JP2017156619A - Light source device and projection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置と、この光源装置を備える投影装置に関する。 The present invention relates to a light source device and a projection device including the light source device.
今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像、さらにメモリカード等に記憶されている画像データによる画像等をスクリーンに投影する画像投影装置としてのデータプロジェクタが多用されている。従来、このようなプロジェクタは、高輝度の放電ランプを光源とするものが主流であったが、近年、省電力、高寿命、高輝度な半導体発光素子としてのレーザダイオードを用いた投影装置の提案がなされている。 2. Description of the Related Art Today, data projectors are widely used as image projection apparatuses that project a screen of a personal computer, a video image, an image based on image data stored in a memory card or the like onto a screen. In the past, projectors using a high-intensity discharge lamp as the light source have been the mainstream. However, in recent years, projectors using laser diodes as power-saving, long-life, high-intensity semiconductor light-emitting elements have been proposed. Has been made.
特許文献1に開示される投影装置は、光源として青色波長帯域光を発する青色レーザダイオードと、赤色波長帯域光を発する赤色レーザダイオードと、励起光が蛍光体層に照射されることにより緑色波長帯域光を発する蛍光発光装置が備えられる。半導体発光素子とされる各色レーザダイオードから出射された光は、コリメータレンズを介してマイクロレンズアレイに照射され、これにより均一な強度分布の拡散光とされて表示素子に導光される。同様に、蛍光発光装置からの蛍光光も同じマイクロレンズアレイを介して表示素子に導光される。 The projector disclosed in Patent Document 1 includes a blue laser diode that emits blue wavelength band light as a light source, a red laser diode that emits red wavelength band light, and a green wavelength band by irradiating the phosphor layer with excitation light. A fluorescent light emitting device that emits light is provided. Light emitted from each color laser diode, which is a semiconductor light emitting element, is applied to the microlens array via a collimator lens, thereby being diffused light having a uniform intensity distribution and guided to the display element. Similarly, the fluorescent light from the fluorescent light emitting device is also guided to the display element through the same microlens array.
一般に、半導体発光素子とされるレーザダイオードから出射される光の断面形状は楕円形状となることが知られている。そして、特許文献1におけるプロジェクタにおいては、マイクロレンズアレイを透過したレーザ光であっても、指向性の強いレーザ光においては断面楕円形状が維持されたまま表示素子に照射される。このとき、表示素子の画像形成面の中央部に比べて周辺部へのレーザ光の照射が十分でない場合がある。すると、表示素子から出射される画像光は、画面(スクリーン)の中央部と周辺部とで色ムラや輝度ムラが生じてしまう場合がある。 In general, it is known that the cross-sectional shape of light emitted from a laser diode that is a semiconductor light emitting element is an elliptical shape. In the projector disclosed in Patent Document 1, even the laser light transmitted through the microlens array is irradiated to the display element while maintaining the elliptical cross section of the laser light having strong directivity. At this time, there is a case where the laser light is not sufficiently irradiated to the peripheral portion as compared with the central portion of the image forming surface of the display element. As a result, the image light emitted from the display element may cause color unevenness and luminance unevenness between the central portion and the peripheral portion of the screen (screen).
本発明は、画像光の色ムラや輝度ムラを抑制することができる光源装置と、この光源装置を備えて色ムラや輝度ムラが抑制された画像光を投影することができる投影装置を提供する。 The present invention provides a light source device that can suppress color unevenness and luminance unevenness of image light, and a projection device that includes this light source device and can project image light with suppressed color unevenness and luminance unevenness. .
本発明に係る光源装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの光が入射されて当該光を整形して出射する光整形部と、を有し、前記光整形部は、シリンドリカル凹形状が形成される入射面と、軸対称形状が形成される出射面と、を備える整形レンズを有し、前記半導体発光素子からの前記光は断面楕円形状とされ、前記半導体発光素子と前記整形レンズは、前記断面楕円形状の長軸方向と前記シリンドリカル凹形状の長手方向が一致するよう配置されることを特徴とする。 The light source device according to the present invention includes a semiconductor light emitting element and a light shaping unit that shapes and emits light from the semiconductor light emitting element, and the light shaping unit has a cylindrical concave shape. And a light-emitting surface formed with an axisymmetric shape, and the light from the semiconductor light-emitting element has an elliptical cross section, and the semiconductor light-emitting element and the shaping lens Are arranged such that the major axis direction of the elliptical cross section coincides with the longitudinal direction of the cylindrical concave shape.
本発明に係る投影装置は、上述の光源装置と、前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、前記表示素子と、前記光源装置を制御する投影装置制御部と、を有することを特徴とする。 A projection apparatus according to the present invention projects the above-described light source apparatus, a display element that is irradiated with light source light from the light source apparatus to form image light, and the image light emitted from the display element onto a screen. It has a side optical system, the said display element, and the projection apparatus control part which controls the said light source device, It is characterized by the above-mentioned.
本発明によれば、色ムラや輝度ムラを低減させた光源装置と、この光源装置を備える投影装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a light source device in which color unevenness and luminance unevenness are reduced, and a projection device including the light source device.
