JP2004212529A - Illumination optical system and projection display device using same - Google Patents

Illumination optical system and projection display device using same Download PDF

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JP2004212529A JP2002380427A JP2002380427A JP2004212529A JP 2004212529 A JP2004212529 A JP 2004212529A JP 2002380427 A JP2002380427 A JP 2002380427A JP 2002380427 A JP2002380427 A JP 2002380427A JP 2004212529 A JP2004212529 A JP 2004212529A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an illumination optical system equipped with an outer periphery auxiliary light source part to emit a beam so as to compensate a low-density part on the outer periphery part of the beam from a main light source part equipped with a reflector with the beam and a means to uniformize the light quantity distribution of each beam, made compact and realizing bright and uniform illumination having high illumination efficiency, and to obtain a projection display device using the optical system. <P>SOLUTION: The illumination optical system is equipped with the main light source part 1 equipped with the parabolic mirror reflector 12, periphery and center auxiliary light source parts 8 and 2 to compensate the low-density part on the outer periphery part and the center part of the beam from the light source part 1 with the beam, a first integrator part 4, a second integrator part (not shown) and third integrator part 5 to uniformize the light quantity distribution of the beams from the respective light source parts 1, 8 and 2. The beam from the outer periphery auxiliary light source part 8 consisting of laser beam sources 52a and 52b is introduced to positions nearly rotationally symmetric with respect to the optical axis of the reflector, and a member on its optical path is nearly the same as a member on the optical path of the beam from the center auxiliary light source part 2 and is arranged in parallel with it. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光体およびリフレクタを備えた光源部を用いて被照明体を照明する照明光学系に関するもので、特に、照明光束をライトバルブにより光変調し、この投映光束によりスクリーン上に画像を拡大投映する投写型表示装置に好適な照明光学系、およびこれを用いた投写型表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、投写型表示装置においては明るい場所での投写でも問題なく利用できるよう、明るい投写型表示装置の開発が進められている。明るさの向上に大きく寄与する要素として、ライトバルブと並び、照明光学系の開発が進められている。例えば、特許文献1に記載されるような、複数の光源部を備えた照明光学系により光量増加を図るという構成がある。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−21996号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このように明るい光源部を数多く用いた照明光学系の構成により明るさを向上させるという手法は、従来より数多く提案されている。なかでも、コスト的に有利でかつ明るい光源部としては、リフレクタを備えた光源部が多く用いられている。しかし、同程度に明るい光源部を、多数用いた照明光学系は、これらの光源部およびこれらの光源部からの光束を合成する手段を配する必要があるため、大型化を免れない。
【0005】
照明光学系から出射される総量としての光量をできるだけ増加させることを最優先の目的とする場合はこのような構成も有効であるが、一方では、従来よりあるリフレクタを備えた光源部を改良し、構成の変更も少なく、照明光学系のサイズもコンパクトに、かつ、でき得る限り明るさ向上も図りたいという要望も存在する。従来よりあるリフレクタを備えた光源部、およびそれに対応した照明光学系や投写型表示装置の構成を少ない変更で利用することができれば、コスト的にも有利となる。
【0006】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、光源とリフレクタよりなる光源部から出射される光束の光量分布に着目し、従来からあるこのタイプの光源部に対し大きな設計変更を施すことなく、コンパクトでありながら、照明効率が高く、明るく均一な照明を行ない得る照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る照明光学系は、発光体およびこの発光体から出射された光を被照明体側に反射するリフレクタを備えた主要光源部と、この主要光源部からの光束の光量均一化を図る主要インテグレータ部と、前記主要光源部から出射された光束の外周部の光束低密部に光束を補うように光束を出射する外周補助光源部と、この外周補助光源部からの光束の光量均一化を図る外周補助インテグレータ部とを備えたことを特徴とするものである。
【0008】
ここで、上記「主要インテグレータ部」および上記「外周補助インテグレータ部」の用語は機能的に表現したものであって、実際の形態としては、これらが別体とされている場合に限られず、一体とされている場合も含まれるものとする。また、これら2つのインテグレータ部を共通化する場合も含まれる。
【0009】
本発明に係る照明光学系は、発光体およびこの発光体から出射された光を被照明体側に反射するリフレクタを備えた主要光源部と、この主要光源部からの光束の光量均一化を図る主要インテグレータ部と、前記主要光源部から出射された光束の外周部の光束低密部に光束を補うように光束を出射する外周補助光源部とを備え、この外周補助光源部から出射される光束は出射された状態で光量分布が略均一とされていて、該外周補助光源部からの光束の光量均一化を図る手段は省略されていることを特徴とするものである。
【0010】
また、前記主要光源部から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する中央補助光源部を備えていることが好ましい。
【0011】
また、前記外周補助光源部が複数個の光源を備えてなることが好ましい。また、前記外周補助光源部が、前記外周部の光束低密部の、前記リフレクタの光軸に対し互いに略回転対称となる位置に光束を出射する複数個の光源を備えてなることがより好ましい。
【0012】
また、照明光学系の瞳面と前記主要光源部から出射された光束による照射面とが、前記照明光学系の瞳位置で光軸と直交する断面において部分的に互いに重なるよう構成され、該断面において、前記瞳面と前記照射面とが重ならない部分のうち該瞳面が該照射面より突出する部分に光束を補うように光束を出射する前記外周補助光源部を備えていることが好ましい。この場合、前記リフレクタが、光軸に直交する断面において略長方形状となる光束を出射する角型リフレクタとされていてもよい。
【0013】
本発明に係る投写型表示装置は、上記いずれかの照明光学系を備え、この照明光学系からの光束により、所定の画像情報に基づいて照明光束の光変調を行なう少なくとも1つのライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した光束を、投写光学系を介し投写することを特徴とするものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、本発明の実施例1に係る照明光学系を例として説明する。
【0015】
<実施例1>
図1(a)は本実施例に係る照明光学系の断面図であり、図1(b)はこの照明光学系を被照明体側(矢印A方向)から見た図であり、図1(b)のB断面図が図1(a)となる。なお、図1(a)、および以下の図3(a)、4(a)、6において、各部材はその断面形状を重点的に記載したものであって、遠方の端面の記載を省略しているものがある。この照明光学系は、主要光源部1、外周補助光源部8、中央補助光源部2、ならびにこれらの光源部からの光束の光量分布均一化を図る第1インテグレータ部4、第2インテグレータ部(不図示)、第3インテグレータ部5を備えている。
【0016】
主要光源部1は、光源11の発光点が放物面鏡よりなるリフレクタ12の焦点に配置されてなり、光源11から出射された光を被照明体側に反射するリフレクタ12の開口部からは、略平行な光束が出射される。この光源11は、発光分布が小さく発光効率の高いものが望ましく、現在では、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプなどの発光管等からなることが一般的である。
【0017】
この主要光源部1から出射される光束の、光軸と垂直な断面内における光量分布としては、所定範囲に光強度の弱い部分(以下、光束低密部と称する)が存在する。図2はこの光束低密部を説明するための図である。光源101から放射された白色光は、放物面リフレクタ104により反射されて、放物面リフレクタ104の光軸Xに略平行な光束となって光源部から出射される。図示のとおり、この出射光束の光量分布は一様ではなく、光軸Xの近傍および外周部に光束低密部が存在する。
【0018】
外周部の光束低密部は、発光点108から放射された光を放物面リフレクタ104により反射する場合に原理的に生じるもので、光軸Xに近い部分での反射光量が大きく、周辺に向かうにしたがって反射光量が小さくなっていくことにより生じる。光軸近傍の光束低密部は、実際の光源101が点光源でなく、例えばリフレクタ104の後部に配置された発光管等であるという構造上の理由により生じる。リフレクタ後部に設けられた孔部のために光が反射されない、または発光体そのものの大きさが原因となって光が遮られるためである。発光管を配置するためにリフレクタ最後部に鏡面化されていない範囲があり、この直径をCとすると、光源部から出射される光束の光軸近傍となる中央部に、少なくとも、図2においては光軸に直交する面内で直径Cの範囲に、光がほとんど通過しない空間が存在することになる。
【0019】
また、放物面リフレクタ104から出射される平行光束のさらに外周部も光強度は必ずしも0とはならず、弱い光強度ではあるが、漏れ光等により光が存在する。本発明において「光束低密部」とは、これらをも含む光強度の弱い部分のことである。
【0020】
本発明に係る照明光学系は、リフレクタ104のような凹面鏡リフレクタを備えたこのような光源部から出射される光束の、外周部および中心近傍に存在する光束低密部に着目し、この光源部(主要光源部1)から出射された光束の、外周部の光束低密部に光束を補うように光束を出射する外周補助光源部8、および、中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する中央補助光源部2を備えた構成とされている。
【0021】
図1(a)の断面図に示すとおり、中央補助光源部2は半導体レーザLDからなるレーザ光源31よりなり、コリメータレンズ35により平行光束とされた中央補助光源部2からの光束が偏向ミラー3により偏向されて、主要光源部1から出射された光束の中心近傍の光束低密部に導入される。
【0022】
外周補助光源部8は、図1(b)に示すとおり、半導体レーザLDからなる2つのレーザ光源52a、52bよりなる。光源52a、52bからの光束は、コリメータレンズ53a、53bにより平行光束とされ、図示されない偏向ミラーによりそれぞれ偏向されて、主要光源部1から出射された光束の外周部の光束低密部の、リフレクタ12の光軸に対し互いに略回転対称となる位置に導入される。レーザ光源52a、52bおよびこれらの光源からの光束の光路上の部材は、図1(a)におけるレーザ光源31およびこの光源からの光束の光路上の部材と略同様であって、互いに平行で、図1(a)において紙面手前方向と奥行方向にこれらと重なり合うように配されている。
