JP3629951B2

JP3629951B2 - Illumination device and projection display device using the same

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Publication number: JP3629951B2
Application number: JP15948098A
Authority: JP
Inventors: 嘉高伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-06-08
Filing date: 1998-06-08
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2018-06-08
Also published as: JPH11352588A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源ランプからの発散光をリフレクタによって反射することにより略平行な出射光として出射する照明装置に関するものである。更に詳しくは、照明装置の光の利用効率を向上するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メタルハライドランプ、キセノンランプ等の光源ランプは投写型表示装置の光源として広く利用されている。これらの光源ランプは、放物面リフレクタ等のリフレクタと共に使用され、ユニット形式の照明装置として投写型表示装置に組付けられる。
【０００３】
図９には従来の一般的な照明装置の概略構成を示してある。この図に示すように、照明装置１００は、メタルハライドランプ等の光源ランプ２と、この光源ランプ２が取り付けられたリフレクタ３とから基本的に構成されている。この照明装置１００では、光源ランプ２からの発散光はリフレクタ３の反射面１１で反射し、リフレクタ３の前面開口４からランプ光軸Ｌに略平行な光として出射する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
投写型表示装置に用いる照明装置としては、平行性の高い照明光を出射できる照明装置が望ましいため、リフレクタで反射し略平行な光となった反射出射光成分Ｌ２のみが照明光として使われる場合が多い。しかし、図９に示した照明装置１００では、光源ランプ２からの発散光のうち、リフレクタ３で反射されることなく前面開口４からそのまま出射される光成分（直接出射光成分）Ｌ１は、照明装置１００の出射光としては利用されていない。この直接出射光成分も出射光として利用できれば、照度の高い照明装置を実現でき、投写型表示装置の投写画像を明るくできる。
【０００５】
本発明の課題は、上記の点に鑑みて、光源ランプからの発散光のうち、反射出射光成分に加えて直接出射光成分をも有効利用できる照明装置を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の課題は、この新規な照明装置を備え、明るい画像を投写可能な投写型表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の照明装置では、光源ランプと、この光源ランプの発散光の一部を反射して略平行な出射光として前面開口から出射するリフレクタとを有する照明装置において、前記リフレクタの前記前面開口の出射側に配置されたホログラム素子を有し、当該ホログラム素子は、前記光源ランプの発散光のうち、反射されることなく前記前面開口から直接に出射する直接出射光成分の少なくとも一部を前記光源ランプの光軸に略平行な方向に回折することを特徴としている。
【０００８】
本発明の照明装置では、光源ランプの発散光のうち、直接出射光成分の少なくとも一部はホログラム素子によって回折されてランプ光軸に略平行な光に変換される。従って、直接出射光成分を照明装置の出射光として利用できる。このため、従来利用されていない直接出射光成分を利用できる分、照明装置の光の利用効率を高めることができ、明るい出射光を得ることができる。また、本発明の照明装置を投写型表示装置に組み込むことにより、明るい投写画像を投写可能な投写型表示装置を実現できる。
【０００９】
ホログラム素子としては、表面（光入射面）が凹凸となったレリーフ型のホログラム素子を採用できる。また、屈折率などが周期的に変化した光学的な構造を内部に有する体積変調型のホログラム素子を用いることが可能である。この体積変調型のホログラム素子は入射角依存性が大きい。すなわち、十分に高い回折効率が得られる光の入射角の範囲が狭い。このため、体積変調型のホログラム素子を用いれば、その入射角依存性を適切に設置することにより、リフレクタで反射されて平行化された入射角の小さな光成分には回折作用を与えず、入射角の大きな直接出射光成分にのみ回折作用を与えることが容易となる。このようにすれば、従来の照明装置の出射光として利用していた光成分を回折させることなくそのまま有効に利用できる。
【００１０】
また、ホログラム素子に波長依存性を持たせて、所定の波長帯の色光成分のみを前記ランプ光軸に略平行な方向に回折するようにして、所望の色光成分のみの利用効率を高めても良い。一般的に、光源ランプの各波長帯における光（色光成分）の発光強度は不均一である。このため、光源ランプのある波長帯の光の強度が他の波長帯の光に比べて低い場合には、その波長帯の光に対してのみホログラム素子の回折作用が生じるようにすれば、照明装置からの出射光の色バランスをほぼ均一にできる。
【００１１】
ここで、１つの波長帯の光のみの発光強度を高めるだけでなく、複数の波長帯の光の発光強度を高めるようにすれば、照明装置からの出射光の色バランスをより均一化できる。すなわち、第１の波長帯の第１の色光成分のみを光源ランプの光軸に略平行な方向に回折する第１の偏向部分と、第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の第２の色光成分のみを光源ランプの光軸に略平行な方向に回折する第２の偏向部分とから構成したホログラム素子を使用すれば良い。第１および第２の偏向部分は光学的特性の異なる少なくとも２つの偏向部から構成されるのが一般的である。このようなホログラム素子の例としては、第１の偏向部分に対応するホログラム素子（第１の偏向部分）と第２の偏向部分に対応するホログラム素子（第２の偏向部分）を積層して一体化したものが挙げられる。また、複数のホログラム材料を積層して第１および第２の偏向部分を構成したものが挙げられる。
【００１２】
一方、ホログラム素子に、ランプ光軸を中心とする中心領域を設け、この中心領域では光をそのまま透過させるようにしても良い。例えば、中心領域が貫通孔となった円環状のホログラム素子や、中心領域のみがガラス等の光をそのまま透過させる材質から形成されたホログラム素子を採用することができる。直接出射光成分のうち、ランプ光軸付近を通過する光成分はホログラム素子の光入射面に対する入射角は小さく、実質的にランプ光軸に略平行な光となっている。上記のような中心領域を有するホログラム素子を用いれば、実質的にランプ光軸に略平行な直接出射光成分を回折させることなくそのまま透過させることができるので、不要な回折による光損失を防止できる。
【００１３】
また、リフレクタの前面開口から出射される光の強度分布は、一般的にランプ光軸近傍が最も大きく、ランプ光軸から遠ざかるにつれて急激に低下する。すなわち、周辺部では光強度は小さい。上記のような中心領域を有するホログラム素子を用いれば、ランプ光軸近傍の光強度を不要な回折によって低下させることがなく、しかも周辺部の光強度をホログラム素子により確実に高めることができる。これにより、照明装置の出射光の照度ムラを低減できる。
【００１４】
次に、本発明の照明装置は、投写型表示装置の光源として適用可能である。すなわち、照明装置と、当該照明装置からの出射光を変調する光変調素子と、この光変調素子によって変調された変調光を投写面上に拡大投写する投写光学系とを有する投写型表示装置において、その照明装置として、前述した本発明の照明装置を採用できる。本発明の照明装置は、光の利用効率が高く、明るい出射光を出射できるので、本発明の投写型表示装置によれば、明るい投写画像を投写可能である。なお、光変調素子は透過型であっても良く、また、反射型であっても良い。
【００１５】
なお、本発明の照明装置は、投写型表示装置の光源としてだけでなく、車のヘッドライト等に対して適用できるのは勿論である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（照明装置）
以下に図面を参照して本発明を適用した照明装置を説明する。図１は照明装置の概略断面構成図である。図１に示す照明装置１は、基本的には、光源ランプ２からの発散光をリフレクタ３によって反射して、ランプ光軸Ｌに略平行な出射光として出射する形式のものである。また、照明装置１は、リフレクタ３の前面開口４の出射側に配置されたホログラム素子５を有している。
【００１７】
光源ランプ２としては、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ等を使用できる。光源ランプ２の発光管６は、石英ガラス製であり、その中央には断面が楕円形状をした球状の発光部７が形成されている。この発光部７の両側には外側に細長く直線的に伸びる封止部８、９が一体形成されている。発光部７の内部には、電極芯棒が所定の位置に配置されている。また、例えば、沃化ジスプロシウム、沃化ネオジム、沃化セシウム等の金属ハロゲン化物が封入されている。
【００１８】
リフレクタ３には、放物面状の反射面１１が備わっており、この反射面１１の前端縁によって前面開口４が規定されている。反射面１１に照射した光源ランプ２からの発散光はランプ光軸Ｌに略平行な反射出射光成分Ｌ２として反射される。この反射出射光成分Ｌ２の出射方向とランプ光軸Ｌがなす角度（反射出射光成分Ｌ２の拡がり角）は約１０°以下程度である。反射面１１の底部中央からはその背面側に向けて筒型のランプ取付け部１２が延びている。このランプ取付け部１２に、光源ランプ２の一方の封止部９が挿入されている。
【００１９】
