JP2006285042A - Light source device and combined light source apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロジェクターや半導体露光装置等の照明系(システム)に用いて好適な光源装置の技術に関する。 The present invention relates to a technology of a light source device suitable for use in an illumination system (system) such as a projector or a semiconductor exposure apparatus.
プロジェクターにおいては、多くの光量が必要になるため、その光源としてはアークランプなどの高輝度ランプが用いられる。しかしながら、アークランプ(キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプなど)は寿命が短く、例えば、メタルハライドランプでは、1000時間程度の使用時間で、光の中心強度が50%低下してしまう。
このために、長寿命の光源が求められている。特許文献1に記載の装置は、発光ダイオードを用いた光源装置が記載されている。発光ダイオードを用いれば、光源としての寿命は著しく長くなり、好適である。
For this reason, a long-life light source is required. The device described in Patent Document 1 describes a light source device using a light emitting diode. If a light emitting diode is used, the lifetime as a light source becomes remarkably long, which is preferable.
ところで、特許文献1に記載の光源にあっては、LED群を構成する一つひとつのLEDの出射光をレンズやミラーによって照射対象物に導いている。この場合、照射対象のある点に対して一つのLEDの光が導かれるが、そのLEDが担当する照射エリアにおける照度の分布を考えると、LEDの出射光の強度が出射角度によって異なるため、レンズやミラーなどの光学経路を通っても強度のばらつきが残り、最終的な照射エリアにおいても照度がばらついてしまう。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、LEDなどの発光素子の出射角度による光の強度のばらつきを無くして照射対象物を照射することができる光学装置を提供することを目的としている。
By the way, in the light source of patent document 1, the emitted light of each LED which comprises LED group is led to the irradiation target object with the lens or the mirror. In this case, the light of one LED is guided to a certain point to be irradiated, but considering the distribution of illuminance in the irradiation area that the LED is responsible for, the intensity of the emitted light from the LED varies depending on the emission angle. Even after passing through an optical path such as a mirror or a mirror, variations in intensity remain, and the illuminance varies even in the final irradiation area.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an optical device capable of irradiating an irradiation object without variation in light intensity due to an emission angle of a light emitting element such as an LED. .
上記課題を解決するため、本発明は、入力端面から出力端面に向けて伸びる柱状の本体を有し、前記入力端面に光が入射されると前記本体の内部で反射しながら前記出力端面に向うよう構成され、前記入力端面に入射された光をミキシングして出力する光ミキシング部材と、前記光ミキシング部材の入力端面の近傍に設けられる発光素子とを具備することを特徴とする光源装置を提供する。
また、入力端面から出力端面に向けて伸びる柱状の本体を有し、前記入力端面に光が入射されると前記本体の内部で反射しながら前記出力端面に向うよう構成され、前記入力端面に入射された光をミキシングして出力する光ミキシング部材と、前記入力端面の近傍に設けられる発光素子とが対になった発光ユニットを複数設け、前記各発光ユニットは前記光ミキシング部材が束ねられるようにして集合して構成されていることを特徴とする光源装置を提供する。
この場合、一の端面から他の端面に向けて伸びる柱状の本体を有し、前記一の端面に光が入射されると前記本体の内部で反射しながら前記他の端面に向うよう構成され、前記一の端面に入射された光をミキシングして出力する第2の光ミキシング部材を有し、前記一の端面には、束ねられた前記各光ミキシング部材の各出力端面から出射される複数の光が入射されるようにしてもよい。
In order to solve the above problems, the present invention has a columnar main body extending from an input end face toward an output end face, and when light enters the input end face, the light is reflected inside the main body and faces the output end face. A light source device comprising: an optical mixing member configured to mix and output light incident on the input end surface; and a light emitting element provided in the vicinity of the input end surface of the optical mixing member. To do.
