JP2020009692A - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents
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Abstract
【課題】小型の照明装置を提供する。【解決手段】本発明の照明装置は、非平行光であり、第1の直線偏光を含む光を射出する光源部と、光源部からの光を伝播させる導光体と、導光体の内部に設けられ、第1の直線偏光を反射させ、第2の直線偏光を透過させる偏光分離層と、導光体の内部を伝播する光を反射させる反射ミラーと、偏光分離層と反射ミラーとの間に設けられ、導光体の内部を伝播する光に位相差を付与する位相差層と、を備える。導光体は、光を射出する第1面と、第1面に対向する第2面と、第1面および第2面に交差する第3面と、を有する。光源部は、光の射出方向が第3面を向いて配置され、反射ミラーは、導光体の第2面に設けられ、偏光分離層は、第3面から入射した第1の直線偏光を反射させて第2面に向けて伝播させるように配置される。【選択図】図2
Description
本発明は、照明装置およびプロジェクターに関する。
プロジェクターに用いる照明装置の一例として、光の照度分布を均一化するためのロッドレンズを備えた照明装置が従来から知られている。例えば下記の特許文献1に、レーザー等の固体光源と、テーパー付きロッドレンズと、凸レンズと、ロッドレンズ等のライトパイプと、を有する照明光学系を備えた投射型表示装置が開示されている。
ロッドレンズにおいては、光入射端面から入射した光が全反射を繰り返しつつ光射出端面に向けて伝播する際に様々な角度成分を有する光が混合され、被照明領域における光の照度分布が均一化される。ロッドレンズ内部での光の反射回数が多くなる程、光の混合の度合いが高まり、照度分布の均一性が高められる。
したがって、特許文献1の照明光学系において、照度分布の均一性を高めるためには、光の反射回数を多くするために光入射端面から光射出端面までの光の伝播距離、いわゆるロッドレンズの長さをある程度長くする必要がある。ところが、ロッドレンズを長くすると、照明装置が大型化し、ひいてはプロジェクターが大型化する、という問題が生じる。
上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の照明装置は、非平行光であり、第1の直線偏光を含む光を射出する光源部と、前記光源部から入射した光を伝播させる導光体と、前記導光体の内部に設けられ、前記第1の直線偏光を反射させ、前記第1の直線偏光とは偏光方向が異なる第2の直線偏光を透過させる偏光分離層と、前記導光体の内部を伝播する光を反射させる反射ミラーと、前記偏光分離層と前記反射ミラーとの間に設けられ、前記導光体の内部を伝播する光に位相差を付与する位相差層と、を備える。前記導光体は、光を射出する第1面と、前記第1面に対向する第2面と、前記第1面および前記第2面に交差する第3面と、を有する。前記光源部は、光の射出方向が前記第3面を向くように配置され、前記反射ミラーは、前記導光体の前記第2面側に設けられ、前記偏光分離層は、前記第3面から入射した前記第1の直線偏光を反射させて前記第2面側に向けて伝播させるように配置される。前記偏光分離層で反射した前記第1の直線偏光は、前記位相差層を透過し、前記反射ミラーで反射し、前記位相差層を再度透過することによって前記第2の直線偏光に変換され、前記第2の直線偏光は、前記偏光分離層を透過して前記第1面から射出される。
本発明の一つの態様の照明装置において、前記光源部は、前記第3面上における光の入射位置が前記第2面よりも前記第1面に近い位置に設けられていてもよい。
本発明の一つの態様の照明装置において、前記導光体は、四角柱状のロッドで構成されていてもよい。
本発明の一つの態様の照明装置において、前記光源部は、レーザー光源と、前記レーザー光源から射出された光の発散角を拡大する発散角拡大素子と、を有していてもよい。
本発明の一つの態様の照明装置において、前記発散角拡大素子は、光拡散素子で構成されていてもよい。
本発明の一つの態様の照明装置において、前記発散角拡大素子は、レンズで構成されていてもよい。
本発明の一つの態様の照明装置において、前記光源部は、所定の発散角を有する光を射出するレーザー光源を有していてもよい。
本発明の一つの態様の照明装置において、前記光源部は、発光ダイオードと、前記発光ダイオードから射出された光を前記第1の直線偏光を含む光に変換する偏光素子と、を有していてもよい。
本発明の一つの態様の照明装置において、前記位相差層は、前記反射ミラーと前記第2面とに接していてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置と、前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1および図2を用いて説明する。
