JP2014207083A - Light source device and image projection device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光源装置および画像投射装置に関する。 The present invention relates to a light source device and an image projection device.
画像投射装置(「プロジェクタ」とも言う。)において、従来、光源としては、超高圧水銀ランプやハロゲンランプが主として用いられてきた。
近来、近年、LED(Light Emitting Diode)やLD(Laser Diode)等の半導体光源の輝度が向上し、これらを光源として用いるプロジェクタが実用化されつつある。
半導体光源は、上記超高圧水銀ランプやハロゲンランプに比して寿命が長く、また、プロジェクタ用の光源としては「色再現範囲が広い」などの優れた特性を有する。
In an image projection apparatus (also referred to as “projector”), conventionally, an ultra-high pressure mercury lamp or a halogen lamp has been mainly used as a light source.
In recent years, the brightness of semiconductor light sources such as LEDs (Light Emitting Diodes) and LDs (Laser Diodes) has been improved, and projectors using these as light sources are being put into practical use.
The semiconductor light source has a longer life than the ultra-high pressure mercury lamp and the halogen lamp, and has excellent characteristics such as “a wide color reproduction range” as a light source for a projector.
しかし、プロジェクタの光源として用いる場合、明るさに関しては、投入・消費電力、筐体のサイズ、冷却機構の必要性など総合的に評価すると上記ランプに及ばない。 However, when used as a light source for a projector, the brightness does not reach the above-mentioned lamp when comprehensively evaluated such as input / power consumption, housing size, and necessity of a cooling mechanism.
即ち、超高圧水銀ランプを用いたプロジェクタでは、スクリーン上で4000〜5000ルーメン以上の明るさの画像を投射できるものがある。 That is, some projectors using an ultra-high pressure mercury lamp can project an image having a brightness of 4000 to 5000 lumens or more on a screen.
これに対し、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色のLEDを用いたプロジェクタでは、スクリーン上の画像の明るさは数百ルーメンから1000ルーメン程度である。
また「LD、LED、蛍光体のハイブリッド光源」を用いたプロジェクタでも、スクリーン上の画像の明るさは2000〜3000ルーメン程度である。
On the other hand, in a projector using LEDs of three colors of red (R), green (G), and blue (B), the brightness of the image on the screen is about several hundred lumens to about 1,000 lumens.
Even in a projector using “LD, LED, and phosphor hybrid light source”, the brightness of the image on the screen is about 2000 to 3000 lumens.
このような明るさ不足の解消のため、複数の半導体光源を用い、これらからの放射光を「光強度の大きい照明光」に合成する方法が知られている(特許文献1、2)。
In order to eliminate such a lack of brightness, a method is known in which a plurality of semiconductor light sources are used and the emitted light from these is combined with “illumination light having high light intensity” (
光源装置内に「複数の半導体光源」を用いる場合、光源装置が大型化し易い。 When a “plurality of semiconductor light sources” is used in the light source device, the light source device tends to be large.
複数の半導体光源を用いる場合、光源装置の大型化を避けるには、半導体光源の配置の高密度化が重要である。 When using a plurality of semiconductor light sources, it is important to increase the density of the semiconductor light sources in order to avoid an increase in the size of the light source device.
また、半導体光源から放射された光は一般に、個々の半導体光源に対応して設けられたコリメータレンズ等により平行光束等に変換される。 Further, light emitted from a semiconductor light source is generally converted into a parallel light beam or the like by a collimator lens or the like provided corresponding to each semiconductor light source.
光源装置の小型化のためには、半導体光源の配列の高密度化に応じて、コリメータレンズ等の配列密度を高めることが重要である。 In order to reduce the size of the light source device, it is important to increase the arrangement density of the collimator lenses and the like in accordance with the increase in the arrangement density of the semiconductor light sources.
特許文献1、2に開示された光源装置では、このような「コリメータレンズ等の配列の高密度化」について、必ずしも十分な考慮はなされていない。
In the light source devices disclosed in
この発明は、上述した事情に鑑み、よりコンパクト化が可能な光源装置の実現を課題とする。 This invention makes it a subject to implement | achieve the light source device which can be made more compact in view of the situation mentioned above.
この発明の光源装置は、1個の光源と、この光源に対向配置される1個のレンズとによる光源・レンズ対を複数対有し、前記光源・レンズ対におけるレンズは、1方向に長い形状を有し、複数の光源・レンズ対は、各対におけるレンズの、少なくとも長手方向に沿うレンズ辺同士が隣接するように、所定の配置に配設されることを特徴とする。 The light source device of the present invention has a plurality of light source / lens pairs each composed of one light source and one lens arranged opposite to the light source, and the lenses in the light source / lens pair are long in one direction. The plurality of light source / lens pairs are arranged in a predetermined arrangement so that at least the lens sides along the longitudinal direction of the lenses in each pair are adjacent to each other.
この発明の光源装置では、光源装置のコンパクト化可能である。 In the light source device of the present invention, the light source device can be made compact.
