JP2007121842A - 照明装置及び画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単色光を発光する光源11と、該光源11から射出された光の偏光面を時間的に変化させる偏光回転素子12と、該偏光回転素子12から射出された射出光の光路を分離する光路分離素子13と、該光路分離素子13により分離されたそれぞれの光を被投射部材に入射させる導光手段14とを備えることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
この特許文献1に記載のレーザディスプレイ装置は、赤色,緑色,青色の半導体レーザと、各半導体レーザから射出されたレーザ光を平行光にする複数のコリメータレンズと、コリメータレンズにより平行化された光の強度分布を均一化する複数のマイクロレンズと、各マイクロレンズから射出された光を変調する空間光変調器とを備えている。そして、各空間光変調器を通過した光は、ダイクロイックミラーにより合成され、プロジェクタレンズによりスクリーンに表示されるようになっている。このレーザディスプレイ装置は、マイクロレンズが光軸を回転軸として回転可能となっており、このマイクロレンズを回転させることによって空間光変調器を照射するレーザ光のスペックルノイズを低減もしくは消滅するようになっている。
本発明の照明装置は、単色光を発光する光源と、該光源から射出された光の偏光面を時間的に変化させる偏光回転素子と、該偏光回転素子から射出された射出光の光路を分離する光路分離素子と、該光路分離素子により分離されたそれぞれの光を被投射部材に入射させる導光手段とを備えることを特徴とする。
前記偏光回転素子を透過する光の偏光面が前記領域ごとに制御されることが好ましい。
本発明に係る照明装置では、光源が複数設けられているため、被投射部材に照射される光の高輝度化が図れるという効果が得られる。
本発明に係る照明装置では、光源が少なくとも赤色光を射出する光源,緑色光を射出する光源,青色光を射出する光源を含むため、広範囲の色を表現可能であるとともに、明るさ及び演色性が優れた照明光を得ることが可能である。
次に、本発明の第1実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置1は、図1に示すように、単色光を発光するレーザ光源(光源)11と、光源11から射出された光の偏光面を時間的に変化させる液晶素子(偏光回転素子)12と、この偏光回転素子12から射出された射出光の光路を分離する光路分離素子として偏光ビームスプリッタ(偏光分離素子、以下PBSと称す)13と、PBS13により分離されたそれぞれの光をライトバルブ(被投射部材)15に入射させる回折光学素子14(導光手段、以下DOE(Diffractive Optical Element)と称す)とを備えている。
ライトバルブ15としては、DMD(Digital Micromirror Device)、GLV(Grating Light Valve)、液晶ライトバルブ等が挙げられる。なお、液晶ライトバルブを用いるときは、入射する光の偏光方向を揃えるために、前段に偏光変換素子が必要となる。
また、駆動回路20から出力される電圧0Vと20Vとの切り替え周波数は、人間が感知可能なフリッカの周波数よりも高い周波数に設定されている。
まず、光源11が駆動されると、レーザ光源11からレーザ光が射出され、液晶素子12に入射する。液晶素子12に入射したレーザ光は、駆動回路20における印加電圧が0Vのときはp偏光光として第1偏光分離面13aを透過し、DOE14の第1DOE14aに入射する。そして、第1DOE14aにおいて回折した後、ライトバルブ15の被照射面を照射する。
ここで、第1DOE14a及び第2DOE14bにおいて回折した後のスペックルパターンは、図2に示すように、異なるものとなる。そして、ライトバルブ15において、重なり合い、観察者の目には、第1DOE14a及び第2DOE14bによるスペックルを積分した信号が検知されるため、スペックルパターンが減少して見える。
なお、DOE14は、同一基板上に第1DOE14a,第2DOE14bが形成された構成にしたが、第1DOE14aと第2DOE14bとが別体であっても良い。
次に、本発明に係る第2実施形態について、図3を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第1実施形態に係る照明装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る照明装置30では、駆動回路31が液晶素子32を所定の領域ごとに制御する点において第1実施形態と異なる。
また、第1,第3電極36,38及び第2,第4電極37,39はそれぞれ駆動回路31に接続されている。この駆動回路31は、第1電極36及び第3電極38間に、0V及び20Vの電圧を20Hz周期で印加し、第2電極37及び第4電極39間に、0V及び20Vの電圧を50Hz周期で印加するようになっている。
また、レーザ光源11と液晶素子32との間には、レーザ光源11から射出されたレーザ光を平行化するコリメータレンズ44が設けられている。