図1は、第1実施形態の照明装置10の斜視図である。図2は、照明装置10の側面図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
以下、本発明の第1実施形態について、図1および図2を用いて説明する。
図1は、第1実施形態の照明装置10の斜視図である。図2は、照明装置10の側面図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
図1および図2に示すように、第1実施形態の照明装置10は、導光体11と、光源部12と、偏光分離層13と、反射ミラー14と、位相差層15と、を備えている。
導光体11は、例えばガラス等の透光性部材で構成されている。導光体11は、四角柱状のロッドで構成され、第1面11a、第2面11bおよび第3面11cを含む6つの面を有している。以下の説明では、導光体11の形状をなす四角柱の2つの端面を結ぶ方向を光の伝播方向mと定義する。また、6つの面のうち、導光体11における光の伝播方向mに垂直な面であって、導光体11の内部を伝播した光を射出させる光射出端面を第1面11aと称する。伝播方向mに垂直な面であって、第1面11aに対向する面を第2面11bと称する。伝播方向mに平行な面であって、第1面11aおよび第2面11bに交差する4つの面のうちの1つの面(図1における下面)を第3面11cと称する。
光源部12は、レーザー光源17と、光拡散素子18(発散角拡大素子)と、を備えている。レーザー光源17は、波長範囲が例えば440〜460nmの青色光を射出する半導体レーザーで構成されている。光源部12は、1つのレーザー光源17を有していてもよいし、複数のレーザー光源17を有していてもよい。レーザー光源17は、光の射出方向が導光体11の第3面11cを向くように配置されている。なお、レーザー光源17は、波長範囲が例えば500〜570nmの緑色光を射出する半導体レーザーで構成されていてもよいし、波長範囲が例えば620〜750nmの赤色光を射出する半導体レーザーで構成されていてもよい。
図2に示すように、レーザー光源17は、台座20と、半導体発光素子21と、コリメーターレンズ22と、パッケージ23と、を備えている。半導体発光素子21は、台座20の上に実装され、パッケージ23に覆われている。コリメーターレンズ22は、パッケージ23の内部に収容され、半導体発光素子21から射出された光を略平行化する。レーザー光源17は、コリメーターレンズ22によって平行化された直線偏光を射出する。具体的には、レーザー光源17は、後述する偏光分離層13に対するS偏光Lsを射出する。
光拡散素子18は、導光体11の第3面11cにおいてレーザー光源17から射出される光の光路上に設けられている。光拡散素子18は、レーザー光源17から射出された光を拡散させることにより、光拡散素子18を透過した後の光の発散角を、光拡散素子18を透過する前の光の発散角に比べて大きくする。これにより、光拡散素子18を透過した後の光は、非平行光となる。光拡散素子18は、例えば表面に凹凸が設けられた拡散板、多数の光散乱粒子が分散された拡散板、マイクロレンズアレイを用いた拡散板等で構成されている。本実施形態において、光拡散素子18は、導光体11の第3面11cに接した状態で支持されているが、導光体11の第3面11cから離れた位置で任意の支持部材に支持されていてもよい。
このようにして、光源部12は、非平行光であって、偏光分離層13に対するS偏光Ls(第1の直線偏光)を含む光を射出する。光源部12は、導光体11の第3面11c上における光の入射位置Pが第2面11bよりも第1面11aに近い位置に設けられている。
偏光分離層13は、導光体11の内部において光源部12から射出された光の中心軸上に設けられている。また、偏光分離層13は、導光体11の第3面11cから入射したS偏光Lsを反射させて第2面11b側に向けて伝播させるように配置されている。具体的には、偏光分離層13は、偏光分離層13の一辺が導光体11の第1面11aと第3面11cとが接する角部に接し、導光体11の第3面11cに対して45°の角度をなすように設けられている。偏光分離層13は、導光体11の内部に設けられた誘電体多層膜で構成され、S偏光Lsを反射させ、P偏光Lp(第2の直線偏光)を透過させる。
反射ミラー14は、導光体11の第2面11b側に設けられている。反射ミラー14は、導光体11の内部を伝播する光を反射させる。反射ミラー14は、例えば銀、アルミニウム等の反射率の高い材料で構成されていることが望ましい。
