JP2007322584A

JP2007322584A - 照明装置及びそれを用いた投写型映像表示装置

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Publication number: JP2007322584A
Application number: JP2006151006A
Authority: JP
Inventors: Koji Ishii; 孝治石井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2007-12-13
Also published as: CN101454718A; CN101454718B; WO2007141953A1; US20090147152A1

Abstract

【課題】輝度ムラを低減することができると共に高精度な調整が不要となる照明装置及びそれを用いた投写型映像表示装置を提供する。
【解決手段】略平行光を出射する複数の光源１ａ，１ｂと、各光源１ａ，１ｂが出射した略平行光のうち半分を反射し、残り半分を透過する光分離部材（偏光ビームスプリッタ３ａ，３ｂ）を有すると共に各光源１ａ，１ｂからの光を同一方向に揃えて同じ照射面（インテグレータレンズ７１の光入射面）の全領域に照射する光路変更部材２とを備えた。
【選択図】図１

Description

本願発明は、照明装置並びにこの照明装置を用いた投写型映像表示装置に関するものである。

従来より、大画面映像を表示する装置として、照明装置の強力な光を液晶パネルに照射し、この液晶パネルに表示されている画像をスクリーン上に拡大投写する液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置が知られている。

この種の投写型映像表示装置に用いられる照明装置としては、特許文献１に開示された照明装置がある。図５は、当該特許文献１に開示されている照明装置を示した説明図である。なお、光源のランプは省略している（以下同様）。この照明装置は、低消費電力の小さい光源を複数個使用することによって、より点光源に近い光源が得られるため、光の利用効率を向上させることが可能となり、低消費電力化できるようにしたものである。

かかる照明装置を簡単に説明すると、並列に配置された光源１ａ，１ｂから同一方向に出射される略平行光は凸レンズ１０１によって収束して一度焦点を結び、その後にコリメータレンズ１０２で平行光にされ、インテグレータレンズ７１に照射される。このとき各光源１ａ，１ｂから出射される光線は互いに重ならずにインテグレータレンズ７１の半分の領域に照射される。

また、別の例として特許文献２に開示された照明装置がある。図６は、当該特許文献２に開示されている照明装置を示した説明図である。凹面反射鏡を有して略平行光を出射する二つの光源１ａ，１ｂ間には、光路変更部材１１１〜１１３が設けられている。各光路変更部材１１１〜１１３は、一方の光源１ａ用の分割反射面１１１ａ〜１１３ａと他方の光源１ｂ用の分割反射面１１１ｂ〜１１３ｂを有している。一方の光源１ａ用の分割反射面１１１ａ〜１１３ａは、互いに平行で異なる平面内に配置されている。他方の光源１ｂ用の分割反射面１１１ｂ〜１１３ｂについても同様である。各分割反射面１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｂ〜１１３ｂによる反射光は互いに重ならず且つ隙間無くインテグレータレンズ７１の光入射面上に交互に分散照射される。また、各光源１ａ，１ｂの中心付近の光はインテグレータレンズ７１の中心付近に照射され、周辺付近の光は周辺付近に照射される。
特開２００２−２５８２１２号公報（G02B 27/18,G03B 21/00）特開２００1−２１９９６号公報(G03B 21/14,G03B 21/00)

しかしながら、上述した照明装置は、一つの光源からの略平行光がインテグレータレンズの半分の領域のみに照射されるため、一つの光源に寿命等による発光停止（ランプ切れ）が生じた場合、個々のレンズ部分が液晶パネルの全面を照射するように設計されたインテグレータレンズを用いていても、インテグレータレンズの作用が十分に発揮できずに輝度ムラが生じる。また、各光源からの略平行光がインテグレータレンズ上の該当領域に正確に照射されない場合にも輝度ムラが生じるため、分割反射面等の位置や角度など高精度な調整が必要になる。

そこで、本願発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、輝度ムラを低減することができると共に高精度な調整が不要となる照明装置及びそれを用いた投写型映像表示装置を提供することを目的とするものである。

