JP2007047335A - Illuminator, optical modulation device and projection type display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、配光分布特性を有するアレイ光源からの光をムラが少なく所定の範囲に効率的に集光し照明することができる照明装置と、その照明装置を備えた光変調装置、投射型表示装置に関するものである。 The present invention relates to an illumination device capable of efficiently condensing and illuminating light from an array light source having a light distribution characteristic in a predetermined range with little unevenness, a light modulation device including the illumination device, and a projection type The present invention relates to a display device.
従来のデジタルプロジェクタ等では、光源として高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等の白色光ランプが使われている。これらのランプの共通する欠点として大量の赤外線、即ち熱の放射を伴うことが挙げられる。
またダイクロイックミラー/プリズムの色分解/合成では3原色の光量バランスが困難で色再現性に限界がある、また大型になり部品点数が多いなどが挙げられる。
LED、LDなどを従来の照明光源の代用として用いる発明が多数出願されているが、これらの光源が有する非一様な配光分布特性による被照明面の光量分布を解決できるものは少ない。
例えば、特許文献1には、光源、光源と対応したレンズ、マイクロレンズアレイ、コンデンサレンズ、インテグレータを構成する2枚のマイクロレンズアレイと第一のコンデンサレンズ、第二のコンデンサレンズの順で配置された照明光学系を開示されている。
また特許文献2には、2個の半導体レーザからの光をプリズムとレンズ系を用いて合成し光量分布のむらを低減するようにした画像表示装置が開示されている。
Further, in the color separation / combination of the dichroic mirror / prism, it is difficult to balance the light amounts of the three primary colors and there is a limit in color reproducibility, and the size is increased and the number of parts is increased.
Many inventions using LEDs, LDs, etc. as substitutes for conventional illumination light sources have been filed, but few can solve the light amount distribution on the illuminated surface due to the non-uniform light distribution characteristics of these light sources.
For example, in Patent Document 1, a light source, a lens corresponding to the light source, a microlens array, a condenser lens, two microlens arrays constituting an integrator, a first condenser lens, and a second condenser lens are arranged in this order. An illumination optical system is disclosed.
しかしながら、上記特許文献1の構成では、部品点数が多く、小型化も制約されるという欠点があった。
また特許文献2では2個の半導体レーザからの光をプリズムとレンズ系を用いて合成し、光量分布のむらを低減しているが、この方式では合成できる光源の個数が限定されており多数個用には適用できないという欠点があった。
そこで、本発明は上記したような点を鑑みてなされたものであり、小型化、薄型化を図ることができる照明装置と、その照明装置を備えた光変調装置、投射型表示装置を提供することを目的とする。
However, the configuration of Patent Document 1 has a drawback in that the number of parts is large and downsizing is restricted.
In
Accordingly, the present invention has been made in view of the above points, and provides an illumination device that can be reduced in size and thickness, a light modulation device including the illumination device, and a projection display device. For the purpose.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、非一様な配光分布特性を有する複数個の発光素子と、該複数個の発光素子にそれぞれ対応して配置されるカップリングレンズと、第1のレンズアレイと、第2のレンズアレイと、被照明面とを備える照明装置において、前記カップリングレンズと前記第1のレンズアレイとの間、または前記カップリングレンズと前記第1のレンズアレイとの近傍に、前記発光素子の配光分布特性に起因する被照明面の不均一な光量分布を低減する光学素子を配置したことを特徴とする。
また請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の照明装置において、前記光学素子は、前記発光素子または前記カップリングレンズにそれぞれ対応して配置される屈折光学素子であることを特徴とする。
また請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の照明装置において、前記光学素子は少なくとも2枚のレンズで構成される略アフォーカルをなす光学系であるとともに、レンズ中心部と周縁部で異なるアフォーカル倍率を有し、レンズ中心部のアフォーカル倍率をMc、レンズ周縁部のアフォーカル倍率をMmとしたときに、Mc/Mm>1であることを特徴とする。
また請求項4に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の照明装置において、前記光学素子は少なくとも2面の屈折面を有する略アフォーカルをなす光学系であるとともに、レンズ中心部と周縁部で異なるアフォーカル倍率を有し、レンズ中心部のアフォーカル倍率をMc、レンズ周縁部のアフォーカル倍率をMmとしたときに、Mc/Mm>1であることを特徴とする。
また請求項5に記載の発明は、請求項3または請求項4に記載の照明装置において、レンズ周縁部のアフォーカル倍率をMmとしたときに、|Mm|≒1であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 includes a plurality of light emitting elements having non-uniform light distribution characteristics, and a coupling lens disposed corresponding to each of the plurality of light emitting elements. And an illumination device comprising a first lens array, a second lens array, and an illuminated surface, or between the coupling lens and the first lens array, or between the coupling lens and the first lens array. An optical element for reducing a non-uniform light amount distribution on the illuminated surface due to the light distribution characteristic of the light emitting element is disposed in the vicinity of the lens array.
