JP2019158914A - Illumination device and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の色光を含む照明光を発生する照明装置、及び、その照明装置を備えたプロジェクタに関する。 The present invention relates to an illuminating device that generates illumination light including a plurality of colored lights, and a projector including the illuminating device.
高輝度なデータプロジェクタの光源には、有害物質である水銀を含む水銀ランプが使用されている。近年、環境への影響を配慮した製品が望まれる中、プロジェクタにおいても、水銀フリーの製品開発が急務となっていた。このような背景の中、LED(Light Emitting Diode)やLD(Laser Diode)などを光源とするプロジェクタの開発が進められ、最近では、低輝度のLEDプロジェクタ及びレーザープロジェクタが市場に投入されている。
しかし、高輝度のLED光源が量産化されておらず、また、小型で高出力な緑色のLD光源も量産化されていない。このため、これらの光源もしくはこれらの光源を組合せたデータプロジェクタは、未だ市場に投入されていない。
A mercury lamp containing mercury, which is a harmful substance, is used as a light source for a high-intensity data projector. In recent years, there has been an urgent need to develop mercury-free products for projectors amidst the desire for products that are environmentally friendly. Under such circumstances, development of projectors using light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) as light sources has been promoted, and recently, low-intensity LED projectors and laser projectors have been put on the market.
However, a high-luminance LED light source has not been mass-produced, and a small, high-power green LD light source has not been mass-produced. For this reason, these light sources or data projectors combining these light sources have not yet been put on the market.
一方、光源に蛍光体を用いた、水銀フリーの高輝度のデータプロジェクタは、既に市場に投入されている。このデータプロジェクタでは、光源部は、励起光で励起されて黄色蛍光(緑色成分及び赤色成分を含む)を放出する蛍光体を備え、蛍光体が射出した黄色蛍光と、レーザー光である青色光とを合成した混色光を射出する。光源部の射出光を赤色光、青色光及び緑色光に分離し、各色光をそれぞれ液晶パネル等の光変調素子を用いて変調することで赤色画像、青色画像及び緑色画像を形成する。そして、投写レンズが赤色画像、青色画像及び緑色画像を重ねて拡大投写する。
上記データプロジェクタでは、青色光としてレーザー光を用いるため、投写画像にスペックルと呼ばれる斑点状のノイズが発生する。一般に、拡散板をレーザー光路上に配置することで、スペックルノイズを低減することができる。スペックルノイズの低減を図るために、多くのデータプロジェクタでは、複数枚の拡散板を光源部に配置している。
特許文献1には、スペックルノイズを低減するために、拡散板をレーザー光路に配置した構成が記載されている。
On the other hand, mercury-free high-intensity data projectors using a phosphor as a light source have already been put on the market. In this data projector, the light source unit includes a phosphor that is excited by excitation light and emits yellow fluorescence (including a green component and a red component), and the yellow fluorescence emitted from the phosphor and the blue light that is laser light, The mixed color light is synthesized. The light emitted from the light source unit is separated into red light, blue light, and green light, and each color light is modulated using a light modulation element such as a liquid crystal panel to form a red image, a blue image, and a green image. The projection lens enlarges and projects the red image, the blue image, and the green image.
In the data projector, since laser light is used as blue light, spotted noise called speckle is generated in the projected image. Generally, speckle noise can be reduced by disposing a diffusion plate on a laser beam path. In order to reduce speckle noise, many data projectors have a plurality of diffuser plates arranged in the light source section.
しかし、拡散板を光源部に配置したデータプロジェクタにおいては、以下のような問題がある。
複数枚の拡散板を光源部に配置した場合、光源部から投写レンズまでの光路全体に亘って、拡散した青色光(発散光)が伝搬する。この場合、青色光(発散光)が伝搬する光路が長いため、青色光(発散光)のうちの、光路から外れて、投写画像の表示に寄与しない光の量が増大してしまい、その結果、光利用効率が低下する。
However, the data projector in which the diffusion plate is arranged in the light source unit has the following problems.
When a plurality of diffusion plates are arranged in the light source unit, diffused blue light (diverged light) propagates over the entire optical path from the light source unit to the projection lens. In this case, since the optical path through which blue light (diverged light) propagates is long, the amount of light out of the optical path out of the blue light (diverged light) that does not contribute to the display of the projected image increases. , Light utilization efficiency decreases.
なお、青色光(発散光)の光利用効率を増大するためには、拡散板の発散角を小さくするとともに、拡散板を青色光路上の光変調素子に近い所に配置することが望ましい。しかし、拡散板の発散角を小さくすると、スペックノイズの低減効果が小さくなる。一方、スペックノイズの低減効果を大きくするためには、拡散板の発散角を大きくすることが望ましい。しかし、拡散板の発散角を大きくすると、投写画像の表示に寄与しない光の量が増大し、光利用効率が低下する。 In order to increase the light utilization efficiency of blue light (diverging light), it is desirable to reduce the divergence angle of the diffusion plate and to dispose the diffusion plate near the light modulation element on the blue light path. However, if the divergence angle of the diffusion plate is reduced, the effect of reducing the spec noise is reduced. On the other hand, in order to increase the spec noise reduction effect, it is desirable to increase the divergence angle of the diffusion plate. However, when the divergence angle of the diffusion plate is increased, the amount of light that does not contribute to the display of the projected image increases, and the light utilization efficiency decreases.
