JP2018060055A - Luminaire and projection device - Google Patents
Luminaire and projection device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018060055A JP2018060055A JP2016197248A JP2016197248A JP2018060055A JP 2018060055 A JP2018060055 A JP 2018060055A JP 2016197248 A JP2016197248 A JP 2016197248A JP 2016197248 A JP2016197248 A JP 2016197248A JP 2018060055 A JP2018060055 A JP 2018060055A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- lens
- lens array
- unit
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本開示の実施形態は、複数の光ファイバから射出した光を用いて被照明領域を照明する照明装置に関する。また、本開示の実施形態は、このような照明装置を利用した投射装置に関する。 Embodiments of the present disclosure relate to an illumination device that illuminates an illuminated area using light emitted from a plurality of optical fibers. The embodiment of the present disclosure also relates to a projection device that uses such an illumination device.
レーザ光などのコヒーレント光を射出する照明装置では、スペックルの発生という問題が生じる。スペックル(speckle)は、レーザ光などのコヒーレント光を散乱面に照射したときに現れる斑点状の模様である。スペックルは、例えばスクリーン上に発生すると斑点状の輝度ムラ(明るさのムラ)として観察され、観察者に対して生理的な悪影響を及ぼす要因になる。スペックル対策として、特許文献1に開示された照明装置では、照明光の散乱面への入射角が継時的に変化する。このため、コヒーレント光の拡散で生じる散乱面上でのスペックルが重畳されて時間的に平均化されて目立たなくなる。
In an illumination device that emits coherent light such as laser light, there is a problem of speckle generation. A speckle is a speckled pattern that appears when a scattering surface is irradiated with coherent light such as laser light. For example, speckle is observed as spot-like luminance unevenness (brightness unevenness) when it occurs on the screen, and causes a physiological adverse effect on the observer. As a countermeasure against speckle, in the illumination device disclosed in
具体的な構成として、特許文献1に開示された照明装置は、光を射出する光源と、走査装置と、第1レンズアレイと、第2レンズアレイと、コンデンサレンズとを、光路に沿ってこの順番で、有している。走査装置は、光源からの光を、第1レンズアレイ上を走査するようにして、第1レンズアレイに一定の方向から照射している。第1レンズアレイに含まれる単位レンズに照射された光は、その後、第2レンズアレイの対応する単位レンズに入射し、次に、コンデンサレンズで被照明領域に集められる。特許文献1に開示された照明装置では、被照明領域に向かう光のコンデンサレンズからの出射位置が継時的に変化する。この結果、被照明領域は、光学素子上の各領域に対応した種々の方向から照明され、これにより、スペックルを目立たなくさせている。
As a specific configuration, the illumination device disclosed in
ところで、高出力の照明装置は、通常、複数の光源を含んでいる。多くの場合、複数の光源から射出した光は、それぞれ光ファイバで誘導された後、レンズを用いた光学系(均一光学系)で合成される。 By the way, a high-power illumination device usually includes a plurality of light sources. In many cases, light emitted from a plurality of light sources is guided by an optical fiber, and then synthesized by an optical system using a lens (uniform optical system).
しかしながら、光ファイバから射出した光は、発散している。したがって、各光ファイバから射出した光のプロファイルを調整したとしても、調整後の光はエタンデュの保存則に従って発散角を持つ光となる。その結果、調整後の発散光の発散角が大きすぎると、光路のさらに下流の光学系に入射する際に、当該光学系に含まれるレンズの取り込み角以上の方向から入射することも想定される。このような光は当該光学系によって所望のように取り込まれず、有効に利用され得ない。この結果、照明装置における光の利用効率が悪くなってしまう。また、取り込むことのできなかった光が、迷光等になって、被表明領域を照明する際に悪影響をおよぼし得る。 However, the light emitted from the optical fiber is diverging. Therefore, even if the profile of light emitted from each optical fiber is adjusted, the adjusted light becomes light having a divergence angle in accordance with Etendue's conservation law. As a result, if the divergence angle of the divergent light after adjustment is too large, when entering the optical system further downstream of the optical path, it is also assumed that the light enters from a direction equal to or greater than the taking-in angle of the lens included in the optical system. . Such light is not captured as desired by the optical system and cannot be used effectively. As a result, the light use efficiency in the lighting device is deteriorated. Further, the light that could not be captured becomes stray light or the like, which can adversely affect the illumination of the exposed area.
さらに、特許文献1に開示された照明装置のように、スペックルノイズを低減することを目的として光路を継時的に変更する走査装置を用いた照明装置では、特に、第1レンズアレイに入射する光の角度分布が大きくなり、光の利用効率の低下を招いてしまう。
Furthermore, in the illuminating device using the scanning device that changes the optical path over time for the purpose of reducing speckle noise, such as the illuminating device disclosed in
その上、照明装置の小型化を目的として、アフォーカル光学系を用いることもある。アフォーカル光学系で光路幅(スポット径)を縮小すると、エタンデュの保存則によって、レンズへ入射する光の発散角が大きくなり、照明装置における光の利用効率のさらなる低下を招いてしまう。 In addition, an afocal optical system may be used to reduce the size of the illumination device. When the optical path width (spot diameter) is reduced by an afocal optical system, the divergence angle of light incident on the lens is increased due to Etendue's conservation law, and the use efficiency of light in the illumination device is further reduced.
本開示の実施形態は、以上の点を考慮してなされたものであり、複数の光ファイバからの光を利用する(高出力の)照明装置において、光の利用効率を改善することを目的とする。 An embodiment of the present disclosure has been made in consideration of the above points, and aims to improve light use efficiency in a (high output) illumination device that uses light from a plurality of optical fibers. To do.
