CN103713456B - 光源装置和使用它的投影型显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够用简单的结构同时实现光源装置的小型化和屏幕上的照度均匀化的光源装置和具备它的投影型显示装置。光源装置构成为至少具备彼此并排地配置有出射第一波长或波段的光的第一光源和出射第二波长或波段的光的第二光源的光源单元、出射第三波长或波段的光的第三光源、合成来自光源的三束光的光合成元件、使光的光量分布平均化的光学元件、接收透过了光学元件的光并形成基于影像信号的影像光的影像显示元件、将影像光投影在屏幕上的投影透镜，第一波长或波段的光、第二波长或波段的光和第三波长或波段的光的对上述光学元件入射的光轴，至少两个以上彼此不一致。

Description

光源装置和使用它的投影型显示装置

技术领域

本发明涉及使用影像显示元件将LED光源和激光光源的特定波长的光源光合成后的光源光在屏幕上投影影像的光源装置和具备它的投影型显示装置。

背景技术

近年来，因为Red/Green/Blue（红/绿/蓝）三色的单色LED光源和Red/Green/Blue的半导体激光器的高输出化，以它们作为光源的小型投影仪市场在扩大。

小型投影仪中使用的影像显示元件，已知有作为反射型液晶显示元件的LCOS（Liquid Crystal On Silicon：硅基液晶）、作为微反射镜型影像显示元件的DMD（DigitalMicromirror Device：数字微镜晶片）、使MEMS（MicroElectro Mechanical Systems：微机电系统）反射镜进行二维扫描的元件等。

在这些小型投影仪中，将三色的单色LED和半导体激光器的输出光合成，使该合成光通过LCOS或DMD等影像显示元件影像化。此外，MEMS反射镜对于在一个光路中合成的三色的单色LED或半导体激光器的输出光按每种颜色顺次扫描显示影像。

专利文献1中，公开了将三色的单色LED或半导体激光器的光束用由波长选择性不同的面构成的分色镜合成的技术。

专利文献1：美国专利第8238029号说明书

发明内容

用三色的单色光源对一个影像显示元件照射的情况下，需要设置将Red/Green/Blue光源合成为一个共用的光学系统的单元。为了合成三色使用个别的光学元件时，部件数量增加，光源装置整体增大，不利于小型化和低成本化。

根据专利文献1所公开的技术，能够用一个分色镜合成三色，但是记载了MEMS反射镜投影的光束的合成，没有考虑LCOS或DMD等使用面光源的影像显示元件。

本发明的目的在于提供使使用LED或半导体激光器等固体发光源的面光源为照度分布均匀且能够小型化的光源的照明装置和具备它的投影型显示装置。

为了解决上述课题，本发明的将投影影像进行面投影的投影型显示装置的光源装置具备：输出第一颜色光的面照射光的第一固体光源；输出第二颜色光的面照射光的第二固体光源；输出第三颜色光的面照射光的第三固体光源；反射上述第一固体光源的光束的第一分色面和反射上述第二固体光源的光束的第二分色面彼此非平行地相对设置，上述第三固体光源的光束折射透过上述第一分色面和上述第二分色面的楔型分色镜；和使从上述楔型分色镜入射的光束的照度分布平滑化的透镜阵列，上述第三固体光源的光束以其光轴由上述楔型分色镜折射为与上述透镜阵列的光轴一致的方式对上述透镜阵列入射，上述第一固体光源的光束和上述第二固体光源的光束，由上述楔型分色镜反射成以上述透镜阵列的光轴作为对称中心而对上述透镜阵列入射。

进而，上述第一固体光源和上述第二固体光源靠近地配置，包括：将上述第一固体光源和上述第二固体光源的出射光变换为大致平行光而对上述楔型分色镜出射的球面或非球面的第一平行化透镜；和将上述第三固体光源的出射光变换为大致平行光对上述楔型分色镜出射的球面或非球面的第二平行化透镜，上述第一固体光源和上述第二固体光源，配置在不同于上述第一平行化透镜的光轴上的位置并偏移规定量，上述第一固体光源的大致平行化后的光束的光轴和上述第二固体光源的大致平行化后的光束的光轴的方向与上述第一平行化透镜的光轴的方向不同，上述第三固体光源配置在上述第二平行化透镜的光轴上的位置，上述第三固体光源的大致平行化后的光束的光轴的方向与上述第二平行化透镜的光轴的方向相同。

根据本发明，能够提供用简单的结构同时实现光源装置的小型化和屏幕上的照度均匀化的光源装置和具备它的投影型显示装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1的光源装置的概要结构的图。

图2是表示本发明的光源光轴的关系的图。

图3是表示本发明的透镜阵列上的光束的光量分布的图。

图4是表示本发明的影像显示元件上的照度分布的图。

图5是表示本发明的其他光源光轴的关系的图。

图6是表示本发明的光源光轴与透镜阵列的光轴的关系的图。

图7是表示本发明的光源光轴与透镜阵列的光轴的其他关系的图。

图8是表示本发明的实施例2的光源装置的概要结构的图。

图9是表示本发明的实施例2的光源装置的其他概要结构的图。

图10是表示本发明的实施例2的光源装置的其他概要结构的图。

图11是表示本发明的实施例2的光源装置的其他概要结构的图。

图12是表示本发明的实施例2的光源装置的其他概要结构的图。

图13是表示本发明的实施例3的光源装置的概要结构的图。

图14是表示本发明的实施例3的光源装置的其他概要结构的图。

符号说明

1……LED光源，2……LED光源，3……LED光源，4……光源单元，5……导入透镜，6……导入透镜，7……楔型分色镜，8……透镜阵列，9……透镜阵列，10……中继透镜，11……中继透镜，12……影像显示元件，13……投影透镜，100……光学引擎