本発明の目的は、上記問題を解決することができる、照明装置およびプロジェクタを提供することにある。 The objective of this invention is providing the illuminating device and projector which can solve the said problem.
上記目的を達成するため、本発明の照明装置は、複数の光変調素子をそれぞれ照明する複数の色光を含む混色光を射出する光源部と、前記光源部の射出光を前記複数の色光に分離し、各色光を互いに異なる光路にて各光変調素子に照射する照明光学系と、を有する。前記複数の色光の一つはレーザー光であり、前記照明光学系は、前記レーザー光を用いて形成された光学像を前記光変調素子上に結像させるリレー光学系と、前記リレー光学系の瞳位置に配置された、少なくとも一つの第1の拡散板と、を有する。 In order to achieve the above object, an illumination device according to the present invention separates a light source unit that emits mixed color light including a plurality of color lights that respectively illuminate a plurality of light modulation elements, and a light emitted from the light source unit into the plurality of color lights And an illumination optical system that irradiates each light modulation element with each color light through different optical paths. One of the plurality of color lights is laser light, and the illumination optical system includes a relay optical system that forms an optical image formed using the laser light on the light modulation element, and the relay optical system. And at least one first diffuser plate disposed at the pupil position.
本発明のプロジェクタは、上記の照明装置と、前記照明装置が射出した複数の色光をそれぞれ変調して画像光を形成する複数の光変調素子と、前記複数の光変調素子が形成した前記複数の画像を重ねて投写する投写光学系と、を有する。 The projector of the present invention includes the above-described illumination device, a plurality of light modulation elements that respectively modulate a plurality of color lights emitted from the illumination device to form image light, and the plurality of light modulation elements formed by the plurality of light modulation elements A projection optical system for projecting images in a superimposed manner.
本発明によれば、光利用効率を増大することができ、かつ、スペックノイズを低減できる。 According to the present invention, light utilization efficiency can be increased and spec noise can be reduced.
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態による照明装置の構成を示すブロック図である。
図1を参照すると、本実施形態の照明装置は、光源部10と、照明光学系11とを有する。光源部10は、複数の光変調素子をそれぞれ照明する複数の色光を含む混色光を射出する。照明光学系11は、光源部10の射出光を複数の色光に分離し、各色光を互いに異なる光路にて各光変調素子に照射する。複数の色光の一つはレーザー光である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a lighting apparatus according to the first embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, the illumination device of the present embodiment includes a
照明光学系11は、レーザー光を用いて形成された光学像(照明像)を光変調素子上に結像させるリレー光学系12と、リレー光学系12内に設けられた、少なくとも一つの第1の拡散板14と、を有する。第1の拡散板14は、例えば、リレー光学系12の瞳位置に配置される。
本実施形態の照明装置によれば、第1の拡散板14は、光源部10よりも光変調素子に近いリレー光学系12内に配置される。この場合、第1の拡散板14から射出した発散光の光路長は、拡散板を光源部10内に設けた場合の発散光の光路長よりも短くなるため、投写画像の表示に寄与しない光の量を低減することができ、光利用効率を増大させることが可能である。
The illumination
According to the illumination device of the present embodiment, the
また、リレー光学系12の瞳位置では、角度成分に応じた光学像(照明像)のフーリエ像が形成される。この瞳位置に第1の拡散板14を配置することで、光学像(照明像)の1点から出射された光を複数の角度から第1の拡散板14に入射させることができるので、角度多重効果によりスペックノイズが平均化されて抑制される。加えて、第1の拡散板14で光を拡散させることでスペックノイズを低減できる。このように、角度多重効果と拡散効果の両方を用いてスペックノイズを低減できるので、スペックノイズ低減効果を増大することができる。また、第1の拡散板14の拡散角を、拡散効果のみでスペックノイズを低減する場合よりも小さくすることができるので、投写画像の表示に寄与しない光の量を低減し、光利用効率を増大させることが可能である。
In addition, a Fourier image of an optical image (illumination image) corresponding to the angle component is formed at the pupil position of the relay
本実施形態の照明装置において、リレー光学系12は、第1乃至第3のリレーレンズを含んでいても良い。この場合、第1のリレーレンズは光源部10側に配置され、第3のリレーレンズは光変調素子側に配置され、第2のリレーレンズは第1および第3のリレーレンズの間に配置され、リレー光学系12の瞳位置が第2のリレーレンズと第3のリレーレンズの間に形成されても良い。
また、光源部10は、レーザー光を射出するレーザー光源と、レーザー光源の直後に設けられた、少なくとも一つの第2の拡散板と、を有していても良い。
In the illumination device of the present embodiment, the relay
In addition, the
上記の場合、光源部10は、第2の拡散板とレーザー光源との間に設けられた第1の集光レンズと、第2の拡散板を挟んで第1の集光レンズと対向する位置に設けられた第2の集光レンズと、を有し、第2の拡散板が、第1のレンズの焦点位置に配置されても良い。また、第2の拡散板の拡散角が第1の拡散板14の拡散角よりも大きくても良い。さらに、光源部10は、蛍光である色光を射出する蛍光体部と、該蛍光体部の射出光とレーザー光源の射出光とを合成して混色光を射出する色合成部と、をさらに有しても良い。さらに、レーザー光源は、青色レーザー光を射出する青色レーザー光源であっても良い。
