型投影机。

Claims (19)

1.一种投影机，其特征在于，具备：照明装置；在光调制区域根据图像信息对来自所述照明装置的光进行调制的光调制装置；和对来自所述光调制装置的光进行投影的投影光学系统，所述照明装置具备：多个固体光源；多个准直透镜，其与所述多个固体光源相对应地设置，将在所述多个固体光源生成的光分别大致平行化；聚光光学系统，其将来自所述准直透镜的光聚光于规定的聚光位置；和发散光生成部，其位于所述聚光位置的附近，在来自所述聚光光学系统的光所入射的入射区域生成发散光，
所述发散光生成部具有利用来自所述聚光光学系统的光的一部分或者全部生成荧光的荧光层以及使来自所述聚光光学系统的光散射而生成散射光的散射层中的任一个；
所述发散光生成部中的所述入射区域的面积为所述光调制装置中的所述光调制区域的面积的1/102以下且1/400以上。
2.如权利要求1所述的投影机，其特征在于：
所述固体光源包括半导体激光器。
3.如权利要求1所述的投影机，其特征在于：
所述准直透镜包括入射面为双曲面且出射面为平面的非球面平凸透镜。
4.如权利要求2所述的投影机，其特征在于：
所述准直透镜包括入射面为双曲面且出射面为平面的非球面平凸透镜。
5.如权利要求3所述的投影机，其特征在于：
在将构成所述准直透镜的入射面的双曲面的圆锥常数设为Ks1时，
圆锥常数Ks1满足-4＜Ks1＜-2的条件。
6.如权利要求4所述的投影机，其特征在于
在将构成所述准直透镜的入射面的双曲面的圆锥常数设为Ks1时，
圆锥常数Ks1满足-4＜Ks1＜-2的条件。
7.如权利要求1所述的投影机，其特征在于：
所述准直透镜包括入射面为平面且出射面为椭圆面的非球面平凸透镜。
8.如权利要求2所述的投影机，其特征在于：
所述准直透镜包括入射面为平面且出射面为椭圆面的非球面平凸透镜。
9.如权利要求7所述的投影机，其特征在于：
在将构成所述准直透镜的出射面的椭圆面的圆锥常数设为Kd1时，
圆锥常数Kd1满足-1＜Kd1＜-0.55的条件。
10.如权利要求8所述的投影机，其特征在于：
在将构成所述准直透镜的出射面的椭圆面的圆锥常数设为Kd1时，
圆锥常数Kd1满足-1＜Kd1＜-0.55的条件。
11.如权利要求1～10中的任意一项所述的投影机，其特征在于：
所述聚光光学系统包括入射面为平面且出射面为双曲面的非球面平凸透镜。
12.如权利要求11所述的投影机，其特征在于：
在将构成所述聚光光学系统的出射面的双曲面的圆锥常数设为Ks2时，
圆锥常数Ks2满足-4＜Ks2＜-2的条件。
13.如权利要求1～10中的任意一项所述的投影机，其特征在于：
所述聚光光学系统包括入射面为椭圆面且出射面为平面的非球面平凸透镜。
14.如权利要求13所述的投影机，其特征在于：
在将构成所述聚光光学系统的入射面的椭圆面的圆锥常数设为Kd2时，
圆锥常数Kd2满足-1＜Kd2＜-0.55的条件。
15.如权利要求1～10中的任意一项所述的投影机，其特征在于：
所述发散光生成部构成为，能够围绕规定的旋转轴旋转，
所述发散光生成部中的所述入射区域的位置与所述发散光生成部的旋转相应地且沿着所述发散光生成部的旋转方向移动。
16.如权利要求11所述的投影机，其特征在于：
所述发散光生成部构成为，能够围绕规定的旋转轴旋转，
所述发散光生成部中的所述入射区域的位置与所述发散光生成部的旋转相应地且沿着所述发散光生成部的旋转方向移动。
17.如权利要求12所述的投影机，其特征在于：
所述发散光生成部构成为，能够围绕规定的旋转轴旋转，
所述发散光生成部中的所述入射区域的位置与所述发散光生成部的旋转相应地且沿着所述发散光生成部的旋转方向移动。
18.如权利要求13所述的投影机，其特征在于：
所述发散光生成部构成为，能够围绕规定的旋转轴旋转，
所述发散光生成部中的所述入射区域的位置与所述发散光生成部的旋转相应地且沿着所述发散光生成部的旋转方向移动。
19.如权利要求14所述的投影机，其特征在于：
所述发散光生成部构成为，能够围绕规定的旋转轴旋转，
所述发散光生成部中的所述入射区域的位置与所述发散光生成
部的旋转相应地且沿着所述发散光生成部的旋转方向移动。
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