【0023】
主要光源部1から出射された光束の光束低密部に補助光源部2、8から光束を補うという構成は、光源部全体として光量が増加し照明光学系の明るさを向上させることができる。外周補助光源部8と中央補助光源部2とは、両者を設置することにより一層の光量増加を図ることができるものである。しかし、リフレクタを備えた主要光源部からの光束に対して、外周補助光源部8のみ、または中央補助光源部2のみを配した照明光学系においても、相応の光量増加が可能である。
【0024】
また、外周補助光源部8は、従来一般に用いられるリフレクタを備えた光源部に対し、これを主要光源部1として、その外周部に補助光源部8を追加設置するだけでもよく、設計変更も少なくコンパクトなままで明るさを向上させることができる。また、この外周部の光束低密部に光束を補うために、例えば偏向ミラーなどの部材を配設しても、主要光源部1からの光束の光強度が弱い部分であるので、主要光源部1からの光束を遮ることが少なく、主要光源部1からの光束を効率よく利用することができる。主要光源部1からの光束を若干遮光する場合にも、外周補助光源部8からそれ以上の光量が補われることにより、照明光学系全体としての明るさを向上させることが可能である。
【0025】
なお、外周補助光源部8は、放物面リフレクタ104から出射される平行光束中の外周部の光束低密部、この平行光束のさらに外周部の光束低密部、およびこの両者に光束を補うように光束を出射するものとすることができる。
【0026】
外周補助光源部8としては、少なくとも1つの光源を備えることにより照明光学系の光量増加が可能であるが、複数個の光源を備えることにより、より明るさを増すことができる。さらに望ましくは、図示の照明光学系のように、複数個の光源からの光束が、リフレクタ12の光軸に対し互いに略回転対称となるような位置に導入されることが好ましい。それにより照度分布の均一性を保つことができ、さらに投写型表示装置の照明光学系として用いた場合には、後段の投写光学系のレンズによるケラレが生じたとしてもその悪影響を防止し、色分解ダイクロイックミラーの特性による色ムラを制御することができる。
【0027】
さらに、近年、投写型表示装置の薄型化(リフレクタ光軸を水平配置した場合の高さ方向の小型化)を目的として多く用いられている、出射断面が矩形状の角型リフレクタを用いた場合にも、外周補助光源部8により光量増加を図ることができる。このようなリフレクタは、所定のアスペクト比を有する長方形状の出射断面形状を有するので、照明光学系の瞳位置近傍でも長方形状の光束断面となる。他方、照明光学系の瞳は光軸と直交する断面において円形である。この円直径が長方形形状の短辺と等しいかそれよりも小さい場合には、瞳全体を光束が通過することになるが、これでは瞳の外を通る光束が無駄になってしまう。したがって実際には、瞳の一部に光束が通過しない部分が存在することを容認し、より多くの照明光束が瞳を通過するように構成されることになる。本発明によれば、この、瞳内でありながら主要光源部1からの光束が通過しない部分に光束を補うように、外周補助光源部8を配設することにより、照明光学系全体としての明るさを向上させることができる。
【0028】
なお、上述した角型リフレクタ以外の要因により、瞳内でありながらその外周部に主要光源部1からの光束が通過しない部分が生じる場合にも、この部分に光束を補うように外周補助光源部8を配設することにより、同様の明るさ向上効果を得ることができる。このような部分とは、照明光学系の瞳面と主要光源部から出射された光束による照射面とが、照明光学系の瞳位置で光軸と直交する断面において部分的に互いに重なるよう構成された照明光学系に関し、上記断面において、上記瞳面と上記照射面とが重ならない部分のうち瞳面が照射面より突出する部分である、と規定することもできる。
【0029】
また、中央補助光源部2も、従来一般に用いられるリフレクタを備えた光源部に対し、これを主要光源部1として、設計変更も少なくコンパクトなままで明るさを向上させることができるものである。主要光源部1から出射された光束の中心近傍の光束低密部に中央補助光源部2から光束を補うという構成は、単に光源部全体として光量が増加し照明光学系の明るさ向上に寄与するのみならず、光量分布においても、本来最も光強度を大きくしたい光束の中心近傍の光束低密部の光強度を増強することができることになる。また、この光束低密部に光束を補うために、例えば偏向ミラー3などの部材を配設しても、主要光源部1からの光束の光強度が弱い部分であるので、主要光源部1からの光束をほとんど遮ることなく、主要光源部1からの光束を効率よく利用することができる。
【0030】
なお、中央補助光源部2および外周補助光源部8の光源が半導体レーザ31、52a、52bとされている場合には、この光源は通常、冷却しつつ用いる必要がある。そのため、主要光源部1からの光が直接当たらないところに配置することが好ましく、必要に応じて偏向ミラー3のような導光手段により導入されることが好ましい。
【0031】
また、この照明光学系は上記構成に加え、主要光源部1からの光束の光軸と垂直な断面における光量分布の均一化を図る第1インテグレータ部4、外周補助光源部8からの光束の光軸と垂直な断面における光量分布の均一化を図る第2インテグレータ部(不図示)、および中央補助光源部2からの光束の光軸と垂直な断面における光量分布の均一化を図る第3インテグレータ部5を備えている。なお、以下の説明では、第1〜第3インテグレータ部の作用について「光量分布の均一化」と記載されている場合は、上記断面におけるものとする。
【0032】
図1(a)に示すとおり、主要光源部1から出射された光束は、主要光源部側から順に第2フライアイ15、第1フライアイ16が配設された第1インテグレータ部4により、光量分布の均一化を図られて、照明光束として照明光学系から出射される。すなわち、第2フライアイ15が主要光源部1からの略平行光束を第2フライアイ15のレンズセルの数と同数の部分光束に分割し、第1フライアイ16を構成する各レンズセル近傍に光源11の二次光源像を形成させることにより光量分布の均一化を図る。図1(b)に示すとおり、フライアイ16は、矩形状の輪郭をした微小な凸レンズによるレンズセル18が縦横に複数配列されたものである。図1(b)において、レンズセル18に相当する部分をハッチングにより示している。また、フライアイ15は、フライアイ16の各レンズセル18に各々対応するレンズセル17を備えた形状とされている。第2フライアイ15はレンズセル17の凸面を主要光源部側に向け、第1フライアイ16はレンズセル18の凸面を被照明体側に向けるように配置されている。
【0033】
なお、フライアイ15、16の中央部の、中央補助光源部2からの光束が入射する位置には、レンズセル17、18とは異なる形状の集光レンズ37、38が設けられている。また、不図示であるが、フライアイ15の延長面上の外周補助光源部8からの光束が入射する位置には、それぞれ集光レンズが設けられている。さらに、フライアイ16の延長面上の外周補助光源部8からの光束が入射する位置には、それぞれ集光レンズ55a、55bが設けられている。外周補助光源部8からの光束の光路上のレンズは、上記フライアイ15の延長面上のレンズは集光レンズ37と、また、集光レンズ55a、55bは集光レンズ38と同形状のレンズとされていてもよい。集光レンズ37を備えたフライアイ15、および、集光レンズ38を備えたフライアイ16は、同一形状とすることがコスト上有利である。なお、外周補助光源部8からの光束が入射する位置に設けられる集光レンズは、第1フライアイ16または第2フライアイ15と隣接して配置させてもよいし、これらと一体的に形成することもできる。
【0034】
中央補助光源部2から出射された光束は、第3インテグレータ部5としてのロッドインテグレータ36により、光量分布の均一化を図られる。ロッドインテグレータ36は2枚のフライアイ15、16の間に配設され、中央補助光源部2からの光束は、第2フライアイ15を透過する際に、集光レンズ37の作用により所定の角度をもってロッドインテグレータ36に入射される。そのため、ロッドインテグレータ36の内壁面において複数回反射されて出射され、光量分布が均一化される。
【0035】
また、外周補助光源部8から出射された光束は、図示されない第2インテグレータ部としてのロッドインテグレータにより、光量分布の均一化を図られる。第2インテグレータ部としてのロッドインテグレータは、不図示であるが第3インテグレータ部5のロッドインテグレータ36と略同様であって、図1(a)においてロッドインテグレータ36と互いに平行に、紙面手前方向と奥行方向にロッドインテグレータ36と重なり合うように配されている。外周補助光源部8からの光束は、第2フライアイ15の延長面上の外周補助光源部8からの光束が入射する位置に設けられた集光レンズの作用により、所定の角度をもってこれらのロッドインテグレータに入射される。そのため、各ロッドインテグレータの内壁面において複数回反射されて出射され、光量分布が均一化される。
【0036】
なお、本実施例および以下の説明において、ロッドインテグレータとしては、ガラス製の中実な棒状ロッドプリズムや、内面を反射コートにより鏡面とした中空プリズムや、棒状ロッドプリズムを光束入射側に配置しその光束出射側に中空プリズムを配置して両者を組み合わせた、いわゆるハイブリッド型のインテグレータを用いることができる。ロッドインテグレータに入射した光束は、棒状ロッドプリズムにおいては内壁面において複数回全反射されながら、中空プリズムにおいては内壁面の鏡面で複数回反射されながら、その光束出射端に導かれる。ロッドインテグレータから出射される光束は、ロッドインテグレータの出射端において光束密度が略均一化された光束とされている。投写型表示装置のインテグレータ部として用いる場合には、ロッドインテグレータの出射端と後段のライトバルブとがリレーレンズを介して互いに結像関係(共役関係)となるように構成される。
【0037】
第2インテグレータ部および第3インテグレータ部5から出射された光束は、フライアイ16上の集光レンズ38およびその延長面上の集光レンズ55a、55bにより所望の方向に屈折せしめられる。投写型表示装置に用いる照明光学系としては、外周補助光源部8および中央補助光源部2からの光束が、主要光源部1からの光束と同様に後段のライトバルブ上に重畳されるように屈折させることが好ましい。
【0038】
本実施例においては、外周補助光源部8および中央補助光源部2から出射される光束は、主要光源部1から出射される光束の光束低密部に光束を補うように出射される光束径の小さいものであることを利用し、これら補助光源部8、2から出射される光束の光量分布を均一化するための第2および第3インテグレータ部としては、ロッドインテグレータを用いた簡易な構成としている。そして、このロッドインテグレータの配設位置としては、2枚のフライアイ15、16の間とし、スペースを有効利用しコンパクトな構成を達成している。
【0039】
なお、本発明において、外周補助光源部8または中央補助光源部2から出射される光束が出射された状態で光量分布が略均一となっているような光源とされている場合、例えば、このようなレーザ光源を用いた場合には、外周補助光源部8または中央補助光源部2からの光束はインテグレータにより光量均一化を図る必要がないので、光量均一化を図る手段を省略し、より簡易な構成とすることができる。
【0040】
また、中央補助光源部2が複数の光源からなるように構成し、これら複数の光源からの光束を合成させて主要光源部1からの光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うように、この光束中に導入するようにしてもよい。
【0041】
以下、本発明に係る照明光学系の実施例2および3について説明する。なお、各実施例においては、特に記載のない限り実施例1と同様の構成部分には同一の符号を付しており、既出の事項に関しては詳細な説明を省略している。
【0042】
<実施例2>
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図3(a)に示す。また、図3(b)はこの照明光学系を被照明体側(矢印A方向)から見た図であり、図3(b)のB断面が図3(a)となる。この照明光学系は、実施例1と異なり中央補助光源部は配されていないが、外周補助光源部8により明るくコンパクトな照明光学系とされている。
【0043】
本実施例の主要光源部1の構成は実施例1と同様である。第1インテグレータ部も実施例1と同様に2枚のフライアイ15、16よりなるが、本実施例では中央補助光源部は配されていないので、フライアイ15、16の中央部にもレンズセル17、18が形成されている。
【0044】
本実施例の外周補助光源部8は、リフレクタ12の光軸に対し互いに略回転対称となるように配設された2つの光源を備え、放物面鏡よりなるリフレクタ57a、57bの焦点位置に各々光源56a、56bが配された構成とされている。本発明に係る照明光学系の外周補助光源部8は、レーザ光源に限られるものではなく、本実施例のような凹面鏡リフレクタを用いたものであってもよい。この場合は、外周補助光源部8として低コストで光量の大きいものとすることができる。この外周補助光源部8から出射された光束は光量分布の不均一な略平行光とされているので、光量均一化を図るために光源ごとにフライアイによる第2インテグレータ部9が設けられている。光源側より順に、外周補助光源部8に対応する第2フライアイ58a、58b、および外周補助光源部8に対応する第1フライアイ59a、59bであり、これらはフライアイ16の略延長上となる両面の、外周補助光源部8からの光束が入射する位置に設けられている。
【0045】
