JP3827264B2

JP3827264B2 - Light source device and projection-type image display device

Info

Publication number: JP3827264B2
Application number: JP26067198A
Authority: JP
Inventors: 浩巳加藤; 浩浜田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2018-09-14
Also published as: JP2000089139A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶プロジェクターのような投射型画像表示装置、及びそれに好適に用いられる光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投影型画像表示装置としては、図１２や図１３に示すようなものが用いられている。
【０００３】
まず、図１２の投影型画像表示装置について説明する。
【０００４】
この投影型画像表示装置において、光源１３１から直接出射し、又はリフレクタ１３２を介して出射した光は、赤色光を反射して緑色光と青色光とを透過するダイクロイックミラー１３３、緑色光を反射して青色光を透過するダイクロイックミラー１３４及び全反射ミラー１３５によって赤、緑、青の３色の光に分解される。分解された各色の光は液晶ライトバルブ１３６、１３７、１３８を透過した後、全反射ミラー１３９、青色光を反射して赤色光を透過するダイクロイックミラー１４０、緑色光を反射して赤色光と青色光とを透過するダイクロイックミラー１４１により再び合成される。合成された光は投射レンズ１４２により投影される。
【０００５】
次に、図１３の投影型画像表示装置について説明する。
【０００６】
この投影型画像表示装置は、原理的には図１２と同じであるが、ダイクロイックミラー１４１ａ、１４１ｂ、全反射ミラー１４２ａ、１４２ｂにより分解された各色の光が、液晶ライトバルブ１４３、１４４、１４５を透過した後、クロスダイクロイックプリズム１４６により再び合成される。合成された光は投射レンズ１４７により投影される。
【０００７】
上記従来の投影型画像表示装置において、光源１３１としては、一般に、可視光全域の分光特性を有するメタルハライドランプやキセノンランプ等が用いられている。
【０００８】
従来から、これらの投影型画像表示装置には、より明るく鮮明な画像が求められている。そのために様々な工夫が今日までなされてきており、明るい画像を得るための手段として光源の出力を増大させることも検討されている。
【０００９】
しかし、一般に、光源の出力が大きいほど光源の発光部分が大きくなるので、光源からの出射光の平行度は悪くなる。このため、投影レンズに到達するまでに光が発散されてしまい、かえって集光効率が悪くなる。つまり、投影型画像表示装置の明るさ（光出力）は光源の出力には比例しないのである。
【００１０】
そこで、明るい画像を得るために、投影型画像表示装置の光源装置として複数の光源を用いる方法が、例えば特許公報第２５３３６７２号や特開平６−２０８０８０号公報に開示されている。
【００１１】
特許公報第２５３３６７２号においては、図１４に示すように、複数の光源１１１からの出射光をダイクロイックミラー１１２で合成している。
【００１２】
一方、特開平６−２０８０８０号公報においては、図１５に示すように、第１の光源１２１と、出射光軸が第１の光源１２１の出射光軸に直交するｎ個の他の光源１２２とを用い、他の光源１２２の出射光軸上であって、第１の光源１２１からの距離に対応した距離だけ他の光源１２２から離れた位置にｎ個の全反射ミラー１２３を配置し、第１の光源１２１の出射光軸又は各全反射ミラー１２３の反射光軸と各他の光源１２２の出射光軸との各交点にΣｎ個のハーフミラー１２４を配置する。そして、ハーフミラー１２４によって各光源１２１、１２２の出射光の一部を直角方向に反射すると共に他の一部を透過させ、全反射ミラー１２３によってハーフミラー１２４を透過した他の光源１２２の出射光とハーフミラーで反射された第１の光源１２１の出射光とを直角方向に全反射する。
【００１３】
なお、これらの従来技術において、各光源は常時点灯しており、光路合成の仕方も時間的に変化しておらず、本発明とは異なる技術である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の投影型画像表示装置の光源装置は、次に説明するような課題を有する。
【００１５】
特許公報第２５３３６７２号の構成では、図１４に示すように、複数の光源１１１からの出射光をダイクロイックミラー１１２で合成しており、ダイクロイックミラー１１２において光が反射するか透過するかは、その波長によって決定される。
【００１６】
このため、可視光全域の分光特性を有するメタルハライドランプを用いた場合には、合成することができない波長域が各光源に必ず存在する。逆に、合成光を可視光全域にわたって考えると、各波長はダイクロイックミラー１１２に反射された光か又は透過してきた光のいずれか一方であるため、基本的に合成することができない。
【００１７】
特開平６−２０８０８０号公報の構成では、基本的に複数の光源からの出射光が並ぶことになるので、光束の幅が大きくなって、液晶パネルに対して相対的に大きな光源となる。
【００１８】
このため、相対的に大きな光源を小さな領域に集光すると、平行度が悪くなって集光効率が低下するという問題がある。