位相差層15は、偏光分離層13と反射ミラー14との間に設けられている。本実施形態では、位相差層15は、反射ミラー14と導光体11の第2面11bとに接して設けられている。ただし、位相差層15は、反射ミラー14と導光体11の第2面11bとに接していなくてもよく、例えば導光体11内部の偏光分離層13と反射ミラー14との間の位置に設けられていてもよい。位相差層15は、導光体11の内部を伝播する光に対して光の波長の1/4の位相差を付与する。すなわち、位相差層15は、導光体11の内部を伝播する光に対する1/4波長板として機能する。位相差層15は、例えば複屈折材料から構成されている。
上記構成の照明装置10において、光源部12から射出された光は、第3面11cから導光体11に入射し、偏光分離層13に向かって進行する。導光体11に入射した光は、偏光分離層13に対するS偏光Lsであるため、偏光分離層13で反射し、第2面11b側に向かって進行する。導光体11の第2面11bに到達した光は、位相差層15を透過した後、反射ミラー14で反射し、位相差層15を再度透過して、偏光分離層13に向かって進行する。このように、光は、反射ミラー14での反射前後で位相差層15を2回通るため、1/2波長の位相差が付与される。その結果、第1面11a側に向かって進行する光は、位相差層15に入射する前のS偏光LsからP偏光Lpに変換される。
P偏光Lpに変換された光は、偏光分離層13を透過した後、導光体11の第1面11aから外部に射出される。また、光拡散素子18を介して導光体11に入射された光は、非平行光であるため、全反射を繰り返しつつ導光体11の内部を伝播する間に様々な角度成分を有する光が混合され、被照明領域における光の照度分布が均一化される。すなわち、偏光分離層13で反射したS偏光Lsは、位相差層15を透過し、反射ミラー14で反射し、位相差層15を再度透過することによってP偏光Lpに変換され、P偏光Lpは、偏光分離層13を透過して第1面11aから射出される。
以下、導光体11の第1面11aと第2面11bとの間の距離を導光体の長さと定義する。
本実施形態の照明装置10において、導光体11の第3面11c上の第1面11aに近い入射位置Pから入射した光は、偏光分離層13で反射して第2面11bに向かって進み、第2面11b側に設けられた反射ミラー14で反射した後、第1面11aに向かって進み、第1面11aから射出される。すなわち、光は導光体11の内部を略1往復するため、実質的な光の伝播距離は導光体11の長さの約2倍となる。したがって、本実施形態の導光体11での光の反射回数は、本実施形態と同じ長さの従来の導光体(光を一方向にのみ伝播させた場合)での反射回数の約2倍となり、照度分布の均一性が高くなる。逆に言えば、従来の導光体と同等の照度分布の均一性を得るのに必要な本実施形態の導光体11の長さは、従来の導光体の長さの約1/2となる。
本実施形態の照明装置10において、導光体11の第3面11c上の第1面11aに近い入射位置Pから入射した光は、偏光分離層13で反射して第2面11bに向かって進み、第2面11b側に設けられた反射ミラー14で反射した後、第1面11aに向かって進み、第1面11aから射出される。すなわち、光は導光体11の内部を略1往復するため、実質的な光の伝播距離は導光体11の長さの約2倍となる。したがって、本実施形態の導光体11での光の反射回数は、本実施形態と同じ長さの従来の導光体(光を一方向にのみ伝播させた場合)での反射回数の約2倍となり、照度分布の均一性が高くなる。逆に言えば、従来の導光体と同等の照度分布の均一性を得るのに必要な本実施形態の導光体11の長さは、従来の導光体の長さの約1/2となる。
このように、本実施形態によれば、導光体11の長さを従来に比べて短くできるため、照明装置10の小型化を図ることができる。
光源部12は、必ずしも導光体11の第2面11bよりも第1面11aに近い位置に設けられていなくてもよく、例えば第1面11aと第2面11bとの中間点に設けられていてもよい。ところが、仮に光源部12が第1面11aと第2面11bとの中間点に設けられていた場合、実質的な光の伝播距離は導光体11の長さの略1.5倍となり、従来の導光体と同等の照度分布の均一性を得るのに必要な導光体11の長さは、従来の導光体の長さの約2/3にしかならない。これに対し、本実施形態では、光源部12が導光体11の最も第1面11aに近い位置に設けられているため、上述したように、導光体11の長さを従来の導光体の長さの約1/2にすることができ、照明装置10の小型化の効果は最も大きくなる。
本実施形態では、導光体11が四角柱状のロッドで構成されているため、光が導光体11の内部で全反射しつつ伝播する際に偏光方向が維持されやすく、偏光分離層13を透過させて第1面11aから取り出す光の取り出し効率を高めることができる。また、導光体11の第1面11aの形状が長方形であるため、プロジェクター用の照明装置10として用いた場合、長方形の表示領域を有する光変調装置を照明するのに好適である。
