JP2015108758A - Illumination apparatus, projection type video display device, illumination method, and projection type video display method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illumination apparatus, a projection type video display device, an illumination method, and a projection type video display method, which can guide light from a fluorescent body to a light modulation element efficiently.SOLUTION: An illumination apparatus 100 generates illumination light, which is not subjected to polarization conversion, using: an excitation light source unit 101 that emits excitation light; a fly-eye lens pair 108 for excitation light, that divides a light flux of the excitation light into a plurality of partial light fluxes; a condensing optical system 110 that condenses the plurality of partial light fluxes of the excitation light into a rectangular light spot; a fluorescent body 111 that emits illumination light by the excitation light condensed by the condensing optical system 110; and a fly-eye lens pair 117 for illumination light, that divides a light flux of illumination light into a plurality of partial light fluxes.

Description

本発明は照明装置、投射型映像表示装置、照明方法、および投射型映像表示方法に関し、例えば蛍光体から出射した光を効率良く光変調素子に導く技術に関する。   The present invention relates to an illumination device, a projection video display device, an illumination method, and a projection video display method. For example, the present invention relates to a technique for efficiently guiding light emitted from a phosphor to a light modulation element.

従来より、蛍光体に対しレーザー光等を励起光として照射することで、蛍光体が発生する光を照明光として出力する照明装置、及び、この照明光を光変調して映像光を生成し、この映像光を投射する投射型映像表示装置が知られている。   Conventionally, by irradiating a phosphor with laser light or the like as excitation light, an illumination device that outputs light generated by the phosphor as illumination light, and optically modulating the illumination light to generate image light, A projection-type image display device that projects this image light is known.

例えば、特許文献1には、励起光の光路に異方性拡散板を設けることにより、蛍光体上に楕円形の集光面を形成し、この集光面の形状を、後段においてフライアイレンズと併せて配置される偏光ビームスプリッタ(すなわち偏光変換素子)の入射面形状と相似形とした構成が開示されている。これにより、照明光の利用効率を向上させることができる。なお、フライアイレンズとは、照明光の輝度分布を均一化する素子である。また、偏光変換素子とは、照明光を、光変調素子としての透過型液晶パネルを透過可能な偏光光に変換するための素子である。   For example, in Patent Document 1, an elliptical condensing surface is formed on a phosphor by providing an anisotropic diffusion plate in the optical path of excitation light, and the shape of this condensing surface is changed to a fly-eye lens in the subsequent stage. A configuration similar to the shape of the incident surface of a polarizing beam splitter (that is, a polarization conversion element) disposed in combination with the above is disclosed. Thereby, the utilization efficiency of illumination light can be improved. Note that the fly-eye lens is an element that equalizes the luminance distribution of illumination light. The polarization conversion element is an element for converting illumination light into polarized light that can be transmitted through a transmissive liquid crystal panel as a light modulation element.

また、特許文献1は、光変調素子として、液晶に替えてDMD(Digital Micromirror Device)を用いる場合には、フライアイレンズ及び偏光変換素子を除去し、代わりにロッドインテグレータを採用する構成を開示している。これはDMDが反射する光は偏光光である必要がなく、偏光変換素子を要しないためである。   Further, Patent Document 1 discloses a configuration in which a fly-eye lens and a polarization conversion element are removed and a rod integrator is used instead when a DMD (Digital Micromirror Device) is used as a light modulation element instead of a liquid crystal. ing. This is because the light reflected by the DMD does not need to be polarized light and does not require a polarization conversion element.

特許文献2には、励起光の光路にフライアイレンズを備えた構成が開示されている。これにより、蛍光体に対して励起光を均一強度で照射できるため、局所的な光飽和を抑制でき、蛍光体の発光強度低下を抑制できる。   Patent Document 2 discloses a configuration in which a fly-eye lens is provided in the optical path of excitation light. Thereby, since excitation light can be irradiated with uniform intensity | strength with respect to fluorescent substance, local light saturation can be suppressed and the emitted light intensity fall of fluorescent substance can be suppressed.

特開2013−120250号公報JP2013-120250A 特開2013−114980号公報JP 2013-114980 A

従来、偏光変換素子を必要としない光変調素子、例えばDMD等を採用しようとする場合、光変調素子の前段には、特許文献1記載の構成のロッドインテグレータや、何枚かのミラーで光を多重反射させることにより光の角度的な分布の混ぜ合わせを行うミラートンネルを備えることが一般的であった。   Conventionally, when a light modulation element that does not require a polarization conversion element, such as a DMD, is to be adopted, light is transmitted to the front stage of the light modulation element by a rod integrator having a configuration described in Patent Document 1 or several mirrors. It is common to have a mirror tunnel that mixes the angular distribution of light by multiple reflection.