本開示の実施形態による照明装置は、
光ファイバと前記光ファイバから射出した光の発散角度を抑制するレンズとを有した単位光射出部を複数含む光供給部と、
前記光供給部からの光の光路幅を縮小させるアフォーカル光学系と、
前記アフォーカル光学系からの光の進行方向を継時的に変更する走査装置と、
前記走査装置からの光が走査するようにして入射する第1レンズアレイと、
前記第1レンズアレイに対向して配置された第2レンズアレイと、
前記第2レンズアレイに対向して配置された第2レンズアレイからの光の進行方向を変更する偏向素子と、を備え、
前記第1レンズアレイの或る領域に入射した光、並びに、前記第1レンズアレイの前記或る領域とは異なる別の領域に入射した光は、それぞれ、前記第1レンズアレイ、前記第2レンズアレイ及び前記偏向素子で光路を調整されて、少なくとも部分的に重なり合う領域に進み、
前記第1レンズアレイは、複数の第1単位レンズを含み、
前記第2レンズアレイは、前記第1レンズアレイの各第1単位レンズに対応して設けられた複数の第2単位レンズを含み、
前記第1単位レンズの取り込み角θ〔°〕、前記アフォーカル光学系から進み出た光の発散角度α〔°〕、及び、前記走査装置での走査角度β〔°〕は、次の関係を満たす。
α+β≦θ
A lighting device according to an embodiment of the present disclosure includes:
A light supply unit including a plurality of unit light emitting units having an optical fiber and a lens for suppressing a divergence angle of light emitted from the optical fiber;
An afocal optical system that reduces the optical path width of the light from the light supply unit;
A scanning device that changes the traveling direction of light from the afocal optical system over time;
A first lens array incident so that light from the scanning device scans;
A second lens array disposed opposite the first lens array;
A deflecting element that changes a traveling direction of light from the second lens array disposed to face the second lens array;
The light incident on a certain area of the first lens array and the light incident on another area different from the certain area of the first lens array are respectively the first lens array and the second lens. The optical path is adjusted by the array and the deflection element, and at least partially overlaps the area,
The first lens array includes a plurality of first unit lenses,
The second lens array includes a plurality of second unit lenses provided corresponding to the first unit lenses of the first lens array,
The capturing angle θ [°] of the first unit lens, the divergence angle α [°] of the light that has advanced from the afocal optical system, and the scanning angle β [°] of the scanning device satisfy the following relationship: .
α + β ≦ θ
本開示の実施形態による照明装置において、各第2単位レンズの主点は、当該第2単位レンズに対応する第1単位レンズの後側焦点上に位置していてもよい。 In the illuminating device according to the embodiment of the present disclosure, the principal point of each second unit lens may be located on the rear focal point of the first unit lens corresponding to the second unit lens.
本開示の実施形態による照明装置において、前記光の発散角度を抑制するレンズは、コリメートレンズであってもよい。 In the illumination device according to the embodiment of the present disclosure, the lens that suppresses the divergence angle of the light may be a collimator lens.
また、本開示の実施形態による投射装置は、
上述した本開示の実施形態による照明装置と、
前記照明装置からの光によって照明される空間光変調器と、を備える。
In addition, a projection device according to an embodiment of the present disclosure includes:
A lighting device according to an embodiment of the present disclosure as described above;
A spatial light modulator illuminated by light from the illumination device.
本開示によれば、複数の光ファイバからの光を利用する照明装置において、光の利用効率を改善することができる。 According to the present disclosure, in a lighting device that uses light from a plurality of optical fibers, light use efficiency can be improved.