図3(b)には、第1フライアイ16の被照明体側の外周部に形成された、外周補助光源部8に対応する第1フライアイ59a、59bが示されている。このフライアイ59a、59bは、レンズセル18とは異なる大きさの矩形状の輪郭をした微小な凸レンズによるレンズセル49が、縦横に複数配列されてなる。また、図3(a)に示されるように、この第1フライアイ59a、59bの外周補助光源部側の面には、各レンズセル49に各々対応するレンズセル48を備えた、外周補助光源部8に対応する第2フライアイ58が形成されている。外周補助光源部8からの略平行光束は、対応する第2フライアイ58a、58bにより各部分光束に分割されて集光され、さらに、対応する第1フライアイ59a、59bにより所望の方向に屈折されて出射される。投写型表示装置に用いる照明光学系としては、外周補助光源部8からの光束が、主要光源部1からの光束と同様に後段のライトバルブ上に重畳されるよう屈折されることが好ましい。
【0046】
なお、第2インテグレータ部9の2面のフライアイ58a、58b、59a、59bは、第1インテグレータ部のフライアイ16の延長上に一体的に形成してもよい。また、第2インテグレータ部9として、本実施例のように一部材の一方の面が第1フライアイ、他方の面が第2フライアイとして作用するものだけでなく、第1フライアイと第2フライアイとが別部材とされた、2枚構成のフライアイを用いることも可能である。この場合、少なくとも一方のフライアイを、第1インテグレータ部の2枚のフライアイ15、16のうち少なくとも一方のフライアイと同一部材上に形成し、部材数を低減し簡易でコンパクトな構成とすることができる。
【0047】
また、本実施例の変更例として、外周補助光源部8に楕円面鏡よりなるリフレクタを用いることも可能である。この場合、第2インテグレータ部9としてロッドインテグレータを用いてもよい。
【0048】
<実施例3>
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図4(a)に示す。また、図4(b)はこの照明光学系を被照明体側(矢印A方向)から見た図であり、図4(b)のB断面が図4(a)となる。この照明光学系も、外周補助光源部8により明るくコンパクトな照明光学系とされている。
【0049】
本実施例の主要光源部1の構成は実施例1と同様である。また、第1インテグレータ部の2枚のフライアイ15、16は実施例2と同様である。また、本実施例は、第1インテグレータ部の後段に、ランダムな偏光を発生する主要光源部1からの光束を直線偏光に変換するための偏光変換光学系6を備えた照明光学系とされている。投写型表示装置に用いる照明光学系としては、例えば装置のライトバルブが液晶パネルとされている場合など、照明光学系から出射される光は偏光方向が揃えられた略平行光とされていることが好ましい場合があるので、本実施例によりこのような態様の一例を示す。
【0050】
偏光変換光学系6は、第1インテグレータ部から出射された主要光源部1からの光束の偏光方向を揃えるもので、従来よく知られた、偏光ビームスプリッタアレイ、およびこのアレイの光出射面側に配設され複数のλ/2位相膜21がストライプ状に配設されたλ/2位相板からなるものである。
【0051】
偏光ビームスプリッタアレイはその内部に、偏光分離膜19と反射膜20とが、光軸に対して略45度の角度を有するように交互に形成されている。ランダムな偏光である主要光源部1からの光束は、フライアイ16の対応するレンズセルから入射され、偏光分離膜19により偏光方向の異なるP偏光とS偏光の2種類の偏光に分離される。一方の偏光は偏光分離膜19を透過しプリズム面22から出射される。他方の偏光は偏光分離膜19および隣接する反射膜20で反射されて、最終的には、偏光ビームスプリッタアレイを直進透過した光束とほぼ平行な角度で偏光ビームスプリッタアレイより出射され、λ/2位相膜21を通過する際に、偏光面の回転作用により偏光ビームスプリッタアレイを直進透過した光束と略一致する偏光方向に変換されて出射される。なお、図4(b)において、ハッチング部分はλ/2位相膜21が配された部分である。
【0052】
本実施例の外周補助光源部8は、リフレクタ12の光軸に対し互いに略回転対称となるように配設された、半導体レーザLDからなる4つのレーザ光源52a〜d(光源52b、52dは不図示)よりなる。ここでは、光源52aからの光束に関して説明するが、光源52b〜dに関してもそれぞれ同様である。光源52aからの光束は、集光レンズ47aの作用により、所定の角度をもって第2インテグレータ部9としてのロッドインテグレータ54aに入射される。そのため、ロッドインテグレータ54aの内壁面において複数回反射されて出射され、光束出射端において光量分布が均一化された状態で出射され、集光レンズ55aにより所望の方向に屈折せしめられる。投写型表示装置に用いる照明光学系としては、外周補助光源部8からの光束が、主要光源部1からの光束と同様に後段のライトバルブ上に重畳されるように屈折させることが好ましい。
【0053】
図示されていないがレーザ光源52b、52dおよびこれらの光源からの光束の光路上の部材は、図4(a)における、レーザ光源52aおよびこの光源からの光束の光路上の部材と略同様であって、互いに平行に配されており、各光源52b、52dからの光束が図4(b)に示された集光レンズ55b、55dに各々入射されるような位置に、紙面手前方向と奥行方向に配されている。
【0054】
なお、外周補助光源部8の光源52a〜dが偏光方向の揃えられた光束を出射するものとされている場合には、この光源からの光の偏光方向を揃えるための偏光変換光学系を配設する必要はなく、構成の簡易化を図ることができる。すなわち、主要光源部1の光源はランダムな偏光を発生し、この光束が偏光変換光学系6により直線偏光に変換されて被照明体の照明を行い、外周補助光源部8は、偏光変換光学系6により直線偏光に変換された主要光源部1からの光束と略一致する偏光方向となるような、偏光方向が揃えられた光束を出射し、この光束は偏光変換をされずに被照明体の照明を行うように構成すればよい。
【0055】
また、外周補助光源部8の光源52a〜dがランダムな偏光を発生するものとされている場合は、この光源からの光の偏光方向を、直線偏光に変換された主要光源部1からの光束と略一致する偏光方向となるように揃えるための偏光変換光学系を、後段に適宜配設することが好ましい。
【0056】
なお、本実施例においても、外周補助光源部8からの光束が入射する位置に設けられる集光レンズ47a〜d、55a〜dは、第1フライアイ16または第2フライアイ15と隣接して配置させてもよいし、これらと一体的に形成することもできる。
【0057】
以上、本発明に係る照明光学系の具体的な実施例として、実施例1〜3について説明した。各実施例とも、主要光源部1から出射された光束の外周部の光束低密部に外周補助光源部から光束を補い、主要光源部と外周補助光源部からの各々の光束の光量分布を均一化させ得る構成とされているので、明るく均一な照明を行ない得るコンパクトな照明光学系とされている。
【0058】
ところで、本発明に係る照明光学系の主要光源部に用いられる光源としては、例えば超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプなどがあるが、これらの光源は各々種類により固有の分光分布を有しており、可視光領域において一様な光量分布を持っているわけではない。本発明に係る照明光学系の主用途である投写型表示装置に関しては、明るさの要望以外に、色再現性が良い画像が要求されるが、色再現性を良好とするためには、この光源の分光分布のばらつきが問題となる場合がある。光源によっては、色再現性を良好とするために必要な波長域の光量が不足していたり、また、不必要な波長域の光量が過剰であったりするためである。
【0059】
例えば、図5は超高圧水銀灯の可視領域における波長の分光分布を示す図であり、縦軸が光強度を示すものである。図示のとおりこの光源では、3原色光のうち赤色波長域が、他の色成分に対応する波長域に比べ光量が少なく、その一方、黄色波長域に光強度のピークを有するため、そのままの光源光を使用すると、全体として黄色味を帯びたカラー画像が形成されてしまう。そのため、従来、装置の色再現性を良好とする方策としては、光源から出射された光のうち580nm近辺の波長域の光を取り除いて照明を行っていたが、その分の光量損失は明るさ向上の要望とは反するものとなってしまう。
【0060】
本発明に係る照明光学系によれば、主要光源部から出射された光束の外周部の光束低密部に光束を補うように光束を出射する外周補助光源部を備え、外周補助光源部の光源のうち少なくとも1つの光源から、主要光源部から出射される光束の分光分布において増加させたい波長域に強度ピークを有する光束を出射させるように構成することができる。例えば、主要光源部の発光体が上記超高圧水銀灯とされた場合に、外周補助光源部の光源のうち少なくとも1つの光源から、赤色波長域に強度ピークを有する光束を出射させる構成とすることである。この光源としては、例えば、安価で小型な赤色半導体レーザを用いることができる。このような構成によれば、照明光束全体として赤色波長域の光強度が増加し、従来は色再現性に悪影響を及ぼしていた超高圧水銀灯からの580nm近辺の光も、排除することなく利用できるようになる。この、これまで排除していた光量は、超高圧水銀灯の全光量の20%にも相当し、これ程の光量が増加する効果は高い。
【0061】
主要光源部から出射される光束の分光分布において増加させたい波長域に強度ピークを有する光束を、外周補助光源部から出射させるように構成することにより、単に外周補助光源部からの光量分が増加するのみならず、色再現性のためにこれまで排除していた主要光源部からの光束も色再現性の低下を招くことなく取り込むことができ、明るく色再現性の良いコンパクトな照明光学系を得ることができる。なお、外周補助光源部から出射させる光束の強度ピークは赤色波長域に限られるものではなく、主要光源部の光源の分光分布に応じその波長域を適宜設定することができる。
【0062】
また、中央補助光源部の光源についても、外周補助光源部の光源と同様に、増加させたい波長域に強度ピークを有する光束を出射させるように構成してもよい。また、外周補助光源部および中央補助光源部を構成する各光源の波長域は、全てを同一とする必要はなく、これらの光源のうちの少なくとも1つが、他の光源と異なる波長域に強度ピークを有する光束を出射する構成としてもよい。
【0063】
本発明の照明光学系としては、上述したものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能である。例えば、主要光源部において、光源からの光を反射させ前方に出射させる凹面鏡リフレクタとして、楕円面鏡を用いることができる。楕円面鏡よりなるリフレクタの第1焦点に光源を配置した場合、リフレクタの開口部から出射される光束は楕円面鏡の第2焦点に収束されるが、放物面リフレクタの場合と同様の理由により、この第2焦点を中心とした所定角度範囲に、外周光束低密部および中央光束低密部が存在することになる。したがって、外周補助光源部および中央補助光源部を配設して、放物面リフレクタの場合と同様の作用効果を得ることができる。
【0064】
また、主要光源部の光源としては、実施例1〜3の説明として挙げた発光管タイプのものだけでなく、多くはキセノンランプとして用いられる、リフレクタの後部に陽極が配置されリフレクタの光出射側から陰極が配置されるタイプとされていてもよい。
【0065】
また、主要光源部からの光束の光量均一化を図る第1インテグレータ部は2枚のフライアイによるものに限られず、例えば、ロッドインテグレータを用いることができる。
【0066】
また、外周補助光源部および中央補助光源部は、照明光学系の光量増加、光量分布の均一化、色再現性の適正化(所定の色味を強くしたい、弱くしたい等の場合を含む)等の所期の目的を達成し得る光量を発生させるものとすることが好ましい。
【0067】
また、各フライアイのレンズセルや、各光源部からの光束の光路中に配される各レンズの形状は、適宜設定することができる。外周および中央補助光源部からの光束の光路中の集光レンズが、フライアイのレンズセルと同形状とされていてもよい。
【0068】
なお、付言すれば、本発明に係る照明光学系は、従来多数提案されている、単に総量としての光量を増加させるために複数の光源を備えた照明光学系とは、その目的も作用効果も異なるものである。従来の複数光源を備えた照明光学系は、本発明の主要光源部に相当するような大きさの光源部を複数個配設することにより、総量としての光量を増加させることを目的としている。これらは、本発明のような、リフレクタを備えた光源部から出射された光束の光束低密部に別の光源から光束を補う、という発想を有するものではない。
【0069】
また、前述の投写型表示装置の色再現性の問題を解決するべく、2原色光を発生させる補助光源を備えた照明光学系も既に提案されている(例えば特開2002−174854号公報参照)。しかしこの照明光学系においては、補助光源からの光束は白色光源の光量分布の均一化を図るマルチレンズアレイの一部(望ましくはそのマルチレンズアレイ中の1レンズセル)に入射する構成とされている。本発明に係る照明光学系は、補助光源からの光束に対し各々適当な第2インテグレータ部を備え、外周補助光源部からの光束も光量分布均一化を図り得る構成とされている。
【0070】
次に、本発明に係る投写型表示装置の具体的な実施例として、実施例4について説明する。実施例4においても、特に記載のない限り実施例1〜3と同様の構成部分には同一の符号を付しており、既出の事項に関しては詳細な説明を省略している。
【0071】
<実施例4>
本実施例に係る投写型表示装置の概略構成を図6に示す。この装置は、本発明に係る照明光学系を代表したものとしての、上記実施例1に係る照明光学系を用いた装置とされている。なお、この照明光学系の偏光変換光学系6は、実施例3と同様の従来よく知られたものとされている。
【0072】
この装置は、照明光学系からの照明光束により、所定の画像情報に基づいて照明光束の光変調を行なう透過型画像表示素子よりなるライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した光束を、投写光学系67を介し投写するものである。照明光束は、第1インテグレータ部4、第2インテグレータ部および第3インテグレータ部5により光量分布が均一化され、偏光変換光学系6により偏光方向が揃えられた状態で、本発明の照明光学系から出射される。そしてこの照明光束は、以下に示すとおり、3原色光に分解され、各色光用の透過型画像表示素子である液晶パネル64a〜cにより光変調されて、これらの投映光束が合成された後、投写光学系67により投写されて、スクリーン(不図示)上にフルカラー画像が結像される。なお、以下に示す第1〜第3色光成分とは、青色、緑色、赤色の3原色光を任意の順に対応させることができる。