以下、本発明に係る実施形態を図に基づいて説明する。図1は、投影装置10の外観斜視図である。なお、本実施形態において、投影装置10における左右とは投影方向に対しての左右方向を示し、前後とは投影装置10のスクリーン側方向及び光線束の進行方向に対しての前後方向を示す。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view of the
そして、投影装置10は、図1に示すように、略直方体形状であって、投影装置10筐体の前方の側板とされる正面パネル12の側方に投影部を有するとともに、この正面パネル12には複数の排気孔17を設けている。さらに、図示しないがリモートコントローラからの制御信号を受信するIr受信部を備えている。
As shown in FIG. 1, the
また、筐体の上ケース11にはキー/インジケータ部37が設けられ、このキー/インジケータ部37には、電源スイッチキーや電源のオン又はオフを報知するパワーインジケータ、投影のオン、オフを切りかえる投影スイッチキー、光源ユニットや表示素子又は制御回路等が過熱したときに報知をする過熱インジケータ等のキーやインジケータが配置されている。また、上ケース11は、投影装置10の筐体の上面と左側面の一部までを覆っており、故障時等には上ケース11を下ケース16から取り外せる構成とされている。
The
さらに、筐体の背面には、図示されない背面板にUSB端子やアナログRGB映像信号が入力される映像信号入力用のD−SUB端子、S端子、RCA端子、音声出力端子等を設ける入出力コネクタ部及び電源アダプタプラグ等の各種端子が設けられている。また、投影装置10の背面側のパネルには、複数の吸気孔が形成されている。
In addition, an input / output connector is provided on the rear surface of the housing, which is provided with a D-SUB terminal, an S terminal, an RCA terminal, an audio output terminal, etc. for inputting a USB terminal or an analog RGB video signal on a back plate (not shown). And various terminals such as a power adapter plug are provided. In addition, a plurality of air intake holes are formed in the rear panel of the
次に、投影装置10の投影装置制御部について図2の機能ブロック図を用いて述べる。投影装置制御部は、制御部38、入出力インターフェース22、画像変換部23、表示エンコーダ24、表示駆動部26等から構成される。
Next, the projector control unit of the
この制御部38は、投影装置10内の各回路の動作制御を司るものであって、CPU、各種セッティング等の動作プログラムを固定的に記憶したROM及びワークメモリとして使用されるRAM等により構成されている。
The
そして、この制御手段により、入出力コネクタ部21から入力された各種規格の画像信号は、入出力インターフェース22、システムバス(SB)を介して画像変換部23で表示に適した所定のフォーマットの画像信号に統一するように変換された後、表示エンコーダ24に出力される。
By this control means, image signals of various standards input from the input /
また、表示エンコーダ24は、入力された画像信号をビデオRAM25に展開記憶させた上でこのビデオRAM25の記憶内容からビデオ信号を生成して表示駆動部26に出力する。
The
表示駆動部26は、表示素子制御手段として機能するものであり、表示エンコーダ24から出力された画像信号に対応して適宜フレームレートで空間的光変調素子(SOM)である表示素子51を駆動するものである。
The
そして、この投影装置10では、光源装置60から出射された光線束について光学系を介して表示素子51に照射することにより、表示素子51の反射光で光像を形成し、投影側光学系を介して図示しないスクリーンに画像を投影表示する。なお、この投影側光学系の可動レンズ群235は、レンズモータ45によりズーム調整やフォーカス調整のための駆動が行われる。
In the
また、画像圧縮/伸長部31は、画像信号の輝度信号及び色差信号をADCT及びハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮して着脱自在な記録媒体とされるメモリカード32に順次書き込む記録処理を行う。
The image compression /
さらに、画像圧縮/伸長部31は、再生モード時にメモリカード32に記録された画像データを読み出し、一連の動画を構成する個々の画像データを1フレーム単位で伸長し、この画像データを、画像変換部23を介して表示エンコーダ24に出力し、メモリカード32に記憶された画像データに基づいて動画等の表示を可能とする処理を行う。
Further, the image compression /
そして、筐体の上ケース11に設けられるメインキー及びインジケータ等により構成されるキー/インジケータ部37の操作信号は、直接に制御部38に送出され、リモートコントローラからのキー操作信号は、Ir受信部35で受信され、Ir処理部36で復調されたコード信号が制御部38に出力される。
Then, the operation signal of the key /
なお、制御部38にはシステムバス(SB)を介して音声処理部47が接続されている。この音声処理部47は、PCM音源等の音源回路を備えており、投影モード及び再生モード時には音声データをアナログ化し、スピーカ48を駆動して拡声放音させる。
Note that an
また、制御部38は、光源制御手段としての光源制御回路41を制御しており、この光源制御回路41は、画像生成時に要求される所定波長帯域の光が光源装置60から出射されるように、光源装置60の赤色光源装置、緑色光源装置及び青色光源装置の発光を個別に制御する。
Further, the
