JP4214656B2

JP4214656B2 - Projection display

Info

Publication number: JP4214656B2
Application number: JP2000092512A
Authority: JP
Inventors: 富雄曽根原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP2001281599A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次元光変調器に表示された映像を投射して表示する画像表示装置に係り、特に液晶ライトバルブを用いた投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子によるライトバルブ方式の液晶プロジェクタが広く使われている、この液晶プロジェクタは、いわゆるＴＮ(Twisted Nematic)液晶モードやＥＣＢ(Electrically Controlled Birefringence)モードを利用し、光の偏光状態を制御して画像を形成する。駆動素子として、薄膜トランジスタやSi半導体基板上のトランジスタなどをもちいて、透過型や反射型の液晶ライトバルブとして細密な画像を形成している。
【０００３】
ところで、このようなライトバルブ方式の投射型表示装置では、投射光源を必要とするが、従来技術では、この光源として、一般に高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどの高輝度放電ランプが一般に用いられている。
【０００４】
また、特開平１０−２９３５４５や特開平１１−６５４７７のようにレーザーダイオードなどの固体光源をその投射光源とする投射型表示装置も考案されている。しかるにそれらの装置は、光源光をそのままライトバルブに入射させるものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように光源として、メタルハライドランプやキセノンランプなど高輝度放電ランプを用いた場合、光源の集光効率が悪く、一方、固体光源を用いた場合すべての偏光を有効に利用できないという、省エネルギーという点で問題があった。
【０００６】
また一般に、このような表示装置では、カラー表示のため、３原色の光源を要するが、高輝度放電ランプは白色光源であるので、ダイクロイックミラーなどにより３原色に分光する色分解照明光学系を必要ととし、さらに放熱のための空冷装置も必要で装置の小型化のネックとなっていた。
【０００７】
一方、半導体レーザや発光ダイオードなどの固体光源では出力が高輝度放電ランプに比べ低く、単体の光源として利用するには十分とはいえなかった。さらに空間コヒーレンシーの高い光源であるため、単に光源として用いるとスペックルの発生が問題となる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、複数のレーザ光源と光源光の偏光を制御することにより、明るく、光量むらのない、小型化可能な投射型表示装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明によれば、赤色光、緑色光、青色光を発生する照明系と、前記照明系から出力された光を画像情報に応じて変調し、光学像を形成する２次元光変調器と、前記赤色光、緑色光、青色光に対応した画像を合成するダイクロイックプリズムと、前記画像を投射する投射レンズとを備えた投射型表示装置において、前記照明系が、マトリクス状に配置した複数のレーザ光源と、前記レーザ光源の発光点に対応したカップリング光学系と、光ファイバーアレイと、この光ファイバーアレイからの光を集光する集光光学系と、この集光光学系からの光を各々の偏光方向に分離する偏光変換光学系とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
これによれば、ちらつきの原因であるスペックルを抑制でき、また光源の発光点が小さいので理想的な光制御が可能となり光量の損失を小さく抑えることができる。
【００１１】
さらに、請求項２に係る発明は、前記偏光変換光学系は入射光をＰ偏光、Ｓ偏光に分離する偏光ビームスプリッタと、一方の偏光成分を９０度偏光を回転する１／２波長板と、反射された光の進行方向を曲げる反射ミラープリズムから構成されることを特徴とする。これによれば、偏光を無駄無く有効に投影に利用できる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、前記集光光学系は正のパワーを持つ集光レンズアレイからなり、その焦点距離は前記偏光変換光学系の偏光ビームスプリッタの位置と前記光ファイバーアレイの出射端の位置がほぼ共役になるように設定されたことを特徴とする。これによれば、光源光を有効に偏光変換系に導入することが可能となる。
【００１３】
さらに、請求項４に係る発明は、前記複数のレーザ光源からなる照明系を構成する光ファイバーアレイの出射端の全体の大きさは前記２次元空間光変調器の受光面積より大きいことを特徴とする。これによれば、投射レンズの入射瞳から外れる成分を低減することが可能となる。
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、前記複数のレーザ光源からなる光源アレイは赤色光、緑色光、青色光に対応する光源数が夫々異なることを特徴とする。これによれば、色バランスのよい投影像が選られる。
【００１５】
さらに、請求項６に係る発明は、前記集光光学系近傍の像が前記２次元空間光変調器に多重に結像させる照明レンズが設置されていることを特徴とする。これによれば、均質な照明を２次元空間光変調器に与えることが可能となる。