Also, it has a columnar main body extending from the input end face toward the output end face, and is configured to be directed toward the output end face while being reflected inside the main body when light is incident on the input end face, and is incident on the input end face. A plurality of light-emitting units each paired with a light-mixing member that mixes and outputs the emitted light and a light-emitting element provided in the vicinity of the input end face, and each light-emitting unit is configured to bundle the light-mixing members. Provided is a light source device characterized by being assembled together.
In this case, it has a columnar main body extending from one end face toward the other end face, and is configured to face the other end face while being reflected inside the main body when light is incident on the one end face. A second optical mixing member that mixes and outputs the light incident on the one end surface; and the one end surface includes a plurality of light exiting from the output end surfaces of the bundled optical mixing members. Light may be incident.
また、上記構成において、前記発光素子は主たる光量を出射する範囲が前記入力端面に重なり、前記範囲の境界線が、前記入力端面の縁部に位置するように、前記光ミキシング部材の近傍に配置されると好適である。
また、前記入力端面の近傍に設けられる前記発光素子は複数であってもよい。
また、発光素子を複数設ける場合は、出力光の波長が異なる複数のグループに分かれているようにしてもよい。
また、上述した光源装置を複数設けるとともに、各光源装置の出力光を同一の照射対象物に導く光学系を有する複合光源装置として構成することもできる。
Further, in the above configuration, the light emitting element is disposed in the vicinity of the optical mixing member such that a range in which a main light amount is emitted overlaps with the input end face, and a boundary line of the range is located at an edge of the input end face. Is preferred.
A plurality of the light emitting elements provided in the vicinity of the input end face may be provided.
When a plurality of light emitting elements are provided, the light emitting elements may be divided into a plurality of groups having different wavelengths of output light.
In addition, a plurality of light source devices described above can be provided, and a composite light source device having an optical system that guides output light of each light source device to the same object to be irradiated can also be configured.
ミキシング部材によって発光素子の出力光がミキシングされるので、各発光素子が担当する照射エリアの照度分布が均一化される。また、各発光素子はミキシング部材の入力端面の近傍に配置されているので、発光素子から出力される有効な光はほとんどミキシング部材に入射されるとともに、発光素子とミキシング部材の間にレンズ等の光学系もないので、出射光はほとんど減衰されずにミキシング部材に入射される。 Since the output light of the light emitting elements is mixed by the mixing member, the illuminance distribution in the irradiation area assigned to each light emitting element is made uniform. Further, since each light emitting element is disposed in the vicinity of the input end face of the mixing member, most of the effective light output from the light emitting element is incident on the mixing member, and a lens or the like is interposed between the light emitting element and the mixing member. Since there is no optical system, the emitted light is incident on the mixing member with almost no attenuation.