【0073】
すなわち、照明光学系から出射された照明光束は、ダイクロイックミラー62a、62bにより色光分解され、それぞれ第1〜第3色光成分用の画像が表示される液晶パネル64a〜cに照射される。ダイクロイックミラー62aは、照明光束を第1色光成分光束と第2、第3色光成分の合成光束とに分離し、ダイクロイックミラー62bは、ダイクロイックミラー62aにより分離された第2、第3色光成分の合成光束を、第2色光成分と第3色光成分とに分離するものである。照明光束の光路上には、偏向のための全反射ミラー63〜dと、集光レンズ61a〜fとが配され、液晶パネル64a〜c上には、主要光源部1、外周補助光源部、および中央補助光源部2からの光束が重畳される。液晶パネル64a〜cを透過し、所定の画像情報に基づいて光変調された投映光束である第1〜第3色光成分光束は、第1色光成分を反射するダイクロイック膜65aと第3色光成分を反射するダイクロイック膜65bとを内部に有する、クロスプリズム66により合成される。
【0074】
本実施例によれば、本発明に係る照明光学系を備えていることにより、コンパクトでありながら、照明効率が高く明るく均一な照明を行ない得る投写型表示装置を得ることができる。
【0075】
なお、本発明の投写型表示装置としてはこの実施例のものに限られず、種々の態様の変更が可能である。例えば、本発明の投写型表示装置としては、本発明の照明光学系を任意に用いることができる。
【0076】
また、本発明の投写型表示装置においてライトバルブは実施例のものに限られない。例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)や、反射型画像表示素子よりなるライトバルブを備えた投写型表示装置にも、本発明の照明光学系を適用することができる。また、本発明の投写型表示装置は必ずしもカラー画像表示装置に限られず、モノクロ画像表示装置とされていてもよい。
【0077】
また、前述したとおり、本発明に係る照明光学系は、主要光源部から出射される光束の分光分布において増加させたい波長域に強度ピークを有する光束を、外周補助光源部および/または中央補助光源部を構成する複数の光源のうち少なくとも1つの光源から出射させるように構成することができる。例えばこの場合のように、補助光源部を構成する光源のうち少なくとも1つの光源からの光束が、白色光でなく特定の波長域に光強度が偏っている場合には、補助光源部を構成する複数の光源のうち少なくとも1つの光源からの光束は、照明光束を色光分解し各色光ごとに各々ライトバルブにより画像情報を担持させた後に色合成を行なう構成の装置の、複数のライトバルブのうち一部のライトバルブのみを照明するように構成してもよい。例えば、主要光源部が白色光を出射し、補助光源部のうち少なくとも1つの光源が赤色半導体レーザとされている場合、この光源からの光は赤色成分用のライトバルブのみを照明するように構成されていてもよい。
【0078】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置によれば、光源とリフレクタよりなる主要光源部から出射された光束の、外周部の光束低密部に光束を補うように光束を出射する外周補助光源部を備え、主要光源部と外周補助光源部からの各々の光束の光量分布を均一化させ得る構成とされていることにより、コンパクトでありながら、照明効率が高く、明るく均一な照明を行ない得る照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係る照明光学系の概略構成図
【図2】放物面リフレクタによる反射光の強度分布を示す図
【図3】本発明の実施例2に係る照明光学系の概略構成図
【図4】本発明の実施例3に係る照明光学系の概略構成図
【図5】超高圧水銀灯の可視領域における波長の分光分布図
【図6】本発明の実施例4に係る投写型表示装置の概略構成図
【符号の説明】
1 主要光源部
2 中央補助光源部
3 偏向ミラー
4 第1インテグレータ部
5 第3インテグレータ部
6 偏光変換光学系
7、66 クロスプリズム
8 外周補助光源部
9 第2インテグレータ部
11、56 光源
12、57、104 放物面リフレクタ
15 第2フライアイ
16 第1フライアイ
17、18、48、49 レンズセル
19 偏光分離膜
20 反射膜
21 λ/2位相膜
22 プリズム面
31、52 半導体レーザ
35、53 コリメータレンズ
36 ロッドインテグレータ
37、38、47、55、61 集光レンズ
58 外周補助光源部に対応する第2フライアイ
59 外周補助光源部に対応する第1フライアイ
62 ダイクロイックミラー
63 全反射ミラー
64 透過型液晶パネル
65 ダイクロイック膜
67 投写光学系
101 発光管
108 発光点
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an illumination optical system that illuminates an object to be illuminated using a light source unit having a light emitting body and a reflector, and in particular, modulates an illumination light beam with a light valve, and forms an image on a screen with the projection light beam. The present invention relates to an illumination optical system suitable for a projection display device that performs enlarged projection, and a projection display device using the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in a projection display device, a bright projection display device has been developed so that it can be used without problem even in a bright place. As an element that greatly contributes to improvement in brightness, along with a light valve, an illumination optical system is being developed. For example, there is a configuration in which the amount of light is increased by an illumination optical system including a plurality of light source units as described in Patent Literature 1.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-21996
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
There have been proposed many techniques for improving the brightness by the configuration of the illumination optical system using many bright light source units. Above all, a light source unit having a reflector is often used as a light source unit which is advantageous in cost and is bright. However, an illumination optical system using a large number of light sources of the same degree needs to be provided with these light sources and means for synthesizing light beams from these light sources.
[0005]
If the highest priority is to increase the total amount of light emitted from the illumination optical system as much as possible, such a configuration is also effective, but on the other hand, a light source unit equipped with a conventional reflector has been improved. There is also a demand that there is little change in the configuration, that the size of the illumination optical system be compact, and that the brightness be improved as much as possible. If a light source unit having a conventional reflector and a configuration of an illumination optical system and a projection display device corresponding to the light source unit can be used with few changes, it is advantageous in terms of cost.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and focuses on a light amount distribution of a light beam emitted from a light source unit including a light source and a reflector, and makes a large design change to a conventional light source unit of this type. It is an object of the present invention to provide an illumination optical system which is compact, has high illumination efficiency, can perform bright and uniform illumination, and a projection display apparatus using the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An illumination optical system according to the present invention includes a main light source unit including a light emitting body and a reflector for reflecting light emitted from the light emitting body toward an object to be illuminated, and a main light source unit for uniforming the light amount of a light beam from the main light source unit. An integrator section, an outer peripheral auxiliary light source section that emits a light beam so as to supplement a light flux in a low-density portion of an outer peripheral portion of the light beam emitted from the main light source section, and a uniform light amount of the light beam from the outer peripheral auxiliary light source section. And an outer peripheral auxiliary integrator section to be provided.
[0008]
Here, the terms "main integrator section" and "outer periphery auxiliary integrator section" are functionally expressed, and the actual form is not limited to the case where they are separated from each other. Is included. Further, the case where these two integrator units are shared is also included.