なお、光源ランプ２は、封止部９に口金が取り付けられ、この口金を介してランプ取付け部１２に挿入された後、耐熱性の接着剤等によって固定される。また、光源ランプ２は、管軸とランプ光軸Ｌが略平行となるようにリフレクタ３に取り付けられ、発光部７が取付け部の底部中央から所定の量だけ前方に突き出た状態で固定される。
【００２０】
ホログラム素子５は、その光入射面５ａおよび光出射面５ｂが平坦で、屈折率等が周期的に変化した光学的な内部構造を有する体積変調型の素子である。このホログラム素子５は、ランプ光軸Ｌに直交する姿勢でその光入射面５ａがリフレクタ３の前面開口４から僅かに離れた位置に対峙するように配置されている。本例のホログラム素子５は、前面開口４よりも一回り大きな円形をしている。また、ホログラム素子５は、光源ランプ２の発散光のうち、その光入射面５ａに対して所定の角度範囲で入射する光だけを回折し、ランプ光軸Ｌに略平行な方向に出射する。
【００２１】
図２には、ホログラム素子５に入射する光の入射角θとホログラム素子５の回折効率の関係を示してある。この図から分かるように、本例のホログラム素子５は、入射角θがθ１からθ２（１０°＜θ１＜θ２）の範囲の光に対する回折効率が高くなるように設定されている。このようなホログラム素子５では、入射する光のうち、θ１以下の入射角θで入射する光は、ホログラム素子５の回折作用をほとんど受けずに、実質的にホログラム素子５をそのまま透過する。また、θ１〜θ２の入射角θで入射する光は、ホログラム素子５の回折作用によってランプ光軸Ｌに略平行な光に変換されることになる。
【００２２】
このため、照明装置１では、図３（Ａ）および図４に示すように、リフレクタ３の反射面１１で反射されることなく、前面開口４から出射された発散状態の直接出射光成分Ｌ１のうち、ホログラム素子５のランプ光軸Ｌを中心とする中心領域５ｃに入射する光成分Ｌ１２は、その入射角θがθ１以下となるので、回折作用を受けることなく、ホログラム素子５をそのまま透過する。この光成分Ｌ１２は、光入射面５ａに対する入射角θが小さいので、実質的にランプ光軸Ｌに略平行な光である。従って、光成分Ｌ１２は回折による光損失を伴うことなく、そのまま照明装置１からの出射光Ｈとして利用される。
【００２３】
また、直接出射光成分Ｌ１のうち、中心領域５ｃ以外の領域５ｄに入射する光成分Ｌ１１は、その入射角θがθ１より大きくなる。このため、光成分Ｌ１１のうち、ホログラム素子５に対する入射角θがθ１〜θ２の範囲に含まれている成分、すなわち、光成分Ｌ１１の全成分あるいは一部がホログラム素子５の回折作用を受けてランプ光軸Ｌに略平行な光に変換され、ホログラム素子５の光出射面５ｂから出射する。そして、照明装置１の出射光Ｈとして利用される。
【００２４】
一方、図３（Ｂ）に示すように、反射出射光成分Ｌ２は、ホログラム素子５に対する入射角がθ１より小さいので、入射する領域に関係なくその全成分が回折作用をほとんど受けずに当該ホログラム素子５を透過し、照明装置１の出射光Ｈとして利用される。
【００２５】
このように照明装置１では、リフレクタ３の前面開口４の出射側にホログラム素子５を配置して、光源ランプ２からの発散光のうち、従来利用されていなかった直接出射光成分Ｌ１を照明装置１の出射光Ｈとして利用している。従って、照明装置１の光の利用効率を高めることができ、明るい出射光Ｈを得ることができる。
【００２６】
また、照明装置１においては、体積変調型のホログラム素子５を採用している。体積変調型ホログラム素子は、レリーフ型のホログラム素子に比べて入射角依存性が大きく、回折作用が発揮される光の入射角の範囲（θ１〜θ２）が狭い。このため、リフレクタ３で反射されて平行化された反射出射光成分Ｌ２には回折作用をほとんど与えず、直接出射光成分Ｌ１の一部（光成分Ｌ１１）にのみ確実に回折作用を与えることができる。
【００２７】
ここで、リフレクタ３の前面開口４から出射される光の強度分布は、一般的にランプ光軸近傍が最も大きく、ランプ光軸Ｌから遠ざかるにつれて急激に低下する傾向にある。すなわち、ホログラム素子５の中心領域５ｃに入射する光の強度は、その他の領域５ｄに入射する光の強度に比べて大きい。照明装置１では、領域５ｃに入射する光はホログラム素子５を実質的にそのまま透過するので、ランプ光軸Ｌの近傍を通過する光の強度はほとんど低下することがない。また、前述のように、領域５ｄに入射する直接出射光成分（光成分Ｌ１１）を回折して照明装置１の出射光Ｈとして利用しているので、ランプ光軸Ｌから離れた周辺部を通過する光の強度は高まる。このため、照明装置１の出射光Ｈの光強度分布が均一化され、出射光Ｈの照度ムラを低減できる。
【００２８】
なお、ホログラム素子としては、体積変調型のホログラム素子の代わりに、レリーフ型のホログラム素子を採用することも可能である。このようなレリーフ型のホログラム素子を用いる場合には、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ホログラム素子５Ａの中心領域５ｃをガラス等の透明な材質から形成することが望ましい。中心領域５ｃは貫通孔としても良い。レリーフ型のホログラム素子は体積変調型のホログラム素子に比べて入射角依存性が低いので、光軸中心に沿って略平行に進む出射光が回折作用を受けてしまう恐れが高い。しかし、本例の構成のホログラム素子を用いれば、そのような不要な回折による光損失が発生しないという利点がある。
【００２９】
また、本例のホログラム素子５Ａを用いれば、それがレリーフ型、体積変調型のいずれであっても中心領域５ｃに入射する反射出射光成分Ｌ２は回折されずにそのまま透過するので、ランプ光軸Ｌの近傍を通過する光の強度の低下をより確実に防止でき、同時に照明装置１の出射光Ｈの照度ムラも一層低減できる。
【００３０】
（投写型表示装置）
次に、上述した照明装置１が組み込まれた投写型表示装置の一例を説明する。図６にはその投写型表示装置の光学系の概略構成を示してある。この図に示す投写型表示装置２０は、本発明を適用した照明装置１からの出射光Ｈを赤、緑、青の各色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離し、分離された各色光Ｒ、Ｇ、Ｂに対して反射型の液晶ライトバルブにより各色の画像信号に応じた変調を施し、変調後の各色光（変調光束）を再合成して投写面上に拡大投写する形式のものである。
【００３１】
詳細に説明すると、照明装置１からの出射光Ｈは、出射光Ｈに含まれるＰ偏光成分ＰおよびＳ偏光成分Ｓを空間的に分離する偏光ビームスプリッタ２１に入射する。この偏光ビームスプリッタ２１は、ランプ光軸Ｌに対して４５度傾斜した偏光分離膜２１ａを備えており、出射光Ｈに含まれるＰ偏光光Ｐを透過し、Ｓ偏光光Ｓを直交する方向に向けて反射することにより、２種類の偏光光を空間的に９０度の角度で分離する。
【００３２】
この偏光ビームスプリッタ２１におけるＰ偏光光Ｐの出射面３１に対峙させて、ダイクロイックプリズム２２が配置されている。このダイクロイックプリズム２２は上記の偏光分離膜２１ａと略平行に赤色・青色反射膜２２ａが形成されている。
【００３３】
ダイクロイックプリズム２２に入射したＰ偏光光Ｐに含まれる緑色光Ｇは赤色・青色反射膜２２ａを透過して当該ダイクロイックプリズム２２の出射面４１から出射する。この出射面４１に対峙させて、出射した緑色光Ｇの光路に直交する状態で、反射型の液晶ライトバルブ２３Ｇが配置されている。従って、Ｐ偏光光Ｐから分離された緑色光Ｇは当該液晶ライトバルブ２３Ｇに入射して、緑色画像信号に対応した変調が施される。Ｐ偏光光Ｐに含まれる赤色光Ｒおよび青色光Ｂはダイクロイックプリズム２２の赤色・緑色反射膜２２ａで反射される。
【００３４】
一方、偏光ビームスプリッタのＳ偏光光Ｓの出射面３２側には、ダイクロイックプリズム２４と、ダイクロイックプリズム２４における偏光ビームスプリッタ２１からＳ偏光光Ｓが入射する入射面４２に形成された緑色反射ダイクロイックフィルタ２５とが設けられている。偏光ビームスプリッタ２１から出射されたＳ偏光光Ｓは、緑色反射ダイクロイックフィルタ２５を通過する際に緑色成分が除去される。
【００３５】
そして、ダイクロイックプリズム２４に入射したＳ偏光光Ｓは、偏光分離膜２１ａとは直交する方向に形成された青色反射膜２４ａによって青色光Ｂが反射されて出射面４３から出射する。この出射面４３に対峙させて、出射した青色光Ｂの光路に直交する状態で、反射型の青色用液晶ライトバルブ２３Ｂが配置されている。従って、Ｓ偏光光Ｓから分離された青色光Ｂは当該液晶ライトバルブ２３Ｂに入射して青色画像信号に対応する変調が施される。青色反射膜２４ａを透過した赤色光Ｒは出射面４４から出射する。この出射面４４に対峙させて、出射した赤色光Ｒの光路に直交する状態で、反射型の赤色用液晶ライトバルブ２３Ｒが配置されている。従って、Ｓ偏光光Ｓから分離された赤色光Ｒは当該液晶ライトバルブ２３Ｒに入射して赤色画像信号に対応する変調が施される。
【００３６】
反射型の液晶ライトバルブ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂに入射した各色光Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれに供給されている各色の画像信号の画素信号に応じて各画素電極毎に偏光面の回転を受けた光が反射光（変調光）として得られる。このようにして得られた変調光は、再度、同一光路に沿って戻り、ダイクロイックプリズム２２、２４を通り、偏光ビームスプリッタ２１に至る。
【００３７】
ここで、Ｐ偏光光Ｐが入射した緑色用液晶ライトバルブ２３Ｇからの反射光は偏光面の回転作用を受けて部分的にＳ偏光光となっており、このＳ偏光成分のみが、当該偏光ビームスプリッタ２１の偏光分離膜２１ａで反射されて、投写光学系を構成している投写レンズ２６に供給され、変調されなかった光は偏光面の回転作用を受けずにＰ偏光光のままであるので、その残りのＰ偏光成分は光源の側に向けて戻っていく。
【００３８】
一方、Ｓ偏光光Ｓが入射した青色用および赤色用の液晶ライトバルブ２３Ｂ、２３Ｒからの変調光は、偏光面の回転作用を受けて部分的にＰ偏光光となっており、このＰ偏光成分のみが、当該偏光ビームスプリッタ２１の偏光分離膜２１ａを透過して、投写レンズ２６に供給され、残りのＳ偏光成分は反射されて光源の側に戻っていく。
【００３９】
