JP2010078975A - Illuminating device and projection type image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光を用いた照明装置、および、空間光変調素子で形成される画像をレーザ光によって照明し、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関する。 The present invention relates to an illumination device using laser light, and a projection-type image display device that illuminates an image formed by a spatial light modulation element with laser light and projects the image on a screen using a projection lens.
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、プロジェクターなどの投射型画像表示装置が用いられている。 As a form for efficiently obtaining a large-screen image, a spatial light modulator 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 is projected by a projection lens. A projection type image display apparatus such as a projector that projects the optical image on a screen in an enlarged manner is used.
しかしながら、ランプを光源とした場合、(1)光源の寿命が短くメンテナンスが煩雑になる、(2)白色光を光の三原色に分離するために光学系が複雑になる、(3)色再現範囲が狭い、といった数々の問題点がある。 However, when a lamp is used as a light source, (1) the life of the light source is short and maintenance is complicated, (2) the optical system is complicated to separate white light into the three primary colors of light, and (3) the color reproduction range. There are many problems such as narrowness.
これらの問題点を解決するために、ランプの代わりにレーザ光源などの固体光源を用いた新しい画像表示装置が提案されている。レーザ光源は、ランプに比べて寿命が長く、またレーザ光は指向性が高いために光利用効率も高い。さらに、その単色性により広い色再現範囲を確保できるなどの利点がある。 In order to solve these problems, a new image display device using a solid light source such as a laser light source instead of a lamp has been proposed. The laser light source has a longer life than the lamp, and the laser light has high directivity, so that the light utilization efficiency is high. Further, there is an advantage that a wide color reproduction range can be secured by the monochromaticity.
画像表示装置に好適なレーザ光源として、半導体レーザが挙げられる。半導体レーザは小型で量産にも適していることから、光ディスクドライブのピックアップ等、映像、音響機器の分野で既に可視域の半導体レーザが実用化されている。また、YAGレーザやファイバレーザ等の励起用光源として、大出力の近赤外半導体レーザが産業界で実用化されている。 As a laser light source suitable for an image display device, a semiconductor laser can be given. Since semiconductor lasers are small and suitable for mass production, semiconductor lasers in the visible range have already been put into practical use in the fields of video and audio equipment such as optical disk drive pickups. Further, as a pumping light source such as a YAG laser or a fiber laser, a high-power near-infrared semiconductor laser has been put into practical use in the industry.
画像表示装置に使用するための赤色、緑色、青色の色域では、赤色および青色の半導体レーザが実用化の段階に入っている。しかしながら、高効率・小型・高ビーム品質といった特性を満たす該色域の半導体レーザは、現状では光出力が1W級のものが多い。 In the red, green, and blue color gamuts for use in image display devices, red and blue semiconductor lasers have entered the stage of practical use. However, many semiconductor lasers having the color gamut that satisfy the characteristics of high efficiency, small size, and high beam quality are currently in the 1 W class.
また、緑色については、現在のところ、該色域で直接発振する半導体レーザが実用化されていないため、第二高調波に基づく波長変換レーザ等により緑色光を得る方法が一般的である。該方式による画像表示装置向け小型緑色レーザとしては、数W級のレーザが開発されている。 As for green, since a semiconductor laser that directly oscillates in the color gamut has not been put into practical use, a method of obtaining green light by a wavelength conversion laser based on the second harmonic is generally used. Several W class lasers have been developed as small green lasers for image display devices using this method.
ところで、近年、投射型画像表示装置においては高輝度化に対する需要が目覚しく、5000〜10000ルーメン級のフルカラーの投射型画像表示装置が普及している。1W級のレーザ光から得られる光束は1000ルーメン以下であり、このような高輝度の画像表示装置をレーザ光源によって達成するためには、各色域において、複数のレーザ光源が必要となる。 By the way, in recent years, the demand for high brightness is remarkable in the projection type image display device, and the full color projection type image display device of 5000 to 10000 lumens is widespread. The luminous flux obtained from 1 W class laser light is 1000 lumens or less, and in order to achieve such a high-luminance image display device with a laser light source, a plurality of laser light sources are required in each color gamut.
一方、投射型画像表示装置では、空間光変調素子を均一に照明するために、照明エリアの光強度の平滑化を行う必要があるが、その効果的な手法として、ロッドインテグレータ(またはロッドと略する)を使用する方法がある。ロッドインテグレータでは、側面で光が反射を繰り返すことにより、出射端面において、強度が平滑化される。 On the other hand, in the projection type image display device, in order to uniformly illuminate the spatial light modulation element, it is necessary to smooth the light intensity in the illumination area. There is a way to use. In the rod integrator, the light is repeatedly reflected on the side surface, whereby the intensity is smoothed on the emission end surface.
レーザのような半導体発光素子を光源に用い、ロッドインテグレータを平滑化に用いた例としては、例えば特許文献1、特許文献2に開示されている。
ロッドインテグレータを用いた照明光学系では、(1)損失なくロッドインテグレータに光をカップリングし、(2)十分な強度平滑化を行う、という2点を同時に満たすことが重要である。 In an illumination optical system using a rod integrator, it is important to simultaneously satisfy the following two points: (1) coupling light to the rod integrator without loss and (2) performing sufficient intensity smoothing.
ロッドへのカップリング効率を高くする簡便な方法としては、ロッド外形を大きくすることが挙げられるが、側面における十分な反射回数を確保するためには、ロッド長が大きくなり、その結果、照明装置全体が大きくなってしまう問題がある。逆に、ロッド外形を小さくすると、短いロッド長でも強度平滑化を行いやすい反面、ロッドへの照明光のカップリングが難しくなる。 A simple way to increase the coupling efficiency to the rod is to increase the outer shape of the rod, but in order to ensure a sufficient number of reflections on the side surface, the rod length increases, and as a result, the illumination device There is a problem that the whole becomes large. On the other hand, when the rod outer shape is made small, it is easy to smooth the intensity even with a short rod length, but it becomes difficult to couple the illumination light to the rod.
特に、ランプやLEDを光源に用いた投射型画像表示装置では、これらの光源からの発光が非常に広範囲の配光特性を有するため、ロッドの入射端面が小さい場合は、高いカップリング効率を得ることは困難となる。 In particular, in a projection type image display apparatus using a lamp or LED as a light source, the light emitted from these light sources has a very wide range of light distribution characteristics, and therefore, when the incident end face of the rod is small, high coupling efficiency is obtained. It becomes difficult.
一方、レーザ光は高い集光性と小さい拡がり角を有しているため、ランプやLEDを光源に用いた場合に比べて、入射端面が小さいロッドにレーザ光をカップリングすることが原理的に可能である。 On the other hand, since laser light has a high light condensing property and a small divergence angle, it is theoretically possible to couple the laser light to a rod having a small incident end face compared to the case where a lamp or LED is used as a light source. Is possible.
