JP2019211562A - Lighting unit and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明装置及びプロジェクターに関する。 The present invention relates to a lighting device and a projector.
一般に、高輝度な光源から射出された光を偏光分離膜や反射膜などによって複数の色(波長)かつ所定の偏光方向の光に分離し、それぞれの光を透過型液晶パネルに照射するプロジェクターが知られている。このようなプロジェクターに用いる光源としては、従来、放電型の光源が多く用いられていたが、近年では、LEDや半導体レーザーなどの固体光源が用いられることが多くなっている。 In general, a projector that divides light emitted from a high-brightness light source into light of a plurality of colors (wavelengths) and predetermined polarization directions by a polarization separation film or a reflection film, and irradiates each light to a transmissive liquid crystal panel Are known. As a light source used in such a projector, a discharge type light source has been conventionally used, but in recent years, a solid light source such as an LED or a semiconductor laser is often used.
LEDや半導体レーザーでは、光源の小型化、発光面の形状及び製造上の問題によって、光軸に直交する面内の照射領域が縦横比の異なる楕円形状や長方形状になることが多い。例えば、特許文献1には、光源から発せられた楕円形状・矩形形状を有する光の長手方向に対し、偏光変換素子に使用されているガラスの長軸方向を揃えて配置することが記載されている。 In LEDs and semiconductor lasers, the irradiation area in the plane perpendicular to the optical axis often becomes an elliptical shape or a rectangular shape with different aspect ratios due to the downsizing of the light source, the shape of the light emitting surface, and manufacturing problems. For example, Patent Document 1 describes that the major axis direction of glass used in a polarization conversion element is aligned with the longitudinal direction of light having an elliptical shape or a rectangular shape emitted from a light source. Yes.
上述のように、楕円形状や矩形形状の照射領域の光を発する光源を偏光変換が必要な液晶プロジェクターなどに利用した場合、液晶プロジェクター内の偏光変換素子によって光源のサイズが制限され、光出力が低下するという問題があった。特許文献1に記載の光源装置では光源及び光源から発せられる光の照射領域のサイズの自由度が拡がるものの、光源から発せられた光の利用効率の向上と照明装置の小型化が望まれていた。 As described above, when a light source that emits light in an elliptical or rectangular irradiation area is used in a liquid crystal projector that requires polarization conversion, the size of the light source is limited by the polarization conversion element in the liquid crystal projector, and the light output is reduced. There was a problem of lowering. In the light source device described in Patent Document 1, although the degree of freedom of the size of the light source and the irradiation area of the light emitted from the light source is expanded, improvement in the utilization efficiency of the light emitted from the light source and the miniaturization of the lighting device have been desired. .
本発明は、上述の事情を勘案したものであって、光源から発せられる光の利用効率を向上させ、かつ小型化を実現可能とする照明装置及びプロジェクターを提供する。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and provides an illumination device and a projector that improve the utilization efficiency of light emitted from a light source and can realize downsizing.
本発明の第1態様に従えば、発光面が長手方向を有する発光素子と、長手方向を有する複数の偏光プリズムを有する偏光変換素子と、前記発光素子と前記偏光変換素子との間に設けられ、かつ複数の矩形状のレンズを有するレンズアレイと、前記発光素子から発せられて前記偏光変換素子を通過した光を変調する光変調素子と、を備え、前記レンズの外形に沿う方向と前記発光素子の発光面の長手方向とは互いに交差しており、前記レンズの外形に沿う方向と前記偏光変換素子の偏光プリズムの長手方向とは互いに交差していることを特徴とする照明装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, the light emitting surface is provided between the light emitting element having a longitudinal direction, the polarization converting element having a plurality of polarizing prisms having the longitudinal direction, and the light emitting element and the polarization converting element. And a lens array having a plurality of rectangular lenses, and a light modulation element that modulates light emitted from the light emitting element and passed through the polarization conversion element, the direction along the outer shape of the lens and the light emission There is provided an illuminating device characterized in that the longitudinal direction of the light emitting surface of the element intersects with each other, and the direction along the outer shape of the lens intersects with the longitudinal direction of the polarizing prism of the polarization conversion element. The
上述の第1態様に係る照明装置によれば、発光面が長手方向を有する固体光源に対して、発光面の長手方向と偏光プリズムの長手方向を揃えることで、偏光変換素子での光損失が減少する。また、偏光変換素子上にできる照射領域(すなわち、光源像)が直線状に並ぶため、偏光変換素子における光線透過率が良好となる。これらのことによって、光源から発せられた光の利用効率が向上するとともに、小型化が図られる。 According to the illumination device according to the first aspect described above, by aligning the longitudinal direction of the light emitting surface and the longitudinal direction of the polarizing prism with respect to the solid-state light source having the light emitting surface having the longitudinal direction, light loss in the polarization conversion element is reduced. Decrease. Further, since the irradiation areas (that is, light source images) formed on the polarization conversion element are arranged in a straight line, the light transmittance in the polarization conversion element is improved. As a result, the utilization efficiency of the light emitted from the light source is improved and the size can be reduced.
第1態様に係る照明装置において、複数の前記レンズは互いに同じ向きの長手方向を有し、前記発光面の長手方向は前記レンズの長手方向に対し、前記レンズの長手方向に直交する方向の前記レンズの幅に対する前記レンズの長手方向に平行する方向の前記レンズの幅の割合に相当する傾きを有してもよい。 In the illumination device according to the first aspect, the plurality of lenses have longitudinal directions in the same direction, and the longitudinal direction of the light emitting surface is in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the lenses with respect to the longitudinal direction of the lenses. You may have the inclination equivalent to the ratio of the width of the said lens of the direction parallel to the longitudinal direction of the said lens with respect to the width of a lens.