【００１９】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、複数の光源を用いて発散度を大きくすることなく高出力が得られる光源装置、及びそれを用いた明るい表示が得られる投影型画像表示装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光源装置は、時分割で順次点灯される第１〜第３の光源と、前記第１および第２の光源からの光の光路を、該第１および第２の各光源の光路が交差する地点に配置される第１の回転ミラーの回転によって切り替えることにより、共通の光路に合流させるとともに、該共通の光路と前記第３の光源からの光の光路とが交差する地点に配置された第２の回転ミラーの回転によって切り替えることにより、共通の光路に合流させる光路切り替えデバイスとを有し、該切り替えデバイスの第１の回転ミラーが、１枚の円盤上に、前記第１および第２の各光源からの光をそれぞれ反射する反射領域と前記第１および第２の各光源からの光をそれぞれ透過させる透過領域とが形成されて構成されており、該透過領域を透過する第１の光源からの光と、該反射領域にて反射される第２の光源からの光とが共通の光路に直接合流され、前記第２の回転ミラーが、１枚の円盤上に、前記第１の回転ミラーを介して照射される前記第１および第２の光源からの光および該第３の光源からの光をそれぞれ反射する反射領域と、前記第１の回転ミラーを介して照射される前記第１および第２の光源からの光および該第３の光源からの光をそれぞれ透過させる透過領域とが形成されて構成されており、該第２の回転ミラーの該透過領域を透過する第１および第２の光源からの光と、該反射領域にて反射される第３の光源からの光とが前記共通の光路に直接合流され、前記第１および第２回転ミラーの回転と、前記第１〜第３の各光源の点灯タイミングとが、外部からの同期信号によって、相互に同期するように制御され、前記第１の光源からの光が前記第１の回転ミラーの透過領域を透過するタイミングで該第１の光源が点灯され、前記第２の光源からの光が前記第１の回転ミラーの反射領域にて反射するタイミングで該第２の光源が点灯されるように、該第１および第２の光源の点灯タイミングが制御され、前記第２の回転ミラーは、前記第１の回転ミラーから照射される該第１および第２の光源からの光がそれぞれ該第２の回転ミラーの透過領域を透過するタイミングで回転され、該第３の光源は、該第３の光源の光が該第２の回転ミラーの反射領域にて反射されるタイミングで点灯され、前記第１〜第３の各光源が、赤、緑及び青の各波長域にそれぞれ対応した有色光源であって、各光源の点灯時間が、その前後に点灯する光源の点灯時間と一部重なるタイミングで点灯され、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】
前記第１〜第３の各光源が、赤、緑及び青の各波長域にそれぞれ対応した有色光源であってもよい。
【００２５】
前記有色光源が、白色光源とカラーフィルタとによって構成されていてもよい。本発明の投影型画像表示装置は、本発明の光源装置と、該光源装置からの光を受けて少なくとも赤、緑及び青の各色の画像を順次表示する画像形成手段とを備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２６】
前記光路切り替えデバイスの各回転ミラーの回転タイミングと、前記画像形成手段の表示タイミングとが同期制御されてもよい。
【００２７】
以下に、本発明の作用について説明する。
【００２８】
本発明にあっては、ｎ個の光源を、ある１つの光源が点灯している間は他の光源を点灯させずに、第１の光源から第ｎの光源まで順次点灯させる。
【００２９】
一般に、光源（ランプ）の出力が熱負荷によって制限される場合、光源の時間平均ワット数を一定に保ったままで点灯時間のデューティー比を２分の１にすれば、瞬時ワット数を２倍にすることができる。ここで、ｎ個の光源を用いるときには、ｎ分の１の点灯時間すれば、瞬時ワット数をｎ倍にすることができる。よって、ｎ個の光源を順次点灯させても、各々の光源の出射光を合成することにより、トータルでｎ倍の出力を得ることができる。
【００３０】
各光源は順次１個ずつ点灯しているため、反射及び透過を切り替えることにより、各光源からの光の光路を順次共通の光路に合流させて、各出射光を合成することができる。よって、１個の光源と同じ光束（平行度）でｎ倍の出力を得ることができる。
【００３１】
反射及び透過を切り替える光路切り替えデバイスは、例えばガラス基板等の円盤上に反射領域（ミラー部分）と透過領域（ガラス部分）とを形成し、回転させることにより実現することができる。
【００３２】
上記光路切り替えデバイスの切り替えタイミングと、複数の光源の点灯タイミングとは、光センサーによって同期制御してもよい。例えば、光路切り替えデバイスからの光束の出射光と垂直な方向に光センサーを設ける。これにより、両者のタイミングがずれてくると、光源からの出射光が透過するべきときに反射し、反射するべきときに透過して光センサーに光が到達するので、光センサーに到達する光が生じなくなるように光源の点灯タイミング又は光路切り替えデバイスの動作タイミングをフィードバック制御すればよい。
【００３３】
或いは、上記光路切り替えデバイスの切り替えタイミングと、複数の光源の点灯タイミングとを、共通の外部クロック信号等で制御することにより、光センサーを用いなくても同期制御することができる。
【００３４】
さらに、光源の点灯時間をｎ分の１の割当て時間よりもやや長めにして、その前後に点灯する光源の点灯時間と一部オーバーラップさせることにより、反射及び透過を切り替えて光路が切り替わっても、オーバーラップしている点灯時間ではどちらかの光源の光が共通の光路に導かれる。よって、光路切り替えデバイスの切り替えタイミング時の表示のチラツキを抑えることができる。
【００３５】
画像形成手段により各色の画像を順次表示する場合には、複数の光源を各色の波長域に対応した有色光源としてもよい。
【００３６】
この有色光源は、白色光源とカラーフィルタとを組み合わせれば、各色毎に別の種類の光源を用意する必要がなく、容易に実現可能である。
【００３７】
この光源装置と、少なくとも赤、緑及び青の各色の画像を順次表示する画像形成手段とを組み合わせることにより、明るい鮮明な画像が得られる投影型画像表示装置を実現可能である。
【００３８】