[0009]
An illumination optical system according to the present invention includes a main light source unit including a light emitting body and a reflector for reflecting light emitted from the light emitting body toward an object to be illuminated, and a main light source unit for uniforming the light amount of a light beam from the main light source unit. An integrator portion, and a peripheral auxiliary light source portion that emits a light beam so as to supplement the light beam in a light flux low-density portion of an outer peripheral portion of the light beam emitted from the main light source portion, and the light beam emitted from the outer peripheral light source portion is The light quantity distribution in the emitted light is substantially uniform, and a means for making the light quantity of the light flux from the outer peripheral auxiliary light source unit uniform is omitted.
[0010]
Further, it is preferable that a central auxiliary light source unit that emits a light beam so as to supplement the light beam is provided in a low-density portion near the center of the light beam emitted from the main light source unit.
[0011]
It is preferable that the outer peripheral auxiliary light source unit includes a plurality of light sources. In addition, it is more preferable that the outer peripheral auxiliary light source unit includes a plurality of light sources that emit light beams at positions in the low-density light portion of the outer peripheral portion that are substantially rotationally symmetric with respect to the optical axis of the reflector. .
[0012]
Further, the pupil plane of the illumination optical system and the irradiation surface of the light beam emitted from the main light source unit are configured to partially overlap each other in a cross section orthogonal to the optical axis at the pupil position of the illumination optical system, and It is preferable that the peripheral auxiliary light source unit that emits a light beam so as to supplement a light beam in a portion where the pupil surface protrudes from the irradiation surface in a portion where the pupil surface and the irradiation surface do not overlap with each other is preferable. In this case, the reflector may be a square reflector that emits a light beam having a substantially rectangular shape in a cross section orthogonal to the optical axis.
[0013]
A projection display device according to the present invention includes any one of the above-described illumination optical systems, and illuminates at least one light valve that performs light modulation of an illumination light beam based on predetermined image information with a light beam from the illumination optical system. A light beam carrying image information from the light valve is projected via a projection optical system.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described using an illumination optical system according to a first embodiment of the present invention as an example.
[0015]
<Example 1>
FIG. 1A is a cross-sectional view of the illumination optical system according to the present embodiment, and FIG. 1B is a diagram of the illumination optical system as viewed from the side of an object to be illuminated (the direction of arrow A). FIG. 1A is a cross-sectional view B). In FIG. 1 (a) and FIGS. 3 (a), 4 (a), and 6 below, each member emphasizes the cross-sectional shape thereof, and the description of a far end face is omitted. There are things that are. The illumination optical system includes a main light source unit 1, an outer peripheral auxiliary light source unit 8, a central auxiliary light source unit 2, and a first integrator unit 4 and a second integrator unit (non-integral unit) for uniforming the light quantity distribution of light beams from these light source units. ) And a third integrator unit 5.
[0016]
The main light source unit 1 has a light emitting point of the light source 11 disposed at a focal point of a reflector 12 formed of a parabolic mirror. From an opening of the reflector 12 that reflects light emitted from the light source 11 toward the illuminated body, A substantially parallel light beam is emitted. The light source 11 preferably has a small light emission distribution and high light emission efficiency. At present, the light source 11 generally comprises an arc tube such as an ultra-high pressure mercury lamp, a metal halide lamp, or a xenon lamp.
[0017]
As a light amount distribution of a light beam emitted from the main light source unit 1 in a cross section perpendicular to the optical axis, a portion having a low light intensity (hereinafter, referred to as a light flux density portion) exists in a predetermined range. FIG. 2 is a diagram for explaining the light flux low-density portion. The white light emitted from the light source 101 is reflected by the parabolic reflector 104, and is emitted from the light source unit as a light flux substantially parallel to the optical axis X of the parabolic reflector 104. As shown in the drawing, the light quantity distribution of the emitted light beam is not uniform, and there is a light flux density portion near the optical axis X and in the outer peripheral portion.
[0018]
The low-density portion of the luminous flux in the outer peripheral portion is generated in principle when light emitted from the light emitting point 108 is reflected by the parabolic reflector 104, and the amount of reflected light near the optical axis X is large. This is caused by the fact that the amount of reflected light decreases as it goes. The light flux density portion near the optical axis is generated due to a structural reason that the actual light source 101 is not a point light source but an arc tube disposed behind the reflector 104, for example. This is because light is not reflected due to the hole provided in the rear part of the reflector, or light is blocked due to the size of the luminous body itself. In order to dispose the arc tube, there is a non-mirrored area at the rear end of the reflector. If this diameter is C, at least a central part near the optical axis of the light beam emitted from the light source unit in FIG. A space through which light hardly passes exists within a range of the diameter C in a plane orthogonal to the optical axis.
[0019]
Further, the light intensity of the further outer peripheral portion of the parallel light beam emitted from the parabolic reflector 104 is not necessarily 0, and although the light intensity is weak, light is present due to leakage light or the like. In the present invention, the “light flux low-density portion” refers to a portion having low light intensity including these.
[0020]
The illumination optical system according to the present invention focuses on the light flux low-density portion existing near the outer peripheral portion and the center of the light flux emitted from such a light source portion provided with a concave mirror reflector such as the reflector 104. The outer peripheral auxiliary light source unit 8 that emits a light beam so as to supplement the light flux in the outer peripheral portion of the light beam emitted from the (main light source unit 1) so as to supplement the light beam, and supplements the light beam in the light flux dense portion near the center. And a central auxiliary light source 2 that emits a light beam.
[0021]
As shown in the cross-sectional view of FIG. 1A, the central auxiliary light source unit 2 is composed of a laser light source 31 composed of a semiconductor laser LD, and the collimator lens 35 converts the light flux from the central auxiliary light source unit 2 into a parallel light beam. And is introduced into the light flux density portion near the center of the light flux emitted from the main light source unit 1.
[0022]
As shown in FIG. 1B, the outer peripheral auxiliary light source unit 8 includes two laser light sources 52a and 52b formed of a semiconductor laser LD. Light beams from the light sources 52a and 52b are converted into parallel light beams by collimator lenses 53a and 53b, deflected by deflecting mirrors (not shown), and reflectors at light flux low-density portions on the outer peripheral portion of the light beams emitted from the main light source unit 1. They are introduced at positions that are substantially rotationally symmetric with respect to the 12 optical axes. The laser light sources 52a and 52b and the members on the optical path of the light beam from these light sources are substantially the same as the members on the optical path of the laser light source 31 and the light beam from this light source in FIG. In FIG. 1A, they are arranged so as to overlap with each other in the front direction and the depth direction of the drawing.
[0023]
The configuration in which the light flux from the auxiliary light sources 2 and 8 is supplemented to the low-density portion of the light flux emitted from the main light source 1 can increase the amount of light as a whole of the light source and improve the brightness of the illumination optical system. By installing both the outer peripheral light source unit 8 and the central auxiliary light source unit 2, the light amount can be further increased. However, the illumination light system provided with only the outer peripheral auxiliary light source unit 8 or only the central auxiliary light source unit 2 with respect to the light beam from the main light source unit provided with the reflector can increase the light quantity correspondingly.
[0024]
In addition, the outer peripheral auxiliary light source section 8 may be simply provided with the auxiliary light source section 8 on the outer peripheral portion of the light source section having a reflector generally used in the related art as the main light source section 1 with few design changes. Brightness can be improved while maintaining compactness. Further, even if a member such as a deflecting mirror is provided to supplement the light flux in the low-density portion of the outer peripheral portion, since the light intensity of the light beam from the main light source portion 1 is weak, the main light source portion The light flux from the main light source unit 1 can be efficiently used because the light flux from the main light source unit 1 is hardly blocked. Even when the light beam from the main light source unit 1 is slightly shielded, the brightness of the illumination optical system as a whole can be improved by supplementing the light amount larger than that from the outer peripheral auxiliary light source unit 8.
[0025]
The outer peripheral auxiliary light source unit 8 supplements the luminous flux to the luminous flux density portion at the outer peripheral portion of the parallel luminous flux emitted from the parabolic reflector 104, the luminous flux density portion at the outer peripheral portion of the parallel luminous flux, and both. Thus, the light beam can be emitted.
[0026]
By providing at least one light source, the outer peripheral light source unit 8 can increase the light amount of the illumination optical system. However, by providing a plurality of light sources, the brightness can be further increased. More preferably, as in the illustrated illumination optical system, it is preferable that light beams from a plurality of light sources be introduced into positions that are substantially rotationally symmetric with respect to the optical axis of the reflector 12. As a result, uniformity of the illuminance distribution can be maintained, and when used as an illumination optical system of a projection display device, even if vignetting occurs due to a lens of a subsequent projection optical system, its adverse effect is prevented, and color is prevented. Color unevenness due to the characteristics of the separation dichroic mirror can be controlled.
[0027]
Furthermore, in the case of using a rectangular reflector having a rectangular exit cross section, which is often used in recent years for the purpose of reducing the thickness of a projection display device (smaller in the height direction when the reflector optical axis is arranged horizontally). In addition, the amount of light can be increased by the outer peripheral auxiliary light source unit 8. Such a reflector has a rectangular exit cross-sectional shape having a predetermined aspect ratio, and therefore has a rectangular light flux cross section even near the pupil position of the illumination optical system. On the other hand, the pupil of the illumination optical system is circular in a cross section orthogonal to the optical axis. If the diameter of the circle is equal to or smaller than the short side of the rectangular shape, the light beam passes through the entire pupil, but in this case, the light beam passing outside the pupil is wasted. Therefore, in practice, it is acceptable that a part of the pupil through which the light beam does not pass is allowed, and more illumination light beams are configured to pass through the pupil. According to the present invention, by arranging the outer peripheral auxiliary light source section 8 so as to supplement the light flux in the portion in the pupil through which the light flux from the main light source section 1 does not pass, the brightness of the entire illumination optical system is increased. Can be improved.
[0028]
Even when a portion other than the rectangular reflector described above is present inside the pupil but does not pass the light beam from the main light source portion 1 on its outer peripheral portion, the outer peripheral auxiliary light source portion is configured to supplement the light beam in this portion. By disposing 8, the same brightness improving effect can be obtained. Such a portion is configured such that the pupil plane of the illumination optical system and the irradiation surface of the light beam emitted from the main light source section partially overlap each other in a cross section orthogonal to the optical axis at the pupil position of the illumination optical system. With respect to the illumination optical system described above, in the cross section, it can be defined that the pupil plane is a part protruding from the irradiation plane among the parts where the pupil plane does not overlap with the irradiation plane.
[0029]
Also, the central auxiliary light source section 2 can be used as a main light source section 1 with respect to a light source section having a reflector generally used in the related art, and can improve the brightness without changing the design and with compactness. The configuration in which the light flux from the central auxiliary light source section 2 is supplemented to the light flux density portion near the center of the light flux emitted from the main light source section 1 simply increases the amount of light as a whole of the light source section and contributes to the improvement of the brightness of the illumination optical system. In addition to the light intensity distribution, it is possible to enhance the light intensity in the low-density portion near the center of the light beam whose light intensity is originally desired to be the highest. Further, even if a member such as the deflecting mirror 3 is provided to supplement the light flux in the light flux low-density portion, the light intensity of the light flux from the main light source 1 is weak. The light beam from the main light source unit 1 can be used efficiently without substantially blocking the light beam.