また、第1態様に係る照明装置では、複数の前記レンズは互いに同じ向きの長手方向を有し、前記発光素子から発せられた光の進行方向に直交する面内において、前記レンズの長手方向に直交する方向に沿って複数の前記レンズが並ぶ列には前記レンズの長手方向に平行に隣接する列に対して所定の段差が設けられ、前記発光面の長手方向は前記レンズの長手方向に対して所定の角度を有して傾斜しており、前記所定の段差は前記所定の角度と前記レンズの長手方向の幅との積で表されてもよい。 Further, in the illumination device according to the first aspect, the plurality of lenses have longitudinal directions in the same direction, and are arranged in the longitudinal direction of the lenses in a plane orthogonal to the traveling direction of the light emitted from the light emitting element. A row in which the plurality of lenses are arranged along a direction orthogonal to each other is provided with a predetermined step with respect to a row adjacent in parallel to the longitudinal direction of the lens, and the longitudinal direction of the light emitting surface is in the longitudinal direction of the lens. The predetermined step may be represented by a product of the predetermined angle and a longitudinal width of the lens.
また、第1態様に係る照明装置では、複数の前記レンズは互いに同じ向きの長手方向を有し、前記発光素子から発せられた光の進行方向に直交する面内において、前記発光面の長手方向は前記レンズの長手方向に直交する方向において前記レンズの長手方向に対して所定の角度を有して傾斜し、かつ所定の偏心量をもってずれており、前記所定の偏心量は前記所定の角度と前記レンズの長手方向の幅との積で表されてもよい。 In the illumination device according to the first aspect, the plurality of lenses have longitudinal directions in the same direction, and the longitudinal direction of the light emitting surface is within a plane orthogonal to the traveling direction of the light emitted from the light emitting element. Is inclined at a predetermined angle with respect to the longitudinal direction of the lens in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the lens, and is deviated with a predetermined amount of eccentricity, and the predetermined amount of eccentricity is equal to the predetermined angle. It may be represented by the product of the width in the longitudinal direction of the lens.
上述の第1態様に係る光学素子によれば、上述のように偏光変換素子での光損失が減少する。また、偏光変換素子上にできる照射領域および光源像が直線状に並ぶため、偏光変換素子における光線透過率が良好となる。これらのことによって、発光素子から発せられた光の利用効率が向上するとともに、照明装置の小型化が図られる。 According to the optical element according to the first aspect described above, the optical loss in the polarization conversion element is reduced as described above. In addition, since the irradiation area and the light source image formed on the polarization conversion element are arranged in a straight line, the light transmittance in the polarization conversion element is improved. Accordingly, the utilization efficiency of light emitted from the light emitting element is improved, and the lighting device can be downsized.
また、本発明の第1態様に従えば、上述の照明装置を備え、前記光変調素子は、前記発光素子から発せられた光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成し、前記画像光を投写する投写光学系をさらに備えるプロジェクターが提供される。 According to the first aspect of the present invention, the illumination device includes the above-described illumination device, and the light modulation element forms image light by modulating light emitted from the light emitting element according to image information, A projector further provided with a projection optical system for projecting image light is provided.
上述の第1態様に係るプロジェクターによれば、偏光変換素子での光損失を抑制した照明装置を備えることによって、高輝度化および小型化が図られる。 According to the projector according to the first aspect described above, it is possible to increase the brightness and reduce the size by providing the illumination device that suppresses the light loss in the polarization conversion element.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
(第1実施形態)
はじめに、本発明の第1実施形態に係る光学素子及びプロジェクターの一例について説明する。図1は、第1実施形態に係るプロジェクター1の構成を示す概略図である。
(First embodiment)
First, an example of an optical element and a projector according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a projector 1 according to the first embodiment.
