JP2012212099A5 - - Google Patents

Description

コンデンサレンズ５０は、インテグレータ４０により形成された多光源からの光束を集光して照明範囲６０Ａを重畳的に照明するものである。空間変調素子６０は、光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各波長成分に対応した色画像信号に基づいて、照明光学系１Ａからの光束を２次元的に変調し、これにより画像光を生成するものである。空間変調素子６０は、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、透過型の素子であり、例えば、透過型の液晶パネルによって構成されている。なお、図示しないが、空間変調素子６０が反射型の素子、例えば、反射型の液晶パネルもしくはデジタルマイクロミラーデバイスによって構成されていてもよい。ただし、その場合には、空間変調素子６０で反射された光が投影光学系７０に入射するようになっていることが必要である。

ところで、本実施の形態において、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが１以外の縦横比（アスペクト比）を有している場合には、カップリングレンズ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの焦点距離および開口数が以下の６つの関係式を満たしていることが好ましい。
φ_CL1H＝２×ｆ_CL1H×ＮＡ_1H≦ｈ_CL1H…（１７）
φ_CL2H＝２×ｆ_CL2H×ＮＡ_2H≦ｈ_CL2H…（１８）
φ_CL3H＝２×ｆ_CL3H×ＮＡ_3H≦ｈ_CL3H…（１９）
φ_CL1V＝２×ｆ_CL1V×ＮＡ_1V≦ｈ_CL1V…（２０）
φ_CL2V＝２×ｆ_CL2V×ＮＡ_2V≦ｈ_CL2V…（２１）
φ_CL3V＝２×ｆ_CL3V×ＮＡ_3V≦ｈ_CL3V…（２２）
φ_CL1H：カップリングレンズ２０Ａに入射する光の、第３の方向（カップリングレンズ２０Ａの短手方向またはそれに対応する方向）のビームサイズ
φ_CL2H：カップリングレンズ２０Ｂに入射する光の、第５の方向（カップリングレンズ２０Ｂの短手方向またはそれに対応する方向）のビームサイズ
φ_CL3H：カップリングレンズ２０Ｃに入射する光の、第７の方向（カップリングレンズ２０Ｃの短手方向またはそれに対応する方向）のビームサイズ
φ_CL1V：カップリングレンズ２０Ａに入射する光の、第３の方向と直交する第４の方向（カップリングレンズ２０Ａの長手方向またはそれに対応する方向）のビームサイズ
φ_CL2V：カップリングレンズ２０Ｂに入射する光の、第５の方向と直交する第６の方向（カップリングレンズ２０Ｂの長手方向またはそれに対応する方向）のビームサイズ
φ_CL3V：カップリングレンズ２０Ｃに入射する光の、第７の方向と直交する第８の方向（カップリングレンズ２０Ｃの長手方向またはそれに対応する方向）のビームサイズ
ＮＡ_1H：カップリングレンズ２０Ａの、第３の方向の開口数
ＮＡ_2H：カップリングレンズ２０Ｂの、第５の方向の開口数
ＮＡ_3H：カップリングレンズ２０Ｃの、第７の方向の開口数
ＮＡ_1V：カップリングレンズ２０Ａの、第４の方向の開口数
ＮＡ_2V：カップリングレンズ２０Ｂの、第６の方向の開口数
ＮＡ_3V：カップリングレンズ２０Ｃの、第８の方向の開口数
ｈ_CL1H：カップリングレンズ２０Ａの、第３の方向のサイズ
ｈ_CL2H：カップリングレンズ２０Ｂの、第５の方向のサイズ
ｈ_CL3H：カップリングレンズ２０Ｃの、第７の方向のサイズ
ｈ_CL1V：カップリングレンズ２０Ａの、第４の方向のサイズ
ｈ_CL2V：カップリングレンズ２０Ｂの、第６の方向のサイズ
ｈ_CL3V：カップリングレンズ２０Ｃの、第８の方向のサイズ

ここで、図３７中のＦ（＋）は、凸シリンダー面２１０の焦点距離である。また、Ｆ（−）は、凹シリンダー面２２０の焦点距離である。θ（＋）は、収束光束を構成する光線の進行方向と、インテグレータ４０の光軸とのなす角度の最大値である。θ（−）は、発散光束を構成する光線の進行方向と、インテグレータ４０の光軸とのなす角度の最大値である。ＬＰは、凸シリンダー面２１０収束光束幅と、凹シリンダー面２２０の発散光束幅が互いに等しくなる箇所を含む面と、パワー素子２００との距離である。Ｐは、凸シリンダー面２１０収束光束幅と、凹シリンダー面２２０の発散光束幅が互いに等しくなる箇所における両光束の幅である。Ｌは、パワー素子２００とインテグレータ４０との距離であり、具体的には、各凸シリンダー面２１０の頂部を含む面と、フライアイレンズ４０Ａの各セル４１の頂部を含む面との距離である。なお、パワー素子２００の各パラメータの値の一例を以下の表１に示す。