しかしながら、投射型画像表示装置に好適である半導体レーザは、ビーム拡がり角が比較的大きいレーザ光源であるため、効率的にレーザ光を伝播させるために、コリメートレンズを用いることが多い。コリメート光のビーム径が大きくなりすぎないように、コリメートレンズは焦点距離が短くなっており、半導体レーザ筐体の直後にコリメートレンズを配置する。コリメートレンズによって略平行光となったレーザ光を強度平滑化素子であるロッドインテグレータに入射し、均一な照明光を得る。 However, since a semiconductor laser suitable for a projection type image display apparatus is a laser light source having a relatively large beam divergence angle, a collimator lens is often used in order to efficiently propagate the laser light. In order to prevent the beam diameter of the collimated light from becoming too large, the collimating lens has a short focal length, and the collimating lens is disposed immediately after the semiconductor laser casing. The laser light that has become substantially parallel light by the collimating lens is incident on a rod integrator that is an intensity smoothing element to obtain uniform illumination light.
図11に半導体レーザ光、コリメートレンズ、ロッドインテグレータの位置関係を模式的に示す。半導体レーザとコリメートレンズの距離をZ1、コリメートレンズとロッドインテグレータの距離をZ2とし、レーザ光が伝播する光軸方向をZ軸、Z軸に垂直な紙面方向をX軸とする。 FIG. 11 schematically shows the positional relationship between the semiconductor laser beam, the collimating lens, and the rod integrator. The distance between the semiconductor laser and the collimating lens is Z1, the distance between the collimating lens and the rod integrator is Z2, the optical axis direction in which the laser light propagates is the Z axis, and the paper surface direction perpendicular to the Z axis is the X axis.
X軸方向にコリメートレンズをΔX1だけ動かすと、ロッドインテグレータ箇所において、レーザビームの位置はX軸方向におよそΔX2=ΔX1×Z2/Z1だけ動くことになる。一般的な光学系ではZ2>Z1であるので、コリメートレンズの変動が小さくても、ロッドインテグレータ箇所においては、大きくビーム位置が変動する。 When the collimating lens is moved by ΔX1 in the X-axis direction, the position of the laser beam moves by approximately ΔX2 = ΔX1 × Z2 / Z1 in the X-axis direction at the rod integrator location. Since Z2> Z1 in a general optical system, even if the change of the collimating lens is small, the beam position greatly changes at the rod integrator.
すなわち、ロッドインテグレータ口径が、入射端面におけるレーザビーム径に比べて十分大きくない場合、あるいは、Z2>>Z1である場合は、半導体レーザ、コリメートレンズ、ロッドインテグレータのX軸方向の正確なアライメントを必要とする。 In other words, when the diameter of the rod integrator is not sufficiently larger than the laser beam diameter at the incident end face, or when Z2 >> Z1, it is necessary to accurately align the semiconductor laser, collimating lens, and rod integrator in the X-axis direction. And
このようなアライメントは、コリメートレンズ、あるいは、レーザ光源をXYZ軸の微動機構が設けられた治具に装着し、基準光を観察しながらコリメートレンズとレーザ光源の相対位置を調整し、所望の箇所で固着する方法等により達成できる。 For such alignment, a collimating lens or laser light source is mounted on a jig provided with a fine movement mechanism of the XYZ axes, and the relative position of the collimating lens and the laser light source is adjusted while observing the reference light, and the desired location It can be achieved by a method of fixing with the above.
しかしながら、複数のレーザ光源を必要とする高輝度の照明装置において、使用するレーザ光源が増えていくと、精密なアライメントを要するシステムでは、組み立て調整工数の煩雑さが大きな問題となる。 However, in a high-luminance illumination device that requires a plurality of laser light sources, as the number of laser light sources to be used increases, the complexity of assembly and adjustment man-hours becomes a serious problem in systems that require precise alignment.
本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、レーザを用いた照明装置において、簡便な方法により効率的にレーザ光をロッドにカップリングし、均一な照明光を得ることを可能にした照明装置、およびそれを用いた投射型画像表示装置を提供するものである。 The present invention is proposed in view of the above-described circumstances, and in a lighting apparatus using a laser, a laser beam is efficiently coupled to a rod by a simple method to obtain uniform illumination light. It is an object of the present invention to provide an illuminating device that is made possible and a projection type image display device using the same.
上記課題を解決するために本発明の照明装置は、レーザ光を出射する複数のレーザ光源と、前記レーザ光の強度分布を平滑化する強度平滑化素子とを備え、前記強度平滑化素子は、側面で光が反射され、入射端面の開口径が出射端面の開口径よりも大きいテーパロッドであり、該強度平滑化素子へは、前記複数のレーザ光源から発せられる複数のレーザ光が入射されることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an illumination device of the present invention includes a plurality of laser light sources that emit laser light, and an intensity smoothing element that smoothes the intensity distribution of the laser light, and the intensity smoothing element includes: Light is reflected from the side surface, and the opening diameter of the incident end face is a tapered rod larger than the opening diameter of the emitting end face, and a plurality of laser beams emitted from the plurality of laser light sources are incident on the intensity smoothing element. It is characterized by.
ロッドを用いた強度平滑化においては、特許文献1、特許文献2にも開示されている入射端面の開口径と出射端面の開口径が等しいロッド(以降、本発明においてはストレートロッドを示す)が、広く用いられている。 In intensity smoothing using a rod, there is a rod (hereinafter referred to as a straight rod in the present invention) in which the opening diameter of the incident end face is equal to the opening diameter of the exit end face as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2. Widely used.
これに対して、入射端面の開口径が出射端面の開口径よりも大きいテーパロッドであるとは、すなわち、ロッド中の光束の進行方向をZ軸とし、強度平滑化素子における前記光源との対向面内にX軸およびY軸をとったとき、Z軸に沿った側面(YZ面およびXZ面)のうち少なくとも一方について、該対向面から離れるに連れて徐々に幅が狭くなるテーパ状に形成されていることを示す。 In contrast, a tapered rod having an opening diameter at the incident end face larger than the opening diameter at the exit end face means that the traveling direction of the light beam in the rod is the Z axis, and the surface of the intensity smoothing element facing the light source. When the X axis and the Y axis are taken inside, at least one of the side surfaces (YZ surface and XZ surface) along the Z axis is formed into a tapered shape that gradually decreases in width as the distance from the opposing surface increases. Indicates that
上記の構成であれば、テーパロッドの入射端面の開口径を大きくすることにより、レーザ光のロッドへのカップリングが容易となり、出射端面の開口径が小さくなっているために、入射端面の開口径およびロッド長が同一のストレートロッドに比べて、反射回数を多くすることが可能となる。 With the above configuration, increasing the opening diameter of the incident end face of the tapered rod facilitates coupling of the laser light to the rod, and the opening diameter of the exit end face is reduced. In addition, the number of reflections can be increased compared to straight rods having the same rod length.