According to a second aspect of the present invention, in the illuminating device according to the first aspect, the optical element is a refractive optical element disposed corresponding to the light emitting element or the coupling lens, respectively. To do.
According to a third aspect of the present invention, in the illuminating device according to the first or second aspect, the optical element is a substantially afocal optical system composed of at least two lenses and has a lens center. When the afocal magnification at the center of the lens is Mc and the afocal magnification at the lens peripheral portion is Mm, Mc / Mm> 1.
According to a fourth aspect of the present invention, in the illuminating device according to the first or second aspect, the optical element is a substantially afocal optical system having at least two refracting surfaces, and a lens center portion. When the afocal magnification at the center of the lens is Mc and the afocal magnification at the lens periphery is Mm, Mc / Mm> 1.
According to a fifth aspect of the present invention, in the illumination device according to the third or fourth aspect, when the afocal magnification of the lens peripheral portion is Mm, | Mm | ≈1. .
また請求項6に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の照明装置において、前記光学素子は少なくとも2面の円錐状のプリズム面を有する光学系であり、中心部光束と周縁部光束とが互いに入れ替わるように構成されることを特徴とする。
また請求項7に記載の発明は、請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の照明装置の前記被照明面に光変調手段を配置して構成される光変調装置を特徴とする。
また請求項8に記載の発明は、請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の照明装置を備えた投射型表示装置であって、前記各発光素子は、発光素子単体で複数色の色光を出射可能であり、前記発光素子から時間順次に出射される各色光の出射タイミングに同期して時分割駆動される光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段と、を備えることを特徴とする。
また請求項9に記載の発明は、請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の照明装置を備えた投射型表示装置であって、前記各発光素子は、発光素子単体では一色の色光を出射可能であり、出射する色光が互いに異なる発光素子を三種類以上備え、前記発光素子から時間順次に出射される各色光の出射タイミングに同期して時分割駆動される光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段と、を備えることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the illuminating device according to the first or second aspect, the optical element is an optical system having at least two conical prism surfaces, and a central portion light beam and a peripheral portion. The light beam is configured to be interchanged with each other.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a light modulation device configured by arranging a light modulation means on the illuminated surface of the lighting device according to any one of the first to sixth aspects. .
The invention according to claim 8 is a projection type display device comprising the illumination device according to any one of claims 1 to 6, wherein each light emitting element is a single light emitting element and has a plurality of colors. A light modulation means that is time-division driven in synchronization with the emission timing of each color light emitted sequentially from the light emitting element, and a projection that projects the light modulated by the light modulation means And means.
The invention according to
また請求項10に記載の発明は、請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の照明装置を備えた投射型表示装置であって、前記各発光素子は、互いに異なる色の色光を出射可能な複数の面光源であり、面光源から出射される各色光を変調する複数の光変調手段と、該複数の光変調手段により変調された色光を合成する色合成手段と、該色合成手段により合成された光を投射する投射手段と、を備えていることを特徴とする。
また請求項11に記載の発明は、請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の照明装置を備えた投射型表示装置であって、前記発光素子は白色LEDであり、該白色LEDから出射される白色光を複数の色に変換するカラーフィルターが備えられた光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段と、を備えていることを特徴とする。
また請求項12に記載の発明は、請求項7に記載の光変調装置において、前記第2レンズアレイと前記光変調手段の間に、前記発光素子の出射光を一方向の偏光に揃える偏光変換素子を備えることを特徴とする。
また請求項13に記載の発明は、請求項8乃至請求項11の何れか1項に記載の投射型表示装置において、前記第2レンズアレイと前記光変調手段の間に、前記発光素子の出射光を一方向の偏光に揃える偏光変換素子を備えることを特徴とする。
また請求項14に記載の発明は、請求項7に記載の光変調装置において、前記第2レンズアレイとライトバルブの間に、少なくとも1枚のリレーレンズを備えることを特徴とする。
また請求項15に記載の発明は、請求項8乃至請求項11の何れか1項に記載の投射型表示装置において、前記第2レンズアレイとライトバルブの間に、少なくとも1枚のリレーレンズを備えることを特徴とする。
A tenth aspect of the present invention is a projection display device including the lighting device according to any one of the first to sixth aspects, wherein each of the light emitting elements emits color lights of different colors. A plurality of surface light sources capable of emitting, a plurality of light modulating means for modulating each color light emitted from the surface light source, a color combining means for combining the color lights modulated by the plurality of light modulating means, and the color combining And projection means for projecting light synthesized by the means.
