JP2006317611A - Illuminating optical apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、プロジェクター(投射装置)などの画像表示装置の光源として好適な照明光学装置に関する。 The present invention relates to an illumination optical apparatus suitable as a light source for an image display apparatus such as a projector (projection apparatus).
画像表示装置であるプロジェクターは、光源より出射される照明光を赤色、青色、緑色の波長帯域に分離して液晶表示パネル等の空間変調素子によりそれぞれ変調した後、これら空間変調素子の出射光を合成光学系により合成した後、スクリーンに投射し、カラーの表示画像を形成する。このようなプロジェクター用の光源として、可視光の波長帯域で発光効率の高い超高圧水銀ランプがある。しかしながら、超高圧水銀ランプは、青色、緑色の波長帯域である440〔nm〕近辺の波長帯域、550〔nm〕近辺の波長帯域においては、十分な光量を確保できるのに対し、赤色の波長帯域である600〔nm〕以上の波長帯域においては、これら青色、緑色の波長帯域に比して、十分な光量を確保することができない。このため、従来は、白色表示時の色度を適正値近くに保つため、弱い赤色波長帯域に合わせて青色、緑色波長帯域の光量を低下させるという措置を採っていた。青色、緑色波長帯域の光量を低下させないと、本来白く表示させるべきものが緑っぽい白色になるからである。しかし、このような措置を採るとすると、例えばD65(一般的に白色の基準とされている色度)を基準として考えた場合、全波長帯域の光量を強度の弱い赤色波長帯域に合わせるので、その分、表示画面が暗くなることを避け得ない。また、光源から出射される照明光の一部が無駄に消費されるという問題がある。 A projector that is an image display device divides illumination light emitted from a light source into red, blue, and green wavelength bands and modulates them with a spatial modulation element such as a liquid crystal display panel. After being synthesized by the synthesis optical system, it is projected on a screen to form a color display image. As a light source for such a projector, there is an ultra-high pressure mercury lamp with high luminous efficiency in the visible light wavelength band. However, the ultra-high pressure mercury lamp can secure a sufficient amount of light in the wavelength band near 440 [nm], which is the blue and green wavelength band, while the red wavelength band is in the wavelength band near 550 [nm]. In the wavelength band of 600 [nm] or more, a sufficient amount of light cannot be ensured as compared with the blue and green wavelength bands. For this reason, conventionally, in order to keep the chromaticity at the time of white display close to an appropriate value, measures have been taken to reduce the amount of light in the blue and green wavelength bands in accordance with the weak red wavelength band. This is because if the amount of light in the blue and green wavelength bands is not reduced, what should be displayed in white becomes greenish white. However, when such measures are taken, for example, when considering D65 (chromaticity that is generally regarded as a white reference) as a reference, the amount of light in the entire wavelength band is adjusted to the red wavelength band with low intensity. Therefore, it is inevitable that the display screen becomes dark. In addition, there is a problem that part of the illumination light emitted from the light source is wasted.
特許文献1は、このような問題を解決するべく図4に示す照明光学装置を開示している。この照明光学装置は、超高圧水銀ランプ5による主光源6と、半導体レーザ7を用いたレーザ光源による副光源8とを有している。ここで主光源6は、超高圧水銀ランプ5より出射されるほぼ白色光による照明光を直接にまたはリフレクタ9により反射してフライアイレンズ10Aおよび10Bに出力する。フライアイレンズ10Aおよび10Bは、この主光源による主の照明光について、光量分布を均一化して出射する。続く偏光変換素子12は、P偏光成分をS偏光成分に変換してフライアイレンズ10Aおよび10Bの出射光を透過する。コンデンサレンズ13は、偏光変換素子12の出射光をほぼ平行光線に変換して出射する。これらにより主光源6は、ほぼ均一な光量分布により、またほぼ平行光線により超高圧水銀ランプ5による主の照明光を出射する。これに対して副光源8は、半導体レーザ7より、赤の波長帯域である波長約650〔nm〕のレーザビームを出射する。副光源8は、このレーザビームの光軸が主の照明光の光路に対してほぼ直交するように配置され、所定の光学系14を介して、レーザビームの光束形状を補正し、また光量分布、発散角を補正する。なお副光源8は、主照明光の偏光面と対応する偏光面となるように、半導体レーザ7の傾き等が設定されている。