上記の構成は、各種ランプ光やLED光を用いた照明光学系においても可能であるが、これらの光源は広い角度の配光特性を有するために、ロッド入射光のNA(NUMERICAL APERTURE:開口数)が大きい。そのため、本発明のテーパロッドを適用すると、ロッドからの出射光NAが大きくなりすぎるため、好適とならない。 The above configuration is also possible in an illumination optical system using various lamp lights and LED lights. However, since these light sources have a wide angle light distribution characteristic, the NA (Numerical Aperture) of the rod incident light is used. ) Is large. Therefore, when the taper rod of the present invention is applied, the emitted light NA from the rod becomes too large, which is not suitable.
すなわち、本発明における構成は、ランプやLEDに比べて細いビーム径でコリメートすることのできるレーザ光において、特に、組み立て調整の簡素化が望まれる、複数のレーザ光源からのレーザ光が1つのロッドに入射される照明光学系に好適である。 That is, the configuration of the present invention is a laser beam that can be collimated with a beam diameter thinner than that of a lamp or LED. In particular, laser beams from a plurality of laser light sources are desired to be simplified in assembly adjustment. It is suitable for an illumination optical system that is incident on the beam.
なお、本発明の二次的な効果として、スペックルノイズの低減がある。レーザ光は干渉性が高いため、スペックルノイズが生じて画質が劣化するという問題点があり、レーザ光を用いた画像表示装置を提供する際には、スペックルノイズの除去・低減が極めて重要である。 As a secondary effect of the present invention, there is a reduction in speckle noise. Since laser light has high coherence, there is a problem that speckle noise occurs and image quality deteriorates. When providing an image display device using laser light, it is extremely important to remove and reduce speckle noise. It is.
スペックルノイズの量に影響を与える因子の一つとして、光学系のNAがある。光学系のNAが大きくなると、様々な角度からスクリーン上の一点に光が投射されるため、スペックルノイズが低減される。そこで、照明光学系、空間変調素子、投射光学系において損失を発生しない範囲で、本発明の手法によって大きなNAの光学系とすることは、スペックルノイズ低減の観点からも望ましい。 One factor that affects the amount of speckle noise is the NA of the optical system. When the NA of the optical system is increased, speckle noise is reduced because light is projected to a point on the screen from various angles. Therefore, it is desirable from the viewpoint of speckle noise reduction to use an optical system having a large NA by the method of the present invention as long as no loss occurs in the illumination optical system, the spatial modulation element, and the projection optical system.
本発明の照明装置では、前記強度平滑化素子は、光軸に垂直な断面形状が矩形であり、前記断面の少なくとも一方の辺方向において、入射端面幅よりも出射端面幅が小さいことを特徴とする。角柱ロッドにおいて、X軸方向およびY軸方向の少なくとも一方について、入射端面幅よりも出射端面幅が小さいテーパ状を形成することによって、高効率かつ高均一性の照明光を得ることが可能である。 In the illumination device of the present invention, the intensity smoothing element has a rectangular cross-sectional shape perpendicular to the optical axis, and has an emission end face width smaller than an incident end face width in at least one side direction of the cross section. To do. In the prismatic rod, it is possible to obtain highly efficient and highly uniform illumination light by forming a tapered shape whose exit end face width is smaller than the entrance end face width in at least one of the X-axis direction and the Y-axis direction. .
二次元空間光変調素子の表示部形状は一般的に長方形であるため、ロッドの形状としては、角柱ロッドとすることが有効である場合が多いが、本発明の照明装置に適応可能なロッドの形状はこれに限定されるものではなく、断面が円形となる円形ロッドや、断面が多角形となる多角柱ロッドでもよい。要するに、上記のようなテーパ状であればよい。 Since the shape of the display portion of the two-dimensional spatial light modulator is generally rectangular, it is often effective to use a prismatic rod as the shape of the rod, but the rod of the rod applicable to the illumination device of the present invention is often used. The shape is not limited to this, and may be a circular rod having a circular cross section or a polygonal rod having a polygonal cross section. In short, any taper as described above may be used.
本発明のテーパロッドには、角柱状のガラスや結晶等を用いた全反射による中密の導光体のほかに、側面に金属ミラーや誘電体ミラー等を配置した中空の導光体等も含まれる。 The taper rod of the present invention includes a hollow light guide having a metal mirror, a dielectric mirror, etc. arranged on the side surface in addition to a medium-density light guide by total reflection using prismatic glass or crystals. It is.
次に、本発明の照明装置は、前記レーザ光源が、赤色、緑色、青色の色域を出射するレーザ光源により構成されており、特に、前記赤色、緑色、青色のレーザ光源は、それぞれの色域において、複数のレーザ光源により構成されていることを特徴とする。 Next, in the illumination device of the present invention, the laser light source is configured by a laser light source that emits red, green, and blue color gamuts. In particular, the red, green, and blue laser light sources have respective colors. It is characterized in that it is composed of a plurality of laser light sources.
本発明は、使用するレーザ光源の数が多くなるフルカラーの照明装置、特に、それぞれの色域において、多数のレーザ光源を使用する高輝度の照明装置において好適である。 The present invention is suitable for a full-color illuminating device in which the number of laser light sources to be used is large, particularly in a high-luminance illuminating device using a large number of laser light sources in each color gamut.
赤色の色域のレーザ光とは、特に波長が限定されるものではないが、例えば、中心波長が610〜650nmの範囲に存在するレーザ光である。同様に、緑色、青色の色域のレーザ光とは、例えば、中心波長がそれぞれ510〜550nm、430〜480nmのレーザ光である。 The wavelength of the red color gamut laser light is not particularly limited, but is, for example, laser light having a center wavelength in the range of 610 to 650 nm. Similarly, the green and blue color gamut laser beams are, for example, laser beams having center wavelengths of 510 to 550 nm and 430 to 480 nm, respectively.
また、本発明の照明装置は、前記強度平滑化素子が、前記赤色、緑色、青色の色域を出射するレーザ光源ごとに配置されていることを特徴とする。フルカラーの画像表示装置を提供するためには、赤色、緑色、青色の3色のレーザ光源を使用するが、それぞれの色毎に独立した二次元空間光変調素子を使用する場合は、各色域のレーザ光毎に、適切なテーパ角度を有する前記強度平滑化素子を使用するとよい。 Further, the illumination device of the present invention is characterized in that the intensity smoothing element is arranged for each laser light source that emits the red, green, and blue color gamuts. In order to provide a full-color image display apparatus, laser light sources of three colors of red, green, and blue are used. When two-dimensional spatial light modulation elements that are independent for each color are used, The intensity smoothing element having an appropriate taper angle may be used for each laser beam.