この場合、光路切り替えデバイスの切り替えタイミングと、画像形成手段の表示タイミングも上記光センサーや外部制御信号等により同期制御することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
【００４０】
（実施形態１）
図１は本実施形態１の光源装置の概略構成を示す図である。
【００４１】
本実施形態では光源１、２として４００Ｗのキセノンランプを用い、発光部１１、２１から出射した光を直接又は楕円面鏡１２、２２で反射してガラスロッド４に集光するように配置している。
【００４２】
光源１、２は、図１に示すように互いに光路が直交するように配置し、図２に示すような回転ミラー３をその光路上に４５゜で配置している。
【００４３】
この回転ミラー３は、ガラスからなる円盤６にアルミニウムを蒸着（図２にハッチング部分）したものであり、アルミニウム部分が反射領域６ａ、ガラス部分が透過領域６ｂとなっている。
【００４４】
この回転ミラー３はパルスモーター７に取り付けられており、回転させることにより透過と反射とを切り替えて、２つの光源１、２の光路を順次共通の光路に合流させる。
【００４５】
ここで、図３に示すように、合流光路に対して垂直な方向に光センサー５を取り付けると、本来点灯する必要が無いタイミングで光源１、２が点灯している場合に光センサー５に光が入射する。よって、光センサーから信号を光源の点灯回路（図示せず）にフィードバックすることにより、回転ミラー３の透過と反射との切り替えタイミングと光源１、２の点灯タイミングとを同期制御することができる。
【００４６】
或いは、図４に示すように、外部クロック信号を発生させて、回転ミラー３の透過と反射との切り替えタイミングと光源１、２の点灯タイミングとを同期制御してもよい。この方法によれば、光センサーを用いなくても同期制御することができる。
【００４７】
本実施形態では、外部クロック信号により回転ミラー３の透過と反射との切り替えタイミングと光源１、２の点灯タイミングとを同期させた。このとき、図４に示すように、光源１、２の点灯時間を５４％ずつとすることにより、回転ミラー３の透過と反射の切り替え時に常に両方の光源が点灯している状態になるので、光源の点灯と光路切り替えとのタイミングのずれによるチラツキ感をなくすことができた。
【００４８】
本実施形態１では、ガラスロッド４の光出射側から、４００Ｗのランプ相当の平行度で約７４０Ｗ相当の明るさを得ることができた。
【００４９】
なお、本実施形態１では光源を２個用いたが、３個以上の光源を用いることもできる。例えば３個の光源を用いる場合には、図５に示すように、発光部１１、２１、３１及び放物面鏡１２、２２、３２からなる光源１、２、３０と回転ミラー３とを配置して、各光源からの光の光路を共通の光路に合流させることができる。
【００５０】
（実施形態２）
図６は本実施形態２の投影型画像表示装置の概略構成を示す図である。
【００５１】
本実施形態では光源８、９、１０として４００Ｗのキセノンランプを用い、発光部８１、９１、１０１から出射した光を直接又は楕円面鏡８２、９２、１０２で反射してガラスロッド１１に集光するように配置している。
【００５２】
光源８、９、１０は、図６に示すように、光源８に対して光源９、１０の光路が直交するように配置し、図７に示すような回転ミラー１２、１３をその光路上に４５゜で配置している。
【００５３】
この回転ミラー１２、１３は、ガラスからなる円盤１７にアルミニウムを蒸着（図７のハッチング部分）したものであり、アルミニウム部分が反射領域１７ａ、ガラス部分が透過領域１７ｂとなっている。
【００５４】
この回転ミラー１２、１３はパルスモーター１８に取り付けられており、回転させることにより透過と反射とを切り替えて、２つの光源８、９、１０の光路を順次共通の光路に合流させる。
【００５５】
さらに、各光源８、９、１０の出射側には、誘電体多層膜による干渉フィルター１４、１５、１６を配置してあり、干渉フィルター１４、１５、１６は赤、緑、青の各波長域の光だけを透過させるように各々設計されている。
【００５６】
そして、ガラスロッド１１の光源とは反対側には、投射レンズ１９、及び赤、緑、青の各色の画像を順次表示させる液晶表示パネル２０が配置されている。
【００５７】
ここで、図８に示すように、合流光路に対して垂直な方向に光センサー２３、２４を取り付けると、本来点灯する必要が無いタイミングで光源８、９、１０が点灯している場合に光センサー２３、２４に光が入射する。よって、光センサーから信号を光源の点灯回路（図示せず）にフィードバックすることにより、回転ミラー１２、１３の透過と反射との切り替えタイミングと光源８、９、１０の点灯タイミングと液晶表示パネル２０の各色の表示タイミングとを同期制御することができる。
【００５８】
或いは、図９に示すように、外部クロック信号を発生させて、回転ミラー１２、１３の透過と反射との切り替えタイミングと光源８、９、１０の点灯タイミングと液晶表示パネル１４の各色の表示タイミングとを同期制御してもよい。この方法によれば、光センサーを用いなくても同期制御することができる。
【００５９】
本実施形態では、外部クロック信号により回転ミラー１２、１３の透過と反射との切り替えタイミングと光源８、９、１０の点灯タイミングと液晶表示パネル２０の表示タイミングとを同期させた。このとき、図９に示すように、光源８、９、１０の点灯時間を４０％ずつとすることにより、回転ミラー１２、１３の透過と反射の切り替え時に常に２つの光源が点灯している状態になるので、光源の点灯と光路切り替えとのタイミングのずれによるチラツキ感をなくすことができた。
【００６０】
本実施形態２では、ガラスロッド１１の光出射側から、４００Ｗのランプ相当の平行度で約１ｋＷ相当の明るさを得ることができた。
【００６１】
なお、上記実施形態１及び実施形態２では、楕円面鏡を用いてガラスロッドに集光させたが、図１０に示すように放物面鏡１２ａ、２２ａを用いて集光させずに合成した後で、フライアイレンズ光学系５０を透過させてもよい。これは、３個の光源を用いる場合でも同様である。