以下、実施の形態を説明する。図1は、光源装置の実施の1形態を示す図である。
図1の光源装置は「集光光束用の光源装置」である。
Hereinafter, embodiments will be described. FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a light source device.
The light source device of FIG. 1 is a “light source device for condensed light flux”.
図1において、符号1は「ホルダ」、符号2は「光源」、符号3は「正レンズ」、符号4は「集光レンズ」、符号5は「ホイール」を示している。
In FIG. 1,
光源2は「半導体光源(以下、「固体光源」とも言う。)」で、この例ではLDであり、以下、LD2と称する。
The
この実施の形態の例では、LD2は、波長:440nm〜445nmの青色領域のレーザ光を放射する。
ホルダ1は、光源を保持するためのホルダであり、ホルダ1に複数のLD2が保持されている。ホルダ1は、ヒートパイプ、冷却ファンなどの冷却部(図示されず)を含む。
In the example of this embodiment, the
The
正レンズ3は、光学機能としては「コリメータレンズ」であって、個々のLD2と1対1に対応して設けられ、対応するLD2からの放射光を平行光束化する。
The
複数の正レンズ3は、図示されない適宜の固定手段により、LD2に対する位置関係を調整されて、ホルダ1に固定的に保持されている。
The plurality of
個々のLD2と、各LD2に対応する正レンズ3とは「光源・レンズ対」を構成する。
The
従って、複数対の光源・レンズ対がホルダ1に保持されている。
Therefore, a plurality of light source / lens pairs are held by the
図1の例では、光源・レンズ対の個々において「LD2の発光部が、これに対応する正レンズ3の焦点に位置する」ように配置されている。
In the example of FIG. 1, the light source / lens pair is arranged so that “the light emitting portion of the
LD2の発光部は長方形形状で、正レンズ3の光軸上に位置するのは、長方形形状の発光部の中心」である。
The light emitting portion of the
従って、複数のLD2から放射され、正レンズ3により平行光束化された複数の光束は「互いに平行な平行光束群」となる。
Accordingly, the plurality of light beams emitted from the plurality of
これら複数の平行光束は、集光レンズ4に入射し、各々集光されて「共通の集光部」に集光する。この共通の集光部は、集光レンズ4の焦点位置である。
The plurality of parallel light beams are incident on the
図2に即して、LD2から放射されるレーザ光につき説明する。
The laser light emitted from the
図2(c)は、LD2を発光側から見た状態を説明図的に示す。LD2は、所謂端面発光型の半導体レーザであり、符号21は長方形形状の発光部を示している。
FIG. 2C illustrates the state where the LD 2 is viewed from the light emitting side. LD2 is a so-called edge-emitting semiconductor laser, and
図2(a)において、矢印Aで示す方向(A方向と言う。)は、図2(c)において、発光部21の短手方向に対応する。
2A, the direction indicated by the arrow A (referred to as the A direction) corresponds to the short direction of the
図2(b)において、矢印Bで示す方向(B方向と言う。)は、図2(c)において、発光部21の長手方向に対応する。
In FIG. 2B, the direction indicated by the arrow B (referred to as the B direction) corresponds to the longitudinal direction of the
LD2から放射されるレーザ光LBは、発光部21の中心部から発散する発散光であるが、その発散角は、A方向とB方向とで異なる。
The laser beam LB emitted from the
即ち、レーザ光LBは、A方向における発散角が、B方向における発散角より大きい。 That is, the divergence angle in the A direction of the laser beam LB is larger than the divergence angle in the B direction.
即ち、LD2から放射されるレーザ光LBは「楕円錐状」に発散する。
That is, the laser beam LB emitted from the
なお、レーザ光LBは、発光部全体から放射され、A方向における発散の仮想的な起点、B方向における発散の仮想的な起点は、発光部よりも内部にあり、その深さが異なる。 The laser beam LB is emitted from the entire light emitting unit, and the virtual starting point of divergence in the A direction and the virtual starting point of divergence in the B direction are inside the light emitting unit and the depths thereof are different.
楕円錐状に発散するレーザ光束LBの光束断面形状(ファーフィールドパターン)は、図2(c)に示すように、A方向に長い楕円形状となる。 The light beam cross-sectional shape (far field pattern) of the laser light beam LB that diverges into an elliptical cone is an elliptical shape that is long in the A direction, as shown in FIG.
図2(d)に示す、レーザ光束LBの光束断面形状におけるA方向を「長軸方向」、B方向を「短軸方向」と呼ぶ。 The A direction in the cross-sectional shape of the laser light beam LB shown in FIG. 2D is referred to as a “long axis direction”, and the B direction is referred to as a “short axis direction”.