In the above case, the
また、本実施形態の照明装置は、第1の拡散板14を搖動または回転させる手段を、さらに有しても良い。
本実施形態の照明装置と、該照明装置が射出した複数の色光をそれぞれ変調して画像光を形成する複数の光変調素子と、複数の光変調素子が形成した複数の画像を重ねて投写する投写光学系と、を有する、プロジェクタが提供されても良い。このプロジェクタにおいて、光変調素子は、液晶パネルであっても良い。
Moreover, the illuminating device of this embodiment may further have a means for swinging or rotating the
The lighting apparatus of the present embodiment, a plurality of light modulation elements that respectively modulate a plurality of color lights emitted from the lighting apparatus to form image light, and a plurality of images formed by the plurality of light modulation elements are projected in an overlapping manner. A projector having a projection optical system may be provided. In this projector, the light modulation element may be a liquid crystal panel.
(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態による照明装置の構成を示す模式図である。
図2を参照すると、照明装置は、光源部1及び照明光学系2を有する。光源部1は、黄色光と青色LD光とを混色した白色光を射出する白色光源である。
まず、光源部1の黄色光の光路に関わる構成について説明する。光源部1は、励起光源及び蛍光体部を有する。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a lighting apparatus according to the second embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 2, the illumination device includes a
First, the configuration related to the optical path of yellow light of the
励起光源は、複数の青色LD1aからなる青色LDアレイと、青色LD1aごとに設けられた複数のコリメーターレンズ1bとを有する。各青色LD1aが射出した青色LD光(発散光)はそれぞれ、コリメーターレンズ1bを通過することで、疑似平行光になる。各コリメーターレンズ1bからの疑似平行光が、励起光源の射出光(励起光)である。
励起光源から射出した励起光は、レンズ1c、1d、1eを通過する。レンズ1c、1d、1eは、励起光源からの光束の径を縮小する縮小光学系を構成する。縮小光学系の射出光は、疑似平行光である。励起光の光束径を小さくすることで、縮小光学系よりも後段の光学系を小さくすることが可能である。
The excitation light source includes a blue LD array composed of a plurality of blue LDs 1a and a plurality of collimator lenses 1b provided for each blue LD 1a. The blue LD light (diverged light) emitted from each blue LD 1a passes through the collimator lens 1b and becomes pseudo-parallel light. The quasi-parallel light from each collimator lens 1b is the emission light (excitation light) of the excitation light source.
Excitation light emitted from the excitation light source passes through the lenses 1c, 1d, and 1e. The lenses 1c, 1d, and 1e constitute a reduction optical system that reduces the diameter of the light beam from the excitation light source. The light emitted from the reduction optical system is pseudo-parallel light. By reducing the beam diameter of the excitation light, it is possible to make the optical system subsequent to the reduction optical system smaller.
縮小光学系の射出光は、ダイクロイックミラー1fに入射する。図3に、ダイクロイックミラー1fの透過特性を示す。図3に示すように、ダイクロイックミラー1fは、可視波長域において、青色波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する特性を有する。ダイクロイックミラー1fは、縮小光学系からの励起光(青色)を蛍光体ホイール1iに向けて反射する。
ダイクロイックミラー1fと蛍光体ホイール1iの間には、レンズ1g、1hが配置されている。レンズ1g、1hは、ダイクロイックミラー1fからの反射光である励起光を蛍光体ホイール1i上に集光する。
The light emitted from the reduction optical system enters the dichroic mirror 1f. FIG. 3 shows the transmission characteristics of the dichroic mirror 1f. As shown in FIG. 3, the dichroic mirror 1f has a characteristic of reflecting light in the blue wavelength region and transmitting light in other wavelength regions in the visible wavelength region. The dichroic mirror 1f reflects the excitation light (blue) from the reduction optical system toward the phosphor wheel 1i.
図4に、蛍光体ホイール1iの構成を模式的に示す。図4の分図(a)は正面図、図4の分図(b)は側面図である。
図4を参照すると、蛍光体ホイール1iは、金属盤5aを有する。金属盤5aは、金属の円盤上にアルミニウムなどの反射膜を蒸着した円盤からなる。金属盤5a上に、励起光で励起されて黄色蛍光を放出する蛍光体を含む黄色蛍光体部5bが形成されている。黄色蛍光体部5bは、蛍光体をバインダーなどに含有して均一な膜厚で塗布したものである。
FIG. 4 schematically shows the configuration of the phosphor wheel 1i. 4 is a front view, and FIG. 4B is a side view.