Claims (13)

1. 単一もしくは複数の発光スポットからなる光射出領域から光を発する第１の固体発光素子を含む第１の光源と、
   前記第１の光源側から入射した光の指向角を変換する第１の指向角変換素子と、
   前記第１の指向角変換素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータと、
   前記第１の光源と前記第１の指向角変換素子との間、または前記第１の指向角変換素子と前記インテグレータとの間に配置され、かつ前記照明範囲における照明状態を時間的に変化させる第１の微小振動素子と
   を備え、
   前記第１の固体発光素子は、レーザダイオードを含み、
   前記インテグレータは、前記第１の指向角変換素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとからなり、
   前記第１のフライアイレンズの各セルによって前記第２のフライアイレンズに形成される各光源像のサイズが前記第２のフライアイレンズの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、前記第１の指向角変換素子と、前記第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率、および第１の微小振動素子の形状が設定され、
   各光源像が、前記第２のフライアイレンズの複数のセルにまたがって形成されることがないように、第１の微小振動素子の振動振幅により前記光源像が変位する量が設定されている
   照明装置。
2. 前記第１の固体発光素子は、所定の波長帯の光を発する単一のチップ、または同一の波長帯もしくは互いに異なる波長帯の光を発する複数のチップからなり、
   前記第１の微小振動素子の振動振幅により前記光源像が変位する量が以下の関係式を満たす
   請求項１に記載の照明装置。
   ｈ＋ｄ≦ｈ_FEL2
   ｈ：前記光源像のサイズ
   ｄ：前記第１の微小振動素子の振動により光源像が変位する量
   ｈ_FEL2：前記第２のフライアイレンズの１セルのサイズ
3. 前記第１および第２のフライアイレンズの各セルが１以外の縦横比を有しており、
   前記第１の微小振動素子の振動振幅により前記光源像が変位する量が以下の関係式を満たす
   請求項２に記載の照明装置。
   ｈ_x＋ｄ_x≦ｈ_FEL2x
   ｈ_y＋ｄ_y≦ｈ_FEL2y
   ｈ_x：前記光源像の第１の方向（前記第１および第２のフライアイレンズの各セルの長手方向またはそれに対応する方向）のサイズ
   ｈ_y：前記光源像の、第１の方向と直交する第２の方向（前記第１および第２のフライアイレンズの各セルの短手方向またはそれに対応する方向）のサイズ
   ｈ_FEL2x：前記第２のフライアイレンズの１セルの第１の方向のサイズ
   ｈ_FEL2y：前記第２のフライアイレンズの１セルの第２の方向のサイズ
   ｄ_x：前記第１の微小振動素子の振動振幅により光源像が変位する量のうち、第１の方向の成分（ｄ_x≧０、ただしｄ_y＝０のときはｄ_x＞０）
   ｄ_y：前記第１の微小振動素子の振動振幅により光源像が変位する量のうち、第２の方向の成分（ｄ_y≧０、ただしｄ_x＝０のときはｄ_y＞０）
4. 単一もしくは複数の発光スポットからなる光射出領域から光を発する第２の固体発光素子を含む第２の光源と、
   前記第２の光源側から入射した光の指向角を変換する第２の指向角変換素子と、
   前記第１および第２の指向角変換素子を透過した光を合成し、その合成光を前記インテグレータに向けて出力する光路合成素子と
   をさらに備え、
   前記第２の固体発光素子は、レーザダイオードを含み、
   前記第１の微小振動素子は、前記光路合成素子と前記インテグレータとの間に配置されている
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記第１の微小振動素子が、前記第１の光源と前記第１の指向角変換素子との間、または前記第１の指向角変換素子と前記光路合成素子との間に配置され、
   当該照明装置は、前記第２の光源と前記第２の指向角変換素子との間、または前記第２の指向角変換素子と前記光路合成素子との間に配置され、かつ前記照明範囲における照明状態を時間的に変化させる第２の微小振動素子をさらに備え、
   各光源像が、前記第２のフライアイレンズの複数のセルにまたがって形成されることがないように、前記第２の微小振動素子の形状と、前記第２の微小振動素子の振動振幅により前記光源像が変位する量が設定されている
   請求項４に記載の照明装置。
6. 前記第１の指向角変換素子の焦点距離が１以外の縦横比を有し、
   前記第１および第２のフライアイレンズの各セルが１以外の縦横比を有し、
   前記第１の指向角変換素子の縦横の焦点距離の比と、前記第２のフライアイレンズの各セルの縦横比の逆数とが、互いに等しくなっている
   請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記第１のフライアイレンズは、前記第２のフライアイレンズの略焦点位置に配置されており、
   前記第２のフライアイレンズは、前記第１のフライアイレンズの略焦点位置に配置されている
   請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記第１の指向角変換素子と前記インテグレータとの間に設けられた偏光分離素子と、