【００６２】
また、光源としては、パルス発光可能な光源であれば用いることができ、例えば高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等のＨＩＤランプ等を使用することができる。
【００６３】
さらに、上記実施形態１及び実施形態２では光路切り替えデバイスを、回転ミラーの透過と反射とを切り替えることにより実現したが、光路を切り替えることができるデバイスであれば他の光路切り替えデバイスを用いてもよい。例えば、走査系によく用いられており、ミラーを往復回転させることにより反射方向を変化させるガルバノミラーや、多面体の表面にミラーを蒸着し、その多面体を回転させることにより光の反射方向を変化させるポリゴンミラー、或いは多数枚の鏡（マイクロミラー）をワンチップに集積し、それを支えるヨークを回転させることにより光源からの光の反射方向を変化させるＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等を用いて、図１１に示すように配置することにより光路切り替えデバイス２５としてもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による場合には、複数の光源を順次点灯させて光路切り替えデバイスによって光路を切り替えることにより、複数の光源の光路を共通の光路に合流させることができる。ダイクロイックミラーを用いた従来技術のように合成することができない波長域は存在せず、光束の幅が大きくなって平行度が悪くなることもないので、光の利用効率が低下せず、明るくムラの無い光源装置を実現することができる。
【００６５】
光路切り替えデバイスは、ガラス基板等の円盤上に反射領域と透過領域とを形成した回転ミラーを回転させることにより、反射と透過とを切り替えて容易に実現することができる。
【００６６】
上記光路切り替えデバイスの切り替えタイミングと、複数の光源の点灯タイミングとは、光センサーや外部同期信号等で同期制御することにより、両者のタイミングのずれを防ぐことができる。
【００６７】
さらに、光源の点灯時間を、その前後に点灯する光源の点灯時間と一部オーバーラップするようにすれば、光路切り替えデバイスの切り替えタイミング時における表示のチラツキ感を抑えて良好な表示特性が得られる。
【００６８】
画像形成手段により各色の画像を順次表示する場合には、複数の光源を各色の波長域に対応した有色光源としてもよい。この場合にも、光の利用効率の低下が生じない、明るい光源装置が得られる。
【００６９】
この有色光源は、白色光源とカラーフィルタとを組み合わせれば、各色毎に別の種類の光源を用意する必要がなく、容易に構成することができる。
【００７０】
本発明の光源装置と、少なくとも赤、緑及び青の各色の画像を順次表示する画像形成手段とを組み合わせることにより、明るい鮮明な画像が得られる投影型画像表示装置を実現することができるので、本発明は非常に有効である。
【００７１】
さらに、光路切り替えデバイスの切り替えタイミングと、画像形成手段の表示タイミングも上記光センサーや外部制御信号等により同期制御することができるので、チラツキ感の無い良好な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の光源装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施形態１の光源装置における回転ミラーを示す平面図である。
【図３】実施形態１の他の光源装置の概略構成を示す図である。
【図４】実施形態１の光源装置における点灯タイミング図である。
【図５】実施形態１の他の光源装置の概略構成を示す図である。
【図６】実施形態２の光源装置の概略構成を示す図である。
【図７】実施形態２の光源装置における回転ミラーを示す平面図である。
【図８】実施形態２の他の光源装置の概略構成を示す図である。
【図９】実施形態２の光源装置における点灯タイミング図である。
【図１０】本発明の他の光源装置の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明の他の光源装置の概略構成を示す図である。
【図１２】従来の投影型画像表示装置の概略構成を示す図である。
【図１３】従来の投影型画像表示装置の概略構成を示す図である。
【図１４】複数の光源を用いた従来の投影型画像表示装置の概略構成を示す図である。
【図１５】複数の光源を用いた従来の投影型画像表示装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１、２、３０、８、９、１０光源
３、１２、１３回転ミラー
４、１１ガラスロッド
５、２３、２４光センサー
６、１７ガラス基板
６ａ、１７ａ反射領域
６ｂ、１７ｂ透過領域
７、１８パルスモーター
１１、２１、３１、８１、９１、１０１光源の発光部
１２、２２、３２楕円面鏡
１２ａ、２２ａ放物面鏡
１４、１５、１６干渉フィルター
１９投射レンズ
２０液晶表示パネル
２５光路切り替えデバイス
５０フライアイレンズ光学系[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection type image display device such as a liquid crystal projector, and a light source device preferably used for the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a projection type image display apparatus, the one shown in FIG. 12 or 13 is used.
[0003]
First, the projection type image display apparatus of FIG. 12 will be described.