更に、本発明の照明装置は、前記強度平滑化素子が、直列に配置された複数の平滑化素子により構成されていることや、前記複数の平滑化素子の間に、前記レーザ光の位相を変調する位相変調手段を有していることや、前記レーザ光源と前記強度平滑化素子との間に、前記レーザ光の位相を変調する位相変調手段を有していることを特徴とする。 Furthermore, in the illumination device of the present invention, the intensity smoothing element is constituted by a plurality of smoothing elements arranged in series, or the phase of the laser beam is changed between the plurality of smoothing elements. It is characterized by having a phase modulation means for modulating, or having a phase modulation means for modulating the phase of the laser light between the laser light source and the intensity smoothing element.
本発明の照明装置を用いた投射型画像表示装置は、照明装置から出射されたレーザ光を映像信号に応じて変調を行う空間光変調素子によって変調し、前記空間光変調素子から出射された変調レーザ光を、投射光学系を介して投射する投射型画像表示装置であることを特徴とする。 The projection-type image display device using the illumination device of the present invention modulates the laser light emitted from the illumination device by a spatial light modulation element that modulates according to the video signal, and modulates the laser light emitted from the spatial light modulation device. It is a projection type image display apparatus which projects a laser beam via a projection optical system.
本発明によれば、レーザ光を用いた照明装置において、小型で高輝度、高効率、かつ均一性の高い照明装置を得ることが可能になり、さらには、スペックルノイズが抑制された投射型画像表示装置を提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to obtain a small, high-brightness, high-efficiency, and highly uniform illumination device using a laser beam, and further, a projection type in which speckle noise is suppressed. An image display device can be provided.
更に詳細に説明すると、レーザ光の強度分布を平滑化する強度平滑化素子として、入射端面口径が出射端面口径よりも大きいテーパロッドを使用することにより、以下の効果が得られる。 More specifically, the following effects can be obtained by using a tapered rod having an entrance end face diameter larger than the exit end face diameter as an intensity smoothing element for smoothing the intensity distribution of the laser light.
(1)入射端面口径が大きいことにより、ロッドへのカップリング効率が高くなるため、レーザ光源およびコリメートレンズ等の取り付け位置精度が緩和される。 (1) Since the diameter of the incident end face is large, the coupling efficiency to the rod is increased, so that the mounting position accuracy of the laser light source, the collimating lens, and the like is eased.
(2)出射端面口径が小さいことにより、ロッド長が短くても十分な強度平滑化の効果が得られ、ロッド以降の照明光学系の小型化も可能になるため、小型の照明装置を提供できる。 (2) Since the exit end face diameter is small, a sufficient strength smoothing effect can be obtained even if the rod length is short, and the illumination optical system after the rod can be miniaturized, so that a small illumination device can be provided. .
(3)複数のレーザ光源を簡便な組み立て調整にて使用することが容易となるため、高輝度の照明装置を提供できる。 (3) Since it becomes easy to use a plurality of laser light sources by simple assembly and adjustment, a high-luminance illumination device can be provided.
(4)平滑化素子にNA拡大機能を持たせることにより、効果的にNAの大きい照明光を得ることができるため、スペックルの低減が可能となる。 (4) By providing the smoothing element with an NA expansion function, illumination light having a large NA can be obtained effectively, and speckle can be reduced.
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に係る照明装置、およびそれを用いた画像表示装置を説明する概略構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an illumination device according to Embodiment 1 of the present invention and an image display device using the same.
本実施の形態では赤色、緑色、青色の3色のレーザ光源を使用しており、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、緑色レーザ光源11は、波長532nmで出力されるYbファイバレーザの第二高調波、青色レーザ光源12は、波長445nmで直接発振する半導体レーザである。
In this embodiment, laser light sources of three colors of red, green, and blue are used, the red laser
ただし、本発明に好適なレーザ光源が本実施の形態で示したレーザ光源に限定されないことは言うまでもない。例えば、赤色レーザ光源10としては、近赤外の半導体レーザの第二高調波なども挙げられる。緑色レーザ光源11としては、緑色で直接発振する半導体レーザ、近赤外の半導体レーザの第二高調波、Nd:YAGレーザの第二高調波、Nd:YVO4レーザの第二高調波なども挙げられる。青色レーザ光源12としては、近赤外の半導体レーザの第二高調波なども挙げられる。
However, it goes without saying that a laser light source suitable for the present invention is not limited to the laser light source shown in this embodiment mode. For example, the red laser
いずれのレーザ光源の場合も、光源からのビーム発散角度が大きい場合は、効率的にレーザビームを伝播するために、コリメートレンズを用いることが好ましい。そこで、各色のレーザ光源10〜12から出射されたレーザ光13、14、15は、コリメートレンズ20〜22によって略平行ビームとなり集光レンズ40に入射されている。
In any laser light source, when the beam divergence angle from the light source is large, it is preferable to use a collimating lens in order to propagate the laser beam efficiently. Therefore, the
本実施の形態では、コリメートレンズ20〜22として、各色のレーザ光の光軸に対して回転対称である非球面レンズを用いているが、縦方向と横方向のビーム発散角が顕著に異なる高出力半導体レーザ等においては、コリメートレンズとしてシリンドリカルレンズなどのアナモルフィック光学系を使う方が望ましい場合もある。
In the present embodiment, aspherical lenses that are rotationally symmetric with respect to the optical axes of the laser beams of the respective colors are used as the
集光レンズ40により、赤色、緑色、青色の3色のレーザ光13、14、15は集光され、位相変調素子50を通過後に、強度平滑化素子であるロッドインテグレータ30に入射される。レーザ光13、14、15はコリメートレンズ出射後にそれぞれのビームの光軸が略平行となっており、ロッドインテグレータ30の入射端面30aが集光レンズ40のおよそ焦点付近に一致するように配置されている。
The three, red, green, and
位相変調素子50は、回転するマイクロレンズアレイより構成されており、本素子を挿入することにより、スクリーン71上に発生するスペックルノイズが低減される。マイクロレンズアレイ以外の位相変調素子としては、拡散板などが挙げられる。
The
ロッドインテグレータ30は、入射端面30aの形状と出射端面30bの形状が略相似の関係となる長方形の形状をした角柱状の中密の導光体であり、入射端面30aより出射端面30bが小さいテーパ状のロッドである。ロッドの形状を図2の模式図に示した。図2(a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ、平面図、側面図、入射側端面図、出射側端面図を示す。ロッド端面の縦横比は略4:3となっている。
The
本実施の形態では、ロッド長L0を出射端面30bの対角長L2の7倍程度としたが、目的に応じて適宜ロッド三辺の長さの比を選ぶことができる。ロッド材料は石英であり、入射端面30aと出射端面30bには反射防止コーティングが施されている。
In the present embodiment, the rod length L0 is set to about 7 times the diagonal length L2 of the
ロッドインテグレータ30から出射されたレーザ光は、リレー光学系60および全反射ミラー61によって、空間光変調素子であるデジタル・マイクロミラー・デバイス62へとリレーされる。デジタル・マイクロミラー・デバイス62から出射された変調レーザ光は、投射光学系70によってスクリーン71へと投射される。
The laser light emitted from the
本装置は、光源からリレー光学系60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、以下に述べる実施の形態2以降においても同様である。
In this apparatus, the configuration from the light source to the relay
本実施の形態では、ロッドインテグレータ30の入射端面30aが大きくなっているため、レーザ光13、14、15をロッドインテグレータ30にカップリングすることが容易である。
In the present embodiment, since the
また、出射端面30bが小さくなっているために、反射回数を大きくし、ロッド出射光のNAを大きくすることができる。これらは、照明均一性の向上、照明装置の小型化、スペックルノイズの低減に効果的となっている。
Further, since the
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2に係る照明装置およびそれを用いた画像表示装置を説明する構成図である。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an illumination device and an image display device using the illumination device according to Embodiment 2 of the present invention.
