JP2010054767A - Projection type image display device - Google Patents
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Description
本発明は形態の異なる光源を用いた投射型画像表示装置に関し、例えば、レーザ光とランプ光を併用した照明装置によって構成されるプロジェクタ等の投射型画像表示装置に適用することができる。 The present invention relates to a projection type image display apparatus using light sources having different forms, and can be applied to a projection type image display apparatus such as a projector constituted by an illumination device using both laser light and lamp light.
従来、大画面の画像を効率的に得るための一形態として、映像信号に応じた画像を形成する小型の液晶パネル等の空間光変調素子を、ランプなどの光源からの光で照明し、投射レンズによってその光学像をスクリーン上に拡大投射する、プロジェクタなどの投射型画像表示装置が用いられている。 Conventionally, as one form for efficiently obtaining a large screen image, a spatial light modulation element such as a small liquid crystal panel that forms an image according to a video signal is illuminated with light from a light source such as a lamp and projected. Projection-type image display devices such as projectors that enlarge and project the optical image onto a screen by a lens are used.
このようなプロジェクタなどの投射型画像表示装置においては、可視光の波長帯域で高い発光効率が得られる超高圧水銀ランプで光源を構成することが一般的である。 In such a projection-type image display device such as a projector, it is general to configure the light source with an ultra-high pressure mercury lamp capable of obtaining high luminous efficiency in the visible light wavelength band.
超高圧水銀ランプでは、青色および緑色の波長域の光量に対して赤色の波長域の光量の割合が少ないという欠点があるため、青色および緑色の波長域の光量を抑制して赤色の波長域の光量とのバランスを確保する手法が用いられている。 The ultra-high pressure mercury lamp has the disadvantage that the ratio of the light in the red wavelength region is small relative to the light in the blue and green wavelength regions. A technique for ensuring a balance with the amount of light is used.
しかしながら、このように青色および緑色の波長域の出射光量を抑制して赤色の出射光量と所望の比を得る方法では、高い照明効率を達成することが困難である。 However, it is difficult to achieve high illumination efficiency with such a method that obtains a desired ratio of the emitted light quantity of red by suppressing the emitted light quantity in the blue and green wavelength regions.
このため、赤色、緑色、青色の光強度問題を解決する1つの方法として、超高圧水銀ランプに比して発光スペクトルのバランスのとれたキセノンランプ等を用いて光源を構成することも考えられるが、発光効率が劣る欠点がある。 For this reason, as one method for solving the red, green, and blue light intensity problems, it may be possible to construct a light source using a xenon lamp or the like having a balanced emission spectrum as compared with an ultrahigh pressure mercury lamp. There is a disadvantage that the luminous efficiency is inferior.
そこで、主たる照明光であるランプ光において光量が不足しやすい波長域については、別の補助的な光源を追加する方法が提案されている(例えば、特許文献1乃至3参照)。 In view of this, a method of adding another auxiliary light source has been proposed for a wavelength region in which the light amount is likely to be insufficient in the lamp light that is the main illumination light (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
これらの方法では、第1の光源である超高圧水銀ランプにおいて相対的に光量が小さい赤色の波長域について、第2の補助的な光源としてレーザ光を用いる。これにより、第1の照明光の発光スペクトラムの波長域を第2の照明光で補うことができ、高い色再現性により明るい画像を表示することができる。
しかしながら、上記特許文献1では、ダイクロイックミラーでランプ光とレーザ光を合成しているが、レーザ光については強度均一化光学系を通過していないため、空間光変調素子を均一に照明することが困難である。 However, in Patent Document 1 described above, lamp light and laser light are synthesized by a dichroic mirror. However, since the laser light does not pass through the intensity uniformizing optical system, the spatial light modulation element can be illuminated uniformly. Have difficulty.
また、特許文献2や特許文献3では、ランプ光源のリフレクター近傍にてランプ光とレーザ光を合波しているが、この構成では、レーザ光の合波部分がランプ光の光路を遮蔽するため、大出力のレーザ光源や複数の発光素子を用いたレーザ光源には適さない。 In Patent Document 2 and Patent Document 3, the lamp light and the laser light are combined in the vicinity of the reflector of the lamp light source, but in this configuration, the combined portion of the laser light shields the optical path of the lamp light. It is not suitable for a laser light source using a large output laser light source or a plurality of light emitting elements.
本発明は以上の点を鑑みてなされたものであり、ランプ等の第1の光源より出射される照明光を効率良く利用した上で、高い色再現性により明るい画像を表示するために、レーザなどの第2の光源を併用する投射型画像表示装置において、演色性が高く、小型で高効率な照明装置を用いた投射型画像表示装置を提供することを目的とする。 In order to display a bright image with high color reproducibility while efficiently using illumination light emitted from a first light source such as a lamp, the present invention has been made in view of the above points. An object of the present invention is to provide a projection-type image display device using a small and highly efficient illumination device having a high color rendering property in a projection-type image display device using a second light source such as the above.
