CN114200758B - 光源装置、投影装置以及光源控制方法 - Google Patents

光源装置、投影装置以及光源控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光源装置、投影装置、微透镜阵列以及光源控制方法，其能够使光学系统小型化。光源装置(60)具备：光源；聚光光学系统(140)，其通过多个透镜对从光源出射的光线束进行聚光；微透镜阵列(90)，其以与由聚光光学系统(140)聚光后且从聚光光学系统(140)入射的光线束的聚光直径对应的大小形成；以及显示元件(51)，其被照射透过微透镜阵列(90)后重合的光。

Description

光源装置、投影装置以及光源控制方法
技术领域
本发明涉及光源装置、投影装置、微透镜阵列以及光源控制方法。
背景技术
以往，使用使从光源出射的光聚光于被称为DMD(数字微反射镜装置)的微镜显示元件或液晶面板等显示元件，并在屏幕上显示彩色图像的投影装置。例如，在日本特开2000-98488号公报中公开了如下的投影装置(照明光学装置)，其具备：光源灯；第一透镜阵列，其由多个聚光透镜构成，并将来自光源的出射光进行聚光而形成多个像；第二透镜阵列，其由放置在该第一透镜阵列所形成的多个像的附近的多个聚光透镜构成；以及聚光透镜系统，其使透过了第一透镜阵列和第二透镜阵列的多个像在同一位置重合而聚光。
在专利文献1的投影装置中，存在透镜阵列巨大化，结果投影装置中的光学系统的占有区域大型化的情况。
专利文献1：日本特开2000-98488号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够使光学系统小型化的光源装置、投影装置、微透镜阵列以及光源控制方法。
本发明提供一种光源装置，具备：光源；聚光光学系统，其通过多个透镜对从所述光源出射的光线束进行聚光；微透镜阵列，其形成为与由所述聚光光学系统聚光后且从所述聚光光学系统入射的光线束的聚光直径对应的大小；以及显示元件，其被照射透过所述微透镜阵列后重合的光。
本发明提供一种投影装置，具备：光源；聚光光学系统，其通过多个透镜对从所述光源出射的光线束进行聚光；微透镜阵列，其形成为与由所述聚光光学系统聚光后且从所述聚光光学系统入射的光线束的聚光直径对应的大小；显示元件，其被照射透过所述微透镜阵列后重合的光而形成图像光；投影光学系统，其投影所述图像光；以及控制部，其控制所述光源和所述显示元件。
本发明提供一种微透镜阵列，其形成为与从光源出射并由聚光光学系统的多个透镜聚光后且从所述聚光光学系统入射的光线束的聚光直径对应的大小，对显示元件重合地照射透过的光。
本发明提供一种光源装置的光源控制方法，该光源装置具有：光源；聚光光学系统，其包含多个透镜；微透镜阵列，其形成为与由所述聚光光学系统聚光后且从所述聚光光学系统入射的光线束的聚光直径对应的大小；显示元件；以及控制部，其控制所述光源和所述显示元件，其中，控制部通过所述聚光光学系统的多个透镜，使从所述光源出射的光线束聚光，并使透过所述微透镜阵列而重合的光线束照射到所述显示元件。
根据本发明，能够提供能够使光学系统小型化的光源装置、投影装置、微透镜阵列以及光源控制方法。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的投影装置的功能块的图。
图2是表示本发明的实施方式涉及的投影装置的内部结构的平面示意图。
图3是本发明的实施方式涉及的荧光轮的平面示意图。
图4是表示入射到本发明的实施方式涉及的微透镜阵列的光的光路的图。
图5是表示本发明的实施方式涉及的微透镜阵列的前后的光的光路的图。
图6是表示从本发明的实施方式涉及的微透镜阵列出射的光的光路的图。
图7是表示本发明的实施方式的变形例涉及的投影装置的内部结构的一部分的平面示意图，(a)表示变形例1，(b)表示变形例2，(c)表示变形例3。
图8是表示将本发明的实施方式涉及的微透镜阵列应用于LCD方式的投影装置的例子的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示投影装置10的投影装置控制部的功能电路块的图。投影装置控制部由包含图像变换部23和控制部38的CPU、包含输入输出接口22的前端单元、包含显示编码器24和显示驱动部26的格式器单元构成。从输入输出连接器部21输入的各种规格的图像信号经由输入输出接口22、系统总线(SB)被图像变换部23变换为统一为适于显示的预定格式的图像信号后，输出到显示编码器24。
显示编码器24在将所输入的图像信号展开存储于视频RAM25之后，根据该视频RAM25的存储内容生成视频信号并输出至显示驱动部26。
显示驱动部26与从显示编码器24输出的图像信号对应地以适当的帧率驱动作为空间光调制元件(SOM)的显示元件51。显示元件51是通过多个微镜使入射的光反射而形成图像光的反射镜装置。
并且，投影装置10将从光源装置60出射的光线束经由聚光光学系统140照射至显示元件51，由此利用显示元件51的反射光形成光像，经由投影光学系统220(参照图2)将图像投影显示于未图示的屏幕等被投影体。此外，该投影光学系统220的可动透镜组235能够通过透镜马达45进行用于变焦调整、聚焦调整的驱动。