The invention described in claim 11 is a projection display device including the illumination device according to any one of claims 1 to 6, wherein the light emitting element is a white LED, and the white LED The light modulation means provided with the color filter which converts the white light radiate | emitted from a several color, and the projection means which projects the light modulated by this light modulation means are characterized by the above-mentioned.
According to a twelfth aspect of the present invention, in the light modulation device according to the seventh aspect, between the second lens array and the light modulation means, the polarization conversion that aligns the light emitted from the light emitting element with polarized light in one direction. An element is provided.
The invention according to claim 13 is the projection type display device according to any one of claims 8 to 11, wherein the light emitting element is placed between the second lens array and the light modulation means. A polarization conversion element that aligns incident light with polarized light in one direction is provided.
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the light modulation device according to the seventh aspect, at least one relay lens is provided between the second lens array and the light valve.
The invention according to claim 15 is the projection type display device according to any one of claims 8 to 11, wherein at least one relay lens is provided between the second lens array and the light valve. It is characterized by providing.
本発明によれば、カップリングレンズと第1のレンズアレイとの間、またはカップリングレンズと第1のレンズアレイとの近傍に、前記発光素子の配光分布特性に起因する被照明面の不均一な光量分布を低減する光学素子を配置したことで、照明装置の小型化、薄型化を図ることができる。 According to the present invention, a non-illuminated surface caused by the light distribution characteristic of the light emitting element is provided between the coupling lens and the first lens array or in the vicinity of the coupling lens and the first lens array. By arranging an optical element that reduces the uniform light amount distribution, the lighting device can be reduced in size and thickness.
以下、本発明の本実施形態について説明する。
図1は本実施形態の照明装置の構成を示した図である。
この図1において、1は例えばLEDアレイなどの発光素子アレイ、2は大きなNAを有し発散光を(準)平行光に変換するカップリングレンズ、3は第1のレンズアレイ、4は第2のレンズアレイ、5は被照明面である。
第1及び第2レンズアレイ3、4は、被照明面5と相似の有効寸法を有し、カップリングレンズ2からの光を受けて主に球面収差を制御し2次光源像を形成する。
第2のレンズアレイ4は光源が大きさを有したり、各素子の配置誤差などに起因する軸外光(図示していない)の向きを変えたりして、被照明面5上に導光する。
なお、図1では発光素子アレイ1の各発光素子の配光分布特性を矢印→の長さで示すと、この分布はカップリングレンズで平行光に変換されたあとも存在し被照明面上で光量分布のむらを作る。
光学素子6は配光分布を低減するための素子であり、カップリングレンズ2と第1のレンズアレイ3との間に配置されている。図1においては、光学素子6によりほぼ均一に変換しており、この後、第1のレンズアレイ3、第2のレンズアレイ4、図示しないリレーレンズやフィールドレンズ等の光学系を用いて被照明面5に照射することで被照明面5の不均一な光量分布を低減することが可能になる。
なお、カップリングレンズ2と第1のレンズアレイ3の配置を対応させ機能を統合して例えば1枚のレンズに置き換えるなどしても良い。その場合はそのレンズの近傍にむら低減用の光学素子6を配置すればよい。
Hereinafter, this embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the illumination device of the present embodiment.
In FIG. 1, 1 is a light emitting element array such as an LED array, 2 is a coupling lens that has a large NA and converts divergent light into (quasi) parallel light, 3 is a first lens array, and 4 is a second lens array. The lens array 5 is an illuminated surface.
The first and
In the second lens array 4, the light source has a size, or the direction of off-axis light (not shown) due to an arrangement error of each element is changed to guide the light onto the surface to be illuminated 5. To do.