Patent Document 1 discloses an illumination optical device shown in FIG. 4 in order to solve such a problem. This illumination optical device has a
主および副の照明光の各光路が交差する位置には、主および副の照明光の各光路にほぼ45度の角度により傾くように反射型ホログラム素子17が配置されている。ここで反射型ホログラム素子17は、リップマン型のいわゆる厚いホログラムであり、回折波長帯域の選定により、副の照明光を矢印X方向に反射するとともに、この副の照明光に対応する波長帯域を除いて、主の照明光を透過して矢印X方向に出力する。この反射型ホログラム素子17により、主の照明光において不足する赤色帯域が副の照明光により置き換えられ、十分な光量を確保してなる照明光が矢印X方向に出射される。
ところで、上述した従来の照明光学装置は、赤色波長帯域の光量を増加させるために、主の照明光における赤色波長帯域の光を反射型ホログラム素子17により遮り、それに代えて副光源8の出力光を主の照明光と共に出力しているので、赤色波長帯域の光を遮る際に熱が発生し、この熱を逃がすための手段が必要であるという問題がある。また、従来の照明光学装置は、偏光変換素子12での損失が大きく、ここで損失したエネルギーは熱となり、この熱が有機系フィルムを材料とした偏光変換素子の一部のλ/2板に悪影響を与えるという問題がある。さらに偏光変換素子は高価であるという問題もある。また、従来の照明装置は、副光源として半導体レーザを用いているので、消費電力が嵩み、かつ、コスト高になるという問題がある。ここで、副光源を赤色LEDなどにより構成することが考えられる。しかし、赤色LEDの光量と、同一波長帯域における超高圧水銀ランプの光量を比較すると、後者の方が大きい。従来の照明光学装置における副光源を半導体レーザから赤色LEDに置き換えるとすると、赤色波長帯域が緑色、青色波長帯域に比べて不足している分を補う照明光を得るための赤色LEDだけでなく、遮光される主の照明光における赤色波長帯域の光量を回復するための赤色LEDを設ける必要がある。従って、副光源として極めて多数の赤色LEDを設ける必要があり、これは現実的でない。
By the way, in the conventional illumination optical device described above, in order to increase the amount of light in the red wavelength band, the light in the red wavelength band in the main illumination light is blocked by the
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、発熱を生じさせる遮光を行うことなく、また、偏光変換による光損失を伴うこともなく、複数の光源からの光を無駄なく合成して出力することができる照明光学装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances described above, and synthesizes light from a plurality of light sources without waste without performing light shielding that causes heat generation and without causing light loss due to polarization conversion. An object of the present invention is to provide an illumination optical device that can output the output.
この発明は、主照明光を出力する主光源と、副照明光を出力する副光源と、前記主照明光および副照明光を共通の焦点に集めるコンデンサレンズと、前記コンデンサレンズの焦点に入射面を位置させ、出射面から前記主照明光および副照明光を加算した照明光を出力するロッドインテグレータとを具備することを特徴とする照明光学装置を提供する。
かかる発明によれば、遮光や偏光変換という手段を用いることなく主照明光と副照明光を加算することができ、不要な発熱や光損失を生じさせることなく、所望の波長強度特性を持った照明光を得ることができる。
The present invention includes a main light source that outputs main illumination light, a sub light source that outputs sub illumination light, a condenser lens that collects the main illumination light and the sub illumination light at a common focal point, and an incident surface at a focal point of the condenser lens. And a rod integrator that outputs illumination light obtained by adding the main illumination light and the sub illumination light from the exit surface.
According to this invention, the main illumination light and the sub-illumination light can be added without using means such as light shielding and polarization conversion, and the desired wavelength intensity characteristic is obtained without causing unnecessary heat generation and light loss. Illumination light can be obtained.