[0030]
When the light sources of the central auxiliary light source unit 2 and the peripheral auxiliary light source unit 8 are the semiconductor lasers 31, 52a, and 52b, these light sources usually need to be used while being cooled. For this reason, it is preferable to dispose the light from the main light source unit 1 where it does not directly hit, and it is preferable that the light is introduced by a light guiding unit such as the deflection mirror 3 as necessary.
[0031]
The illumination optical system has, in addition to the above configuration, a first integrator unit 4 for uniformizing a light quantity distribution in a cross section perpendicular to the optical axis of the light beam from the main light source unit 1 and a light beam from a peripheral auxiliary light source unit 8. A second integrator unit (not shown) for uniforming the light amount distribution in a cross section perpendicular to the axis, and a third integrator unit for uniforming the light amount distribution in a cross section perpendicular to the optical axis of the light beam from the central auxiliary light source unit 2 5 is provided. In the following description, when the operation of the first to third integrators is described as “uniform light amount distribution”, the operation is performed in the above-described cross section.
[0032]
As shown in FIG. 1A, the light flux emitted from the main light source unit 1 is illuminated by a first integrator unit 4 in which a second fly eye 15 and a first fly eye 16 are arranged in this order from the main light source unit side. The light is emitted from the illumination optical system as an illumination light beam with a uniform distribution. That is, the second fly eye 15 divides the substantially parallel light beam from the main light source unit 1 into the same number of partial light beams as the number of lens cells of the second fly eye 15, and closes each of the lens cells constituting the first fly eye 16. By forming a secondary light source image of the light source 11, the light amount distribution is made uniform. As shown in FIG. 1B, the fly's eye 16 is a lens in which a plurality of lens cells 18 each composed of a minute convex lens having a rectangular contour are arranged vertically and horizontally. In FIG. 1B, a portion corresponding to the lens cell 18 is indicated by hatching. The fly's eye 15 has a shape provided with lens cells 17 corresponding to the respective lens cells 18 of the fly's eye 16. The second fly's eye 15 is arranged such that the convex surface of the lens cell 17 faces the main light source section, and the first fly's eye 16 directs the convex surface of the lens cell 18 toward the object to be illuminated.
[0033]
Concentrating lenses 37 and 38 having different shapes from the lens cells 17 and 18 are provided at the center of the fly's eyes 15 and 16 where the light beam from the central auxiliary light source 2 is incident. Although not shown, condensing lenses are provided at positions on the extension surface of the fly's eye 15 where the light flux from the outer peripheral auxiliary light source 8 is incident. Further, condensing lenses 55a and 55b are provided at positions on the extension surface of the fly eye 16 where the light flux from the outer peripheral auxiliary light source unit 8 is incident. The lens on the optical path of the light beam from the outer peripheral auxiliary light source unit 8 is a lens on the extension surface of the fly eye 15 and the condenser lens 37, and the condenser lenses 55a and 55b are lenses having the same shape as the condenser lens 38. It may be. It is advantageous in terms of cost that the fly eye 15 provided with the condenser lens 37 and the fly eye 16 provided with the condenser lens 38 have the same shape. The condensing lens provided at the position where the light beam from the outer peripheral auxiliary light source unit 8 is incident may be disposed adjacent to the first fly eye 16 or the second fly eye 15, or may be formed integrally therewith. You can also.
[0034]
The light flux emitted from the central auxiliary light source unit 2 is made uniform by the rod integrator 36 as the third integrator unit 5. The rod integrator 36 is disposed between the two fly eyes 15, 16, and a light flux from the central auxiliary light source 2 is transmitted through the second fly eye 15 by a predetermined angle due to the action of the condenser lens 37. Is incident on the rod integrator 36. Therefore, the light is reflected and emitted a plurality of times on the inner wall surface of the rod integrator 36, and the light amount distribution is made uniform.
[0035]
Further, the light flux emitted from the outer peripheral auxiliary light source unit 8 is made uniform by a rod integrator (not shown) as a second integrator unit. Although not shown, the rod integrator as the second integrator is substantially the same as the rod integrator 36 of the third integrator 5, and is parallel to the rod integrator 36 in FIG. It is arranged so as to overlap with the rod integrator 36 in the direction. The light beam from the outer peripheral auxiliary light source 8 is formed at a predetermined angle by a condensing lens provided at a position on the extension surface of the second fly eye 15 where the light from the outer peripheral auxiliary light source 8 is incident. It is incident on the integrator. Therefore, the light is reflected and emitted from the inner wall surface of each rod integrator a plurality of times, and the light amount distribution is made uniform.
[0036]
In the present embodiment and the following description, as the rod integrator, a solid rod-shaped rod prism made of glass, a hollow prism whose inner surface is mirror-finished by a reflection coating, or a rod-shaped rod prism is arranged on the light incident side. A so-called hybrid integrator, in which a hollow prism is arranged on the light beam emission side and both are combined, can be used. The light beam incident on the rod integrator is guided to the light beam emission end while being totally reflected plural times on the inner wall surface of the rod-shaped rod prism and plural times on the mirror surface of the inner wall surface of the hollow prism. The luminous flux emitted from the rod integrator is a luminous flux having a substantially uniform luminous flux density at the exit end of the rod integrator. When used as an integrator portion of a projection display device, the emission end of the rod integrator and the subsequent light valve are configured so as to form an imaging relationship (conjugate relationship) with each other via a relay lens.
[0037]
The light beams emitted from the second integrator unit and the third integrator unit 5 are refracted in a desired direction by the condenser lens 38 on the fly's eye 16 and the condenser lenses 55a and 55b on the extension surfaces thereof. The illumination optical system used in the projection display device is refracted such that the luminous flux from the outer peripheral auxiliary light source unit 8 and the central auxiliary light source unit 2 is superimposed on the subsequent light valve similarly to the luminous flux from the main light source unit 1. Preferably.
[0038]
In this embodiment, the luminous flux emitted from the outer peripheral auxiliary light source section 8 and the central auxiliary light source section 2 has a diameter of the luminous flux emitted so as to supplement the luminous flux in the low-density portion of the luminous flux emitted from the main light source section 1. Utilizing the small size, the second and third integrators for uniformizing the light quantity distribution of the light beams emitted from the auxiliary light sources 8 and 2 have a simple configuration using a rod integrator. . The position where the rod integrator is disposed is between the two fly eyes 15 and 16, and a space is effectively used to achieve a compact configuration.
[0039]
In the present invention, when the light source is such that the light amount distribution is substantially uniform in a state where the light flux emitted from the outer peripheral auxiliary light source unit 8 or the central auxiliary light source unit 2 is emitted, for example, When a simple laser light source is used, the light flux from the outer peripheral auxiliary light source unit 8 or the central auxiliary light source unit 2 does not need to be made uniform in light amount by an integrator. It can be configured.
[0040]
In addition, the central auxiliary light source unit 2 is configured to include a plurality of light sources, and the light beams from the plurality of light sources are combined so as to supplement the light flux near the center of the light beam from the main light source unit 1 to the low density portion. May be introduced into this light beam.
[0041]
Hereinafter, Examples 2 and 3 of the illumination optical system according to the present invention will be described. In each embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals unless otherwise specified, and detailed description of the already described matters is omitted.
[0042]
<Example 2>
FIG. 3A is a cross-sectional view of a schematic configuration of the illumination optical system according to the present embodiment. FIG. 3B is a view of the illumination optical system viewed from the side of the object to be illuminated (in the direction of the arrow A), and FIG. 3A is a cross section B of FIG. 3B. Unlike the first embodiment, this illumination optical system does not have a central auxiliary light source unit, but is a bright and compact illumination optical system by an outer peripheral auxiliary light source unit 8.
[0043]
The configuration of the main light source unit 1 of this embodiment is the same as that of the first embodiment. The first integrator unit also includes two fly eyes 15 and 16 as in the first embodiment. However, in this embodiment, since the central auxiliary light source unit is not provided, the lens cells are also provided at the center of the fly eyes 15 and 16. 17 and 18 are formed.
[0044]
The outer peripheral auxiliary light source section 8 of the present embodiment includes two light sources disposed so as to be substantially rotationally symmetric with respect to the optical axis of the reflector 12, and is provided at the focal positions of the reflectors 57a and 57b formed of parabolic mirrors. The light sources 56a and 56b are arranged respectively. The outer peripheral auxiliary light source section 8 of the illumination optical system according to the present invention is not limited to a laser light source, and may use a concave mirror reflector as in this embodiment. In this case, the outer peripheral auxiliary light source unit 8 can be configured at low cost and with a large amount of light. Since the light flux emitted from the outer peripheral auxiliary light source section 8 is substantially parallel light having a non-uniform light amount distribution, a fly-eye second integrator section 9 is provided for each light source in order to make the light amount uniform. . In order from the light source side, there are a second fly eye 58a, 58b corresponding to the outer peripheral auxiliary light source unit 8 and a first fly eye 59a, 59b corresponding to the outer peripheral auxiliary light source unit 8. Are provided at positions where the light flux from the outer peripheral auxiliary light source unit 8 is incident on both surfaces.
[0045]
FIG. 3B shows first fly eyes 59 a and 59 b corresponding to the outer peripheral auxiliary light source 8 formed on the outer peripheral portion of the first fly eye 16 on the side of the illuminated body. Each of the fly's eyes 59a and 59b is formed by arranging a plurality of lens cells 49 each composed of a minute convex lens having a rectangular outline having a size different from that of the lens cell 18. Further, as shown in FIG. 3A, the outer peripheral auxiliary light source provided with lens cells 48 corresponding to each lens cell 49 on the outer peripheral auxiliary light source unit side surface of the first fly's eyes 59a and 59b. A second fly eye 58 corresponding to the portion 8 is formed. The substantially parallel light beams from the outer peripheral auxiliary light source unit 8 are divided into respective partial light beams by the corresponding second fly eyes 58a and 58b and condensed, and further refracted in a desired direction by the corresponding first fly eyes 59a and 59b. And emitted. As the illumination optical system used in the projection display device, it is preferable that the light beam from the outer peripheral auxiliary light source unit 8 is refracted so as to be superimposed on the subsequent light valve similarly to the light beam from the main light source unit 1.
[0046]
The two fly eyes 58a, 58b, 59a, 59b of the second integrator section 9 may be integrally formed on an extension of the fly eye 16 of the first integrator section. Further, as the second integrator unit 9, not only the one in which one surface acts as the first fly eye and the other surface acts as the second fly eye as in the present embodiment, but also the first fly eye and the second fly eye. It is also possible to use a two-piece fly eye in which the fly eye is a separate member. In this case, at least one fly's eye is formed on the same member as at least one of the two fly's eyes 15 and 16 of the first integrator section, and the number of members is reduced to achieve a simple and compact configuration. be able to.