しかしながら、ロッドインテグレータやミラートンネルは、一定の実装スペースを要するため、装置の小型化の障壁となっていた。   However, since the rod integrator and mirror tunnel require a certain mounting space, they have become barriers to downsizing the apparatus.

また、照明光の輝度分布の均一化機能を有しつつ、ロッドインテグレータやミラートンネルを利用する場合よりもさらに良い光学効率を実現し得る素子の採用が望まれる。   In addition, it is desired to employ an element that has a function of uniforming the luminance distribution of illumination light and that can achieve better optical efficiency than the case of using a rod integrator or a mirror tunnel.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、蛍光体から出射した光を効率良く光変調素子に導くことができる照明装置、投射型映像表示装置、照明方法、および投射型映像表示方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and an illumination device, a projection-type image display device, an illumination method, and an illumination device capable of efficiently guiding light emitted from a phosphor to a light modulation element, and An object of the present invention is to provide a projection type image display method.

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。   Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

本発明に係る照明装置は、励起光を出射する励起光源部と、前記励起光の光線束を複数の部分光線束に分割する励起光用フライアイレンズ対と、前記励起光の複数の部分光線束を、矩形の集光スポットに集光する集光光学系と、前記集光光学系で集光された前記励起光によって照明光を発する蛍光体と、前記照明光の光線束を複数の部分光線束に分割する照明光用フライアイレンズ対と、により、偏光変換されていない前記照明光を生成するものである。   An illumination device according to the present invention includes an excitation light source unit that emits excitation light, a pair of excitation light fly-eye lenses that divides the beam bundle of excitation light into a plurality of partial beam bundles, and a plurality of partial beams of the excitation light. A condensing optical system that condenses the bundle into a rectangular condensing spot, a phosphor that emits illumination light by the excitation light condensed by the condensing optical system, and a bundle of light beams of the illumination light. The illumination light that has not undergone polarization conversion is generated by the pair of fly-eye lenses for illumination light that is divided into light bundles.

本発明に係る投射型映像表示装置は、前記照明装置と、前記照明装置が生成した偏光変換されていない前記照明光を変調する光変調素子と、を含む。   The projection type video display device according to the present invention includes the illumination device and a light modulation element that modulates the illumination light generated by the illumination device and not subjected to polarization conversion.

本発明に係る照明方法は、励起光源部が、励起光を出射するステップと、励起光用フライアイレンズ対が、前記励起光の光線束を複数の部分光線束に分割するステップと、集光光学系が、前記励起光の複数の部分光線束を、矩形の集光スポットに集光するステップと、蛍光体が、前記集光光学系で集光された前記励起光によって照明光を発するステップと、照明光用フライアイレンズ対が、前記照明光の光線束を複数の部分光線束に分割するステップと、により、偏光変換されていない前記照明光を生成するものである。   In the illumination method according to the present invention, the excitation light source unit emits excitation light, the excitation light fly-eye lens pair divides the beam bundle of the excitation light into a plurality of partial beam bundles, An optical system condensing a plurality of partial beam bundles of the excitation light into a rectangular condensing spot; and a phosphor emitting illumination light by the excitation light condensed by the condensing optical system Then, the illumination light fly-eye lens pair generates the illumination light that has not undergone polarization conversion by dividing the light flux of the illumination light into a plurality of partial light fluxes.

本発明に係る投射型映像表示方法は、前記照明方法と、光変調素子が、前記照明方法により生成した偏光変換されていない前記照明光を変調するステップと、を含む。   The projection-type image display method according to the present invention includes the illumination method and a step in which a light modulation element modulates the illumination light generated by the illumination method and not subjected to polarization conversion.

本発明により、蛍光体から出射した光を効率良く光変調素子に導くことができる照明装置、投射型映像表示装置、照明方法、および投射型映像表示方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an illumination device, a projection image display device, an illumination method, and a projection image display method that can efficiently guide light emitted from a phosphor to a light modulation element.

本発明の実施の形態にかかる投射型映像表示装置100の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the projection type video display apparatus 100 concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる蛍光体ホイール111の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the phosphor wheel 111 concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかるレーザー用フライアイレンズ108およびフライアイレンズ117の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the fly eye lens for lasers and the fly eye lens 117 concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる励起光集光スポットの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the excitation light condensing spot concerning embodiment of this invention.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。まず、図1を用いて、本発明の実施の形態にかかる投射型映像表示装置100の構成について説明する。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. First, the configuration of a projection display apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

投射型映像表示装置1000は、照明光を出力する照明装置100と、照明光を光変調して映像光を生成する光変調素子200と、を有する。   The projection display apparatus 1000 includes an illumination apparatus 100 that outputs illumination light and a light modulation element 200 that modulates the illumination light to generate image light.