Referring to FIG. 4, the phosphor wheel 1i has a
黄色蛍光体部5bは、青色LD光である励起光を波長変換した黄色光を発光する。黄色蛍光体部5bは、入射した青色光が可能な限り波長変換されるように、蛍光体の濃度および膜厚が調整されている。蛍光体の波長変換効率は、蛍光体の温度に依存し、温度が低いほど波長変換効率が高い。金属盤5aをモーター5cで回転させることで、単位時間当たりの励起光の照射密度を低減する。これにより、蛍光体の温度上昇を抑制し、波長変換効率を確保する。
また、黄色蛍光体部5bの発光面積は、蛍光体を励起する青色光の照射サイズに依存する。後段の光学系での光の取り込み効率を考えると、発光面積が小さい方が有利である。したがって、励起光の照射サイズを小さくし、後段での光学系の光の取り込み効率を確保しようとすると、必然的に、蛍光体への照射密度は高くなってしまう。これらを鑑みて蛍光体への照射密度を低減させるため、上述したように蛍光体を塗布した金属盤5aをモーター5cで回転させている。
The
The light emission area of the
蛍光体ホイール1iから射出した黄色光は、レンズ1h、レンズ1gを順次通過してダイクロイックミラー1fに入射する。蛍光体は全方位に黄色蛍光を放出するため、蛍光体ホイール1iから射出した黄色光は発散光である。この黄色光(発散光)は、レンズ1h、レンズ1gを通過することで、疑似平行光となる。
レンズ1h、レンズ1gを通過した黄色光(疑似平行光)は、ダイクロイックミラー1fを透過する。ダイクロイックミラー1fを透過した黄色光は、レンズ1j、1kを順次通過する。レンズ1j、1kは、光束径を縮小する縮小光学系である。縮小光学系の射出光は、疑似平行光である。励起光の光束径を小さくすることで、縮小光学系よりも後段の光学系を小さくすることが可能である。
The yellow light emitted from the phosphor wheel 1i sequentially passes through the
Yellow light (pseudo parallel light) that has passed through the
次に、光源部1の青色LD光の光路に関わる構成について説明する。光源部1は、青色光源を有する。
青色光源は、複数の青色LD1lからなる青色LDアレイと、青色LD1lごとに設けられた複数のコリメーターレンズ1mとを有する。各青色LD1lが射出した青色LD光(発散光)はそれぞれ、コリメーターレンズ1mを通過することで、疑似平行光になる。各コリメーターレンズ1bからの青色LD光(疑似平行光)は、拡散板1nを介してダイクロイックミラー1fに入射する。拡散板1nは、青色LD光を拡散する。
Next, a configuration related to the optical path of the blue LD light of the
The blue light source has a blue LD array composed of a plurality of
ダイクロイックミラー1fは、拡散板1nからの青色LD光(拡散光)をレンズ1jに向けて反射する。ダイクロイックミラー1fからの反射光である青色LD光は、レンズ1j、1kを順次通過する。レンズ1j、1kは、青色LD光の光束径を縮小する。
光源部1では、青色LD光及び黄色光がダイクロイックミラー1fで合成される。光源部1は、青色LD光と黄色光の混色光を射出する。混色光は、フライアイレンズ2aに入射する。レンズ1j、1kからなる縮小光学系は、後段の照明光学系での光の取り込み効率を確保するために光束径を調整する役割を果たすと同時に、フライアイレンズ2aに対して疑似平行光で照射させる役割を果たす。
The dichroic mirror 1f reflects the blue LD light (diffused light) from the diffusing plate 1n toward the lens 1j. Blue LD light that is reflected light from the dichroic mirror 1f sequentially passes through the lenses 1j and 1k. The lenses 1j and 1k reduce the beam diameter of the blue LD light.