本実施形態では、光源部12が光拡散素子18を有しているため、用いる光拡散素子18の拡散性を調整することによって光の発散角を調整することができる。これにより、導光体11での光の反射回数を調整することができ、所望の照度分布を得ることができる。
位相差層15は例えば導光体11の内部の偏光分離層13と反射ミラー14との間に設けられていてもよいが、その場合、位相差層15および導光体11の作製が難しい場合がある。これに対して、本実施形態では、位相差層15が導光体11の第2面11bと反射ミラー14との間に設けられているため、導光体11の第2面11bに位相差層15と反射ミラー14とを順次積層すればよく、位相差層15および導光体11を容易に作製することができる。
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図3を用いて説明する。
第2実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、光源部の構成が第1実施形態と異なる。そのため、照明装置全体の説明は省略し、第1実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
図3は、第2実施形態の照明装置30の側面図である。
図3において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
以下、本発明の第2実施形態について、図3を用いて説明する。
第2実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、光源部の構成が第1実施形態と異なる。そのため、照明装置全体の説明は省略し、第1実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
図3は、第2実施形態の照明装置30の側面図である。
図3において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図3に示すように、第2実施形態の照明装置30は、導光体11と、光源部31と、偏光分離層13と、反射ミラー14と、位相差層15と、を備えている。
光源部31は、レーザー光源17と、レンズ32(発散角拡大素子)と、を備えている。レンズ32は、レーザー光源17から射出され、導光体11の第3面11cに向かって進む光の光路上に設けられている。レンズ32は、光の角度分布を広げ、レンズ32を透過した後の光の発散角を、レンズ32を透過する前の光の発散角に比べて大きくする。これにより、レンズ32を透過した後の光は、非平行光となる。本実施形態において、レンズ32は、凸レンズで構成されているが、凹レンズで構成されていてもよい。
照明装置30のその他の構成要素は、第1実施形態と同様である。
照明装置30のその他の構成要素は、第1実施形態と同様である。
第2実施形態においても、照明装置30の小型化が図れる、といった第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、光源部31がレンズ32を有しているため、用いるレンズ32の曲率を変えることによって、光源部31から射出される光の発散角を調整することができる。これにより、導光体11での光の反射回数を調整することができ、所望の照度分布を得ることができる。
[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態について、図4を用いて説明する。
第3実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、光源部の構成が第1実施形態と異なる。そのため、照明装置全体の説明は省略し、第1実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
図4は、第3実施形態の照明装置40の側面図である。
図4において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
以下、本発明の第3実施形態について、図4を用いて説明する。
第3実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、光源部の構成が第1実施形態と異なる。そのため、照明装置全体の説明は省略し、第1実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
図4は、第3実施形態の照明装置40の側面図である。
図4において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図4に示すように、第3実施形態の照明装置40は、導光体11と、光源部41と、偏光分離層13と、反射ミラー14と、位相差層15と、を備えている。