以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺及び縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, for the sake of illustration and ease of understanding, the scale, the vertical / horizontal dimension ratio, and the like are appropriately changed and exaggerated from those of the actual product.
さらに、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。 Furthermore, as used in this specification, the shape and geometric conditions and the degree thereof are specified. For example, terms such as “parallel”, “orthogonal”, “identical”, length and angle values, etc. Without being bound by meaning, it should be interpreted including the extent to which similar functions can be expected.
図1に示す投射型表示装置1は、スクリーン2と、映像光を投射する投射装置3と、を有している。投射装置3は、仮想面上に位置する被照明領域LZを照明する照明装置10と、被照明領域LZと重なる位置に配置され照明装置10からの光によって照明される空間光変調器20と、空間光変調器20からの光をスクリーン2に投射する投射光学系25と、を有している。すなわち、ここで説明する一実施の形態において、照明装置10は、空間光変調器20を照明するための照明装置として、投射装置3に組み込まれている。そして、この照明装置10には、被照明領域LZを明るく照明することができ、しかも、光の利用効率を改善するための工夫がなされている。
A
まず、照明装置10について説明する。図1に示されているように、照明装置10は、光を射出する光供給部30と、光供給部30から射出した光に作用するアフォーカル光学系40、走査装置50、第1レンズアレイ60、第2レンズアレイ70、及び偏向素子80を有している。このうち、第1レンズアレイ60、第2レンズアレイ70及び偏向素子80は、入射光を被照明領域に拡散または集光させる光路調整光学系55をなしている。図1に示された例において、アフォーカル光学系40、走査装置50、第1レンズアレイ60、第2レンズアレイ70及び偏向素子80は、光供給部30からの光の光路に沿ってこの順で配置され、この順で光に対して作用する。
First, the
光供給部30は、光ファイバ32と光ファイバ32から射出した光の発散角度を抑制するレンズ33とを有した単位光射出部35を複数含んでいる。図1に示された例において、光ファイバ32は、レーザ光を発振する複数の光源部から入射した光を誘導する。各光ファイバ32は、単一のレーザ光源で発振された光を誘導するようにしてもよいし、或いは、複数のレーザ光源で発振された光を誘導するようにしてもよい。また、図1に示された例において、光ファイバ32から射出した光の発散角度を抑制するレンズ33は、コリメートレンズである。図1に示す光供給部30において、複数の単位光射出部35は、独立して設けられていてもよいし、共通の基板上に複数の単位光射出部35を並べて配置した光源モジュールであってもよい。光供給部30は、一例として、赤色の発光波長域の光laを射出する第1単位光射出部35aと、緑色の発光波長域の光lbを射出する第2単位光射出部35bと、青色の発光波長域の光lcを射出する第3単位光射出部35cと、を有している。この例によれば、複数の単位光射出部35a,35b,35cが発光した三つの光la,lb,lcを重ね合わせることで、白色の照明光を含む種々の色の照明光を生成することができる。
The
次に、アフォーカル光学系40について説明する。アフォーカル光学系40は、光供給部30からの光la,lb,lcの光路幅を縮小させるものである。とりわけ本実施の形態で用いられるアフォーカル光学系40は、図1に示すように、入射する複数の光la,lb,lcの全体の光路幅W1を縮小させて、全体として光路幅W2の光la,lb,lcとして射出する光学系である。図1に示された一具体例において、アフォーカル光学系40は、光供給部30からの光la,lb,lcの光路における上流側に配置された第1レンズ41と、当該光路における下流側に配置された第2レンズ42と、を有している。
Next, the afocal
図1に示すように、第1レンズ41及び第2レンズ42は、それぞれの光軸が同一直線上に位置するよう、配置されている。特に図1に示された一具体例において、第1レンズ41は凸レンズであり、第2レンズ42は凹レンズであり、第1レンズ41の後側焦点が第2レンズ42の前側焦点に一致するように配置されている。このようにして、図示されたアフォーカル光学系40は、第1レンズ41に入射する複数の光la,lb,lcの全体の光路幅W1を光路幅W2に縮小させ、光la,lb,lcをその光軸lax,lbx,lcxが互いに平行な状態で第2レンズ42から射出することができるようになっている。図1に示す照明装置10においては、アフォーカル光学系40によって光la,lb,lcの光路幅を縮小することによって、光la,lb,lcの光路のさらに下流に位置する各光学系の寸法を小さくし得るようにしている。
As shown in FIG. 1, the
一方で、エタンデュの保存則から、アフォーカル光学系40における光供給部30からの光la,lb,lcの光路幅の縮小率、すなわち光路幅W1と光路幅W2との比、が大きいほど、アフォーカル光学系40から進み出る光la,lb,lcの発散角度α〔°〕が大きくなってしまうことが知られている。アフォーカル光学系40から進み出る光la,lb,lcの発散角度α〔°〕が大きいほど、光la,lb,lcの第1レンズアレイ60への入射角が大きくなってしまって、光la,lb,lcが第1レンズアレイ60に所望のように取り込まれない虞がある。したがって、アフォーカル光学系40における光la,lb,lcの光路幅の縮小率は、換言すればアフォーカル光学系40から進み出る光la,lb,lcの発散角度α〔°〕は、光la,lb,lcの第1レンズアレイ60への入射角及び後述する第1レンズアレイ60の取り込み角θ〔°〕を考慮して、調整される。
On the other hand, from Etendue's conservation law, the reduction ratio of the optical path width of the light la, lb, lc from the
次に、走査装置50について説明する。走査装置50は、アフォーカル光学系40からの光の進行方向を継時的に変更するものである。図1乃至図3に示された具体例において、走査装置50は、反射面52を有した反射部材51と、反射部材51を支持した軸部材53と、を有している。図2及び図3に示すように、軸部材53は、その軸線方向である回転軸Rを中心として回転可能となっている。軸部材53が回転することにより、軸部材53に支持された反射部材51も、回転軸Rを中心として回転するようになっている。ただし、反射面52は、回転軸Rに対して直交していない。言い換えると、反射面52の法線方向ndは、回転軸Rと非平行であり、回転軸Rに対して傾斜している。したがって、反射部材51が、回転軸Rを中心として回転すると、反射面52は、向きを変化させるようになる。このとき、反射部材51の回転が定速であれば、反射面52は、回転軸Rと直交する仮想面Vpを中心として、周期的に向きを変動させることになる。ここで、図2及び図3に示す走査装置50において、一定方向から走査装置50に入射して反射面52で反射される光は、反射面52の回転軸Rを中心とした回転に伴って、仮想面Vpの法線方向を中心とした角度β〔°〕の角度範囲内の方向に進むようになる。この角度β〔°〕は、走査装置50の走査角度に対応する。