In FIG. 1, when the light distribution characteristics of each light emitting element of the light emitting element array 1 are indicated by the length of the arrow →, this distribution exists even after being converted into parallel light by the coupling lens, and on the illuminated surface. Create unevenness in the light distribution.
The
Note that the arrangement of the
このように本実施形態の照明装置では、光源側から順に非一様な配光分布特性を有する複数個の発光素子を有する発光素子アレイ1と、発光素子アレイ1の各発光素子に1対1に対応して配置されるカップリングレンズ2と、第1のレンズアレイ3と、第2のレンズアレイ4、被照明面5を配置すると共に、カップリングレンズ2と第1のレンズアレイ3との間に、発光素子の配光分布特性に起因する被照明面5の不均一な光量分布を低減する光学素子6を配置するようにしている。これにより、照明装置の小型化、薄型化を図ることができる。光源としてLEDアレイ1を用いているため発熱が少ないため冷却ファンが不要になるため静かな照明装置を実現することができる。
なお、カップリングレンズ2と第1のレンズアレイ3との間に光学素子6を配置するのは、発光素子アレイ1の各発光素子からの光路が重ならずに分離しており発光素子毎に作用できること、また各発光素子からの光束が適当な幅を有しており配光分布特性を変換するのに適しているためである。
また、被照明面5の不均一な光量分布を低減する光学素子6は、発光素子アレイ1の発光素子またはカップリングレンズ2に1対1に対応して配置される屈折光学素子である。この場合、第1のレンズアレイ3と第2のレンズアレイ4は必ずしも対応する必要はない。また屈折光学素子はアレイになるため、入射/射出で光束の幅を大きくは変えないこと、生産性のため型による成形が可能な形状であることが望ましい。さらに隣接して配置されるカップリングレンズ2と、第1のレンズアレイ3も屈折光学素子であるため、不均一な光量分布を低減する光学素子6の一部または全部を隣接する光学部品と一体化し部品点数を削減することが可能になる。
光学素子6は、少なくとも2枚のレンズで構成されるほぼアフォーカルをなす光学系であるとともに、レンズ中心部と周縁部で異なるアフォーカル倍率を有し、レンズ中心部(=center部)のアフォーカル倍率がMc、レンズ周縁部(=marginal部)のアフォーカル倍率がMmであるとき、Mc/Mm>1とする。
このように構成した場合、原理的には光強度に比例するアフォーカル倍率を与えることで均一化を実現することができる。レンズ中心部から周縁部に向かってアフォーカル倍率が連続して変化させても良く、倍率を段階的に作成することも可能である。
As described above, in the illumination device of the present embodiment, the light emitting element array 1 having a plurality of light emitting elements having non-uniform light distribution characteristics in order from the light source side, and each light emitting element of the light emitting element array 1 has a one-to-one correspondence. The
The
The
The
In such a configuration, in principle, it is possible to achieve uniformity by giving an afocal magnification proportional to the light intensity. The afocal magnification may be continuously changed from the center of the lens toward the peripheral edge, and the magnification can be created stepwise.
図2は光学素子の一構成例を示した図である。
例えば、光源の発散光の±60°をカップリングレンズが取り込んだときには、ランバート分布はその光強度が余弦関数で表されているためカップリングレンズ中心部の強度が1のとき、周縁部の強度は、cos(60°)=0.5であり、中間部は余弦関数で示されるその中間の値となる。
図2には中心部の光束のアフォーカル倍率をMc=1.4、周辺部ではMm=0.7が図示されており、この場合、光学素子6を射出する光の強度分布は均一化することができる。なお、2枚のレンズ6a、6bで構成した場合は、形状が複雑になるため、3枚以上のレンズ構成にし加工性の向上を図る可とも可能である。
また2次元の方向で同じアフォーカル倍率である必要はなく、アナモフィック系にして方向毎に光量分布を均一にしても良い。
また、光学素子6は、少なくとも2面の屈折面を有するほぼアフォーカルをなす光学系にすることが可能である。この場合、レンズ中心部と周縁部で異なるアフォーカル倍率を有し、レンズ中心部のアフォーカル倍率をMc、レンズ周縁部のアフォーカル倍率をMmとするとき、Mc/Mm>1となるようにする事も可能である。
また図3に示すように2枚のレンズの平面どうしを向かい合わせ、空気の部分をレンズ材質で埋めて間隔を最適に再設定することで、光学素子6を1部品で構成して、小型で簡素な構成とすることも可能である。
また、また光学素子6は、レンズ周縁部のアフォーカル倍率Mmを|Mm|≒1とすると、周縁部の形状をアレイ面(光軸と直交する面)とほぼ平行にでき、隣接する光学素子との境界部での変動が滑らかになり、型を製作する上で有利なものとなる。
また光学素子6は、少なくとも2面の円錐状のプリズム面を有する光学系であり、中心部光束と周縁部光束とが互いに入れ替わるように構成することも可能である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the optical element.