上記課題を解決するために本発明の投射型画像表示装置は、複数の発光素子が直線状に配列された第1の光源と、前記第1の光源とは形態の異なる第2の光源と、前記第1の光源からの出射光を前記複数の発光素子の配列方向と直交する方向に走査する走査手段と、映像信号に応じて前記第1の光源および第2の光源からの出射光を変調する空間光変調素子と、前記空間光変調素子から出射された変調光をスクリーンに投射する投射光学系と、を備えていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a projection-type image display apparatus according to the present invention includes a first light source in which a plurality of light emitting elements are arranged in a straight line, a second light source having a different form from the first light source, Scanning means for scanning the light emitted from the first light source in a direction orthogonal to the arrangement direction of the plurality of light emitting elements, and modulating the light emitted from the first light source and the second light source according to a video signal And a projection optical system that projects the modulated light emitted from the spatial light modulation element onto a screen.
そして、第1の光源が配列されている方向と直交する方向に出射光を走査することにより、空間光変調素子に対して均一な輝度分布を有する照明光を得ることが可能となる。 Then, by scanning the emitted light in a direction orthogonal to the direction in which the first light sources are arranged, it is possible to obtain illumination light having a uniform luminance distribution with respect to the spatial light modulator.
また、本発明の投射型画像表示装置では、第1の光源として半導体レーザを使用することを特徴とする。半導体レーザにおいては、高出力を得るために、複数の発光素子を配列した構成を用いることが効果的である。 In the projection type image display apparatus of the present invention, a semiconductor laser is used as the first light source. In a semiconductor laser, in order to obtain a high output, it is effective to use a configuration in which a plurality of light emitting elements are arranged.
本発明の投射型画像表示装置では、このような、一次元状に略同一出力の発光点が配列された半導体レーザの出力光を、その配列方向と直交する方向に一次元状に走査する。これにより、簡便な構成でありながら、レーザ光を用いた均一な照明光を得ることが可能である。 In the projection type image display device of the present invention, the output light of such a semiconductor laser in which light emitting points having substantially the same output are arranged in a one-dimensional manner is scanned in a one-dimensional manner in a direction orthogonal to the arrangement direction. Thereby, it is possible to obtain uniform illumination light using laser light with a simple configuration.
また、本発明の投射型画像表示装置では、半導体レーザを用いる際に、特に、その中心波長は、600nm〜700nmの赤色の色域であり、また、第2の光源として放電ランプを使用することを特徴とする。投射型画像表示装置で最も一般的に使用されている超高圧水銀ランプは、青色、緑色に比べて赤色の色域の強度が相対的に低いという特徴を有する。そのため、第1の光源により、この色域の光を補充することが有用である。 In the projection type image display apparatus of the present invention, when using a semiconductor laser, the center wavelength is a red color gamut of 600 nm to 700 nm, and a discharge lamp is used as the second light source. It is characterized by. The ultra-high pressure mercury lamp that is most commonly used in a projection-type image display apparatus has a feature that the intensity of the red color gamut is relatively lower than that of blue and green. Therefore, it is useful to supplement the light of this color gamut with the first light source.
また、本発明の投射型画像表示装置では、第1の光源からの出射光の走査手段として、ガルバノミラーあるいはポリゴンミラーを使用することを特徴とする。ガルバノミラーおよびポリゴンミラーは、小型・高精度で一次元の走査を得る手段として好適である。 In the projection type image display apparatus of the present invention, a galvanometer mirror or a polygon mirror is used as a scanning means for the emitted light from the first light source. The galvanometer mirror and the polygon mirror are suitable as means for obtaining a one-dimensional scan with small size and high accuracy.
さらに、本発明の投射型画像表示装置では、第1の光源からの出射光と、第2の光源からの出射光の一部を、空間的に合成する照明光合成手段を備えることを特徴とする。 Furthermore, the projection type image display device of the present invention is characterized by comprising illumination light combining means for spatially combining the emitted light from the first light source and a part of the emitted light from the second light source. .
第2の光源のうち、第1の光源の近傍の波長帯域の光を空間的に合成して同一の光路として、空間光変調素子を照明することにより、さらに高輝度の投射型画像表示装置を得ることができる。 Among the second light sources, the light of the wavelength band near the first light source is spatially synthesized to illuminate the spatial light modulation element as the same optical path, thereby further increasing the brightness of the projection type image display device. Obtainable.