【００１６】
また、請求項７に係る発明は、赤色光、緑色光、青色光を発生する照明系と、前記照明系から出力された光を画像情報に応じて変調し、光学像を形成する２次元光変調器と、前記赤色光、緑色光、青色光に対応した画像を合成するダイクロイックプリズムと、前記画像を投射する投射レンズを備えた投射型表示装置において、前記照明系が、マトリクス状に配置した複数のレーザ光源と、前記レーザ光源の複数の発光点を1つのレンズに対応させたカップリング光学系と、１つの光ファイバーに対応させた光ファイバーアレイと、1つのレンズに対応させた集光光学系と、この集光光学系からの光を各々の偏光方向に分離する偏光変換光学系から構成されていることを特徴とする。これによれば、より大光量の投影が可能となる。
【００１７】
さらに、請求項８に係る発明は、赤色光、緑色光、青色光を発生する照明系と、前記照明系から出力された光を画像情報に応じて変調し、光学像を形成する２次元光変調器と、前記赤色光、緑色光、青色光に対応した画像を合成するダイクロイックプリズムと、前記画像を投射する投射レンズを備えた投射型表示装置において、前記照明系が、ライン状に配置した複数のレーザ光源と、前記固体光源のライン状の発光点を1つのレンズに対応させたカップリング光学系と、１つの光ファイバーに対応させた光ファイバーアレイと、複数の光ファイバーに１つのレンズを対応させた集光光学系と、この集光光学系からの光を各々の偏光方向に分離する偏光変換光学系から構成されていることを特徴とする。これによれば、簡便な集光レンズ系を構成できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態による投射型表示装置の光学系の基本構成図である。赤色光(Ｒ光)、緑色光(Ｇ光)、青色光(Ｂ光)を合成するダイクロックプリズム１０１を中心にして、その３つの面に赤(Ｒ)用、緑(Ｇ)用、青(Ｂ)用の３つの透過型２次元空間光変調器１０２、１０３，１０４が配置されている。残りの面には投射レンズ１０５が配置されている。これらの透過型２次元空間光変調器１０２、１０３、１０４に対し、それぞれ対応する色のレーザ光源からなる照明系１０６、１０７、１０８が設置されている。
【００１９】
ここで用いた２次元空間光変調器１０２，１０３，１０４は、入射した光を各色の画像情報に応じて光の透過率を変調する装置である。例えば透過型の液晶表示素子が典型であり、具体的には、各画素毎に薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)を設けた、いわゆるアクティブマトリクス方式によるＴＮ(Twisted Nematic)液晶表示素子で構成されたものが一般的である。本実施例で使用した２次元空間光変調器１０２，１０３，１０４は、ポリシリコンＴＦＴ−ＬＣＤである。この動作原理は、液晶の電気光学効果、特に偏光状態の電界による制御によって光の透過率を制御するものである。
【００２０】
次に各ＲＧＢに対応した画像が２次元空間光変調器１０２，１０３，１０４に形成されると、これらはダイクロイックプリズム１０１によって合成され投射レンズによってスクリーン上に結像投影される。このようにしてカラー画像が再現される。
【００２１】
図２は本発明の投射型表示装置の照明系の概要を示す図である。説明を簡単にするため１色だけを取りだしている。レーザ光源からの光は、４×４個の光源の発光点２０１に対応して設けられたカップリング光学系２０９によって光ファイバーアレイ２１０の入射側端面に集光される。出射側端面には集光光学系２０２が設置され、集光された光は偏光変換光学系２０３に入射する。
【００２２】
偏光変換光学系２０３は偏光ビームスプリッタ２０４と１／２波長板２０５からなり、入射光をＰ偏光成分と、Ｓ偏光成分に分離した後、一方の偏光成分が１／２波長板２０５によって９０度偏光を回転する。このように分離された光のどちらかを光の進行方向と同じ方向に反射ミラープリズム２０６により反射すると偏光が揃った光を有効に発生できる。この場合偏光ビームスプリッタ２０４の偏光分離膜はレーザ光源の発光スペクトル域にのみ偏光選択性を有していれば良いので、狭帯域の設計で十分である。
【００２３】
さらに本実施例では、偏光ビームスプリッタ２０４と反射ミラープリズム２０６、１／２波長板２０５は発光点２０１に１：１に対応し、アレイ化されている。より具体的には、集光光学系２０２、カップリング光学系２０９は正のパワーを有する凸レンズからなるレンズアレイ、レーザ光源は半導体レーザのアレイを用いた。このカップリングレンズアレイ２０９の各レンズは半導体レーザの発光点２０１にそれぞれ対応している。
【００２４】
さてレーザーを光源に用いた場合、光源発光の偏光性が高く、また空間コヒーレンシーのきわめて高い光源である。従って単に光源として用いると投影された画像はスペックルが多く、ちらつきとして視認されてしまう。
【００２５】
本実施例では図２に示すように半導体レーザーから出射した光をカップリングレンズアレイ２０９により集光し光ファイバーアレイ２１０に導入する。この光ファイバーアレイ２１０中で反射伝播する中で偏光、位相が複雑に乱れ、結果としてスペックルの原因となる空間コヒレンシーを低下させることができる。次に光ファイバーアレイ２１０の出射端から発生した光は、集光アレイレンズ２０２で再び集光され、偏光変換光学系２０３に入射する。
【００２６】
また集光レンズアレイ２０２の焦点距離は偏光変換光学系２０３の偏光ビームスプリッタ２０４の位置と光ファイバーアレイ２１０の出射端の位置がほぼ共役になるように設定されている。こうすることで光源光のほぼすべてを偏光ビームスプリッタ２０４に入射させることができる。図２の場合、偏光ビームスプリッタ２０４、反射ミラープリズム２０６、１／２波長板２０５は図２の紙面に対し垂直の方向にライン状に集積している。これは個別にアレイ化するよりも簡便な製造が可能となるためである。