Next, the
もちろん、走査装置50の構成はこれに限られず、例えば図4及び図5に示すような走査装置も採用可能である。図示された具体例において、走査装置50aは、反射面52aを有する反射部材51aであって、一つの回動軸Raを中心として回動可能な反射部材51aを有している。そして、反射部材51aが回転軸Raを中心として回転すると、反射面52aは、向きを変化させるようになる。図4及び図5に示す走査装置50aの場合、反射面52aは、回転軸Raに平行な、ある仮想面Vpaを中心として、周期的に向きを変動させるようになっている。図4及び図5に示された例においても、一定方向から走査装置50aに入射して反射面52aで反射される光は、反射面52aの回転軸Raを中心とした回動に伴って、走査装置50aの走査角度に対応する角度β〔°〕の角度範囲内の方向に進むようになる。ここで、図4及び図5に示す走査装置50aを2つ組み合わせて、2軸走査を行うようにしてもよい。
Of course, the configuration of the
なお、走査装置50の走査角度β〔°〕は、上述したアフォーカル光学系40から進み出る光la,lb,lcの発散角度α〔°〕と共に、光la,lb,lcの第1レンズアレイ60への入射角に影響を与える。したがって、走査装置50の走査角度β〔°〕は、光la,lb,lcの第1レンズアレイ60への入射角及び後述する第1レンズアレイ60の取り込み角θ〔°〕を考慮して、調整される。
The scanning angle β [°] of the
次に、光路調整光学系55について説明する。光路調整光学系55は、第1レンズアレイ60、第2レンズアレイ70及び偏向素子80を含んでいる。このうちまず、第1レンズアレイ60及び第2レンズアレイ70について説明する。
Next, the optical path adjustment
第1レンズアレイ60は、走査装置50からの光が走査するようにして入射するものであり、複数の第1単位レンズ61を含んでいる。より詳細には、第1レンズアレイ60は、凸レンズからなる第1単位レンズ61を敷き詰めて形成されている。複数の第1単位レンズ61は、光軸が互いに平行となるようにして、配置されている。また、複数の第1単位レンズ61は、その光軸と直交する仮想面上に並べられている。
The
第2レンズアレイ70は、第1レンズアレイ60に対向して配置されており、第1レンズアレイ60の各第1単位レンズ61に対応して設けられた複数の第2単位レンズ71を含んでいる。より詳細には、第2レンズアレイ70は、第1レンズアレイ60と同様に構成されており、凸レンズからなる第2単位レンズ71を敷き詰めて形成されている。
The
すなわち、同一に構成された二つのレンズアレイを、第1レンズアレイ60及び第2レンズアレイ70として用いている。第1レンズアレイ60及び第2レンズアレイ70は、各レンズアレイ60,70に含まれる単位レンズ61,71の光軸が互いに平行となるようにして、配置されている。また、第2レンズアレイ70に含まれた一つの第2単位レンズ71は、第1レンズアレイ60に含まれたいずれかの第1単位レンズ61に対向して配置されている。より具体的には、単位レンズ61,71の光軸に沿った投影において、一つの第1単位レンズ61と、当該第1単位レンズ61に対応する一つの単位レンズ71との外輪郭が重なるようにして、第1レンズアレイ60及び第2レンズアレイ70は配置されている。とりわけ、本実施の形態では、各第2単位レンズ71の主点72は、当該第2単位レンズ71に対応する第1単位レンズ61の後側焦点上に位置している。なお、「主点」とは、レンズの光学的な中心であり、焦点距離を定める中心点である。
That is, two lens arrays having the same configuration are used as the
次に、偏向素子80について説明する。偏向素子80は、第2レンズアレイ70に対向して配置され、第2レンズアレイ70からの光la,lb,lcの進行方向を変更するものである。偏向素子80は、コンデンサレンズ又はフィールドレンズとして機能するレンズから構成されている。そして、第1レンズアレイ60の第1単位レンズ61の光軸、第2レンズアレイ70の第2単位レンズ71の光軸、及び、偏向素子80をなすレンズの光軸が平行となるよう、配置されている。
Next, the
第1レンズアレイ60、第2レンズアレイ70及び偏向素子80の上述の構成により、第1レンズアレイ60の或る領域に入射した光、並びに、第1レンズアレイ60の当該或る領域とは異なる別の領域に入射した光は、それぞれ、第1レンズアレイ60、第2レンズアレイ70及び偏向素子80で光路を調整されて、少なくとも部分的に重なり合う領域に進むこととなる。とりわけ、第1レンズアレイ60の各第1単位レンズ61の全域に入射した光は、当該第1単位レンズ61に対応する第2単位レンズ71及び偏向素子80で光路を変更されて、被照明領域LZの全域に入射するようになる。すなわち、各第1単位レンズ61の全域に入射した光が、それぞれ、光路を調整されて被照明領域LZの全域を照明するようになる。
Due to the above-described configuration of the
ところで、このような構成からなる照明装置10において、アフォーカル光学系40によって、光供給部30からの光la,lb,lcの光路幅W1が縮小されることにより、照明装置10を小型化することが可能である。しかしながら、一方で、上述したように、エタンデュの保存則により、アフォーカル光学系40における光la,lb,lcの光路幅の縮小率が大きいほど、すなわち光路幅W1と光路幅W2との比が大きいほど、アフォーカル光学系40から進み出る光la,lb,lcの発散角度α〔°〕が大きくなってしまう。
By the way, in the illuminating
さらに、走査装置50が光la,lb,lcの光路を継時的に変更させるより、第1レンズアレイ60に入射する光la,lb,lcの光軸lax,lbx,lcxは、第1レンズアレイ60の第1単位レンズ61の光軸に対して角度を持つようになる。このことは、発散角度α〔°〕で発散する光la,lb,lcの第1単位レンズ61への入射角度範囲の大きさをα〔°〕よりも大きい入射角度範囲α+β〔°〕にし得ることを意味する。
Further, since the