以下、本願発明の実施形態について説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態である照明光学装置100を有するDMD(登録商標)(Digital Micromirror Device)を用いたDLP(登録商標)(Digital Light Processing)方式のプロジェクターの構成を示している。照明光学装置100はLED等の発光素子2と、ロッドインテグレータ4とをそれぞれ一対ずつ有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a configuration of a DLP (registered trademark) (Digital Light Processing) type projector using a DMD (registered trademark) (Digital Micromirror Device) having an illumination
ロッドインテグレータ4は、直方体形状の透明な導光路であり、その中心軸を発光素子2およびリレーレンズ部6の光軸に一致させた状態で固定されている。ここで、発光素子2からの照明光は、ロッドインテグレータ4の一方の端面(以下、入力端面4aという)に入射し、ロッドインテグレータ4の側面により全反射されつつ伝搬し、ロッドインテグレータ4の他方の端面(以下、出力端面4bという)からリレーレンズ部6に向けて出射される。
The
発光素子2はロッドインテグレータ4の入力端面4aに近接して設けられている。近接のさせ方としては、例えば、図2に示すように、発光素子2の主たる光量を出射する範囲が入力端面4aに重なり、その範囲の境界線L1が入力端面4aの縁部に位置するようにする。この場合、発光素子2と入力端面4aとの間にはレンズ等の光学系は設けられておらず、また、上述のように主たる光量を出射する範囲は入力端面4aにほぼ重なっているので、発光素子2からの出力光のほとんどが減衰することなくロッドインテグレータ4に入射することになる。
The
ロッドインテグレータ4の出射光は、リレーレンズ部6を通過することにより平行光となる。全反射プリズム8は、このリレーレンズ部6を通過した照明光を全反射して反射型表示デバイス10に入射させる。
Light emitted from the
図3(a)は、反射型表示デバイス10の構成を示す図である。反射型表示デバイス10は、全反射プリズム8からの照明光に空間変調を画素毎に施すものであり、13μm程度の正方形状の複数のマイクロミラー101が2次元アレイ状に配列されて構成されている。
FIG. 3A is a diagram showing the configuration of the
図3(b)は、マイクロミラー101の動作を示す図である。マイクロミラー101は、反射型表示デバイス10の半導体基板103上にピボット105によって支持されている。各マイクロミラー101は、半導体基板103にアレイ上に形成されたトランジスタ(図示省略)がオンして発生する静電力に基づいて偏向し、発光素子2からの照明光を有効反射光(外部へ照射される光)とする場合は、マイクロミラー101を図3(b)の実線で示す状態にし、照明光を投射レンズ12に向けて順次反射させる。一方、無効反射光(外部へ照射されない光)とする場合は、マイクロミラー101を図3(b)の破線で示す状態にし、照明光がストッパー102によって吸収されるようにする。また、マイクロミラー101は、画素信号の大きさに応じて投射レンズ12への反射時間が制御され、例えば、画素信号が8ビットならば、反射光量は256階調で変化する。つまり、各マイクロミラー101の反射時間が制御されることによって画素毎の階調が表現されるようになっている。
FIG. 3B is a diagram illustrating the operation of the
反射型表示デバイス10により反射された照明光は、全反射プリズム8を透過する。投射レンズ12は、このようにして反射型表示デバイス10で反射されて全反射プリズム8を透過する光を図示しないスクリーンに投射する。
The illumination light reflected by the
以上説明した本実施形態によれば、光源にLEDを用いることで、光源の寿命を長くすることができる。また、ロッドインテグレータ4によって発光素子2の出力光がミキシングされるので、照射対象である反射型表示デバイス10のマイクロミラー101の2次元マトリクスの面の照度は均一になる。すなわち、LED等の発光素子2は、出射角度によって例えば図4に示すような光強度特性を有している。ここで、図4は、発光素子2から出射される照明光の配光分布の一例を示す図である。一般的なLEDの配光分布は図4のようになっていることもあり、その場合、中心部の出力光のみを用いると光利用効率が悪くなってしまうという問題がある。したがって、発光素子2の光をそのまま導いて照射対象を照射したとすれば、その発光素子が受け持つ照射エリアについては図4に示す光強度特性に起因するばらつきが生じてしまう。本実施形態においては、ロッドインテグレータ4を用いる構造であるため、ロッドインテグレータ4内における光の反射によるミキシング効果で発光素子の出射角度にともなう強度のばらつきは是正されて均一になり、したがって、照射エリアの照度も均一になる
また、発光素子2は入力端面4aの近傍に配置されているので、発光素子2から出力される光のほとんどが減衰のない状態でロッドインテグレータ4に入射されるから、光量が多くとれるという効果を奏する。
According to the embodiment described above, the life of the light source can be extended by using the LED as the light source. Further, since the output light of the