本実施の形態では、赤色、緑色、青色のレーザ光を色合成プリズムで空間的に合成してから強度平滑化素子であるロッドインテグレータに入射している。 In this embodiment, red, green, and blue laser beams are spatially synthesized by a color synthesis prism and then incident on a rod integrator that is an intensity smoothing element.
赤色レーザ光源モジュール100は、少なくとも1個以上の赤色レーザ光源により構成されている。同様に、緑色レーザ光源モジュール101は、少なくとも1個以上の緑色レーザ光源により構成され、青色レーザ光源モジュール102は、少なくとも1個以上の青色レーザ光源により構成されている。
The red laser
各レーザ光源モジュールから出射されたレーザ光13、14、15は、色合成プリズム403によって空間的に合成された後、位相変調素子50を通過してから、ロッドインテグレータ30に入射される。位相変調素子50からスクリーン71までの光学系は実施の形態1と同じである。
The
本実施の形態では、色合成プリズム403を使用することにより、レーザ光源の配置に対する自由度が高くなり、色毎に仕様の異なるレーザ光源の駆動、冷却が実施しやすくなる。
In this embodiment, the use of the
図4は、本実施の形態に係る照明装置において、光源モジュールが複数のレーザ光源により構成される場合について、緑色光のレーザ光源モジュールを例に挙げ、レーザ光源モジュール101からロッドインテグレータ30までを詳細に説明する構成図である。
FIG. 4 shows the details of the laser
本実施の形態では、緑色レーザ光源モジュール101として、9個のレーザ光源110〜118を同時に使用しており、平面上に縦3個×横3個が等間隔に配置されている。図5(a)、(b)、(c)はそれぞれ平面図、側面図、入射側端面図である。
In the present embodiment, nine
各光源要素となるレーザ光源110〜118は、出射光をコリメートレンズ120〜128でコリメートされた後、集光レンズ401を用いてロッドインテグレータ30に集光されている。
Laser
なお、本実施の形態では、コリメートレンズ120〜128は軸対称の非球面レンズであるが、前述のように、レーザ光源110〜118からの出射光の縦方向と横方向のビーム発散角が大きく異なる場合は、シリンドリカルレンズ等を使用してもよい。また、レーザ光源110〜118からの出射光のビーム発散角が小さいときは、コリメートレンズ120〜128を使用しなくてもよい。
In this embodiment, the
ロッドインテグレータ30は、集光レンズ401の略後側焦点位置に入射端面30aがあるように配置されている。集光レンズ401とロッドインテグレータ30の間には、ロッド入射端面30aの直前に、位相変調素子である回転マイクロレンズアレイ50が挿入されている。ロッドインテグレータ30の形状は図2で示したものと同様であり、入射端面30aより出射端面30bが小さく、両者の形状が略相似であるようなテーパ状の角柱ロッドである。
The
各色について複数のレーザ光源を使用する場合、各々のレーザ光をロッド入射端面30aで一箇所に集光する必要があるが、レーザ光源の数が増えるほど、各レーザ光のアライメントが煩雑になり、素子間の光軸バラツキも大きくなる。ロッドインテグレータ30の入射端面30aを大きくすることにより、ロッドへのレーザ光のカップリングを容易にすることができ、高効率の照明装置を提供することができる。
When using a plurality of laser light sources for each color, it is necessary to focus each laser light at one place on the rod
ここで、ロッドインテグレータ30の入射端面30aと出射端面30bの好ましい口径について説明する。ロッドインテグレータ30から投射光学系70までの光学系を損失なく効率的に伝播させることができる、ロッドインテグレータ30における出射光の発散半角の上限をθ2(すなわち、光学系NA=sin(θ2))とする。
Here, the preferable apertures of the
また、ロッドインテグレータ30の光軸から最も離れた位置にあるレーザ光源(図4においてはレーザ光源110、116、112、118)が集光レンズ401によってロッドインテグレータ30に集光されるときのレーザ光の入射角をθ1とする。
Further, laser light when the laser light source (the
このとき、図2に示したように、ロッドインテグレータ30の入射端面口径をL1、出射端面口径をL2とすると、
L1/L2≦θ2/θ1・・・式(1)
の関係を満たすことが好ましい。式(1)の関係が満たされるように、ロッドのL1とL2を選ぶことにより、ロッド以降の光学系で顕著な損失を発生させることなく、効率的に光を伝播させることができる。
At this time, as shown in FIG. 2, when the entrance end face diameter of the
L1 / L2 ≦ θ2 / θ1 (1)
It is preferable to satisfy the relationship. By selecting L1 and L2 of the rod so that the relationship of Expression (1) is satisfied, light can be efficiently propagated without causing a significant loss in the optical system after the rod.
さらに、位相変調素子50によって光が拡散される、あるいは集光・発散される場合は、その影響を考慮してL1とL2の関係を選ぶことが好ましい。位相変調素子50の発散角度をθ3とすると、
L1/L2≦θ2/(θ1^2+θ3^2)^0.5・・・式(2)
の関係を満たすことが好ましい。
Furthermore, when light is diffused or condensed / diverged by the
L1 / L2 ≦ θ2 / (θ1 ^ 2 + θ3 ^ 2) ^ 0.5 Formula (2)
It is preferable to satisfy the relationship.