この結果、偏光ビームスプリッタ２１の出射面３２からは各色の画像信号に応じて変調が施された各色光（変調光）が再度合成されて出力される。この合成光は投写レンズ２６を介して、投写面２７の上に拡大投写される。
【００４０】
このように構成された投写型表示装置２０は、本発明を適用した照明装置１を有している。照明装置１は、上述したように光の利用効率に優れ、明るい出射光Ｈを出射可能である。このため、投写型表示装置２０によれば、明るい投写画像を表示可能である。
【００４１】
（投写型表示装置の別の例）
上述した投写型表示装置２０は反射型液晶ライトバルブを光変調素子として用いたものであるが、本発明の照明装置は透過型液晶ライトバルブを光変調素子として用いたものに対しても適用可能である。
【００４２】
次に、透過型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の一例を説明する。図７はその投写型表示装置の光学系の要部を示した概略構成図であり、ＸＺ平面における構成を示している。また、図８には照明装置の周辺部分を取り出して示してある。なお、以下の説明においては、特にことわりのない限り、互いに直交する３方向を便宜的にＸ方向（横方向）、Ｙ方向（縦方向）、Ｚ方向（ランプ光軸Ｍの方向）とする。
【００４３】
投写型表示装置２０Ａは、前述した照明装置１と、この照明装置１から出射された光束を複数の中間光束に分割する第１の光学要素６１と、中間光束が集光する位置付近に配置された第２の光学要素６２と、この第２の光学要素６２から出射された光を画像情報に基づいて変調する３枚の透過型液晶ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂと、透過型液晶ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８０によって変調された光束を投写面２７上に拡大投写する投写光学系（投写レンズ）２６とを有している。
【００４４】
照明装置１は、ランプ光軸Ｍがシステム光軸Ｎに対して一定の距離ＤだけＸ方向に平行シフトした状態となるように配置されている。照明装置１から出射された光束は、第１の光学要素６１に入射する。
【００４５】
第１の光学要素６１は、ＸＹ平面上で矩形状の外形を有する複数の光束分割レンズ６１ａがマトリクス状に配列して構成されており、ランプ光軸Ｍが第１の光学要素６１の中心に来るように、照明装置１と第１の光学要素６１との位置関係が設定されている。第１の光学要素６１に入射した光は、光束分割レンズ６１ａにより複数の中間光束６１ｂに分割され、同時に光束分割レンズ６１ａの集光作用により、システム光軸Ｎと垂直な平面内（ＸＹ平面内）の中間光束が集束する位置に光束分割レンズの数と同数の集光像６１ｃを形成する。光束分割レンズ６１ａのＸＹ平面上における外形形状は、照明領域９０の形状と相似形をなすように設定される。本例では、ＸＹ平面上でＸ方向に長い横長の照明領域９０を想定しているため、光束分割レンズ６１ａのＸＹ平面上における外形形状も横長である。なお、この照明領域９０は、図７の液晶ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂにおける画像形成領域に相当する。
【００４６】
集光像６１ｃが形成される位置の近傍には、システム光軸Ｎに対して垂直な平面内（ＸＹ平面内）に第２の光学要素６２が配置されている。この第２の光学要素６２は、集光レンズアレイ６３、遮光板６４、偏光変換装置６８および結合レンズ６７から大略構成される複合体である。なお、第１の光学要素６１に入射する光束の平行性が極めて良い場合には、第２の光学要素６２から集光レンズアレイ６３を省略した構成としても良い。この第２の光学要素６２は、中間光束６１ｂのそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに空間的に分離した後、一方の偏光光束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃え、偏光方向がほぼ揃ったそれぞれの光束を照明領域に導くような機能を有している。
【００４７】
集光レンズアレイ６３は、第１の光学要素６１とほぼ同様な構成となっており、即ち、第１の光学要素６１を構成する光束分割レンズ６１ａと同数の集光レンズ６３ａをマトリクス状に配列したものであり、それぞれの中間光束６１ｂを後述する偏光変換装置６８の偏光分離ユニットアレイ６５の特定の場所に集光しながら導く機能を有している。従って、第１の光学要素６１により形成された中間光束６１ｂの特性に合わせて、また、偏光分離ユニットアレイ６５に入射する光はその主光線の傾きがシステム光軸Ｎと平行であることが理想的である点を考慮して、各集光レンズ６３ａのレンズ特性は各々最適化されることが望ましい。ただし、一般的には、光学系の低コスト化および設計の容易さを考慮して、第１の光学要素６１と全く同じものを集光レンズアレイ６３として用いるか、或いは、光束分割レンズ６１ａとＸＹ平面での形状が相似形である集光レンズを用いて構成した集光レンズアレイを用いても良いことから、本例の場合には、第１の光学要素６１を集光レンズアレイ６３として用いている。なお、集光レンズアレイ６３は遮光板６４や偏光変換装置６８から離れた位置（第１の光学要素６１に近い側）に配置してもよい。
【００４８】
遮光板６４は複数の遮光面６４ａと複数の開口面６４ｂが配列して構成されたものであり、遮光面６４ａと開口面６４ｂの配列の仕方は後述する偏光分離ユニットの配列の仕方に対応している。遮光板６４の遮光面６４ａに入射した光束は遮られ、開口面６４ｂに入射した光束は遮光板６４をそのまま透過する。従って、遮光板６４は、遮光板６４上の位置に応じて透過する光束を制御する機能を有しており、遮光面６４ａと開口面６４ｂの配列の仕方は、第１の光学要素６１による集光像６１ｃが後述する偏光分離ユニットの偏光分離面上のみに形成されるように設定されている。遮光板６４としては、ガラス板等の平板状の透明体に、クロムやアルミニウム等からなる遮光性の膜を部分的に形成したものや、アルミニウム板のような遮光性の平板に開口部を設けたもの等を使用することができる。特に、遮光性を有する膜を利用する場合には、遮光性を有する膜を集光レンズアレイ６３や後述する偏光分離ユニットアレイ６５上に直接形成しても同様の機能を発揮させることができる。
【００４９】
次に、偏光変換装置６８は偏光分離ユニットアレイ６５と、この偏光分離ユニットアレイ６５の出射面の側に取り付けられた選択位相差板６６とを有している。
【００５０】
偏光分離ユニットアレイ６５は、複数の偏光分離ユニット６５ａがマトリクス状に配列した構成をなしている。偏光分離ユニット６５ａの配列の仕方は、第１の光学要素６１を構成する光束分割レンズ６１ａのレンズ特性およびそれらの配列の仕方に対応している。本例においては、全て同じレンズ特性を有する同心系の光束分割レンズ６１ａを用いて、それらの光束分割レンズ６１ａを直交マトリクス状に配列することで第１の光学要素６１を構成しているため、偏光分離ユニットアレイ６５も全て同じ偏光分離ユニット６５ａを全て同じ向きに直交マトリクス状に配列することにより構成されている。なお、Ｙ方向に並ぶ同一列の偏光分離ユニットが全て同じ偏光分離ユニットである場合には、Ｙ方向に細長い偏光分離ユニットをＸ方向に配列して構成した偏光分離ユニットアレイ６５を用いた方が、偏光分離ユニット間の界面における光損失を低減できると共に偏光分離ユニットアレイの製造コストを低減できるという利点がある。
【００５１】
偏光分離ユニット６５ａは内部に偏光分離面６５ｂと反射面６５ｃを備えた四角柱状の構造体であり、偏光分離ユニット６５ａに入射する中間光束６１ｂのそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに空間的に分離する機能を有している。偏光分離ユニット６５ａのＸＹ平面上における外観形状は、光束分割レンズ６１ａのＸＹ平面上における外観形状と相似形をなしており、即ち、横長の矩形状である。従って、偏光分離面６５ｂと反射面６５ｃとは横方向（Ｘ方向）に並ぶように配置されている。ここで、偏光分離面６５ｂと反射面６５ｃとは、偏光分離面６５ｂがシステム光軸Ｎに対して約４５度の傾きをなし、且つ、反射面６５ｃが偏光分離面と平行な状態をなし、さらに、偏光分離面６５ｂがＸＹ平面上に投影する断面積（後述するＰ出射面の面積に等しい）と反射面６５ｃがＸＹ平面上に投影する断面積（後述するＳ出射面の面積に等しい）とが等しくなるように配置されている。従って、本例では、偏光分離面６５ｂが存在する領域のＸＹ平面上での横幅と反射面が存在する領域のＸＹ平面上での横幅とは等しくなり、且つ、それぞれが偏光分離ユニットのＸＹ平面上での横幅の半分になるように設定されている。なお、一般的に、偏光分離面６５ｂは誘電体多層膜で、また、反射面６５ｃは誘電体多層膜或いはアルミニウム膜で形成することができる。
【００５２】
偏光分離ユニット６５ａに入射した光は、偏光分離面６５ｂにおいて、進行方向を変えずに偏光分離面６５ｂを透過するＰ偏光光束と、偏光分離面６５ｂで反射され隣接する反射面６５ｃの方向に進行方向を変えるＳ偏光光束とに分離される。Ｐ偏光光束はそのままＰ出射面６５ｄを経て偏光分離ユニットから出射され、Ｓ偏光光束は再び反射面６５ｃで進行方向を変え、Ｐ偏光光束とほぼ平行な状態となって、Ｓ出射面６５ｅを経て偏光分離ユニットから出射される。従って、偏光分離ユニットに入射したランダムな偏光光束は偏光分離ユニットにより偏光方向が異なるＰ偏光光束とＳ偏光光束の二種類の偏光光束に分離され、偏光分離ユニットの異なる場所（Ｐ出射面６５ｄとＳ出射面６５ｅ）からほぼ同じ方向に向けて出射される。偏光分離ユニット６５ａは上記のような機能を有することから、それぞれの偏光分離ユニット６５ａの偏光分離面６５ｂが存在する領域にそれぞれの中間光束６１ｂを導く必要があり、そのため、偏光分離ユニット内の偏光分離面６５ｂの中央部に中間光束６１ｂが入射するように、それぞれの偏光分離ユニット６５ａとそれぞれの集光レンズ６３ａの位置関係やそれぞれの集光レンズ６３ａのレンズ特性は設定されている。特に、本例の場合には、それぞれの偏光分離ユニット内の偏光分離面６５ｂの中央部にそれぞれの集光レンズの中心軸が来るように配置するため、集光レンズアレイ６５は、偏光分離ユニットの横幅の１／４に相当する距離Ｄだけ、偏光分離ユニットアレイ６５に対してＸ方向にずらした状態で配置されている。