本発明によると、空間光変調素子で形成される画像を、ランプ等の白色の光源とレーザ等の単色性のすぐれた光源とを併用して照明し、投射レンズを用いてスクリーン上に投射する投射型画像表示装置において、複数の発光素子が直線状に配列されたレーザ光源から出射されるレーザ光を1次元に走査することによって、小型で高効率の照明装置を提供でき、空間光変調素子と投射光学系を具備することにより、演色性の高い投射型画像表示装置を実現することができる。 According to the present invention, an image formed by a spatial light modulator is illuminated using a white light source such as a lamp and a light source having excellent monochromaticity such as a laser, and projected onto a screen using a projection lens. In a projection-type image display device, a small-sized and highly efficient illumination device can be provided by scanning a laser beam emitted from a laser light source in which a plurality of light emitting elements are linearly arranged in one dimension, and a spatial light modulation element By providing the projection optical system, it is possible to realize a projection type image display device with high color rendering properties.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1に係る投射型画像表示装置を説明する概略構成図、図2は赤色レーザ光源およびコリメートレンズの斜視図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a projection type image display apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a red laser light source and a collimating lens.
本実施の形態では、光源として、超高圧水銀ランプと赤色レーザ光源を使用しており、第1の光源が赤色レーザ光源10、第2の光源が超高圧水銀ランプ20である。また、空間光変調素子としては、赤色、緑色、青色の色域に対する3つの透過型液晶変調素子50、51、52を使用している。
In the present embodiment, an ultrahigh pressure mercury lamp and a red laser light source are used as the light source, the first light source is the red
図2に示すように、赤色レーザ光源10は、波長640nmで直接発振する半導体レーザであり、直線状に多数の発光素子が並んでいる。本実施の形態では、赤色レーザ光源10を構成する発光素子101は0.4mmピッチで26個の発光素子が配列されている。
As shown in FIG. 2, the red
発光素子101の配列方向をX軸、レーザ光の出射方向をZ軸、残りの軸をY軸とする座標系をとる。発光素子101からの出射光は、一般に、X軸方向とY軸方向では発散角度が異なる。
A coordinate system is used in which the arrangement direction of the
本実施の形態で使用する発光素子101は、X軸方向がSLOW軸(発散角度が小さい方向)、Y軸方向がFAST軸(発散角度が大きい方向)となっている。FAST軸方向のコリメート(平行光化)のために、シリンドリカルレンズであるコリメートレンズ11を配置している。
In the light-emitting
FAST軸方向が略平行光となった赤色レーザ光は、一次元の走査手段であるポリゴンミラー12へと入射される。ポリゴンミラー12は回転軸に垂直な断面が正20角形の形状をしている全反射ミラーである。
The red laser light whose FAST axis direction is substantially parallel light is incident on the
ポリゴンミラー12により一次元に走査された赤色レーザ光は、フィールドレンズ42を通過した後で、空間光変調素子52を照明する。ポリゴンミラー12の走査周波数は、空間光変調素子52の変調周波数よりも十分に大きくなるように設定されている。
The red laser light scanned one-dimensionally by the
赤色半導体レーザ光の照明均一化について、Y軸方向については、ポリゴンミラー12の走査によって達成される。X軸方向については、略均一の発光素子101が並んでいることを利用する。
Uniform illumination of the red semiconductor laser light is achieved by scanning the
空間光変調素子52を、赤色レーザ光源10の出射端面と共役な位置からずらした構成とすることで、ムラのない均一な照明を得ることができる。
By making the spatial
一方、超高圧水銀ランプ20の出射光は、異なる照明光学系を通って空間光変調素子50、51を照明する。まず、超高圧水銀ランプ20の出射光は、リフレクター21とコリメートレンズ22を通過して、略コリメート光となった後、レンズアレイ23およびレンズアレイ24を通過することにより、輝度均一化が達成される。そして、偏光ビームスプリッタ25により直線偏光に揃えられた後、集光レンズ26を通過する。
On the other hand, the light emitted from the extra-high
さらに、ダイクロイックミラー30により、白色光成分のうち、青色の色域の光のみが反射される。反射された青色域の光は、全反射ミラー31で折り曲げられた後、フィールドレンズ40を通過して、空間光変調素子50を照明する。
Further, the
ダイクロイックミラー30を通過した赤色および緑色の色域の成分のうち、ダイクロイックミラー32により、緑色の色域の光が反射され、フィールドレンズ41を通過して、空間光変調素子51を照明する。
Of the red and green color gamut components that have passed through the
空間光変調素子50、51、52により変調された光は色合成プリズム53により空間的に合成された後で、投射光学系54により、スクリーン55に拡大投射される。
The light modulated by the spatial
本実施の形態では、ダイクロイックミラー30により、緑色光を透過し、青色光を反射する構成としたが、緑色光を反射し、青色光を透過する構成にしてもかまわない。
In the present embodiment, the
また、空間光変調素子として、透過型液晶変調素子を使用したが、反射型液晶変調素子やデジタル・マイクロミラー・デバイスなどを使用してもよい。 Further, although the transmission type liquid crystal modulation element is used as the spatial light modulation element, a reflection type liquid crystal modulation element or a digital micromirror device may be used.