光源部41は、レーザー光源42を有している。レーザー光源42は、光の射出方向が導光体11の第3面11cを向くように配置されている。
レーザー光源42は、台座20と、半導体発光素子21と、パッケージ23と、を備えている。半導体発光素子21は、台座20の上に実装され、パッケージ23に覆われている。半導体発光素子21は、所定の発散角を有する光を射出する。第3実施形態のレーザー光源42は、第1実施形態のレーザー光源と異なり、コリメーターレンズを備えていないため、半導体発光素子21から射出された光は、平行化されることなく、所定の発散角を有する光として射出される。
すなわち、光源部41は、所定の発散角を有する光を射出するレーザー光源42を有する。これにより、導光体11に入射する光は、非平行光となる。したがって、第3実施形態の光源部41は、上記の実施形態と異なり、光拡散素子、レンズ等の発散角拡大素子を備えていない。
照明装置40のその他の構成要素は、第1実施形態と同様である。
照明装置40のその他の構成要素は、第1実施形態と同様である。
第3実施形態においても、照明装置40の小型化が図れる、といった第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、第3実施形態の光源部41は光拡散素子、レンズ等の発散角拡大素子を備えていないため、光源部41の構成を簡略化することができる。
[第4実施形態]
以下、本発明の第4実施形態について、図5を用いて説明する。
第4実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、光源部の構成が第1実施形態と異なる。そのため、照明装置全体の説明は省略し、第1実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
図5は、第4実施形態の照明装置50の側面図である。
図5において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
以下、本発明の第4実施形態について、図5を用いて説明する。
第4実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、光源部の構成が第1実施形態と異なる。そのため、照明装置全体の説明は省略し、第1実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
図5は、第4実施形態の照明装置50の側面図である。
図5において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図5に示すように、第4実施形態の照明装置50は、導光体11と、光源部51と、偏光分離層13と、反射ミラー14と、位相差層15と、を備えている。
光源部51は、発光ダイオード52(LED)と、偏光素子53と、を有する。LED52は、発散角が広く、非平行な光を射出する。
偏光素子53は、所定の偏光軸を有し、LED52から射出された光を偏光分離層13に対するS偏光Ls(第1の直線偏光を含む光)に変換する。LED52から射出された光は、非偏光光であるため、偏光素子53を透過することによって所定の直線偏光に変換される。光源部51は、光の射出方向が導光体11の第3面11cを向くように配置されている。
照明装置50のその他の構成要素は、第1実施形態と同様である。
照明装置50のその他の構成要素は、第1実施形態と同様である。
第4実施形態においても、照明装置50の小型化が図れる、といった第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
第4実施形態によれば、上記実施形態で用いたレーザー光源17,42に代えて、LED52を含む光源部51を備えた照明装置50を実現することができる。
[第5実施形態]
以下、本発明の第5実施形態について、図6を用いて説明する。
第5実施形態では、上記実施形態の照明装置を備えたプロジェクターの一例を示す。
図6は、第5実施形態のプロジェクター100を示す概略構成図である。
図6において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
以下、本発明の第5実施形態について、図6を用いて説明する。
第5実施形態では、上記実施形態の照明装置を備えたプロジェクターの一例を示す。
図6は、第5実施形態のプロジェクター100を示す概略構成図である。
図6において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図6に示すように、プロジェクター100は、赤色光用照明装置101Rと、緑色光用照明装置101Gと、青色光用照明装置101Bと、赤色光用液晶ライトバルブ102Rと、緑色光用液晶ライトバルブ102Gと、青色光用液晶ライトバルブ102Bと、フィールドレンズ106B,106G,106Rと、1/2波長板108と、色合成素子103と、投射光学装置104と、を備えている。
本実施形態において、赤色光用照明装置101R、緑色光用照明装置101Gおよび青色光用照明装置101Bの各々には、第1実施形態の照明装置10が用いられている。なお、赤色光用照明装置101R、緑色光用照明装置101Gおよび青色光用照明装置101Bの各々には、第2〜第4実施形態の照明装置30,40,50が用いられてもよい。したがって、赤色光用照明装置101R、緑色光用照明装置101Gおよび青色光用照明装置101Bの各々は、特許請求の範囲の「照明装置」に対応する。赤色光用液晶ライトバルブ102R、緑色光用液晶ライトバルブ102Gおよび青色光用液晶ライトバルブ102Bの各々は、特許請求の範囲の「光変調装置」に対応する。
プロジェクター100は、概略すると以下のように動作する。
赤色光用照明装置101Rから射出された赤色レーザー光LRは、フィールドレンズ106Rを介して赤色光用液晶ライトバルブ102Rに入射して変調される。緑色光用照明装置101Gから射出された緑色レーザー光LGは、フィールドレンズ106Gを介して緑色光用液晶ライトバルブ102Gに入射して変調される。青色光用照明装置101Bから射出された青色レーザー光LBは、フィールドレンズ106Bを介して青色光用液晶ライトバルブ102Bに入射して変調される。
赤色光用照明装置101Rから射出された赤色レーザー光LRは、フィールドレンズ106Rを介して赤色光用液晶ライトバルブ102Rに入射して変調される。緑色光用照明装置101Gから射出された緑色レーザー光LGは、フィールドレンズ106Gを介して緑色光用液晶ライトバルブ102Gに入射して変調される。青色光用照明装置101Bから射出された青色レーザー光LBは、フィールドレンズ106Bを介して青色光用液晶ライトバルブ102Bに入射して変調される。
赤色光用液晶ライトバルブ102Rにより変調された赤色レーザー光LR、緑色光用液晶ライトバルブ102Gにより変調された緑色レーザー光LG、および青色光用液晶ライトバルブ102Bにより変調された青色レーザー光LBは、色合成素子103に入射して合成される。色合成素子103により合成された光は、画像光として射出され、投射光学装置104によりスクリーンSCRに拡大投射される。このようにして、フルカラーの投射画像が表示される。
以下、プロジェクター100の各構成要素について説明する。
赤色光用照明装置101R、緑色光用照明装置101G、および青色光用照明装置101Bは、射出光の色が異なるだけであって、装置構成は同様である。一例として、赤色光用のレーザー光源は、概ね585nm〜720nmの波長域のレーザー光を射出する。緑色光用のレーザー光源は、概ね495nm〜585nmの波長域のレーザー光を射出する。青色光用のレーザー光源は、概ね380nm〜495nmの波長域のレーザー光を射出する。
赤色光用照明装置101R、緑色光用照明装置101G、および青色光用照明装置101Bは、射出光の色が異なるだけであって、装置構成は同様である。一例として、赤色光用のレーザー光源は、概ね585nm〜720nmの波長域のレーザー光を射出する。緑色光用のレーザー光源は、概ね495nm〜585nmの波長域のレーザー光を射出する。青色光用のレーザー光源は、概ね380nm〜495nmの波長域のレーザー光を射出する。
フィールドレンズ106R,106G,106Bは、赤色光用照明装置101R、緑色光用照明装置101G、および青色光用照明装置101Bの各々の光射出側に設けられている。フィールドレンズ106R,106G,106Bは、赤色光用照明装置101R、緑色光用照明装置101G、および青色光用照明装置101Bの各々から射出された光を平行化し、赤色光用液晶ライトバルブ102R、緑色光用液晶ライトバルブ102G、および青色光用液晶ライトバルブ102Bの各々に入射させる。
赤色光用液晶ライトバルブ102R、緑色光用液晶ライトバルブ102G、および青色光用液晶ライトバルブ102Bの各々は、図示を省略するが、一対のガラス基板の間に液晶層が挟持された液晶パネルと、液晶パネルの光入射側に配置された光入射側偏光板と、液晶パネルの光射出側に配置された光射出側偏光板と、を備えている。液晶層のモードは、TNモード、VAモード、横電界モード等、特に限定されない。赤色光用液晶ライトバルブ102R、緑色光用液晶ライトバルブ102G、および青色光用液晶ライトバルブ102Bの各々は、赤色光用照明装置101R、緑色光用照明装置101G、および青色光用照明装置101Bの各々から射出された光を画像情報に応じて変調する。
色合成素子103は、クロスダイクロイックプリズム等により構成されている。クロスダイクロイックプリズムは、4つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造を有する。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、クロスダイクロイックプリズムの内面になる。クロスダイクロイックプリズムの内面では、赤色光が反射して緑色光が透過するダイクロイック面と、青色光が反射して緑色光が透過するダイクロイック面と、が互いに直交している。クロスダイクロイックプリズムに入射した緑色光は、2つのダイクロイック面を透過してそのまま射出される。クロスダイクロイックプリズムに入射した赤色光および青色光は、いずれか一方のダイクロイック面で選択的に反射されて緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。このようにして、色合成素子103において、3つの色光が重ね合わされて合成され、合成された色光が投射光学装置104に向けて射出される。
色合成素子103において、赤色光、緑色光および青色光を効率良く合成するためには、色合成素子103に入射する時点において、一方のダイクロイック面で反射する赤色光および青色光がS偏光とされ、双方のダイクロイック面を透過する緑色光がP偏光とされていることが望ましい。ところが、赤色光用照明装置101R、緑色光用照明装置101G、および青色光用照明装置101Bの各々から射出される光がP偏光であるため、赤色光用液晶ライトバルブ102R、緑色光用液晶ライトバルブ102G、および青色光用液晶ライトバルブ102Bの各々から射出される光は全てS偏光である。そのため、3つの色光の光路のうち、緑色光用液晶ライトバルブ102Gと色合成素子103との間には、1/2波長板108が設けられている。これにより、色合成素子103に入射する3つの色光のうち、緑色光のみをP偏光とすることができる。
投射光学装置104は、例えば複数のレンズにより構成されており、赤色光用液晶ライトバルブ102R、緑色光用液晶ライトバルブ102G、および青色光用液晶ライトバルブ102Bの各々により変調された光を投射する。すなわち、投射光学装置104は、色合成素子103から射出された画像光を被投射面であるスクリーンSCR上に投射する。
本実施形態のプロジェクター100は、上記実施形態の照明装置10,30,40,50を備えているため、小型である。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
照明装置を構成する各構成要素の形状、大きさ、数、配置、材料等の具体的な構成については、上記実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。
照明装置を構成する各構成要素の形状、大きさ、数、配置、材料等の具体的な構成については、上記実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。
上記実施形態においては、透過型のプロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型のプロジェクターにも適用することも可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過する形態であることを意味する。「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射する形態であることを意味する。なお、光変調装置は、液晶ライトバルブに限られず、例えばデジタルマイクロミラーデバイスが用いられてもよい。
上記実施形態において、3つの液晶パネルを用いたプロジェクターの例を挙げたが、本発明は、1つの液晶ライトバルブのみを用いたプロジェクター、4つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。
上記実施形態では、照明装置から射出された光を液晶ライトバルブに直接入射させる構成のプロジェクターの一例を示したが、例えば照明装置から射出された光を励起光として蛍光体等の波長変換素子に入射させ、波長変換素子から射出された光を液晶ライトバルブに入射させる構成のプロジェクターであってもよい。
上記実施形態では、本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限定されない。本発明による照明装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。
10,30,40,50…照明装置、11…導光体、11a…第1面、11b…第2面、11c…第3面、12,31,41,51…光源部、13…偏光分離層、14…反射ミラー、15…位相差層、17,42…レーザー光源、18…光拡散素子(発散角拡大素子)、32…レンズ(発散角拡大素子)、52…発光ダイオード(LED)、53…偏光素子、100…プロジェクター、101B…青色光用照明装置、101G…緑色光用照明装置、101R…赤色光用照明装置、102B…青色光用液晶ライトバルブ(光変調装置)、102G…緑色光用液晶ライトバルブ(光変調装置)、102R…赤色光用液晶ライトバルブ(光変調装置)、104…投射光学装置、Ls…S偏光(第1の直線偏光)、Lp…P偏光(第2の直線偏光)、P…入射位置。
Claims (10)
- 非平行光であり、第1の直線偏光を含む光を射出する光源部と、
前記光源部から入射した光を伝播させる導光体と、
前記導光体の内部に設けられ、前記第1の直線偏光を反射させ、前記第1の直線偏光とは偏光方向が異なる第2の直線偏光を透過させる偏光分離層と、
前記導光体の内部を伝播する光を反射させる反射ミラーと、
前記偏光分離層と前記反射ミラーとの間に設けられ、前記導光体の内部を伝播する光に位相差を付与する位相差層と、
を備え、
前記導光体は、光を射出する第1面と、前記第1面に対向する第2面と、前記第1面および前記第2面に交差する第3面と、を有し、
前記光源部は、光の射出方向が前記第3面を向くように配置され、
前記反射ミラーは、前記導光体の前記第2面側に設けられ、
前記偏光分離層は、前記第3面から入射した前記第1の直線偏光を反射させて前記第2面側に向けて伝播させるように配置され、
前記偏光分離層で反射した前記第1の直線偏光は、前記位相差層を透過し、前記反射ミラーで反射し、前記位相差層を再度透過することによって前記第2の直線偏光に変換され、前記第2の直線偏光は、前記偏光分離層を透過して前記第1面から射出される、照明装置。 - 前記光源部は、前記第3面上における光の入射位置が前記第2面よりも前記第1面に近い位置に設けられている、請求項1に記載の照明装置。
- 前記導光体は、四角柱状のロッドで構成されている、請求項1または請求項2に記載の照明装置。
- 前記光源部は、レーザー光源と、前記レーザー光源から射出された光の発散角を拡大する発散角拡大素子と、を有する、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記発散角拡大素子は、光拡散素子で構成されている、請求項4に記載の照明装置。
- 前記発散角拡大素子は、レンズで構成されている、請求項4に記載の照明装置。
- 前記光源部は、所定の発散角を有する光を射出するレーザー光源を有する、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記光源部は、発光ダイオードと、前記発光ダイオードから射出された光を前記第1の直線偏光を含む光に変換する偏光素子と、を有する、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記位相差層は、前記反射ミラーと前記第2面とに接している、請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の照明装置。
- 請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備えた、プロジェクター。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018131454A JP2020009692A (ja) | 2018-07-11 | 2018-07-11 | 照明装置およびプロジェクター |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2018131454A JP2020009692A (ja) | 2018-07-11 | 2018-07-11 | 照明装置およびプロジェクター |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=69152223
Family Applications (1)
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JP2018131454A Pending JP2020009692A (ja) | 2018-07-11 | 2018-07-11 | 照明装置およびプロジェクター |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2020009692A (ja) |
-
2018
- 2018-07-11 JP JP2018131454A patent/JP2020009692A/ja active Pending
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