JP2013083988A - 照明装置および表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】照明装置は、レーザ光源を含む光源部と、レーザ光源からのレーザ光が進行する光路上に配設された光学素子と、照明光を出射する光学部材と、光学素子と光学部材との間の相対位置を変位させることにより、光学部材の入射面内において、レーザ光の入射位置および入射角度のうちの少なくとも一方を変化させる駆動部とを備えている。
【選択図】図1
Description
1.実施の形態(光学素子としてプリズムアレイを用いた例)
2.変形例
変形例1(プリズムアレイ内に回折格子を設けた例)
変形例2(光学素子として回折素子を用いた例)
変形例3(光学素子としてレンズ(コリメータレンズ)を用いた例)
変形例4,5(凸状曲面および凹状曲面を有する光学素子を用いた例)
変形例6(光学素子としてマイクロレンズアレイを用いた例)
変形例7(光軸に沿って複数の光学素子を設けた例)
変形例8(光学素子・フライアイレンズ間の相対的位置関係を変化させる手法)
その他の変形例
[表示装置3の全体構成]
図1は、本開示の一実施の形態に係る表示装置(表示装置3)の全体構成を表すものである。この表示装置3は、スクリーン30(被投射面)に対して映像(映像光)を投射する投射型の表示装置であり、照明装置1と、この照明装置1からの照明光を用いて映像表示を行うための光学系(表示光学系)とを備えている。
照明装置1は、赤色レーザ11R、緑色レーザ11G、青色レーザ11B、レンズ12R,12G,12B、ダイクロイックプリズム131,132、プリズムアレイ14、駆動部15、コリメータレンズ16、フライアイレンズ17およびコンデンサレンズ18を備えている。なお、図中に示したZ0は光軸を表している。
前述した表示光学系は、偏光ビームスプリッタ(PBS;Polarization Beam Splitter)22、反射型液晶素子21および投射レンズ23(投射光学系)を用いて構成されている。
(1.表示動作)
この表示装置3では、まず照明装置1において、赤色レーザ11R、緑色レーザ11Gおよび青色レーザ11Bからそれぞれ出射された光(レーザ光)が、レンズ12R,12G,12Bによってそれぞれコリメートされ、平行光となる。次いで、このようにして平行光とされた各レーザ光(赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光)は、ダイクロイックプリズム131,132によって色合成(光路合成)がなされる。光路合成がなされた各レーザ光は、プリズムアレイ14を通過したのち、コリメータレンズ16によってコリメートされて平行光となり、フライアイレンズ17へ入射する。この入射光は、フライアイレンズ17によって均一化(面内の強度分布の均一化)がなされて出射したのち、コンデンサレンズ18によって集光される。このようにして、照明装置1から照明光が出射される。
次に、本開示の特徴的部分の作用(照明装置1の作用)について、比較例と比較しつつ詳細に説明する。
図3は、比較例に係る表示装置(表示装置100)の全体構成を表したものである。この比較例の表示装置100は、本実施の形態の表示装置3と同様に、スクリーン30に対して映像光を投射する投射型の表示装置である。表示装置100は、赤色レーザ101R、緑色レーザ101G、青色レーザ101B、ダイクロイックミラー102R,102G,102B、拡散素子103、モータ(駆動部)104、レンズ105、光変調素子106および投射レンズ107を備えている。
これに対して本実施の形態の照明装置1では、プリズムアレイ14を用いて、以下のようにして上記の問題を解決している。
Pa≒(D×tanφ) ……(1)
Pa=(D×tanφ) ……(2)
Pa≠(m×Pf)(m:1以上の整数) ……(3)
続いて、上記実施の形態の変形例(変形例1〜8)について説明する。なお、実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
図8は、変形例1に係る光学素子(プリズムアレイ14A)の構成を断面図で模式的に表したものである。本変形例のプリズムアレイ14Aは、上記実施の形態のプリズムアレイ14において、各プリズム140の傾斜面上に回折格子141(回折格子構造)を設けるようにしたものであり、他の構成は同様となっている。
図9は、変形例2に係る照明装置(照明装置1B)の要部構成(一部の構成)を表したものである。本変形例の照明装置1Bは、本開示における「光学素子」の一具体例として、上記実施の形態で説明したプリズムアレイ14の代わりに以下説明する回折素子14Bを設けたものであり、他の構成は照明装置1と同様となっている。
図10は、変形例3に係る照明装置(照明装置1C)の要部構成(一部の構成)を表したものである。本変形例の照明装置1Cは、本開示における「光学素子」の一具体例として、上記実施の形態で説明したプリズムアレイ14の代わりに以下説明するレンズ(コリメータレンズ14C)を設けたものであり、他の構成は照明装置1と同様となっている。
(光学素子14Dの構成)
図11は、変形例4に係る光学素子(光学素子14D)の構成を模式的に表したものである。本変形例の光学素子14Dは、その光出射面側に、周期的な波型構造からなる凹凸面を有している。ここで、図11(A)は、光学素子14DのX−Y平面構成および図中のII−II線に沿った断面構成を示し、図11(B)は、図11(A)中の符号G1で示した部分の拡大図に対応している。