【００５３】
尚、偏光分離ユニットアレイにおいては、その内部に上述した偏光分離面と反射面が規則的に形成されたものであれば良く、上述した偏光分離ユニットを基本的な構成単位として用いる必要は必ずしもない。ここでは、偏光分離ユニットアレイの機能を説明し易くするために、偏光分離ユニットという構成単位を導入したに過ぎない。
【００５４】
遮光板６４は偏光分離ユニットアレイ６５と集光レンズアレイ６３との間にあって、遮光板６４のそれぞれの開口面６４ｂの中心とそれぞれの偏光分離ユニット６５ａの偏光分離面６５ｂの中心がほぼ一致するように配置され、また、開口面６４ｂの開口横幅（Ｘ方向の開口幅）は偏光分離ユニット６５ａの横幅の約半分の大きさに設定されている。この結果、偏光分離面６５ｂを経ずして反射面６５ｃに直接入射する中間光束６１ｂは、予め遮光板６４の遮光面６４ａで遮られるためほとんど存在せず、遮光板６４の開口面６４ｂの通過した光束はそのほとんど全てが偏光分離面６５ｂに入射することになる。従って、遮光板６４の設置により、偏光分離ユニット６５ａにおいて、直接反射面６５ｃに入射し、反射面６５ｃを経て隣接する偏光分離面６５ｂに入射する光束はほとんど存在しないことになる。
【００５５】
偏光分離ユニットアレイ６５の出射面側には、λ／２位相差板６６ａが規則的に配置された選択位相差板６６が設置されている。即ち、偏光分離ユニットアレイ６５を構成する偏光分離ユニット６５ａのＰ出射面６５ｄの部分にのみλ／２位相差板６６ａが配置され、Ｓ出射面６５ｅの部分にはλ／２位相差板６６ａは設置されていない。この様なλ／２位相差板６６ａの配置状態により、偏光分離ユニット６５ａから出射されたＰ偏光光束は、λ／２位相差板６６ａを通過する際に偏光方向の回転作用を受けＳ偏光光束へと変換される。一方、Ｓ出射面６５ｅから出射されたＳ偏光光束はλ／２位相差板６６ａを通過しないので、偏光方向は変化せず、Ｓ偏光光束のまま選択位相差板６６を通過する。以上をまとめると、偏光分離ユニットアレイ６５と選択位相差板６６により、偏光方向がランダムな中間光束６１ｂは一種類の偏光光束（この場合はＳ偏光光束）に変換されたことになる。
【００５６】
選択位相差板６６の出射面の側には、結合レンズ６７が配置されており、選択位相差板６６によりＳ偏光光束に揃えられた光束は、結合レンズ６７により照明領域（液晶ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂの画像形成領域）９０へと導かれ、照明領域上で重畳結合される。ここで、結合レンズ６７は１つのレンズ体である必要はなく、第１の光学要素６１のように、複数のレンズの集合体であっても良い。
【００５７】
第２の光学要素６２の機能をまとめると、第１の光学要素６１により分割された中間光束６１ｂ（つまり、光束分割レンズ６１ａにより切り出されたイメージ面）は、第２の光学要素６２により照明領域上で重畳結合される。これと同時に、途中の偏光変換装置６８により、ランダムな偏光光束である中間光束は偏光方向が異なる二種類の偏光光束に空間的に分離され、その分離された二種類の偏光光束が一種類の偏光光束に変換される。ここで、偏光変換装置６８の偏光分離ユニットアレイ６５の入射側には遮光板６４が配置され、偏光分離ユニット６５ａの偏光分離面６５ｂにだけ中間光束が入射する構成となっているため、反射面６５ｃを経て偏光分離面６５ｂに入射する中間光束６１ｂはほとんどなく、偏光分離ユニットアレイ６５から出射される偏光光束の種類はほぼ一種類に限定される。従って、照明領域は殆ど一種類の偏光光束でほぼ均一に照明されることになる。
【００５８】
このような第２の光学要素６２から出射された一種類の偏光光束は、まず青光緑光反射ダイクロイックミラー７１において、赤色光Ｒが透過し、青色光Ｂおよび緑色光Ｇが反射する。赤色光Ｒは、反射ミラー７２で反射され、赤色用の透過型液晶ライトバルブ８０Ｒに達する。一方、青色光Ｂおよび緑色光Ｇのうち、緑色光Ｇは、緑光反射ダイクロイックミラー７３によって反射され、緑光用の透過型液晶ライトバルブ８０Ｇに達する。
【００５９】
ここで、青色光Ｂは、各色光のうちでその光路の長さが最も長いので、青色光Ｂに対しては、入射レンズ７４、リレーレンズ７５、および出射レンズ７６からなるリレーレンズ系で構成された導光手段７９を設けてある。即ち、青色光Ｂは、緑光反射ダイクロイックミラー７３を透過した後に、まず、入射レンズ７４を経て反射ミラー７７により反射されてリレーレンズ７５に導かれ、このリレーレンズ７５に集束された後、反射ミラー７８によって出射レンズ７６に導かれ、しかる後に、青光用の透過型液晶ライトバルブ８０Ｂに達する。ここで、３ヶ所の透過型液晶ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂは、それぞれの色光を変調し、各色光に対応した画像情報を含まれた後に、変調した色光をクロスダイクロイックプリズム８５に入射する。クロスダイクロイックプリズム８５には、赤光反射の誘電体多層膜と青光反射の誘電体多層膜とがＸ字状に形成されており、それぞれの変調光束を合成しカラー画像を形成する。ここで形成されたカラー画像は、投写光学系である投写レンズ２６により投写面２７上に拡大投影され、投写画像を形成する。
【００６０】
このように構成された投写型表示装置２０Ａは、本発明を適用した照明装置１を有しているので、上述した反射型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置２０と同様に、明るい投写画像を表示可能である。
【００６１】
ここで、照明装置１の構成要素である光源ランプ２の各色の発光バランスは一般的に不均一であるので、照明装置１からの出射光Ｈの色バランスも整っていない。このため、上述した投写型表示装置２０、２０Ａでは、分離された各色光Ｒ、Ｇ、Ｂの光強度は一致しておらず、例えば、所定の色光の光強度のみがその他の色光より弱くなる場合がある。
【００６２】
このような場合には、照明装置１のホログラム素子５に波長依存性を持たせて、光源ランプ２からの直接光Ｌ１のうち、所定の波長帯の色光のみに回折作用が働くように設定し、所定の波長帯の色光の強度を効果的に強めるようにすれば良い。このようにすれば、照明装置１からの出射光Ｈの色バランスを向上でき、投写型表示装置２０、２０Ａにおける各色光Ｒ、Ｇ、Ｂの光強度をほぼ一致させることができる。また、投写型表示装置２０、２０Ａにおいて、光路中における所定の色光の損失がその他の色光に比べて多い場合にも、ホログラム素子５に波長依存性を持たせて、光源ランプ２からの直接光Ｌ１のうち、所定の波長帯の色光のみに回折作用が働くようにすることが有効である。
【００６３】
さらに、２色の色光の強度を高める場合には、それぞれの色光に対応した２つのホログラム素子（第１および第２の偏向部分）を積層したものを使用すれば良い。また、複数のホログラム材料を積層することにより、第１および第２の偏向部分を構成したホログラム素子を使用することも可能である。
【００６４】
なお、本発明の照明装置は、投写型表示装置の光源に限らず、車のヘッドライト等に対して適用可能である。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、リフレクタの前面開口の出射側にホログラム素子を配置して、光源ランプからの発散光のうち、直接出射光成分の少なくとも一部をこのホログラム素子の回折作用によってランプ光軸に略平行な光に変換して照明装置の出射光として利用している。
【００６６】
従って、従来では利用されていない直接出射光成分を照明装置の出射光として利用できるので、その分、光の利用効率を高め、明るい出射光を得ることができる。また、本発明の照明装置を投写型表示装置に組み込むことにより、明るい投写画像を投写可能な投写型表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した照明装置の概略断面構成図である。
【図２】ホログラム素子の光の入射角に対する回折効率の関係を示す図である。
【図３】（Ａ）は、図１に示す照明装置における直接出射光成分の回折状態を示す図、（Ｂ）は、ホログラム素子から出射される直接出射光成分の各光成分の分布を示す図である。
【図４】図１に示す照明装置における反射出射光成分の出射状態を示す図である。
【図５】（Ａ）は図１に示すホログラム素子とは異なる例のホログラム素子の平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図６】図１に示す照明装置を備えた投写型表示装置の光学系の概略構成図である。
【図７】図１に示す照明装置を備えた投写型表示装置の異なる光学系の例を示す概略構成図である。
【図８】図７に示す投写型表示装置の光学系における照明装置の周辺部分の拡大図である。
【図９】従来の照明装置の概略断面構成図である。
【符号の説明】
１照明装置
２光源ランプ
３リフレクタ
４前面開口
５、５Ａホログラム素子
５ａ光入射面
５ｂ光出射面
７発光部
１１放物面反射面
２０、２０Ａ投写型表示装置
２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂ反射型液晶ライトバルブ
８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ透過型液晶ライトバルブ
２６投写レンズ
５１透明部分
Ｌランプ光軸
Ｌ１直接出射光成分
Ｌ２反射出射光成分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an illuminating device that emits divergent light from a light source lamp as substantially parallel outgoing light by reflecting the light with a reflector. More specifically, the present invention relates to a technique for improving the light use efficiency of a lighting device.