图像压缩/解压部31进行如下记录处理：通过ADCT和哈夫曼编码等处理对图像信号的亮度信号和色差信号进行数据压缩，并依次写入到作为装卸自如的记录介质的存储卡32中。
并且，图像压缩/解压部31在再生模式时读出记录在存储卡32中的图像数据，以1帧为单位对构成一系列动态图像的各个图像数据进行解压缩。图像压缩/解压部31将该图像数据经由图像变换部23输出到显示编码器24，进行能够根据存储卡32中存储的图像数据显示动态图像等的处理。
控制部38负责投影装置10内的各电路的动作控制，由CPU、固定地存储各种设置等动作程序的ROM以及作为工作存储器使用的RAM等构成。
由设置于壳体的上表面面板的主键以及指示器等构成的键/指示器部37的操作信号直接被输出至控制部38。来自遥控器的键操作信号由Ir接收部35接收，通过Ir处理部36解调后的代码信号被输出到控制部38。
控制部38经由系统总线(SB)与声音处理部47连接。该声音处理部47具备PCM音源等音源电路，在投影模式及再生模式时将声音数据模拟化，驱动扬声器48进行扩音报音。
另外，控制部38控制作为光源控制部的光源控制电路41。光源控制电路41能够控制包含后述的激励光照射装置70、红色光源装置120以及荧光轮装置100等的光源装置60的动作，以便从光源装置60出射在图像生成时所需要的预定波段的光。
接着，对该投影装置10的内部结构进行说明。图2是表示投影装置10的内部结构的平面示意图。在此，投影装置10的壳体形成为大致箱状，具备正面面板12、背面面板13、右侧面板14以及左侧面板15。此外，在以下的说明中，投影装置10中的左右表示相对于投影方向的左右方向，前后表示相对于投影装置10的屏幕侧方向以及光线束的行进方向的前后方向。
投影装置10在左侧面板15的附近具备控制电路基板241。该控制电路基板241具备电源电路模块、光源控制模块等。另外，投影装置10在壳体的大致中央部分具备光源装置60。在光源装置60与左侧面板15之间配置有导光光学系统180、投影光学系统220。
光源装置60具有：作为激励光源的激励光照射装置70，其是蓝色波段光Lb的光源；红色光源装置120，其是红色波段光Lr的光源；以及绿色光源装置80，其是绿色波段光Lg的光源。绿色光源装置80由激励光照射装置70和荧光轮装置100构成。另外，在光源装置60中配置有对蓝色波段光Lb、绿色波段光Lg、红色波段光Lr进行导光的聚光光学系统140。聚光光学系统140作为多个透镜包括第一聚光透镜组111和第二聚光透镜组125、以及蓝光路侧聚光透镜146、第一聚光透镜147、第二聚光透镜148和第三聚光透镜149。聚光光学系统140将从各色的光源装置(激励光照射装置70、绿色光源装置80以及红色光源装置120)出射的光聚光于微透镜阵列90的入射口。
激励光照射装置70配置在投影装置10壳体的左右方向上的大致中央部分且靠近背面面板13。激励光照射装置70具有由蓝色激光二极管71构成的光源组、反射镜组75、激励光路侧聚光透镜77以及扩散板78等。光源组由以光轴与背面面板13平行的方式配置的作为半导体发光元件的多个蓝色激光二极管71构成。反射镜组75将来自各蓝色激光二极管71的出射光的光轴向正面面板12方向转换约90度。从蓝色激光二极管71出射的蓝色波段光被激励光路侧聚光透镜77聚光，被扩散板78扩散后向第一聚光透镜组111侧引导。
构成光源组的蓝色激光二极管71排列成2行4列的矩阵状。在各蓝色激光二极管71的光轴上配置有为了提高来自蓝色激光二极管71的出射光的指向性而分别转换为平行光的准直透镜73。反射镜组75是将多个反射镜排列成阶梯状并与未图示的镜基板一体化来进行位置调整而形成的，将从蓝色激光二极管71出射的光线束的有效直径向一个方向缩小而出射。
红色光源装置120具有：红色发光二极管121，其配置为光轴与蓝色激光二极管71平行；以及第二聚光透镜组125，其对来自红色发光二极管121的出射光进行聚光。该红色发光二极管121是作为出射红色波段光Lr的半导体发光元件的红色发光二极管。而且，红色光源装置120配置为，从红色光源装置120出射的红色波段光的光轴与从激励光照射装置70出射的蓝色波段光Lb的光轴以及从荧光轮101出射的绿色波段光Lg的光轴交叉。第二聚光透镜组125具有将红色波段光Lr的出射面侧设为凸面的2个平凸透镜。并且，红色光源装置120具备散热器及冷却风扇(未图示)，能够冷却红色发光二极管121。另外，也可以代替红色发光二极管121而配置红色激光二极管。
构成绿色光源装置80的荧光轮装置100配置在从激励光照射装置70出射的激励光的光路上且配置在正面面板12的附近。荧光轮装置100具有：荧光轮101，其被配置成与正面面板12平行(换言之，与来自激励光照射装置70的出射光的光轴正交)；马达110，其对该荧光轮101进行旋转驱动；未图示的驱动控制装置，其对该马达110进行驱动控制；以及第一聚光透镜组111，其将从激励光照射装置70出射的激励光的光线束聚光于荧光轮101，并且对从荧光轮101向背面面板13方向出射的绿色波段光Lg的光线束进行聚光。第一聚光透镜组111具有将蓝色波段光Lb的入射面侧(即，绿色波段光Lg的出射面侧)设为凸面的2个平凸透镜。另外，驱动控制装置由上述的光源控制电路41控制。