具体实施方式

以下参照附图说明应用了本发明的光源装置和具备它的投影型显示装置的实施方式的一例。其中，本发明不受以下的说明限定。此外，各图中，表示相同作用的构成要素的情况下一部分使用相同的符号。

【实施例1】

图1表示本发明的实施例的投影型显示装置的光学引擎100的一例。光学引擎100具有出射规定的波长或波段的光束的LED光源1、LED光源2、LED光源3。

本实施例中，例如，LED光源1是中心波长为约615nm的红色光束，LED光源2是中心波长为约460nm的蓝色光束，LED光源3是中 心波长为约525nm的绿色光束。各波长也可以不是上述值。此外也可以具有规定的波段。此外，光源也可以是LED以外的发出可见光的激光二极管等固体发光元件。

本实施例的LED光源，从光源出射的光束是光源中心的强度最大的对称的光量分布。本实施例中，将该强度最大的中心作为光源的光轴。

此外，实施例的LED光源1和LED光源2是在光源单元4中并排搭载的多芯片模块的结构。LED元件以相互的光源靠近的方式排列，所以能够实现光源元件的小型化。

本实施例中，使红色的LED光源1和蓝色的LED光源2为多芯片结构的模块，使绿色的LED光源3为单色的模块。实施例中，出于绿色的发光效率这一点使LED光源3为单色结构，但不限于该结构。

从LED光源1出射的红色光束和从LED光源2出射的蓝色光束被导入透镜5变换为大致平行光。从LED光源3出射的绿色光束被导入透镜6变换为大致平行光。其中，导入透镜5和导入透镜6设想为玻璃或塑料的各向同性的球面透镜或非球面透镜。

本实施例中，特征在于将LED光源1和LED光源2两个光源用一个共用导入透镜变换为大致平行光。通过使导入透镜共用化，能够削减部件数量。此外，能够进行光学引擎100的小型化。

如上所述，将LED光源1和LED光源2两个光源的光用一个导入透镜5大致平行化，而光源光束的光轴与导入透镜5的透镜光轴是偏离的结构。更详细而言，是使LED光源1和LED光源2的光源光束的光轴以透镜光轴为中心平行地偏移的结构。

此外，导入透镜5和导入透镜6用一个透镜将光束变换为大致平行光，而为了获得要求的大致平行光束也可以例如在光束的前进方向上配置两个以上。通过配置两个以上，能够使用与一个时相比更小型且折射率小的简单的透镜。

楔型分色镜7是将通过导入透镜5和导入透镜6后的红色光束、蓝色光束、绿色光束合成的光合成元件。楔型分色镜7的导入透镜5一侧的反射镜面7a是具有使红色光束反射、使蓝色光束和绿色光束透射的功能的波长选择性反射镜面。此外，导入透镜6一侧的反射镜面 7b是具有使蓝色光束反射、使红色光束和绿色光束透过的功能的波长选择性反射镜面。通过该分色功能，楔型分色镜7将三色的LED光源的光束合成。楔型分色镜7与LED光源的光轴的关系在后文详细说明。

合成后的光束入射到透镜阵列8和透镜阵列9两个透镜阵列。透镜阵列8和透镜阵列9构成积分器光学系统，由相同数量的透镜单元构成。透镜阵列8将入射前具有光量分布的光束按透镜单元数量分割并在透镜阵列9上聚光。因为各LED光源和透镜阵列9设计为共轭的关系，所以在透镜阵列9上成为透镜单元数量的虚拟光源像。此外，图1中将一边的透镜数量记载为5个，但是不限于5个。

透过透镜阵列9后的光束，在中继透镜10和中继透镜11中传播对影像显示元件12照射。中继透镜10具有使透镜阵列9的透镜单元的光学像叠加的功能，中继透镜11具有将叠加后的光束相对于影像显示元件12变换为大致平行光而照射的功能。

这样，通过从透镜阵列8到中继透镜11的照明光学系统，能够在影像显示元件12中形成照度均匀的像。此外，图1中中继透镜由两个构成，而只要能够在影像显示元件12中获得要求的像，使用多少个都可以。

在影像显示元件12中形成的像，通过投影透镜13在屏幕（未图示）上显示放大投影后的影像。如上所述，影像信息装置的光源装置，用三个单色光源和一个影像显示元件和使光传播的光学部件，在屏幕上显示要求的影像。

接着，根据图2，详细说明楔型分色镜7与LED光源的光轴的关系。图2中，是追加了图1中所示的LED光源1到透镜阵列8的光学部件中，从LED光源1出射的红色光束的光源光轴21、从LED光源2出射的蓝色光束的光源光轴22、从LED光源3出射的绿色光束的光源光轴23的关系的图。分别用实线表示红色光束的光源光轴21，用虚线表示蓝色光束的光源光轴22，用点划线表示绿色光束的光源光轴23。

如上所述，本实施例中，为了使投影型显示装置的光源装置小型化，使LED光源1和LED光源2两个光源通过光源单元4成为一体。使LED光源1和LED光源2的光源光通过一个导入透镜5将双方的光束变换为大致平行光。因为该结构，红色光束和蓝色光束的光源光 轴相互非平行地对光合成元件（分色镜）入射。

此处，使用平行平板的分色镜作为光合成元件的情况下，设定为红色光束相对于透镜阵列8的光轴大致平行地入射的角度时，蓝色光束相对于透镜阵列8的光轴较大地倾斜地入射。结果，从透镜阵列8向透镜阵列9的光的传播的效率损失较大，在屏幕上成为照度分布劣化的影像。