In the
次に、照明光学系2の構成を説明する。照明光学系2は、液晶パネルを均一に照明する。
図5に、液晶パネルを均一に照明する主要な光学系を示す。図5に示すように、フライアイレンズ2a、2b、重畳レンズ2d及びフィールドレンズ2f、2kからなる光学系が、液晶パネル2i、2nを均一に照明する。
Next, the configuration of the illumination
FIG. 5 shows a main optical system that uniformly illuminates the liquid crystal panel. As shown in FIG. 5, an optical system including fly-
フライアイレンズ2a、2bは、互いに対向するように配置されている。フライアイレンズ2a、2bはそれぞれ複数の微小レンズを備え、フライアイレンズ2aの各微小レンズは、フライアイレンズ2bの各微小レンズと対向する。
光源部1の射出光は、フライアイレンズ2aに入射する。フライアイレンズ2aでは、光源部1の射出光が微小レンズの数に対応する複数の光束に分割される。各微小レンズは、液晶パネルの有効表示領域と相似形状をなしており、光源部1からの光束をフライアイレンズ2b近傍に集光させる。フライアイレンズ2bの各微小レンズは、フライアイレンズ2aの対応する微小レンズの像を液晶パネル2i、2n上に形成する。
The fly-
The light emitted from the
重畳レンズ2dとフィールドレンズ2kは、フライアイレンズ2aの各微小レンズからの主光線を液晶パネル2nの中心部に向け、各微小レンズの像を液晶パネル2n上に重ねあわせる。同様に、重畳レンズ2dとフィールドレンズ2fは、フライアイレンズ2aの各微小レンズからの主光線を液晶パネル2iの中心部に向け、各微小レンズの像を液晶パネル2i上に重ねあわせる。
フライアイレンズ2aにて形成される二次光源像の大きさは、フライアイレンズ2bの各微小レンズの開口形状よりも大きい。二次光源像が隣接するレンズからはみ出す場合は、はみ出した部分が液晶パネルの有効面の外側を照射する成分となり、その結果、光利用効率が低下する。
The superimposing
The size of the secondary light source image formed by the fly-
再び、図2を参照する。フライアイレンズ2a、2bの射出光は、偏光変換素子2c及び重畳レンズ2dを介してダイクロイックミラー2eに入射する。偏光変換素子2cは、入射光の偏光方向をP偏光又はS偏光に揃える。
図6に、偏光変換素子2cの構成を示す。図6に示すように、偏光変換素子2cは、S偏光を反射し、P偏光を透過する特性を有する偏光分離膜6aと、1/2波長板6bを有する。偏光変換素子2cでは、フライアイレンズ2bからの白色光(ランダム偏光)が略45°の入射角で偏光分離膜6aに入射する。偏光分離膜6aは、ランダム偏光をP偏光とS偏光の直線偏光に分離する。偏光分離膜6aを透過したP偏光は、1/2波長板6bを通過する。1/2波長板6bは、入射したP偏光の偏光方向を90度回転してS偏光として射出する。一方、偏光分離膜6aで反射されたS偏光は、隣の偏光分離膜6aで再度反射され、偏光を維持したまま射出される。このようにして、偏光方向が単一方向に揃えられる。
Reference is again made to FIG. Light emitted from the fly-
FIG. 6 shows the configuration of the polarization conversion element 2c. As shown in FIG. 6, the polarization conversion element 2c includes a
偏光変換素子2cの射出光である白色光(S偏光)は、重畳レンズ2dを介してダイクロイックミラー2eに入射する。ダイクロイックミラー2eは、可視光のうち、赤色波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する特性を有する。
偏光変換素子2cの出射光のうちの赤色光は、ダイクロイックミラー2eで反射される。ダイクロイックミラー2eの反射光(赤色)は、フィールドレンズ2k、反射ミラー2l及び偏光板2mを介して液晶パネル2nに入射する。
ダイクロイックミラー2eの透過光(緑色及び青色)は、フィールドレンズ2fを介してダイクロイックミラー2gに入射する。ダイクロイックミラー2gは、可視光のうち、緑色波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する特性を有する。
White light (S-polarized light) that is emitted from the polarization conversion element 2c enters the
Of the light emitted from the polarization conversion element 2c, red light is reflected by the
The transmitted light (green and blue) of the
フィールドレンズ2fを通過した緑色光は、ダイクロイックミラー2gで反射される。ダイクロイックミラー2gの反射光(緑色)は、偏光板2hを介して液晶パネル2iに入射する。
フィールドレンズ2fを通過した青色光は、ダイクロイックミラー2gを透過する。ダイクロイックミラー2gの透過光(青色)は、リレーレンズ2p、反射ミラー2q、リレーレンズ2r、拡散板2s、反射ミラー2t、リレーレンズ2u及び偏光板2vを介して液晶パネル2wに入射する。
The green light that has passed through the
The blue light that has passed through the
ダイクロイックミラー2gとリレーレンズ2pとの間で、フライアイレンズ2aの各微小レンズの像を重ねあわせた矩形の均一な照明像が形成される。リレーレンズ2p、反射ミラー2q、リレーレンズ2r、反射ミラー2t、リレーレンズ2uからなるリレー光学系は、ダイクロイックミラー2gとリレーレンズ2pとの間に形成された矩形の均一な照明像の等倍像を液晶パネル2w上に形成する。
リレー光学系は、リレーレンズ2rと反射ミラー2tの間に瞳位置を形成するように構成されている。拡散板2sは、リレー光学系の瞳位置に配置されている。拡散板2sをリレー光学系の瞳位置に配置することで、拡散板2sによる拡散成分の後段での光利用効率の低減率を抑制すると共に、スペックルノイズを効果的に低減させることが可能である。
詳しく説明すると、リレー光学系の瞳位置には、角度成分に応じたフーリエ像が形成される。この瞳位置に拡散板2sを配置すると、効果的に角度多重によるスペックル低減が期待できる。
Between the
The relay optical system is configured to form a pupil position between the relay lens 2r and the
More specifically, a Fourier image corresponding to the angle component is formed at the pupil position of the relay optical system. If the diffusing plate 2s is arranged at this pupil position, speckle reduction by angle multiplexing can be expected effectively.