また、領域A,Bごとに、印加する電圧の切り替え周期を異ならせることにより、第1〜第4DOE42a〜42dから射出される光がすべて混在されるので、同じ周期で切り替える場合に比べ、よりスペックルパターンを低減させることが可能となる。
また、液晶素子32を2つの領域A,Bに分けたが、3つ以上に分けても良い。
次に、本発明に係る第3実施形態について、図4を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置50では、DOE14に代えて、導光手段としてレンズアレイ51を用いる点において第1実施形態と異なる。
レンズアレイ51は、図4に示すように、第1偏光分離面13aを透過したp偏光光が入射する位置に設けられた第1レンズアレイ51aと、第1レンズアレイ51aと対になるとともに第1レンズアレイ51aから射出された光をライトバルブ15に照射させる第2レンズアレイ51bと、第2偏光分離面13bを反射したs偏光光が入射する位置に設けられた第3レンズアレイ51cと、第3レンズアレイ51cと対になるとともに第3レンズアレイ51cから射出された光をライトバルブ15に照射させる第4レンズアレイ51dとを備えている。これら第1〜第4レンズアレイ51a〜51dにより、ライトバルブ15に入射する光は、ライトバルブ15の被照射面の形状及び大きさに変換するとともに、照度分布を均一化にするようになっている。
次に、本発明に係る第4実施形態について、図5を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置60では、DOE14に代えて、導光手段としてロッドインテグレータ61を用いる点において第1実施形態と異なる。
照明装置60は、図5に示すように、第1偏光分離面13aを透過した光及び第2偏光分離面13bを反射した光を集光させる集光レンズ62と、集光レンズ62により集光された光を内部において反射させ、照度分布を均一化するロッドインテグレータ61と、ロッドインテグレータ61から射出された光をライトバルブ15に照射する照射レンズ63とを備えている。
次に、本発明に係る第5実施形態について、図6及び図7を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置70では、PBS14に代えて、光路分離素子として非線形光学素子71を用いる点において第1実施形態と異なる。
非線形光学素子71は、図6(a),(b)に示すように、異方性媒質からなる異方性回折格子72と、回折格子72の回折面72aに埋設されるとともに等方性媒質からなる等方性回折格子73とを備えている。また、等方性回折格子73の屈折率をnとし、常光の屈折率、すなわち、X方向に振動する光が入射したときの異方性回折格子72の屈折率をnoとし、異常光の屈折率、すなわち、Y方向に振動する光が入射したときの異方性回折格子72の屈折率をneとすると、n=neである。なお、等方性回折格子73の屈折率は、異方性回折格子72の常光の屈折率noと同じであっても良い。
なお、本実施形態において、異方性回折格子72は、結晶、ニオブ酸リチウム等の複屈折性を有する材質からなっていれば良い。また、レンズアレイ74を用いたが、第1実施形態と同様に、非線形光学素子71を透過した光,異方性回折格子72の回折面72aにおいて回折され±1次光それぞれを回折する回折面を有する回折光学素子であっても良い。
次に、本発明に係る第6実施形態について、図8を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置80は、上記各実施形態において、ライトバルブ15が液晶ライトバルブである場合に用いるものである。この場合、照明装置80は、図8に示すように、第2偏光分離面13bにおいて反射されたs偏光光の光路上にλ/2板(位相板)81が設けられている。これにより、第2偏光分離面13bにおいて反射したs偏光光は、p偏光光に変換される。
なお、本実施形態において、p偏光光に揃えたが、第1偏光分離面13aを透過したp偏光光の光路上にλ/2板81を配置してs偏光光に揃えても良い。
次に、本発明に係る第7実施形態について、図9を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置90では、レーザ光源91(光源)が複数設けられている点において第1実施形態と異なる。また、液晶素子92は3分割された領域A,B,Cに分かれており、各領域A,B,Cごとに電極が設けられており、これら電極は駆動回路105により制御されている。そして、この各領域A,B,Cに対応して第1,第2,第3レーザ光源91a,91b,91cが設けられている。
PBS93は、領域A,B,Cごとに、第1実施形態と同様に、第1レーザ光源91aから射出されたp偏光光を透過し、s偏光光を反射する偏光分離面が設けられている。また、DOE94は、領域A,B,Cごとに、第1実施形態と同様に、それぞれの領域から射出されPBSにより分離された光をそれぞれライトバルブ15に照明するようになっている。
なお、複数の光源は、3つに限らず2つでも4つ以上であっても良い。また、光源を複数設けた場合は、少なくとも赤色光を射出する光源,緑色光を射出する光源,青色光を射出する光源を含んでいても良い。例えば、第1レーザ光源91aが赤色レーザであり、第2レーザ光源91bが緑色レーザであり、第3レーザ光源91cが青色レーザであっても良い。さらに、光源を複数設けた場合は、アレイ化して配置しても良い。
次に、本発明に係る第8実施形態について、図10を参照して説明する。
本実施形態では、上記第7実施形態の照明装置90を備えるプロジェクタ(画像表示装置)100について説明する。
レーザ光源91は、第1,第2,第3レーザ光源91a,91b,91cが、それぞれ赤色レーザ,緑色レーザ,青色レーザ光を射出するものである。
プロジェクタ100は、照明装置90から射出された光を画像信号に応じて変調する、DMD等のライトバルブ(被投射部材,光変調装置)101と、ライトバルブ101により変調されたカラー画像をスクリーン103に投射する投射レンズ(投射装置)102とを備えている。また、ライトバルブ101は、レーザ光源91に同期して時分割駆動を行うようになっている。
なお、本実施形態のプロジェクタにおいて、照明装置90を用いたものを説明したが、上述したいずれの照明装置を用いても良い。
また、ライトバルブ15として液晶ライトバルブを用いた場合、単板式では上記の形態で良いが、三板式を用いるときは、レーザ光源を色ごとに、ダイクロイックプリズムの周辺に配置することにより、プロジェクタ100と同様にスペックルが低減された良好な画像を得ることが可能となる。
例えば、導光手段は、光路分離素子より分離されたそれぞれの光を拡散させる光拡散部材であっても良い。この光拡散部材は、例えば、入射面に微細な凹凸を有する擦りガラスによって構成されている。
また、偏光回転素子として、液晶素子12を用いたが、これに代えて鉛(Pd)、ランタン(La)、ジルコン(Zr)、チタン(Ti)を含む酸化物セラミックスであるPLZT(チタン酸ジルコン酸ランタン鉛)を用いても良い。このPLZTも液晶素子と同様に電圧を印加することにより、透過した光の偏光面を変えることができる素子であるため、上記と同様の効果が得られる。
また、偏光回転素子に電圧を印加して偏光面を回転させたが、磁界の強さに応じて偏光面が回転するファラデー効果を生じる偏光回転素子であっても良い。
また、第2偏光分離面13b,41b及び第4偏光分離面41dは、偏光分離膜である必要はなく、反射面であっても良い。
Claims (11)
- 単色光を発光する光源と、
該光源から射出された光の偏光面を時間的に変化させる偏光回転素子と、
該偏光回転素子から射出された射出光の光路を分離する光路分離素子と、
該光路分離素子により分離されたそれぞれの光を被投射部材に入射させる導光手段とを備えることを特徴とする照明装置。 - 前記光路分離素子が、前記偏光回転素子から射出された射出光のうち特定の振動方向の偏光光を透過させ、前記特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面を有する偏光分離素子であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
- 前記特定の振動方向の偏光光あるいは前記他の振動方向の偏光光の光路上に位相板が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の照明装置。
- 前記偏光回転素子が所定の領域ごとに区分けされ、
前記偏光回転素子を透過する光の偏光面が前記領域ごとに制御されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記導光手段が、前記光路分離素子より分離されたそれぞれの光の照度分布を均一化するレンズアレイであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記導光手段が、前記光路分離素子より分離されたそれぞれの光の照度分布を均一化するロッドインテグレータであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記導光手段が、前記光路分離素子より分離されたそれぞれの光を拡散させる光拡散部材であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記導光手段が、前記光路分離素子より分離されたそれぞれの光を前記被投射部材の被照射面の形状及び大きさに変換する回折光学素子であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記光源が複数設けられていることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記複数の光源が、少なくとも赤色光を射出する光源,緑色光を射出する光源,青色光を射出する光源を含むことを特徴とする請求項9記載の照明装置。
- 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の照明装置と、
前記被投射部材であるとともに、前記照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とする画像表示装置。
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