[0004]
In this projection type image display device, light emitted directly from the light source 131 or emitted through the reflector 132 reflects red light and reflects green light and dichroic mirror 133 that transmits green light and blue light, and reflects green light. The dichroic mirror 134 and the total reflection mirror 135 that transmit blue light are decomposed into light of three colors of red, green, and blue. The decomposed light of each color is transmitted through the liquid crystal light valves 136, 137, and 138, then the total reflection mirror 139, the dichroic mirror 140 that reflects blue light and transmits red light, and reflects green light and reflects red light and blue light. The light is again synthesized by the dichroic mirror 141 that transmits light. The combined light is projected by the projection lens 142.
[0005]
Next, the projection type image display apparatus of FIG. 13 will be described.
[0006]
This projection type image display apparatus is the same as that in FIG. 12 in principle, but the light of each color separated by the dichroic mirrors 141a and 141b and the total reflection mirrors 142a and 142b passes through the liquid crystal light valves 143, 144 and 145. After passing through, it is synthesized again by the cross dichroic prism 146. The combined light is projected by the projection lens 147.
[0007]
In the conventional projection type image display device, as the light source 131, a metal halide lamp or a xenon lamp having spectral characteristics over the entire visible light region is generally used.
[0008]
Conventionally, a brighter and clearer image is required for these projection type image display apparatuses. Therefore, various ideas have been made up to now, and increasing the output of the light source as a means for obtaining a bright image has been studied.
[0009]
However, in general, the larger the output of the light source, the larger the light emitting portion of the light source, so the parallelism of the emitted light from the light source becomes worse. For this reason, light is diverged before reaching the projection lens, and condensing efficiency is deteriorated. That is, the brightness (light output) of the projection type image display device is not proportional to the output of the light source.
[0010]
In order to obtain a bright image, a method of using a plurality of light sources as a light source device of a projection type image display device is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2533772 and Japanese Patent Laid-Open No. 6-208080.
[0011]
In Japanese Patent Publication No. 2533672, emitted light from a plurality of light sources 111 is synthesized by a dichroic mirror 112 as shown in FIG.
[0012]
On the other hand, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-208080, as shown in FIG. 15, a first light source 121 and n other light sources 122 whose emission optical axes are orthogonal to the emission optical axis of the first light source 121. The n total reflection mirrors 123 are arranged on the outgoing optical axis of the other light source 122 and at a position away from the other light source 122 by a distance corresponding to the distance from the first light source 121, and Σn half mirrors 124 are arranged at each intersection of the outgoing optical axis of one light source 121 or the reflected optical axis of each total reflection mirror 123 and the outgoing optical axis of each other light source 122. Then, the half mirror 124 reflects part of the emitted light from each of the light sources 121 and 122 in a right angle direction and transmits the other part, and the totally reflected mirror 123 transmits the half mirror 124 and the emitted light from the other light source 122. And the light emitted from the first light source 121 reflected by the half mirror are totally reflected in the perpendicular direction.
[0013]
In these prior arts, each light source is always turned on, and the way of optical path synthesis does not change with time, which is a technique different from the present invention.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The light source device of the conventional projection type image display device described above has the following problems.
[0015]
In the configuration of Japanese Patent Publication No. 2533372, as shown in FIG. 14, light emitted from a plurality of light sources 111 is synthesized by a dichroic mirror 112, and whether the light is reflected or transmitted by the dichroic mirror 112 has its wavelength. Determined by.
[0016]
For this reason, when a metal halide lamp having spectral characteristics over the entire visible light range is used, each light source always has a wavelength range that cannot be synthesized. On the other hand, when the combined light is considered over the entire visible light range, each wavelength is either the light reflected by the dichroic mirror 112 or the transmitted light, and therefore cannot be basically combined.
[0017]
In the configuration disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-208080, since the light emitted from a plurality of light sources is basically arranged, the width of the light flux becomes large and the light source is relatively large with respect to the liquid crystal panel.
[0018]
For this reason, when a relatively large light source is condensed in a small area, there is a problem that the parallelism is deteriorated and the light collection efficiency is lowered.
[0019]
The present invention has been made to solve such a problem of the prior art, and a light source device that can obtain a high output without increasing the divergence by using a plurality of light sources, and a bright display using the light source device. It is an object of the present invention to provide an obtained projection type image display apparatus.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In the light source device of the present invention, the first to third light sources that are sequentially turned on in a time-sharing manner, the optical paths of the light from the first and second light sources, and the optical paths of the first and second light sources are By switching by the rotation of the first rotating mirror arranged at the intersecting point, it is merged into a common optical path, and at the point where the common optical path and the optical path of the light from the third light source intersect. And an optical path switching device that joins a common optical path by switching according to the rotation of the second rotating mirror, and the first rotating mirror of the switching device is arranged on one disk with the first and second rotating mirrors. A reflection region that reflects light from each of the two light sources and a transmission region that transmits the light from each of the first and second light sources, and the first that transmits through the transmission region. Light from the light source , And light from the second light source is reflected by the reflection region is merged directly into a common optical path, said second rotary mirror, on a single disk, via the first rotating mirror Reflecting regions for reflecting the light from the first and second light sources and the light from the third light source, respectively, and the first and second light irradiated through the first rotating mirror A light-transmitting region for transmitting light from the light source and light from the third light source, respectively . The first and second light sources transmitting the light-transmitting region of the second rotating mirror And the light from the third light source reflected by the reflection region are directly joined to the common optical path, and the rotation of the first and second rotating mirrors and the first to third each and lighting timing of the light source, the synchronization signal from the outside, be synchronized with each other The first light source is turned on at a timing when the light from the first light source passes through the transmission region of the first rotating mirror, and the light from the second light source is changed to the first light source. The lighting timing of the first and second light sources is controlled such that the second light source is turned on at the timing of reflection at the reflection region of the rotating mirror, and the second rotating mirror The light from the first and second light sources irradiated from the rotating mirror is rotated at a timing at which the light passes through the transmission region of the second rotating mirror, and the third light source is light of the third light source. Are turned on at the timing of being reflected by the reflection region of the second rotating mirror, and the first to third light sources are colored light sources corresponding to the respective wavelength ranges of red, green and blue, When the light source that lights up before and after the lighting time of each light source It is lit at a timing that partially overlaps the above , thereby achieving the above object.
[0024]
The first to third light sources of the red, may be colored light sources corresponding to the respective wavelength region of green and blue.
[0025]
The colored light source may include a white light source and a color filter. The projection type image display device of the present invention comprises the light source device of the present invention and image forming means for sequentially displaying at least red, green and blue images in response to light from the light source device. This achieves the above object.
[0026]
The rotation timing of each rotary mirror of the optical path switching device and the display timing of the image forming unit may be controlled synchronously.
[0027]
The operation of the present invention will be described below.
[0028]
In the present invention, the n light sources are sequentially turned on from the first light source to the nth light source without turning on the other light sources while a certain light source is turned on.
[0029]
In general, when the output of a light source (lamp) is limited by a thermal load, the instantaneous wattage is doubled if the duty ratio of the lighting time is halved while keeping the time average wattage of the light source constant. can do. Here, when n light sources are used, the instantaneous wattage can be increased by n times with a lighting time of 1 / n. Therefore, even if n light sources are sequentially turned on, a total output of n times can be obtained by synthesizing the emitted light of each light source.
[0030]
Since each light source is sequentially turned on one by one, by switching between reflection and transmission, the optical paths of the light from the respective light sources can be sequentially merged into a common optical path to synthesize the respective outgoing lights. Therefore, an output of n times can be obtained with the same luminous flux (parallelism) as one light source.
[0031]
An optical path switching device that switches between reflection and transmission can be realized by forming a reflection region (mirror portion) and a transmission region (glass portion) on a disk such as a glass substrate and rotating the same.
[0032]
The switching timing of the optical path switching device and the lighting timings of the plurality of light sources may be synchronously controlled by an optical sensor. For example, an optical sensor is provided in a direction perpendicular to the light emitted from the optical path switching device. As a result, when the timings of both are shifted, the light emitted from the light source is reflected when it should be transmitted, and when it should be reflected, the light is transmitted and reaches the optical sensor. The light source lighting timing or the optical path switching device operation timing may be feedback-controlled so as not to occur.
[0033]
Alternatively, by controlling the switching timing of the optical path switching device and the lighting timings of the plurality of light sources with a common external clock signal or the like, synchronous control can be performed without using an optical sensor.
[0034]
Furthermore, by making the lighting time of the light source slightly longer than the allocation time of 1 / n and partially overlapping with the lighting time of the light source that lights before and after that, even if the light path is switched by switching between reflection and transmission In the overlapping lighting time, light from either light source is guided to a common optical path. Therefore, display flicker at the switching timing of the optical path switching device can be suppressed.
[0035]
When images of each color are sequentially displayed by the image forming means, a plurality of light sources may be colored light sources corresponding to the wavelength ranges of the respective colors.
[0036]
If this colored light source is combined with a white light source and a color filter, it is not necessary to prepare a different type of light source for each color, and can be easily realized.
[0037]
By combining this light source device and image forming means for sequentially displaying at least red, green and blue images, it is possible to realize a projection-type image display device capable of obtaining a bright and clear image.
[0038]
In this case, the switching timing of the optical path switching device and the display timing of the image forming means can be synchronously controlled by the optical sensor, the external control signal, or the like.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
[0040]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a light source device according to the first embodiment.
[0041]
In this embodiment, 400 W xenon lamps are used as the light sources 1 and 2, and the light emitted from the light emitting units 11 and 21 is arranged directly or reflected by the ellipsoidal mirrors 12 and 22 so as to be condensed on the glass rod 4. Yes.
[0042]
The light sources 1 and 2 are arranged so that their optical paths are orthogonal to each other as shown in FIG. 1, and a rotating mirror 3 as shown in FIG. 2 is arranged at 45 ° on the optical path.
[0043]
The rotating mirror 3 is obtained by depositing aluminum on a disk 6 made of glass (hatched portion in FIG. 2), and the aluminum portion is a reflection region 6a and the glass portion is a transmission region 6b.
[0044]
The rotating mirror 3 is attached to a pulse motor 7, and is rotated to switch between transmission and reflection, and sequentially joins the optical paths of the two light sources 1 and 2 to a common optical path.
[0045]
Here, as shown in FIG. 3, when the optical sensor 5 is attached in a direction perpendicular to the merging optical path, light is emitted to the optical sensor 5 when the light sources 1 and 2 are lit at a timing that is not originally required to be lit. Is incident. Therefore, by feeding back a signal from the optical sensor to a lighting circuit (not shown) of the light source, the switching timing between transmission and reflection of the rotating mirror 3 and the lighting timing of the light sources 1 and 2 can be controlled synchronously.
[0046]
Alternatively, as shown in FIG. 4, an external clock signal may be generated and the switching timing between transmission and reflection of the rotating mirror 3 and the lighting timing of the light sources 1 and 2 may be controlled synchronously. According to this method, synchronous control can be performed without using an optical sensor.
[0047]
In the present embodiment, the switching timing between transmission and reflection of the rotating mirror 3 and the lighting timing of the light sources 1 and 2 are synchronized by an external clock signal. At this time, as shown in FIG. 4, by setting the lighting time of the light sources 1 and 2 to 54%, both light sources are always lit when switching between transmission and reflection of the rotating mirror 3. The flickering caused by the timing difference between the lighting of the light source and the switching of the optical path could be eliminated.
[0048]
In the first embodiment, brightness equivalent to about 740 W can be obtained from the light exit side of the glass rod 4 with a parallelism equivalent to a 400 W lamp.
[0049]
In the first embodiment, two light sources are used, but three or more light sources may be used. For example, when three light sources are used, as shown in FIG. 5, the light sources 1, 2, 30 including the light emitting units 11, 21, 31 and the parabolic mirrors 12, 22, 32 and the rotating mirror 3 are arranged. Thus, the optical paths of the light from each light source can be merged into a common optical path.
[0050]
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the projection type image display apparatus according to the second embodiment.
[0051]
In this embodiment, 400 W xenon lamps are used as the light sources 8, 9, and 10, and the light emitted from the light emitting units 81, 91, and 101 is reflected directly or by the ellipsoidal mirrors 82, 92, and 102 and collected on the glass rod 11. It is arranged to do.
[0052]
As shown in FIG. 6, the light sources 8, 9, and 10 are arranged so that the optical paths of the light sources 9 and 10 are orthogonal to the light source 8, and rotating mirrors 12 and 13 as shown in FIG. It is arranged at 45 °.
[0053]
The rotating mirrors 12 and 13 are formed by depositing aluminum on a disk 17 made of glass (hatched portion in FIG. 7), and the aluminum portion is a reflection region 17a and the glass portion is a transmission region 17b.
[0054]
The rotating mirrors 12 and 13 are attached to a pulse motor 18, and are rotated to switch between transmission and reflection, and sequentially combine the optical paths of the two light sources 8, 9, and 10 into a common optical path.
[0055]
Further, interference filters 14, 15, 16 made of dielectric multilayer films are arranged on the emission side of the respective light sources 8, 9, 10. The interference filters 14, 15, 16 have red, green, and blue wavelength ranges. Each is designed to transmit only the light.
[0056]
On the opposite side of the glass rod 11 from the light source, a projection lens 19 and a liquid crystal display panel 20 for sequentially displaying red, green and blue images are disposed.
[0057]
Here, as shown in FIG. 8, when the optical sensors 23 and 24 are attached in a direction perpendicular to the merging optical path, light is emitted when the light sources 8, 9, and 10 are lit at a timing that does not necessarily need to be lit. Light enters the sensors 23 and 24. Therefore, by feeding back a signal from the optical sensor to a lighting circuit (not shown) of the light source, the switching timing between transmission and reflection of the rotating mirrors 12 and 13, the lighting timing of the light sources 8, 9 and 10, and the liquid crystal display panel 20. The display timing of each color can be controlled synchronously.
[0058]
Alternatively, as shown in FIG. 9, an external clock signal is generated, the switching timing between transmission and reflection of the rotating mirrors 12 and 13, the lighting timing of the light sources 8, 9 and 10, and the display timing of each color of the liquid crystal display panel 14. May be synchronously controlled. According to this method, synchronous control can be performed without using an optical sensor.
[0059]
In the present embodiment, the switching timing between transmission and reflection of the rotating mirrors 12 and 13, the lighting timing of the light sources 8, 9 and 10, and the display timing of the liquid crystal display panel 20 are synchronized by an external clock signal. At this time, as shown in FIG. 9, by setting the lighting time of the light sources 8, 9, and 10 to 40% each, the two light sources are always lit when switching between transmission and reflection of the rotary mirrors 12 and 13 Therefore, it was possible to eliminate the flickering caused by the timing difference between the lighting of the light source and the switching of the optical path.
[0060]
In the second embodiment, from the light exit side of the glass rod 11, brightness equivalent to about 1 kW can be obtained with a parallelism equivalent to a 400 W lamp.
[0061]
In Embodiment 1 and Embodiment 2 described above, the light is condensed on the glass rod using the ellipsoidal mirror, but as shown in FIG. 10, the light is condensed without using the parabolic mirrors 12a and 22a. Later, the fly-eye lens optical system 50 may be transmitted. This is the same even when three light sources are used.
[0062]
As the light source, any light source capable of emitting pulses can be used. For example, an HID lamp such as a high-pressure mercury lamp or a metal halide lamp can be used.
[0063]
Furthermore, in the first embodiment and the second embodiment, the optical path switching device is realized by switching between transmission and reflection of the rotating mirror. However, other optical path switching devices may be used as long as the optical path can be switched. Good. For example, it is often used in scanning systems, and a galvano mirror that changes the reflection direction by reciprocating the mirror, or a mirror is deposited on the surface of the polyhedron, and the reflection direction of light is changed by rotating the polyhedron. Using a polygon mirror or DMD (digital micromirror device) that integrates multiple mirrors (micromirrors) on a single chip and changes the direction of light reflection from the light source by rotating the yoke that supports it. It is good also as the optical path switching device 25 by arrange | positioning as shown in FIG.