[0047]
Further, as a modification of the present embodiment, it is possible to use a reflector composed of an ellipsoidal mirror for the outer peripheral auxiliary light source section 8. In this case, a rod integrator may be used as the second integrator unit 9.
[0048]
<Example 3>
FIG. 4A is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the illumination optical system according to the present embodiment. FIG. 4B is a diagram of the illumination optical system viewed from the side of the illuminated body (the direction of arrow A), and FIG. 4A is a cross section B of FIG. 4B. This illumination optical system is also a bright and compact illumination optical system by the outer peripheral auxiliary light source unit 8.
[0049]
The configuration of the main light source unit 1 of this embodiment is the same as that of the first embodiment. The two fly eyes 15 and 16 of the first integrator are the same as in the second embodiment. Further, in this embodiment, an illumination optical system including a polarization conversion optical system 6 for converting a light beam from the main light source unit 1 that generates random polarized light into linearly polarized light is provided downstream of the first integrator unit. I have. As the illumination optical system used for the projection display device, for example, when the light valve of the device is a liquid crystal panel, the light emitted from the illumination optical system is substantially parallel light whose polarization direction is aligned. In some cases, this embodiment is preferable, and this embodiment shows an example of such an embodiment.
[0050]
The polarization conversion optical system 6 aligns the polarization direction of the light beam from the main light source unit 1 emitted from the first integrator unit. The polarization conversion optical system 6 has a well-known polarization beam splitter array and a light emitting surface side of the array. The plurality of λ / 2 phase films 21 are formed of a λ / 2 phase plate arranged in a stripe shape.
[0051]
In the polarization beam splitter array, polarization separation films 19 and reflection films 20 are alternately formed therein so as to have an angle of about 45 degrees with respect to the optical axis. A light beam from the main light source unit 1 that is randomly polarized light is incident from the corresponding lens cell of the fly's eye 16 and is separated by the polarization separation film 19 into two types of polarized light, P polarized light and S polarized light having different polarization directions. One polarized light passes through the polarized light separating film 19 and is emitted from the prism surface 22. The other polarized light is reflected by the polarization separation film 19 and the adjacent reflection film 20, and finally emitted from the polarization beam splitter array at an angle substantially parallel to the light beam that has passed straight through the polarization beam splitter array, and λ / 2 When passing through the phase film 21, the light is converted into a polarization direction substantially coincident with the light beam transmitted straight through the polarization beam splitter array due to the rotation of the polarization plane, and emitted. In FIG. 4B, a hatched portion is a portion where the λ / 2 phase film 21 is provided.
[0052]
The outer peripheral auxiliary light source unit 8 of the present embodiment includes four laser light sources 52 a to 52 d (light sources 52 b and 52 d which are arranged so as to be substantially rotationally symmetric with respect to the optical axis of the reflector 12). Illustrated). Here, the light beam from the light source 52a will be described, but the same applies to the light sources 52b to 52d. The light beam from the light source 52a is incident on the rod integrator 54a as the second integrator unit 9 at a predetermined angle by the action of the condenser lens 47a. Therefore, the light is reflected and emitted a plurality of times on the inner wall surface of the rod integrator 54a, emitted in a state where the light amount distribution is uniform at the light emitting end, and refracted in a desired direction by the condenser lens 55a. It is preferable that the illumination optical system used in the projection display apparatus be refracted so that the light beam from the outer peripheral auxiliary light source unit 8 is superimposed on the subsequent light valve similarly to the light beam from the main light source unit 1.
[0053]
Although not shown, the laser light sources 52b and 52d and the members on the optical path of the light beam from these light sources are substantially the same as the laser light source 52a and the members on the optical path of the light beam from this light source in FIG. 4B, the light fluxes from the light sources 52b and 52d are incident on the condenser lenses 55b and 55d shown in FIG. 4B, respectively. It is arranged in.
[0054]
When the light sources 52a to 52d of the outer peripheral auxiliary light source unit 8 emit light beams having the same polarization direction, a polarization conversion optical system for aligning the polarization direction of light from the light source is provided. There is no need to provide such a structure, and the structure can be simplified. That is, the light source of the main light source unit 1 generates random polarized light, and this light beam is converted into linearly polarized light by the polarization conversion optical system 6 to illuminate the illuminated object. A light beam whose polarization direction is aligned so as to have a polarization direction substantially coincident with the light beam from the main light source unit 1 converted into linearly polarized light by 6 is emitted. What is necessary is just to comprise so that illumination may be performed.
[0055]
When the light sources 52a to 52d of the outer peripheral auxiliary light source unit 8 generate random polarized light, the direction of polarization of light from the light source is converted into linearly polarized light from the main light source unit 1. It is preferable to appropriately arrange a polarization conversion optical system for aligning the polarization directions so as to substantially coincide with the following.
[0056]
Also in this embodiment, the condensing lenses 47a to 47d and 55a to 55d provided at positions where the light flux from the outer peripheral auxiliary light source unit 8 is incident are adjacent to the first fly eye 16 or the second fly eye 15. They may be arranged or they may be formed integrally with them.
[0057]
The first to third embodiments have been described above as specific embodiments of the illumination optical system according to the present invention. In each embodiment, the light flux from the outer peripheral auxiliary light source unit is supplemented to the light flux low-density portion on the outer peripheral portion of the light beam emitted from the main light source unit 1, and the light amount distribution of each light beam from the main light source unit and the outer peripheral auxiliary light source unit is made uniform. Because of this configuration, it is a compact illumination optical system capable of performing bright and uniform illumination.
[0058]
By the way, as the light source used for the main light source unit of the illumination optical system according to the present invention, for example, an ultra-high pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, etc., each of which has a unique spectral distribution depending on the type. Therefore, it does not have a uniform light amount distribution in the visible light region. Regarding the projection type display device, which is the main use of the illumination optical system according to the present invention, in addition to the demand for brightness, an image with good color reproducibility is required. The dispersion of the spectral distribution of the light source may be a problem. This is because, depending on the light source, the amount of light in a wavelength range necessary for improving color reproducibility is insufficient, or the amount of light in an unnecessary wavelength range is excessive.
[0059]
For example, FIG. 5 is a diagram illustrating a spectral distribution of wavelengths in a visible region of an ultra-high pressure mercury lamp, in which the vertical axis indicates light intensity. As shown in the figure, in this light source, the red wavelength region of the three primary color lights has a smaller amount of light compared to the wavelength regions corresponding to the other color components, while it has a light intensity peak in the yellow wavelength region. When light is used, a color image with a yellow tint is formed as a whole. Therefore, conventionally, as a measure for improving the color reproducibility of the device, illumination is performed by removing light in a wavelength range around 580 nm from the light emitted from the light source. This is contrary to the demand for improvement.
[0060]
According to the illumination optical system of the present invention, there is provided an outer peripheral auxiliary light source unit that emits a light beam so as to supplement a light beam in a low-density portion of an outer peripheral portion of the light beam emitted from the main light source unit, and a light source of the outer peripheral auxiliary light source unit Out of at least one of the light sources may emit a light beam having an intensity peak in a wavelength region to be increased in the spectral distribution of the light beam emitted from the main light source unit. For example, when the luminous body of the main light source unit is the ultrahigh pressure mercury lamp, at least one of the light sources of the outer peripheral auxiliary light source unit emits a light beam having an intensity peak in a red wavelength region. is there. As this light source, for example, an inexpensive and small red semiconductor laser can be used. According to such a configuration, the light intensity in the red wavelength region increases as a whole of the illumination light flux, and light around 580 nm from an extra-high pressure mercury lamp that has conventionally adversely affected color reproducibility can be used without being excluded. Become like The amount of light that has been eliminated so far corresponds to 20% of the total amount of light of the ultra-high pressure mercury lamp, and the effect of increasing the amount of light is high.
[0061]
By configuring the luminous flux having an intensity peak in the wavelength range to be increased in the spectral distribution of the luminous flux emitted from the main light source unit to be emitted from the outer peripheral auxiliary light source unit, the amount of light from the outer peripheral auxiliary light source unit simply increases. In addition to this, the light flux from the main light source section, which had been excluded for color reproducibility, can be captured without deteriorating color reproducibility. Obtainable. Note that the intensity peak of the light beam emitted from the outer peripheral auxiliary light source is not limited to the red wavelength range, and the wavelength range can be appropriately set according to the spectral distribution of the light source of the main light source.
[0062]
Also, the light source of the central auxiliary light source may be configured to emit a light beam having an intensity peak in a wavelength range to be increased, similarly to the light source of the outer peripheral auxiliary light source. The wavelength ranges of the light sources constituting the outer peripheral light source unit and the central auxiliary light source unit do not need to be all the same, and at least one of these light sources has an intensity peak in a wavelength range different from the other light sources. May be configured to emit a light beam having the following.
[0063]
The illumination optical system of the present invention is not limited to the one described above, and various modifications can be made. For example, in the main light source section, an elliptical mirror can be used as a concave mirror reflector that reflects light from the light source and emits the light forward. When the light source is arranged at the first focal point of the reflector composed of an ellipsoidal mirror, the light flux emitted from the opening of the reflector is converged on the second focal point of the ellipsoidal mirror, for the same reason as in the case of the parabolic reflector. Thus, the outer light flux density portion and the central light flux density portion exist in a predetermined angle range around the second focal point. Therefore, by providing the outer peripheral light source unit and the central auxiliary light source unit, it is possible to obtain the same operation and effect as in the case of the parabolic reflector.
[0064]
The light source of the main light source section is not limited to the arc tube type described in the first to third embodiments, but is often used as a xenon lamp. An anode is arranged at the rear of the reflector and the light emission side of the reflector is used. From which the cathode is arranged.
[0065]
Further, the first integrator unit for making the light amount of the light beam from the main light source unit uniform is not limited to the one using two fly eyes, and for example, a rod integrator can be used.
[0066]
In addition, the outer peripheral light source unit and the central auxiliary light source unit increase the light amount of the illumination optical system, make the light amount distribution uniform, and optimize the color reproducibility (including a case where a predetermined color is desired to be strengthened or weakened). It is preferable to generate an amount of light that can achieve the intended purpose.
[0067]
Further, the shape of the lens cell of each fly eye and the shape of each lens disposed in the optical path of the light beam from each light source unit can be appropriately set. The condenser lens in the optical path of the light flux from the outer peripheral and central auxiliary light source units may have the same shape as the fly-eye lens cell.
[0068]
It should be noted that the illumination optical system according to the present invention has a conventionally-proposed and many proposed illumination optical system having a plurality of light sources simply to increase the amount of light as a total amount, and has neither the object nor the effect. Are different. A conventional illumination optical system having a plurality of light sources aims at increasing the total amount of light by arranging a plurality of light sources having a size corresponding to the main light source of the present invention. These do not have the idea of supplementing the light flux from another light source to the light flux density portion of the light flux emitted from the light source unit provided with the reflector as in the present invention.