[0002]
[Prior art]
Light source lamps such as metal halide lamps and xenon lamps are widely used as light sources for projection display devices. These light source lamps are used together with a reflector such as a parabolic reflector, and are assembled in a projection display device as a unit-type illumination device.
[0003]
FIG. 9 shows a schematic configuration of a conventional general lighting device. As shown in this figure, the illumination device 100 basically includes a light source lamp 2 such as a metal halide lamp, and a reflector 3 to which the light source lamp 2 is attached. In this illuminating device 100, the divergent light from the light source lamp 2 is reflected by the reflecting surface 11 of the reflector 3 and is emitted from the front opening 4 of the reflector 3 as light substantially parallel to the lamp optical axis L.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As the illuminating device used for the projection display device, an illuminating device that can emit illumination light with high parallelism is desirable. Therefore, only the reflected and emitted light component L2 reflected by the reflector to become substantially parallel light is used as illumination light. There are many. However, in the illuminating device 100 shown in FIG. 9, out of the divergent light from the light source lamp 2, the light component (directly emitted light component) L <b> 1 emitted as it is from the front opening 4 without being reflected by the reflector 3 is It is not used as the light emitted from the device 100. If this directly emitted light component can also be used as emitted light, a lighting device with high illuminance can be realized, and the projection image of the projection display device can be brightened.
[0005]
In view of the above points, an object of the present invention is to provide an illuminating device that can effectively use a direct emitted light component in addition to a reflected emitted light component in divergent light from a light source lamp.
[0006]
Another object of the present invention is to provide a projection display device that includes this novel illumination device and can project a bright image.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, in the illumination device according to the present invention, in the illumination device having a light source lamp and a reflector that reflects a part of the divergent light of the light source lamp and emits the substantially parallel emitted light from the front opening. A hologram element disposed on the exit side of the front opening of the reflector, and the hologram element directly emits the diverging light of the light source lamp directly from the front opening without being reflected. At least a part of the component is diffracted in a direction substantially parallel to the optical axis of the light source lamp.
[0008]
In the illuminating device of the present invention, at least part of the directly emitted light component of the divergent light of the light source lamp is diffracted by the hologram element and converted into light substantially parallel to the lamp optical axis. Therefore, the direct emission light component can be used as the emission light of the illumination device. For this reason, the utilization efficiency of the light of an illuminating device can be improved by the part which can utilize the directly emitted light component which is not utilized conventionally, and bright emitted light can be obtained. Further, by incorporating the illumination device of the present invention into a projection display device, a projection display device capable of projecting a bright projection image can be realized.
[0009]
As the hologram element, a relief-type hologram element having an uneven surface (light incident surface) can be employed. In addition, it is possible to use a volume modulation hologram element having an optical structure in which the refractive index and the like are periodically changed. This volume modulation type hologram element has a large incident angle dependency. That is, the range of the incident angle of light that can obtain sufficiently high diffraction efficiency is narrow. For this reason, if a volume modulation type hologram element is used, the incident angle dependency is appropriately set so that the light component having a small incident angle reflected and collimated by the reflector is not diffracted and incident. It becomes easy to give a diffractive action only to a directly emitted light component having a large angle. If it does in this way, the light component utilized as the emitted light of the conventional illuminating device can be effectively used as it is without diffracting.
[0010]
Further, by making the hologram element wavelength dependent so that only the color light component of a predetermined wavelength band is diffracted in a direction substantially parallel to the lamp optical axis, the utilization efficiency of only the desired color light component can be improved. good. Generally, the light emission intensity of light (color light component) in each wavelength band of a light source lamp is non-uniform. For this reason, if the intensity of light in a certain wavelength band of the light source lamp is lower than light in other wavelength bands, the diffractive action of the hologram element is generated only for the light in that wavelength band. The color balance of the light emitted from the apparatus can be made almost uniform.
[0011]
Here, not only the light emission intensity of only light in one wavelength band but also the light emission intensity of light in a plurality of wavelength bands can be increased, whereby the color balance of light emitted from the illumination device can be made more uniform. That is, a first deflecting portion that diffracts only the first color light component of the first wavelength band in a direction substantially parallel to the optical axis of the light source lamp, and a second wavelength band different from the first wavelength band. A hologram element constituted by a second deflecting portion that diffracts only the two color light components in a direction substantially parallel to the optical axis of the light source lamp may be used. Generally, the first and second deflecting portions are composed of at least two deflecting portions having different optical characteristics. As an example of such a hologram element, a hologram element corresponding to the first deflection portion (first deflection portion) and a hologram element corresponding to the second deflection portion (second deflection portion) are laminated and integrated. Can be listed. Moreover, what laminated | stacked several hologram material and comprised the 1st and 2nd deflection | deviation part is mentioned.
[0012]
On the other hand, the hologram element may be provided with a central region centered on the lamp optical axis, and light may be transmitted through the central region as it is. For example, an annular hologram element having a through-hole in the central region, or a hologram element formed of a material that transmits light as it is in the central region only can be employed. Of the directly emitted light component, the light component passing near the lamp optical axis has a small incident angle with respect to the light incident surface of the hologram element and is substantially parallel to the lamp optical axis. If the hologram element having the center region as described above is used, the direct emission light component substantially parallel to the lamp optical axis can be transmitted as it is without being diffracted, so that light loss due to unnecessary diffraction can be prevented. .
[0013]
Further, the intensity distribution of light emitted from the front opening of the reflector is generally the largest in the vicinity of the lamp optical axis, and rapidly decreases as the distance from the lamp optical axis increases. That is, the light intensity is small in the peripheral part. If the hologram element having the center region as described above is used, the light intensity in the vicinity of the lamp optical axis is not reduced by unnecessary diffraction, and the light intensity in the peripheral portion can be reliably increased by the hologram element. Thereby, the illumination nonuniformity of the emitted light of an illuminating device can be reduced.
[0014]
Next, the illumination device of the present invention can be applied as a light source of a projection display device. That is, in a projection display device having an illumination device, a light modulation element that modulates light emitted from the illumination device, and a projection optical system that enlarges and projects the modulated light modulated by the light modulation element onto a projection surface The lighting device of the present invention described above can be employed as the lighting device. Since the illumination device of the present invention has high light utilization efficiency and can emit bright emitted light, the projection display device of the present invention can project a bright projected image. The light modulation element may be a transmission type or a reflection type.
[0015]
Of course, the lighting device of the present invention can be applied not only as a light source of a projection display device but also to a headlight of a car.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Lighting device)
An illumination device to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a lighting device. The illuminating device 1 shown in FIG. 1 basically has a type in which divergent light from a light source lamp 2 is reflected by a reflector 3 and emitted as emitted light substantially parallel to the lamp optical axis L. The illumination device 1 also has a hologram element 5 arranged on the exit side of the front opening 4 of the reflector 3.
[0017]
As the light source lamp 2, a metal halide lamp, a high-pressure mercury lamp, a xenon lamp, or the like can be used. The light emitting tube 6 of the light source lamp 2 is made of quartz glass, and a spherical light emitting portion 7 having an elliptical cross section is formed at the center thereof. Sealing portions 8 and 9 are formed integrally on both sides of the light emitting portion 7 so as to be elongated outward and linearly. An electrode core bar is disposed at a predetermined position inside the light emitting unit 7. Further, for example, metal halides such as dysprosium iodide, neodymium iodide, and cesium iodide are enclosed.
[0018]
The reflector 3 includes a parabolic reflecting surface 11, and a front opening 4 is defined by a front edge of the reflecting surface 11. The diverging light from the light source lamp 2 irradiated on the reflecting surface 11 is reflected as a reflected outgoing light component L2 substantially parallel to the lamp optical axis L. The angle formed by the outgoing direction of the reflected outgoing light component L2 and the lamp optical axis L (the spread angle of the reflected outgoing light component L2) is about 10 ° or less. A cylindrical lamp mounting portion 12 extends from the center of the bottom of the reflecting surface 11 toward the back side thereof. One sealing portion 9 of the light source lamp 2 is inserted into the lamp mounting portion 12.
[0019]
The light source lamp 2 has a base attached to the sealing portion 9 and is inserted into the lamp mounting portion 12 through the base, and then fixed with a heat-resistant adhesive or the like. The light source lamp 2 is attached to the reflector 3 so that the tube axis and the lamp optical axis L are substantially parallel, and is fixed in a state where the light emitting part 7 protrudes forward by a predetermined amount from the bottom center of the attachment part. .
[0020]
The hologram element 5 is a volume modulation type element having an optical internal structure in which the light incident surface 5a and the light emitting surface 5b are flat and the refractive index and the like are periodically changed. The hologram element 5 is arranged so that its light incident surface 5 a faces a position slightly away from the front opening 4 of the reflector 3 in a posture orthogonal to the lamp optical axis L. The hologram element 5 of this example has a circular shape that is slightly larger than the front opening 4. Further, the hologram element 5 diffracts only the light incident on the light incident surface 5a within a predetermined angle range out of the divergent light of the light source lamp 2, and emits it in a direction substantially parallel to the lamp optical axis L.