图3所示的荧光轮101形成为圆板状，能够通过经由轴承112连接的马达110的驱动而旋转。荧光轮101在周向上并列设置有荧光发光区域310和透过区域320作为多个光源段。荧光轮101的基材可以由铜或铝等金属基材形成。该基材的激励光照射装置70侧的表面通过银蒸镀等进行镜面加工。在荧光发光区域310形成有在该镜面加工后的表面形成的绿色荧光体层。荧光发光区域310从激励光照射装置70接收蓝色波段光Lb作为激励光，向全方位出射绿色波段的荧光(绿色波段光Lg)。该绿色波段光Lg从荧光轮装置100入射到第一分色镜141侧的第一聚光透镜组111。
另外，荧光轮101的透过区域320能够在形成于荧光轮101的基材的剪切部嵌入具有透光性的透明基材而形成。透明基材由玻璃、树脂等透明的材料形成。另外，在透明基材上，也可以在被照射蓝色波段光Lb的一侧或其相反侧的表面设置扩散层。例如，可以在其透明基材的表面通过喷砂等形成微细凹凸而设置扩散层。入射到透过区域320的来自激励光照射装置70的蓝色波段光Lb在激励光路侧聚光透镜77和第一聚光透镜组111中缩小光线束的聚光直径，透过或扩散透过透过区域320，向第一反射镜142侧出射。另外，蓝色波段光Lb在透过区域320(或透过区域320附近的前后位置)被聚光，光像以光轴为中心反转。荧光轮101的透过区域320成为入射到后述的微透镜阵列90的光的光学基准面A(光学基准点)(还参照图2以及图4)。
在荧光轮101中的蓝色波段光Lb的照射区域为荧光发光区域310时，被蓝色波段光Lb激励的绿色波段光Lg向第一聚光透镜组111侧出射。另一方面，在荧光轮101中的蓝色波段光Lb的照射区域为透过区域320时，从蓝色激光二极管71出射的蓝色波段光Lb透过荧光轮101，被引导至第一反射镜142。
聚光光学系统140包含使红色、绿色、蓝色波段的光线束聚光的多个聚光透镜、对各色波段的光线束的光轴进行变换而使其成为同一光轴的反射镜、分色镜等。具体而言，在聚光光学系统140中，在从激励光照射装置70出射的蓝色波段光Lb和从荧光轮101出射的绿色波段光Lg与从红色光源装置120出射的红色波段光Lr交叉的位置配置有第一分色镜141。第一分色镜141使蓝色波段光Lb和红色波段光Lr透过，反射绿色波段光Lg。因此，从荧光轮101出射的绿色波段光Lg的光轴向左侧面板15方向变换90度。
另外，在透过或扩散透过荧光轮101的蓝色波段光Lb的光轴上，配置有反射蓝色波段光Lb而将光轴向左侧面板15方向变换90度的第一反射镜142。在第一反射镜142的左侧面板15侧配置有双凸的蓝光路侧聚光透镜146。并且，在该蓝光路侧聚光透镜146的左侧面板15侧配置有第二反射镜143。在第二反射镜143的背面面板13侧配置有以入射侧为凸面的单凸的第一聚光透镜147。第二反射镜143将由蓝光路侧聚光透镜146聚光后的蓝色波段光Lb向背面面板13侧变换90度后入射到第一聚光透镜147。
另外，在第一分色镜141的左侧面板15侧配置有作为在入射侧具有凸面且在出射侧具有凹面的凸透镜(正的弯月透镜)的第二聚光透镜148。并且，在第二聚光透镜148的左侧面板15侧且第一聚光透镜147的背面面板13侧配置有第二分色镜144。第二分色镜144反射红色波段光Lr和绿色波段光Lg，将光轴向背面面板13侧变换90度，并且使蓝色波段光Lb透过。
透过了第一分色镜141的红色波段光Lr的光轴和以与该红色波段光Lr的光轴一致的方式被第一分色镜141反射的绿色波段光Lg的光轴入射到第二聚光透镜148。然后，透过了第二聚光透镜148的红色波段光Lr和绿色波段光Lg被第二分色镜144反射，入射到第三聚光透镜149。另一方面，由第一聚光透镜147聚光后的蓝色波段光Lb透过第二分色镜144而入射到第三聚光透镜149。
第三聚光透镜149是在入射侧具有凸面且在出射侧具有凹面的凸透镜(正的弯月透镜)。第三聚光透镜149使从第二分色镜144侧入射的红色波段光Lr、绿色波段光Lg以及蓝色波段光Lb聚光并向第三反射镜145侧出射。从第三聚光透镜149出射的光线束通过第三反射镜145将光轴变换到微透镜阵列90侧。另外，本实施方式的第三聚光透镜149在入射面侧设置凸面，使后述的形成成像的像F2的光(聚光光)入射到微透镜阵列90。
在本实施方式中，使红色波段光Lr、绿色波段光Lg以及蓝色波段光Lb在任意的光路中入射到作为正的弯月透镜的第二聚光透镜148、第三聚光透镜149，因此能够以较短的焦距使入射的光聚光，与使用平凸透镜的情况相比，能够减少成像的像F2的像差。
入射到微透镜阵列90的光线束以成为均匀的强度分布的光线束的方式变换光路而向凹透镜181侧(显示元件51侧)出射。微透镜阵列90的前后的光路也在后面叙述。
导光光学系统180具有凹透镜181、凸透镜182、反射镜183以及聚光透镜184。此外，聚光透镜184将从配置于聚光透镜184的背面面板13侧的显示元件51出射的图像光朝向投影光学系统220出射，因此也作为投影光学系统220的一部分。凹透镜181配置在微透镜阵列90与凸透镜182之间(换言之，与显示元件51之间)。另外，凸透镜182配置在凹透镜181与反射镜183之间(换言之，微透镜阵列90与显示元件51之间)。
从微透镜阵列90出射的光入射到双凹的凹透镜181而光线束被扩宽后，入射到凸透镜182侧。凸透镜182对从凹透镜181出射的光进行聚光，并向反射镜183出射。本实施方式的凸透镜182形成为双凸，出射侧的凸面以比入射侧的凸面大的曲率形成。凸透镜182设为双凸，因此焦距短，能够使光线束以比较短的距离照射到显示元件51的有效区域。因此，能够缩短从凸透镜182到显示元件51的光路长度，能够使光源装置60小型化。