ここで、図1に示すように、第1単位レンズ61は取り込み角θ〔°〕を有する。第1単位レンズ61の取り込み角θ〔°〕は、当該第1単位レンズ61での屈折による光路調整によって、当該第1単位レンズ61の光軸と平行な方向に向けられるようになる入射光の入射角度範囲の大きさである。したがって、第1単位レンズ61の取り込み角θ〔°〕は、当該第1単位レンズ61の光軸に沿って入射した平行光束を当該第1単位レンズ61の焦点に向かう収束光束に変換した際における当該収束光束の光路角度範囲の大きさとも言える。また、図1に示された例においては、第1単位レンズ61の光軸と平行な断面において、第1単位レンズ61に対応する一つの第2単位レンズ71の主点72から一つの第1単位レンズ61の両端に延びる二つの直線分LSの間に形成される角度の大きさが、当該第1単位レンズ61の取り込み角θ〔°〕に一致する。この場合、第1単位レンズ61に入射する光の入射角度範囲の大きさが第1単位レンズ61の取り込み角θ〔°〕を上回ると、当該光は入射した第1単位レンズ61に対応する第2単位レンズに取り込まれず、有効に利用され得なくなってしまう可能性がある。すなわち、照明装置10における光la,lb,lcの利用効率が悪くなってしまう。また、当該第2単位レンズに取り込まれなかった光が迷光等になって、被照明領域LZの照明に、悪影響を及ぼし得る。
Here, as shown in FIG. 1, the
以上のことを考慮して、本実施の形態による照明装置10においては、図1に示すように、走査装置50からの光la,lb,lcの入射角度範囲の大きさが、第1単位レンズ61の取り込み角θ〔°〕以下となっている。すなわち、本実施の形態による照明装置10においては、第1単位レンズ61の取り込み角θ〔°〕、アフォーカル光学系40から進み出た光の発散角度α〔°〕、及び、走査装置50での走査角度β〔°〕は、次の関係を満たす。
α+β≦θ
Considering the above, in the
α + β ≦ θ
次に、空間光変調器20について説明する。空間光変調器20は、被照明領域LZに重ねて配置される。そして、空間光変調器20は、照明装置10からの光によって照明され、変調画像を形成する。照明装置10からの光la,lb,lcは、被照明領域LZの全域のみを照明する。したがって、空間光変調器20の入射面は、照明装置10によって光la,lb,lcを照射される被照明領域LZと同一の形状および大きさであることが好ましい。この場合、照明装置10からの光la,lb,lcを、変調画像の形成に高い利用効率で利用することができるからである。
Next, the spatial
空間光変調器20は、特に制限されることなく、種々の公知の空間光変調器を利用することができる。例えば、偏光を利用することなく変調画像を形成する空間光変調器、例えばデジタルミラーデバイス(DMD)や、偏光を利用して変調画像を形成する透過型の液晶マイクロディスプレイや反射型のLCoS(Liquid Crystal On Silicon(登録商標))を、空間光変調器20として用いることができる。
The spatial
図1に示された例のように、空間光変調器20が、透過型の液晶マイクロディスプレイである場合、照明装置10によって面状に照明される空間光変調器20が、画素毎に光を選択して透過させることにより、空間光変調器20をなすディスプレイの画面上に変調画像が形成されるようになる。こうして得られた変調画像は、最終的には、投射光学系25によって、等倍で或いは変倍されてスクリーン2へ投射される。これにより、観察者は、スクリーン2上に投射された当該画像を観察することができる。スクリーン2は、透過型スクリーンとして構成されていてもよいし、反射型スクリーンとして構成されていてもよい。
As in the example shown in FIG. 1, when the spatial
次に、以上の構成からなる照明装置10,投射装置3および投射型表示装置1の作用について説明する。
Next, the operation of the
まず、図1に示すように、図示しないレーザ光源で発振された光が、光供給部30の光ファイバ32によって誘導されて、光ファイバ32から射出する。光ファイバ32から射出した光1a,lb,lcは、発散してコリメートレンズ33に向かう。このとき、光ファイバ32から射出した光1a,lb,lcの光軸lax,lbx,lcxは、互いに概ね平行である。コリメートレンズ33に入射した光la,lb,lcは、コリメートレンズ33によってコリメートされて、平行度の高い光としてコリメートレンズ33から射出する。
First, as shown in FIG. 1, light oscillated by a laser light source (not shown) is guided by an
コリメートレンズ33から射出した光la,lb,lcは、まず、アフォーカル光学系40に向かい、第1レンズ41に入射する。このとき、光la,lb,lcの全体の光路幅は、光路幅W1である。光路幅W1で第1レンズ41に入射した光la,lb,lcは、その全体の光路幅を縮小しながら集光して第2レンズ42に向かう。第2レンズ42に入射した光la,lb,lcは、その光軸lax,lbx,lcxが互いに平行になるようにその進行方向が調整されて、第2レンズ42から射出する。このとき、光la,lb,lcの全体の光路幅は、光路幅W2である。このようにして、アフォーカル光学系40に入射した光la,lb,lcの光路幅は、光路幅W1から光路幅W2に縮小される。ここで、エタンデュの保存則により、第2レンズ42から射出する光la,lb,lcは、アフォーカル光学系40における光la,lb,lcの光路幅の縮小率、すなわち光路幅W1と光路幅W2との比、に対応する発散角度α〔°〕を有している。発散角度α〔°〕で第2レンズ42から射出した光la,lb,lcは、走査装置50に向かう。
Lights la, lb, and lc emitted from the collimating
走査装置50に入射した光la,lb,lcは、反射面52における反射によってその進行方向を変えられて、光路調整光学系55に向かう。反射面52の向きは、軸部材53が定速で回転することによって、周期的に変動しており、この結果、走査装置50から出射する光la,lb,lcの進行方向も、角度β〔°〕の角度範囲内で継時的に変更される。すなわち、光la,lb,lcは、走査装置50によって、走査角度β〔°〕で走査される。
The traveling directions of the light beams la, lb, and lc incident on the
走査装置50からの光la,lb,lcは、光路調整光学系55の第1レンズアレイ60に入射する。走査装置50からの光la,lb,lcは、その進行方向が継時的に変更されていることにより、第1レンズアレイ60への入射位置及び入射角を周期的に変化させながら、第1レンズアレイ60を走査するように入射する。このとき、第1レンズアレイ60の第1単位レンズ61に入射する光la,lb,lcの入射角度範囲の大きさは、光la,lb,lcが発散角度α〔°〕を持っており、且つ、光la,lb,lcが走査角度β〔°〕で走査されていることにより、入射角度範囲α+β〔°〕である。第1単位レンズ61から出射した光la,lb,lcは、第2レンズアレイ70に向かう。
Lights la, lb, and lc from the
ここで、第1単位レンズ61の取り込み角は角度θ〔°〕である。したがって、取り込み角θ〔°〕以下の方向から第1単位レンズ61に入射した光は、入射した第1単位レンズ61に対応する第2単位レンズ71に向けられるが、取り込み角θ〔°〕を上回る方向から入射した光は、入射した第1単位レンズ61に対応する第2単位レンズ71に向けられず、有効に利用され得なくなってしまう可能性がある。この結果、照明装置10における光la,lb,lcの利用効率が悪くなってしまう。また、取り込むことのできなかった光が、迷光等になって、被表明領域を照明する際に悪影響をおよぼし得る。