本実施形態の照明装置においても、拡散板2sは、光源部1よりも液晶パネル2wに近いリレー光学系内に配置されているので、第1の実施形態と同様、拡散板2sから射出した発散光の光路長を短くすることができ、光利用効率を増大させることが可能である。
また、拡散板2sをリレー光学系12の瞳位置に配置したことで、第1の実施形態と同様、角度多重効果と拡散効果の両方を用いてスペックノイズを低減できる。この場合、拡散板2sの発散角を小さくすることが可能であるので、投写画像の表示に寄与しない光の量を低減して光利用効率を増大させることも可能である。
Also in the illuminating device of the present embodiment, the diffusing plate 2s is disposed in the relay optical system closer to the
Further, since the diffusing plate 2s is arranged at the pupil position of the relay
また、本実施形態の照明装置においては、拡散板1nが、複数の青色LD1lからなる青色光源の直後に配置されている。拡散板1nは、スペックルノイズを低減させる役割を果たすと同時に、フライアイレンズ2a、2bの各微小レンズを用いた照明光の均一化(各微小レンズからの光束を液晶パネル上で重ねたときの照明光の均一性)を向上する役割を果たす。拡散板1nの拡散角が大きいほど、照明光の均一性が向上する。
なお、拡散板1nを光源部1内に配置すると、拡散板1nから射出した発散光の光路が長くなるため、光利用効率が低下する可能性がある。本実施形態では、拡散板2sを用いた光利用効率の向上及びスペックルノイズの低減と、拡散板1nを用いた照明光の均一性の向上及びスペックルノイズの低減とを考慮し、拡散板1n、2sの拡散角を適宜に設定する。例えば、拡散板2sを主にスペックルノイズの低減のために用い、拡散板1nを主に照明光の均一性の向上のために用いる場合、拡散板1nの拡散角を拡散板2sの拡散角よりも大きくしても良い。この場合、スペックルノイズの低減効果を維持しつつ、照明光の均一性を高めることが可能である。
Moreover, in the illuminating device of this embodiment, the diffusion plate 1n is arrange | positioned immediately after the blue light source which consists of several blue LD1l. The diffuser plate 1n serves to reduce speckle noise, and at the same time, uniformizes the illumination light using the microlenses of the fly-
If the diffusing plate 1n is disposed in the
本実施形態の照明装置において、拡散板1n、2sの少なくとも一方を搖動又は回転させる手段を設けても良い。拡散板1nまたは拡散板2sを搖動又は回転させることで、拡散板自体が有する周期構造によって生じる強度分布班を低減することができる。なお、フーリエ面に配置した拡散板2sを搖動又は回転させる場合のスペックルノイズ低減効果は、拡散板1nを搖動又は回転させる場合のスペックルノイズ低減効果よりも大きい。よって、拡散板2sに対して、搖動又は回転させる手段を設けることが望ましい。
また、本実施形態の照明装置において、拡散板1nの前後に集光レンズを挿入しても良い。この場合、青色LD1l側の集光レンズの焦点面に拡散板1nを配置すれば、より効果的に拡散効果を得られ、また、拡散板1nを小さくすることができる。
In the illuminating device of this embodiment, a means for swinging or rotating at least one of the diffusion plates 1n and 2s may be provided. By swinging or rotating the diffusion plate 1n or the diffusion plate 2s, it is possible to reduce intensity distribution caused by the periodic structure of the diffusion plate itself. The speckle noise reduction effect when the diffusion plate 2s arranged on the Fourier plane is swung or rotated is larger than the speckle noise reduction effect when the diffusion plate 1n is swung or rotated. Therefore, it is desirable to provide means for swinging or rotating the diffusion plate 2s.
Moreover, in the illuminating device of this embodiment, you may insert a condensing lens before and behind the diffusion plate 1n. In this case, if the diffusion plate 1n is disposed on the focal plane of the condensing lens on the blue LD 1l side, the diffusion effect can be obtained more effectively, and the diffusion plate 1n can be made smaller.
次に、本実施形態の照明装置を備えたプロジェクタ全体の構成について説明する。
図7は、プロジェクタの構成を示す模式図である。
図7を参照すると、プロジェクタは、図2に示した光源部1及び照明光学系2を含む照明装置と、画像形成部と、投写光学系とを有する。照明装置の構成は上述の説明の通りであるので、ここでは、その説明は省略し、画像形成部及び投写光学系について詳細に説明する。
Next, the configuration of the entire projector including the illumination device of the present embodiment will be described.
FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the projector.
Referring to FIG. 7, the projector includes an illumination device including the
画像形成部は、偏光板2h、2j、2m、2o、2v、2x、液晶パネル2i、2n、2w及びクロスダイクロイックプリズム2yを有する。照明光学系2は、緑色光を液晶パネル2iに向けて射出し、赤色光を液晶パネル2nに向けて射出し、青色光を液晶パネル2wに向けて射出する。
液晶パネル2iの入射面側及び射出面側には偏光板2h及び偏光板2jがそれぞれ配置されている。これら偏光板2h、2jを用いて、液晶パネル2iの空間変調に応じた階調特性を得る。同様に、液晶パネル2nの入射面側及び射出面側には偏光板2m及び偏光板2oがそれぞれ配置され、液晶パネル2wの入射面側及び射出面側には偏光板2v及び偏光板2xがそれぞれ配置されている。液晶パネル2iは緑色画像を形成し、液晶パネル2nは赤色画像を形成し、液晶パネル2wは青色画像を形成する。
The image forming unit includes
A
クロスダイクロイックプリズム2yは、第1乃至第3の入射面と射出面を有する。液晶パネル2nは、クロスダイクロイックプリズム2yの第1の入射面と対向して配置されている。液晶パネル2iは、クロスダイクロイックプリズム2yの第2の入射面と対向して配置されている。液晶パネル2wは、クロスダイクロイックプリズム2yの第3の入射面と対向して配置されている。
液晶パネル2nの射出光(赤色)は、偏光板2oを介してクロスダイクロイックプリズム2yの第1の入射面に入射する。液晶パネル2iの射出光(緑色)は、偏光板2jを介してクロスダイクロイックプリズム2yの第2の入射面に入射する。液晶パネル2wの射出光(青色)は、偏光板2xを介してクロスダイクロイックプリズム2yの第3の入射面に入射する。
The cross dichroic prism 2y has first to third entrance surfaces and an exit surface. The
Light emitted from the
クロスダイクロイックプリズム2yでは、第1の入射面から入射した赤色光と、第2の入射面から入射した緑色光と、第3の入射面から入射した青色光とを互いに重ねて射出面から射出する。すなわち、クロスダイクロイックプリズム2yは、液晶パネル2n、2i、2wからの赤色画像光、緑色画像光、青色画像光を同一の光路に合成して射出する。
投写光学系は、クロスダイクロイックプリズム2yの射出面に対向して配置された投写レンズ3aを含む。液晶パネル2n、2i、2wから射出された赤色画像光、緑色画像光、青色画像光は、同一光路で投写レンズ3aに入射する。投写レンズ3aは、液晶パネル2n、2i、2wそれぞれで形成された画像を拡大投写する。
In the cross dichroic prism 2y, the red light incident from the first incident surface, the green light incident from the second incident surface, and the blue light incident from the third incident surface overlap each other and exit from the exit surface. . That is, the cross dichroic prism 2y combines the red image light, the green image light, and the blue image light from the
The projection optical system includes a projection lens 3a disposed to face the exit surface of the cross dichroic prism 2y. Red image light, green image light, and blue image light emitted from the
クロスダイクロイックプリズム2yは、互い直交する第1及び第2のダイクロイック膜を有しても良い。この場合、第1のダイクロイック膜は、可視波長域のうち、赤色の波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する特性を有し、第2のダイクロイック膜は、可視波長域のうち、青色の波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する特性を有する。第1の入射面から入射した赤色光は、第1のダイクロイック膜で反射されて射出面から投写レンズ3aの方向に射出される。第3の入射面から入射した青色光は、第2のダイクロイック膜で反射されて射出面から投写レンズ3aの方向に射出される。第2の入射面から入射した緑色光は、第1及び第2のダイクロイック膜を透過して射出面から投写レンズ3aの方向に射出される。 The cross dichroic prism 2y may have first and second dichroic films orthogonal to each other. In this case, the first dichroic film has a characteristic of reflecting the light in the red wavelength region in the visible wavelength region and transmitting the light in the other wavelength region, and the second dichroic film has the visible wavelength. Among the bands, it has a characteristic of reflecting light in a blue wavelength range and transmitting light in other wavelength ranges. The red light incident from the first incident surface is reflected by the first dichroic film and emitted from the emission surface toward the projection lens 3a. The blue light incident from the third incident surface is reflected by the second dichroic film and emitted from the emission surface toward the projection lens 3a. The green light incident from the second incident surface passes through the first and second dichroic films and is emitted from the emission surface toward the projection lens 3a.