此外，在光合成元件配置有红色用的平行平板分色镜和蓝色用的平行平板分色镜两个分色镜的情况下，因为红色光束和蓝色光束能够分别独立地设定反射镜面的角度，能够使所有的光束的光轴相对于透镜阵列8的光轴大致平行地入射。但是，会产生因为使用两个分色镜所以配置部件的空间增大而不利于小型化、因为增加至两个分色镜所以安装误差的影响增大、透过两个平行平板分色镜的绿色光束的效率的劣化增大等新的问题。

于是，本实施例中，配置具有相互非平行的相对的反射镜面的楔型分色镜7。该情况下，例如成为在反射镜面7a上仅使红色光束反射，在反射镜面7b上仅使蓝色光束反射的楔形形状时，如图2所示合成后的所有光源光轴能够变换为相对于透镜阵列8的光轴大致平行。此外，因为元件是一个，所以能够改善安装误差和透射效率劣化的课题，配置空间也能够减小。

此外，如图2所示，使LED光源3的绿色光束的光源光轴23与导入透镜6的光轴一致地配置。而且对楔型分色镜7入射，在反射镜面7a和反射镜面7b上折射，向透镜阵列8出射。

此时，使绿色光束的光源光轴23与透镜阵列8的光轴一致。红色光束的光源光轴21和蓝色光束的光源光轴22，以绿色光束的光源光轴23为中心大致平行地对透镜阵列8入射。

如上所述，实施例的结构是红色光束的光源光轴21和蓝色光束的光源光轴22均相对于导入透镜的光轴偏移规定量。因此，通过导入透镜5后的光束的光量分布是非对称的。从而，在楔型分色镜7的反射面7a上反射并入射到透镜阵列8的红色光束的光量分布是非对称的。同样地，在楔型分色镜7的反射镜面7b上反射并入射到透镜阵列8的蓝色光束的光量分布也是非对称的。因为绿色光束的光源光轴与导入 透镜6的光轴一致，所以透过楔型分色镜7的反射镜面7a和反射镜面7b入射到透镜阵列8的光量分布是对称的。

对于光量分布非对称的红色光束和蓝色光束，使其相对于透镜阵列8的光轴偏移规定量地入射。通过使其偏移，被透镜阵列的各个透镜单元分割的光量分布分别成为非对称，将它们叠加的影像显示元件12上的照度中对称性得到改善。

图3作为一例表示了红色光束入射到透镜阵列8时的光束的光量分布。横轴表示透镜阵列的位置，纵轴表示光束的光量分布。位于横轴的中心的实线表示透镜阵列的光轴。波形31表示使光源光轴与透镜阵列光轴一致时的光量分布。波形32表示如图2的光源光轴21所示，相对于透镜阵列的光轴偏移规定量时的光量分布。

此外图4表示根据图3的光量分布计算的影像显示元件12上的照度分布。横轴表示影像显示元件12的位置，纵轴表示影像显示元件上的照度分布。位于横轴的中心的实线表示影像显示元件的光轴。波形41表示根据图3的波形31的光量分布获得的照度分布。波形42表示根据图3的波形32的光量分布获得的照度分布。

根据图3和图4，如波形31所示使光源光轴与透镜阵列的光轴一致时，如波形41所示成为非对称的照度分布。但是，如波形32所示使光源光轴相对于透镜阵列的光轴偏移规定量，能够如波形42所示成为对称的照度分布。此外，对于蓝色光束，因为非对称的方向与红色光束反转，所以通过如图2的光源光轴22所示向与红色光束相反的方向偏移规定量时能够改善照度分布。

图5是表示光源光轴21、光源光轴22和光源光轴23的与图2不同的关系的图。绿色光束的光源光轴23与图2同样地变换为与透镜阵列8的光轴大致一致。但是，红色光束的光源光轴21相对于透镜阵列8的光轴倾斜规定的角度地变换。蓝色光束的光源光轴22也相对于透镜阵列8的光轴倾斜规定的角度地变换。像这样，不需要使所有光源光轴变换为相对于透镜阵列8的光轴大致平行，也可以倾斜规定的角度。由此缓和了楔型分色镜7的反射镜面7a和反射镜面7b的角度的限制，楔型分色镜7的制造变得容易，能够实现部件的低成本。

图6是表示图5的光源光轴与透镜阵列的光轴的关系的详情的图。 作为代表说明实线描述的红色光束的光源光轴21与点划线描述的透镜阵列8的光轴61的关系。图6中，假设红色光束的光源光轴21的在反射镜面7a上的反射点62和透镜阵列8的光轴61与反射镜面7a的交点63一致。

如图6所示，设在反射镜面7a反射后的红色光束的光源光轴21与透镜阵列8的光轴61所成的角是θ。此外，设从透镜阵列8的光轴61与反射镜面7a的交点63向下延伸至透镜阵列8的垂线的距离是L。此外，设透镜阵列的透镜单元的一边的长度是W。

特征在于此时满足以下关系：

tanθ<(W/2)/L……（式1）

根据式1，光源光轴对透镜阵列的中心的透镜单元以规定的角度入射。

在满足式1的角度θ中，通过变换为对规定的位置入射，光量分布非对称的光束的情况下，也能够将影像显示元件的照度分布改善为对称。此外，蓝色光束的光源光轴22与透镜阵列8的光轴61所成的角也满足同样的关系。

图7是表示如图6所示红色光束的光源光轴21的在反射镜面7a上的反射点62和透镜阵列8的光轴61与反射镜面7a的交点63不一致的情况下的光源光轴21与透镜阵列8的光轴61的关系的图。

如图7所示，设红色光束的光源光轴21与透镜阵列8的光轴61所成的角是θ。此外，设从红色光束的光源光轴21的在反射镜面7a上的反射点62向下延伸到透镜阵列8的垂线的距离是L。此外，设透镜阵列的透镜单元的一边的长度是W。此外，设从红色光束的光源光轴21的在反射面7a上的反射点62向下延伸到透镜阵列8的光轴61的垂线的距离是D。