【００２７】
さらに、集光レンズアレイ２０２を含んだ照明系全体では、集光レンズアレイ２０２近傍の像が２次元空間光変調器２０８に多重に結像するように照明レンズアレイ２１１、照明レンズ２０７が設計されている。またこの集光レンズアレイ２０２は、２次元光変調器２０８の表示部と相似形に作られた複数の矩形の単レンズをマトリクス状に配した構成になっている。このようにすることで均質な照明を与えることができる。なお図２では中央の一つの集光レンズアレイについて光線を描いているが、端部側の集光レンズアレイ２０２を通る光についても同じように２次元光変調器２０８の表示部に集光している。
【００２８】
次に本実施例で使用したレーザ光源を表１に示す。

【００２９】
なお、レーザ光源の緑色光は発光効率を考慮し、半導体レーザ励起の固体レーザを用いた。赤色および青色の半導体レーザは、各々、熱伝導性の良いアルミナセラミックの基板上２０９にマトリクス状に実装した。
【００３０】
また、光ファイバーアレイ２１０の出射端の全体の大きさは２次元空間光変調器２０８より大きなサイズに形成している。これは偏光変換光学系２０３による透過偏光と偏光面を回転した偏光の間で光軸のずれが発生し、投射レンズの入射瞳から外れる成分を低減するためである。このようにしたことで大口径の投射レンズでなくとも明るい投影像が得られた。
【００３１】
また色バランスのために固体レーザアレイに実装する半導体レーザの数をＲを２×２、Ｂを３×３のように調整することもできる。
【００３２】
このようにして、従来のダイクロイックミラー等によって色分解された照明光に比べ、固体光源の各ＲＧＢ色のスペクトル巾は狭帯域であるので合成用ダイクロイックプリズム１０１のコーティングの波長選択特性が急峻でなくとも十分な３原色合成ができる。
【００３３】
より大光量を要する場合、図３のように多くのレーザ光源を集積化する必要となる。その結果、発光点が接近してしまう。この場合、図３のように複数の発光点３０１をカップリングレンズアレイ３０９の１レンズ、光ファイバーアレイ３１０の１ファイバー、および集光レンズアレイ３０２の１レンズに対応させ、一つの偏光ビームスプリッタ位置に照射することができる．３０３は偏光変換系、３１１は照明レンズアレイ、３０７は照明レンズである。
【００３４】
また、図４に示すようにレーザアレイの発光点４０１をライン状に形成し、各発光点からの光をカップリングレンズアレイ４０９の１レンズによって集光し、光ファイバーアレイ４１０の１ファイバーに入射させ、複数の光ファイバーの出射端を集光レンズアレイ４０２の１レンズに対応させる構成もとれる。集光レンズ４０２で集光された光は偏光変換光学系４０３に入射する。４１１は照明レンズアレイ、４０７は照明レンズである。
【００３５】
次にＲＧＢ光で照明された図示しない２次元空間光変調器に形成されたＲＧＢカラー画像が図示しないダイクロイックプリズムによって合成される。従来のダイクロイックミラー等によって色分解された照明光に比べ、レーザの各Ｒ、Ｇ、Ｂ色のスペクトル巾は狭帯域であるので合成用ダイクロイックプリズムのコーティングの波長選択特性が急峻でなくとも十分な３原色合成ができる利点がある。
【００３６】
また、ここで用いられる半導体レーザは光通信やメモリー装置に用いられるようなきわめて制御された波長やファーフィールドパターンを必要としないのでレーザー端のＤＦＢミラー構造などを簡略化できる。
【００３７】
以上は半導体レーザの例中心にを説明したが、半導体レーザ励起固体レーザ等の固体光源であっても同様に投射型表示装置を構成できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の投射型表示装置は、従来の液晶投射型プロジェクタのように光源光をＲＧＢ分離する必要がなく、照明光学系を小型化できる。光源の発光点が小さいので理想的な光制御が可能となり光量の損失を小さく抑えることができる。またレーザ特有の空間コヒーレンスを低減し、スペックルの発生を低下させることができる。またいったん崩してしまったレーザ光の偏光を有効に利用できることから光量の損失を抑えることができる。以上のように、光の利用効率が高く、明るい投射映像を得ることができる。
また、投射映像の光出力を上げるために、本願のように複数の光源をアレイ化すると、1素子あたりの負荷を減らし、また発熱を分散させることができ、ついては光源の信頼性向上をもたらす効果を有する。
さらに、、光源のばらつきやたとえ一つが故障してもその投射表示装置としての機能を失うことがない。さらに光源に不可欠であった冷却システムの簡便化が図れる。
複数の固体光源からの光を合成して利用することができるので、十分な明るさの投射映像を容易に得ることができる。
また、本発明によれば、2次元空間光変調器に均一な照度の照明をあたえることができるので、明るさにむらの無い高品位の投射映像を得ることができる。また、固体光源は、波長帯域が狭い色純度の高い光が得られるので、本発明によれば、従来技術の白色光源を用いた場合よりも色再現範囲が広くなり、この結果、充分に高品位の投射映像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる投射型表示装置の光学系の基本構成図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる投射型表示装置の照明系の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる複数の発光点からなる照明系の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかるライン状光源アレイの照明系の断面図である。