   前記インテグレータと前記照明範囲との間に設けられた位相差板アレイと
   を備え、
   前記第１の微小振動素子は、前記第１の光源と前記第１の指向角変換素子との間、または前記第１の指向角変換素子と前記偏光分離素子との間に配置されており、
   前記偏光分離素子は、前記第１の指向角変換素子側から入射する光を、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との進行方向が異なるように分離し、
   前記位相差板アレイは、位相差の互いに異なる第１領域および第２領域を有し、
   前記第１領域は、前記偏光分離素子で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のいずれか一方の偏光成分が入射する位置に配置されており、当該第１領域への入射光を、偏光方向を維持したまま透過し、
   前記第２領域は、前記偏光分離素子で分離されたＳ偏光成分およびＰ偏光成分のうち前記第１領域に入射する偏光成分とは異なる偏光成分が入射する位置に配置されており、当該第２領域への入射光を、前記第１領域に入射する光の偏光と等しい偏光の光に変換する
   請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 前記第１領域および前記第２領域はともに、前記偏光分離素子における分離方向と直交する方向に延在する帯状の形状となっており、かつ前記偏光分離素子における分離方向と平行な方向に交互に配置されている
   請求項８に記載の照明装置。
10. 前記第１および第２のフライアイレンズの各セルが１以外の縦横比を有し、
    前記第１領域および前記第２領域はともに、前記第１および第２のフライアイレンズの長手方向と垂直な方向に延在する帯状の形状となっている
    請求項８に記載の照明装置。
11. 前記位相差板アレイは、前記第１のフライアイレンズの略焦点位置に配置されており、
    前記第２のフライアイレンズは、前記第１のフライアイレンズの焦点位置よりも手前に配置されている
    請求項８に記載の照明装置。
12. 照明光学系と、
    入力された映像信号に基づいて前記照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、
    前記空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系と、
    を備え、
    前記照明光学系は、
    レーザダイオードを含む第１の光源と、
    前記第１の光源側から入射した光の指向角を変換する第１の指向角変換素子と、
    前記第１の指向角変換素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータと、
    前記第１の光源と前記第１の指向角変換素子との間、または前記第１の指向角変換素子と前記インテグレータとの間に配置され、かつ前記照明範囲における照明状態を時間的に変化させる第１の微小振動素子と
    を備え、
    前記インテグレータは、前記第１の指向角変換素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとからなり、
    前記第１のフライアイレンズの各セルによって前記第２のフライアイレンズに形成される各光源像のサイズが前記第２のフライアイレンズの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、前記第１の指向角変換素子と、前記第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率と、前記第１の微小振動素子の形状と、前記第１の微小振動素子の振動振幅により前記光源像が変位する量とが設定されている
    投射型表示装置。
13. 照明光学系と、
    入力された映像信号に基づいて前記照明光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する空間変調素子と、
    前記空間変調素子で生成された画像光を投射する投影光学系と、
    前記投影光学系から投射された画像光を映し出す透過型スクリーンと
    を備え、
    前記照明光学系は、
    レーザダイオードを含む第１の光源と、
    前記第１の光源側から入射した光の指向角を変換する第１の指向角変換素子と、
    前記第１の指向角変換素子を透過した光が照明する所定の照明範囲における光の照度分布を均一化するインテグレータと、
    前記第１の光源と前記第１の指向角変換素子との間、または前記第１の指向角変換素子と前記インテグレータとの間に配置され、かつ前記照明範囲における照明状態を時間的に変化させる第１の微小振動素子と
    を備え、
    前記インテグレータは、前記第１の指向角変換素子側からの光が入射する第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズ側からの光が入射する第２のフライアイレンズとからなり、
    前記第１のフライアイレンズの各セルによって前記第２のフライアイレンズに形成される各光源像のサイズが前記第２のフライアイレンズの１セルのサイズを超えない大きさとなるように、前記第１の指向角変換素子と、前記第１および第２のフライアイレンズとからなる光学系の光学倍率と、前記第１の微小振動素子の形状と、前記第１の微小振動素子の振動振幅により前記光源像が変位する量とが設定されている
    直視型表示装置。