JP2019159287A - 照明光学系ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
〔実施形態1〕
図1は、実施形態1に係る照明光学系ユニットを備える画像表示装置の構成例を示す図である。図2は、実施形態1に係る照明光学系ユニットの構成例を示す図である。図3は、図1中のIII部を拡大して示す画像表示装置の画像表示素子の要部を示す図である。図4は、図2に示された照明光学系ユニットの蛍光ホイールの正面図である。図5は、図2に示された照明光学系ユニットのカラーホイールの正面図である。
実施形態1では、光源10は、光100である第1の光束101を出射するLD(Laser Diode)又はLED(Light Emitting Diode)などの固体光源11を複数備える。実施形態1では、光源10は、X1方向に対応するX2方向と、X2方向に交差(実施形態1では、直交)しかつY1方向に対応するY2方向とに沿って、間隔をあけて複数の固体光源11を並べている。即ち、実施形態1では、光源10は、固体光源11を2次元アレイ状に配置している。なお、実施形態1では、光源10は、固体光源11を2次元アレイ状に配置しているが、本発明では、白色光を生成する高圧水銀ランプなどの種々の光源でも良い。
光源光学系20は、光源10からの光100を光ミキシング素子30へ導くものである。光源光学系20は、複数の光学素子21と、蛍光ホイール22と、波長変換部材23とを備える。実施形態1では、光源光学系20は、光源10が出射した第1の光束101を光学素子21である両凸レンズ211と両凹レンズ212とに順に透過させて平行光に形成して、光学素子21である偏光分離素子(以下、偏光ビームスプリッタ(Polarizing Beam Splitter:PBS)と呼ぶ)213に照射する。
図6(a)は、図2に示された照明光学系ユニットの光ミキシング素子を示す斜視図である。図6(b)は、図6(a)中のVIb−VIb線に沿う断面図である。図7は、図6に示された光ミキシング素子の入射端面における第1の光束の光源像を示す平面図である。図8は、図6に示された光ミキシング素子の入射端面における第2の光束の光源像を示す平面図である。図9は、図7に示された光源像の光の強度分布を示す図である。図10は、図7に示された光源像の光の強度分布を示す図である。図11は、図6に示された光ミキシング素子の入射端面における第1の光束及び第2の光束の光源像を示す平面図である。
SA<SB・・・式1
A<B・・・式2 およびL0<A・・・式3
L1>L2・・・式4
図14は、図2に示された照明光学系ユニットの照明光学系の構成例を示す図である。図15は、図2に示された照明光学系ユニットの光ミキシング素子の出射端面から出射される光の角度強度分布を示す図である。照明光学系40は、光ミキシング素子30の出射端面32から出射した光100を画像表示素子201に導くものである。照明光学系40は、光ミキシング素子30の出射端面32から出射された光100を画像表示素子201に照明するものでもある。
θ≧12度・・・式5
θ2out/θ<5.5・・・式6
図17は、実施形態2に係る照明光学系ユニットの構成例を示す図である。本明細書は、実施形態2において、図17の実施形態1と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
図18は、実施形態3に係る照明光学系ユニットの構成例を示す図である。本明細書は、実施形態3において、図18の実施形態1と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
図19は、実施形態4に係る照明光学系ユニットの構成例を示す図である。本明細書は、実施形態4において、図19の実施形態3と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
図20は、実施形態5に係る画像表示装置の構成例を示す図である。本明細書は、実施形態5において、実施形態1から実施形態4と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
10 光源
11 固体光源
12 発光領域
20,20−2,20−3,20−4 光源光学系
23 波長変換部材
24 光路合成手段
30 光ミキシング素子
31 入射端面
32 出射端面
33 反射面
33−1,33−2 交線
34 平面(第1の平面)
100 光
100A 光源像
101 第1の光束
101A 光源像
102 第2の光束
102A 光源像
200 画像表示装置
201 画像表示素子
201A 光軸(軸)
202 微小ミラー
202A 光軸(軸)
213 偏光ビームスプリッタ(偏光分離素子)
213−2 偏光ビームスプリッタ(偏光分離素子)
216 レンズ(光学素子)
217 ダイクロイックミラー(波長分離素子)
217−4 ダイクロイックミラー(波長分離素子)
300 投影面
A 距離
B 距離
L0 大きさ
L1 大きさ
L2 大きさ
SA 面積
SB 面積
YA1 点
YA2 点
θ 傾斜角度
θ2out 出射全角
Claims (10)
- 画像表示装置の画像表示素子を照明する照明光学系ユニットであって、
光源と、
前記光源からの光を、入射端面から入射した光の均一性を高めた光を出射端面から出射する光ミキシング素子へ導く光源光学系と、
前記光ミキシング素子の前記出射端面から出射した光を前記画像表示素子へ導く照明光学系と、を有し、
前記光ミキシング素子は、互いに向かい合う反射面を有し、
前記向かい合う反射面は、前記光ミキシング素子の前記入射端面および前記出射端面と交わる平面を第1の平面としたとき、前記第1の平面と該向かい合う反射面とのそれぞれの交線同士の入射端面側の距離をA、出射端面側の距離をBと距離としたとき、A<Bを満足する反射面であり、
前記光源からの光の光源像の大きさをL0とすると、以下の条件式を満足することを特徴とする照明光学系ユニット。
L0<A
ただし、光源像の大きさL0は、前記第1の平面において光の強度分布を1で規格化したとき、規格化強度が1/2になる2点間を結んだ距離とする。 - 請求項1に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記光ミキシング素子の入射端面の面積をSA、前記光ミキシング素子の出射端面の面積をSBとしたとき、以下の条件式を満足することを特徴とする照明光学系ユニット。
SA<SB - 請求項1又は請求項2に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記光ミキシング素子の入射端面と出射端面とは、平面形状が等しいことを特徴とする照明光学系ユニット。 - 請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記光ミキシング素子の入射端面のアスペクト比は、前記画像表示素子のアスペクト比よりも前記光源の発光領域のアスペクト比に近く、前記光ミキシング素子の出射端面のアスペクト比は、前記光源の発光領域のアスペクト比よりも前記画像表示素子のアスペクト比に近いことを特徴とする照明光学系ユニット。 - 請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記光源光学系は、
前記光源から出射された第1の波長を持つ第1の光束の少なくとも一部を、第2の波長を持つ第2の光束に変換する波長変換部材と、
前記第1の光束の光路と前記第2の光束の光路とを合成する光路合成手段と、
前記光路合成手段により合成された前記第1の光束および前記第2の光束を前記光ミキシング素子の前記入射端面に導く光学素子と、を有することを特徴とする照明光学系ユニット。 - 請求項5に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記光ミキシング素子の、前記入射端面および前記出射端面と交わる第1の平面での断面において、前記第1の光束の光源像の大きさをL1、前記第2の光束の光源像の大きさをL2としたとき、以下の条件式を満足することを特徴とする照明光学系ユニット。
L1>L2 - 請求項1から請求項6のうちいずれか一項に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記画像表示素子は、二次元的に配列した複数の微小ミラーを有し、前記微小ミラーが傾くことでON状態とOFF状態を作り出し、前記ON状態の光が投影面に導かれ、画像の表示を可能とし、前記ON状態の微小ミラーの傾斜角度をθとし、前記出射端面から出射される前記光の出射全角をθ2outとしたとき、以下の条件式を満足することを特徴とする照明光学系ユニット。
θ≧12度
θ2out/θ<5.5
ただし、傾斜角度θは、前記画像表示素子の鉛直方向の軸に対する各微小ミラーの鉛直方向の軸の角度とし、
出射全角θ2outは、前記出射端面から出射される前記光の角度強度分布を1で規格化したとき、規格化強度が1/e2になるときの出射全角とする。 - 請求項1から請求項7のうちいずれか一項に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記光源から出射された第1の波長を持つ第1の光束は、偏光分離素子を透過または反射した後、波長変換部材に照射されて、第2の波長を持つ第2の光束を生成し、
前記第2の光束は、前記偏光分離素子を反射または透過した後、前記光源光学系を構成する光学素子により前記光ミキシング素子の前記入射端面に集光することを特徴とする照明光学系ユニット。 - 請求項1から請求項8のうちいずれか一項に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記光源から出射された第1の波長を持つ第1の光束は、波長分離素子を透過または反射した後、波長変換部材に照射されて、第2の波長を持つ第2の光束を生成し、
前記第2の光束は、前記波長分離素子を反射または透過した後、前記光源光学系を構成する光学素子により前記光ミキシング素子の入射端面に集光することを特徴とする照明光学系ユニット。 - 請求項1から請求項9のうちいずれか一項に記載の照明光学系ユニットにおいて、
前記光源は、固体光源を備えることを特徴とする照明光学系ユニット。
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