図1に示すように、第1実施形態のプロジェクター1は、不図示のスクリーン上にカラー映像を表示する投写型画像表示装置である。プロジェクター1は、第1実施形態の照明装置14Aと、合成光学装置5と、投写光学系6とを備える。照明装置14Aは、c11Aと、色分離光学系3と、光変調装置(光変調素子)4R,4G,4Bとを備える。
As shown in FIG. 1, the projector 1 according to the first embodiment is a projection-type image display device that displays a color image on a screen (not shown). The projector 1 includes the illumination device 14 </ b> A according to the first embodiment, the combining
照明光生成光学系11Aからは、少なくとも赤色光LR、緑色光LG、青色光LBの三原色の光を含む照明光WLが射出される。本実施形態では、照明光WLは白色光である。なお、本明細書において、赤色光LRとは590nm以上700nm以下のピーク波長を有する可視青色光を示し、緑色光LGとは500nm以上590nm以下のピーク波長を有する可視緑色光を示し、青色光LBとは400nm以上500nm以下のピーク波長を有する可視青色光を示す。
The illumination light WL including at least the three primary colors of red light LR, green light LG, and blue light LB is emitted from the illumination light generation
図2は、照明光生成光学系11Aの構成を示す概略図である。図2に示すように、照明光生成光学系11Aは、発光素子20と、ピックアップレンズ21と、インテグレーター光学系31と、偏光変換素子33と、位相差板35と、重畳レンズ43とを備える。発光素子20及びピックアップレンズ21は、光源光学系41Aを構成する。インテグレーター光学系31と、偏光変換素子33及び位相差板35は、光源光学系41Aから射出された光を分割してそれぞれの偏光方向を所望の方向に変換し、偏光変換後の複数の光を重畳する重畳光学系42を構成する。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of the illumination light generation
本実施形態の発光素子20は、1つの発光素子20Aで構成され、発光素子20Aは赤色光LR、緑色光LG、青色光LBの三原色の光を含む白色光LWを発する。発光素子20Aは、例えば白色LEDである。図3は、発光素子20Aの模式図である。図3に示すように、発光素子20Aは、長手方向D1を有する発光面20eを備える。前述の発光面20eを有する発光素子20Aから発せられた白色光(発光素子から発せられた光)LWは、光軸Xに直交する面(発光素子から発せられた光の進行方向に直交する面)において長手方向D1を有する照射領域を形成する。白色光LWは、ピックアップレンズ21の両凸レンズ21a,21bによってコリメートされ、平行光線となる。平行光線になった光は、インテグレーター光学系31に入射する。
The
インテグレーター光学系31は、第1のレンズアレイ31a及び第2のレンズアレイ(レンズアレイ)31bから構成されている。図4は、第1のレンズアレイ31a及び第2のレンズアレイ31bの斜視図である。図4に示すように、第1のレンズアレイ31a及び第2のレンズアレイ31bは、それぞれ複数のマイクロレンズ(レンズ)Mが平行光線の光軸Xに直交する面内でアレイ状に配列されたものからなる。複数のマイクロレンズMは互いに同じ向きの長手方向DMを有する。
The integrator
図5に示すように、マイクロレンズMは矩形状に形成され、縦幅(レンズの長手方向に直交する方向のレンズの幅)A及び横幅(レンズの長手方向に平行する方向のレンズの幅)Bを有する。本実施形態では、発光素子20Aの発光面20eの長手方向D1がマイクロレンズMの長手方向DMに対して(−A/B)の傾きを持つように、発光素子20が配置されている。すなわち、マイクロレンズMの短辺に沿う方向(レンズの外形に沿う方向)DA及び長辺に沿う方向(レンズの外形に沿う方向)DBと発光面20eの長手方向D1とは、互いに直交している。
As shown in FIG. 5, the microlens M is formed in a rectangular shape, and has a vertical width (a lens width in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the lens) A and a lateral width (a lens width in a direction parallel to the longitudinal direction of the lens). B. In the present embodiment, the
インテグレーター光学系31に入射した白色光LWは、第1のレンズアレイ31aによってマイクロレンズMの配置と個数に合わせて、複数のスポットアレイに分割される。第1のレンズアレイ31aから射出された複数のスポットアレイ状の白色光LWは、第2のレンズアレイ31bに照射される。図5は、第2のレンズアレイ31bに照射される白色光WLの照射領域を示す模式図である。前述のように、発光面20eの長手方向D1がマイクロレンズMの長手方向DMに対して(−A/B)の傾きを持つように発光素子20Aが配置されているので、図5に示すように、複数のスポットアレイ状の白色光LWの照射領域(すなわち、発光素子20Aの光源像)はマイクロレンズMの長手方向DMに対して(−A/B)の傾きを持つように形成される。すなわち、スポットアレイ状の白色光LWの照射領域は、長手方向がマイクロレンズMの対角線上に重なるように形成される。このような構成では、長手方向を有するスポットアレイ状の白色光LWが、マイクロレンズMによって欠損することなく、かつマイクロレンズMの面積を最大限活かして、第2のレンズアレイ31bに入射する。第2のレンズアレイ31bに入射したスポットアレイ状の白色光LWは、第2のレンズアレイ31bによってコリメートされ、偏光変換素子32に照射される。
The white light LW incident on the integrator
図6は、本実施形態の偏光変換素子33Aの斜視図および偏光変換素子33Aに照射されるスポット状の白色光LWの照射領域を示す図である。図6に示すように、偏光変換素子32は、長手方向DPを有する複数の偏光プリズムPPと複数の遮光部Nとを有する。偏光プリズムPPと遮光部Nとは、互いに平行し、上下方向において交互に配置されている。偏光変換素子33Aは、偏光プリズムPPの長手方向DPが第1のレンズアレイ31a及び第2のレンズアレイ31bのマイクロレンズMの長手方向DMに対して(−A/B)の傾きを持つように、配置されている。すなわち、発光素子20Aから発せられた白色光LWが第2のレンズアレイ31bを通過することで形成される複数の光源像のうち少なくとも2つ以上の光源像は長手方向DPに沿う仮想線上かつ直線状に並んでおり、全ての光源像が前記仮想線上かつ直線状に並ぶことが好ましい。また、マイクロレンズMの短辺に沿う方向DA及び長辺に沿う方向DBと偏光プリズムPPの長手方向DPとは、互いに交差している。偏光変換素子33Aから射出されたスポットアレイ状の白色光LWは、P偏光またはS偏光に揃えられる。
FIG. 6 is a perspective view of the
位相差板35は、偏光変換素子33Aから射出された白色光LWに対して所定の位相差を付与する。第1実施形態では、所定の位相差は、白色光LWに含まれる各色に対応する半波長分、すなわちπである。位相差板35の速軸は、偏光プリズムPPの長手方向DPに対して(π/4)+arccos(A/2B)[rad.]の角度をなすように配置されている。位相差板35を通ったスポット状の白色光LWは、P偏光またはS偏光のうち偏光変換素子33Aから射出された直後とは異なる偏光に揃えられる。
The
位相差板35から射出された白色光LWは、重畳レンズ43に入射する。重畳レンズ43はインテグレーター光学系31と協同し、被照明領域における白色光LWの照度分布を均一化する。重畳レンズ43から射出された白色光LWは、赤色光LR、緑色光LG、青色光LBの三原色の光を含む照明光WLとして、図1に示す色分離光学系3に入射する。このようにして、照明光生成光学系11Aは照明光WLを射出する。
White light LW emitted from the
図1に示すように、色分離光学系3は、照明光WLを赤色光LRと、緑色光LGと、青色光LBとに分離する。色分離光学系3は、第1のダイクロイックミラー7a及び第2のダイクロイックミラー7bと、第1の全反射ミラー8a、第2の全反射ミラー8b、フィールドレンズ9及び第3の全反射ミラー8cとを備える。第1のダイクロイックミラー7aは、照明装置14Aからの照明光WLを青色光LBと、青色以外の色の光(すなわち、緑色光LG及び赤色光LR)とに分離する。第1のダイクロイックミラー7aは、青色光LBを透過するとともに、分離された緑色光LG及び赤色光LRを反射させる。第2のダイクロイックミラー7bは、緑色光LGを反射するとともに赤色光LRを透過させる。
As shown in FIG. 1, the color separation optical system 3 separates the illumination light WL into a red light LR, a green light LG, and a blue light LB. The color separation optical system 3 includes a first
第1の全反射ミラー8aは、青色光LBを光変調装置4Bに向けて反射する。第2の全反射ミラー8b及び第3の全反射ミラー8cは、赤色光LRを光変調装置4Rに導く。緑色光LGは、第2のダイクロイックミラー7bから光変調装置4Gに向けて反射される。
The first
光変調装置4Bは、青色光LBを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。光変調装置4Gは、緑色光LGを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置4Rは、赤色光LRを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。すなわち、光変調装置4B,4G,4Rは、照明光生成光学系11Aの発光素子20Aから発せられて偏光変換素子33Aを通過した光を変調する。光変調装置4B,4G,4Rには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。
The
光変調装置4B,4G,4Rの入射側には、フィールドレンズ10B,10G,10R及び偏光板12B,12G,12Rが配置される。偏光板12B,12G,12Rの射出側、すなわち偏光板12B,12G,12Rのそれぞれと合成光学装置5との間には、それぞれ偏光板16B,16G,16Rが配置される。なお、偏光板12B,12G,12R及び偏光板16B,16G,16Rは、各色の光LB,LG,LRの偏光を適宜変更・調整するためのものであり、それぞれが2枚以上の偏光板で構成されていてもよく、半波長板をさらに備えてもよい。
合成光学装置5には、光変調装置4B,4G,4Rによって形成された青色、緑色、赤色の各画像光が入射する。合成光学装置5は、青色、緑色、赤色の各画像光を合成し、合成された画像光を投写光学系6に向けて射出する。合成光学装置5には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられる。
Blue, green, and red image lights formed by the
投写光学系6は、合成光学装置5により合成された画像光をスクリーンに向けて拡大させつつ投射する。スクリーン上には、拡大されたカラー映像が表示される。投写光学系6には、例えば、鏡筒と、鏡筒内に配置される複数のレンズとによって構成される組レンズが用いられる。
The projection optical system 6 projects the image light combined by the combining
以上説明した第1実施形態に係る照明装置14Aによれば、以下の効果を奏する。
第1実施形態の照明装置14Aは、発光面20eが長手方向D1を有する発光素子20Aと、長手方向DPを有する複数の偏光プリズムPPを有する偏光変換素子33Aと、光軸Xにおいて発光素子20Aと偏光変換素子33Aとの間に設けられ、かつ複数の矩形状のマイクロレンズMを有するレンズアレイ31bと、発光素子20Aから発せられて偏光変換素子33を通過した光を変調する光変調装置4B,4G,4Rと、を備える。第1実施形態の照明装置14Aでは、マイクロレンズMの外形に沿う方向DA,DBと発光面20eの長手方向D1とは互いに交差しており、方向DA,DBと偏光プリズムPPの長手方向DPとは互いに交差している。具体的には、第1実施形態の照明装置14Aでは、複数のマイクロレンズMは互いに同じ向きの長手方向DMを有し、発光面20eの長手方向D1はマイクロレンズMの長手方向DMに対し、−(マイクロレンズMの縦幅A/マイクロレンズMの横幅B)の傾きを有する。
According to 14 A of illuminating devices which concern on 1st Embodiment demonstrated above, there exist the following effects.
The
第1実施形態の照明装置14Aによれば、発光面20eが長手方向M1を有する白色LEDなどの固体光源に対して、長手方向M1と長手方向DPを揃えることで、発光素子20Aからの白色光LWのスポットを遮光部Nで欠損させることなく、偏光プリズムPPを通過させ、偏光変換素子33Aでの光損失を低減できる。また、偏光変換素子33A上にできる照射領域(すなわち、光源像)が直線状に並ぶため、偏光変換素子33Aにおける光線透過率を向上させることができる。これらのことによって、照明装置14Aにおける発光素子20Aから発せられた白色光LWの利用効率を向上させるとともに、照明装置14Aの小型化を図ることができる。
According to the illuminating
第1実施形態のプロジェクター1は、上述した第1実施形態の照明装置14Aと、合成光学装置5と、投写光学系6とを備える。照明装置14Aを備えることによって、第1実施形態のプロジェクター1においても、発光素子20から発せられた白色光LWの利用効率を向上させるとともに、小型化を図ることができる。特に、偏光変換素子33Aでの光損失を抑えた照明装置を用いることによって、高輝度なプロジェクターを得ることができる。
The projector 1 according to the first embodiment includes the above-described
なお、光軸Xに直交する面内での対称性から、発光面20eの長手方向D1はマイクロレンズMの長手方向DMに対し、+(A/B)の傾きを有してもよい。その場合、偏光変換素子33Aは、偏光プリズムPPの長手方向DPが第1のレンズアレイ31a及び第2のレンズアレイ31bのマイクロレンズMの長手方向DMに対して+(A/B)の傾きを持つように、配置される。
Note that the longitudinal direction D1 of the
(第1実施形態の変形例)
次いで、第1実施形態に係る照明装置14A及びプロジェクター1の変形例について説明する。なお、本変形例以降の実施形態及びその変形例の説明で使用する図面において、第1実施形態と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Modification of the first embodiment)
Next, modified examples of the
図7は、第1実施形態で説明した照明光生成光学系11Aの光源光学系41Aの変形例である光源光学系41Bの構成を示す概略図である。第1実施形態に係る照明装置14A及びプロジェクター1の変形例は、照明光生成光学系11Aの光源光学系41Aを光源光学系41Bに置き換えたものである。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of a light source optical system 41B that is a modification of the light source
図7に示すように、光源光学系41Bは、発光素子20と、偏光分離ミラー24と、ピックアップレンズ21,22と、反射拡散板25と、位相差板26とを備える。
As shown in FIG. 7, the light source optical system 41 </ b> B includes a
本変形例の発光素子20は、2つの発光素子20B,20Cと、ビーム整形素子23で構成される。発光素子20Bは、青色光LBを発する青色レーザー光源である。発光素子20Bから射出されてビーム整形素子23に入射する前の青色光LBは長手方向を略有しておらず、光軸Xに直交する面での青色光LBの照射領域は略真円である。発光素子20Cは、青色光LBによって励起され、緑色光LG及び赤色光LRを含む黄色光LYの蛍光を発する黄色蛍光体である。ビーム整形素子23は、発光素子20Bから発せられた略真円状の青色光LBを、長手方向D1を有する楕円形状または長方形状の青色光LBに整形し、偏光分離ミラー24に向けて射出する。ビーム整形素子23において青色光LBの整形に寄与する射出面は、第1実施形態で説明した発光面20eとして機能する。
The
偏光分離ミラー24は、S偏光の青色光LB(S)のみを反射させるとともに、P偏光の青色光LB及びS偏光及びP偏光の黄色光LYを透過させる。偏光分離ミラー24には、例えば偏光ダイクロイックミラーが用いられる。偏光分離ミラー24によって反射された青色光LB(S)は、ピックアップレンズ21を透過し、発光素子20Cに入射する。
The
図8は、黄色蛍光体である発光素子20CにS偏光の青色光LB(S)が照射され、黄色光LYとしての蛍光が生成される様子を示す概略図である。図8に示すように、発光素子20Cに入射した青色光LB(S)は、黄色蛍光体を励起し、黄色蛍光体から黄色光LYが射出される。このとき、黄色蛍光体に入射する青色光LB(S)は、長手方向D1を有する。そのため、黄色蛍光体である発光素子20Cから発せられる黄色光LYも長手方向D1を有する。図7に示すように、発光素子20Cから発せられた黄色光LYは、ピックアップレンズ21を通り、偏光分離ミラー24を透過する。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a state in which S-polarized blue light LB (S) is irradiated on the light-emitting
一方、ビーム整形素子23から射出された青色光LBのうち、P偏光の青色光LB(P)も青色光LB(S)と同様に長手方向D1を有しているが、偏光分離ミラー24を透過する。位相差板26は、青色光LBに対して所定の位相差を付与する。本変形例では、所定の位相差は、青色光LBの1/4波長分、すなわち(π/2)である。反射拡散板25は、入射した青色光LBを拡散させつつ、反射させる。偏光分離ミラー24を透過した青色光LB(P)は、位相差板26と、両凸レンズ22a,22bからなるピックアップレンズ22とを通り、反射拡散板25に入射する。反射拡散板25によって反射された青色光LBは、再びピックアップレンズ22と位相差板26とを通り、青色光LB(S)に変換され、偏光分離ミラー24に入射する。位相差板26によってS偏光に変換された青色光LB(S)は、偏光分離ミラー24によって反射され、前述のように偏光分離ミラー24を透過した黄色光Yとともに、図2に示す第1実施形態の重畳光学系42に入射する。
On the other hand, among the blue light LB emitted from the
重畳光学系42、色分離光学系3、光変調装置4B,4G,4R、合成光学装置5及び投写光学系6における青色光LB(S)と黄色光LYのふるまい、動作は、第1実施形態と同様であり、白色光LWを青色光LB(S)と黄色光LYの組み合わせと置き換えればよい。
The behavior and operation of the blue light LB (S) and the yellow light LY in the superimposing
以上説明した第1実施形態の変形例の照明装置によれば、長手方向D1を有する照射分布の青色光LBを発する発光素子20Aおよびビーム整形素子23と、偏光変換素子33と、レンズアレイ31bと、光変調装置4B,4G,4Rとを備える。本変形例の照明装置では、第1実施形態に係る照明装置14Aと同様に、マイクロレンズMの外形に沿う方向DA,DBと発光面20eの長手方向D1とを互いに交差させ、方向DA,DBと偏光プリズムPPの長手方向DPとを互いに交差させることができる。また、複数のマイクロレンズMは互いに同じ向きの長手方向DMを有し、発光面20eの長手方向D1はマイクロレンズMの長手方向DMに対し、±(マイクロレンズMの縦幅A/マイクロレンズMの横幅B)の傾きを有するように発光素子20B,20Cを配置できる。このことによって、照明装置における発光素子20B,20Cから発せられた青色光LBおよび黄色光LYの利用効率を向上させるとともに、照明装置の小型化を図ることができる。
According to the illumination device of the modified example of the first embodiment described above, the
また、第1実施形態の変形例のプロジェクターによれば、発光素子20Aから発せられた白色光LWの利用効率を向上させるとともに、小型化を図ることができる。 Moreover, according to the projector of the modification of 1st Embodiment, while utilizing efficiency of the white light LW emitted from 20 A of light emitting elements can be improved, size reduction can be achieved.
(第2実施形態)
次いで、本発明の第2実施形態に係る照明装置及びプロジェクターの一例について説明する。図示していないが、第2実施形態の照明装置及びプロジェクターは、第1実施形態の照明装置及びプロジェクターと同様の構成要素を備え、レンズアレイ31a,31b及び偏光変換素子33Aを次に説明するレンズアレイ31c及び偏光変換素子33Bに置き換えたものである。
(Second Embodiment)
Next, an example of an illumination device and a projector according to the second embodiment of the present invention will be described. Although not shown, the illumination device and projector according to the second embodiment include the same components as those of the illumination device and projector according to the first embodiment, and the
ただし、第2実施形態では、第1のレンズアレイ31aおよび第2のレンズアレイ(レンズアレイ)31cにおいて互いに隣接する複数のマイクロレンズMの各列R1,R2,…,Rm(mは複数のマイクロレンズMの総列数であって、2以上の任意の自然数である。)には、光軸Xに直交する面内で、隣接する列R1,R2,…,Rmに対して所定の段差zが付けられている。図9は、第2のレンズアレイ31bに照射される白色光LWの照射領域を示す模式図である。図9に示すように、段差zは、複数のスポット状の白色光LWの照明領域が光軸Xに直交する面内で直線E上に配置されるように、すなわち一直線上に並ぶように、適宜設定されている。ここで、光軸Xに直交する面内おいて、マイクロレンズMの長手方向DMに対して発光素子20Aの発光面20eの長手方向D1がなす角度(狭角)をαとする。段差zは、tan(α)=(z/B)の関係式とαが小さいことで「tan(α)==α(左記の「==」はほぼ等しい(ニアリーイコール)を意味する)」の関係式が成り立つことから、α×Bと表される。このように第2のレンズアレイ31bに入射したスポットアレイ状の白色光LWは、第2のレンズアレイ31bによってコリメートされ、偏光変換素子33Bに照射される。
However, in the second embodiment, in each of the
図10は、第2実施形態における偏光変換素子33Bの斜視図および偏光変換素子33Bに照射されるスポット状の白色光LWの照射領域を示す図である。図10に示すように、発光素子20Aから発せられた白色光LWが第2のレンズアレイ31bを図9に示すように通過することで形成される複数の光源像のうち少なくとも2つ以上の光源像は長手方向DPに沿う直線E(仮想線)上に並んでおり、第2実施形態では全ての光源像が直線E上に並んでいる。偏光変換素子33Bは、偏光プリズムPPの長手方向DPが第1のレンズアレイ31a及び第2のレンズアレイ31bのマイクロレンズMの長手方向DMに対して角度(狭角)αの傾きを持つように、配置されている。第1実施形態と同様に、マイクロレンズMの短辺に沿う方向DA及び長辺に沿う方向DBと偏光プリズムPPの長手方向DPとは、互いに交差している。また、偏光変換素子33Bから射出されたスポットアレイ状の白色光LWは、P偏光またはS偏光に揃えられる。
FIG. 10 is a perspective view of the
以上説明した第2実施形態に係る照明装置によれば、以下の効果を奏する。
第2実施形態の照明装置は、発光面20eが長手方向D1を有する発光素子20Aと、長手方向DPを有する複数の偏光プリズムPPを有する偏光変換素子33Aと、光軸Xにおいて発光素子20Aと偏光変換素子33Aとの間に設けられ、かつ複数の矩形状のマイクロレンズMを有するレンズアレイ31bと、発光素子20Aから発せられて偏光変換素子33を通過した光を変調する光変調装置4B,4G,4Rと、を備える。第1実施形態の照明装置14Aでは、マイクロレンズMの外形に沿う方向DA,DBと発光面20eの長手方向D1とは互いに交差しており、方向DA,DBと偏光プリズムPPの長手方向DPとは互いに交差している。このことによって、照明装置における発光素子20Aから発せられた白色光LWの利用効率を向上させるとともに、照明装置の小型化を図ることができる。
According to the illuminating device which concerns on 2nd Embodiment demonstrated above, there exist the following effects.
The illumination device according to the second embodiment includes a
具体的には、第2実施形態の照明装置では、複数のマイクロレンズMは互いに同じ向きの長手方向DMを有し、光軸Xに直交する面において、発光面20eの長手方向D1はマイクロレンズMの長手方向DMに対し、所定の角度αを以って傾いている。また、光軸Xに直交する面において、複数のマイクロレンズMの列R1,R2,…,Rmには、隣接する列R1,R2,…,Rmに対して所定の段差zが付けられ、段差zは(角度α×マイクロレンズMの横幅B)で表される。第2実施形態の照明装置によれば、発光面20eが長手方向M1を有する白色LEDなどの固体光源に対して、長手方向M1と長手方向DPを揃えることで、発光素子20Aからの白色光LWのスポットを偏光変換素子33Bの遮光部Nで欠損させることなく、偏光プリズムPPを通過させ、偏光変換素子33Bでの光損失を低減できる。また、偏光変換素子33B上にできる照射領域(すなわち、光源像)が図9に例示する直線E上に並ぶため、偏光変換素子33Bにおける光線透過率を向上させることができる。
Specifically, in the illumination device of the second embodiment, the plurality of microlenses M have longitudinal directions DM in the same direction, and the longitudinal direction D1 of the
また、第2実施形態のプロジェクターによれば、偏光変換素子33Bでの光損失を抑えた照明装置を用いることによって、高輝度化を図ることができる。
Further, according to the projector of the second embodiment, it is possible to increase the brightness by using the illumination device that suppresses the light loss in the
(第2実施形態の変形例)
第2実施形態についても、第1実施形態に係る照明装置14A及びプロジェクター1の変形例と同様の変形例が挙げられる。すなわち、第2実施形態に係る照明装置及びプロジェクターの変形例は、照明光生成光学系11Aの光源光学系41Aを光源光学系41Bに置き換えたものである。このような変形例によっても、第2実施形態と同様の作用効果が得られる。
(Modification of the second embodiment)
Also in the second embodiment, a modification similar to the modification of the illumination device 14 </ b> A and the projector 1 according to the first embodiment can be given. That is, the modification of the illumination device and the projector according to the second embodiment is obtained by replacing the light source
(第3実施形態)
次いで、本発明の第3実施形態に係る照明装置及びプロジェクターの一例について説明する。図示していないが、第3実施形態の照明装置及びプロジェクターは、第1実施形態の照明装置及びプロジェクターと同様の構成要素を備える。
(Third embodiment)
Next, an example of a lighting device and a projector according to a third embodiment of the present invention will be described. Although not shown, the illumination device and projector of the third embodiment include the same components as the illumination device and projector of the first embodiment.
図11は、第3実施形態における第2のレンズアレイ31bに照射される白色光LWの照射領域を示す模式図である。図11に示すように、第3実施形態では、光軸Xに直交する面内において、発光面20eの長手方向D1は、マイクロレンズMの長手方向DMに直交する方向DAにおいて長手方向DMに対して所定の角度αをなして傾斜し、かつ所定の偏心量βをもってずれている。所定の偏心量βは、(角度α×マイクロレンズMの横幅B)で表され、白色光LWの中心CLとマイクロレンズMの中心CMとの距離と対応する。このような構成によっても、発光素子20Aから発せられた白色光LWが第2のレンズアレイ31bを図11に示すように通過することで形成される複数の光源像のうち少なくとも2つ以上の光源像は長手方向DPに沿う直線E(仮想線)上に並んでおり、第3実施形態でも全ての光源像が直線E上に並んでいる。
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an irradiation region of the white light LW irradiated to the
以上説明した第3実施形態に係る照明装置によれば、以下の効果を奏する。
第3実施形態の照明装置は、第1実施形態の照明装置14Aと同様の構成要素を備えるので、照明装置における発光素子20Aから発せられた白色光LWの利用効率を向上させるとともに、照明装置の小型化を図ることができる。
According to the illuminating device which concerns on 3rd Embodiment demonstrated above, there exist the following effects.
Since the illumination device of the third embodiment includes the same components as the
具体的には、第3実施形態の照明装置では、複数のマイクロレンズMは互いに同じ向きの長手方向DMを有し、光軸Xに直交する面において、発光面20eの長手方向D1はマイクロレンズMの長手方向DMに対し、所定の角度αをもって傾き、所定の偏心量βをもってずれている。偏心量βは(角度α×マイクロレンズMの横幅B)で表される。第3実施形態の照明装置によれば、発光面20eが長手方向M1を有する白色LEDなどの固体光源に対して、長手方向M1と長手方向DPを揃えることで、発光素子20Aからの白色光LWのスポットを偏光変換素子33Bの遮光部Nで欠損させることなく、偏光プリズムPPを通過させ、偏光変換素子33Bでの光損失を低減できる。また、偏光変換素子33B上にできる照射領域(すなわち、光源像)が図9に例示する直線E上に並ぶため、偏光変換素子33Bにおける光線透過率を向上させることができる。
Specifically, in the illumination device of the third embodiment, the plurality of microlenses M have longitudinal directions DM in the same direction, and the longitudinal direction D1 of the
また、第3実施形態のプロジェクターによれば、偏光変換素子33Aでの光損失を抑えた照明装置を用いることによって、高輝度化を図ることができる。
Further, according to the projector of the third embodiment, high luminance can be achieved by using an illumination device that suppresses light loss in the
(第3実施形態の変形例)
第3実施形態についても、第1実施形態に係る照明装置14A及びプロジェクター1の変形例と同様の変形例が挙げられる。すなわち、第3実施形態に係る照明装置及びプロジェクターの変形例は、照明光生成光学系11Aの光源光学系41Aを光源光学系41Bに置き換えたものである。このような変形例によっても、第3実施形態と同様の作用効果が得られる。
(Modification of the third embodiment)
Also in the third embodiment, a modification similar to the modification of the
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Deformation / change is possible.
例えば、上述の各実施形態では、3つの光変調装置4R,4G,4Bを備えるプロジェクター1を例示したが、本発明に係るプロジェクターは1つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターであってもよい。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスが用いられてもよい。
For example, in each of the above-described embodiments, the projector 1 including the three
1…プロジェクター、4B,4G,4R…光変調素子(光変調装置)、14A…照明装置、20,20A,20B,20C…発光素子、20e…発光面、33,33A,33B…偏光変換素子、21b…第2のレンズアレイ(レンズアレイ)、D1,DM…長手方向、MA,MB…方向(レンズの外形に沿う方向)、PP…偏光プリズム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Projector, 4B, 4G, 4R ... Light modulation element (light modulation device), 14A ... Illumination device, 20, 20A, 20B, 20C ... Light emission element, 20e ... Light emission surface, 33, 33A, 33B ... Polarization conversion element, 21b ... second lens array (lens array), D1, DM ... longitudinal direction, MA, MB ... direction (direction along the outer shape of the lens), PP ... polarizing prism
Claims (5)
長手方向を有する複数の偏光プリズムを有する偏光変換素子と、
前記発光素子と前記偏光変換素子との間に設けられ、かつ複数の矩形状のレンズを有するレンズアレイと、
前記発光素子から発せられて前記偏光変換素子を通過した光を変調する光変調素子と、
を備え、
前記レンズの外形に沿う方向と前記発光素子の発光面の長手方向とは互いに交差しており、
前記レンズの外形に沿う方向と前記偏光変換素子の偏光プリズムの長手方向とは互いに交差していることを特徴とする照明装置。 A light emitting element having a light emitting surface having a longitudinal direction;
A polarization conversion element having a plurality of polarizing prisms having a longitudinal direction;
A lens array provided between the light emitting element and the polarization conversion element and having a plurality of rectangular lenses;
A light modulation element that modulates light emitted from the light emitting element and passed through the polarization conversion element;
With
The direction along the outer shape of the lens and the longitudinal direction of the light emitting surface of the light emitting element intersect each other,
The illumination device, wherein a direction along the outer shape of the lens and a longitudinal direction of a polarization prism of the polarization conversion element intersect each other.
前記発光面の長手方向は前記レンズの長手方向に対し、前記レンズの長手方向に直交する方向の前記レンズの幅に対する前記レンズの長手方向に平行する方向の前記レンズの幅の割合に相当する傾きを有する、
請求項1に記載の照明装置。 The plurality of lenses have longitudinal directions in the same direction,
The longitudinal direction of the light emitting surface is inclined with respect to the longitudinal direction of the lens corresponding to the ratio of the width of the lens in the direction parallel to the longitudinal direction of the lens to the width of the lens in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the lens. Having
The lighting device according to claim 1.
前記発光素子から発せられた光の進行方向に直交する面内において、前記レンズの長手方向に直交する方向に沿って複数の前記レンズが並ぶ列には前記レンズの長手方向に平行に隣接する列に対して所定の段差が設けられ、前記発光面の長手方向は前記レンズの長手方向に対して所定の角度を有して傾斜しており、
前記所定の段差は前記所定の角度と前記レンズの長手方向の幅との積で表される、
請求項1に記載の照明装置。 The plurality of lenses have longitudinal directions in the same direction,
In a plane perpendicular to the traveling direction of light emitted from the light emitting element, a row in which a plurality of the lenses are arranged along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the lens is a row adjacent to the longitudinal direction of the lens. Is provided with a predetermined step, the longitudinal direction of the light emitting surface is inclined with a predetermined angle with respect to the longitudinal direction of the lens,
The predetermined step is represented by a product of the predetermined angle and a width in the longitudinal direction of the lens.
The lighting device according to claim 1.
前記発光素子から発せられた光の進行方向に直交する面内において、前記発光面の長手方向は前記レンズの長手方向に直交する方向において前記レンズの長手方向に対して所定の角度を有して傾斜し、かつ所定の偏心量をもってずれており、
前記所定の偏心量は前記所定の角度と前記レンズの長手方向の幅との積で表される、
請求項1に記載の照明装置。 The plurality of lenses have longitudinal directions in the same direction,
In a plane orthogonal to the traveling direction of light emitted from the light emitting element, the longitudinal direction of the light emitting surface has a predetermined angle with respect to the longitudinal direction of the lens in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the lens. Inclined and deviated with a predetermined amount of eccentricity,
The predetermined amount of eccentricity is represented by the product of the predetermined angle and the width in the longitudinal direction of the lens.
The lighting device according to claim 1.
前記光変調素子は、前記発光素子から発せられた光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成し、
前記画像光を投写する投写光学系をさらに備えることを特徴とするプロジェクター。 A lighting device according to any one of claims 1 to 4, comprising:
The light modulation element forms image light by modulating light emitted from the light emitting element according to image information;
A projector further comprising a projection optical system that projects the image light.
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