上記のような目的を達成するために、本願の請求項１に係る照明装置は、略平行光を出射する複数の光源と、各光源が出射した略平行光のうち半分を反射し、残り半分を透過する光分離部材を有すると共に各光源からの光を同一方向に揃えて同じ照射面の全領域に照射する光路変更部材とを備えたことを特徴とするものである。

請求項２に係る照明装置は、前記複数の光源として二つの光源が互いに向き合って配置され、各光源に対応する光分離部材の光分離面が前記照射面に向かってそれぞれの縁を合わせた山型もしくは谷型に配置されることによって構成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る照明装置は、前記光分離部材が偏光ビームスプリッタで構成されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る投写型映像表示装置は、前記請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の照明装置と、この照明装置から照射された光を映像信号に基づき変調する光変調素子と、この光変調素子にて変調された光を拡大投写する投写レンズとを備えたことを特徴とするものである。

請求項５に係る投写型映像表示装置は、前記照明装置からの光を３原色に分離して各色光用の光変調素子にそれぞれ導き、各色光用の光変調素子にて変調された光を合成して投写するように構成したことを特徴とするものである。

本願の請求項１記載の照明装置によれば、各光源が出射した略平行光のうち半分を反射し、残り半分を透過する光分離部材を有すると共に各光源からの光を同一方向に揃えて同じ照射面の全領域に照射する光路変更部材を備えたことにより、各光源からの略平行光それぞれを照射面の全領域に照射することができるので、各光源のいずれかに寿命等による発光停止（ランプ切れ）が生じても、輝度ムラを低減することができる。また、各光源からの略平行光それぞれを照射面の全領域に照射するので、従来のようにそれぞれ半分の領域のみに照射する場合に比べて、照射範囲を当該領域に正確に合わせる必要がなくなるため、高精度な調整が省略でき、部材の組み立てが容易になる。

請求項２記載の照明装置によれば、複数の光源として二つの光源が互いに向き合って配置され、各光源に対応する光分離部材の光分離面が照射面に向かってそれぞれの縁を合わせた山型もしくは谷型に配置されることによって構成されているので、光路変更部材が安価に作製でき、照明装置の低コスト化を図ることができる。

請求項３記載の照明装置によれば、光分離部材が偏光ビームスプリッタで構成されているので、各光源が出射した略平行光をＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離して一方を反射し、他方を透過することで、上述した構成を容易に実現することができる。

請求項４記載の投写型映像表示装置によれば、上述した照明装置を用いて投写型映像表示装置を構成することで、上述したような効果が得られる投写型映像表示装置が実現できる。

請求項５記載の投写型映像表示装置によれば、前記照明装置からの光を３原色に分離して各色光用の光変調素子にそれぞれ導き、各色光用の光変調素子にて変調された光を合成して投写するように構成したことにより、上述したような効果に加えて色ムラも低減することができる。

以下、本願発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本願発明に係る照明装置の一実施形態の要部構成図、図２はその作用を示す説明図であり、前述した図５，図６と同一符号は同一又は相当部分を示している。

図１に示すように、本実施形態の照明装置１００は、二つの光源１ａ，１ｂを互いに向き合った状態に配置すると共に、それらの間に光路変更部材２を配置して構成している。この光路変更部材２は、各光源１ａ，１ｂに対応する光分離部材としてのキューブ形状の偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと略記する）３ａ，３ｂと、λ／２位相差板４、λ／４位相差板５及び反射鏡６で構成されている。

本実施形態では、各光源１ａ，１ｂに対応するＰＢＳ３ａ，３ｂの光分離面３１ａ，３１ｂがインテグレータレンズ７１の光入射面（照射面）に向かってそれぞれの縁を合わせた山型に配置されることによって構成されている。これらのＰＢＳ３ａ，３ｂ間にはλ／２位相差板４が配置されると共に、ＰＢＳ３ａ，３ｂのインテグレータレンズ７１とは反対側の面には、内側にλ／４位相差板５が配置され、その外側に反射鏡６が反射面を内側に向けて配置されている。