照明装置100は、励起光を蛍光体に導くための光学系、励起光を受けて照明光を発生する蛍光体、照明光及び蛍光体ホイール111の透過領域を透過した励起光を光変調素子200に導くための光学系を含む。   The illumination device 100 includes an optical system for guiding excitation light to the phosphor, a phosphor that generates the illumination light upon receiving the excitation light, and the excitation light transmitted through the transmission region of the illumination light and the phosphor wheel 111 as the light modulation element 200. Including an optical system.

励起光を蛍光体に導くための光学系は、励起光源としての複数の半導体レーザーアレイからなる半導体レーザー101、半導体レーザー101の出射光を平行光化するコリメータレンズアレイ102、すべての平行光を同じ方向に導くように設けられたミラーアレイ103、アフォーカル光学系をなすアフォーカルレンズ104、ミラー105、アフォーカルレンズ106、励起光を一定程度拡散させる拡散板107、励起光のインテグレータとしての機能を有するレーザー用フライアイレンズ108、励起光のみ反射しその他の光を透過させるダイクロイックミラー109、励起光を集光する集光レンズ110を含む。   The optical system for guiding the excitation light to the phosphor is a semiconductor laser 101 composed of a plurality of semiconductor laser arrays as an excitation light source, a collimator lens array 102 for collimating the emitted light of the semiconductor laser 101, and all the parallel light is the same. The mirror array 103 provided so as to guide in the direction, the afocal lens 104 constituting the afocal optical system, the mirror 105, the afocal lens 106, the diffusion plate 107 that diffuses the excitation light to a certain degree, and the function as an integrator of the excitation light. The laser fly-eye lens 108 includes a dichroic mirror 109 that reflects only excitation light and transmits other light, and a condenser lens 110 that condenses the excitation light.

蛍光体としての蛍光体ホイール111は、赤色の蛍光体、緑色の蛍光体、及び励起光を透過させる青色透過領域を有する(図2)。   The phosphor wheel 111 as a phosphor has a red phosphor, a green phosphor, and a blue transmission region that transmits excitation light (FIG. 2).

照明光及び蛍光体ホイール111を透過した励起光を光変調素子200に導くための光学系は、蛍光体ホイールを透過した励起光を青色光として照明系に導くための青色光用コリメータレンズ112、ミラー113、青色光用コリメータレンズアレイ114、ミラー115および116、照明光のインテグレータとしての機能を有するフライアイレンズ117、フライアイレンズ117からの光を光変調素子まで導くコンデンサーレンズ118、ミラー119、コンデンサーレンズ120、内部全反射(TIR:Total Internal Reflection)プリズム121を含む。   An optical system for guiding the illumination light and the excitation light transmitted through the phosphor wheel 111 to the light modulation element 200 includes a blue light collimator lens 112 for guiding the excitation light transmitted through the phosphor wheel to the illumination system as blue light, Mirror 113, blue light collimator lens array 114, mirrors 115 and 116, fly-eye lens 117 having a function as an illumination light integrator, condenser lens 118 for guiding light from fly-eye lens 117 to the light modulation element, mirror 119, A condenser lens 120 and a total internal reflection (TIR) prism 121 are included.

本実施の形態における光変調素子200は、事前の偏光変換を要しない光変調素子であって、例えばDMDである。DMD200の後段には、映像光を投射面に投射するための投射レンズが設けられても良い。   The light modulation element 200 in the present embodiment is a light modulation element that does not require prior polarization conversion, and is, for example, a DMD. A projection lens for projecting image light onto the projection surface may be provided at the subsequent stage of the DMD 200.

ここで、本実施の形態においては、図3に示すように、レーザー用フライアイレンズ108、フライアイレンズ117のすべてのフライアイレンズセルのアスペクト比(長辺と短辺の比)は略同程度である。具体的には、フライアイレンズ117のセルサイズが6.8mm x 3.8mm、レーザー用フライアイレンズ108のセルサイズが2.5mm x 1.4mmなどである。   Here, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the aspect ratios (ratio of long side to short side) of all fly eye lens cells of the fly eye lens for laser 108 and the fly eye lens 117 are substantially the same. Degree. Specifically, the cell size of the fly eye lens 117 is 6.8 mm × 3.8 mm, the cell size of the fly eye lens 108 for laser is 2.5 mm × 1.4 mm, and the like.