从凸透镜182出射的光线束被反射镜183反射，经由聚光透镜184以预定的角度照射到显示元件51。此外，作为DMD的显示元件51在背面面板13侧设置有散热器190，通过该散热器190冷却显示元件51。
在此，使用图4至图6的示意图，对从配置于微透镜阵列90的前后的聚光光学系统140至导光光学系统180的光路进行说明。图4示意性地示出了物体侧的光学基准面A(光学基准点)、聚光光学系统140以及微透镜阵列90。另外，微透镜阵列90表示侧视及俯视。另外，光L1、L2例示了红色波段光Lr、绿色波段光Lg或蓝色波段光Lb所包含的一部分光的光路。图4的聚光光学系统140示出了配置在红色波段光Lr的光路上的第二聚光透镜组125(在图4中简化为一个透镜)、第二聚光透镜148以及第三聚光透镜149。在红色波段光Lr的光路的情况下，上述光学基准面A是红色发光二极管121的发光面(发光点)。
另外，在绿色波段光Lg的光路的情况下，光学基准面A是荧光轮101上的荧光发光区域310的发光面(发光点)，作为聚光光学系统140配置有第一聚光透镜组111、第二聚光透镜148以及第三聚光透镜149(参照图4的括号内的各符号)。另外，在蓝色波段光Lb的光路的情况下，光学基准面A是从多个蓝色激光二极管71出射的蓝色波段光聚光(或大致聚光)的荧光轮101上的透过区域320的出射面或聚光面(出射点)，作为聚光光学系统140配置有蓝光路侧聚光透镜146、第一聚光透镜147以及第三聚光透镜149(参照图4的括号内的各符号)。在图4的说明中，对与红色波段光Lr的光路对应的聚光光学系统140进行说明。
从光学基准面A出射的光被第二聚光透镜组125、第二聚光透镜148以及第三聚光透镜149聚光，使光线束缩小的同时入射到微透镜阵列90。图2所示的导光光学系统180被配置成位于比由聚光光学系统140聚光的光的成像面B(成像点)靠近显示元件51侧。在本实施方式的微透镜阵列90的入射面901上配置有相对于光学基准面A的像F2进行成像的成像面B(还参照从光学基准面A的光轴P的中心侧出射的光L1、以及从光学基准面A的光轴P的外侧出射的光L2)。因此，以与光学基准面A上的光的分布相似的形状成像的光入射到微透镜阵列90。在图4的例子中，比光学基准面A的光F1放大地形成由入射到微透镜阵列90的红色波段光Lr形成的像F2。
关于像F2的形状，在红色波段光的情况下，红色发光二极管121从大致矩形状的发光面出射光，因此像F2也如图4的微透镜阵列90的俯视图所示那样成像为大致矩形状。另一方面，虽未图示，但在蓝色波段光的情况下，光学基准面A中的光线束的横截面形状形成为大致圆形(或大致椭圆形)，因此成像面B中的像F2也成为大致圆形(或大致椭圆形)。并且，在绿色波段光的情况下，作为光学基准面A的荧光发光区域310从大致圆形(或大致椭圆形)的发光面出射光，因此成像面B上的像F2也成为大致圆形(或大致椭圆形)。
另外，成像面B除了微透镜阵列90的入射面901(图5所示的微透镜91的入射面)以外，也可以配置在出射面902、入射面901与出射面902之间的位置，也可以位于微透镜阵列90的前后的附近，能够构成为相对于光学基准面A成像的光入射到微透镜阵列90。
图5表示光L1入射到位于聚光光学系统140的光轴P上的微透镜91的入射面901的情况下的光路。构成微透镜阵列90的多个微透镜91是在入射面901以及出射面902侧分别具有凸弯曲面的双凸透镜。图5所示的光L1入射的中央侧的微透镜91A的光轴P1与聚光光学系统140的光轴P一致。微透镜阵列90能够通过微透镜91使相对于光学基准面A的像F2在每个部分区域F21(还参照图4的微透镜阵列90的平面图)扩散而向显示元件51照射并重合。另外，本实施方式的微透镜阵列90以与从聚光光学系统140入射的光线束的聚光直径对应的大小形成。因此，微透镜阵列90能够以从光学基准面A的光轴P的外侧出射的光L2能够入射到入射面901的程度的最小限度的大小构成。
光L1表示在沿着聚光光学系统140的光轴P的光路行进的光轴光L11和边缘光L12、L13。光轴光L11及边缘光L12、L13分别表示为向中央侧的微透镜91A的凸弯曲的入射面901入射的平行光。光轴光L11及边缘光L12、L13分别包括相对于中央侧的微透镜91A的入射面901的光轴光L111、L121、L131和边缘光L112、L122、L132、L113、L123、L133。
从聚光光学系统140侧入射的光轴光L11以及边缘光L12、L13在入射面901聚光而入射到中央侧的微透镜91A。各光L11～L13若从中央侧的微透镜91A的出射面902出射，则作为光L14～L16以重叠的方式扩散。
作为光轴光L11以及边缘光L12、L13所包含的成分的各光轴光L111、L121、L131分别作为光轴光L111a以及边缘光L121a、L131a而作为大致平行的光轴光L14出射。另外，各边缘光L112、L122、L132分别作为光轴光L112a以及边缘光L122a、L132a而作为大致平行的边缘光L15出射。并且，各边缘光L113、L123、L133分别作为光轴光L113a以及边缘光L123a、L133a而作为大致平行的边缘光L16出射。