【符号の説明】
１０１ダイクロックプリズム
１０２、１０３，１０４２次元空間光変調器
１０５投射レンズ
１０６、１０７，１０８Ｒ，Ｇ，Ｂ色のレーザ光源からなる照明系
２０１レーザ光源の発光点
２０２集光光学系
２０３偏光変換光学系
２０４偏光ビームスプリッタ
２０５１／２波長板
２０６反射ミラープリズム
２０７照明レンズ
２０８２次元空間光変調器
２０９カップリング光学系
２１０光ファイバーアレイ
３０１複数の発光点
３０２、４０２集光レンズアレイ
３０３、４０３偏光変換光学系
３０９、４０９カップリングレンズアレイ
３１０、４１０光ファイバーアレイ
４０１ライン状レーザ光源アレイ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device that projects and displays an image displayed on a two-dimensional light modulator, and more particularly to a projection display device using a liquid crystal light valve.
[0002]
[Prior art]
A light valve type liquid crystal projector using a liquid crystal display element is widely used. This liquid crystal projector uses a so-called TN (Twisted Nematic) liquid crystal mode or ECB (Electrically Controlled Birefringence) mode to control the polarization state of light. Form an image. A thin film transistor, a transistor on a Si semiconductor substrate, or the like is used as a driving element to form a fine image as a transmissive or reflective liquid crystal light valve.
[0003]
By the way, such a light valve type projection display device requires a projection light source. In the prior art, a high-intensity discharge lamp such as a high-pressure mercury lamp or a metal halide lamp is generally used as the light source. .
[0004]
Also, a projection type display device using a solid light source such as a laser diode as its projection light source has been devised as disclosed in JP-A-10-293545 and JP-A-11-65477. However, these devices are designed to make the light source light enter the light valve as it is.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a high-intensity discharge lamp such as a metal halide lamp or a xenon lamp is used as a light source as in the past, the light collection efficiency of the light source is poor, whereas all the polarized light cannot be effectively used when a solid light source is used. There was a problem in terms of energy saving.
[0006]
In general, such a display device requires a light source of three primary colors for color display. However, since a high-intensity discharge lamp is a white light source, a color separation illumination optical system that splits the light into three primary colors using a dichroic mirror or the like is required. In addition, an air cooling device for heat dissipation is also necessary, which has been a bottleneck in downsizing the device.