図2(e)は、正レンズ3の形状を説明するための図である。
説明中の実施の形態における正レンズ3は、レンズ光軸を含む平面に対称に、レンズ両側を切除された形状である。
FIG. 2E is a diagram for explaining the shape of the
The
このため、正レンズ3の形状は、1方向(図2(e)の上下方向)に長い形状となる。図2(f)は、正レンズ3の形状を示す斜視図である。
For this reason, the shape of the
図2(f)の符号3aは、「カットされた断面」を示す。
正レンズ3は、図2(e)のように、対応するLD2から入射するレーザビームLBの光束断面形状における長軸方向が、レンズ長手方向に平行となるように設けられる。
As shown in FIG. 2E, the
図2(e)に示す正レンズ3を形成する方法としては、図2に破線で示す円形のレンズをカットする方法や、研磨により加工する方法が考えられる。
As a method of forming the
また、正レンズ3のレンズ形状に応じた金型を用いてモールド加工してもよい。
Moreover, you may mold using the metal mold | die according to the lens shape of the
図3は、複数の正レンズ3の配列の例を示している。
FIG. 3 shows an example of the arrangement of a plurality of
複数(図では12個)の正レンズ3は、半径:rの円周上に等間隔に配置されている。
A plurality (12 in the figure) of
複数のLD2は、正レンズ3と同数であり、各正レンズ3の焦点位置に発光部の中心を合致させて、円周上に等間隔で配置されている。
The plurality of
各LD2における発光部の向きは、図3に示すように「対応する正レンズ3の長手方向に対して、光束断面の楕円形状の長軸方向が平行となる」ように定められている。
The direction of the light emitting portion in each
図3において、符号0は「半径:rの円の中心」である。この中心0が、複数の正レンズ3の円周状の配列の「配設中心」である。
In FIG. 3,
複数の正レンズ3は、長手方向に沿うレンズ辺同士が隣接するように配設されている。
The plurality of
図1に示すように、複数のLD2から放射され、対応する正レンズ3を透過したレーザ光は、互いに平行な複数の平行光束となる。
As shown in FIG. 1, the laser light emitted from the plurality of
これら複数の平行光束は、集光レンズ4に、その光軸に平行に入射し、集光レンズ4により平行光束ごとに集光される。
集光レンズ4の光軸は、前記「配設中心」を通る。
The plurality of parallel light beams are incident on the condensing
The optical axis of the
集光レンズ4に入射する各レーザ光は、平行光束で、集光レンズ4の光軸に平行であるから、収差を無視すれば、集光レンズ4の焦点で集光する。
Each laser beam incident on the condensing
即ち、集光レンズ4の焦点位置は、複数の平行光束の「共通の集光部」である。
That is, the focal position of the condensing
この共通の集光部にホイール5を設置する。
The
図1の実施の形態では、集光レンズ4の光軸は、ホイール5に直交している。
In the embodiment of FIG. 1, the optical axis of the
複数のLD2は、集光レンズ4の光軸を中心とする、同一円周上に位置しているから、集光レンズ4による結像の「像高」は、全てのLD2について同一である。
Since the plurality of
このため、集光レンズ4による集光像の収差は、全てのLD2について収差量が同一となり、ホイール5の設置位置を、収差の影響を含めて最適な位置に設定できる。
For this reason, the aberration amount of the condensed image by the condensing
また、集光レンズ4の「平行光束が入射する位置でのみ、収差を低減するようなレンズ設計」も可能となる。
In addition, “a lens design that reduces aberrations only at a position where a parallel light beam enters” of the
上記実施の形態の正レンズ3に代え、複数の「円形状正レンズ」を用いる場合を考えると、互いに隣接する円形状正レンズ同士が機械的に干渉しないようにする必要がある。
Considering the case of using a plurality of “circular positive lenses” instead of the
この場合、前記実施の形態と同様に12個の正レンズを配設すれば「円形状正レンズを配置する円周」の半径は、上記実施の形態の半径:rよりも大きくならざるを得ない。 In this case, if twelve positive lenses are arranged in the same manner as in the above embodiment, the radius of the “circumference around which the circular positive lens is arranged” must be larger than the radius of the above embodiment: r. Absent.
即ち、光源と円形状正レンズとの配列部分が、上記実施の形態の場合より大きくなる。
そして、集光レンズ4のレンズ径も大きくせざるを得ない。
That is, the arrangement portion of the light source and the circular positive lens is larger than that in the above embodiment.
And the lens diameter of the condensing
このようにして、光源装置が大型化することになる。 In this way, the light source device is increased in size.
上記実施の形態では、正レンズ3の形状を「1方向に長い形状」とし、長手方向に沿うレンズ辺同士が隣接するように正レンズの配置が設定される。
In the above-described embodiment, the shape of the
従って、隣接する正レンズ3の間隔を有効に小さくでき、正レンズ3の円周状の配列の半径:rを有効に小さくでき、集光レンズ4のレンズ径も小さくできる。
Accordingly, the interval between the adjacent
従って、光源の配列密度を高めた明るい光源装置をコンパクトに構成できる。 Therefore, a bright light source device with an increased arrangement density of light sources can be configured compactly.
また、正レンズ3の長手方向が、入射するレーザ光束LBの光束断面の長軸方向に平行であるので、光源から放射されるレーザ光束LBを効率よく取り込むことができる。
In addition, since the longitudinal direction of the
上に説明した実施の形態においては、正レンズ3は「円形のレンズの光軸の両側のレンズ部分を切除した形状」であり、長手方向に沿う2つの直線状部分は平行である。
In the embodiment described above, the
しかし、正レンズの形状は、このような形状に限らない。 However, the shape of the positive lens is not limited to such a shape.