さらに、制御部38は、冷却ファン駆動制御回路43に光源装置60等に設けた複数の温度センサによる温度検出を行わせ、この温度検出の結果から冷却ファンの回転速度を制御させている。また、制御部38は、冷却ファン駆動制御回路43にタイマー等により投影装置10本体の電源オフ後も冷却ファンの回転を持続させる、あるいは、温度センサによる温度検出の結果によっては投影装置10本体の電源をオフにする等の制御も行う。
Further, the
次に、この投影装置10の内部構造について述べる。図3は、投影装置10の内部構造を示す平面模式図である。投影装置10は、中央部分に光源装置60を備え、光源装置60の左側方に投影側光学系220のレンズ鏡筒225を備えている。また、投影装置10は、レンズ鏡筒225と背面パネル13との間にDMD等の表示素子51を備えている。投影装置10は、表示素子51と背面パネル13との間に、表示素子51を冷却させるヒートシンク191を備えている。さらに、投影装置10は、光源装置60の下方に主制御回路基板を備えている。
Next, the internal structure of the
光源装置60は、緑色波長帯域光を出射する緑色光源装置80と、赤色波長帯域光を出射する赤色光源装置120と、青色波長帯域光を出射する青色光源装置300と、導光光学系140と、により形成されている。また、緑色光源装置80は、励起光照射装置70と、蛍光板装置100とにより形成されている。
The
励起光照射装置70は、投影装置10の左右方向の略中央における背面パネル13近傍に配置されている。励起光照射装置70は、2個の半導体発光素子である青色レーザダイオード71により構成されている。2個の青色レーザダイオード71は、背面パネル13と光軸が垂直になるよう左右に並べて配置されている。そして、青色レーザダイオード71と背面パネル13との間には、ヒートシンク81が配置されている。各青色レーザダイオード71の光軸上には、各青色レーザダイオード71からの出射光の指向性を高めるように各々平行光に変換するコリメータレンズ73がそれぞれ配置されている。また、ヒートシンク81と背面パネル13との間には冷却ファン261が配置されている。この冷却ファン261とヒートシンク81とによって青色レーザダイオード71が冷却される。
The excitation
蛍光板装置100は、励起光照射装置70から出射される励起光の光路上であって、正面パネル12の近傍に配置される。蛍光板装置100は、正面パネル12と平行となるように、つまり、励起光照射装置70からの出射光の光軸と直交するように配置された蛍光ホイールである蛍光板101と、この蛍光板101を回転駆動するモータ110と、励起光照射装置70から出射される励起光の光線束を蛍光板101に集光するとともに蛍光板101から背面パネル13方向に出射される光線束を集光する集光レンズ群111と、を備える。なお、モータ110と正面パネル12との間には冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261によって蛍光板装置100等が冷却される。
The
蛍光板101は、励起光照射装置70から集光レンズ群111を介した出射光を励起光として受けて緑色波長帯域光の蛍光光を出射する蛍光発光領域が周状に形成されている。蛍光板101の基材は銅やアルミニウム等から成る金属基材であって、この基材の励起光照射装置70側の表面には、環状の溝を形成し、この溝の底部が銀蒸着等によってミラー加工されており、このミラー加工された表面に緑色蛍光体の層が敷設されている。
The
蛍光板101の蛍光体層は、励起光照射装置70からの励起光としての青色波長帯域光が蛍光板101の緑色蛍光体層に照射されると、緑色蛍光体層における緑色蛍光体が励起され、緑色蛍光体から全方位に緑色波長帯域光を出射する。蛍光発光された光線束は、背面パネル13側へ出射され、集光レンズ群111に入射する。
When the green phosphor layer of the
赤色光源装置120は、赤色光源121と、赤色光源121からの出射光を集光する集光レンズ群125と、が備えられる。この赤色光源121は、赤色波長帯域の光を発する半導体発光素子である赤色発光ダイオードである。そして、赤色光源装置120は、赤色光源装置120の赤色光源121から出射される赤色波長帯域光の光軸が、青色光源装置300から出射される青色波長帯域光の光軸及び蛍光板101から出射されて後述の第一ダイクロイックミラー141により反射される緑色波長帯域光の光軸と交差するように配置されている。さらに、赤色光源装置120は、赤色光源121の背面パネル13側に配置されるヒートシンク130を備える。ヒートシンク130と正面パネル12との間には冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261及びヒートシンク130によって赤色光源121が冷却される。
The red
青色光源装置300は、右側パネル14近傍における投影装置10の前後方向略中央位置に配置される。青色光源装置300は、半導体発光素子とされる青色レーザダイオード301と、この青色レーザダイオード301からの光が入射されて、この光を整形して出射する光整形部320を備える。光整形部320を介して出射される青色レーザダイオード301からの出射光の光軸は、正面パネル12と平行となるよう左側パネル15側に向けて出射される。従って、青色光源装置300からの出射光は、励起光照射装置70からの出射光、蛍光板装置100からの出射光及び赤色光源装置120からの出射光と直交する。
The blue
ここで、光整形部320には、光軸方向に複数の整形レンズが配置されている。具体的には、青色レーザダイオード301の出射側には、第一整形レンズ330が配置され、第一整形レンズ330の出射側には、第二整形レンズ340が配置される。さらに、青色光源装置300の右側パネル14側には、ヒートシンク190が配置されている。
Here, the
蛍光板装置100の正面パネル12側の冷却ファン261と正面パネル12との間には、この冷却ファン261の正面パネル12側の位置から右側パネル14の近傍におけるヒートシンク190の正面パネル12側に亘ってヒートシンク135が配置される。そして、右側パネル14の近傍におけるヒートシンク135と正面パネル12との間には、冷却ファン261が配置される。この冷却ファン261により、ヒートシンク135,190が冷却される。
Between the cooling