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態を説明する。
<第1実施形態>
図1は、この発明の第1実施形態である照明光学装置100を有するDLP(登録商標)(Digital Light Processing(登録商標))方式のプロジェクターの構成を示す側面図である。また、図2は、照明光学装置100の概略構成を示す斜視図である。なお、図2では、図面が煩雑になるのを防止するため、図1におけるコンデンサレンズ130の図示が省略されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a side view showing the configuration of a DLP (registered trademark) (Digital Light Processing (registered trademark)) type projector having an illumination
照明光学装置100において、主光源110は、前掲図4における主光源6と同様、超高圧水銀ランプ111と、この超高圧水銀ランプ111からの出力光を反射し、平行光として出力するリフレクタ112とにより構成されている。副光源120は、赤色LED121とこの赤色LED121からの出力光を平行光とするコリメートレンズ121とからなり、リフレクタ112の開口部の周囲に設けられている。さらに詳述すると、リフレクタ112の開口部の周囲には、図2に示すように、円環状の支持部材123が固定されており、副光源120は、そこに複数個固定されている。副光源120は、主光源110における平行光の出力方向と平行な方向に平行光を出力する。
In the illumination
コンデンサレンズ130およびロッドインテグレータ150は、主光源110の出力光と副光源120の出力光とを加算均質化して照明光を出力する光加算手段を構成している。まず、コンデンサレンズ130は、以上説明した主光源110からの平行光と副光源120からの平行光を共通の焦点に集光させる。ロッドインテグレータ150は、このようにして焦点に向けて供給される主光源110からの光と副光源120からの光を加算する手段であり、コンデンサレンズ130の焦点に入射面を位置させた状態で固定されている。カラーホイール140は、照明光学装置100の出力光の色をR、G、B、R、〜という具合に時分割的に切り換えるための手段であり、コンデンサレンズ130とロッドインテグレータ150との間の位置に設けられている。このカラーホイール140は、図2に示すように、R、G、Bの各色の光を透過させる扇形のカラーフィルタからなり、プロジェクターによる画像の投射が行われる期間、図示のように回転駆動される。コンデンサレンズ130からの光はこのカラーホイール140を介してロッドインテグレータ150の入射面に到達する。
The
ロッドインテグレータ150の入射面には、主光源110からの出力光のうちカラーホイール140により選択された色の光と副光源120からの出力光のうちカラーホイール140により選択された色の光が入射する。これらの入射光は、ロッドインテグレータ150の内壁面に反射されながら出射面に向けて伝播する。この伝播の過程において、主光源110からの出力光および副光源120からの出力光は攪拌され、均質化された光となってロッドインテグレータ150の出射面から出力される。このロッドインテグレータ150からの出力光は、リレー系160を通過することにより平行光とされ、照明光学装置100の出力光として出力される。このように、本実施形態では、発熱の原因となる遮光や偏光変換という手段を用いることなく、主光源110の出力光と副光源120の出力光が合成され、合成された照明光がプロジェクターにおける投射手段に送られる。以下、この投射手段の構成を説明する。
The light of the color selected by the
TIRプリズム(内面全反射プリズム)201は、2つ以上のプリズムを貼合し、プリズム境界面201Aに空気層を持たせたプリズムであり、臨界角以上で入射する光を反射し、臨界角以内で入射する光を透過する特性を持つ。本実施形態における光学系は、リレー系160より射出された光が、このTIRプリズム201に入射し、プリズム同士の境界面201Aに臨界角以上の入射角で入射し、DMD202からTIRプリズム201側に反射される光は、臨界角以内の入射角で入射するように設計されている。従って、リレー系160からTIRプリズム201に入射した光は、このプリズム同士の境界面201Aにおいて反射され、DMD202に入射し、DMD202側からの反射光は、TIRプリズム201の境界面201から投射レンズ203側に透過する。
The TIR prism (inner total reflection prism) 201 is a prism in which two or more prisms are bonded together and an air layer is provided on the
DMD202は、画面を構成する複数の画素に対応したミラーを平面状に配列したアレイであり、このアレイにおける各ミラーは各画素のON/OFFを指定する画像データによりチルトされる。すなわち、ON状態とする画素に対応したミラーについてはTIRプリズム201からの光を同TIRプリズム201側に反射させ、OFF状態とする画素に対応したミラーについてはTIRプリズム201からの光を同TIRプリズム201のある側とは異なる方角に反射させ、という具合に各画素のON/OFFに対応した各ミラーの向きの制御が行われる。また、このDMD202の駆動制御は、上述したカラーホイール130の回転駆動に同期して行われる。すなわち、ある色の照明光が照明光学装置100からDMD202に供給されるときには、その色の画像データにより各画素に対応したミラーの駆動が行われる、という具合にR、G、Bの各色に対応した照明光学装置100による照明光の色の切り換え制御とDMD202における駆動用の画像データの色の切り換え制御が同期して進められるのである。この結果、投射レンズ203により、図示しないスクリーンにカラー映像が表示される。
The
以上説明した本実施形態によれば、発熱の原因となる遮光や偏光変換という手段を用いることなく、異種の光源の照明光を無駄なく合成し、特定の光源だけでは実現することができない所望の波長強度特性を持った照明光を得ることができる。また、本実施形態によれば、主の照明光における赤色波長帯域の光量をそのまま活かし、他の波長帯域に比べて不足している分を副光源により補うので、副光源に要求される光量が従来の照明光学装置に比べて少なくて済む。従って、副光源として、半導体レーザではなく赤色LEDを用いることができる。この赤色LEDの放射光は、殆どが可視光であり、赤外光を含まない。従って、副光源として赤色LEDを用いた場合には、照明損失による熱発生を少なくすることができるという利点がある。 According to the present embodiment described above, it is possible to synthesize illumination lights of different types of light sources without waste without using means such as light shielding and polarization conversion that cause heat generation, and a desired light source that cannot be realized with only a specific light source. Illumination light having wavelength intensity characteristics can be obtained. In addition, according to the present embodiment, the amount of light required for the sub-light source can be reduced by using the amount of light in the red wavelength band of the main illumination light as it is, and making up for the shortage compared to other wavelength bands by the sub-light source. Less than conventional illumination optical devices. Therefore, a red LED can be used as a sub-light source instead of a semiconductor laser. Most of the emitted light of the red LED is visible light and does not contain infrared light. Therefore, when a red LED is used as the auxiliary light source, there is an advantage that heat generation due to illumination loss can be reduced.
<第2実施形態>
図3は、この発明の第2実施形態である照明光学装置100Aを有する3板型DLP(登録商標)方式のプロジェクターの構成を示す側面図である。本実施形態における照明光学装置100Aは、上記第1実施形態における照明光学装置100と異なり、カラーホイール140を有していない。その代わりに、プロジェクターには、照明光学装置100Aから得られる照明光を色成分毎に定められた経路に分岐させる手段が設けられている。具体的には次の通りである。
Second Embodiment
FIG. 3 is a side view showing the configuration of a three-plate DLP (registered trademark) projector having the illumination
ミラー301は、照明光学装置100Aのリレー系160を介して射出される照明光を約90度折り曲げ(偏向し)、TIRプリズム302に入射させる。本実施形態における光学系は、リレー系160より射出された光が、このTIRプリズム302に入射し、プリズム同士の境界面302aに臨界角以上で入射するように設計されている。従って、リレー系160からTIRプリズム302に入射した光は、このプリズム同士の境界面302aにおいて反射され、ダイクロイックプリズム303に入射する。
The
そして、ダイクロイックプリズム303では、このTIRプリズム302から入射した光の波長選択的分光が行われ、分光されたR、G、Bの各光がDMD310R、310G、310Bに入射する。DMD310R、310G、310Bでは、画素に当たるミラーが画像データに基づいてチルトされ、ON状態のミラーにより反射された光は、再びダイクロイックプリズム303に入射する。そして、ダイクロイックプリズム303では、DMD310R、310G、310Bからの光が合成され、TIRプリズム302に入射する。
In the
本実施形態における光学系は、このダイクロイックプリズム303からの入射光がTIRプリズム302におけるプリズム同士の境界面302aに臨界角以内で入射するように設計されている。従って、この入射光は、境界面302aを透過して、投射レンズ203に入射し、映像がスクリーン上に拡大表示される。
The optical system in the present embodiment is designed such that incident light from the
<他の実施形態>
(1)上記各実施形態では、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。
(2)上記各実施形態では、副光源として赤色LEDを用いた。しかし、これに代えて、緑色などのLEDを用いてもよい。その他、黄色やマゼンダといった補色系の発光色のLEDを副光源として用いてもよい。
<Other embodiments>
(1) In each of the embodiments described above, the illumination optical device has been described by taking the case of application to a DLP projector as an example. 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.
(2) In each said embodiment, red LED was used as a sublight source. However, instead of this, a green LED or the like may be used. In addition, LEDs of complementary colors such as yellow and magenta may be used as the sub-light source.
110……主光源、120……副光源、130……コンデンサレンズ、150……ロッドインテグレータ。 110: Main light source, 120: Sub light source, 130: Condenser lens, 150: Rod integrator
Claims (3)
副照明光を出力する副光源と、
前記主照明光および副照明光を共通の焦点に集めるコンデンサレンズと、
前記コンデンサレンズの焦点に入射面を位置させ、出射面から前記主照明光および副照明光を加算した照明光を出力するロッドインテグレータと
を具備することを特徴とする照明光学装置。 A main light source that outputs main illumination light;
A secondary light source that outputs secondary illumination light;
A condenser lens that collects the main illumination light and the sub-illumination light at a common focal point;
An illumination optical apparatus comprising: a rod integrator that positions an incident surface at a focal point of the condenser lens and outputs illumination light obtained by adding the main illumination light and the sub illumination light from the emission surface.
Priority Applications (1)
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JP2005138569A JP2006317611A (en) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | Illuminating optical apparatus |
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Effective date: 20090128 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 |