図4(a)は「1方向に長い正レンズ」の形状の別の1例を示す。 FIG. 4A shows another example of the shape of “a positive lens long in one direction”.
図4(a)に示す正レンズ3Aは、長手方向(図の上下方向)に沿う2辺が、非平行であり、図の下方へ向かって「狭まって」いる。
In the
図4(b)は、正レンズ3Aを「円周状に配置」した状態を示している。
この図に示すように、複数の正レンズ3Aは、長手方向(図の上下方向)に沿う2辺が「配設中心0に向かって狭まる非平行な直線状」である。
FIG. 4B shows a state in which the
As shown in this figure, each of the plurality of
このような正レンズ3Aの配列では、隣接する正レンズ3Aの間隔を、前記実施の形態における正レンズ3の配置の場合よりも更に小さくすることができる。
In such an arrangement of the
従って、正レンズ3Aを配設した円周の半径:r0を、前記実施の形態における半径:rよりも小さくでき、光源装置の更なる小型化が可能となる。
Therefore, the radius of the circumference where the
上には、光源・レンズ対を、1重の円周状に配置して配設する実施の形態を説明した。 In the above, the embodiment in which the light source / lens pair is arranged in a single circumferential shape has been described.
光源・レンズ対の配置を、2重以上の円周状に同心円状に配置することにより、配置する光源の数が増大し、光源装置の持つ光強度を増大させることができる。 By arranging the light source / lens pair concentrically in a double or more circumferential shape, the number of light sources to be arranged can be increased and the light intensity of the light source device can be increased.
図5、図6は、このような構成の実施の形態を示す図である。 5 and 6 are diagrams showing an embodiment of such a configuration.
図5に示す実施の形態では、図1〜図3に即して説明した実施の形態と同様の正レンズ3を用い、これらを2重の円周状に同心円状に配置した例である。
The embodiment shown in FIG. 5 is an example in which the same
個々の光源であるLDは、対応する正レンズ3の焦点位置に発光部を合致させ、光束断面の長軸方向を正レンズの長手方向に平行にして配置される。
The LD, which is an individual light source, is arranged with the light emitting portion aligned with the focal position of the corresponding
図5に示す例では、「LD3と正レンズ3による光源・レンズ対」が24対、同心円状に配置されている。小さい円周の半径:r1、大きい円周の半径:r2である。
In the example shown in FIG. 5, 24 pairs of “light source / lens pairs of
小さい円周上に配置される光源・レンズ対の半径:r1は、図1〜図3に即して説明した実施の形態における半径:rと同じでよい。 The radius: r1 of the light source / lens pair arranged on the small circumference may be the same as the radius: r in the embodiment described with reference to FIGS.
このように、先に説明した実施の形態の2倍の光源を用いることにより、光源装置の高輝度化を図ることができる。 As described above, by using twice the light source as in the above-described embodiment, the luminance of the light source device can be increased.
各LDの出力が同一で、例えば、3.5Wとすれば、LDは全部で24個あるから、光源装置全体の出力は、3.5×24=84Wとなる。 If the output of each LD is the same, for example, 3.5 W, there are 24 LDs in total, so the output of the entire light source device is 3.5 × 24 = 84 W.
上に説明した例では、正レンズ3、3Aは、円形状レンズの「光軸の両側の部分」を切除した形状であり、長手方向の長さは、円形状レンズの直径に等しい。
In the example described above, the
しかし、正レンズの形状は、これに限らない。 However, the shape of the positive lens is not limited to this.
即ち、正レンズの長手方向の長さをさらに短縮化しても良い。図6(a)、(b)に、このような、正レンズの例を2例示す。 That is, the length of the positive lens in the longitudinal direction may be further shortened. 6A and 6B show two examples of such positive lenses.
図6(a)に示す正レンズ3Bは、図の上下方向が長手方向であるが、図で下方の端部は、直線状にカットされて切除され、長さ方向の大きさが「より小さく」なっている。
In the
図6(b)に示す正レンズ3Cは、図の上下方向が長手方向であるが、図で上方の端部と下方の端部は、直線状にカットされて切除され、長さが「さらに小さく」なっている。
In the
図6(c)は、光源・レンズ対を2重の同心円状に配置して配設した例で、内側の、半径:rの円周上に配置されたのは「正レンズ3とLDによる光源・レンズ対」である。
FIG. 6C shows an example in which the light source / lens pair is arranged in a double concentric circle, and the inner arrangement on the circumference of radius r is “by the
そして、外側の半径:r3の円周上には、LDと図6(a)の正レンズ3Bによる光源・レンズ対が配置されている。
On the circumference of the outer radius r3, a light source / lens pair formed by the LD and the
外側の円周上に配置される光源・レンズ対における正レンズ3Bは、正レンズ3に比して、長手方向の長さがより小さい。
The
従って、外側の円周の半径:r3を、図5の場合の半径:r2(=r)よりも更に小さくでき、光源装置のさらなるコンパクト化が可能になる。 Therefore, the radius of the outer circumference: r3 can be made smaller than the radius: r2 (= r) in the case of FIG. 5, and the light source device can be made more compact.