Here, the taking-in angle of the
しかしながら、本実施の形態による照明装置10においては、第1単位レンズ61の取り込み角θ〔°〕、アフォーカル光学系40から進み出た光の発散角度α〔°〕、及び、走査装置50での走査角度β〔°〕がα+β≦θの関係を満たすように、アフォーカル光学系40における光の光路幅の縮小率、及び、走査装置50の走査角度β〔°〕が調整されている。これにより、第1単位レンズ61を出射した光la,lb,lcは、当該第1単位レンズ61に対応する第2単位レンズ71に向かう。
However, in the illuminating
第1単位レンズ61からの光la,lb,lcは、各第2単位レンズ71の主点72が当該第2単位レンズ71に対応する第1単位レンズ61の後側焦点上に位置していることにより、対応する第2単位レンズ71の主点72に向けて収束しながら、第2単位レンズ71に入射する。第2単位レンズ71に入射した光la,lb,lcは、第2単位レンズ71で拡散ないしは拡げられて、偏向素子80に入射する。なお、第1及び第2レンズアレイ60,70に入射する光la,lb,lcの入射位置が継時的に変化することにより、第1及び第2レンズアレイ60,70を介して偏向素子80へ入射する偏向素子80上での入射位置も周期的に変化する。そして、偏向素子80の各領域へ入射した光la,lb,lcは、偏向素子80での光路調整機能により、照明領域LZの全域を照明する照明光として被照明領域LZに向けられる。
In the light beams la, lb, and lc from the
すなわち、光路調整光学系55の各領域に入射した光は、それぞれ、光路調整光学系55での光路調整機能により、被照明領域LZに重畳されるようになる。走査装置50から光路調整光学系55の各領域に入射した光は、それぞれ、光路調整光学系55で拡散ないしは拡げられて、被照明領域LZの全域に入射するようになる。このようにして、照明装置10は、被照明領域LZを光で照明することができる。そして、被照明領域LZの各位置へ入射する光の入射方向は、継時的に変化する。すなわち、被照明領域LZは、継時的に入射方向が変化する光によって照明される。
That is, the light incident on each area of the optical path adjustment
図1に示すように、投射装置3においては、照明装置10の被照明領域LZと重なる位置に空間光変調器20が配置されている。このため、空間光変調器20は、照明装置10によって面状に照明され、画素毎に光を選択して透過させることにより、映像を形成するようになる。この映像は、投射光学系25によってスクリーン2に投射される。スクリーン2に投射された光は、拡散され、観察者に映像として認識されるようになる。なお、被照明領域LZは、第1レンズアレイ60上の各領域に対応した種々の方向から照明され、これにともなって、スクリーン2の各位置には継時的に変化する方向から画像光が入射するようになる。このため、コヒーレント光としての画像光がスクリーン2で拡散することによって生じるスペックルが高速で重畳され、結果として、スペックルを目立たなくさせることができる。
As shown in FIG. 1, in the
以上のような本開示の実施形態によれば、照明装置10は、光ファイバ32と光ファイバ32から射出した光の発散角度を抑制するレンズ33、例えばコリメートレンズ、とを有した単位光射出部35を複数含む光供給部30と、光供給部30からの光la,lb,lcの光路幅を縮小させるアフォーカル光学系40と、アフォーカル光学系40からの光la,lb,lcの進行方向を継時的に変更する走査装置50と、走査装置50からの光la,lb,lcが走査するようにして入射する第1レンズアレイ60と、第1レンズアレイ60に対向して配置された第2レンズアレイ70と、第2レンズアレイ70に対向して配置された第2レンズアレイ70からの光la,lb,lcの進行方向を変更する偏向素子80と、を備え、第1レンズアレイ60の或る領域に入射した光、並びに、第1レンズアレイ60の或る領域とは異なる別の領域に入射した光は、それぞれ、第1レンズアレイ60、第2レンズアレイ70及び偏向素子80で光路を調整されて、少なくとも部分的に重なり合う領域に進み、第1レンズアレイ60は、複数の第1単位レンズ61を含み、第2レンズアレイ70は、第1レンズアレイ60の各第1単位レンズ61に対応して設けられた複数の第2単位レンズ71を含み、第1単位レンズ61の取り込み角θ〔°〕、アフォーカル光学系40から進み出た光の発散角度α〔°〕、及び、走査装置50での走査角度β〔°〕は、次の関係を満たす。
α+β≦θ
According to the embodiment of the present disclosure as described above, the
α + β ≦ θ
このような照明装置10では、被照明領域を明るく照明するために複数の光ファイバ32からの光la,lb,lcを利用している一方、複数の光ファイバ32からの光la,lb,lcの光路幅をアフォーカル光学系40によって縮小することにより、照明装置10の小型化が図られている。また、複数の光ファイバ32からの光la,lb,lcの進行方向を、走査装置50を用いて継時的に変更することにより、スペックルを目立たなくしている。その一方で、第1レンズアレイ60には、エタンデュの法則によりアフォーカル光学系40における光路幅の縮小率に対応する発散角度α〔°〕を有し、且つ、走査装置50によって走査角度β〔°〕で走査される光la,lb,lcが入射することとなる。ただし、照明装置10では、アフォーカル光学系40から進み出る光の発散角度α〔°〕及び走査装置50での走査角度β〔°〕は、第1単位レンズ61の取り込み角θ〔°〕以下、すなわちα+β≦θ、となるように調整されている。この結果、第1単位レンズ61に入射する光la,lb,lcが対応する第2単位レンズ71に取り込まれずに有効に利用され得ない、という虞が低減される。すなわち、本開示の実施形態によれば、複数の光ファイバ32からの光を利用する照明装置10において、光の利用効率を改善することができる。
In such an illuminating
また、本開示の実施形態によれば、各第2単位レンズ71の主点72は、当該第2単位レンズ71に対応する第1単位レンズ61の後側焦点上に位置している。これにより、第1レンズアレイ60、第2レンズアレイ70及び偏向素子80での光路調整をより高精度の行うことができ、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。
Further, according to the embodiment of the present disclosure, the