关于图4所示的光L2的光路，虽然在图5中未图示，但与光L1同样地入射至微透镜91并从出射面902出射，从入射面901侧入射的光轴光及边缘光以重叠的方式扩散。而且，来自各微透镜91的出射光也以相互重叠的方式出射。
图6示意性地示出了微透镜阵列90、导光光学系统180所包含的凹透镜181以及凸透镜182。如在图5中说明了光路那样，从中央侧的微透镜91A出射的光L1(光轴光L14以及边缘光L15、L16)入射到凹透镜181。微透镜阵列90以及凹透镜181被接触配置。例如，微透镜阵列90的出射面902能够与凹透镜181的入射面、外周缘抵接。或者，能够使微透镜阵列90的外周缘903与凹透镜181的入射面抵接。另外，凹透镜181的有效口径R2形成得比微透镜阵列90的有效口径R1大。凹透镜181使入射的光L1扩散(使光线束扩宽)并向凸透镜182侧出射。关于图4所示的光L2，从下端侧的微透镜91B出射的光L2(光轴光L24以及边缘光L25、L26)入射到凹透镜181。凹透镜181使入射的光L2扩散(使光线束扩宽)并向凸透镜182侧出射。
凸透镜182将入射的光L1以光线束缩窄的方式聚光(以与光轴P的倾斜角度变小的方式聚光)，并向图2的显示元件51侧出射。另外，凸透镜182将入射的光L2聚光，与光L1同样地向显示元件51侧出射。因此，入射到显示元件51的光L1、L2以接近大致平行的状态照射到显示元件51。
在本实施方式中，在微透镜阵列90与凸透镜182之间配置有使光扩散的凹透镜181。因此，例如，从下端侧的微透镜91B出射的光L2能够模仿从位于比下端侧的微透镜91B更远离光轴P的位置的虚拟的微透镜91C出射的光。即，通过在微透镜阵列90的正后方配置凹透镜181，在凹透镜181的正后方配置凸透镜182，即使将微透镜阵列90构成为小型，也能够使来自虚拟大型的微透镜阵列的光入射到凸透镜182，将与向微透镜阵列90入射前相比均匀化的光引导至显示元件51侧。
另外，与凹透镜181隔开预定间隔地配置凸透镜182。由此，能够使从凹透镜181出射的光的光线束一定程度扩宽后，通过凸透镜182聚光，因此能够使照射到显示元件51的光以接近平行光的状态入射。另外，能够将从凹透镜181出射的边缘光(例如边缘光L25)取入到凸透镜182来提高光的利用效率。并且，通过使接近平行光的光入射到显示元件51，即使在显示元件51附近也能够降低因杂散光产生等引起的光的利用效率的下降。
返回到图2，作为照射到显示元件51的图像形成面的光源光的光线束被显示元件51的图像形成面反射，作为投影光经由投影光学系统220投影到屏幕。这里，投影光学系统220由聚光透镜184、可动透镜组235以及固定透镜组225构成。可动透镜组235形成为能够通过透镜马达45移动。并且，可动透镜组235和固定透镜组225内置于固定镜筒内。因此，具备可动透镜组235的固定镜筒为可变焦点型透镜，形成为能够进行变焦调节、聚焦调节。
通过这样构成投影装置10，当使荧光轮101旋转并且从激励光照射装置70和红色光源装置120在不同的定时出射光时，红色波段光、绿色波段光和蓝色波段光经由聚光光学系统140和导光光学系统180入射到显示元件51，因此作为投影装置10的显示元件51的DMD根据数据对各色的光进行分时显示，由此能够将彩色图像投影到屏幕上。
接着，参照图7的(a)至图7的(c)对变形例1至变形例3进行说明。对上述的光源装置60具有配置在微透镜阵列90的正后方的凹透镜181和配置在凹透镜181的正后方的凸透镜182的结构进行了说明，但微透镜阵列90、凹透镜181以及凸透镜182的配置也能够如以下例示那样适当变更。
图7的(a)所示的变形例1的光源装置60将微透镜阵列90和凹透镜181以隔开间隔而不接触的状态配置。例如，能够将凹透镜181的位置配置为相对远离微透镜阵列90而相对接近凸透镜182。在该情况下，能够减小入射到凸透镜182的光线束(在图6中，从由下端侧的微透镜91B出射的外侧的边缘光L25到由上端侧的微透镜91D出射的外侧的边缘光(未图示)为止的宽度的光)的外径(光束直径)。能够根据从凸透镜182到显示元件51的距离、显示元件51的配置有微镜的有效区域的大小等来设定入射到凸透镜182的光线束的外径。例如，与图2所示的投影装置10的结构相比，变形例1的结构能够向显示元件51照射光线束的外径小，大致平行且均匀化的光，因此也能够应用于显示元件51的有效区域小的情况等。
图7的(b)所示的变形例2的光源装置60将微透镜阵列90和凹透镜181配置在第三聚光透镜149与第三反射镜145之间。因此，由第三聚光透镜149聚光后的光入射到微透镜阵列90和凹透镜181，之后被第三反射镜145反射而入射到凸透镜182。另外，在图7的(b)中示出了微透镜阵列90与凹透镜181相互接触的情况，但与变形例1同样地，微透镜阵列90与凹透镜181也可以隔开间隔而以不接触的状态配置。
在变形例2中，能够延长从凹透镜181到凸透镜182的距离，因此能够使入射到凸透镜182的光线束的外径变大。例如，变形例2的结构与图2所示的投影装置10的结构相比，能够向显示元件51照射光线束的外径大，大致平行且均匀化的光，因此也能够应用于显示元件51的有效区域大的情况等。