さらに、本実施の形態では、図3に示すように、フライアイレンズ117のセルの長辺と、光路に平行な平面であるXZ平面と、の成す角θと、レーザー用フライアイレンズ108のセルの長辺と、XZ平面と、の成す角θと、が同じである。具体的には、フライアイレンズ117およびレーザー用フライアイレンズ108のセルの長辺とXZ平面との成す角θは、いずれも36度に設定されている。   Furthermore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the angle θ formed by the long side of the cell of the fly-eye lens 117 and the XZ plane that is a plane parallel to the optical path, and the fly-eye lens for laser 108 The angle θ formed by the long side of the cell and the XZ plane is the same. Specifically, the angle θ formed between the long side of the cell of the fly-eye lens 117 and the laser fly-eye lens 108 and the XZ plane is set to 36 degrees.

また、本実施の形態では、図4に示すように、蛍光体ホイール111の中心と、蛍光体ホイール111上の励起光集光スポット(すなわち励起光が照射される矩形範囲)の中心と、を結ぶ線が、励起光集光スポットの長辺方向と平行である。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the center of the phosphor wheel 111 and the center of the excitation light condensing spot (that is, the rectangular range irradiated with the excitation light) on the phosphor wheel 111 are The connecting line is parallel to the long side direction of the excitation light condensing spot.

また、励起光集光スポットの形状と、レーザー用フライアイレンズ108のセルの形状と、は相似である。さらに、励起光集光スポットの長辺と、XZ平面と、の成す角θと、レーザー用フライアイレンズ108のセルの長辺と、XZ平面と、の成す角θと、は同じである。   Further, the shape of the excitation light condensing spot is similar to the shape of the cell of the laser fly-eye lens 108. Furthermore, the angle θ formed by the long side of the excitation light condensing spot and the XZ plane is the same as the angle θ formed by the long side of the cell of the laser fly-eye lens 108 and the XZ plane.

また、励起光集光スポットの形状と、フライアイレンズ117のセルの形状と、は相似である。さらに、励起光集光スポットの長辺と、XZ平面と、の成す角θと、フライアイレンズ117のセルの長辺と、XZ平面と、の成す角θと、は同じである。   Further, the shape of the excitation light condensing spot and the shape of the cell of the fly-eye lens 117 are similar. Further, the angle θ formed by the long side of the excitation light condensing spot and the XZ plane is the same as the angle θ formed by the long side of the cell of the fly-eye lens 117 and the XZ plane.

すなわち、集光レンズ110の焦点である励起光集光スポットから、集光レンズ110を介して、レーザー用フライアイレンズ108およびフライアイレンズ117を見たとき、レーザー用フライアイレンズ108およびフライアイレンズ117は同じとなる。   That is, when the laser fly-eye lens 108 and the fly-eye lens 117 are viewed through the condenser lens 110 from the excitation light condensing spot that is the focal point of the condenser lens 110, the laser fly-eye lens 108 and the fly-eye lens are observed. The lens 117 is the same.

つづいて、実施の形態1にかかる投射型映像表示装置1000の動作について説明する。   The operation of the projection display apparatus 1000 according to the first embodiment will be described next.

まず、半導体レーザー101がレーザー光を出射する。このレーザー光は、後段の蛍光体ホイール111に照明光を発生させるための励起光となる。   First, the semiconductor laser 101 emits laser light. This laser light becomes excitation light for generating illumination light in the phosphor wheel 111 at the subsequent stage.

つぎに、コリメータレンズアレイ102が、出射されたレーザー光を、平行光に変換する。   Next, the collimator lens array 102 converts the emitted laser light into parallel light.

本実施の形態では、半導体レーザー101は、異なる向きに配置された2つの半導体レーザーアレイで構成されている。そこで、ミラーアレイ103が、一方の半導体レーザーアレイからの出射光のみを、他方の半導体レーザーアレイからの出射光と同一方向に反射する。これにより、すべての半導体レーザーアレイから出射されたレーザー光が、同一方向に導かれる。   In the present embodiment, the semiconductor laser 101 is composed of two semiconductor laser arrays arranged in different directions. Therefore, the mirror array 103 reflects only the emitted light from one semiconductor laser array in the same direction as the emitted light from the other semiconductor laser array. Thereby, the laser beams emitted from all the semiconductor laser arrays are guided in the same direction.

アフォーカルレンズ104は、アフォーカル光学系をなすレンズであり、平行光化されたレーザー光を入射して、光束直径の異なる平行光を出射する。アフォーカルレンズ104からの出射光は、ミラー105、アフォーカルレンズ106を経て、拡散板107に至る。拡散板107は、入射したレーザー光を1度程度拡散させ、レーザー用フライアイレンズ108に入射させる。   The afocal lens 104 is a lens that forms an afocal optical system, and receives parallel laser light and emits parallel light having different beam diameters. Light emitted from the afocal lens 104 reaches the diffusion plate 107 through the mirror 105 and the afocal lens 106. The diffusion plate 107 diffuses the incident laser light about once and makes it enter the laser fly-eye lens 108.

レーザー用フライアイレンズ108は、図3に示すように、マトリクス状に配置された複数の矩形のレンズ(フライアイセル)からなる。これらの1つ1つのフライアイレンズは、入射したレーザー光を空間的に分割する。換言すれば、励起光の光線束を複数の部分光線束に分割する。これを後段の集光レンズ110で混合することにより、光強度に偏りのない励起光を生成することができる。   As shown in FIG. 3, the laser fly-eye lens 108 is composed of a plurality of rectangular lenses (fly eye cells) arranged in a matrix. Each of these fly eye lenses spatially divides the incident laser light. In other words, the light bundle of excitation light is divided into a plurality of partial light bundles. By mixing this with the condensing lens 110 in the subsequent stage, it is possible to generate excitation light with no bias in light intensity.

ダイクロイックミラー109は、励起光のみを反射し、その他の光、すなわち照明光は透過させるミラーである。レーザー用フライアイレンズ108から出射した励起光は、このダイクロイックミラー109により、蛍光体ホイール111に向けて反射される。   The dichroic mirror 109 is a mirror that reflects only excitation light and transmits other light, that is, illumination light. The excitation light emitted from the laser fly-eye lens 108 is reflected toward the phosphor wheel 111 by the dichroic mirror 109.

集光レンズ110は、励起光の部分光線束を集光し、蛍光体ホイール111上の励起光集光スポットに集束させる。   The condensing lens 110 condenses the partial light beam of the excitation light and focuses it on the excitation light condensing spot on the phosphor wheel 111.

蛍光体ホイール111は、図2に示すように、円周方向に分割された複数の領域に、赤色の蛍光体が塗布された赤色蛍光体領域1111、緑色の蛍光体が塗布された緑色蛍光体領域1112、および励起光を透過させる青色透過領域1113を有する。また、蛍光体ホイール111上には、図4に示すように、励起光が照射される励起光集光スポットが存在する。蛍光体ホイール111は、ホイール中心を軸として回転しており、励起光が照射されたタイミングに応じて、赤色蛍光体領域1111、緑色蛍光体領域1112、青色透過領域113のいずれかが励起光集光スポットに重畳する。赤色蛍光体領域1111または緑色蛍光体領域1112と励起光集光スポットとが重畳すると、赤色または緑色の蛍光が励起される。一方、青色透過領域113と励起光集光スポットとが重畳すると、励起光は蛍光体ホイール111を透過する。これらの赤色、緑色の蛍光、および青色のレーザー光は、後段のDMD200に映像光を生成させるための照明光となる。   As shown in FIG. 2, the phosphor wheel 111 includes a plurality of regions divided in the circumferential direction, a red phosphor region 1111 coated with a red phosphor, and a green phosphor coated with a green phosphor. A region 1112 and a blue transmission region 1113 that transmits excitation light are provided. Further, as shown in FIG. 4, an excitation light condensing spot irradiated with excitation light exists on the phosphor wheel 111. The phosphor wheel 111 rotates about the wheel center, and any one of the red phosphor region 1111, the green phosphor region 1112, and the blue transmission region 113 is collected according to the timing when the excitation light is irradiated. Superimpose on the light spot. When the red phosphor region 1111 or the green phosphor region 1112 and the excitation light condensing spot overlap, red or green fluorescence is excited. On the other hand, when the blue transmissive region 113 and the excitation light condensing spot overlap, the excitation light passes through the phosphor wheel 111. These red, green fluorescence, and blue laser lights serve as illumination light for causing the DMD 200 in the subsequent stage to generate image light.

ここで、励起光集光スポットは、図4に示すように、蛍光体ホイール111の中心と、蛍光体ホイール111上の励起光集光スポット(すなわち励起光が照射される矩形範囲)の中心と、を結ぶ線が、励起光集光スポットの長辺方向と平行に設定されている。すなわち、蛍光体ホイール111上の放射線方向に長く、円周方向に短い矩形領域を励起光集光スポットとして利用する。これにより、色切り替え時のスポークタイムを短縮して表示画像の品質低下を防止することができる。すなわち、蛍光体ホイール111が回転途中で異なる色の蛍光体もしくは蛍光体と透過領域をまたぐ際、混色して色純度が落ちてしまうことを避けるため、励起光源を消灯するなどの対処をすることが一般的であるが、その消灯期間(スポークタイム)を短くすることが可能である。   Here, as shown in FIG. 4, the excitation light condensing spot is the center of the phosphor wheel 111 and the center of the excitation light condensing spot on the phosphor wheel 111 (that is, a rectangular range irradiated with the excitation light). Are set parallel to the long side direction of the excitation light condensing spot. That is, a rectangular region that is long in the radiation direction and short in the circumferential direction on the phosphor wheel 111 is used as an excitation light condensing spot. As a result, the spoke time at the time of color switching can be shortened to prevent the display image from being degraded. That is, when the phosphor wheel 111 crosses the transmission region with the phosphors of different colors or the phosphors in the middle of rotation, measures are taken such as turning off the excitation light source in order to avoid color mixing and deterioration of color purity. However, it is possible to shorten the turn-off period (spoke time).

また、励起光集光スポットの形状は、レーザー用フライアイレンズ108のセルの形状と相似であり、かつXZ平面との角θが同じである。これにより、蛍光体ホイール111上の蛍光体の塗布面積を最小限に抑制することができる。   The shape of the excitation light condensing spot is similar to the shape of the cell of the laser fly-eye lens 108, and the angle θ with the XZ plane is the same. Thereby, the application area of the phosphor on the phosphor wheel 111 can be minimized.

励起された赤色または緑色の蛍光は、集光レンズ110に前回とは逆向きに入射し、ダイクロイックミラー109に至る。ダイクロイックミラー109は、蛍光を透過させてフライアイレンズ117に入射させる。   The excited red or green fluorescence is incident on the condenser lens 110 in the opposite direction to the previous time, and reaches the dichroic mirror 109. The dichroic mirror 109 transmits fluorescence and enters the fly-eye lens 117.

一方、蛍光体ホイール111を透過した青色の励起光は、青色光用コリメータレンズ112、ミラー113、青色光用コリメータレンズアレイ114、ミラー115および116を経て、ダイクロイックミラー109に導かれる。ダイクロイックミラー109は、励起光を反射してフライアイレンズ117に入射させる。   On the other hand, the blue excitation light transmitted through the phosphor wheel 111 is guided to the dichroic mirror 109 via the blue light collimator lens 112, the mirror 113, the blue light collimator lens array 114, and the mirrors 115 and 116. The dichroic mirror 109 reflects the excitation light and makes it enter the fly-eye lens 117.

フライアイレンズ117は、レーザー用フライアイレンズ108と同様に、マトリクス状に配置された複数の矩形のレンズ(フライアイセル)からなる。フライアイレンズ117に入射した赤、緑または青の照明光は、これらの1つ1つのフライアイレンズによって空間的に分割する。換言すれば、照明光を複数の部分光線束に分割する。これを後段のコンデンサーレンズ118および120で混合することにより、光強度に偏りのない照明光を生成できる。   The fly-eye lens 117 is composed of a plurality of rectangular lenses (fly eye cells) arranged in a matrix like the laser fly-eye lens 108. The red, green, or blue illumination light incident on the fly-eye lens 117 is spatially divided by each one of these fly-eye lenses. In other words, the illumination light is divided into a plurality of partial beam bundles. By mixing this with the subsequent condenser lenses 118 and 120, it is possible to generate illumination light with no bias in light intensity.

ここで、フライアイレンズ117のセルの形状は、蛍光体ホイール111上の励起光集光スポットの形状と相似であり、かつXZ平面との角θが同じである。これにより、励起光集光スポットにおいて励起された蛍光は、フライアイレンズ117に取りこぼしなく入射する。よって、光学効率を向上させることができる。   Here, the shape of the cell of the fly-eye lens 117 is similar to the shape of the excitation light condensing spot on the phosphor wheel 111, and the angle θ with the XZ plane is the same. Thereby, the fluorescence excited in the excitation light condensing spot enters the fly-eye lens 117 without being missed. Therefore, optical efficiency can be improved.

ところで、従来、DMD200の前段において照明光を均一化する用途には、ライトトンネルやロッドインテグレータ等を採用することが一般的であった。ライトトンネルとは、筒状の筺体内に配置された複数のミラーで光を多重反射させることにより、光の角度的な分布の混ぜ合わせを行う素子である。ロッドインテグレータとは、ガラス等の角棒体からなり、ライトトンネル同様、光の角度的な分布の混ぜ合わせを行う素子である。   By the way, conventionally, a light tunnel, a rod integrator, or the like has been generally used for the purpose of making the illumination light uniform before the DMD 200. A light tunnel is an element that mixes the angular distribution of light by multiple reflection of light by a plurality of mirrors arranged in a cylindrical housing. The rod integrator is an element made of a square bar such as glass and mixing the angular distribution of light as in the light tunnel.

しかしながら、発明者は、ライトトンネルやロッドインテグレータに代えて、フライアイレンズ117を採用することにより、全体として光学効率が向上することを発見した。   However, the inventor has found that the optical efficiency is improved as a whole by adopting the fly-eye lens 117 instead of the light tunnel or the rod integrator.

また、ライトトンネルやロッドインテグレータを利用する場合、ライトトンネルやロッドインテグレータの入射口は小さいため、入射光の前段に集光レンズ等を配置することが必要となる。一方、フライアイレンズ117の場合は集光レンズ等が必要ない。そのため、ライトトンネルやロッドインテグレータに代えて、フライアイレンズ117を採用すれば、実装スペースや製造コストを抑制することが可能となる。   When a light tunnel or a rod integrator is used, the light tunnel or the rod integrator has a small entrance. Therefore, it is necessary to arrange a condenser lens or the like before the incident light. On the other hand, the fly-eye lens 117 does not require a condensing lens or the like. For this reason, if a fly-eye lens 117 is used instead of the light tunnel or the rod integrator, the mounting space and the manufacturing cost can be reduced.

フライアイレンズ117から出射された照明光は、コンデンサーレンズ118および120で重畳され、TIRプリズム121を経て、DMD200に均一照明される。   Illumination light emitted from the fly-eye lens 117 is superimposed by the condenser lenses 118 and 120, and is uniformly illuminated on the DMD 200 via the TIR prism 121.

本実施の形態によれば、共役の関係にあるレーザー用フライアイレンズ108、蛍光体ホイール111、およびフライアイレンズ117が相似形であるため、効率よくDMD200まで光を導くことが可能となる。また、スポークタイムや蛍光体塗布面積を抑制することができる。   According to the present embodiment, the laser fly-eye lens 108, the phosphor wheel 111, and the fly-eye lens 117, which are in a conjugate relationship, have similar shapes, and thus light can be efficiently guided to the DMD 200. Further, the spoke time and the phosphor coating area can be suppressed.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

100 照明装置
101 半導体レーザー
102 コリメータレンズアレイ
103 ミラーアレイ
104 アフォーカルレンズ
105 ミラー
106 アフォーカルレンズ
107 拡散版
108 レーザー用フライアイレンズ
109 ダイクロイックミラー
110 集光レンズ
111 蛍光体ホイール
112 青色光用コリメータレンズ
113 ミラー
114 青色光用コリメータレンズアレイ
115 ミラー
116 ミラー
117 フライアイレンズ
118 コンデンサーレンズ
119 ミラー
120 コンデンサーレンズ
121 TIRプリズム
200 光変調素子(DMD)
1000 投射型映像表示装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Illuminating device 101 Semiconductor laser 102 Collimator lens array 103 Mirror array 104 Afocal lens 105 Mirror 106 Afocal lens 107 Diffusing plate 108 Fly eye lens for laser 109 Dichroic mirror 110 Condensing lens 111 Phosphor wheel 112 Collimator lens 113 for blue light Mirror 114 Blue light collimator lens array 115 Mirror 116 Mirror 117 Fly eye lens 118 Condenser lens 119 Mirror 120 Condenser lens 121 TIR prism 200 Light modulation element (DMD)
1000 Projection-type image display device

Claims (10)