特征在于此时满足以下关系：

tanθ<(W/2-D)/L……（式2）

此外，特征在于此时D的绝对值小于W/2。根据式2，光源光轴对透镜阵列的中心的透镜单元以规定的角度入射。

在满足式2的角度θ中，通过变换为对规定的位置入射，光量分布非对称的光束的情况下，也能够将影像显示元件的照度分布改善为 对称。此外，蓝色光束的光源光轴22与透镜阵列8的光轴61所成的角也满足同样的关系。

此外，使投影仪的光源装置尺寸小型化时入射光束直径减小，因此透镜阵列的透镜单元数量相对增大。所以，因为透镜单元数量减少，积分的数量减少，光量分布非对称时影像显示元件的照度分布的非对称性变得显著。对于入射光束有效的规定的方向的透镜阵列的数量较少，例如是5个以下的情况下，如本发明所示地使具有非对称的分布的光束对于透镜阵列偏移规定量地入射的结构，作为使照度分布均匀的手段是有效的。

此外，为了缩短光程而将透镜阵列8和影像显示元件12的倍率设计得较小的情况下，因为透镜阵列8的透镜单元的尺寸增大，所以本结构这样的使非对称的光束相对于透镜阵列偏移规定量地入射的结构，作为使照度分布均匀的方式更加有效。

此外，透镜单元的曲率半径设计得较小例如为1mm以下时，易于产生透镜单元的边界的通过率劣化等透镜阵列性能的劣化。因此为了在曲率半径1mm以上小型化，需要减小倍率，透镜单元的尺寸增大。在这样的情况下，本结构这样的使非对称的光束相对于透镜阵列偏移规定量地入射的结构，作为使照度分布均匀的方式更加有效。

此外，小型投影仪使用的搭载了LED光源1和LED光源2的光源单元4，例如优选光源的光轴间距离例如是1.5mm以下。该情况下，能够不增大楔型分色镜7的反射镜面7a与反射镜面7b的间隔地制造小型的楔型分色镜7。

此外，为了减小透镜阵列8中的规定的偏移量，或在红色光束与蓝色光束中使其对称，优选LED光源1与LED光源2光轴的中点，与导入透镜5的光轴一致。

此外，由于楔型分色镜7的制造上的限制，优选以反射镜面7a与反射镜面8b之间的边中较短的一方的边为0.3mm以上的方式决定反射镜面7a与反射镜面7b的角度。

此外，关于绿色光束的光源光轴，因为通过导入透镜6后的光束的光量分布是对称的，所以优选使绿色光源和导入透镜6旋转规定的角度，调整为通过楔型分色镜7时的光源光轴与透镜阵列8的光轴一 致。

使相互的光源光轴一致的结构，在存在具有非对称的分布的光束的情况下，用透镜阵列将光束叠加时影像信息元件的照度分布变得非对称成为问题。但是，透镜阵列的透镜单元相对于入射到透镜阵列的光束充分小时，影像信息元件的照度分布的非对称变得不显著。因此，在透镜单元充分小的情况下也可以是使相互的光源光轴一致的结构。

本发明中，光源单元4中搭载的LED光源1和LED光源2分别使用一个芯片。但是，各色的光源的芯片数不限于一个，也可以使用两个以上。例如，将两个和两个合计四个芯片作为光源单元时，以田字配置交替地配置不同的LED光源的情况下，各色的光源的光轴与导入透镜的光轴大致一致。一般而言，将两色的不同的LED光源芯片排列多个时，优选其配置是点对称的关系时采用使相互的光源光轴一致的结构，是线对称或不对称的关系时采用使相互的光源光轴不一致的结构。

但是，因为各色的光源的亮度分布按每一个LED光源具有峰值，所以优选如本实施例所示，以使各LED光源的光轴相对于导入透镜的光轴对称的方式设置各LED光源，且以使各LED光源的光轴相对于透镜阵列的光轴对称的方式，选择LED光源的设置间隔和楔型分色镜7的形状。

此外，将电源部、电路部、信号处理单元与本实施例记载的光学引擎100组合而成的影像显示装置，能够用简单的结构同时实现小型化和屏幕上的照度均匀。

对上述实施例进一步概念性而言，本发明的光源装置至少具备彼此并排地配置有出射第一波长或波段的光的第一光源和出射第二波长或波段的光的第二光源的光源单元；出射第三波长或波段的光的第三光源；合成来自该光源的三个波长或波段的光的光合成元件；使上述光的分布平均化的光学元件；上述第一波长或波段的光、上述第二波长或波段的光和上述第三波长或波段的光的对上述光学元件入射的光轴，至少两个以上彼此不一致。

【实施例2】

接着，参照图8说明将本发明应用于使用微反射镜型影像显示元 件即DMD作为影像显示元件的投影型显示装置时的结构例。

光学引擎100具有出射规定的波长或波段的光束的LED光源1、LED光源2、LED光源3。本实施例中，例如设LED光源1是中心波长约615nm的红色光束，LED光源2是中心波长约460nm的蓝色光束，LED光源3是中心波长约525nm的绿色光束。各波长也可以不是上述的值。此外也可以具有规定的波段。此外，从LED光源出射的光束，是光源的中心的强度最大的对称的光量分布，以强度最大的中心为光轴。

LED光源1和LED光源2在光源单元4中并排搭载。因为光源相互靠近排列，所以能够实现光源元件的小型化。

从LED光源1出射的红色光束和从LED光源2出射的蓝色光束，被导入透镜5变换为大致平行光。从LED光源3出射的绿色光束，被导入透镜6变换为大致平行光。其中，导入透镜5和导入透镜6设想为玻璃或塑料的各向同性的球面透镜或非球面透镜。此外，图8中导入透镜4、5用一个透镜表示，而为了获得要求的大致平行光束也可以例如设置两个以上。