图7的(c)所示的变形例3的光源装置60将微透镜阵列90配置在第三聚光透镜149与第三反射镜145之间。因此，由第三聚光透镜149聚光的光入射到微透镜阵列90，之后被第三反射镜145反射，入射到凹透镜181到凸透镜182。
在变形例3中，能够延长从微透镜阵列90到凹透镜181的距离，因此即使在微透镜阵列90中的有效口径R1(参照图6)小的情况下，也能够使出射光的光线束的外径变大而使其入射到凹透镜181。其结果，被凹透镜181扩散的光线束的外径也变大，因此凸透镜182能够将光线束的外径大，大致平行且均匀化的光照射到显示元件51。例如，变形例3的结构也能够应用于显示元件51的有效区域大的情况等。此外，微透镜阵列90的各微透镜91的焦距能够设定为从微透镜阵列90出射的光的边缘光(例如图6的边缘光L25)入射到凹透镜181的有效口径R2(参照图6)。
以上，使用图1至图7说明了本实施方式的结构，但也能够应用以下说明的其他结构。例如，导光光学系统180根据光线束的大小、光路长度等结构，也可以设为在微透镜阵列90与显示元件51之间省略了凹透镜181或凸透镜182的结构。例如，在微透镜阵列90与显示元件51之间的距离比较短的情况下，能够使从凹透镜181出射的光直接(或者仅经由聚光透镜184、反射镜183)照射。此外，光源装置60也可以构成为不将凹透镜181设置在微透镜阵列90与凸透镜182之间而设置在凸透镜182与显示元件51之间，或者构成为不将凸透镜182设置在凹透镜181与反射镜183之间而设置在反射镜183与聚光透镜184之间。
另外，微透镜91不限于双凸，也可以使入射面901侧或出射面902侧平坦而成为单凸的透镜。
另外，在本实施方式中，示出了在DLP(Digital Light Processing：数字光学处理)方式的投影装置10中使光入射到微透镜阵列90并使其均匀化的例子，但本实施方式所示的结构如图8所示，也能够应用于所谓LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)方式的投影装置10A。另外，关于微透镜阵列90，能够与图2等所示的投影装置10同样地构成。
例如，光源装置60A具备灯光源60A1，该灯光源60A1具有使包含红色波段光Lr、绿色波段光Lg以及蓝色波段光Lb的可见光区域的光(例如白色光)透过的冷光镜。灯光源60A1向配置于正面的聚光光学系统140A出射光。聚光光学系统140A具有对紫外以及红外波段的光进行遮光的可见光滤光器500、第一聚光透镜141A以及第二聚光透镜142A，将从灯光源60A1聚光的可见光区域的光引导至微透镜阵列90。此外，聚光光学系统140A也可以具备反射镜，在光路中转换光轴的方向。配置于聚光光学系统140A的聚光透镜(包括凸透镜以及凹透镜)的形状、个数能够根据投影装置10A内的光路长度、导光路径而变更。
另外，在作为微透镜阵列90的出射侧的微透镜阵列90与显示元件(蓝色用液晶滤光器51A、绿色用液晶滤光器51B以及红色用液晶滤光器51C)之间，配置有凹透镜181A以及凸透镜182A。与图2等所示的投影装置10同样地，凹透镜181A配置在微透镜阵列90的正后方。另外，凸透镜182A配置在凹透镜181A的正后方。从微透镜阵列90出射的光通过凹透镜181A以及凸透镜182A调整聚光直径后被引导至蓝色分光分色镜501。
另外，微透镜阵列90形成为与由聚光光学系统140A聚光的光线束且从聚光光学系统140A入射的光线束的聚光直径对应的大小。微透镜阵列90使照射的光在每个部分区域扩散，并引导至设置于微透镜阵列90与显示元件(蓝色用液晶滤光器51A、绿色用液晶滤光器51B以及红色用液晶滤光器51C)之间的分光部(包括蓝色分光分色镜501以及绿色分光分色镜502)。从微透镜阵列90出射的光通过分光部按每种颜色进行分光后，以在与对应于每种颜色的多个液晶滤光器的图像形成面重叠的方式被照射。
具体而言，蓝色分光分色镜501反射从微透镜阵列90出射的光中的蓝色波段光Lb，使绿色波段光Lg和红色波段光Lr透过。由蓝色分光分色镜501导光的蓝色波段光Lb在被第一全反射镜503反射并被第一聚光透镜601聚光后，入射到蓝色用液晶滤光器51A。蓝色用液晶滤光器51A形成与图像数据中的蓝色对应的图像光，并使其入射到分色棱镜606。
透过了蓝色分光分色镜501的绿色波段光Lg和红色波段光Lr被引导至绿色分光分色镜502。绿色分光分色镜502反射绿色波段光Lg，使红色波段光Lr透过。由绿色分光分色镜502引导的绿色波段光Lg被第二聚光透镜602聚光后，入射到绿色用液晶滤光器51B。绿色用液晶滤光器51B形成与图像数据中的绿色对应的图像光，并使其入射到分色棱镜606。
透过了绿色分光分色镜502的红色波段光Lr被第二全反射镜504以及第三全反射镜505反射而入射到第三聚光透镜605。另外，红色波段光Lr通过配置在绿色分光分色镜502与第二全反射镜504之间的作为凸透镜的第一中继透镜603、以及配置在第二全反射镜504与第三全反射镜505之间的作为凸透镜的第二中继透镜604聚光的同时被导光。从第三全反射镜505导光的红色波段光Lr通过第三聚光透镜605被聚光后，入射到红色用液晶滤光器51C。红色用液晶滤光器51C形成与图像数据中的红色对应的图像光，并使其入射到分色棱镜606。
分色棱镜606反射蓝色波段光Lb和红色波段光Lr，使绿色波段光Lg透射，将各光合成在同一光路上，作为图像光入射到投影侧透镜607。图像光经由投影侧透镜607投影到未图示的屏幕等上。
这样，光源装置60A能够构成为，在作为配置于3处的显示元件的液晶滤光器(液晶面板)的灯光源60A1侧配置微透镜阵列90，使通过微透镜阵列90而均匀化的蓝色、绿色以及红色的各光入射到液晶滤光器。此外，与图8所示的结构无关，也可以在微透镜阵列90与液晶滤光器之间根据需要进一步配置凹透镜以及凸透镜等光学元件。
在本实施方式中，对光源装置60、60A以及投影装置10进行了说明，该光源装置具备：聚光光学系统140，其通过多个透镜对从光源出射的光线束进行聚光；微透镜阵列90，其以与由聚光光学系统140聚光后的光线束且从聚光光学系统140入射的光线束的聚光直径对应的大小形成；以及显示元件51，其被照射透过了微透镜阵列90而重合的光。由此，微透镜阵列90能够根据入射的光线束的聚光直径而变小，能够使包含微透镜阵列90的光学系统小型化。因此，光源装置60、60A以及投影装置10的整体也能够小型地构成。即，在日本特开2000-98488号公报那样的投影装置中，透镜阵列巨大化，结果存在投影装置中的光学系统的占有区域大型化的情况，但根据本发明，由于能够使光学系统小型化，所以投影装置10的整体也能够小型化。
另外，对仅配置有一个微透镜阵列90的光源装置60进行了说明。在以往的结构中，需要考虑焦距而扩大预定间隔地配置两个微透镜阵列90，但通过使用本发明的实施方式的结构，能够使微透镜阵列90成为一个，能够使投影装置10中的光学系统变小。
另外，在微透镜阵列90与显示元件51之间配置有凹透镜181的光源装置60，即使从微透镜阵列90出射的光的光线束的外径较小，也能够与显示元件51的有效照射直径相匹配地扩大光线束的外径而向显示元件51照射。因此，能够使微透镜阵列90小型化。
另外，在微透镜阵列90与显示元件51之间配置有凸透镜182的光源装置60能够使向显示元件51照射的光以接近平行光的方式聚光，减少显示元件51中的杂散光等，提高光的利用效率。
另外，在微透镜阵列90与显示元件51之间具有配置于微透镜阵列90之后的凹透镜181和配置于凹透镜181之后的凸透镜182的光源装置60即使从微透镜阵列90出射的光的光线束的外径较小，也能够与显示元件51的有效照射直径相匹配地适当扩宽，使向显示元件51照射的光接近平行光。因此，能够提高显示元件51中的光的利用效率，并且能够小型地构成微透镜阵列90。
另外，将凸透镜182配置于能够供从凹透镜181出射的光线束中的边缘光入射的位置的光源装置60能够提高来自光源的光的利用效率。
另外，微透镜阵列90以及凹透镜181接触地配置，凹透镜181的有效口径R2比微透镜阵列90的有效口径R1大的结构的光源装置60能够使微透镜阵列90之后的光学系统的区域小型化，并且能够将从微透镜阵列90出射的光中的边缘光可靠地取入到凹透镜181。因此，能够提高照射到显示元件51的光的利用效率。
另外，微透镜阵列90配置于从聚光光学系统140出射的光线束成像的位置。因此，能够使光线束在聚光直径变小的位置入射到微透镜阵列90，因此能够使微透镜阵列90的有效口径R1变小，能够使微透镜阵列90小型化。因此，能够廉价地构成微透镜阵列90，也能够将光源装置60整体的光学系统构成得较小。
另外，入射到微透镜阵列90的光线束一边使聚光直径缩小一边入射的光源装置60能够使微透镜阵列90的有效口径R1比聚光光学系统140中的后级侧的透镜(在本实施方式中为第三聚光透镜149)的有效口径小，从而使微透镜阵列90的整体小型化。
另外，微透镜阵列90的各微透镜91为双凸透镜的光源装置60能够缩短微透镜91中的焦距，能够使按照每个部分区域F21重合而均匀化的光通过一个部件出射，因此微透镜阵列90周边的结构也能够小型化。
另外，聚光光学系统140构成为具备：第一聚光透镜147或第二聚光透镜148，第一聚光透镜147将入射侧设为凸面，将出射侧设为平面，第二聚光透镜148将入射侧设为凸面，将出射侧设为凹面；以及第三聚光透镜149，其将从第一聚光透镜147或第二聚光透镜148出射的光线束入射的入射侧设为凸面，将出射侧设为凹面，从第三聚光透镜149出射的光入射到微透镜阵列90。从各光源出射的光(红色波段光Lr、绿色波段光Lg以及蓝色波段光Lb)的光线束通过多个透镜被聚光，因此能够减小入射到微透镜阵列90的光线束的聚光直径。
另外，微透镜阵列90使从聚光光学系统140、140A入射的光线束按每个部分区域重合的光源装置60、60A即使在入射到微透镜阵列的光的光强度的强度分布偏离的情况下，也能够使出射的光均匀化。
另外，说明了在微透镜阵列90与显示元件(51A、51B、51C)之间设置有将从微透镜阵列90出射的光按每种颜色进行分光的分光部，显示元件(51A、51B、51C)包括与由分光部分光而照射的光的每种颜色对应的多个液晶滤光器(51A、51B、51C)的结构。由此，本实施方式所示的微透镜阵列90应用于LCD方式的光源装置60A、投影装置，能够使光学系统、装置整体小型化。
另外，还对显示元件51是通过多个微镜使入射的光反射而形成图像光的反射镜装置的结构进行了说明。由此，能够将通过同一光路导光的波长不同的色光(红色波段光Lr、绿色波段光Lg以及蓝色波段光Lb)引导至显示元件51，能够使显示元件51附近的结构小型化。
另外，在本实施方式的光源装置60中，对如下光源控制方法进行了说明：控制部38通过聚光光学系统140的多个透镜(第一聚光透镜组111和第二聚光透镜组125、以及蓝光路侧聚光透镜146、第一聚光透镜147、第二聚光透镜148和第三聚光透镜149)使从光源出射的光线束聚光，将透过微透镜阵列90后重合的光线束照射到显示元件51。由此，微透镜阵列90能够根据入射的光线束的聚光直径而变小，能够使包含微透镜阵列90的光学系统小型化。因此，也能够小型地构成光源装置60以及投影装置10的整体。
以上说明的实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在请求专利保护的范围所记载的发明及其均等的范围内。

Claims (16)

1.一种光源装置，其特征在于，具备：
光源；
聚光光学系统，其通过多个透镜对从所述光源出射的光线束进行聚光；
微透镜阵列，其形成为与由所述聚光光学系统聚光后且从所述聚光光学系统入射的光线束的聚光直径对应的大小；
凹透镜，其被配置成供从所述微透镜阵列出射的所述光线束不透过其他透镜而入射；以及
显示元件，其被照射透过所述微透镜阵列后重合的所述光线束。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
该光源装置还具备：
凸透镜，其被配置成供透过所述凹透镜的所述光线束入射。
3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
仅配置有一个所述微透镜阵列。
4.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
将所述凹透镜与所述微透镜阵列接近配置。
5.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
将所述微透镜阵列以及所述凹透镜接触配置。
6.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，
在所述微透镜阵列与所述凸透镜之间，以使光扩散的方式配置有所述凹透镜。
7.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，
所述凸透镜配置于能够供从所述凹透镜出射的光线束中的边缘光入射的位置。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的光源装置，其特征在于，
所述凹透镜的有效口径大于所述微透镜阵列的有效口径。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的光源装置，其特征在于，
所述微透镜阵列配置于从所述聚光光学系统出射的光线束成像的位置。
10.根据权利要求9所述的光源装置，其特征在于，
入射到所述微透镜阵列的光线束使所述聚光直径缩小的同时入射。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的光源装置，其特征在于，
所述微透镜阵列的各微透镜是双凸透镜。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的光源装置，其特征在于，
所述聚光光学系统具备：第一聚光透镜或第二聚光透镜，所述第一聚光透镜将入射侧设为凸面，将出射侧设为平面，所述第二聚光透镜将入射侧设为凸面，将出射侧设为凹面；以及第三聚光透镜，其将从所述第一聚光透镜或所述第二聚光透镜出射的光线束入射的入射侧设为凸面，将出射侧设为凹面，
从所述第三聚光透镜出射的光线束入射到所述微透镜阵列。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的光源装置，其特征在于，
所述微透镜阵列使从所述聚光光学系统入射的光线束在每个部分区域重合。
14.根据权利要求1至5中任一项所述的光源装置，其特征在于，
在所述微透镜阵列与所述显示元件之间，设置有将从所述微透镜阵列出射的光按每种颜色进行分光的分光部，
所述显示元件包括与由所述分光部分光并照射的光的每种所述颜色对应的多个液晶滤光器。
15.一种投影装置，其特征在于，具备：
光源；
聚光光学系统，其通过多个透镜对从所述光源出射的光线束进行聚光；
微透镜阵列，其形成为与由所述聚光光学系统聚光后且从所述聚光光学系统入射的光线束的聚光直径对应的大小；
凹透镜，其被配置成供从所述微透镜阵列出射的所述光线束不透过其他透镜而入射；
显示元件，其被照射透过所述微透镜阵列后重合的所述光线束而形成图像光；
投影光学系统，其投影所述图像光；以及，
控制部，其控制所述光源和所述显示元件。
16.一种光源装置的光源控制方法，该光源装置具有：光源；聚光光学系统，其包含多个透镜；微透镜阵列，其形成为与由所述聚光光学系统聚光后且从所述聚光光学系统入射的光线束的聚光直径对应的大小；凹透镜，其被配置成供从所述微透镜阵列出射的所述光线束不透过其他透镜而入射；显示元件；以及控制部，其控制所述光源和所述显示元件，其特征在于，
控制部通过所述聚光光学系统的多个透镜，使从所述光源出射的光线束聚光，并使透过所述微透镜阵列而重合的光线束照射到所述显示元件。
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