[0021]
FIG. 2 shows the relationship between the incident angle θ of light incident on the hologram element 5 and the diffraction efficiency of the hologram element 5. As can be seen from this figure, the hologram element 5 of this example is set so that the diffraction efficiency with respect to light in the incident angle θ range of θ1 to θ2 (10 ° <θ1 <θ2) is high. In such a hologram element 5, light incident at an incident angle θ that is equal to or smaller than θ 1 among incident light is substantially transmitted through the hologram element 5 as it is without being diffracted by the hologram element 5. Further, light incident at an incident angle θ of θ1 to θ2 is converted into light substantially parallel to the lamp optical axis L by the diffraction action of the hologram element 5.
[0022]
For this reason, in the illuminating device 1, as shown to FIG. 3 (A) and FIG. 4, it is not reflected by the reflective surface 11 of the reflector 3, but the direct-emission light component L1 of the divergence state radiate | emitted from the front opening 4 is carried out. Among them, the light component L12 incident on the central region 5c centered on the lamp optical axis L of the hologram element 5 has its incident angle θ equal to or smaller than θ1, and thus passes through the hologram element 5 as it is without being diffracted. . The light component L12 is light substantially parallel to the lamp optical axis L because the incident angle θ with respect to the light incident surface 5a is small. Therefore, the light component L12 is used as the emitted light H from the illumination device 1 as it is without accompanying light loss due to diffraction.
[0023]
In addition, the light component L11 incident on the region 5d other than the central region 5c among the directly emitted light components L1 has an incident angle θ larger than θ1. For this reason, among the light component L11, a component whose incident angle θ with respect to the hologram element 5 is included in the range of θ1 to θ2, that is, all or part of the light component L11 is subjected to the diffraction action of the hologram element 5. The light is converted into light substantially parallel to the lamp optical axis L and is emitted from the light exit surface 5 b of the hologram element 5. And it is utilized as the emitted light H of the illuminating device 1. FIG.
[0024]
On the other hand, as shown in FIG. 3B, the reflected and emitted light component L2 has an incident angle with respect to the hologram element 5 smaller than θ1, so that all the components are hardly subjected to the diffracting action regardless of the incident region. The light passes through the element 5 and is used as outgoing light H of the illumination device 1.
[0025]
As described above, in the illuminating device 1, the hologram element 5 is arranged on the exit side of the front opening 4 of the reflector 3, and the direct emitted light component L <b> 1 that has not been conventionally used among the divergent light from the light source lamp 2 is illuminated. 1 as outgoing light H. Therefore, the light use efficiency of the lighting device 1 can be increased, and bright outgoing light H can be obtained.
[0026]
In the illumination device 1, a volume modulation type hologram element 5 is employed. The volume modulation type hologram element has a larger incident angle dependency than the relief type hologram element, and has a narrow incident angle range (θ1 to θ2) in which the diffraction effect is exerted. For this reason, almost no diffractive action is given to the reflected outgoing light component L2 reflected and collimated by the reflector 3, and only a part of the direct outgoing light component L1 (light component L11) is reliably given a diffractive action. it can.
[0027]
Here, the intensity distribution of the light emitted from the front opening 4 of the reflector 3 is generally the largest in the vicinity of the lamp optical axis and tends to rapidly decrease as the distance from the lamp optical axis L increases. That is, the intensity of light incident on the central region 5c of the hologram element 5 is higher than the intensity of light incident on the other region 5d. In the illuminating device 1, the light incident on the region 5 c passes through the hologram element 5 as it is, so that the intensity of light passing near the lamp optical axis L hardly decreases. Further, as described above, since the directly emitted light component (light component L11) incident on the region 5d is diffracted and used as the emitted light H of the illumination device 1, it passes through the peripheral part away from the lamp optical axis L. The intensity of the light to be increased. For this reason, the light intensity distribution of the emitted light H of the illuminating device 1 is made uniform, and the illuminance unevenness of the emitted light H can be reduced.
[0028]
As the hologram element, a relief-type hologram element can be adopted instead of the volume modulation type hologram element. When such a relief type hologram element is used, it is desirable to form the central region 5c of the hologram element 5A from a transparent material such as glass, as shown in FIGS. The center region 5c may be a through hole. Since the relief type hologram element has a lower incident angle dependency than the volume modulation type hologram element, there is a high possibility that the emitted light traveling substantially parallel along the center of the optical axis is subjected to a diffraction action. However, if the hologram element having the configuration of this example is used, there is an advantage that light loss due to such unnecessary diffraction does not occur.
[0029]
Further, when the hologram element 5A of this example is used, the reflected and emitted light component L2 incident on the central region 5c is transmitted without being diffracted regardless of whether it is a relief type or a volume modulation type. It is possible to more reliably prevent a decrease in the intensity of light that passes in the vicinity of L, and at the same time, it is possible to further reduce illuminance unevenness of the emitted light H of the illumination device 1.
[0030]
(Projection display)
Next, an example of a projection display device incorporating the above-described illumination device 1 will be described. FIG. 6 shows a schematic configuration of the optical system of the projection display apparatus. The projection display device 20 shown in this figure separates the emitted light H from the illumination device 1 to which the present invention is applied into red, green, and blue color lights R, G, and B, and the separated color lights R and G. , B is modulated by a reflective liquid crystal light valve in accordance with the image signal of each color, and each modulated color light (modulated light beam) is recombined and enlarged and projected onto the projection surface.
[0031]
More specifically, the outgoing light H from the illuminating device 1 enters a polarizing beam splitter 21 that spatially separates the P-polarized component P and the S-polarized component S included in the outgoing light H. The polarization beam splitter 21 includes a polarization separation film 21a inclined by 45 degrees with respect to the lamp optical axis L, transmits the P-polarized light P contained in the outgoing light H, and in a direction orthogonal to the S-polarized light S. By reflecting toward, the two kinds of polarized light are spatially separated at an angle of 90 degrees.
[0032]
A dichroic prism 22 is disposed so as to face the exit surface 31 of the P-polarized light P in the polarization beam splitter 21. The dichroic prism 22 has a red / blue reflective film 22a formed substantially parallel to the polarization separation film 21a.
[0033]
The green light G included in the P-polarized light P incident on the dichroic prism 22 passes through the red / blue reflective film 22a and exits from the exit surface 41 of the dichroic prism 22. A reflective liquid crystal light valve 23G is arranged in a state of being opposed to the emission surface 41 and orthogonal to the optical path of the emitted green light G. Accordingly, the green light G separated from the P-polarized light P is incident on the liquid crystal light valve 23G and subjected to modulation corresponding to the green image signal. Red light R and blue light B included in the P-polarized light P are reflected by the red / green reflecting film 22 a of the dichroic prism 22.
[0034]
On the other hand, on the exit surface 32 side of the S-polarized light S of the polarizing beam splitter, a green reflecting dichroic filter formed on the incident surface 42 on which the S-polarized light S is incident from the polarizing beam splitter 21 in the dichroic prism 24. 25. When the S-polarized light S emitted from the polarization beam splitter 21 passes through the green reflection dichroic filter 25, the green component is removed.
[0035]
Then, the S-polarized light S incident on the dichroic prism 24 is emitted from the emission surface 43 with the blue light B reflected by the blue reflection film 24 a formed in a direction orthogonal to the polarization separation film 21 a. A reflective blue liquid crystal light valve 23B is disposed in a state of being opposed to the emission surface 43 and orthogonal to the optical path of the emitted blue light B. Accordingly, the blue light B separated from the S-polarized light S is incident on the liquid crystal light valve 23B and subjected to modulation corresponding to the blue image signal. The red light R that has passed through the blue reflecting film 24 a is emitted from the emission surface 44. A reflective red liquid crystal light valve 23R for reflection is arranged in a state of being opposed to the emission surface 44 and orthogonal to the optical path of the emitted red light R. Accordingly, the red light R separated from the S-polarized light S is incident on the liquid crystal light valve 23R and subjected to modulation corresponding to the red image signal.
[0036]
The color lights R, G, and B incident on the reflective liquid crystal light valves 23R, 23G, and 23B are subjected to rotation of the plane of polarization for each pixel electrode in accordance with the pixel signal of the image signal of each color that is supplied to each of the color lights. Is obtained as reflected light (modulated light). The modulated light thus obtained returns again along the same optical path, passes through the dichroic prisms 22 and 24, and reaches the polarization beam splitter 21.
[0037]
Here, the reflected light from the green liquid crystal light valve 23G on which the P-polarized light P is incident is partially S-polarized light due to the rotating action of the polarization plane, and only this S-polarized component is the polarized beam. The light reflected by the polarization separation film 21a of the splitter 21 and supplied to the projection lens 26 constituting the projection optical system and not modulated remains as P-polarized light without being subjected to the rotation of the polarization plane. The remaining P-polarized light component returns toward the light source.
[0038]
On the other hand, the modulated light from the blue and red liquid crystal light valves 23B and 23R to which the S-polarized light S is incident is partially P-polarized light due to the rotating action of the polarization plane, and this P-polarized component. Only the light passes through the polarization separation film 21a of the polarization beam splitter 21, is supplied to the projection lens 26, and the remaining S-polarized component is reflected and returns to the light source side.
[0039]
As a result, each color light (modulated light) modulated according to the image signal of each color is again synthesized and output from the emission surface 32 of the polarization beam splitter 21. The combined light is enlarged and projected onto the projection surface 27 via the projection lens 26.
[0040]
The projection display device 20 configured as described above has the illumination device 1 to which the present invention is applied. The illuminating device 1 is excellent in light utilization efficiency as described above, and can emit bright emitted light H. Therefore, the projection display device 20 can display a bright projected image.
[0041]
(Another example of a projection display device)
Although the projection display device 20 described above uses a reflective liquid crystal light valve as a light modulation element, the illumination device of the present invention can also be applied to a light transmission device using a transmission liquid crystal light valve as a light modulation element. It is.