For example, when the coupling lens captures ± 60 ° of the divergent light of the light source, the Lambert distribution is expressed by a cosine function, so when the intensity at the center of the coupling lens is 1, the intensity at the peripheral edge Is cos (60 °) = 0.5, and the intermediate portion has an intermediate value indicated by a cosine function.
FIG. 2 shows the afocal magnification of the light beam in the central part as Mc = 1.4 and the peripheral part as Mm = 0.7. In this case, the intensity distribution of the light emitted from the
Further, it is not necessary to have the same afocal magnification in a two-dimensional direction, and an anamorphic system may be used to make the light quantity distribution uniform in each direction.
Further, the
Also, as shown in FIG. 3, the
Further, when the afocal magnification Mm of the lens peripheral portion is | Mm | ≈1, the
The
図4は光学素子の他の構成例を示した図である。
この図4に示す光学素子6は、一対のプリズム6c、6dにより構成されている。
このように構成した場合は、模擬的な図からは中心の強度が周辺に分布し、周辺の強度が中心に分布するという逆転した状態になるため、半数の発光素子にこの作用を与え残り半数はそのままで、分布を持ったものどうしが合成されてうち消し合う効果が期待される。
実際には光源が大きさを有する影響やランバート分布からのずれ、図示されない光束等があり、被照明面5が均一な光量になるように光学素子6を適用する発光素子と、光学素子6を適用しない発光素子との割合を決めるのが良い。
また図5に示すように2枚の円錐板6c、6dの平行平面側を向かい合わせ、その間を同じ材質で充填すれば、光学素子6を1つの部品で構成することも可能である。
また、上記したような本実施形態の照明装置の被照明面5に光変調手段を配置して光変調装置を構成した場合は、小型で発熱が少なく光量分布のむらを低減することができる。例えば、光変調手段に透過型光変調器である透過型LCDを配置すると、光変調装置は表示装置になり、直接目視したりルーペなどの接眼レンズを使い拡大したりして表示観察することが可能になる。また発熱が少ないため冷却ファンが不要になるため静かな表示装置を実現することができる。
FIG. 4 is a diagram showing another configuration example of the optical element.
The
In such a configuration, the simulated intensity shows that the center intensity is distributed in the periphery and the periphery intensity is distributed in the center, so that this effect is applied to half of the light-emitting elements and the remaining half. As it is, it is expected that the objects with distributions will be combined and disappear.
Actually, there is an influence of the size of the light source, a deviation from the Lambertian distribution, a light beam (not shown), etc., and a light emitting element to which the
Further, as shown in FIG. 5, the
Further, when the light modulation device is configured by arranging the light modulation means on the surface to be illuminated 5 of the illumination device of the present embodiment as described above, it is small in size and generates little heat, and unevenness in the light amount distribution can be reduced. For example, when a transmissive LCD, which is a transmissive light modulator, is arranged in the light modulation means, the light modulation device becomes a display device, and the display can be observed by directly observing or using an eyepiece such as a magnifying glass. It becomes possible. In addition, since there is little heat generation, a cooling fan is unnecessary, and a quiet display device can be realized.