以上の構成において、図２に示すように、一つの光源１ａから出射された略平行光は、先ずＰＢＳ３ａに入射し、入射した略平行光のうちＳ偏光成分はＰＢＳ３ａの光分離面３１ａにより反射され、Ｐ偏光成分はＰＢＳ３ａを透過する。その後、反射したＳ偏光成分はインテグレータレンズ７１の光入射面の半分の領域に照射される。また、透過したＰ偏光成分は、λ／２位相差板４によってＳ偏光に変調されたのち、他方のＰＢＳ３ｂの光分離面３１ｂで反射され、λ／４位相差板５及び反射鏡６で再度Ｐ偏光に変調されつつ上記Ｓ偏光成分と同一方向へ反射された後、ＰＢＳ３ｂを通過し、Ｓ偏光成分と並んでインテグレータレンズ７１の光入射面の残り半分へ照射される。

また、他方の光源１ｂから出射された略平行光は、先ずＰＢＳ３ｂに入射し、入射した略平行光のうちＳ偏光成分はＰＢＳ３ｂの光分離面３１ｂにより反射され、Ｐ偏光成分はＰＢＳ３ｂを透過する。その後、反射したＳ偏光成分はインテグレータレンズ７１の光入射面の半分の領域に照射される。また、透過したＰ偏光成分は、λ／２位相差板４によってＳ偏光に変調されたのち、他方のＰＢＳ３ａの光分離面３１ａで反射され、λ／４位相差板５及び反射鏡６で再度Ｐ偏光に変調されつつ上記Ｓ偏光成分と同一方向へ反射された後、ＰＢＳ３ａを通過し、Ｓ偏光成分と並んでインテグレータレンズ７１の光入射面の残り半分へ照射される。

このように本実施形態の照明装置１００によれば、各光源１ａ，１ｂからの略平行光それぞれをインテグレータレンズ７１の全領域に照射することができる。従って、光源１ａ，１ｂのいずれかに寿命等による発光停止（ランプ切れ）が生じ、他方の光源が単一で点灯していてもインテグレータレンズ７１の作用を十分発揮でき、輝度ムラを低減することができる。また、前述した従来技術（特許文献２）のように分割された略平行光をインテグレータレンズ７１の該当領域に正確に合わせる必要がなくなるため、高精度な調整が省略でき、部材の組み立てが容易になる。

また、複数の光源として二つの光源１ａ，１ｂが互いに向き合って配置され、各光源１ａ，１ｂに対応する偏光ビームスプリッタ３ａ，３ｂの光分離面３１ａ，３１ｂがインテグレータレンズ７１の光入射面（照射面）に向かってそれぞれの縁を合わせた山型に配置されることによって構成されているので、光路変更部材２が安価に作製でき、照明装置の低コスト化を図ることができる。

また、光分離部材が偏光ビームスプリッタ３ａ，３ｂで構成されているので、各光源１ａ，１ｂが出射した略平行光をＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離して一方を反射し、他方を透過することで、各光源１ａ，１ｂが出射した略平行光のうち半分を反射し、残り半分を透過する構成を容易に実現することができる。

なお、上記実施形態では、インテグレータレンズ７１に向かって各ＰＢＳ３ａ，３ｂの光分離面３１ａが山型になるように組み合わせて構成されているが、図３に示すように、逆に光分離面３１ａ，３１ｂが谷型になる組み合わせでも構成できる。その他の構成は、前記実施形態と同様である。