楔型分色镜7是将通过导入透镜5和导入透镜6后的红色光束、蓝色光束、绿色光束合成的光合成元件。楔型分色镜7中导入透镜5一侧的反射镜面7a是具有使红色光束反射、使蓝色光束和绿色光束透射的功能的波长选择性反射镜面。此外，导入透镜6一侧的反射镜面7b是具有使蓝色光束反射、使红色光束和绿色光束透射的功能的波长选择性反射镜面。通过该功能，合成三色的光束。

此处，以红色光束的光源光轴相对于透镜阵列8的光轴大致平行或以规定的角度从透镜阵列的光轴偏移规定量地入射的方式，设定反射镜面7a的角度。此外，以蓝色光束的光源光轴也同样地，相对于透镜阵列8的光轴大致平行或以规定的角度从透镜阵列的光轴偏移规定量地入射的方式，设定反射镜面7b的角度。此外，以绿色光束的光源光轴相对于透镜阵列8的光轴大致一致地入射的方式，设定LED光源3和导入透镜6的角度。

这样，通过使用楔型分色镜7使对透镜阵列入射的三个光束的光源光轴相互不一致地入射，在光束的光量分布非对称的情况下也能够 在屏幕上使照度分布均匀。

入射到透镜阵列8的光束对透镜阵列9入射，成为透镜阵列中设置的透镜单元数量的虚拟光源像。其中，图8中将一边的透镜数量记载为5个，但是不限于5个。

通过透镜阵列9后的光束，在通过中继透镜10后由反射镜81向规定的角度反射。之后通过中继透镜11、三棱镜82、TIR（Total Internal Refrection：全内反射）棱镜83的全反射面83a和棱镜面83b，对作为微反射镜型影像显示元件的DMD84以规定的角度入射。中继透镜10具有使透镜阵列9的透镜单元的光源像叠加的功能。反射镜81能够使光路折弯，所以能够在使光程保持较长的状态下使光学引擎100小型化。中继透镜11具有将叠加后的光束相对于影像显示元件12变换为大致平行光地照射的功能。三棱镜82具有对之后配置的TIR棱镜83产生的光程差进行补正的功能。TIR棱镜83具有将从三棱镜82入射的光束向DMD84传播，使在DMD84上反射的光束在全反射面83a全反射并向投影透镜13传播的功能。此外，在三棱镜82与TIR棱镜83之间设置有规定的间隔的气隙。

这样，通过从透镜阵列8到TIR棱镜83的照明光学系统，能够在DMD84中形成照度均匀的像。此外，图8中中继透镜由两个透镜构成，而只要能够在DMD84获得要求的像，使用多少个都可以。

在DMD84上反射的反射光束的主轴，相对于棱镜面83b大致垂直地入射。通过棱镜面83b后，在全反射面83a上全反射，通过棱镜面83c。如上所述，TIR棱镜83的全反射面83a与三棱镜82之间设置有气隙，所以利用这一点以使反射光束的入射角比全反射的临界角更大的方式，设定TIR棱镜83的折射率。

通过棱镜面83c后的反射光束，通过投影透镜13在屏幕（未图示）上显示放大投影后的影像。如上所述，通过使用反射镜81和三棱镜82、TIR棱镜83，在使用作为需要以规定的角度使光束入射的影像显示元件DMD84的结构中，能够实现小型且照度分布均匀的光源装置。

图9是表示使用DMD84的投影型显示装置的光学引擎100的其他示例的图。与图8不同，将两侧透镜阵列91设置在透镜阵列的位置代替两个透镜阵列。除此以外是与图8相同的结构，所以省略说明。

两侧透镜阵列91是如图所示在光束的入射面和出射面双方上设置透镜阵列的元件。一个两侧透镜阵列91具有两个透镜阵列的功能，所以能够减少部件数量，缩短安装工序时间。此外，两个透镜阵列安装时的相对位置偏离影响通过率和照度分布的劣化，而此处因为是一个元件，能够减少其影响。

图10是表示使用DMD84的投影型显示装置的光学引擎100的其他示例的图。与图8不同，设置了将透镜阵列9和中继透镜10构成为一体的复合透镜101。除此以外是与图8相同的结构，所以省略说明。

复合透镜101是如图所示在光束的入射面设置了透镜阵列、在出射面设置了透镜面的元件。因为透镜阵列之后的中继透镜曲率半径较大，所以一个透镜面也能够充分具有使光源像叠加的功能。此外，因为一个元件具有透镜阵列和中继透镜两个元件的功能，所以能够减少部件数量，缩短安装工序时间。此外，因为能够使透镜阵列到中继透镜的距离缩短，所以能够实现光源装置的小型化。

图11是表示使用DMD84的投影型显示装置的光学引擎100的其他示例的图。与图8不同，设置有使中继透镜10和三棱镜82成为一体的复合棱镜111。除此以外是与图8相同的结构，所以省略说明。

复合棱镜111如图所示是在三棱镜82的入射面设置了具有中继透镜的功能的透镜面的元件。因为一个元件具有两个透镜阵列的功能，所以能够减少部件数量，缩短安装工序时间。此外，能够缩短中继透镜到三棱镜的距离，因此能够实现光源装置的小型化。

图12是表示使用DMD84的投影型显示装置的光学引擎100的其他示例的图。与图8至图11不同，是不使用三棱镜82和TIR棱镜83的结构。反射镜81配置于在DMD84上反射的光束不入射的位置。反射镜81在图中是平板反射镜，而为了对光程差造成的像差进行补正，也可以是球面反射镜、非球面反射镜、自由曲面反射镜等球面形状的反射镜。因为部件数量减少了两个，所以能够实现安装工序时间的缩短和低成本化。此外，通过将投影透镜13设计得小型，能够实现光学引擎100的小型化。

此外，使用DMD84的光学引擎100不限于图8至图12的结构。

此外，将电源部、电路部、信号处理单元与本实施例记载的光学 引擎100组合而成的影像显示装置，能够用简单的结构同时实现小型化和屏幕上的照度均匀。

【实施例3】

对于将本发明应用于使用作为反射型液晶显示元件的LCOS作为影像显示元件的影像显示装置时的实施例，基于图13所示的结构例说明。

图13表示本发明的实施例2的投影型显示装置的光学引擎100的一例。光学引擎100具有出射规定的波长或波段的光束的LED光源1、LED光源2、LED光源3。本实施例中，例如设LED光源1是中心波长约615nm的红色光束，LED光源2是中心波长约460nm的蓝色光束，LED光源3是中心波长约525nm的绿色光束。各波长也可以不是上述的值。此外也可以具有规定的波段。此外，从LED光源出射的光束，是光源的中心的强度最高的对称的光量分布，以强度最大的中心为光的光轴。

LED光源1和LED光源2在光源单元4中并排搭载。因为相互的光源靠近排列，所以能够实现光源元件的小型化。

从LED光源1出射的红色光束和从LED光源2出射的蓝色光束，被导入透镜5变换为大致平行光。从LED光源3出射的绿色光束，被导入透镜6变换为大致平行光。其中，导入透镜5和导入透镜6设想为玻璃或塑料的各向同性的球面透镜或非球面透镜。此外，图13中导入透镜4、5用一个透镜表示，而为了获得要求的大致平行光束也可以例如设置两个以上。

楔型分色镜7是将通过导入透镜5和导入透镜6后的红色光束、蓝色光束、绿色光束合成的光合成元件。楔型分色镜7中导入透镜5一侧的反射镜面7a是具有使红色光束反射、使蓝色光束和绿色光束透射的功能的波长选择性反射镜面。此外，导入透镜6一侧的反射镜面7b是具有使蓝色光束反射、使红色光束和绿色光束透射的功能的波长选择性反射镜面。通过该功能，合成三色的光束，对两侧透镜阵列91入射。

此处，以红色光束的光源光轴相对于透镜阵列的光轴大致平行或以规定的角度从透镜阵列的光轴偏移规定量地入射的方式，设定反射 镜面7a的角度。此外，以蓝色光束的光源光轴也同样地，相对于透镜阵列的光轴大致平行或以规定的角度从透镜阵列的光轴偏移规定量地入射的方式，设定反射镜面7b的角度。此外，以绿色光束的光源光轴相对于透镜阵列的光轴大致一致地入射的方式，设定LED光源3和导入透镜6的角度。

这样，通过使用楔型分色镜7使对透镜阵列入射的三个光束的光源光轴相互不一致地入射，在光束的光量分布非对称的情况下也能够在屏幕上使照度分布均匀。

对两侧透镜阵列91入射的光束成为出射面的透镜阵列中设置的透镜单元数量的虚拟光源像。其中，图13中将一边的透镜数量记载为5个，但是不限于5个。此外，也可以配置两个单面透镜阵列代替两侧透镜阵列91。

通过两侧透镜阵列91后的光束，对偏振光变换元件131入射。偏振光变换元件131是将任意偏振光变换为要求的偏振光的元件。本结构中，将从LED光源出射的任意偏振光的光束，用两面透镜阵列91变换为在偏振光变换元件131的各偏振膜上聚光。用各偏振膜分离为P偏振光和S偏振光后，例如通过在P偏振光的出射部设置1/2波长板使其成为S偏振光，具有将任意光束变换为S偏振光的功能。由此，能够消除偏振分束器132产生的光量的损失，实现高效率的光学系统。

通过偏振光变换元件131后的光束，通过中继透镜10，在偏振分束器132的偏振膜132a上反射。偏振分束器132是具有使规定的方向的偏振光通过，使与该方向正交的方向的偏振光反射的功能的光分支元件。本结构中，具有使S偏振光反射，使P偏振光通过的功能。

通过偏振分束器132后的光束，在通过中继透镜11后被1/4波长板133变换为圆偏振光，对作为反射型液晶显示元件的LCOS134入射。这样，通过从两侧透镜阵列91到1/4波长板133的光学系统，能够在LCOS134中形成照度均匀且高效率的像。此外，图13中中继透镜由两个透镜构成，而只要能够在LCOS134获得要求的像，使用多少个都可以。此外，为了使光束的效率提高，也可以例如在中继透镜10与偏振分束器132之间，和中继透镜10与1/4波长板133之间，设置相位补偿板。

在LCOS134上反射的反射光束，再次被1/4波长板133变换为P偏振光，通过偏振分束器132的偏振膜132a。通过偏振分束器132后的反射光束，通过投影透镜13在屏幕(未图示)上显示放大投影后的影像。通过以上的结构，在使用作为反射型液晶显示元件的LCOS134的结构中，能够实现照度分布均匀的光学引擎100。此外，通过将投影透镜13设计得小型，能够实现光学引擎100的小型化。

图14是表示使用了LCOS134的投影型显示装置的光学引擎100的其他示例的图。与图14不同，将中继透镜11设置在偏振分束器132之前，在中继透镜10与中继透镜11之间设置反射镜81。除此以外是与图13相同的结构，所以省略说明。

通过将中继透镜11设置在偏振分束器132之前，能够成为仅对于对LCOS134的入射光束起作用的元件，所以能够采用简单的形状。此外，通过设置反射镜81使光路折弯，能够使光学引擎100整体的尺寸变得小型。

此外，使用LCOS134的光学引擎100不限于图13和图14的结构。

此外，将电源部、电路部、信号处理单元与本实施例记载的光学引擎100组合而成的影像显示装置，能够用简单的结构同时实现小型化和屏幕上的照度均匀。

此外，本发明不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具备说明的所有结构。此外，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，或者在某个实施例的结构上添加其他实施例的结构。

此外，上述实施例说明了将投影影像面投影的投影型显示装置的光源装置，但其是也能够应用于使用面投影的光源光的装置、例如光学显微镜的照明单元的技术。其特别是对于以发出扩散光的点光源为光源，具有实现照度的均匀性的透镜阵列的照明单元有用的结构。

Claims (18)

1.一种将投影影像进行面投影的投影型显示装置的光源装置，其特征在于，包括：

输出第一颜色光的面照射光的第一固体光源；

输出第二颜色光的面照射光的第二固体光源；

输出第三颜色光的面照射光的第三固体光源；

具有第一分色面和第二分色面的楔形分色镜，其中，反射所述第一固体光源输出的光束的所述第一分色面和反射所述第二固体光源输出的光束的所述第二分色面彼此非平行地相对设置，所述第三固体光源输出的光束折射透过所述第二分色面和所述第一分色面；和

透镜阵列，其使得从所述楔形分色镜出射的光束的照度分布平滑化，

所述第三固体光源输出的光束以其光轴由所述楔形分色镜折射为与所述透镜阵列的光轴一致的方式对所述透镜阵列入射，

所述第一固体光源输出的光束和所述第二固体光源输出的光束，由所述楔形分色镜反射成以所述透镜阵列的光轴作为对称轴而对所述透镜阵列以倾斜规定的角度入射。

2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：

所述第一固体光源和所述第二固体光源靠近地配置，

所述光源装置包括：

将所述第一固体光源和所述第二固体光源的出射光变换为大致平行光而对所述楔形分色镜出射的球面或非球面的第一平行化透镜；和

将所述第三固体光源的出射光变换为大致平行光对所述楔形分色镜出射的球面或非球面的第二平行化透镜，

所述第一固体光源和所述第二固体光源，配置在不同于所述第一平行化透镜的光轴的位置，并且所述第一固体光源和所述第二固体光源输出的光束的光轴以所述第一平行化透镜的光轴为中心平行地偏移规定量，

所述第一固体光源的大致平行化后的光束的光轴和所述第二固体光源的大致平行化后的光束的光轴的方向都与所述第一平行化透镜的光轴的方向不同，

所述第三固体光源配置在所述第二平行化透镜的光轴上，

所述第三固体光源的大致平行化后的光束的光轴的方向与所述第二平行化透镜的光轴的方向相同。

3.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：

所述第一固体光源输出的光束或所述第二固体光源输出的光束的光轴，通过所述透镜阵列的光轴与所述第一分色面的交点，

设所述交点与所述透镜阵列的垂直距离为L，所述透镜阵列的透镜单元的一边的长度为W，对所述透镜阵列入射的所述第一固体光源输出的光束或所述第二固体光源输出的光束的光轴与所述透镜阵列的光轴所成的角为θ时，满足以下关系：

tanθ<(W/2)/L。

4.如权利要求2所述的光源装置，其特征在于：

所述第一固体光源输出的光束或所述第二固体光源输出的光束的光轴，通过所述透镜阵列的光轴与所述第一分色面的交点，

设所述交点与所述透镜阵列的垂直距离为L，所述透镜阵列的透镜单元的一边的长度为W，对所述透镜阵列入射的所述第一固体光源输出的光束或所述第二固体光源输出的光束的光轴与所述透镜阵列的光轴所成的角为θ时，满足以下关系：

tanθ<(W/2)/L。

5.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：

所述第一固体光源输出的光束或所述第二固体光源输出的光束，其光轴通过从所述透镜阵列的光轴与所述第一分色面的交点偏移规定量的位置。

6.如权利要求2所述的光源装置，其特征在于：

所述第一固体光源输出的光束或所述第二固体光源输出的光束，其光轴通过从所述透镜阵列的光轴与所述第一分色面的交点偏移规定量的位置。

7.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于：

设所述第一固体光源输出的光束或所述第二固体光源输出的光束的光轴通过所述第一分色面的位置与所述透镜阵列的光轴的距离为D，所述交点与所述透镜阵列的垂直距离为L，所述透镜阵列的透镜单元的一边的长度为W，对所述透镜阵列入射的所述第一固体光源输出的光束或所述第二固体光源输出的光束的光轴与所述透镜阵列的光轴所成的角为θ时，满足以下关系：

tanθ<(W/2-D)/L。

8.如权利要求6所述的光源装置，其特征在于：

设所述第一固体光源输出的光束或所述第二固体光源输出的光束的光轴通过所述第一分色面的位置与所述透镜阵列的光轴的距离为D，所述交点与所述透镜阵列的垂直距离为L，所述透镜阵列的透镜单元的一边的长度为W，对所述透镜阵列入射的所述第一固体光源输出的光束或所述第二固体光源输出的光束的光轴与所述透镜阵列的光轴所成的角为θ时，满足以下关系：