また、クロスダイクロイックプリズム2yの2の入射面に、1/2波長板が設けられても良い。この場合、第1のダイクロイック膜は、S偏光に対して、可視波長域のうち、赤色の波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過し、P偏光に対して、可視波長域の光を透過する特性を有する。第2のダイクロイック膜は、S偏光に対して、可視波長域のうち、青色の波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過し、P偏光に対して、可視波長域の光を透過する特性を有する。第1の入射面から入射したS偏光の赤色光は、第1のダイクロイック膜で反射されて射出面から投写レンズ3aの方向に射出される。第3の入射面から入射したS偏光の青色光は、第2のダイクロイック膜で反射されて射出面から投写レンズ3aの方向に射出される。S偏光の緑色光は、1/2波長板を通過することでP偏光の緑色光に変換される。第2の入射面から入射したP偏光の緑色光は、第1及び第2のダイクロイック膜を透過して射出面から投写レンズ3aの方向に射出される。このように、偏光方向に応じた色合成を行うことで、クロスダイクロイックプリズム2yでの3色合成時に有効に利用できる波長帯域を広く設定することができる。 A half-wave plate may be provided on the two incident surfaces of the cross dichroic prism 2y. In this case, the first dichroic film reflects light in the red wavelength region out of the visible wavelength region with respect to S-polarized light, transmits light in other wavelength regions, and is visible with respect to P-polarized light. It has the characteristic of transmitting light in the wavelength range. The second dichroic film reflects light in the blue wavelength region of the visible wavelength range with respect to S-polarized light, transmits light in other wavelength regions, and transmits light in the visible wavelength region with respect to P-polarized light. It has the property of transmitting light. The S-polarized red light incident from the first incident surface is reflected by the first dichroic film and emitted from the emission surface toward the projection lens 3a. The S-polarized blue light incident from the third incident surface is reflected by the second dichroic film and emitted from the emission surface toward the projection lens 3a. S-polarized green light is converted to P-polarized green light by passing through the half-wave plate. The P-polarized green light incident from the second incident surface passes through the first and second dichroic films and is emitted from the emission surface toward the projection lens 3a. In this way, by performing color synthesis in accordance with the polarization direction, it is possible to set a wide wavelength band that can be effectively used during the synthesis of three colors by the cross dichroic prism 2y.
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上述したような実施形態に限定されものではない。本発明の構成や詳細については、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更が可能である。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
10 光源部
11 照明光学系
12 リレー光学系
14 第1の拡散板
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記光源部の射出光を前記複数の色光に分離し、各色光を互いに異なる光路にて各光変調素子に照射する照明光学系と、を有し、
前記複数の色光の一つはレーザー光であり、
前記照明光学系は、
前記レーザー光を用いて形成された光学像を前記光変調素子上に結像させるリレー光学系と、
前記リレー光学系の瞳位置に配置された、少なくとも一つの第1の拡散板と、を有する、照明装置。 A light source unit that emits mixed color light including a plurality of color lights that respectively illuminate a plurality of light modulation elements;
An illumination optical system that divides the light emitted from the light source unit into the plurality of color lights and irradiates each light modulation element with each color light through a different optical path;
One of the plurality of color lights is a laser beam,
The illumination optical system includes:
A relay optical system that forms an optical image formed using the laser beam on the light modulation element;
An illumination device comprising: at least one first diffuser plate disposed at a pupil position of the relay optical system.
前記第1のリレーレンズは前記光源部側に配置され、前記第3のリレーレンズは前記光変調素子側に配置され、前記第2のリレーレンズは前記第1および第3のリレーレンズの間に配置され、前記リレー光学系の瞳位置が前記第2のリレーレンズと前記第3のリレーレンズの間に形成されている、請求項1に記載の照明装置。 The relay optical system includes first to third relay lenses,
The first relay lens is disposed on the light source unit side, the third relay lens is disposed on the light modulation element side, and the second relay lens is disposed between the first and third relay lenses. The illumination device according to claim 1, wherein the illumination optical device is disposed and a pupil position of the relay optical system is formed between the second relay lens and the third relay lens.
前記レーザー光を射出するレーザー光源と、
前記レーザー光源の直後に設けられた、少なくとも一つの第2の拡散板と、を有する、請求項1または2に記載の照明装置。 The light source unit is
A laser light source for emitting the laser light;
The lighting device according to claim 1, further comprising at least one second diffusion plate provided immediately after the laser light source.
前記第2の拡散板と前記レーザー光源との間に設けられた第1の集光レンズと、
前記第2の拡散板を挟んで前記第1の集光レンズと対向する位置に設けられた第2の集光レンズと、を有し、
前記第2の拡散板は、前記第1のレンズの焦点位置に配置されている、請求項3に記載の照明装置。 The light source unit is
A first condenser lens provided between the second diffusion plate and the laser light source;
A second condenser lens provided at a position facing the first condenser lens across the second diffusion plate,
The lighting device according to claim 3, wherein the second diffusion plate is disposed at a focal position of the first lens.
前記照明装置が射出した複数の色光をそれぞれ変調して画像光を形成する複数の光変調素子と、
前記複数の光変調素子が形成した前記複数の画像を重ねて投写する投写光学系と、を有する、プロジェクタ。 The illumination device according to any one of claims 1 to 8,
A plurality of light modulation elements that respectively modulate the plurality of color lights emitted by the illumination device to form image light;
A projection optical system that projects the plurality of images formed by the plurality of light modulation elements in an overlapping manner.
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