一般的に、直方体の形状を有する色合成プリズム403はP偏光を高効率で透過させるため、レーザ光源110〜118は、いずれもP偏光で出射されるように配置することが好ましい。
In general, since the
図4においては、緑色レーザ光源モジュール101についてのみ、各光源素子の配置を述べたが、赤色レーザ光源モジュール100および青色レーザ光源モジュール102についても、同様に、複数の光源素子より構成することができる。それぞれの色において、レーザ光源の数は同一である必要はない。
In FIG. 4, the arrangement of the light source elements is described only for the green laser
ただし、色合成プリズム403は、S偏光を高効率で反射させるため、図3に示したように、赤色、および、青色レーザ光源モジュールからのレーザ光が色合成プリズムによって反射される場合は、構成する赤色レーザ光源モジュール100、および、青色レーザ光源モジュール102を構成する青色レーザ光源は、S偏光で出射されるように配置することが好ましい。
However, since the
また、色合成プリズム403は、直方体の形状を有する、いわゆるクロスプリズムに限定されるものではなく、フィリップスタイプのプリズム、ケスタータイプのプリズム等も好適である。
The
1つの光源モジュールにおいて複数のレーザ光源を配置する場合の好ましい形態について追加説明する。ロッドインテグレータ30出射光の照明のムラを最小限に抑制するために、光源要素の出力がほぼ等しい場合は、テーパロッドのXY断面中心で表わされるZ軸に平行な直線200に対して回転対称性を有していることが望ましい。すなわち、直線200に対して、n回対称(n≧2)、あるいはそれに近い幾何学的位置関係で配置することが好ましく、nは大きい数であることが、より好ましい。
A preferred embodiment in the case where a plurality of laser light sources are arranged in one light source module will be additionally described. In order to minimize the unevenness of illumination of the light emitted from the
図4においては、直線200上にレーザ光源114が配置されており、残り8個のレーザ光源の配置は、直線200に対して4回対称(90度回転対称)となっている。
In FIG. 4,
このように、直線200すなわちロッドインテグレータ30の光軸に対して偏りなくレーザ光源を配置することで、ムラの少ない照明装置を構築することが可能となる。
Thus, by arranging the laser light source without deviation with respect to the
(実施の形態3)
図5は、本発明の実施の形態3に係る照明装置およびそれを用いた画像表示装置を説明する構成図である。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating an illumination device and an image display device using the same according to Embodiment 3 of the present invention.
本実施の形態では、赤色、緑色、青色のうち少なくとも一色について、複数のレーザ光源を使用している。本実施の形態に係る照明装置およびそれを用いた画像表示装置を説明する概略構成は、実施の形態2の図3と同様である。 In this embodiment, a plurality of laser light sources are used for at least one of red, green, and blue. The schematic configuration for explaining the illumination device according to the present embodiment and the image display device using the same is the same as that in FIG. 3 of the second embodiment.
本実施の形態に係る照明装置において、実施の形態2の図4と同様に、緑色光レーザ光源モジュールが複数のレーザ光源により構成される場合について、レーザ光源モジュール101からロッドインテグレータ30までを詳細に説明する構成図が図5である。
In the illumination device according to the present embodiment, as in FIG. 4 of the second embodiment, the case where the green laser light source module is configured by a plurality of laser light sources is described in detail from the laser
本実施の形態では、緑色レーザ光源モジュール101として、5個のレーザ光源130〜134を同時に使用しており、光軸をZ軸方向とし、X軸に平行にレーザ光源が直線状かつ等間隔に配置されている。図5(a)、(b)はそれぞれ平面図、側面図である。
In the present embodiment, five
各光源要素について、出射光をコリメートレンズ140〜144でコリメートした後、集光レンズ401を用いてロッドインテグレータ30に集光している。集光レンズ401、位相変調素子50、ロッドインテグレータ30の配置は実施の形態2と同様である。
About each light source element, after collimating the emitted light with the
本実施の形態で使用したロッドインテグレータ30は、入射端面30aの面積よりも出射端面30bの面積の方が小さい角柱テーパロッドであるが、X軸方向とY軸方向でテーパ角度が異なっており、入射端面30aと出射端面30bは相似形ではない。
The
X軸方向にレーザ光源が配置されているとき、複数のレーザ光の光束をまとめて考えた場合、ロッドインテグレータ30への入射光のX軸方向のNAの方が、Y軸方向のNAよりも大きい。そこで、ロッドインテグレータ30のテーパ角度について、Y軸方向のテーパ角度をX軸方向のテーパ角度よりも大きくすることにより、ロッドインテグレータ30からの出射光では、X軸方向とY軸方向のNAの差を小さくしている。あるいは、Y軸方向のみテーパ形状としてもよい。
When the laser light source is arranged in the X-axis direction, when considering the light beams of a plurality of laser beams together, the NA in the X-axis direction of the incident light to the
本実施の形態では一直線上にレーザ光源を配置した場合、ロッド入射光のX軸方向とY軸方向のNAの違いに基づいて、入射光NAの小さい軸方向のテーパ角度を大きくすることにより、効果的な照明装置を提供することができる。 In this embodiment, when the laser light source is arranged on a straight line, by increasing the taper angle in the small axial direction of the incident light NA based on the difference between the X-axis direction and the Y-axis direction NA of the rod incident light, An effective lighting device can be provided.
(実施の形態4)
図6は本発明の実施の形態4に係る照明装置およびそれを用いた画像表示装置を説明する概略構成図である。
(Embodiment 4)
FIG. 6 is a schematic configuration diagram for explaining an illumination device and an image display device using the illumination device according to Embodiment 4 of the present invention.
本実施の形態では、赤色、緑色、青色のレーザ光に対して、それぞれ2次元空間光変調素子、および、ロッドインテグレータを使用している。 In the present embodiment, a two-dimensional spatial light modulator and a rod integrator are used for red, green, and blue laser beams, respectively.
レーザ光源モジュール100〜102のうち、少なくとも1つは、実施の形態2の図4あるいは実施の形態3の図5で説明されるような複数のレーザ光源より構成されている。
At least one of the laser
赤色レーザ光源モジュール100より出射された赤色レーザ光は、集光レンズ400により集光され、位相変調素子51を通過した後で強度平滑化素子であるロッドインテグレータ31に入射される。ロッドインテグレータ31から出射された赤色レーザ光は、リレー光学系80を介して、2次元空間光変調素子83を照明する。緑色レーザ光、および、青色レーザ光についても、同様の構成により、それぞれ2次元空間光変調素子84、85を照明する。
The red laser light emitted from the red laser
2次元空間光変調素子83〜85によって変調された各レーザ光は、色合成プリズム86により空間的に合波され、投射光学系70によってスクリーン71へと投射される。
The laser beams modulated by the two-dimensional spatial
本実施の形態では、2次元空間光変調素子として、色毎に透過型の液晶表示デバイスを使用しており、強度平滑化素子も色毎に別々のロッドインテグレータを使用している。そのため、各色のレーザ光源モジュールの特性に応じて、各色の強度平滑化素子の適切な入射端面口径と出射端面口径を選ぶことができる。 In this embodiment, a transmissive liquid crystal display device is used for each color as the two-dimensional spatial light modulation element, and a separate rod integrator is also used for the intensity smoothing element for each color. Therefore, it is possible to select an appropriate incident end face diameter and outgoing end face diameter of the intensity smoothing element of each color according to the characteristics of the laser light source module of each color.