[0064]
【The invention's effect】
As described in detail above, in the case of the present invention, the light paths of the plurality of light sources can be merged into the common light path by sequentially turning on the plurality of light sources and switching the light paths by the optical path switching device. There is no wavelength range that cannot be combined as in the prior art using a dichroic mirror, and the width of the luminous flux does not increase and the parallelism does not deteriorate. It is possible to realize a light source device without any problem.
[0065]
The optical path switching device can be easily realized by switching between reflection and transmission by rotating a rotating mirror in which a reflection region and a transmission region are formed on a disk such as a glass substrate.
[0066]
The timing of switching the optical path switching device and the lighting timing of the plurality of light sources can be controlled synchronously with an optical sensor, an external synchronization signal, or the like, thereby preventing the timing difference between the two.
[0067]
Furthermore, if the lighting time of the light source partially overlaps with the lighting time of the light source that is lit before and after that, good display characteristics can be obtained by suppressing flickering of the display at the switching timing of the optical path switching device. .
[0068]
When images of each color are sequentially displayed by the image forming means, a plurality of light sources may be colored light sources corresponding to the wavelength ranges of the respective colors. Also in this case, a bright light source device can be obtained in which the light use efficiency does not decrease.
[0069]
If this colored light source is combined with a white light source and a color filter, it is not necessary to prepare another type of light source for each color, and can be easily configured.
[0070]
By combining the light source device of the present invention and image forming means for sequentially displaying at least red, green and blue images, it is possible to realize a projection-type image display device capable of obtaining a bright and clear image. The present invention is very effective.
[0071]
Further, since the switching timing of the optical path switching device and the display timing of the image forming means can be synchronously controlled by the optical sensor, the external control signal, etc., a good image without flickering can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a light source device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing a rotating mirror in the light source device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of another light source device according to the first embodiment.
FIG. 4 is a lighting timing diagram in the light source device of the first embodiment.
5 is a diagram illustrating a schematic configuration of another light source device according to Embodiment 1. FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a light source device according to a second embodiment.
7 is a plan view showing a rotating mirror in the light source device of Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of another light source device according to the second embodiment.
FIG. 9 is a lighting timing chart in the light source device according to the second embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of another light source device of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of another light source device of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional projection type image display apparatus.
FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional projection type image display apparatus.
FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional projection-type image display apparatus using a plurality of light sources.
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional projection type image display apparatus using a plurality of light sources.
[Explanation of symbols]
1, 2, 30, 8, 9, 10 Light source 3, 12, 13 Rotating mirror 4, 11 Glass rod 5, 23, 24 Optical sensor 6, 17 Glass substrate 6a, 17a Reflection area 6b, 17b Transmission area 7, 18 Pulse Motors 11, 21, 31, 81, 91, 101 Light emitting portions 12, 22, 32 of the light source Ellipsoidal mirrors 12a, 22a Parabolic mirrors 14, 15, 16 Interference filter 19 Projection lens 20 Liquid crystal display panel 25 Optical path switching device 50 Fly-eye lens optical system

Claims

First to third light sources that are sequentially turned on in a time-sharing manner;
By switching the optical path of the light from the first and second light sources by the rotation of the first rotating mirror arranged at the point where the optical paths of the first and second light sources intersect, the optical path is changed to a common optical path. An optical path switching device that merges with the common optical path by switching by rotation of a second rotating mirror disposed at a point where the common optical path and the optical path of the light from the third light source intersect. Have
The first rotating mirror of the switching device reflects the light from each of the first and second light sources and the light from each of the first and second light sources onto one disk. Each of the transmissive regions is formed so that light from the first light source that is transmitted through the transmissive region and light from the second light source that is reflected from the reflective region are common to each other. Merged directly into
The second rotating mirror reflects the light from the first and second light sources and the light from the third light source, which are irradiated via the first rotating mirror, on a single disk, respectively. And a transmission region that transmits the light from the first and second light sources and the light from the third light source that are irradiated through the first rotating mirror, respectively. The light from the first and second light sources that passes through the transmission region of the second rotating mirror and the light from the third light source that is reflected by the reflection region are in the common optical path. Directly joined,
The rotation of the first and second rotating mirrors and the lighting timing of each of the first to third light sources are controlled to be synchronized with each other by an external synchronization signal ,
When the light from the first light source passes through the transmission region of the first rotating mirror, the first light source is turned on, and the light from the second light source reflects the reflection region of the first rotating mirror. The lighting timing of the first and second light sources is controlled so that the second light source is turned on at the timing of reflection at
The second rotating mirror is rotated at a timing at which light from the first and second light sources irradiated from the first rotating mirror passes through a transmission region of the second rotating mirror, respectively. 3 light source is turned on at the timing when the light of the third light source is reflected by the reflection region of the second rotating mirror,
Each of the first to third light sources is a colored light source corresponding to each of the red, green, and blue wavelength ranges, and the lighting time of each light source partially overlaps with the lighting time of the light source that is lit before and after that A light source device that is lit at timing .

The light source device according to claim 1 , wherein each of the first to third colored light sources includes a white light source and a color filter.

The light source device according to claim 1 or 2 ,
A projection-type image display device comprising: an image forming unit that receives light from the light source device and sequentially displays images of red, green, and blue colors.

The projection type image display apparatus according to claim 3 , wherein the rotation timing of each rotary mirror of the optical path switching device and the display timing of the image forming unit are synchronously controlled.