上に説明した実施の形態においては、光源・レンズ対における光源であるLD2は、正レンズ3等の光軸上の焦点位置に配置されている。
In the embodiment described above, the
しかし、光源と正レンズの位置関係は、この場合に限らない。
図7に示す実施の形態は、光源2と正レンズ3の位置関係を、正レンズ3の光軸に直交する方向へずらした配置の例である。
However, the positional relationship between the light source and the positive lens is not limited to this case.
The embodiment shown in FIG. 7 is an example of an arrangement in which the positional relationship between the
図7(b)の如く、LD2を正レンズ3の焦点面上で光軸axに直交する方向へ「Δ」だけずらすと、正レンズ3からの平行光束(レーザ光)の射出方向が偏向する。
As shown in FIG. 7B, when the
このときの偏向角:θは、正レンズ3の焦点距離:fと上記「Δ」とにより、
θ=arctan(Δ/f)
で定まる。
The deflection angle: θ at this time is based on the focal length f of the
θ = arctan (Δ / f)
Determined by
図7(a)に示す例では、同一円周上に配置されて配設された複数のLD2に対して、対応する正レンズの光軸は、集光レンズ4の光軸AXに近づく側にずらされている。
In the example shown in FIG. 7A, the optical axis of the corresponding positive lens is closer to the optical axis AX of the
このため、各正レンズ3により偏向されたレーザ光は、光軸AXに向かって近づきつつ集光レンズ4に入射し、それぞれ集光される。
For this reason, the laser light deflected by each
このように正レンズ3による光路の偏向と、集光レンズ4による集光を併用し、LD2から、ホイールが配置される「共通の集光部」までの距離を短くすることができる。
In this way, the deflection of the optical path by the
このような構成では、図1等の実施の形態に比して、集光レンズ4のレンズ径を小さくすることが可能となり、集光レンズ4から「共通の集光部」までの距離も短くなる。
In such a configuration, the lens diameter of the
従って、光源装置を「よりコンパクト」に構成できる。 Therefore, the light source device can be configured to be “more compact”.
なお、図7(a)に示す光学配置では、集光レンズ4に入射する複数の平行光束は、光軸AXに対して傾いている。
In the optical arrangement shown in FIG. 7A, the plurality of parallel light beams incident on the
このため、個々の平行光束の集光点は、光軸AXから僅かにずれるが、この集光点位置の近傍の集光レンズ4よりの位置の微小面積領域で互いに重なり合う。
For this reason, although the condensing points of the individual parallel light beams are slightly shifted from the optical axis AX, they overlap each other in a minute area region at a position from the condensing
従って、ホイールは、この微小面積位置に配置すればよい。 Therefore, what is necessary is just to arrange | position a wheel in this micro area position.
図7に示す実施の形態において、正レンズは、図7に示す正レンズ3に限らず、上に説明した正レンズ3Aや3B、3Cを用いても良いことは言うまでも無い。
In the embodiment shown in FIG. 7, it goes without saying that the positive lens is not limited to the
以下に、図5に示した実施の形態におけるレーザ光の分布を説明する。 Hereinafter, the distribution of laser light in the embodiment shown in FIG. 5 will be described.
図8においてLD2を発光させ、「計測位置」で、正レンズ(コリメータレンズ)3から射出した平行光束化されたレーザ光の分布を光線追跡シミュレーションにより計測する。
In FIG. 8, the
光源・レンズ対は、図5のように2重の同心円状に配置されている。 The light source / lens pair is arranged in a double concentric shape as shown in FIG.
シミュレーションの結果を、図9に示す。 The result of the simulation is shown in FIG.
なお、LD2と正レンズ3との配置は、円周状で不等間隔に配置している。
Note that the
図9に示されたように、各LD2から放射されるレーザ光の光束断面形状の長軸方向は、配設中心に向かうようにLD2の態位を設定している。
As shown in FIG. 9, the position of the
比較例として、LD2から放射されるレーザ光の光束断面形状の短軸方向が、配設中心に向かうようにした場合の、シミュレーションの結果を、図10に示す。
As a comparative example, FIG. 10 shows a simulation result when the minor axis direction of the cross-sectional shape of the laser beam emitted from the
なお、光線追跡シミュレーションに用いたソフトウェアはSynopsys.IncのLighTools(64) 7.3.0(商品名)である。 The software used for the ray tracing simulation is LighTools (64) 7.3.0 (trade name) of Synopsys.Inc.
図9に示した光源・レンズ対の配置の場合に、集光レンズによる共通の集光部における照度分布を図11に示す。 In the case of the arrangement of the light source / lens pair shown in FIG. 9, the illuminance distribution in the common condensing part by the condensing lens is shown in FIG.
21個のLDから射出されたレーザ光が共通の集光部に集光されている状態である。 In this state, the laser beams emitted from the 21 LDs are condensed on a common condensing unit.
この集光状態のx方向とy方向の断面上の照度分布を図12に示す。 FIG. 12 shows the illuminance distribution on the cross sections in the x direction and the y direction in this condensed state.
x、y方向の各断面の照度分布は、略等しく、共に先鋭な分布が得られている。 The illuminance distribution of each cross section in the x and y directions is substantially equal, and a sharp distribution is obtained.
比較例として、図10に示すLD配置態位の場合の、集光レンズによる共通の集光部における照度分布を図13に示す。 As a comparative example, FIG. 13 shows the illuminance distribution in the common light condensing part by the condensing lens in the LD arrangement state shown in FIG.
図13の照度分布の、x方向とy方向の断面上の照度分布を図14に示す。 FIG. 14 shows the illuminance distribution on the cross section in the x and y directions of the illuminance distribution of FIG.
図14から明らかなように、照度分布は「中央付近で落ち込んで」おり、集光状態が良くないことが分かる。 As can be seen from FIG. 14, the illuminance distribution is “decreased near the center”, indicating that the light collection state is not good.
LDの配置の違いにより、図12と図14の如き照度分布の差が生じるのは、集光レンズ4のメリディオナルとサジタルの収差の差によると考えられる。
The difference in illuminance distribution as shown in FIGS. 12 and 14 due to the difference in the arrangement of the LD is considered to be due to the difference between the meridional and sagittal aberrations of the
図15に「多原色の光源装置」の実施の1形態を説明図的に示す。 FIG. 15 is an explanatory diagram showing one embodiment of a “multi-primary light source device”.
説明図であるので、レンズ等の光学系は簡略化して示している。 Since it is explanatory drawing, optical systems, such as a lens, are simplified and shown.
図15に、符号10で示す部分は、図1に示した集光光束用の光源装置であり、共通の集光部には、ホイール5が配置されている。
In FIG. 15, a portion denoted by
図1においては、集光レンズ4の光軸に直交するホイール5を示したが、図14の例では、ホイール5は、集光レンズの光軸に対して傾いている。
In FIG. 1, the
光源装置10に用いられている光源は、前述した「波長:440nm〜445nmの青色レーザ光を放射するLD(以下、「青色LD」とも言う。)」である。
The light source used in the
図15(b)に示すように、ホイール5は、モータ50に設けられて高速回転されるようになっている。
As shown in FIG. 15B, the
ホイール5は、図15(c)に示すように、3つの部分5R、5G、5Bに分かれている。部分5Bは、光源装置10の光源が放射する青色光を反射する反射面となっている。
As shown in FIG. 15C, the
また、部分5Rは遮光部となっている。部分5Gは光透過性である。
The
ホイール5は、集光レンズの光軸に対して45度傾き、図15(b)に示すように、光源装置10からの青色レーザ光を部分5Bで反射して90度偏向させる。
The
ホイール5は、例えば、円形状の透明ガラス板の、部分5Bに反射膜を蒸着等で形成し、部分5Rの部分に遮光膜を蒸着等で形成することで形成できる。
The
部分5Rには、反射防止膜を形成するのが好ましい。
An antireflection film is preferably formed on the
光源装置10からのレーザ光は、ホイール5の部分5Gに入射するときは、ホイールを透過して直進する。また、部分5Bに入射するときは反射される。
When the laser light from the
部分5Rに入射するときは遮光される。
When entering the
図15に示す「多原色の光源装置」は、集光光束用の光源装置10とともに、光源装置10の光源(青色LD)とは異なる波長の光を放射する光源20と光源30とを有する。
A “multi-primary light source device” shown in FIG. 15 includes a
図15において、符号LN1〜LN6はレンズ、符号DM1〜DM3はダイクロイックミラーを示す。また、符号40は「ライトトンネル」を示す。
In FIG. 15, reference numerals LN1 to LN6 denote lenses, and reference signs DM1 to DM3 denote dichroic mirrors.
ダイクロイックミラーDM1は「青色光を透過させ、緑色光を反射」する。ダイクロイックミラーDM2は「赤色光を透過させ、緑色光を反射」する。 The dichroic mirror DM1 “transmits blue light and reflects green light”. The dichroic mirror DM2 “transmits red light and reflects green light”.
ダイクロイックミラーDM3は「青色光を透過させ、赤色光と緑色光を反射」する。 The dichroic mirror DM3 “transmits blue light and reflects red light and green light”.
光源装置10の複数の青色LDを発光させると、各青色LDからの青色レーザ光は、ホイール5上に集光する。
When the plurality of blue LDs of the
青色レーザ光は、ホイール5の部分5B、5G、5Rに順次に入射する。
The blue laser light sequentially enters the
部分5Bに入射した青色レーザ光は反射され、レーザ光LBとしてレンズNL2、ダイクロイックミラーDM3、レンズLN6を介してライトトンネル40に入射する。
The blue laser light incident on the
ホイール5による反射光は発散性であるので、レンズLN2によりレーザ光LBの発散性を抑え、さらにレンズLN6により、ライトトンネル40の入口部に集光する。
Since the light reflected by the
ホイール5の部分5Gに入射した青色レーザ光は、透過してレーザ光LBとしてレンズLN1、ダイクロイックミラーDM1、レンズLN3を介して光源20に入射する。
The blue laser light incident on the portion 5G of the
ホイール5を透過したレーザ光LBも発散性であるので、レンズLN1により発散性を抑え、さらにレンズLN3により光源20上に集光させる。
Since the laser beam LB transmitted through the
光源20は「緑色蛍光体」であり、集光されたレーザ光LBにより励起されて、緑色の蛍光LGを放射する。
The
緑色の蛍光LGはレンズLN3を介してダイクロイックミラーDM1に入射して反射される。 The green fluorescence LG is incident on the dichroic mirror DM1 through the lens LN3 and reflected.
反射された蛍光LGは、DM2、DM3で順次反射され、レンズLN6により、ライトトンネル40の入口部に集光される。
The reflected fluorescence LG is sequentially reflected by DM2 and DM3, and collected at the entrance of the
光源30は、赤色光LRを放射する赤色LEDであり、青色レーザ光がホイール5の部分5Rに入射して遮光されるタイミングで発光する。
The
赤色光LRは、レンズLN5により発散性を抑えられ、ダイクロイックミラーDM2を透過し、ダイクロイックミラーDM3により反射されレンズLN6に入射する。 The red light LR is suppressed in divergence by the lens LN5, passes through the dichroic mirror DM2, is reflected by the dichroic mirror DM3, and enters the lens LN6.
そして、レンズLN6により、ライトトンネル40の入口部に集光される。
Then, the light is condensed at the entrance of the
このようにして、ライトトンネル40には、青色のレーザ光LB、緑色の蛍光LG、赤色光LRが、順次に切り替わりながら入射する。
In this way, the blue laser light LB, the green fluorescence LG, and the red light LR enter the
ライトトンネル40に順次に入射するレーザ光LB、蛍光LG、赤色光LRは、ライトトンネル40の内部での多数回の反射により、その照度が均一化される。
The illuminance of the laser light LB, the fluorescence LG, and the red light LR sequentially incident on the
そして、ライトトンネル40から射出した上記各色の光は、画像投射装置のライトバルブへ導光されて、ライトバルブに表示された画像を照明する。
Then, the light of each color emitted from the
図16は、図15の「多原色用の光源装置」を用いる画像投射装置の実施の1形態を示す図である。図15と同一の部分については、図14におけると同一の符号を付する。 FIG. 16 is a diagram showing an embodiment of an image projection apparatus using the “light source device for multi-primary colors” of FIG. The same parts as those in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
図15に即して説明したように、各色の光はライトトンネル40から順次に射出する。
As described with reference to FIG. 15, light of each color is sequentially emitted from the
図16に示すように、ライトトンネル40から出た光は、リレーレンズLLを透過し、2枚の折り返しミラーML1、ML2により順次反射されてライトバルブ50に向かう。
As shown in FIG. 16, the light emitted from the
折り返しミラーML1は平面ミラー、折り返しミラーML2は「球面ミラー」である。 The folding mirror ML1 is a plane mirror, and the folding mirror ML2 is a “spherical mirror”.
ライトバルブ50はDMD(Digital micromirror device)であり、2次元配列されたマイクロミラーの傾きを個別に制御して、画像を表示する。
The
表示される画像は、図示されないスクリーン上に投射されるカラー投射画像の3原色:R(赤)、G(緑)、B(青)の色分解画像である。 The displayed image is a color separation image of three primary colors: R (red), G (green), and B (blue) of a color projection image projected on a screen (not shown).
これら3色の色分解画像は、対応する色の光がライトバルブ50に照射されるタイミングに併せて切り替えられる。
These three color separation images are switched in accordance with the timing at which the
ライトバルブ50により反射された各色の光は、投射結像レンズ60により図示されないスクリーン上に拡大投射される。
The light of each color reflected by the
3原色:R、G、Bの各投射画像がスクリーン上で光束に順次に切り替えられることにより、観察者は拡大カラー画像を視認することになる。 When the projected images of the three primary colors: R, G, and B are sequentially switched to light beams on the screen, the observer visually recognizes the enlarged color image.
上に、図1〜図3を参照して実施の形態を説明した光源装置は「1個の光源2と、この光源2に対向配置される1個の正レンズ3とによる光源・レンズ対」を複数対有する。
The light source device described in the embodiment with reference to FIGS. 1 to 3 is “a light source / lens pair composed of one
光源・レンズ対における正レンズ3は、1方向に長い形状を有する。
The
複数の光源・レンズ対は、各対における正レンズ3の、少なくとも長手方向に沿うレンズ辺同士が隣接するように、所定の配置に配設される。
The plurality of light source / lens pairs are arranged in a predetermined arrangement so that at least the lens sides along the longitudinal direction of the
そして、個々の光源・レンズ対における光源3が、光束断面形状が楕円形状の光を放射する半導体光源(LD)である。
The
この半導体光源(LD)は、この光源に対向配置される正レンズ3に対して、楕円形状の長軸方向(A方向)が正レンズ3の長手方向となるように態位調整されている。
The semiconductor light source (LD) is adjusted in position so that the major axis direction (A direction) of the elliptical shape is the longitudinal direction of the
複数対の光源・レンズ対は、レンズの長手方向が配設中心0に向かうようにして、1重以上の円形状に配置されて配設されている。
The plural pairs of light source / lens pairs are arranged in a single or more circular shape so that the longitudinal direction of the lens is directed toward the
また、図4に示す実施の形態では、光源・レンズ対における正レンズ3Aは、長手方向に沿う2辺が、配設中心0に向かって狭まる非平行な直線状である。
In the embodiment shown in FIG. 4, the
図5、図6に示す実施の形態では、複数対の光源・レンズ対は、レンズの長手方向が配設中心0に向かうようにして、2重の同心円形状に配置されて配設されている。
In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the plurality of pairs of light source / lens pairs are arranged in a double concentric shape so that the longitudinal direction of the lens is directed toward the
図6に示す実施の形態の正レンズ3B、3Cは、レンズの長さ方向がレンズ3や3Aよりも小さく形成されている。
The
図7の実施の形態では、個々の光源・レンズ対において、正レンズ3の光軸位置に対し、光源2の位置が正レンズ3の長手方向の配設中心0から離れる向きにずらされている。
In the embodiment of FIG. 7, in each light source / lens pair, the position of the
また、上に説明した各実施の形態において、個々の光源・レンズ対における正レンズ3、3A、3B、3Cは、コリメータレンズである。
In each of the embodiments described above, the
そして、複数の光源・レンズ対の正レンズを通過した光束群を、共通の集光部に集光させる集光レンズ4を有する「集束光束用の光源装置」である。
Then, it is a “focused light source device” having a condensing
また、図15示す「多原色の光源装置」は、集束光束用の光源装置10とともに、集束光束用の光源装置10の光源とは異なる波長の光を放射する光源20、30を有する。
In addition, the “multi-primary light source device” shown in FIG. 15 includes
そして、図16に示す画像投射装置は、図17に示す多原色の光源装置を用いた画像投射装置である。 The image projection apparatus shown in FIG. 16 is an image projection apparatus using the multi-primary color light source apparatus shown in FIG.
1 ホルダ
2 光源
3 正レンズ
4 集光レンズ
5 ホイール
1 Holder
2 Light source
3 Positive lens
4 condenser lens
5 Wheel
Claims (8)
前記光源・レンズ対におけるレンズは、1方向に長い形状を有し、
複数の光源・レンズ対は、各対におけるレンズの、少なくとも長手方向に沿うレンズ辺同士が隣接するように、所定の配置に配設されることを特徴とする光源装置。 Having a plurality of light source / lens pairs of one light source and one lens arranged opposite to the light source,
The lens in the light source / lens pair has a long shape in one direction,
The plurality of light source / lens pairs are arranged in a predetermined arrangement so that at least lens sides along the longitudinal direction of the lenses in each pair are adjacent to each other.
個々の光源・レンズ対における光源が、光束断面形状が楕円形状の光を放射する半導体光源であり、この光源に対向配置されるレンズに対して、前記楕円形状の長軸方向が前記レンズの長手方向となるように態位調整されており、
前記複数対の光源・レンズ対は、レンズの長手方向が配設中心に向かうようにして、1重以上の円形状に配置されて配設されることを特徴とする光源装置。 The light source device according to claim 1,
The light source in each light source / lens pair is a semiconductor light source that emits light having an elliptical light beam cross-sectional shape. The position is adjusted to be in the direction,
The light source device, wherein the plurality of pairs of light source / lens pairs are arranged in a single or more circular shape such that the longitudinal direction of the lens is directed toward the arrangement center.
光源・レンズ対におけるレンズは、長手方向に沿う2辺が、配設中心に向かって狭まる非平行な直線状であることを特徴とする光源装置。 The light source device according to claim 2,
The lens in the light source / lens pair is a non-parallel straight line in which two sides along the longitudinal direction narrow toward the center of the arrangement.
個々の光源・レンズ対において、レンズの光軸位置に対し、光源の位置が、該レンズの長手方向の、配設中心から離れる向きにずらされていることを特徴とする光源装置。 The light source device according to claim 2 or 3,
In each light source / lens pair, the light source position is shifted with respect to the optical axis position of the lens in a direction away from the arrangement center in the longitudinal direction of the lens.
個々の光源・レンズ対におけるレンズが、コリメータレンズであることを特徴とする光源装置。 The light source device according to any one of claims 2 to 4,
A light source device, wherein a lens in each light source / lens pair is a collimator lens.
複数の光源・レンズ対のレンズを通過した光束群を、共通の集光部に集光させる集光レンズを有することを特徴とする集束光束用の光源装置。 The light source device according to any one of claims 2 to 5,
A light source device for a focused light beam, comprising a condensing lens that condenses a light beam group that has passed through a plurality of light source / lens pairs on a common light condensing unit.
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