[0042]
Next, an example of a projection display device using a transmissive liquid crystal light valve will be described. FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the main part of the optical system of the projection display device, showing the configuration in the XZ plane. Further, FIG. 8 shows a peripheral portion of the lighting device. In the following description, unless otherwise specified, three directions orthogonal to each other are referred to as an X direction (horizontal direction), a Y direction (vertical direction), and a Z direction (direction of the lamp optical axis M) for convenience.
[0043]
The projection display device 20A is disposed in the vicinity of the illumination device 1 described above, a first optical element 61 that divides the light beam emitted from the illumination device 1 into a plurality of intermediate light beams, and a position where the intermediate light beam is condensed. The second optical element 62, three transmissive liquid crystal light valves 80R, 80G, and 80B that modulate the light emitted from the second optical element 62 based on image information, and the transmissive liquid crystal light valve 80R. , 80G, 80, and a projection optical system (projection lens) 26 for enlarging and projecting the light beam modulated by 80G onto the projection surface 27.
[0044]
The illumination device 1 is arranged so that the lamp optical axis M is shifted in parallel in the X direction by a fixed distance D with respect to the system optical axis N. The light beam emitted from the illumination device 1 enters the first optical element 61.
[0045]
The first optical element 61 is configured by arranging a plurality of light beam splitting lenses 61 a having a rectangular outer shape on the XY plane in a matrix, and the lamp optical axis M is at the center of the first optical element 61. The positional relationship between the lighting device 1 and the first optical element 61 is set so as to come. The light incident on the first optical element 61 is split into a plurality of intermediate light beams 61b by the light beam splitting lens 61a, and at the same time, in a plane perpendicular to the system optical axis N (in the XY plane) by the light collecting action of the light beam splitting lens 61a. ), The same number of condensing images 61c as the number of light beam splitting lenses are formed at the position where the intermediate light beam converges. The outer shape of the beam splitting lens 61a on the XY plane is set to be similar to the shape of the illumination region 90. In this example, since a horizontally long illumination region 90 that is long in the X direction on the XY plane is assumed, the outer shape of the light beam splitting lens 61a on the XY plane is also horizontally long. The illumination area 90 corresponds to an image forming area in the liquid crystal light valves 80R, 80G, and 80B in FIG.
[0046]
Near the position where the condensed image 61c is formed, the second optical element 62 is disposed in a plane perpendicular to the system optical axis N (in the XY plane). The second optical element 62 is a complex that is substantially composed of a condenser lens array 63, a light shielding plate 64, a polarization conversion device 68, and a coupling lens 67. If the parallelism of the light beam incident on the first optical element 61 is extremely good, the condensing lens array 63 may be omitted from the second optical element 62. The second optical element 62 spatially separates each of the intermediate light beams 61b into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and then aligns the polarization direction of one polarized light beam with the polarization direction of the other polarized light beam, It has a function of guiding each light flux having substantially the same polarization direction to the illumination area.
[0047]
The condensing lens array 63 has substantially the same configuration as the first optical element 61, that is, the same number of condensing lenses 63a as the light beam splitting lenses 61a constituting the first optical element 61 are arranged in a matrix. It has a function of guiding each intermediate light beam 61b while condensing it to a specific location of a polarization separation unit array 65 of the polarization conversion device 68 described later. Therefore, it is ideal that the light incident on the polarization splitting unit array 65 is parallel to the system optical axis N in accordance with the characteristics of the intermediate light beam 61b formed by the first optical element 61 and that is incident on the polarization separation unit array 65. It is desirable to optimize the lens characteristics of each condensing lens 63a in consideration of the point that is appropriate. However, in general, in consideration of cost reduction of the optical system and ease of design, the same optical element 61 as the first optical element 61 is used as the condenser lens array 63, or the light beam splitting lens 61a. In the present example, the first optical element 61 is used as the condensing lens array 63 because a condensing lens array configured using condensing lenses having a similar shape on the XY plane may be used. Used. The condensing lens array 63 may be disposed at a position away from the light shielding plate 64 and the polarization conversion device 68 (on the side closer to the first optical element 61).
[0048]
The light shielding plate 64 is configured by arranging a plurality of light shielding surfaces 64a and a plurality of opening surfaces 64b. The arrangement method of the light shielding surfaces 64a and the opening surfaces 64b corresponds to the arrangement method of the polarization separation units described later. ing. The light beam incident on the light shielding surface 64a of the light shielding plate 64 is blocked, and the light beam incident on the opening surface 64b passes through the light shielding plate 64 as it is. Therefore, the light shielding plate 64 has a function of controlling the transmitted light beam according to the position on the light shielding plate 64. The arrangement of the light shielding surface 64 a and the opening surface 64 b is performed by the first optical element 61. The optical image 61c is set so as to be formed only on the polarization separation surface of the polarization separation unit described later. As the light-shielding plate 64, a flat transparent body such as a glass plate is partially formed with a light-shielding film made of chromium or aluminum, or an opening is provided in a light-shielding flat plate such as an aluminum plate. Can be used. In particular, when using a light-shielding film, the same function can be exhibited even if a light-shielding film is directly formed on the condenser lens array 63 or a polarization separation unit array 65 described later.
[0049]
Next, the polarization conversion device 68 includes a polarization separation unit array 65 and a selective phase difference plate 66 attached to the exit surface side of the polarization separation unit array 65.
[0050]
The polarization separation unit array 65 has a configuration in which a plurality of polarization separation units 65a are arranged in a matrix. The arrangement method of the polarization separation units 65a corresponds to the lens characteristics of the light beam splitting lens 61a constituting the first optical element 61 and the arrangement method thereof. In this example, the first optical element 61 is configured by using concentric beam splitting lenses 61a having the same lens characteristics and arranging the beam splitting lenses 61a in an orthogonal matrix. The polarization separation unit array 65 is also configured by arranging all the same polarization separation units 65a in the same direction in an orthogonal matrix. When all the polarization separation units in the same row arranged in the Y direction are the same polarization separation unit, it is better to use a polarization separation unit array 65 configured by arranging polarization separation units elongated in the Y direction in the X direction. There are advantages that light loss at the interface between the polarization separation units can be reduced and the manufacturing cost of the polarization separation unit array can be reduced.
[0051]
The polarization separation unit 65a is a quadrangular prism-like structure having a polarization separation surface 65b and a reflection surface 65c inside, and the intermediate light beam 61b incident on the polarization separation unit 65a is spatially converted into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam. It has a function of separating. The appearance shape of the polarization separation unit 65a on the XY plane is similar to the appearance shape of the light beam splitting lens 61a on the XY plane, that is, a horizontally long rectangular shape. Accordingly, the polarization separation surface 65b and the reflection surface 65c are arranged so as to be aligned in the horizontal direction (X direction). Here, the polarization separation surface 65b and the reflection surface 65c are such that the polarization separation surface 65b has an inclination of about 45 degrees with respect to the system optical axis N, and the reflection surface 65c is parallel to the polarization separation surface, Furthermore, the cross-sectional area projected onto the XY plane by the polarization separation surface 65b (equal to the area of the P exit surface described later) and the cross-sectional area projected from the reflection surface 65c onto the XY plane (equal to the area of the S exit surface described later). Are arranged to be equal to each other. Therefore, in this example, the lateral width on the XY plane of the region where the polarization separation surface 65b exists is equal to the lateral width on the XY plane of the region where the reflection surface exists, and each is the XY plane of the polarization separation unit. It is set to be half the horizontal width at the top. In general, the polarization separation surface 65b can be formed of a dielectric multilayer film, and the reflection surface 65c can be formed of a dielectric multilayer film or an aluminum film.
[0052]
The light incident on the polarization separation unit 65a travels in the direction of the P-polarized light beam that passes through the polarization separation surface 65b without changing the traveling direction on the polarization separation surface 65b and the direction of the adjacent reflection surface 65c that is reflected by the polarization separation surface 65b. It is separated into S-polarized light fluxes that change direction. The P-polarized light beam is emitted as it is from the polarization separation unit via the P exit surface 65d, and the S-polarized light beam again changes its traveling direction at the reflecting surface 65c, becomes almost parallel to the P-polarized light beam, and passes through the S exit surface 65e. The light is emitted from the polarization separation unit. Therefore, the random polarized light beam incident on the polarization separation unit is separated into two types of polarized light beams of P-polarized light beam and S-polarized light beam having different polarization directions by the polarization separation unit. The light is emitted from the S emission surface 65e) in substantially the same direction. Since the polarization separation unit 65a has the function as described above, it is necessary to guide each intermediate light beam 61b to a region where the polarization separation surface 65b of each polarization separation unit 65a exists. The positional relationship between the respective polarization separation units 65a and the respective condensing lenses 63a and the lens characteristics of the respective condensing lenses 63a are set so that the intermediate light beam 61b is incident on the central portion of the separation surface 65b. In particular, in the case of this example, the condensing lens array 65 is arranged so that the central axis of each condensing lens comes to the center of the polarization separation surface 65b in each polarization separation unit. The polarization separation unit array 65 is arranged in a state shifted in the X direction by a distance D corresponding to ¼ of the horizontal width of.
[0053]
In the polarization separation unit array, it is only necessary that the polarization separation surface and the reflection surface described above are regularly formed therein, and it is not always necessary to use the polarization separation unit as a basic constituent unit. . Here, in order to easily explain the function of the polarization separation unit array, only a structural unit called a polarization separation unit is introduced.
[0054]
The light shielding plate 64 is located between the polarization separation unit array 65 and the condenser lens array 63 so that the center of each opening surface 64b of the light shielding plate 64 and the center of the polarization separation surface 65b of each polarization separation unit 65a substantially coincide. Further, the opening width of the opening surface 64b (the opening width in the X direction) is set to about half the width of the polarization separation unit 65a. As a result, the intermediate light beam 61b that is directly incident on the reflection surface 65c without passing through the polarization separation surface 65b is hardly blocked because it is blocked by the light shielding surface 64a of the light shielding plate 64 in advance, and passes through the opening surface 64b of the light shielding plate 64. Almost all of the emitted light beam is incident on the polarization separation surface 65b. Therefore, by installing the light shielding plate 64, in the polarization separation unit 65a, there is almost no light beam that directly enters the reflection surface 65c and enters the adjacent polarization separation surface 65b via the reflection surface 65c.