図6に示した構成では、全ての強度平滑化素子がテーパロッドとなっているが、必要に応じて、一部のロッドをストレートロッドに変更してもよい。 In the configuration shown in FIG. 6, all the strength smoothing elements are tapered rods, but some of the rods may be changed to straight rods as necessary.
(実施の形態5)
図7は本発明の実施の形態5に係る照明装置およびそれを用いた画像表示装置を説明する概略構成図である。
(Embodiment 5)
FIG. 7 is a schematic configuration diagram for explaining an illumination apparatus and an image display apparatus using the illumination apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
本実施の形態では、赤色、緑色、青色のうち少なくとも一色について、複数のレーザ光源を使用している。本発明の実施の形態3に係る照明装置およびそれを用いた画像表示装置を説明する構成図は、集光レンズ400〜402を使用していない点を除き、実施の形態2の図3と同様である。
In this embodiment, a plurality of laser light sources are used for at least one of red, green, and blue. The configuration diagram for explaining the illumination device according to the third embodiment of the present invention and the image display device using the same is the same as FIG. 3 of the second embodiment except that the
本実施の形態に係る照明装置において、図3と同様に、緑色光レーザ光源モジュールが複数のレーザ光源により構成される場合について、レーザ光源モジュール101からロッドインテグレータ30までを詳細に説明する構成図が図7である。
In the illumination device according to the present embodiment, as in FIG. 3, in the case where the green light source module is configured by a plurality of laser sources, a configuration diagram illustrating in detail from the
本実施の形態では、緑色レーザ光源モジュール101として、5個のレーザ光源130〜134を同時に使用している。各レーザ光源は等間隔に配置されているが、ロッドインテグレータ30の光軸をZ軸方向としたとき、レーザ光源132を除き、各レーザ光源からの出射光は、Z軸に平行ではない。
In the present embodiment, five
各レーザ光源の出力が大きい場合は、集光レンズによりレーザ光を集光して、その焦点付近にロッドインテグレータ30の入射端面30a、あるいは位相変調素子50を配置すると、高密度のレーザ光のために、素子端面の損傷を発生する恐れがある。そこで、本実施の形態では、集光レンズを使用せずに、略コリメート光のまま位相変調素子50にレーザ光を入射している。これにより、ロッド入射端面30aにおける光密度を低く抑えることができる。
When the output of each laser light source is large, the laser light is condensed by a condensing lens and the
図7においては、各レーザ光源の発光点とコリメートレンズ140〜144の光軸を結ぶ延長線上に強度平滑化素子の入射端面が存在しているが、コリメートレンズと強度平滑化素子の間にミラーやプリズムを配置して光路を折り曲げてもよい。また、レーザ光源からのビーム発散角度が小さいときは、コリメートレンズを使用しなくてもよい。
In FIG. 7, the incident end face of the intensity smoothing element exists on an extension line connecting the light emitting point of each laser light source and the optical axis of the
(実施の形態6)
図8は本発明の実施の形態6に係る照明装置およびそれを用いた画像表示装置を説明する概略構成図である。
(Embodiment 6)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram for explaining an illumination apparatus and an image display apparatus using the illumination apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.
本実施の形態では、赤色のレーザ光源10、緑色のレーザ光源11、青色のレーザ光源12が、それぞれ光ファイバ150〜152に接続されており、光ファイバ150〜152の出射端面から、各色のレーザ光が出力される。光ファイバ150〜152の出射端面に近接してロッドインテグレータ30の入射端面30aが配置されている。
In the present embodiment, a red laser
レーザ光の伝播においては、取り扱いの容易性などの面から、しばしば光ファイバを使用することがある。光ファイバ中を伝播させることにより、レーザ光源10〜12の配置の自由度が極めて高くなる。図8では一直線上にレーザ光源を配置しているが、この配置方法は特に限定されるものではない。また、光ファイバを使用することにより、レンズ等を使用することなく、レーザ光をロッドインテグレータに直接カップリングすることも容易となる。
In the propagation of laser light, an optical fiber is often used from the viewpoint of easy handling. By propagating through the optical fiber, the degree of freedom of arrangement of the
光ファイバの直径は、ファイバの種類によって様々である。マルチモードファイバでは、例えば、一般的に使用されている直径0.9mmのコア径のファイバを適用することができる。 The diameter of the optical fiber varies depending on the type of fiber. As the multimode fiber, for example, a generally used fiber having a core diameter of 0.9 mm can be applied.
光ファイバケーブルの直径は原理的にはファイバクラッド径程度まで小さくすることができるが、多数の光ファイバをバンドルするほど、そのバンドル径が大きくなるため、ロッドインテグレータの入射端面口径が大きいと、効率的なカップリングを行うことができる。 In principle, the diameter of the optical fiber cable can be reduced to the fiber clad diameter, but the bundle diameter increases as the number of optical fibers bundled. Coupling can be performed.
図8においては、赤色、緑色、青色について、それぞれ1つの光ファイバを使用したが、各色について複数の光ファイバに拡張することができる。その場合、照明のムラを最小限に抑制するために、光ファイバ出射端面の配置は、色毎に、テーパロッドの光軸に対して、n回対称(n≧2)、あるいはそれに近い幾何学的位置関係の対称性を有して配置することが好ましい。 In FIG. 8, one optical fiber is used for each of red, green, and blue, but each color can be extended to a plurality of optical fibers. In that case, in order to suppress unevenness of illumination to the minimum, the arrangement of the optical fiber exit end face is n-fold symmetric (n ≧ 2) or close to the optical axis of the taper rod for each color. It is preferable to arrange with positional symmetry.
ここで、nは大きい数であることが、より好ましい。例えば、図9に示した例では、合計9本のファイバ出力光を1つのテーパロッドに入力している。図9(a)、(b)は、それぞれ、平面図、入射側端面図を示す。ロッドインテグレータ30のXY断面中心で表わされる直線200上に緑色レーザのファイバ出力端面154が配置されている。
Here, it is more preferable that n is a large number. For example, in the example shown in FIG. 9, a total of nine fiber output lights are input to one taper rod. FIGS. 9A and 9B are a plan view and an incident side end view, respectively. A fiber
直線200を回転中心にして、赤色レーザのファイバ出力端面4つ(ファイバ出力端面150、152、156、158)が4回回転対称の位置関係で配置されている。同様に、青色レーザのファイバ出力端面4つ(ファイバ出力端面151、153、155、157)も4回回転対称の位置関係で配置されている。
Four fiber output end faces (fiber output end faces 150, 152, 156, 158) of the red laser are arranged in a four-fold rotationally symmetrical positional relationship with the
このように、偏りなくファイバ出力端面を配置することで、ムラの少ない照明装置を構築することが可能となる。 In this way, it is possible to construct an illumination device with less unevenness by arranging the fiber output end face without deviation.