そして、導光光学系140は、赤色、緑色、青色波長帯域の光線束を集光させる集光レンズや、各色波長帯域の光線束の光軸を変換して同一の光軸とさせる反射ミラー、ダイクロイックミラー等からなる。具体的には、青色光源装置300から出射される青色波長帯域光の光軸と、励起光照射装置70から出射される青色波長帯域光及び蛍光板装置100から出射される緑色波長帯域光の光軸と、が直交して交差する位置に、青色波長帯域光を透過し、緑色波長帯域光を反射してこの緑色光の光軸を左側パネル15方向に90度変換する第一ダイクロイックミラー141が配置されている。第一ダイクロイックミラー141により、青色光源装置300から出射される青色波長帯域光の光軸と蛍光板装置100から出射される緑色波長帯域光の光軸が同一の光軸とされる。
The light guide
そして、第一ダイクロイックミラー141を透過する青色光源装置300から出射される青色波長帯域光の光軸及び第一ダイクロイックミラー141により反射される蛍光板装置100から出射される緑色波長帯域光の光軸と、赤色光源装置120から出射される赤色波長帯域光の光軸と、が直交して交差する位置に、青色波長帯域光及び緑色波長帯域光を透過し、赤色波長帯域光を反射してこの赤色光の光軸を左側パネル15方向に90度変換する第二ダイクロイックミラー142が配置されている。第二ダイクロイックミラー142により、青色光源装置300から出射される青色波長帯域光の光軸と、蛍光板装置100から出射される緑色波長帯域光の光軸と、赤色光源装置120から出射される赤色波長帯域光の光軸と、が同一の光軸とされる。
An optical axis of blue wavelength band light emitted from the blue
第二ダイクロイックミラー142の左側パネル15側には、拡散板144が配置されている。拡散板144により、各色波長帯域光が拡散される。そして、拡散板144の左側パネル15側には、マイクロレンズアレイ145が配置されている。マイクロレンズアレイ145は、各色波長帯域光をさらに拡散させると共に各マイクロレンズアレイ145を透過した光を重ね合わせ、各波長帯域光における強度分布を均一化させるものである。
A
本実施形態におけるマイクロレンズは、レンズ形状として平面視横長矩形形状の両凸レンズを格子状に配列されているものである。そして、マイクロレンズアレイ145の左側パネル15側には、集光レンズ147が配置される。集光レンズ147は、マイクロレンズアレイ145を透過した拡散均一光を表示素子51の有効サイズに集光させる。このようにして、導光光学系140は、第一ダイクロイックミラー141、第二ダイクロイックミラー142、拡散板144、マイクロレンズアレイ145、集光レンズ147により形成されている。
The microlens in the present embodiment is a lens in which biconvex lenses having a horizontally long rectangular shape in a plan view are arranged in a lattice shape. A condensing
左側パネル15近傍の背面パネル13側に配置される光源側光学系170は、光軸変換ミラー173,コンデンサレンズ174が設けられている。なお、コンデンサレンズ174は、表示素子51から出射された光を集光して、レンズ鏡筒225に入射させるので、投影側光学系220の構成要素の一つともされる。
The light source side
光源装置60からの出射光は、左側パネル15近傍に配置される光軸変換ミラー173に出射される。一方、表示素子51の前方には、コンデンサレンズ174が備えられている。よって、光軸変換ミラー173により反射された光源光は、コンデンサレンズ174により効果的に表示素子51に照射される。
Light emitted from the
表示素子51で反射されたオン光は、投影光として投影側光学系220によりスクリーンに放出される。この投影側光学系220のレンズ鏡筒225は、レンズ鏡筒225に内蔵される固定レンズ群及び可動レンズ群235を備えてズーム機能を備えた可変焦点型レンズとされる。可動レンズ群235は、レンズモータを駆動源として、ズーム調整やフォーカス調整を可能とされる。
The on-light reflected by the
このように投影装置10を構成することで、蛍光ホイールである蛍光板101を回転させるとともに励起光照射装置70及び赤色光源装置120、青色光源装置300からそれぞれ異なるタイミングで光を出射すると、赤色、緑色及び青色の各波長帯域光が導光光学系140及び光源側光学系170を介して表示素子51に入射されるため、投影装置10の表示素子51であるDMDがデータに応じて各色の光を時分割表示することにより、スクリーンにカラー画像を投影することができる。
By configuring the
ここで一般に、レーザダイオードは、ダイオードの接合面に対する垂直方向と水平方向とで放射角が異なる。このため、図4に示すように、レーザダイオードから出射されるレーザ光の断面は楕円形状(図4に示す断面楕円形状P)となることが知られている。ここでは、以下の説明のため、青色光源装置300の青色レーザダイオード301からの出射光における断面楕円形状Pの長軸方向をx軸とし、短軸方向をy軸とし、レーザ光の光軸をz軸と定義する。
Here, in general, a laser diode has different emission angles in a vertical direction and a horizontal direction with respect to a junction surface of the diode. For this reason, as shown in FIG. 4, it is known that the cross section of the laser light emitted from the laser diode has an elliptical shape (the elliptical cross section P shown in FIG. 4). Here, for the following explanation, the major axis direction of the elliptical cross section P in the emitted light from the