[0055]
A selective phase difference plate 66 in which λ / 2 phase difference plates 66 a are regularly arranged is installed on the exit surface side of the polarization separation unit array 65. That is, the λ / 2 phase difference plate 66a is disposed only on the P exit surface 65d portion of the polarization separation unit 65a constituting the polarization separation unit array 65, and the λ / 2 phase difference plate 66a is disposed on the S exit surface 65e portion. It is not installed. Due to such an arrangement state of the λ / 2 phase difference plate 66a, the P-polarized light beam emitted from the polarization separation unit 65a is subjected to a rotating action in the polarization direction when passing through the λ / 2 phase difference plate 66a, and is an S-polarized light beam. Converted to. On the other hand, since the S-polarized light beam emitted from the S exit surface 65e does not pass through the λ / 2 phase difference plate 66a, the polarization direction does not change and passes through the selective phase difference plate 66 as the S-polarized light beam. In summary, the intermediate light beam 61b having a random polarization direction is converted into one type of polarized light beam (in this case, an S-polarized light beam) by the polarization separation unit array 65 and the selective phase difference plate 66.
[0056]
A coupling lens 67 is disposed on the exit surface side of the selective phase difference plate 66, and the light beam aligned with the S-polarized light flux by the selective phase difference plate 66 is illuminated by the coupling lens 67 (the liquid crystal light valve 80 R, 80G and 80B image forming regions) 90 and are superimposed and coupled on the illumination region. Here, the coupling lens 67 does not have to be a single lens body, and may be an aggregate of a plurality of lenses like the first optical element 61.
[0057]
To summarize the function of the second optical element 62, the intermediate light beam 61 b divided by the first optical element 61 (that is, the image surface cut out by the light beam dividing lens 61 a) is illuminated by the second optical element 62. Superimposed on top. At the same time, the intermediate light beam, which is a randomly polarized light beam, is spatially separated into two types of polarized light beams having different polarization directions by the polarization conversion device 68 on the way, and the two kinds of separated polarized light beams are one type. It is converted into a polarized light beam. Here, the light shielding plate 64 is disposed on the incident side of the polarization separation unit array 65 of the polarization conversion device 68, and the intermediate light beam is incident only on the polarization separation surface 65b of the polarization separation unit 65a. There is almost no intermediate light beam 61b incident on the polarization separation surface 65b via 65c, and the type of polarized light beam emitted from the polarization separation unit array 65 is limited to almost one type. Therefore, the illumination area is illuminated almost uniformly with almost one type of polarized light beam.
[0058]
In the blue light green light reflecting dichroic mirror 71, the one kind of polarized light beam emitted from the second optical element 62 first transmits the red light R and reflects the blue light B and the green light G. The red light R is reflected by the reflection mirror 72 and reaches the transmissive liquid crystal light valve 80R for red. On the other hand, of the blue light B and the green light G, the green light G is reflected by the green light reflecting dichroic mirror 73 and reaches the transmissive liquid crystal light valve 80G for green light.
[0059]
Here, since the blue light B has the longest optical path length among the respective color lights, the blue light B is configured by a relay lens system including an incident lens 74, a relay lens 75, and an exit lens 76. The light guide means 79 is provided. That is, after the blue light B passes through the green light reflecting dichroic mirror 73, it is first reflected by the reflecting mirror 77 through the incident lens 74, guided to the relay lens 75, and focused on the relay lens 75. The light is guided to the exit lens 76 by 78, and then reaches the transmissive liquid crystal light valve 80B for blue light. Here, the three transmissive liquid crystal light valves 80R, 80G, and 80B modulate the respective color lights, and after the image information corresponding to each color light is included, the modulated color lights enter the cross dichroic prism 85. In the cross dichroic prism 85, a red light reflecting dielectric multilayer film and a blue light reflecting dielectric multilayer film are formed in an X shape, and a color image is formed by combining the modulated light beams. The color image formed here is enlarged and projected on the projection surface 27 by the projection lens 26 which is a projection optical system, thereby forming a projection image.
[0060]
Since the projection display device 20A configured as described above has the illumination device 1 to which the present invention is applied, a bright projection image is obtained in the same manner as the projection display device 20 using the reflective liquid crystal light valve described above. Can be displayed.
[0061]
Here, since the light emission balance of each color of the light source lamp 2 which is a constituent element of the illumination device 1 is generally non-uniform, the color balance of the emitted light H from the illumination device 1 is not well prepared. For this reason, in the projection display devices 20 and 20A described above, the light intensities of the separated color lights R, G, and B do not match. For example, only the light intensity of predetermined color light is weaker than the other color lights. There is a case.
[0062]
In such a case, the hologram element 5 of the illuminating device 1 is wavelength-dependent, and is set so that the diffractive action acts only on the color light of a predetermined wavelength band among the direct light L1 from the light source lamp 2. The intensity of colored light in a predetermined wavelength band may be effectively increased. In this way, the color balance of the emitted light H from the illumination device 1 can be improved, and the light intensities of the respective color lights R, G, and B in the projection display devices 20 and 20A can be made substantially the same. Further, in the projection display devices 20 and 20A, even when the loss of predetermined color light in the optical path is larger than that of other color lights, the hologram element 5 is made to have wavelength dependency, and direct light from the light source lamp 2 can be obtained. It is effective to make the diffraction action work only on colored light in a predetermined wavelength band in L1.
[0063]
Further, in order to increase the intensity of the two color lights, a laminate of two hologram elements (first and second deflection portions) corresponding to the respective color lights may be used. It is also possible to use a hologram element that constitutes the first and second deflection portions by laminating a plurality of hologram materials.
[0064]
In addition, the illuminating device of this invention is applicable not only to the light source of a projection type display apparatus but to a headlight etc. of a car.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, a hologram element is arranged on the exit side of the front opening of the reflector, and at least part of the directly emitted light component of the diverging light from the light source lamp is diffracted by the hologram element. Thus, the light is converted into light substantially parallel to the optical axis of the lamp and used as outgoing light of the illumination device.
[0066]
Therefore, since the directly emitted light component that has not been used in the past can be used as the emitted light of the illumination device, the light utilization efficiency can be increased correspondingly and bright emitted light can be obtained. Further, by incorporating the illumination device of the present invention into a projection display device, a projection display device capable of projecting a bright projection image can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional configuration diagram of an illumination device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship of diffraction efficiency with respect to an incident angle of light of a hologram element.
3A is a diagram showing a diffraction state of a directly emitted light component in the illumination device shown in FIG. 1, and FIG. 3B is a distribution of each light component of the directly emitted light component emitted from the hologram element. FIG.
4 is a diagram showing an emission state of a reflected emission light component in the illumination device shown in FIG. 1. FIG.
5A is a plan view of a hologram element of an example different from the hologram element shown in FIG. 1, and FIG. 5B is a cross-sectional view thereof.
6 is a schematic configuration diagram of an optical system of a projection display device provided with the illumination device shown in FIG. 1. FIG.
7 is a schematic configuration diagram illustrating an example of different optical systems of a projection display device including the illumination device illustrated in FIG.
8 is an enlarged view of a peripheral portion of the illumination device in the optical system of the projection display device shown in FIG.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a conventional lighting device.
[Explanation of symbols]
1 Lighting device
2 Light source lamp
3 reflectors
4 Front opening
5, 5A hologram element
5a Light incident surface
5b Light exit surface
7 Light emitting part
11 Parabolic reflecting surface
20, 20A projection display device
23R, 23G, 23B Reflective liquid crystal light valves
80R, 80G, 80B Transmission type liquid crystal light valve
26 Projection lens
51 Transparent area
L Lamp optical axis
L1 Direct emission light component
L2 Reflected outgoing light component

Claims

In the illumination device used for the projection display device,
In an illuminating device having a light source lamp and a reflector that reflects a part of the divergent light of the light source lamp and emits light from the front opening as substantially parallel emitted light,
A hologram element disposed on an exit side of the front opening of the reflector, the hologram element being light that is incident on a light incident surface of the hologram element within a predetermined range out of the diverging light of the light source lamp; Diffracting the component in a direction substantially parallel to the optical axis of the light source lamp ,
The hologram element is capable of diffracting light of a color light component in a predetermined wavelength band mainly in a direction substantially parallel to the optical axis of the light source lamp,
The illumination device according to claim 1, wherein the color light component has a light emission intensity lower than other color light components among the color light components of diverging light of the light source lamp .

The illumination device according to claim 1, wherein the hologram element is a volume modulation hologram element.

3. The hologram element according to claim 1 , wherein the hologram element diffracts a first color light component in a first wavelength band in a direction substantially parallel to an optical axis of the light source lamp, and the first wavelength. A second deflecting portion that diffracts a second color light component different from the band in a direction substantially parallel to the optical axis of the light source lamp, and the first and second deflecting portions have at least two different optical characteristics. An illuminating device comprising a deflection unit.

4. The illumination device according to claim 1 , wherein the hologram element has a central region centered on an optical axis of the light source lamp, and light is transmitted as it is in the central region.

An illumination device according to claim 1, a transmissive light modulation element that modulates light emitted from the illumination device, and a projection optical system that enlarges and projects the modulated light modulated by the light modulation element on a projection surface; A projection display device comprising:

An illumination device according to claim 1, a reflective light modulation element that modulates light emitted from the illumination device, and a projection optical system that enlarges and projects the modulated light modulated by the light modulation element on a projection surface A projection display device comprising: