CN112711170A - 照明装置以及投影型影像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种照明装置和具备该照明装置的投影型影像显示装置，能够在使照明光的利用效率不降低的情况下与现有例子相比使装置小型化。本公开中的照明装置具备：光源装置；以及反射构件，将从光源装置以入射角α入射的照明光由反射面反射，然后以出射角β出射到显示元件。反射构件的反射面相对于正交的两个轴旋转地配置，入射角α以及出射角β是在照明光照射到显示元件的正面时与显示元件的水平方向所成的角度，并且满足20°≤|α‑β|≤60°的式子。

Description

照明装置以及投影型影像显示装置

技术领域

本公开涉及例如用于投影仪等投影型影像显示装置的照明装置和具备所述照明装置的投影型影像显示装置。

背景技术

专利文献1公开了使用对正交的两个轴进行驱动的数字微镜器件(以下，称为DMD(Digital Micromirror Device))的照明光学系统和投影型影像显示装置。在该现有例子中，在显示元件中，为了使照明光相对于DMD在垂直方向入射，例如将三棱柱的棱镜配置在垂直方向，使该棱镜的一面仅在一轴方向倾斜而使照明光反射。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/194454号

发明内容

-发明要解决的课题-

但是，在现有例子的装置结构中，存在难以小型化的课题。

本公开的目的在于，提供一种在使用对照射到显示元件的照明光的方向进行变换的构件的情况下，能够使照明光的利用效率不降低的情况下与现有例子相比使装置小型化的照明装置和具备所述照明装置的投影型影像显示装置。

-用于解决课题的技术方案-

本公开中的照明装置具备：光源装置；以及反射构件，将从所述光源装置以入射角α入射的照明光由反射面反射之后，以出射角β出射到显示元件。所述反射构件的反射面相对于正交的两个轴旋转地配置，所述入射角α以及所述出射角β是在所述照明光照射到所述显示元件的正面时与所述显示元件的水平方向所成的角度，并且满足下式。

20°≤|α-β|≤60°

-发明效果-

本公开中的照明装置在利用反射面相对于正交的两个轴而旋转地配置的反射构件对光的方向进行变换的情况下，能够在使照明装置的光的利用效率不降低的情况下与现有例子相比使装置小型化。

附图说明

图1是表示实施方式1中的具备照明装置10的投影型影像显示装置1的结构例的框图。

图2A是表示图1的荧光体色轮装置15的结构例的侧视图。

图2B是图2A的荧光体色轮装置15的主视图。

图3是表示图1的分色镜107的分光透射率的曲线图。

图4A是表示图1的棱镜20的结构例的从ZX面观察的主视图。

图4B是表示图1的棱镜20的结构例的从YZ面观察的主视图。

图5A是表示图4A以及图4B的棱镜20中的入射角α以及出射角β的从XY面观察的主视图。

图5B是表示图4A以及图4B的棱镜20中的入射角α以及出射角β的立体图。

图6A是在图4A以及图4B的棱镜20中入射角α＝90°以及出射角β＝90°时的XY面的主视图。

图6B是在图4A以及图4B的棱镜20中入射角α＝110°以及出射角β＝90°时的XY面的主视图。

图6C是在图4A以及图4B的棱镜20中入射角α＝135°以及出射角β＝90°时的XY面的主视图。

图6D是在图4A以及图4B的棱镜20中入射角α＝150°以及出射角β＝90°时的XY面的主视图。

图7是表示实施方式2中的搭载了照明装置10A的投影型影像显示装置1A的结构例的框图。

符号的说明：

1、1A：投影型影像显示装置；

10、10A：照明装置；

15：荧光体色轮装置；

15A：旋转轴中心；

20：棱镜；

30：全反射镜；

101：激光光源；

102：准直透镜；

103、104、108、109、110、115、116、118：透镜；

105：扩散板；

106、111：四分之一波片；

107：分色镜；

112：反射镜；

113：聚光透镜；

114：棒式积分器；

117：反射镜；

119、120、121：棱镜；

130、131、132：数字微镜器件(DMD)；

140：投影透镜；

201：马达；

202：旋转基材；

203：黄色荧光体部；

A、B、C：棱镜的面；

A1：反射点；

B1：出射点；

C1：入射点；

Sr：基准面；

h1、h2：高度；

d1：距离；

α：入射角；

β：出射角。

具体实施方式

以下，适当地参照附图，详细地说明实施方式。但是，有时省略必要以上地详细的说明。例如，有时省略已充分了解的事项的详细说明、对实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，而使本领域技术人员容易理解。

另外，附图以及以下的说明是为了本领域技术人员充分地理解本公开而提供的，并不意图通过这些来限定权利要求书所记载的主题。此外，对于同一或同样的构成要素赋予同一符号。

(实施方式1)

以下，使用图1～图6D说明实施方式1。

[1-1.结构的说明]

[1-1-1.整体的结构]

图1是表示实施方式1中的具备了照明装置10的投影型影像显示装置1的光学系统的结构例的框图，为了便于以下的说明，在图1中采用图中所示的XYZ正交坐标系。

首先，对投影型影像显示装置1的光源光学系统进行说明。

在图1中，作为激励光源的激光光源101是在447nm至462nm的波长宽度下发出蓝色光、并出射线偏振光的蓝色半导体激光器，为了实现高亮度的照明装置，包含了多个半导体激光器。在图1中例示性地记载了并列设置五个蓝色半导体激光器，但是多个蓝色半导体激光器以矩阵状配置在平面上，在图1中例示性地记载了通过蓝色半导体激光器的偏振方向为Y轴方向的S偏振光来进行配置。

从构成光源装置的各激光光源101出射的作为激励光的激光分别通过对应的准直透镜102进行准直。出射了准直透镜102的光成为大致平行光。该平行光通过透镜103其整体光束被聚光，通过透镜104再次被大致平行光化。由透镜104大致平行光化的激光光束通过扩散板105被照射到相对于X轴旋转配置为给定的角度的四分之一波片106。在此，激光通过四分之一波片106成为椭圆偏振光，入射到与光轴大致45度地配置的分色镜107。此外，扩散板105为玻璃平板，在单面形成有实施了微细的凹凸的扩散面。

图3是表示图1的分色镜107的分光透射率的曲线图。根据图3可明确，分色镜107以在S偏振光的情况下透射率为50％的波长为465nm、在P偏振光的情况下透射率为50％的波长为442nm的特性，来透射或反射蓝色光。此外，分色镜107具有包含绿色、红色分量的颜色光以96％以上透射的特性。

在向-X方向入射到分色镜107的激光中，S偏振光分量被分色镜107反射之后，向-Z方向出射，另一方面，P偏振光分量透射分色镜107向-X方向出射。向-Z方向出射的激光通过透镜108以及透镜109进行聚光，激励形成在荧光体色轮装置15的荧光体。

图2A是表示图1的荧光体色轮装置15的结构例的侧视图，图2B是图2A的荧光体色轮装置15的主视图。如图2A的侧视图所示，荧光体色轮装置15包含马达201和以马达201的旋转轴中心15A为中心进行旋转驱动的具有圆板形状的旋转基材202而构成。如图2B的主视图所示，在旋转基材202，在从荧光体色轮装置15的旋转轴中心15A分离距离R1的圆周上，在该圆周的内外形成有具有给定的宽度W的黄色荧光体部203。在此，若来自激光光源101的激光聚光入射到荧光体色轮装置15的黄色荧光体部203，则黄色荧光体部203被激励，发出黄色光。

返回图1，由荧光体色轮装置15得到的黄色光从荧光体色轮装置15向+Z方向出射。由黄色荧光体部203向-Z方向出射的荧光被旋转基材202反射而向+Z方向出射。这些黄色光通过透镜109、108被平行化而透射分色镜107。

另一方面，通过了分色镜107的蓝色半导体激光器的蓝色光的P偏振光由透镜110聚光，透射四分之一波片111而成为圆偏振光，被配置在透镜110的焦点附近的反射镜112反射，再次透射四分之一波片111而成为S偏振光，然后通过透镜110而成为大致平行光，由分色镜107反射。

这样，来自荧光体色轮装置15的黄色光和来自反射镜112的被反射的蓝色光由分色镜107合成，作为白色光出射，由聚光透镜113聚光而入射到棒式积分器114。

从棒式积分器114出射的光通过透镜115、透镜116、反射镜117、以及透镜118入射到具有大致三棱柱形状的棱镜20，然后通过棱镜119、120、121按每种颜色进行分离。通过作为光调制元件的DMD130、131、132(与多个波长对应的光调制元件部)，按照影像信号调制入射光，作为影像光P出射，再次通过棱镜119、120、121按每种颜色进行合成，入射到投影透镜140，来自投影透镜140的出射光作为影像光P放大投影到屏幕。另外，DMD130、131、132由构成各像素的反射镜使照明光反射。

[1-1-2.主要部分的结构]

以下，参照图4A～图6D对实施方式1涉及的主要部分的结构进行说明。另外，在图4A～图6D中，X轴、Y轴、以及Z轴相互正交，将包含X轴和Y轴的平面称为XY面，将包含Y轴和Z轴的平面称为YZ面，将包含Z轴和X轴的平面称为ZX面。

图4A是表示图1的棱镜20的结构例的从ZX面观察的主视图，图4B是表示图1的棱镜20的结构例的从YZ面观察的主视图，此外，图5A是表示图4A以及图4B的棱镜20中的入射角α以及出射角β的从XY面观察的主视图，图5B是表示图4A以及图4B的棱镜20中的入射角α以及出射角β的立体图。图6A～图6D是表示图4A以及图4B的棱镜20的各种动作的图，具体如下。

(1)图6A是在图4A以及图4B的棱镜20中入射角α＝90°以及出射角β＝90°时的XY面的主视图。

(2)图6B是在图4A以及图4B的棱镜20中入射角α＝110°以及出射角β＝90°时的XY面的主视图。

(3)图6C是在图4A以及图4B的棱镜20中入射角α＝135°以及出射角β＝90°时的XY面的主视图。

(4)图6D是在图4A以及图4B的棱镜20中入射角α＝150°以及出射角β＝90°时的XY面的主视图。

接下来，参照图4A～图6D对棱镜20的作用进行说明。

如图4A以及图4B所示，棱镜20的面A、面B以及面C如下构成。

(1)面A是将与ZX面平行的面相对于X轴和Y轴这两轴分别以给定角度旋转而形成的面。

(2)面B是相对于XY面并行的面。

(3)面C是将与ZX面平行的面相对于X轴以给定角度旋转而形成的面。

如图5A以及图5B所示，在具有上述的面A、B、C的棱镜20中，在从Z轴方向上观察XY面时，来自透镜118的照明光以与X轴所成的入射角α在棱镜20的面C的法线方向入射到入射点C1(面C的大致中央部)，然后在面A的反射点A1进行反射。接下来，反射的照明光以与X轴所成的出射角β从面B的出射点B1在相对于面B正交的方向上出射。另外，入射角α以及出射角β是在照明光照射到DMD130、131、132的正面时与DMD130、131、132的水平方向(X轴方向)所成的角度。棱镜20的面A、面B以及面C分别对应于反射面、出射面以及入射面。

如图6A所示，将棱镜20的面C配置在与X轴平行的基准面Sr上。此时，入射角α＝出射角β＝90°。入射点C1距基准面Sr的高度h1是从基准面Sr到面C的入射点C1的Y轴方向上的高度，高度h1＝0。即，α-β＝0°，在配置棱镜20时，将面C的Y轴方向上的入射点C1位于基准面Sr的位置作为基准。

接下来，如图6B所示，使棱镜20以其面C的端部角点C2为基点在XY面上以旋转角度θ1＝20°进行旋转。此时，入射角α＝110°以及出射角β＝90°，Y轴方向上的入射点C1的位置从基准面Sr向+Y轴方向移动，入射点C1距基准面Sr的高度h1大于图6A所示的α-β＝0°的情况。此外，出射点B1距基准面Sr的高度h2是从基准面Sr到面B的出射点B1的Y轴方向上的高度。此时，出射点B1(在图6B中，位于面B的左端部)从以入射点C1为原点而在Y轴方向上延伸的轴向-X轴方向偏移距离d1。此时，成为α-β＝20°。

接下来，如图6C所示，使棱镜20进一步旋转，以面C的端部角点C2为基点在XY面上使旋转角度θ1＝45°。此时，入射角α＝135°以及出射角β＝90°，入射点C1距基准面Sr的高度h1变得比图6B所示的α-β＝20°的情况更大，出射点B1距基准面Sr的高度h2变得比图6B所示的α-β＝20°的情况小。即，Y轴方向上的从入射点C1到出射点B1的距离(高度h1与高度h2之差)变得比图6B所示的α-β＝20°的情况小。出射点B1从以入射点C1为原点而在Y轴方向上延伸的轴进一步向-X轴方向偏移，距离d1变得比图6B所示的α-β＝20°的情况大。此时，成为α-β＝45°。

进而，如图6D所示，使棱镜20进一步旋转，以面C的端部角点C2为基点在XY面上使旋转角度θ1＝60°。此时，入射角α＝150°以及出射角β＝90°，入射点C1距基准面Sr的高度h1变得比图6C所示的α-β＝45°的情况更大，出射点B1距基准面Sr的高度h2变得比图6C所示的α-β＝45°的情况更小。即，Y轴方向上的从入射点C1到出射点B1的距离变得比图6C所示的α-β＝45°的情况小。出射点B1从以入射点C1为原点在Y轴方向上延伸的轴进一步向-X轴方向偏移，距离d1变得比图6C所示的α-β＝45°的情况大。此时，成为α-β＝60°。

因此，如图6B～图6D所示，若在下式的入射角α以及出射角β的条件下配置棱镜20，则+Y轴方向上的该照明装置10的高度变小，使该照明装置10变成薄型，从而与现有例子比较能够小型化。另外，由面A反射的照明光与面C的X轴方向上的偏移的距离d1变大。

20°≤|α-β|≤60°

[1-1-3.效果等]

在本实施方式中，在使用棱镜20时，能够在20°≤|α一β|≤60°时在Y轴方向上降低照明装置10的高度，X轴方向上的偏移的距离d1不会变得比较大，能够在不降低光的利用效率的情况下与现有例子相比而使照明装置10薄型化并小型化。

如上述，在本实施方式中，通过构成具有作为反射面的面A的棱镜20，能够在不降低光的利用效率的情况下使照明装置10小型化。

(实施方式2)

图7是表示实施方式2中的搭载了照明装置10A的投影型影像显示装置1A的结构例的框图。在图7中，实施方式2中的投影型影像显示装置1A的特征在于，与图1的投影型影像显示装置1比较，取代照明装置10而具备照明装置10A。在此，照明装置10A的特征在于，与图1的照明装置10比较，如图7所示，取代棱镜20而具备具有与棱镜20同样的功能的全反射镜30。即，全反射镜30的反射面对应于作为棱镜20的反射面的面A，也可以使用全反射镜30来变换来自透镜118的照明光的角度。由此，实施方式2涉及的照明装置10A具有与图1的照明装置10同样的作用效果。

(其他实施方式)

如上述，作为在本申请中公开的技术的示例，说明了实施方式。然而，本公开中的技术并不限定于此，也能够应用于进行了变更、置换、附加、省略等的实施方式。此外，也能够将上述实施方式中说明的各构成要素组合而作为新的实施方式。

[产业上的可利用性]

本公开能够应用于光源装置或投影仪等投影型影像显示装置。

Claims (8)

1.一种照明装置，具备：

光源装置；以及

反射构件，将从所述光源装置以入射角α入射的照明光由反射面反射之后，以出射角β出射到显示元件，

所述反射构件的反射面相对于正交的两个轴旋转地配置，

所述入射角α以及所述出射角β是在所述照明光照射到所述显示元件的正面时与所述显示元件的水平方向所成的角度，并且满足如下式子：

20°≤|α-β|≤60°。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，

所述反射构件是利用了内面反射的第1棱镜。

3.根据权利要求1所述的照明装置，其中，

所述反射构件是全反射镜。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的照明装置，其中，

所述正交的两个轴包含第1轴以及第2轴，

若将相对于所述第1轴以及所述第2轴正交的轴设为第3轴，

则所述反射构件的所述反射面是与包含所述第1轴和所述第3轴的面平行的面相对于所述第1轴和所述第2轴分别以给定角度旋转的面。

5.根据权利要求2所述的照明装置，其中，

所述正交的两个轴包含第1轴以及第2轴，

若将相对于所述第1轴以及所述第2轴正交的轴设为第3轴，

则所述反射构件的所述反射面是与包含所述第1轴和所述第3轴的面平行的面相对于所述第1轴和所述第2轴分别以给定角度旋转的面，

所述照明光出射的所述反射构件的出射面相对于包含所述第1轴和所述第2轴的面并行，

所述照明光入射的所述反射构件的入射面是与包含所述第1轴和所述第3轴的面平行的面相对于所述第1轴以给定角度旋转的面。

6.一种投影型影像显示装置，具备：

权利要求1～5中的任一项所述的照明装置；以及

所述显示元件，

所述显示元件是按照影像信号对来自所述照明装置的所述照明光进行调制的光调制元件。

7.根据权利要求6所述的投影型影像显示装置，其中，

所述光调制元件是由构成各像素的反射镜使所述照明光反射的数字微镜。

8.根据权利要求6所述的投影型影像显示装置，其中，

所述投影型影像显示装置还具备：第2棱镜，配置在所述反射构件与所述显示元件之间，

所述光调制元件包含分别与给定的多个波长对应的多个光调制元件部，

所述第2棱镜将来自所述反射构件的所述照明光分离为所述给定的多个波长的照明光并出射到分别对应的所述多个光调制元件部的各个光调制元件部。

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