また、本開示の実施形態による投射装置3は、上述した本開示の実施形態による照明装置10と、照明装置10からの光la,lb,lcによって照明される空間光変調器20と、を備える。このような投射装置3の照明装置10では、被照明領域を明るく照明するために複数の光ファイバ32からの光la,lb,lcを利用している一方、複数の光ファイバ32からの光la,lb,lcの光路幅をアフォーカル光学系40によって縮小することにより、照明装置10の小型化が図られている。また、複数の光ファイバ32からの光la,lb,lcの進行方向を、走査装置50を用いて継時的に変更することにより、スペックルを目立たなくしている。その一方で、第1レンズアレイ60には、エタンデュの法則によりアフォーカル光学系40における光路幅の縮小率に対応する発散角度α〔°〕を有し、且つ、走査装置50によって走査角度β〔°〕で走査される光la,lb,lcが入射することとなる。ただし、照明装置10では、アフォーカル光学系40から進み出る光の発散角度α〔°〕及び走査装置50での走査角度β〔°〕は、第1単位レンズ61の取り込み角θ〔°〕以下、すなわちα+β≦θ、となるように調整されている。この結果、第1単位レンズ61に入射する光la,lb,lcが対応する第2単位レンズ71に取り込まれずに有効に利用され得ない、という虞が低減される。すなわち、本開示の実施形態によれば、複数の光ファイバ32からの光を利用する照明装置10を用いた投射装置3において、光の利用効率を改善しながらもスペックルノイズを低減した照明光を得ることができる。
Further, the
本開示は、上述の実施形態及び変形例に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形が加えられた各種態様も含みうるものであり、本開示によって奏される効果も上述の事項に限定されない。したがって、本開示の技術的思想及び趣旨を逸脱しない範囲で、特許請求の範囲及び明細書に記載される各要素に対して種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiments and modifications, and may include various aspects to which various modifications that can be conceived by those skilled in the art are added, and the effects achieved by the present disclosure are also described above. It is not limited to the matter of. Therefore, various additions, modifications, and partial deletions can be made to each element described in the claims and the specification without departing from the technical idea and spirit of the present disclosure.
1 投射型表示装置
2 スクリーン
3 投射装置
10 照明装置
20 空間光変調器
25 投射光学系
30 光供給部
32 光ファイバ
33 コリメートレンズ
35 単位光射出部
40 アフォーカル光学系
50 走査装置
60 第1レンズアレイ
61 第1単位レンズ
70 第2レンズアレイ
71 第2単位レンズ
80 偏向素子
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記光供給部からの光の光路幅を縮小させるアフォーカル光学系と、
前記アフォーカル光学系からの光の進行方向を継時的に変更する走査装置と、
前記走査装置からの光が走査するようにして入射する第1レンズアレイと、
前記第1レンズアレイに対向して配置された第2レンズアレイと、
前記第2レンズアレイに対向して配置された第2レンズアレイからの光の進行方向を変更する偏向素子と、を備え、
前記第1レンズアレイの或る領域に入射した光、並びに、前記第1レンズアレイの前記或る領域とは異なる別の領域に入射した光は、それぞれ、前記第1レンズアレイ、前記第2レンズアレイ及び前記偏向素子で光路を調整されて、少なくとも部分的に重なり合う領域に進み、
前記第1レンズアレイは、複数の第1単位レンズを含み、
前記第2レンズアレイは、前記第1レンズアレイの各第1単位レンズに対応して設けられた複数の第2単位レンズを含み、
前記第1単位レンズの取り込み角θ〔°〕、前記アフォーカル光学系から進み出た光の発散角度α〔°〕、及び、前記走査装置での走査角度β〔°〕は、次の関係を満たす、照明装置。
α+β≦θ A light supply unit including a plurality of unit light emitting units having an optical fiber and a lens for suppressing a divergence angle of light emitted from the optical fiber;
An afocal optical system that reduces the optical path width of the light from the light supply unit;
A scanning device that changes the traveling direction of light from the afocal optical system over time;
A first lens array incident so that light from the scanning device scans;
A second lens array disposed opposite the first lens array;
A deflecting element that changes a traveling direction of light from the second lens array disposed to face the second lens array;
The light incident on a certain area of the first lens array and the light incident on another area different from the certain area of the first lens array are respectively the first lens array and the second lens. The optical path is adjusted by the array and the deflection element, and at least partially overlaps the area,
The first lens array includes a plurality of first unit lenses,
The second lens array includes a plurality of second unit lenses provided corresponding to the first unit lenses of the first lens array,
The capturing angle θ [°] of the first unit lens, the divergence angle α [°] of the light that has advanced from the afocal optical system, and the scanning angle β [°] of the scanning device satisfy the following relationship: , Lighting equipment.