上記各軸の定義によれば、図3は、y−z平面における配置を示している。よって、青色レーザダイオード301は、青色レーザダイオード301から出射されるレーザ光における断面楕円形状Pの長軸方向(x軸方向)が紙面に垂直となるように配置されている。以下の説明においては、図3に示す青色レーザダイオード301の配置に合わせて、上記のx―y―z軸系に基づいて説明する。
According to the definition of each axis, FIG. 3 shows an arrangement in the yz plane. Therefore, the
図5(a),(b)は、図3における光整形部320から拡散板144までの光路における第一ダイクロイックミラー141及び第二ダイクロイックミラー142を省略した、青色光源装置300の青色レーザダイオード301から出射されたレーザ光がマイクロレンズアレイ145に入射する様子を示す模式図である。図5(a)は、y−z平面を示し、図5(b)はx−z平面を示す。
5A and 5B show the
図5(a),(b)に示す通り、青色レーザダイオード301の出射側には、光整形部320が配置されている。光整形部320は、光整形部320の入射側(換言すれば、青色レーザダイオード301の出射側)に配置される第一整形レンズ330と、光整形部320の出射側(換言すれば、第一整形レンズ330の出射側)に配置される第二整形レンズ340と、により形成されている。第一整形レンズ330は、第一整形レンズ330に光が入射される入射面331と、第一整形レンズ330を透過した光が出射される出射面335と、を備える。入射面331には、x軸方向を長手方向とするシリンドリカル凹形状332が形成されている。出射面335には、軸対称形状である球面形状336が形成されている。
As shown in FIGS. 5A and 5B, a
第二整形レンズ340も第一整形レンズ330と同様に、入射面341にシリンドリカル凹形状342が形成され、出射面345に球面形状346が形成されている。そして、本実施形態においては、第一整形レンズ330のシリンドリカル凹形状332と第二整形レンズ340のシリンドリカル凹形状342の曲率は異ならせて形成され、第二整形レンズ340の出射面345の球面形状346は、第一整形レンズ330の出射面335の球面形状336よりも大口径に形成されている。
Similarly to the
ここで、青色レーザダイオード301から出射されるレーザ光LRは、前述の通り、断面楕円形状Pとされ、その長軸方向がx軸方向と一致するように配置されている(図4参照)。従って、青色レーザダイオード301における断面楕円形状Pの長軸方向と、第一整形レンズ330のシリンドリカル凹形状332の長手方向及び第二整形レンズ340のシリンドリカル凹形状342の長手方向は、x軸方向とされて一致している。そして、レーザ光LRの光軸と、光整形部320(第一整形レンズ330、第二整形レンズ340)の光軸は一致している。
Here, the laser light LR emitted from the
青色レーザダイオード301から出射したレーザ光LRは、第一整形レンズ330の入射面331に入射して、出射面335の球面形状336から出射する。第一整形レンズ330の出射面335から出射したレーザ光LRは、第二整形レンズ340の入射面341に入射して、出射面345から出射する。出射面345から出射したレーザ光LRは、第一ダイクロイックミラー141、第二ダイクロイックミラー142(図3参照)を透過し、拡散板144でスペックルノイズが除去された後、マイクロレンズアレイ145に入射する。
The laser beam LR emitted from the
ここで、図5(a)に示すように、レーザ光LRにおける断面楕円形状Pの短軸方向(y軸方向)は、第一整形レンズ330及び第二整形レンズ340の入射面331,341のシリンドリカル凹形状332,342により順次広げられて、第二整形レンズ340の出射面345から出射する。出射面345から出射したレーザ光LRにおける断面楕円形状Pの短軸方向(y軸方向)は、マイクロレンズアレイ145に対して有効な角度及び範囲の光として整形され出射される。
Here, as shown in FIG. 5A, the minor axis direction (y-axis direction) of the elliptical cross section P in the laser light LR is the incidence surfaces 331 and 341 of the
一方、図5(b)で示すように、レーザ光LRにおける断面楕円形状Pの長軸方向(x軸方向)は、第一整形レンズ330及び第二整形レンズ340の出射面335,345の球面形状336,346により概略平行な光となって第二整形レンズ340の出射面345から出射する。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, the major axis direction (x-axis direction) of the elliptical cross section P in the laser light LR is the spherical surfaces of the emission surfaces 335 and 345 of the
このようにして光整形部320から出射したレーザ光LRは、図6に示すように、2点鎖線で示す断面楕円形状Pが実線で示す略円形のレーザ光LRに整形されて、マイクロレンズアレイ145に入射する。よって、レーザ光LRがマイクロレンズアレイ145を透過する際の分割数を多くできるので、レーザ光LRは、中心部と周辺部の照度が表示素子51に対してムラなく照射される。従って、表示素子51から出射される画像光は、輝度ムラが抑制される。さらに、蛍光板装置100から出射される緑色波長帯域光や赤色光源装置120から出射される赤色波長帯域光は、拡散板144により拡散されてマイクロレンズアレイ145に入射されるので、図6におけるレーザ光LRの概略円形の光の断面と概略同一形状の断面の光とされている。従って、スクリーンに投影される画像光における中心部と中心部以外の部分とにおける色ムラが抑制される。
As shown in FIG. 6, the laser light LR emitted from the