なお、上述した実施形態においては、中実のロッドインテグレータ4を用いたが、図5(a)に示すように中空のロッドインテグレータ4′を用いてもよい。中空のロッドインテグレータ4′は、内面がミラーになっており、入射された光はこの内面ミラーによって反射される。中空のロッドインテグレータ4′も前述の中実のロッドインテグレータ4と同様の作用を行うが、中空のロッドインテグレータ4′の場合は、図5(b)に示すように、発光素子2の発光点をロッドインテグレータ4′の内部に位置するように構成することができる。
In the above-described embodiment, the
<第2実施形態>
図6は、本発明の第2実施形態である照明光学装置の構成を示す図である。上記第1実施形態では、一対の発光素子2とロッドインテグレータ4とを用いた例を示したが、本実施形態では、この対を複数設けている。また、本実施形態では中空のロッドインテグレータ4′を使用している。
Second Embodiment
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an illumination optical apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the said 1st Embodiment, although the example using a pair of light emitting
ここで、発光素子2とロッドインテグレータ4′の部分を拡大した側面図を図7に示す。この図に示すように、本実施形態においては発光素子2の発光点はロッドインテグレータ4′の中に位置している。また、図は側面図であるため、各4個の発光素子2とロッドインテグレータ4′が示されているが、正面から見た場合には4×4のマトリックスになっている。
Here, an enlarged side view of the
ここで、ロッドインテグレータ4′、4′…の斜視図を図8(a)に示す。この図に示すようにロッドインテグレータ4′、4′…は正面からみた場合に4×4のマトリックスとなるようにして束ねられている。
なお、図8(b)に示すように、端面の面積の大きな一つのロッドインテグレータ40を用いることも考えられるが、この場合には、ロッドインテグレータ40の内部での光の反射回数が少なくなるため、図8(a)に示す場合と同じ効果を得るには、ロッドインテグレータ40の長手方向の長さを長くしなければならず、装置が大型化するなどの問題を生じる。
Here, a perspective view of the
As shown in FIG. 8B, it is conceivable to use one
本実施形態においては、端面の面積が小さな細長いロッドインテグレータ4′を束ねて用いるので、上述の問題は生じない。さらに、発光素子2とロッドインテグレータ4′の対が、マトリクス状に束ねられているので、ロッドインテグレータ4′の集合体から出力される光の光量が大きくなるという利点を有する。
In the present embodiment, since the
なお、ロッドインテグレータ4′を集合させているので、それらの境目が照明対象に映ることがある。
そこで、束ねられているロッドインテグレータ4′のそれぞれの先端部分を覆うロッドインテグレータ42をさらに設けるようにしても良い。このときのロッドインテグレータ4′とロッドインテグレータ42の側面図を図9に示す。ロッドインテグレータ42は、直方体で中空の本体を有しており、本体内面がミラーになっている。
Since the rod integrator 4 'is assembled, the boundary between them may be reflected in the illumination target.
Therefore, a
以上の構成によれば、ロッドインテグレータ4′の集合からの出射光がロッドインテグレータ42によってミキシングされるので、ロッドインテグレータ4′の集合体の境目が消滅した照射光が反射型表示デバイス10に入射されることになる。
なお、本実施形態において中実のロッドインテグレータを用いても勿論構わない。
According to the above configuration, since the emitted light from the set of
Of course, a solid rod integrator may be used in this embodiment.
<第3実施形態>
図10は、本発明の第3実施形態である照明光学装置の構成を示す図である。この実施形態においては、第2実施形態において示した光源のユニットを3台設け、それぞれの発光素子として、緑、赤、青のLEDを用いている。図10においては、緑のLEDを用いたユニットをユニットU1、赤のLEDを用いたユニットをユニットU2、青のLEDを用いたユニットをユニットU3として示している。
また、各ユニットU1〜U3の出射光を照射対象である反射型表示デバイス10に導くリレーレンズ6a、6b、6cおよびクロスダイクロイックプリズム14が設けられている。
<Third Embodiment>
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an illumination optical apparatus according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment, three light source units shown in the second embodiment are provided, and green, red, and blue LEDs are used as the respective light emitting elements. In FIG. 10, a unit using a green LED is shown as a unit U1, a unit using a red LED is shown as a unit U2, and a unit using a blue LED is shown as a unit U3.