このように構成しても、図３に示すように、一つの光源１ａから出射された略平行光は、先ずＰＢＳ３ａに入射し、入射した略平行光のうちＳ偏光成分はＰＢＳ３ａの光分離面３１ａにより反射され、Ｐ偏光成分はＰＢＳ３ａを透過する。その後、透過したＰ偏光成分はλ／２位相差板４によってＳ偏光に変調されたのち、他方のＰＢＳ３ｂの光分離面３１ｂで反射され、インテグレータレンズ７１の光入射面の半分の領域に照射される。また、反射したＳ偏光成分は、λ／４位相差板５及び反射鏡６でＰ偏光に変調されつつ上記Ｓ偏光成分と同一方向へ反射された後、ＰＢＳ３ａを通過し、Ｓ偏光成分と並んでインテグレータレンズ７１の光入射面の残り半分へ照射される。

また、他方の光源１ｂから出射された略平行光は、先ずＰＢＳ３ｂに入射し、入射した略平行光のうちＳ偏光成分はＰＢＳ３ｂの光分離面３１ｂにより反射され、Ｐ偏光成分はＰＢＳ３ｂを透過する。その後、透過したＰ偏光成分はλ／２位相差板４によってＳ偏光に変調されたのち、他方のＰＢＳ３ａの光分離面３１ａで反射され、インテグレータレンズ７１の光入射面の半分の領域に照射される。また、反射したＳ偏光成分は、λ／４位相差板５及び反射鏡６でＰ偏光に変調されつつ上記Ｓ偏光成分と同一方向へ反射された後、ＰＢＳ３ｂを通過し、Ｓ偏光成分と並んでインテグレータレンズ７１の光入射面の残り半分へ照射される。

従って、このような構成によっても、各光源１ａ，１ｂからの略平行光それぞれをインテグレータレンズ７１の全領域に照射することができるので、前記実施形態と同様な作用効果が得られる。

なお、上記各実施形態では、キューブ形状のＰＢＳ３ａ，３ｂを用いたが、平板形状のＰＢＳでも同様に構成できる。

図４は、前述した図１，図２の照明装置を用いた液晶プロジェクタの一実施形態を示している。

図４において、照明装置１００から出射された白色光は、インテグレータレンズ７１に照射され、このインテグレータレンズ７１を経た光は偏光変換装置７２に至る。インテグレータレンズ７１は、一対のレンズ群から構成され、個々のレンズ部分が後述する液晶パネルの全面を照射するように設計されており、照明装置１００から出射された光に存在する部分的な輝度ムラを平均化し、画面中央と周辺部の光量差を低減する。さらに、前述してきたように照明装置１００自体に輝度ムラの低減作用があるので、インテグレータレンズ７１との相乗効果によって、輝度ムラの一層の低減を図ることができる。

偏光変換装置７２を経て単一の偏光に変換された光は、集光レンズ７３を透過し、第１ダイクロイックミラー７４へと導かれる。第１ダイクロイックミラー７４は、赤色波長帯域の光Ｒを透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー７４を透過した赤色波長帯域の光Ｒは、全反射ミラー７５にて反射されて赤色光用の透過型の液晶パネル７６Ｒに導かれ、これを透過することで光変調される。

一方、第１ダイクロイックミラー７４にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー７７に導かれる。第２ダイクロイックミラー７７は、青色波長帯域の光Ｂを透過し、緑色波長帯域の光Ｇを反射する。第２ダイクロイックミラー７７にて反射した緑色波長帯域の光Ｇは、緑色光用の透過型の液晶パネル７６Ｇに導かれ、これを透過することで光変調される。

また、第２ダイクロイックミラー７７を透過した青色波長帯域の光Ｂは、全反射ミラー７８，７９を経て青色光用の透過型の液晶パネル７６Ｂに導かれ、これを透過することで光変調される。

各液晶パネル７６Ｒ，７６Ｇ，７６Ｂを経て得られた変調光（各色映像光）はダイクロイックプリズム８０によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ８１によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に投影表示される。