このような構成の光学素子14Dでは、例えば図14(A)〜(C)に示したように、基準位置から+Y軸方向,−Y軸方向に沿って、フライアイレンズ17との間の相対位置がそれぞれ変位するように駆動されることにより、以下の作用・効果が得られる。なお、これらの図14(A)〜(C)はそれぞれ、上記した光学素子14Dから距離LPだけ離れた平面上における収束光束領域17aおよび拡散光束領域17bをそれぞれ、フライアイレンズ17における各単位レンズ170と重ねて模式的に示したものである。また、図14(D)〜(F)はそれぞれ、図14(A)〜(C)中の太線で示した単位レンズ170上の領域内における、収束光束領域17aおよび拡散光束領域17bを模式的に示したものである。
図15は、変形例5に係る光学素子(光学素子14E)の構成を模式的に表したものである。本変形例の光学素子14Eは、その光出射面側に、周期的な波型構造からなる凹凸面を有している。ここで、図15(A)は、光学素子14EのX−Y平面構成と、図中のIII−III線,IV−IV線に沿った断面構成を示し、図15(B),(C)はそれぞれ、図15(A)中の符号G2,G3で示した部分の拡大図に対応している。
図16は、変形例6に係る光学素子(光学素子14F)の構成を模式的に表したものである。本変形例の光学素子14Fでは、その光出射面側に複数のマイクロレンズ142が2次元的に配列されてなる(各マイクロレンズ142のピッチをP、曲率半径をRとする)。すなわち、この光学素子14Fは、マイクロレンズアレイからなる。なお、この図16では、光学素子14FのX−Y平面構成と、図中のV−V線に沿った断面構成を示している。
図17は、変形例7に係る照明装置の要部構成(一部の構成)を表したものである。本変形例の照明装置は、本開示における「光学素子」の一具体例として、複数の光学素子を備えたものであり、他の構成は照明装置1と同様となっている。
図18(B),(C)はそれぞれ、変形例8に係る照明装置の要部構成(一部の構成)を表したものである。
以上、実施の形態および変形例を挙げて本開示の技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
(1)
レーザ光源を含む光源部と、
前記レーザ光源からのレーザ光が進行する光路上に配設された光学素子と、
照明光を出射する光学部材と、
前記光学素子と前記光学部材との間の相対位置を変位させることにより、前記光学部材の入射面内において、レーザ光の入射位置および入射角度のうちの少なくとも一方を変化させる駆動部と
を備えた照明装置。
(2)
前記光学素子は、
入射したレーザ光を収束させつつ出射する第1光学面と、
入射したレーザ光を発散させつつ出射する第2光学面と
を有する上記(1)に記載の照明装置。
(3)
前記第1光学面から出射される収束光の光路と前記第2光学面から出射される発散光の光路とが連続的に変化するように、前記第1光学面と前記第2光学面とが接続されている
上記(2)に記載の照明装置。
(4)
前記第1光学面が凸状の曲面であり、前記第2光学面が凹状の曲面である
上記(3)に記載の照明装置。
(5)
前記光学部材は、複数の単位レンズが2次元配列されてなるフライアイレンズであり、
前記第1光学面および前記第2光学面の延在方向と、前記単位レンズの配列方向とが、互いに傾斜している
上記(2)ないし(4)のいずれかに記載の照明装置。
(6)
前記光学素子がマイクロレンズアレイである
上記(1)に記載の照明装置。
(7)
前記光学素子がプリズムアレイであり、
前記プリズムアレイでは、各々が一対の傾斜面からなる凸部を有する複数のプリズムが、前記一対の傾斜面の延在方向と直交する方向に沿って並んで配置されている
上記(1)に記載の照明装置。
(8)
前記凸部は、各プリズムにおける入射面および出射面のうちの少なくとも一方の側に設けられている
上記(7)に記載の照明装置。
(9)
前記光学素子が、1または複数のレンズからなる
上記(1)に記載の照明装置。
(10)
前記光学部材がフライアイレンズである
上記(1)ないし(9)のいずれかに記載の照明装置。
(11)
前記光学素子からの出射光の進行方向と前記フライアイレンズの光軸とがなす角度のうちの最大値をθmax、前記フライアイレンズにおける許容入射角度をθthとしたとき、
θmax≦θthを満たす
上記(10)に記載の照明装置。
(12)
前記光学素子は、入射したレーザ光の光路を、周期的な複数の光路に分割して出射する
上記(1)ないし(11)のいずれかに記載の照明装置。
(13)
前記光学素子は、複数の単位構造が1次元配列または2次元配列されてなる
上記(1)ないし(12)のいずれかに記載の照明装置。
(14)
前記駆動部は、15Hz以上の駆動周波数によって、前記相対位置を往復変位させる
上記(1)ないし(13)のいずれかに記載の照明装置。
(15)
前記駆動部は、前記光学素子および前記光学部材のうちの少なくとも一方を振動させることにより、前記相対位置を変位させる
上記(1)ないし(14)のいずれかに記載の照明装置。
(16)
前記光学素子が、その光軸に沿って複数配設されており、
前記駆動部は、複数の光学素子をそれぞれ、個別の方向に沿って振動させる
上記(1)ないし(15)のいずれかに記載の照明装置。
(17)
前記光源部は、赤色光、緑色光または青色光を発する3種類の光源を有する
上記(1)ないし(16)のいずれかに記載の照明装置。
(18)
前記3種類の光源のうちの少なくとも1つが、前記レーザ光源である
上記(17)に記載の照明装置。
(19)
照明装置と、
前記照明装置からの照明光を映像信号に基づいて変調する光変調素子と
を備え、
前記照明装置は、
レーザ光源を含む光源部と、
前記レーザ光源からのレーザ光が進行する光路上に配設された光学素子と、
前記照明光を出射する光学部材と、
前記光学素子と前記光学部材との間の相対位置を変位させることにより、前記光学部材の入射面内において、レーザ光の入射位置および入射角度のうちの少なくとも一方を変化させる駆動部と
を有する表示装置。
(20)
前記光変調素子により変調された照明光を被投射面に対して投射する投射光学系を更に備えた
上記(19)に記載の表示装置。
Claims (20)
- レーザ光源を含む光源部と、
前記レーザ光源からのレーザ光が進行する光路上に配設された光学素子と、
照明光を出射するフライアイレンズと、
前記光学素子と前記フライアイレンズとの間の相対位置を変位させることにより、前記フライアイレンズの入射面内において、レーザ光の入射位置および入射角度のうちの少なくとも一方を変化させる駆動部と
を備えた照明装置。 - 前記光学素子は、
入射したレーザ光を収束させつつ出射する第1光学面と、
入射したレーザ光を発散させつつ出射する第2光学面と
を有する請求項1に記載の照明装置。 - 前記第1光学面から出射される収束光の光路と前記第2光学面から出射される発散光の光路とが連続的に変化するように、前記第1光学面と前記第2光学面とが接続されている
請求項2に記載の照明装置。 - 前記第1光学面が凸状の曲面であり、前記第2光学面が凹状の曲面である
請求項2または請求項3に記載の照明装置。 - 前記第1光学面のピッチと前記第2光学面のピッチとが、互いに異なる
請求項2ないし請求項4のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記光学素子がマイクロレンズアレイである
請求項1に記載の照明装置。 - 前記光学素子がプリズムアレイであり、
前記プリズムアレイでは、各々が一対の傾斜面からなる凸部を有する複数のプリズムが、前記一対の傾斜面の延在方向と直交する方向に沿って並んで配置されている
請求項1に記載の照明装置。 - 前記凸部は、各プリズムにおける入射面および出射面のうちの少なくとも一方の側に設けられている
請求項7に記載の照明装置。 - 前記光学素子が、1または複数のレンズからなる
請求項1に記載の照明装置。 - 前記光学素子からの出射光の進行方向と前記フライアイレンズの光軸とがなす角度のうちの最大値をθmax、前記フライアイレンズにおける許容入射角度をθthとしたとき、
θmax≦θthを満たす
請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記光学素子は、入射したレーザ光の光路を、周期的な複数の光路に分割して出射する
請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記光学素子は、複数の単位構造が1次元配列または2次元配列されてなる
請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記駆動部は、15Hz以上の駆動周波数によって、前記相対位置を往復変位させる
請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記駆動部は、前記光学素子および前記フライアイレンズのうちの少なくとも一方を振動させることにより、前記相対位置を変位させる
請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記光学素子が、その光軸に沿って複数配設されており、
前記駆動部は、複数の光学素子をそれぞれ、個別の方向に沿って振動させる
請求項1ないし請求項14のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記光源部は、赤色光、緑色光または青色光を発する3種類の光源を有する
請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記3種類の光源のうちの少なくとも1つが、前記レーザ光源である
請求項16に記載の照明装置。 - 照明装置と、
前記照明装置からの照明光を映像信号に基づいて変調する光変調素子と
を備え、
前記照明装置は、
レーザ光源を含む光源部と、
前記レーザ光源からのレーザ光が進行する光路上に配設された光学素子と、
前記照明光を出射するフライアイレンズと、
前記光学素子と前記フライアイレンズとの間の相対位置を変位させることにより、前記フライアイレンズの入射面内において、レーザ光の入射位置および入射角度のうちの少なくとも一方を変化させる駆動部と
を有する表示装置。 - 前記光変調素子により変調された照明光を被投射面に対して投射する投射光学系を更に備えた
請求項18に記載の表示装置。 - 前記光変調素子が液晶素子である
請求項18または請求項19に記載の表示装置。
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