本装置は、光源からリレー光学系となるフィールドレンズ40、41、42までの構成は照明装置であり、この照明装置を独立して使用することもできる。これは、以下の実施に述べる形態2においても同様である。
In this apparatus, the configuration from the light source to the
本実施の形態のように、赤色の色域について半導体レーザ光を使用することにより、演色性の高い画像表示装置を得ることができ、その際に、赤色照明光学系においてポリゴンミラーを用いることで、小型で高効率の照明装置を構成することが可能となる。 As in this embodiment, by using semiconductor laser light for the red color gamut, an image display device with high color rendering can be obtained. At that time, by using a polygon mirror in the red illumination optical system, It is possible to configure a small and highly efficient lighting device.
(実施の形態2)
図3は本発明の実施の形態2に係る投射型画像表示装置を説明する概略構成図、図4および図5はスペクトル特性図である。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a schematic configuration diagram for explaining a projection-type image display apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are spectrum characteristic diagrams.
本実施の形態では、第1の光源および第2の光源は、実施の形態1と同様の光源を使用しているが、第2の光源の照明光学系において、ダイクロイックミラー32を通過した赤色光を利用する構成としている。その他の構成は実施の形態1と同様である。
In the present embodiment, the first light source and the second light source use the same light source as in the first embodiment, but the red light that has passed through the
すなわち、ダイクロイックミラー32の透過光である超高圧水銀ランプ20からの赤色光は、リレーレンズ60、61、および全反射ミラー62を経由した後で、ダイクロイックミラー63を用いることで、赤色レーザ光源10から出射し、ポリゴンミラー12により一次元に走査された赤色光と空間的に合波されている。
That is, the red light from the ultra-high
本構成では、半導体レーザのスペクトルとランプ光のスペクトル形状の違いを利用して、同じ赤色光の合波を行っている。 In this configuration, the same red light is multiplexed by utilizing the difference between the spectrum of the semiconductor laser and the spectrum shape of the lamp light.
図4にダイクロイックミラー63の透過スペクトルを示す。図から判るように、640nmを中心として、狭帯域のみを透過する特性を有しており、その他の波長域については、高反射率となっている。
FIG. 4 shows a transmission spectrum of the
赤色レーザ光源10は、中心波長640nmの狭帯域のスペクトルを有するが、これに対して、超高圧水銀ランプ20からの赤色光は広帯域のスペクトルを有する。
The red laser
そこで、レーザ光の波長帯域だけを透過する特性を有するダイクロイックミラー63を挿入することにより、少ない損失で、2つの赤色光の合波を行うことが可能となる。
Therefore, by inserting the
図5に本実施の形態における、スクリーン55上で白色を出力したときのスペクトルを示す。
FIG. 5 shows a spectrum when white is output on the
本実施の形態では、超高圧水銀ランプ20からの出射光における赤色光も利用しているため、実施の形態1に比べて、より明るい照明装置を用いた投射型画像表示装置を提供することができる。
In the present embodiment, since red light in the light emitted from the extra-high
なお、これらの実施の形態では、ポリゴンミラーを用いたが、ガルバノミラーであってもよい。 In these embodiments, a polygon mirror is used, but a galvanometer mirror may be used.
本発明の投射型画像表示装置は、簡便な方法で、高輝度を有し、かつ照明エリア内の輝度が平滑化された照明光が提供できるものであり、レーザ光源を照明装置として用いたプロジェクタなどの投射型画像表示装置に有用である。 The projection-type image display device of the present invention can provide illumination light having high brightness and smoothed brightness in the illumination area by a simple method, and a projector using a laser light source as the illumination device It is useful for projection type image display devices such as.
10 赤色レーザ光源
11 コリメートレンズ
12 ポリゴンミラー
20 超高圧水銀ランプ
21 リフレクター
22 コリメートレンズ
23、24 レンズアレイ
25 偏光ビームスプリッタ
26 集光レンズ
30、32、63 ダイクロイックミラー
31、62 全反射ミラー
40〜42 フィールドレンズ
50〜52 空間光変調素子
53 色合成プリズム
54 投射光学系
55 スクリーン
60、61 リレーレンズ
101 発光素子
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JP2021061403A (en) * | 2014-08-14 | 2021-04-15 | エムティティ イノベーション インコーポレイテッドMtt Innovation Incorporated | Multiple laser light sources |
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