In addition,
ユニットU1〜3から出射された照明光はリレーレンズ6a〜6cのそれぞれによって平行光になり、クロスダイクロイックプリズム14に出射される。クロスダイクロイックプリズム14に入射されたユニットU1からの照明光はクロスダイクロイックプリズム14を透過し全反射プリズム8に出射される。ユニットU2からの照明光はクロスダイクロイックプリズム14によって光路が90度折り曲げられ全反射プリズム8に出射される。ユニットU3からの照明光も同じようにクロスダイクロイックプリズム14によって光路が90度折り曲げられ全反射プリズム8に出射される。
The illumination light emitted from the units U1 to U3 is converted into parallel light by the
以上のようにして、それぞれのユニットから入射される緑、赤、青のそれぞれの照明光を順次出射し、各色が出射されているタイミングにおいて、反射型表示デバイス10がその色の像を生成することにより、カラー画像が生成される。
As described above, the green, red, and blue illumination lights incident from the respective units are sequentially emitted, and the
<他の実施形態>
上記各実施形態では、DMDを用いたDLP方式のプロジェクターに適用する場合を例に照明光学装置を説明した。しかし、プロジェクターには、DLP方式以外にも、例えばLCOS(Liquid Crystal On Silicon)方式のプロジェクターや、透過型LCDプロジェクターなど各種のものがある。本発明に係る照明装置は、プロジェクターの方式に合わせて必要な変形を加えることにより、表示素子や光学方式を問わず、各種のプロジェクターに適用可能である。
<Other embodiments>
In each of the above-described embodiments, the illumination optical device has been described by way of example when applied to a DLP projector using DMD. However, in addition to the DLP system, there are various projectors such as an LCOS (Liquid Crystal On Silicon) system projector and a transmissive LCD projector. The illumination device according to the present invention can be applied to various projectors regardless of the display element or the optical system by making necessary modifications according to the system of the projector.
また、上記実施形態では、1つの発光素子に1つのロッドインテグレータを設けた場合を示したが、ロッドインテグレータに対する発光素子の数は1つに限らず、複数であってもよい。図11にその例を示した。図11においては、1つのロッドインテグレータ4′に対して、2つの発光素子2を設けた場合を示した。
Moreover, although the case where one rod integrator was provided in one light emitting element was shown in the said embodiment, the number of the light emitting elements with respect to a rod integrator is not restricted to one, A plurality may be sufficient. An example is shown in FIG. FIG. 11 shows a case where two light emitting
また、発光素子の色は単色に限らず、図12に示すように、複数色のLEDを発光素子2として設けるようにしてもよい。なお、図12における「R」、「B」、「G」はそれぞれ赤、青、緑のLEDであることを示している。さらに、LEDの数は前述した実施形態や図12に示した3×3の個数に限らず、さらに多数(m×n)設けるようにしてもよい。
The color of the light emitting element is not limited to a single color, and a plurality of colors of LEDs may be provided as the
2…発光素子、4,4′,40…ロッドインテグレータ、6…リレーレンズ部、8…全反射プリズム、10…反射型表示デバイス、12…投射レンズ、14…クロスダイクロイックプリズム、100…照明光学装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光ミキシング部材の入力端面の近傍に設けられる発光素子と
を具備することを特徴とする光源装置。 It has a columnar body extending from the input end face toward the output end face. When light is incident on the input end face, the light is incident on the input end face while being reflected inside the body. An optical mixing member that mixes and outputs light; and
A light emitting device provided in the vicinity of an input end face of the optical mixing member.
前記各発光ユニットは前記光ミキシング部材が束ねられるようにして集合して構成されていることを特徴とする光源装置。 It has a columnar body extending from the input end face toward the output end face. When light is incident on the input end face, the light is incident on the input end face while being reflected inside the body. A plurality of light emitting units in which a light mixing member that mixes and outputs light and a light emitting element provided in the vicinity of the input end surface are paired,
Each of the light emitting units is configured to be assembled so that the light mixing members are bundled together.
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A761 | Written withdrawal of application |
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