[0069]
Further, in order to solve the problem of the color reproducibility of the above-mentioned projection display device, an illumination optical system having an auxiliary light source for generating two primary color lights has already been proposed (for example, see JP-A-2002-174854). . However, in this illumination optical system, the light beam from the auxiliary light source is incident on a part of the multi-lens array (preferably one lens cell in the multi-lens array) for uniformizing the light quantity distribution of the white light source. I have. The illumination optical system according to the present invention includes a second integrator section that is appropriate for each light beam from the auxiliary light source, and is configured so that the light flux from the peripheral auxiliary light source section can also have a uniform light amount distribution.
[0070]
Next, Embodiment 4 will be described as a specific embodiment of the projection display apparatus according to the present invention. Also in the fourth embodiment, the same components as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals unless otherwise specified, and the detailed description of the already described items is omitted.
[0071]
<Example 4>
FIG. 6 shows a schematic configuration of the projection display apparatus according to the present embodiment. This apparatus is an apparatus using the illumination optical system according to the first embodiment as a representative of the illumination optical system according to the present invention. The polarization conversion optical system 6 of the illumination optical system is the same as that of the third embodiment and is well known in the related art.
[0072]
This device illuminates a light valve composed of a transmission-type image display element that performs light modulation of an illumination light beam based on predetermined image information with an illumination light beam from an illumination optical system, and carries image information from the light valve. The light beam is projected via the projection optical system 67. The illumination light flux is transmitted from the illumination optical system of the present invention in a state where the light quantity distribution is made uniform by the first integrator unit 4, the second integrator unit, and the third integrator unit 5, and the polarization direction is made uniform by the polarization conversion optical system 6. Is emitted. Then, as shown below, the illumination light flux is decomposed into three primary color lights, light-modulated by liquid crystal panels 64a to 64c which are transmission image display elements for each color light, and these projection light fluxes are combined. The image is projected by the projection optical system 67 to form a full-color image on a screen (not shown). The first to third color light components described below can correspond to the three primary color lights of blue, green, and red in an arbitrary order.
[0073]
That is, the illumination light beams emitted from the illumination optical system are decomposed by the dichroic mirrors 62a and 62b, and applied to the liquid crystal panels 64a to 64c on which images for the first to third color light components are displayed. The dichroic mirror 62a separates the illumination light beam into a first color light component light beam and a combined light beam of the second and third color light components, and the dichroic mirror 62b combines the second and third color light components separated by the dichroic mirror 62a. The light beam is separated into a second color light component and a third color light component. On the optical path of the illumination light flux, total reflection mirrors 63 to d for deflection and condenser lenses 61 a to 61 f are arranged, and on the liquid crystal panels 64 a to 64 c, the main light source unit 1, the outer peripheral auxiliary light source unit, The light flux from the central auxiliary light source 2 is superimposed. The first to third color light components, which are projection light beams transmitted through the liquid crystal panels 64a to 64c and light-modulated based on predetermined image information, are combined with the dichroic film 65a that reflects the first color light component and the third color light component. The light is synthesized by a cross prism 66 having a reflecting dichroic film 65b therein.
[0074]
According to the present embodiment, by providing the illumination optical system according to the present invention, it is possible to obtain a projection-type display device that is compact, has high illumination efficiency, and can perform bright and uniform illumination while being compact.
[0075]
The projection display device of the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made. For example, the illumination optical system of the present invention can be used arbitrarily as the projection display of the present invention.
[0076]
Further, in the projection display device of the present invention, the light valve is not limited to the embodiment. For example, the illumination optical system of the present invention can be applied to a digital micromirror device (DMD) or a projection display device including a light valve formed of a reflective image display element. Further, the projection display device of the present invention is not necessarily limited to a color image display device, and may be a monochrome image display device.
[0077]
Further, as described above, the illumination optical system according to the present invention converts the light flux having an intensity peak in a wavelength range to be increased in the spectral distribution of the light flux emitted from the main light source unit into the peripheral auxiliary light source unit and / or the central auxiliary light source. The light source may be configured to emit light from at least one light source among a plurality of light sources constituting the unit. For example, as in this case, when the luminous flux from at least one of the light sources constituting the auxiliary light source unit is not white light and the light intensity is biased to a specific wavelength range, the auxiliary light source unit is configured. The luminous flux from at least one of the plurality of light sources is a light beam among the plurality of light valves of an apparatus configured to separate the illuminating light beam into color light, carry image information by the light valve for each color light, and then perform color synthesis. You may comprise so that only some light valves may be illuminated. For example, when the main light source unit emits white light and at least one of the auxiliary light source units is a red semiconductor laser, the light from this light source illuminates only the red component light valve. It may be.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the illumination optical system and the projection display apparatus using the same according to the present invention, the light flux emitted from the main light source unit including the light source and the reflector is located at the light flux low-density portion on the outer peripheral portion. It is provided with a peripheral auxiliary light source unit that emits a light beam so as to supplement the light beam, and is configured to be able to equalize the light amount distribution of each light beam from the main light source unit and the peripheral auxiliary light source unit, while being compact, An illumination optical system having high illumination efficiency and capable of performing bright and uniform illumination and a projection display apparatus using the same can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an intensity distribution of light reflected by a parabolic reflector;
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a spectral distribution diagram of wavelengths in a visible region of an ultra-high pressure mercury lamp.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a projection display apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 main light source
2 Central auxiliary light source
3 Deflection mirror
4 First integrator section
5 Third integrator
6. Polarization conversion optical system
7, 66 cross prism
8 Peripheral auxiliary light source
9 Second integrator
11,56 light source
12,57,104 Parabolic reflector
15 2nd fly eye
16 First fly eye
17, 18, 48, 49 lens cells
19 Polarization separation film
20 Reflective film
21 λ / 2 phase film
22 Prism surface
31, 52 Semiconductor laser
35, 53 Collimator lens
36 Rod Integrator
37, 38, 47, 55, 61 Condensing lens
58 2nd fly eye corresponding to peripheral auxiliary light source
59 1st fly eye corresponding to outer peripheral auxiliary light source
62 dichroic mirror
63 total reflection mirror
64 transmissive liquid crystal panel
65 dichroic membrane
67 Projection optical system
101 arc tube
108 luminous point

Claims (8)

発光体およびこの発光体から出射された光を被照明体側に反射するリフレクタを備えた主要光源部と、この主要光源部からの光束の光量均一化を図る主要インテグレータ部と、前記主要光源部から出射された光束の外周部の光束低密部に光束を補うように光束を出射する外周補助光源部と、この外周補助光源部からの光束の光量均一化を図る外周補助インテグレータ部とを備えたことを特徴とする照明光学系。A main light source unit including a light emitter and a reflector that reflects light emitted from the light emitter toward the object to be illuminated; a main integrator unit for equalizing the amount of light flux from the main light source unit; and a main light source unit. An outer peripheral auxiliary light source unit that emits a light beam so as to supplement a light beam in a low-density portion of an outer peripheral portion of the emitted light beam, and an outer peripheral auxiliary integrator unit that equalizes the light amount of the light beam from the outer peripheral light source unit An illumination optical system, characterized in that: 発光体およびこの発光体から出射された光を被照明体側に反射するリフレクタを備えた主要光源部と、この主要光源部からの光束の光量均一化を図る主要インテグレータ部と、前記主要光源部から出射された光束の外周部の光束低密部に光束を補うように光束を出射する外周補助光源部とを備え、この外周補助光源部から出射される光束は出射された状態で光量分布が略均一とされていて、該外周補助光源部からの光束の光量均一化を図る手段は省略されていることを特徴とする照明光学系。A main light source unit including a light emitter and a reflector that reflects light emitted from the light emitter toward the object to be illuminated; a main integrator unit for equalizing the amount of light flux from the main light source unit; and a main light source unit. An outer peripheral auxiliary light source unit that emits a light beam so as to supplement the light beam in a low-density portion of the outer peripheral portion of the emitted light beam, and the light beam emitted from the outer auxiliary light source unit has a light amount distribution substantially in an emitted state. An illumination optical system, wherein the illumination optical system is uniform, and means for uniformizing the amount of light flux from the outer peripheral auxiliary light source unit is omitted. 前記主要光源部から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する中央補助光源部を備えたことを特徴とする請求項1または2記載の照明光学系。The illumination optical system according to claim 1, further comprising a central auxiliary light source unit that emits a light beam so as to supplement the light beam in a low-density portion near the center of the light beam emitted from the main light source unit. 前記外周補助光源部が複数個の光源を備えてなることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の照明光学系。The illumination optical system according to any one of claims 1 to 3, wherein the outer peripheral auxiliary light source unit includes a plurality of light sources. 前記外周補助光源部が、前記外周部の光束低密部の、前記リフレクタの光軸に対し互いに略回転対称となる位置に光束を出射する複数個の光源を備えてなることを特徴とする請求項4記載の照明光学系。The outer peripheral auxiliary light source section includes a plurality of light sources that emit light beams at positions in the light flux density portion of the outer peripheral portion that are substantially rotationally symmetric with respect to the optical axis of the reflector. Item 5. The illumination optical system according to item 4. 照明光学系の瞳面と前記主要光源部から出射された光束による照射面とが、前記照明光学系の瞳位置で光軸と直交する断面において部分的に互いに重なるよう構成され、該断面において、前記瞳面と前記照射面とが重ならない部分のうち該瞳面が該照射面より突出する部分に光束を補うように光束を出射する前記外周補助光源部を備えたことを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項記載の照明光学系。A pupil plane of the illumination optical system and an irradiation surface with a light beam emitted from the main light source unit are configured to partially overlap with each other in a cross section orthogonal to an optical axis at a pupil position of the illumination optical system. The peripheral auxiliary light source unit that emits a light beam so as to supplement a light beam in a portion where the pupil surface protrudes from the irradiation surface out of a portion where the pupil surface and the irradiation surface do not overlap with each other. The illumination optical system according to any one of claims 1 to 5. 前記リフレクタが、光軸に直交する断面において略長方形状となる光束を出射する角型リフレクタとされていることを特徴とする請求項6記載の照明光学系。The illumination optical system according to claim 6, wherein the reflector is a rectangular reflector that emits a light beam having a substantially rectangular shape in a cross section orthogonal to the optical axis. 請求項1〜7のうちいずれか1項記載の照明光学系を備え、この照明光学系からの光束により、所定の画像情報に基づいて照明光束の光変調を行なう少なくとも1つのライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した光束を、投写光学系を介し投写することを特徴とする投写型表示装置。An illumination optical system according to any one of claims 1 to 7, wherein the light from the illumination optical system illuminates at least one light valve that performs light modulation of the illumination light based on predetermined image information. A projection type display device characterized by projecting a light beam carrying image information from the light valve via a projection optical system.
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