本実施形態においては、図5(a)に示すように、光整形部320から出射されるレーザ光LRの長軸方向(x軸方向)は、マイクロレンズアレイ145に対して所定の有効な角度及び範囲に整形されることとしたが、概略平行光となるように設定することもできる。また、光整形部320から出射されるレーザ光LRは、x軸方向及びy軸方向共に数度程度の広がり角度を有するように出射面335,345を形成することもできる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5A, the major axis direction (x-axis direction) of the laser light LR emitted from the
また、光整形部320は、2枚の整形レンズ(第一整形レンズ330、第二整形レンズ340)により構成したが、これに限られず、少なくとも1枚以上の整形レンズが備えられていればよい。ただし、整形レンズが1枚の場合には、整形レンズの入射面のシリンドリカル凹形状の曲率が大きくなる。従って、収差が大きくなり、効率が低下するので、整形レンズの厚みを厚くしたり、屈折率の大きいガラス材で形成する等が必要な場合もある。また、光整形部320は、1枚以上の整形レンズと、1枚以上の集光レンズ等の他の光学機器とを組み合わせて形成することもできる。
In addition, the
また、本実施形態においては、整形レンズ(第一整形レンズ330、第二整形レンズ340)の出射面335,345に球面形状336,346を形成したが、これに限られず、軸対称形状であれば、非球面形状としても良い。図7は、本実施形態の光整形部320に代えて、出射面435に非球面形状436を形成した整形レンズ430を備える光整形部420とした。整形レンズ430は、前述の実施形態と同様に、その入射面431に長手方向をx軸方向としたシリンドリカル凹形状432が形成されている。
In the present embodiment, the
なお、この変形例においては、光整形部420に整形レンズ430を1枚のみ配置したが、前述の球面形状を有する整形レンズ(第一整形レンズ330、第二整形レンズ340)や平凸レンズ等と組み合わせて配置することができる。
In this modification, only one
以上、本発明の実施形態によれば、光源装置60は、半導体発光素子である青色レーザダイオード301と、光整形部320,420を備える青色光源装置300,300Aを有する。この光整形部320,420は、整形レンズ(第一整形レンズ330、第二整形レンズ340又は整形レンズ430)を備える。整形レンズの入射面331,341,431には、シリンドリカル凹形状332,342,432が形成される。整形レンズの出射面335,345,435には、軸対称形状(球面形状336,346、非球面形状436)が形成されている。また、半導体発光素子である青色レーザダイオード301からの出射光は断面楕円形状Pとされる。そして、青色レーザダイオード301と整形レンズ(第一整形レンズ330、第二整形レンズ340又は整形レンズ430)は、断面楕円形状Pの長軸方向とシリンドリカル凹形状332,342,432のするよう配置される。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the
これにより、青色レーザダイオード301からの出射される断面楕円形状Pの光を光整形部320,420で略円形に整形することができる。すると、マイクロレンズアレイ145に略円形とされた青色レーザダイオード301からの出射光を入射させることができる。よって、表示素子51に対して照射される光源光を均一な光とすることができ、表示素子51から出射される画像光は中心部と周辺部における輝度の差が低減されるので、スクリーンに投影される画像光の色ムラや輝度ムラを低減することができる。
Thereby, the light having the elliptical cross section P emitted from the
また、光整形部320は、光軸方向に複数の整形レンズ(第一整形レンズ330、第二整形レンズ340)を備えることもある。これにより、青色レーザダイオード301から出射される断面楕円形状のレーザ光について順次略円形となるよう整形することができる。従って、個々の整形レンズを薄くしたり屈折率を低く形成することができるので、個々の整形レンズについての製造に掛かるコストを低減することができる。
The
また、光整形部320,420は、整形レンズ(第一整形レンズ330、第二整形レンズ340又は整形レンズ430)からの光が入射される平凸レンズを配置することもできる。これにより、光整形部320,420以後の光路の光学機器に合わせてレーザ光を調整することができる。例えば、マイクロレンズアレイ145に入射させる場合には、光整形部320,420からの出射光をマイクロレンズアレイ145に対して有効な角度及び範囲とすることができる。
In addition, the
また、光整形部320の第一整形レンズ330及び第二整形レンズ340における出射面335,345には、軸対称形状として球面形状336,346が形成される。これにより、製造が容易な軸対称形状のうち、特にコストを低減することができる球面形状として、整形レンズの製造に掛かるコストを低減することができる。
In addition,
また、光整形部420の整形レンズ430における出射面435には、軸対称形状として非球面形状436が形成される。これにより、光整形部420に配置するレンズの枚数を低減したり、レーザ光についての種々の収差を低減させたりすることができる。
In addition, an
また、光源装置60は、光整形部320,420からの光が入射されるマイクロレンズアレイ145を備えることができる。従って、レーザ光の照射範囲が広がった略円形の光がマイクロレンズアレイ145に照射されるので、レーザ光をより多くのマイクロレンズを透過させて分割することができる。よって、光源装置60は、均一な強度分布の光源光を出射することができる。
In addition, the
また、光源装置60は、青色光源装置300に青色レーザダイオード301が備えられる。これにより、青色レーザダイオード301のレーザ光について、レーザ光の断面形状を略円形且つ、光軸に対する出射角度を軸対称に整形しつつ照射範囲を広げられるとともに小型化された光源装置60を得ることができる。
In the
また、投影装置10は、光源装置60と、表示素子51と、投影側光学系220と、投影装置制御部とにより形成した。これにより、明るい青色レーザダイオード301からのレーザ光について照度分布が均一とすることができるので、色ムラや照度ムラを低減し、鮮明な投影画像を投影することのできる投影装置10を得ることができる。
The
以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The embodiment described above is presented as an example, and is not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
以下に、本願出願の最初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]半導体発光素子と、
前記半導体発光素子からの光が入射されて当該光を整形して出射する光整形部と、
を有し、
前記光整形部は、シリンドリカル凹形状が形成される入射面と、軸対称形状が形成される出射面と、を備える整形レンズを有し、
前記半導体発光素子からの前記光は断面楕円形状とされ、
前記半導体発光素子と前記整形レンズは、前記断面楕円形状の長軸方向と前記シリンドリカル凹形状の長手方向が一致するよう配置されることを特徴とする光源装置。
[2]前記光整形部は、光軸方向に複数の前記整形レンズが配置されることを特徴とする前記[1]に記載の光源装置。
[3]前記光整形部は、前記整形レンズからの光が入射される平凸レンズを有することを特徴とする前記[1]又は前記[2]に記載の光源装置。
[4]前記軸対称形状は、球面形状であることを特徴とする前記[1]乃至前記[3]の何れか記載の光源装置。
[5]前記軸対称形状は、非球面形状であることを特徴とする前記[1]乃至前記[4]の何れか記載の光源装置。
[6]前記光整形部からの光が入射されるマイクロレンズアレイを有することを特徴とする前記[1]乃至前記[5]の何れか記載の光源装置。
[7]前記半導体発光素子は、レーザダイオードであることを特徴とする前記[1]乃至前記[6]の何れか記載の光源装置。
[8]前記[1]乃至前記[7]の何れか記載の光源装置と、
前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、
前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、
前記表示素子と、前記光源装置を制御する投影装置制御部と、
を有することを特徴とする投影装置。
The invention described in the first claim of the present application will be appended below.
[1] a semiconductor light emitting device;
A light shaping unit that receives light from the semiconductor light emitting element and shapes and emits the light; and
Have
The light shaping unit has a shaping lens including an incident surface on which a cylindrical concave shape is formed and an emission surface on which an axially symmetric shape is formed,
The light from the semiconductor light emitting element has an elliptical cross section,
The light source device, wherein the semiconductor light emitting element and the shaping lens are arranged such that a major axis direction of the elliptical cross section coincides with a longitudinal direction of the cylindrical concave shape.
[2] The light source device according to [1], wherein the light shaping unit includes a plurality of shaping lenses arranged in an optical axis direction.
[3] The light source device according to [1] or [2], wherein the light shaping unit includes a plano-convex lens into which light from the shaping lens is incident.
[4] The light source device according to any one of [1] to [3], wherein the axially symmetric shape is a spherical shape.
[5] The light source device according to any one of [1] to [4], wherein the axially symmetric shape is an aspherical shape.
[6] The light source device according to any one of [1] to [5], further including a microlens array on which light from the light shaping unit is incident.
[7] The light source device according to any one of [1] to [6], wherein the semiconductor light emitting element is a laser diode.
[8] The light source device according to any one of [1] to [7],
A display element that is irradiated with light source light from the light source device to form image light;
A projection-side optical system that projects the image light emitted from the display element onto a screen;
The display element; and a projector control unit that controls the light source device;
A projection apparatus comprising:
10 投影装置 11 上ケース
12 正面パネル 13 背面パネル
14 右側パネル 15 左側パネル
16 下ケース 17 排気孔
21 入出力コネクタ部 22 入出力インターフェース
23 画像変換部 24 表示エンコーダ
25 ビデオRAM 26 表示駆動部
31 画像圧縮/伸長部 32 メモリカード
35 Ir受信部 36 Ir処理部
37 キー/インジケータ部 38 制御部
41 光源制御回路 43 冷却ファン駆動制御回路
45 レンズモータ 47 音声処理部
48 スピーカ 51 表示素子
60 光源装置 70 励起光照射装置
71 青色レーザダイオード 73 コリメータレンズ
80 緑色光源装置 81 ヒートシンク
100 蛍光板装置 101 蛍光板
110 モータ 111 集光レンズ群
120 赤色光源装置 121 赤色光源
125 集光レンズ群 130 ヒートシンク
135 ヒートシンク 140 導光光学系
141 第一ダイクロイックミラー 142 第二ダイクロイックミラー
144 拡散板 145 マイクロレンズアレイ
147 集光レンズ 170 光源側光学系
173 光軸変換ミラー 174 コンデンサレンズ
190 ヒートシンク 191 ヒートシンク
220 投影側光学系 225 レンズ鏡筒
235 可動レンズ群 261 冷却ファン
300 青色光源装置 300A 青色光源装置
301 青色レーザダイオード 320 光整形部
330 第一整形レンズ 331 入射面
332 シリンドリカル凹形状 335 出射面
336 球面形状 340 第二整形レンズ
341 入射面 342 シリンドリカル凹形状
345 出射面 346 球面形状
420 光整形部 430 整形レンズ
431 入射面 432 シリンドリカル凹形状
435 出射面 436 非球面形状
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Projector 11 Upper case 12 Front panel 13 Rear panel 14 Right panel 15 Left panel 16 Lower case 17 Exhaust hole 21 Input / output connector part 22 Input / output interface 23 Image conversion part 24 Display encoder 25 Video RAM 26 Display drive part 31 Image compression / Expansion unit 32 Memory card 35 Ir receiving unit 36 Ir processing unit 37 Key / indicator unit 38 Control unit 41 Light source control circuit 43 Cooling fan drive control circuit 45 Lens motor 47 Audio processing unit 48 Speaker 51 Display element 60 Light source device 70 Excitation light Irradiation device 71 Blue laser diode 73 Collimator lens 80 Green light source device 81 Heat sink 100 Fluorescent plate device 101 Fluorescent plate 110 Motor 111 Condensing lens group 120 Red light source device 121 Red light source 125 Condensing lens group 130 Tosync 135 Heat sink 140 Light guide optical system 141 First dichroic mirror 142 Second dichroic mirror 144 Diffuser 145 Micro lens array 147 Condensing lens 170 Light source side optical system 173 Optical axis conversion mirror 174 Condenser lens 190 Heat sink 191 Heat sink 220 Projection side optical System 225 Lens barrel 235 Movable lens group 261 Cooling fan 300 Blue light source device 300A Blue light source device 301 Blue laser diode 320 Light shaping unit 330 First shaping lens 331 Incident surface 332 Cylindrical concave shape 335 Outgoing surface 336 Spherical shape 340 Second shaping Lens 341 Incident surface 342 Cylindrical concave shape 345 Output surface 346 Spherical shape 420 Light shaping unit 430 Shaping lens 431 Incident surface 432 Cylindrical concave Jo 435 exit surface 436 aspheric
Claims (8)
前記半導体発光素子からの光が入射されて当該光を整形して出射する光整形部と、
を有し、
前記光整形部は、シリンドリカル凹形状が形成される入射面と、軸対称形状が形成される出射面と、を備える整形レンズを有し、
前記半導体発光素子からの前記光は断面楕円形状とされ、
前記半導体発光素子と前記整形レンズは、前記断面楕円形状の長軸方向と前記シリンドリカル凹形状の長手方向が一致するよう配置されることを特徴とする光源装置。 A semiconductor light emitting device;
A light shaping unit that receives light from the semiconductor light emitting element and shapes and emits the light; and
Have
The light shaping unit has a shaping lens including an incident surface on which a cylindrical concave shape is formed and an emission surface on which an axially symmetric shape is formed,
The light from the semiconductor light emitting element has an elliptical cross section,
The light source device, wherein the semiconductor light emitting element and the shaping lens are arranged such that a major axis direction of the elliptical cross section coincides with a longitudinal direction of the cylindrical concave shape.
前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、
前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、
前記表示素子と、前記光源装置を制御する投影装置制御部と、
を有することを特徴とする投影装置。 A light source device according to any one of claims 1 to 7,
A display element that is irradiated with light source light from the light source device to form image light;
A projection-side optical system that projects the image light emitted from the display element onto a screen;
The display element; and a projector control unit that controls the light source device;
A projection apparatus comprising:
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2016
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