励起光を出射する励起光源部と、
前記励起光の光線束を複数の部分光線束に分割する励起光用フライアイレンズ対と、
前記励起光の複数の部分光線束を、矩形の集光スポットに集光する集光光学系と、
前記集光光学系で集光された前記励起光によって照明光を発する蛍光体と、
前記照明光の光線束を複数の部分光線束に分割する照明光用フライアイレンズ対と、により、偏光変換されていない前記照明光を生成する
照明装置。
An excitation light source that emits excitation light;
A pair of fly-eye lenses for excitation light that divides the light bundle of the excitation light into a plurality of partial light bundles;
A condensing optical system for condensing a plurality of partial beam bundles of the excitation light into a rectangular condensing spot;
A phosphor that emits illumination light by the excitation light collected by the condensing optical system;
An illumination device that generates the illumination light that has not undergone polarization conversion, with a pair of fly-eye lenses for illumination light that divides the light bundle of the illumination light into a plurality of partial light bundles.
前記励起光用フライアイレンズ対のアスペクト比と、前記照明光用フライアイレンズ対のアスペクト比と、が略同一である
請求項1記載の照明装置。
The illumination device according to claim 1, wherein an aspect ratio of the excitation light fly-eye lens pair and an aspect ratio of the illumination light fly-eye lens pair are substantially the same.
前記集光レンズの焦点から、前記集光レンズを介して、前記励起光用フライアイレンズ対と、前記照明光用フライアイレンズ対と、を見たとき、前記励起光用フライアイレンズの長辺方向と、前記照明光用フライアイレンズの長辺方向と、が同じである
請求項1または2記載の照明装置。
When the excitation light fly-eye lens pair and the illumination light fly-eye lens pair are viewed from the focal point of the condenser lens through the condenser lens, the length of the fly-eye lens for excitation light The lighting device according to claim 1, wherein a side direction is the same as a long side direction of the fly-eye lens for illumination light.
前記蛍光体は、回転可能なホイールの円周方向が複数の蛍光体によって塗り分けられている蛍光体ホイールであり、
前記蛍光体ホイールの中心と、前記蛍光体ホイール上の前記集光スポットの中心を結ぶ線が、前記集光スポットの長辺方向と平行である
請求項1乃至3いずれか1項記載の照明装置。
The phosphor is a phosphor wheel in which the circumferential direction of the rotatable wheel is divided by a plurality of phosphors,
The illuminating device according to any one of claims 1 to 3, wherein a line connecting a center of the phosphor wheel and a center of the condensing spot on the phosphor wheel is parallel to a long side direction of the condensing spot. .
請求項1乃至4いずれか1項記載の照明装置と、
前記照明装置が生成した偏光変換されていない前記照明光を変調する光変調素子と、を含む
投射型映像表示装置。
The lighting device according to any one of claims 1 to 4,
A light modulation element that modulates the illumination light generated by the illumination device and not subjected to polarization conversion, and a projection-type image display device.
励起光源部が、励起光を出射するステップと、
励起光用フライアイレンズ対が、前記励起光の光線束を複数の部分光線束に分割するステップと、
集光光学系が、前記励起光の複数の部分光線束を、矩形の集光スポットに集光するステップと、
蛍光体が、前記集光光学系で集光された前記励起光によって照明光を発するステップと、
照明光用フライアイレンズ対が、前記照明光の光線束を複数の部分光線束に分割するステップと、により、偏光変換されていない前記照明光を生成する
照明方法。
An excitation light source unit emitting excitation light;
A pair of excitation light fly-eye lenses divides the beam bundle of the excitation light into a plurality of partial beam bundles;
A condensing optical system condensing the plurality of partial light bundles of the excitation light into a rectangular condensing spot;
A phosphor emitting illumination light by the excitation light collected by the condensing optical system;
An illumination method in which a pair of illumination light fly-eye lenses divides a beam bundle of the illumination light into a plurality of partial beam bundles to generate the illumination light that has not undergone polarization conversion.
前記励起光用フライアイレンズ対のアスペクト比と、前記照明光用フライアイレンズ対のアスペクト比と、が略同一である
請求項6記載の照明方法。
The illumination method according to claim 6, wherein an aspect ratio of the pair of excitation light fly-eye lenses and an aspect ratio of the pair of illumination light fly-eye lenses are substantially the same.
前記集光レンズの焦点から、前記集光レンズを介して、前記励起光用フライアイレンズ対と、前記照明光用フライアイレンズ対と、を見たとき、前記励起光用フライアイレンズの長辺方向と、前記照明光用フライアイレンズの長辺方向と、が同じである
請求項6または7記載の照明方法。
When the excitation light fly-eye lens pair and the illumination light fly-eye lens pair are viewed from the focal point of the condenser lens through the condenser lens, the length of the fly-eye lens for excitation light The illumination method according to claim 6 or 7, wherein a side direction is the same as a long side direction of the fly-eye lens for illumination light.
前記蛍光体は、回転可能なホイールの円周方向が複数の蛍光体によって塗り分けられている蛍光体ホイールであり、
前記蛍光体ホイールの中心と、前記蛍光体ホイール上の前記集光スポットの中心を結ぶ線が、前記集光スポットの長辺方向と平行である
請求項6乃至9いずれか1項記載の照明方法。
The phosphor is a phosphor wheel in which the circumferential direction of the rotatable wheel is divided by a plurality of phosphors,
The illumination method according to any one of claims 6 to 9, wherein a line connecting the center of the phosphor wheel and the center of the condensing spot on the phosphor wheel is parallel to a long side direction of the condensing spot. .
請求項6乃至9いずれか1項記載の照明方法と、
光変調素子が、前記照明方法により生成した偏光変換されていない前記照明光を変調するステップと、を含む
投射型映像表示方法。
An illumination method according to any one of claims 6 to 9,
A light modulation element that modulates the illumination light that has been generated by the illumination method and has not undergone polarization conversion, and a projection-type image display method.
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