図6は投射型表示装置の光学系の構成を説明する図である。
なお、図1と同一部位には同一符号を付して説明は省略する。
この図6に示す投射型表示装置ではカップリングレンズは2枚構成である。またカップリングレンズ2と第1のレンズアレイ3との間に被照明面5の光量分布のむらを低減する光学素子6を配置するようにしている。リレーレンズ11とフィールドレンズ12は共同して第2のレンズアレイ4を射出する主光線の向きを変え被照明面5の中心へ導き、効率的でむらの少ない照明を得る。被照明面5には光変調素子が配置され、変調された光束が投影光学系13を介し表示面14に投影される。投影光学系はテレセントリックであることが望ましい。
LEDやLDは、放射する光のなかに赤外線(熱)を含まないため、光源付近でもプラスッチクレンズの使用が可能である。このため、光源付近の部材を成形でつくることができ、低コスト化を図ることが可能なうえ、非球面や特殊面の量産が比較的容易になり、均一性を向上できる。ガラスレンズに比べ軽量にできるという利点がある。
照明光学系に用いるレンズで、少なくとも一枚はフレネルレンズにすることは有効である。特に集束性光学素子にレンズを用いる場合、中心厚が大きくなりがちであり、フレネルレンズに置き換えることで薄型化、軽量化が可能になる。回折面を併用し照明光の色の差を低減することもできる。
また上記のように本実施形態の照明装置を投射型表示装置に適用する場合は、発光素子アレイ1の各発光素子を発光素子単体で複数色の色光を出射できるものとし、発光素子から時間順次に出射される各色光の出射タイミングに同期して時分割駆動される光変調素子(光変調手段)と、光変調素子によって変調された光を投射する投射手段とを備えるようにすれば、上記した照明装置の特徴を備えた特に小型化が可能な投射型カラー表示装置を実現することができる。
また、照明装置の発光素子アレイ1の各発光素子を、発光素子単体では一色の色光を出射できるものとし、さらに出射する色光が互いに異なる発光素子を三種類以上備えており、発光素子から時間順次に出射される各色光の出射タイミングに同期して時分割駆動される光変調素子と、この光変調素子によって変調された光を投射する投射手段とを備えるようにすれば、タイプの異なる発光素子を用いても同様の効果が得られる。
FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the optical system of the projection display device.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same site | part as FIG. 1, and description is abbreviate | omitted.
In the projection display device shown in FIG. 6, the coupling lens has a two-lens configuration. Further, an
Since LEDs and LD do not contain infrared rays (heat) in the emitted light, plastic lenses can be used even near the light source. For this reason, a member in the vicinity of the light source can be formed by molding, the cost can be reduced, and mass production of aspherical surfaces and special surfaces becomes relatively easy and uniformity can be improved. There is an advantage that it can be made lighter than a glass lens.
Of the lenses used in the illumination optical system, it is effective to use at least one Fresnel lens. In particular, when a lens is used for the converging optical element, the center thickness tends to increase, and replacement with a Fresnel lens makes it possible to reduce the thickness and weight. A diffractive surface can be used in combination to reduce the color difference of the illumination light.
As described above, when the illumination device of the present embodiment is applied to a projection display device, each light emitting element of the light emitting element array 1 can emit light of a plurality of colors with a single light emitting element, and sequentially from the light emitting elements. If a light modulation element (light modulation means) driven in a time-sharing manner in synchronization with the emission timing of each color light emitted to the light and a projection means for projecting light modulated by the light modulation element, Thus, it is possible to realize a projection-type color display device that has the characteristics of the illuminating device and that can be particularly miniaturized.
In addition, each light emitting element of the light emitting element array 1 of the lighting device can emit one color of light with a single light emitting element, and further includes three or more types of light emitting elements with different emitted color lights. If a light modulation element that is time-division driven in synchronization with the emission timing of each color light emitted to the light source and a projection means that projects light modulated by the light modulation element are provided, light emitting elements of different types The same effect can be obtained by using.
さらに発光素子アレイ1の各発光素子を、互いに異なる色の色光を出射可能な複数の面光源とし、面光源から出射される各色光を変調する複数の光変調素子と、複数の光変調素子により変調された色光を合成する色合成手段と、色合成手段により合成された光を投射する投射手段とを備えるようにすれば、多少大きくしても明るい仕様で有効であり、LEDアレイ1照明の他の特長は維持された投射型表示装置を実現することができる。
さらにまた発光素子アレイ1の各発光素子を白色LEDとし、LEDから出射される白色光を複数の色に変換するカラーフィルターが備えられた光変調素子と、光変調素子によって変調された光を投射する投射手段とを備えるようにすれば、広範囲な発光素子を選択でき多様な仕様への対応、色バランスの調整等が可能な投射型表示装置を提供することができる。
さらにまた照明装置の第2のレンズアレイ4と光変調素子との間に発光素子の出射光を一方向の偏光に揃える偏光変換素子を設けようにして光変調装置、あるいは投射型表示装置を構成すれば、光変調素子が偏光を利用するLCDで効果的であり、光利用効率を向上させることが可能になる。
さらにまた第2のレンズアレイ4とライトバルブの間に、少なくとも1枚のリレーレンズを設けた光変調装置あるいは投射型表示装置を構成すれば、被照明面5に効果的に光を集めることができ明るくできるほか発光素子の負荷を低減したり、省電力化が可能になる。
Further, each light emitting element of the light emitting element array 1 is a plurality of surface light sources capable of emitting color lights of different colors, a plurality of light modulation elements for modulating each color light emitted from the surface light source, and a plurality of light modulation elements. If it is provided with a color synthesizing means for synthesizing the modulated color light and a projection means for projecting the light synthesized by the color synthesizing means, it is effective in a bright specification even if it is somewhat larger. Other features can realize a projection display device that is maintained.
Furthermore, each light emitting element of the light emitting element array 1 is a white LED, and a light modulation element provided with a color filter for converting white light emitted from the LED into a plurality of colors and light modulated by the light modulation element are projected. By providing the projection means, it is possible to provide a projection display device capable of selecting a wide range of light-emitting elements and adapting to various specifications and adjusting color balance.
Furthermore, a light modulation device or a projection display device is configured by providing a polarization conversion element for aligning the emitted light of the light emitting element in one direction of polarization between the second lens array 4 of the illumination device and the light modulation element. Then, the light modulation element is effective in an LCD using polarized light, and the light use efficiency can be improved.
Furthermore, if a light modulation device or a projection display device provided with at least one relay lens between the second lens array 4 and the light valve is configured, light can be effectively collected on the illuminated surface 5. In addition to being bright, the load on the light emitting element can be reduced and power can be saved.
1…LEDアレイ、2…カップリングレンズ、3…第1のレンズアレイ、4…第2のレンズアレイ、5…被照明面、6…光学素子、6a 6b…レンズ、6c 6d…プリズム(円錐板)、11…リレーレンズ、12…フィールドレンズ、13…投影光学系、14…表示面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... LED array, 2 ... Coupling lens, 3 ... 1st lens array, 4 ... 2nd lens array, 5 ... Illuminated surface, 6 ... Optical element, 6a 6b ... Lens, 6c 6d ... Prism (conical plate ) 11 relay lens 12 field lens 13 projection
Claims (15)
前記カップリングレンズと前記第1のレンズアレイとの間、または前記カップリングレンズと前記第1のレンズアレイとの近傍に、前記発光素子の配光分布特性に起因する被照明面の不均一な光量分布を低減する光学素子を配置したことを特徴とする照明装置。 A plurality of light emitting elements having non-uniform light distribution characteristics; a coupling lens disposed corresponding to each of the plurality of light emitting elements; a first lens array; a second lens array; In an illumination device comprising an illuminated surface,
Non-uniformity of the illuminated surface due to the light distribution characteristic of the light emitting element between the coupling lens and the first lens array or in the vicinity of the coupling lens and the first lens array An illumination device comprising an optical element for reducing a light amount distribution.
前記光学素子は少なくとも2枚のレンズで構成される略アフォーカルをなす光学系であるとともに、レンズ中心部と周縁部で異なるアフォーカル倍率を有し、レンズ中心部のアフォーカル倍率をMc、レンズ周縁部のアフォーカル倍率をMmとしたときに、
Mc/Mm>1
であることを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 1 or 2,
The optical element is a substantially afocal optical system composed of at least two lenses, and has different afocal magnifications at the lens central portion and the peripheral portion, and the afocal magnification at the lens central portion is Mc. When the afocal magnification at the periphery is Mm,
Mc / Mm> 1
A lighting device characterized by the above.
前記光学素子は少なくとも2面の屈折面を有する略アフォーカルをなす光学系であるとともに、レンズ中心部と周縁部で異なるアフォーカル倍率を有し、レンズ中心部のアフォーカル倍率をMc、レンズ周縁部のアフォーカル倍率をMmとしたときに、
Mc/Mm>1
であることを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 1 or 2,
The optical element is a substantially afocal optical system having at least two refracting surfaces, and has different afocal magnifications at the lens central portion and the peripheral portion. The afocal magnification at the lens central portion is Mc, and the lens periphery When the afocal magnification of the part is Mm,
Mc / Mm> 1
A lighting device characterized by the above.
レンズ周縁部のアフォーカル倍率をMmとしたときに、
|Mm|≒1
であることを特徴とする照明装置。 In the illuminating device of Claim 3 or Claim 4,
When the afocal magnification at the lens periphery is Mm,
| Mm | ≒ 1
A lighting device characterized by the above.
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