本実施の形態では、1つのテーパロッドに、赤色、緑色、青色の全てのファイバ出力光をカップリングしたが、図6に示すように色毎にロッドインテグレータを使用し、それぞれのロッドインテグレータに対してファイバ出力光をカップリングする構成としてもよい。 In this embodiment, all the fiber output lights of red, green, and blue are coupled to one taper rod, but a rod integrator is used for each color as shown in FIG. It is good also as a structure which couples fiber output light.
また、ファイバ出力端面とロッドインテグレータの間に、位相変調手段を挿入することも可能である。 It is also possible to insert phase modulation means between the fiber output end face and the rod integrator.
(実施の形態7)
図10は本発明の実施の形態7に係る照明装置の一部を説明する構成図である。本実施の形態では、二つのロッドを直列に配置して使用している。
(Embodiment 7)
FIG. 10 is a configuration diagram for explaining a part of a lighting apparatus according to Embodiment 7 of the present invention. In this embodiment, two rods are used in series.
前述の実施の形態1から実施の形態6のいずれかに使用しているロッドを、本実施の形態7における直列のロッド群に置き換えて適用することができる。 The rod used in any of the first to sixth embodiments described above can be applied by replacing it with the series rod group in the seventh embodiment.
図10(a)は、ロッドインテグレータ300として1本のテーパロッドを使用したもので、前述の各実施の形態におけるロッドインテグレータ30と同様の装置構成であるが、これに対して、図10(b)では、テーパロッドとストレートロッドを1本ずつ使用しており、入射側の第1ロッドインテグレータ301としてテーパロッドを配置し、出端側の第2ロッドインテグレータ302として、ストレートロッドを配置している。
FIG. 10 (a) uses a single taper rod as the
第1ロッドインテグレータ301の形状は実施の形態1の図2で示したものと同様であり、入射端面301aより出射端面301bが小さく、両者の形状は略相似であるようなテーパ状の角柱ロッドである。
The shape of the
第1ロッドインテグレータ301からの出射光は、引き続き、第2ロッドインテグレータ302に入射される。第2ロッドインテグレータ302の入射端面302aは、第1ロッドインテグレータ301の出射端面301bと、形状、大きさともに略同一となっており、二つのロッドを近接して配置することで、光の伝播損失が発生しないようになっている。
The outgoing light from the
このように、ロッドインテグレータを二つに分割することで、図10(a)に示す同一の入出射端面口径・ロッド長を有する単一のロッドインテグレータ300に比べて、ロッドにおける反射回数を多くして効果的な照明均一化を達成することが可能である。
Thus, by dividing the rod integrator into two parts, the number of reflections on the rod is increased compared to the
また、図10(c)に示すように、図10(b)の第1ロッドインテグレータ301と第2ロッドインテグレータ302の間に位相変調素子51を挿入することもできる。ここで述べる位相変調素子としては、マイクロレンズアレイや拡散板、波長板などがあり、これらを回転あるいは振動させることで時間的に変調させてもよい。
Further, as shown in FIG. 10C, a
また、図10(d)に示すように、第2インテグレータ303を、その入射端面303aが第1インテグレータの出射端面301bと略同一の口径、大きさを有するテーパロッドとし、二つのロッドインテグレータの間に、位相変調素子51を挿入する構成も挙げられる。
Further, as shown in FIG. 10 (d), the
なお、図10(b)〜図10(d)のいずれの実施の形態においても、位相変調手段50を用いずに直接レーザ光を第1ロッドインテグレータ301に入射することも可能である。
In any of the embodiments shown in FIGS. 10B to 10D, the laser beam can be directly incident on the
本発明の照明装置は、レーザ光の強度分布を平滑化する強度平滑化素子として、入射端面口径が出射端面口径よりも大きいテーパロッドを使用することにより、レーザ光をロッドインテグレータにカップリングすることが容易になり、簡便な方法で、高輝度かつ高均一性を有し、スペックルノイズの少ない照明光が提供できるものであり、レーザ光源を用いたプロジェクターなどの画像表示装置に有用である。 The illumination device of the present invention can couple laser light to a rod integrator by using a tapered rod having an entrance end face diameter larger than an exit end face diameter as an intensity smoothing element that smoothes the intensity distribution of the laser light. It becomes easy and can provide illumination light with high brightness and high uniformity and low speckle noise by a simple method, and is useful for an image display device such as a projector using a laser light source.
10 赤色レーザ光源
11 緑色レーザ光源
12 青色レーザ光源
13 赤色レーザ光
14 緑色レーザ光
15 青色レーザ光
20〜22 コリメートレンズ
30〜32 ロッドインテグレータ
30a、31a、32a ロッドインテグレータ入射端面
30b、31b、32b ロッドインテグレータ出射端面
30c ロッドインテグレータ側面
40 集光レンズ
50、51 位相変調素子
60 リレー光学系
61 全反射ミラー
62 デジタル・マイクロミラー・デバイス
70 投射光学系
71 スクリーン
80〜82 リレー光学系
83〜85 透過型液晶パネル
86 色合成プリズム
100 赤色レーザ光源モジュール
101 緑色レーザ光源モジュール
102 青色レーザ光源モジュール
110〜118 緑色レーザ光源
120〜128 コリメートレンズ
130〜134 緑色レーザ光源
140〜144 コリメートレンズ
150〜158 光ファイバ
200 ロッドインテグレータ光軸
300〜303 ロッドインテグレータ
300a、301a、302a、303a ロッドインテグレータ入射端面
300b、301b、302b、303b ロッドインテグレータ出射端面
400〜402 集光レンズ
403 色合成プリズム
DESCRIPTION OF
Claims (15)
L1/L2≦θ2/θ1 A laser light source comprising a condensing lens for condensing the light from the plurality of laser light sources, wherein the upper limit of the divergence half angle of the emitted light in the intensity smoothing element is θ2, and the laser light source is located farthest from the optical axis of the intensity smoothing element When the incident angle of the laser beam when being condensed on the intensity smoothing element by the condenser lens is θ1, the entrance end face diameter of the intensity smoothing element is L1, and the exit end face diameter is L2, the following formula The lighting device according to claim 1, wherein the relationship is satisfied.
L1 / L2 ≦ θ2 / θ1
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