tanθ<(W/2-D)/L。

9.如权利要求1～8中任一项所述的光源装置，其特征在于：

所述第一颜色光是红色光，所述第二颜色光是蓝色光，所述第三颜色光是绿色光。

10.一种光源装置，其特征在于，包括：

设置有输出第一颜色光的第一固体光源和输出第二颜色光的第二固体光源的第一光源；

具有输出第三颜色光的第三固体光源的第二光源；

将所述第一光源的出射光变换为大致平行光的第一平行化透镜；

将所述第二光源的出射光变换为大致平行光的第二平行化透镜；

合成所述第一平行化透镜的出射光束和所述第二平行化透镜的出射光束的楔形分色镜；和

使所述楔形分色镜合成后的光束的照度分布平滑化的透镜阵列，

从所述第一平行化透镜出射的所述第一颜色光的光束和所述第二颜色光的光束，由所述楔形分色镜反射为以所述透镜阵列的光轴作为对称轴而对所述透镜阵列以倾斜规定的角度入射。

11.如权利要求10所述的光源装置，其特征在于：

所述楔形分色镜具有彼此非平行地相对的第一分色面和第二分色面，

所述第一分色面反射所述第一颜色光，

所述第二分色面反射所述第二颜色光，

所述第三颜色光透过所述第二分色面和所述第一分色面。

12.如权利要求11所述的光源装置，其特征在于：

从所述第二光源出射的第三颜色光的光轴与所述第二平行化透镜的光轴一致，

从所述第二平行化透镜出射的第三颜色光的光束以其光轴由所述楔形分色镜折射为与所述透镜阵列的光轴一致的方式对所述透镜阵列入射，

所述第一固体光源和所述第二固体光源配置在与所述第一平行化透镜的光轴不同的位置，

所述第一固体光源的大致平行化后的光束的光轴和所述第二固体光源的大致平行化后的光束的光轴的方向都与所述第一平行化透镜的光轴的方向不同。

13.如权利要求12所述的光源装置，其特征在于：

所述第一颜色光的光束或所述第二颜色光的光束的光轴通过所述透镜阵列的光轴与所述第一分色面的交点，

设所述交点与所述透镜阵列的垂直距离为L，所述透镜阵列的透镜单元的一边的长度为W，对所述透镜阵列入射的所述第一颜色光的光束或所述第二颜色光的光束的光轴与所述透镜阵列的光轴所成的角为θ时，满足以下关系：

tanθ<(W/2)/L。

14.如权利要求12所述的光源装置，其特征在于：

所述第一颜色光的光束或所述第二颜色光的光束，其光轴通过从所述透镜阵列的光轴与所述第一分色面的交点偏移规定量的位置。

15.如权利要求14所述的光源装置，其特征在于：

设所述第一颜色光的光束或所述第二颜色光的光束的光轴通过所述第一分色面的位置与所述透镜阵列的光轴的距离为D，所述交点与所述透镜阵列的垂直距离为L，所述透镜阵列的透镜单元的一边的长度为W，对所述透镜阵列入射的所述第一颜色光的光束或所述第二颜色光的光束的光轴与所述透镜阵列的光轴所成的角为θ时，满足以下关系：

tanθ<(W/2-D)/L。

16.如权利要求10～15中任一项所述的光源装置，其特征在于：

所述第一颜色光是红色光，所述第二颜色光是蓝色光，所述第三颜色光是绿色光。

17.一种投影型显示装置，其特征在于，至少包括：

彼此并排地配置有出射第一波长或波段的光的第一光源和出射第二波长或波段的光的第二光源的光源单元；

出射第三波长或波段的光的第三光源；

将所述第一波长或波段的光和所述第二波长或波段的光变换为大致平行光的第一光学透镜；

将所述第三波长或波段的光变换为大致平行光的第二光学透镜；

合成来自所述光源的三个波长或波段的光的光合成元件；

使从所述光合成元件出射的光的分布平均化的光学元件；

使从所述光学元件出射的光叠加的第一中继透镜；

使从所述第一中继透镜出射的光的光路折弯到规定的方向的反射镜；

将由所述反射镜反射的光变换为大致平行光的第二中继透镜；

修正从所述第二中继透镜出射的光的光程差的光学棱镜；

根据从所述光学棱镜出射的光的入射角使光全反射或透射的TIR棱镜；

接收从所述TIR棱镜出射的光，形成基于影像信号的影像光的微反射镜型影像显示元件；和

将该影像光投影在屏幕上的投影透镜，

所述第一波长或波段的光、所述第二波长或波段的光和所述第三波长或波段的光的对所述光学元件入射的光轴，至少两个以上彼此不一致，

所述第一波长或波段的光和所述第二波长或波段的光，以所述光学元件的光轴作为对称轴而对所述光学元件以倾斜规定的角度入射。

18.一种投影型显示装置，其特征在于，至少包括：

彼此并排地配置有出射第一波长或波段的光的第一光源和出射第二波长或波段的光的第二光源的光源单元；

出射第三波长或波段的光的第三光源；

将所述第一波长或波段的光和所述第二波长或波段的光变换为大致平行光的第一光学透镜；

将所述第三波长或波段的光变换为大致平行光的第二光学透镜；

合成来自所述光源的三个波长或波段的光的光合成元件；

使从所述光合成元件出射的光的分布平均化的光学元件；

使从所述光学元件出射的光的偏振方向一致的偏振光变换元件；

使从所述偏振光变换元件出射的光叠加的第一中继透镜；

根据从所述第一中继透镜出射光的偏振方向使光反射或透射的偏振分束器；

将从所述偏振分束器出射的光变换为大致平行光的第二中继透镜；

接收从所述第二中继透镜出射的光，形成基于影像信号的影像光的反射型液晶显示元件；和

将该影像光投影在屏幕上的投影透镜，

所述第一波长或波段的光、所述第二波长或波段的光和所述第三波长或波段的光的对所述光学元件入射的光轴，至少两个以上彼此不一致，

所述第一波长或波段的光和所述第二波长或波段的光，以所述光学元件的光轴作为对称轴而对所述光学元件以倾斜规定的角度入射。