α + β ≦ θ
前記照明装置からの光によって照明される空間光変調器と、を備える、投射装置。 The lighting device according to any one of claims 1 to 3,
And a spatial light modulator illuminated by light from the illumination device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016197248A JP2018060055A (en) | 2016-10-05 | 2016-10-05 | Luminaire and projection device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016197248A JP2018060055A (en) | 2016-10-05 | 2016-10-05 | Luminaire and projection device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018060055A true JP2018060055A (en) | 2018-04-12 |
Family
ID=61907685
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016197248A Pending JP2018060055A (en) | 2016-10-05 | 2016-10-05 | Luminaire and projection device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018060055A (en) |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005010755A (en) * | 2003-05-27 | 2005-01-13 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Afocal three-dimensional optical apparatus |
US20060176912A1 (en) * | 2005-02-07 | 2006-08-10 | Anikitchev Serguei G | Apparatus for projecting a line of light from a diode-laser array |
JP2008065165A (en) * | 2006-09-08 | 2008-03-21 | Sony Corp | One-dimensional illumination apparatus and image generating apparatus |
JP2008225095A (en) * | 2007-03-13 | 2008-09-25 | Olympus Corp | Optical scan type observation device |
JP2012255982A (en) * | 2011-06-10 | 2012-12-27 | Nikon Corp | Projector |
JP2013152441A (en) * | 2011-12-27 | 2013-08-08 | Ushio Inc | Coherent light source device and projector |
JP2013213896A (en) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Sony Corp | Illumination device and display apparatus |
JP2015191043A (en) * | 2014-03-27 | 2015-11-02 | 大日本印刷株式会社 | Lighting device |
JP2016058165A (en) * | 2014-09-05 | 2016-04-21 | 大日本印刷株式会社 | Luminaire, projection device and light source device |
WO2016151827A1 (en) * | 2015-03-25 | 2016-09-29 | ギガフォトン株式会社 | Laser device |
JP2016173391A (en) * | 2015-03-16 | 2016-09-29 | セイコーエプソン株式会社 | Lighting device and projector |
-
2016
- 2016-10-05 JP JP2016197248A patent/JP2018060055A/en active Pending
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005010755A (en) * | 2003-05-27 | 2005-01-13 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Afocal three-dimensional optical apparatus |
US20060176912A1 (en) * | 2005-02-07 | 2006-08-10 | Anikitchev Serguei G | Apparatus for projecting a line of light from a diode-laser array |
JP2008065165A (en) * | 2006-09-08 | 2008-03-21 | Sony Corp | One-dimensional illumination apparatus and image generating apparatus |
JP2008225095A (en) * | 2007-03-13 | 2008-09-25 | Olympus Corp | Optical scan type observation device |
JP2012255982A (en) * | 2011-06-10 | 2012-12-27 | Nikon Corp | Projector |
JP2013152441A (en) * | 2011-12-27 | 2013-08-08 | Ushio Inc | Coherent light source device and projector |
JP2013213896A (en) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Sony Corp | Illumination device and display apparatus |
JP2015191043A (en) * | 2014-03-27 | 2015-11-02 | 大日本印刷株式会社 | Lighting device |
JP2016058165A (en) * | 2014-09-05 | 2016-04-21 | 大日本印刷株式会社 | Luminaire, projection device and light source device |
JP2016173391A (en) * | 2015-03-16 | 2016-09-29 | セイコーエプソン株式会社 | Lighting device and projector |
WO2016151827A1 (en) * | 2015-03-25 | 2016-09-29 | ギガフォトン株式会社 | Laser device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6252298B2 (en) | Lighting device | |
EP3081980B1 (en) | Optical scanning device | |
JP5664640B2 (en) | Light source device, image display device, projector, and illumination device | |
WO2012153626A1 (en) | Illumination device, projection-type image display device, and optical device | |
JP5358451B2 (en) | Planar illumination device and image display device | |
US8960927B2 (en) | Coherent light source apparatus and projector | |
US20160252744A1 (en) | Illumination device, projection type image display device, and optical device | |
US20090168134A1 (en) | Image display apparatus | |
WO2013125549A1 (en) | Coherent light source device and projector | |
JP2008256824A (en) | Light source device and projector | |
KR101743810B1 (en) | Light irradiation apparatus and drawing apparatus | |
CN110431482A (en) | Light supply apparatus, projector and speckle reduction method | |
JP2007065080A (en) | Spatial-light modulating optical device, virtual image optical apparatus using the same, and projection type image display system | |
JP2008041513A (en) | Lighting apparatus and projector | |
US20130222875A1 (en) | Projection display apparatus | |
JPWO2008132796A1 (en) | Laser back irradiation device and liquid crystal display device | |
JP2006072220A (en) | Illuminating device and image generation device | |
JP6388200B2 (en) | Illumination device, projection device, optical element, and optical module | |
JP2018060055A (en) | Luminaire and projection device | |
JP2015184581A (en) | Illumination device, projection device and irradiation device | |
CN112738484B (en) | Laser projection device | |
JP2015141393A (en) | Illumination device and projection device | |
WO2022142218A1 (en) | Laser light source device and projection apparatus | |
JP2023143587A (en) | Projection type display device | |
JP2024033492A (en) | Projection type display device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190829 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200812 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200821 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20201204 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210302 |
|
C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60 Effective date: 20210302 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20210311 |
|
C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21 Effective date: 20210312 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20210402 |
|
C211 | Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C211 Effective date: 20210406 |
|
C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20210730 |
|
C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20210903 |
|
C23 | Notice of termination of proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23 Effective date: 20220208 |
|
C03 | Trial/appeal decision taken |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03 Effective date: 20220311 |
|
C30A | Notification sent |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012 Effective date: 20220311 |