この液晶プロジェクタにおいても、照明装置１００の各光源１ａ，１ｂからの略平行光それぞれがインテグレータレンズ７１上の全領域に照射されるため、光源１ａ，１ｂのいずれかに寿命等による発光停止（ランプ切れ）が生じ、他方の光源が単一で点灯していてもインテグレータレンズ７１の作用を十分発揮でき、輝度ムラや色ムラを低減することができる。また、前述した従来技術（特許文献２）のように分割された略平行光をインテグレータレンズ７１の該当領域に正確に合わせる必要がなくなるため高精度な調整が省略でき、部材の組み立てが容易になる。

なお、上記各実施形態では、複数の光源として二つの光源１ａ，１ｂを配置した場合について示したが、例えば上述したような二つの光源１ａ，１ｂを備えた照明装置１００を一つの光源としてこれらを組み合わせて上記と同様に構成すれば、光源の数をさらに増やすことができる。

また、上記実施形態では、投写型映像表示装置として光変調素子に液晶パネルを用いた液晶プロジェクタを示したが、他の映像光生成系を備える投写型映像表示装置においても本願発明を適用することができる。例えば、ＤＬＰ（Digital Light Processing；テキサス・インスツルメンツ（TI）社の登録商標）方式のプロジェクタにおいても本願発明を適用することができる。

本願発明に係る照明装置の一実施形態の要部構成図。図１の作用を示す説明図。本願発明に係る照明装置の他の実施形態の構成及び作用を示す説明図。図１，図２の照明装置を用いた液晶プロジェクタの一実施形態の構成及び作用を示す説明図。従来の照明装置の一例を示す説明図。従来の照明装置の他の例を示す説明図。

符号の説明

１ａ，１ｂ光源
２光路変更部材
３ａ，３ｂ偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
３１ａ，３１ｂ光分離面
４ λ／２位相差板
５ λ／４位相差板
６反射鏡
７１インテグレータレンズ
７４，７７ダイクロイックミラー
７５，７８，７９全反射ミラー
７６Ｒ，７６Ｇ，７６Ｂ液晶パネル
８０ダイクロイックプリズム
８１投写レンズ
１００照明装置

上記のような目的を達成するために、本願の請求項１に係る照明装置は、略平行光を出射する複数の光源と、各光源からの光を同一方向に揃えて同じ照射面の全領域に照射する光路変更部材とを備えた照明装置において、前記光路変更部材は、少なくとも、各光源が出射した略平行光のうち半分を反射し、残り半分を透過する光分離部材と位相差板とを有すると共に、光路変更部材内で光源からの光の光路を変更し、各光源からの光を同一方向に揃えて同じ照射面の全領域に照射するように構成されていることを特徴とする。

上記のような目的を達成するために、本願の請求項１に係る照明装置は、略平行光を出射する複数の光源と、各光源からの光を同一方向に揃えて同じ照射面に照射する光路変更部材とを備えた照明装置において、前記光路変更部材は、各光源が出射した略平行光のうち半分を反射し、残り半分を透過する光分離部材と、光の偏光成分を変調する位相差板と、光を反射する反射鏡とを有し、各光源が出射した略平行光は全て光路変更部材内で光路を変更すると共に、各光源からの光は、互いに同じ照射面の全領域に照射するように構成されていることを特徴とするものである。

Claims

略平行光を出射する複数の光源と、各光源が出射した略平行光のうち半分を反射し、残り半分を透過する光分離部材を有すると共に各光源からの光を同一方向に揃えて同じ照射面の全領域に照射する光路変更部材とを備えたことを特徴とする照明装置。
前記複数の光源として二つの光源が互いに向き合って配置され、各光源に対応する光分離部材の光分離面が前記照射面に向かってそれぞれの縁を合わせた山型もしくは谷型に配置されることによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記光分離部材が偏光ビームスプリッタで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の照明装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の照明装置と、この照明装置から照射された光を映像信号に基づき変調する光変調素子と、この光変調素子にて変調された光を拡大投写する投写レンズとを備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
前記照明装置からの光を３原色に分離して各色光用の光変調素子にそれぞれ導き、各色光用の光変調素子にて変調された光を合成して投写するように構成したことを特徴とする請求項４記載の投写型映像表示装置。