[0007]
On the other hand, solid-state light sources such as semiconductor lasers and light-emitting diodes have a lower output than high-intensity discharge lamps, and are not sufficient for use as a single light source. Furthermore, since it is a light source with high spatial coherency, generation of speckle becomes a problem when it is simply used as a light source.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a projection display device that can be reduced in size by controlling a plurality of laser light sources and the polarization of the light source light, without causing unevenness in the amount of light.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to the invention according to claim 1, an illumination system that generates red light, green light, and blue light, and light output from the illumination system is modulated in accordance with image information, A projection display device comprising: a two-dimensional light modulator that forms an optical image; a dichroic prism that combines images corresponding to the red light, green light, and blue light; and a projection lens that projects the image. An illumination system includes a plurality of laser light sources arranged in a matrix, a coupling optical system corresponding to a light emitting point of the laser light source, an optical fiber array, and a condensing optical system for condensing light from the optical fiber array, And a polarization conversion optical system for separating the light from the condensing optical system in each polarization direction.
[0010]
According to this, speckles that cause flickering can be suppressed, and since the light emitting point of the light source is small, ideal light control can be performed, and loss of light amount can be suppressed to a low level.
[0011]
Furthermore, in the invention according to claim 2, the polarization conversion optical system includes a polarization beam splitter that separates incident light into P-polarized light and S-polarized light, and a half-wave plate that rotates one polarization component by 90-degree polarization, It is characterized by comprising a reflecting mirror prism that bends the traveling direction of the reflected light. According to this, polarized light can be effectively used for projection without waste.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, the condensing optical system comprises a condensing lens array having a positive power, and the focal length is determined by the position of the polarization beam splitter of the polarization conversion optical system and the output end of the optical fiber array. Is set so that the position of is substantially conjugate. According to this, it becomes possible to effectively introduce the light source light into the polarization conversion system.
[0013]
Furthermore, the invention according to claim 4 is characterized in that the overall size of the emission end of the optical fiber array constituting the illumination system comprising the plurality of laser light sources is larger than the light receiving area of the two-dimensional spatial light modulator. . According to this, it is possible to reduce components that deviate from the entrance pupil of the projection lens.
[0014]
The invention according to claim 5 is characterized in that the number of light sources corresponding to red light, green light, and blue light is different in the light source array composed of the plurality of laser light sources. According to this, a projection image with a good color balance is selected.
[0015]
Further, the invention according to claim 6 is characterized in that an illumination lens is provided for forming an image in the vicinity of the condensing optical system on the two-dimensional spatial light modulator. According to this, it becomes possible to give uniform illumination to the two-dimensional spatial light modulator.
[0016]
The invention according to claim 7 is an illumination system that generates red light, green light, and blue light, and two-dimensional light that modulates light output from the illumination system according to image information to form an optical image. In a projection type display device comprising a modulator, a dichroic prism that synthesizes an image corresponding to the red light, green light, and blue light, and a projection lens that projects the image, the illumination system is arranged in a matrix. A plurality of laser light sources, a coupling optical system in which a plurality of light emitting points of the laser light source correspond to one lens, an optical fiber array corresponding to one optical fiber, and a condensing optical system corresponding to one lens And a polarization conversion optical system that separates light from the condensing optical system into respective polarization directions. This makes it possible to project a larger amount of light.
[0017]
Furthermore, the invention according to claim 8 is an illumination system that generates red light, green light, and blue light, and two-dimensional light that forms an optical image by modulating light output from the illumination system according to image information. In a projection type display device including a modulator, a dichroic prism that synthesizes an image corresponding to the red light, green light, and blue light, and a projection lens that projects the image, the illumination system is arranged in a line. A plurality of laser light sources, a coupling optical system in which the linear light emitting points of the solid state light sources correspond to one lens, an optical fiber array corresponding to one optical fiber, and a lens corresponding to a plurality of optical fibers And a polarization conversion optical system that separates the light from the condensing optical system into each polarization direction. According to this, a simple condensing lens system can be constituted.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Example 1
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a basic configuration diagram of an optical system of a projection display device according to an embodiment of the present invention. Centering on the dichroic prism 101 that combines red light (R light), green light (G light), and blue light (B light), the three surfaces are for red (R), green (G), blue Three transmissive two-dimensional spatial light modulators 102, 103, and 104 for (B) are arranged. A projection lens 105 is disposed on the remaining surface. For these transmissive two-dimensional spatial light modulators 102, 103, and 104, illumination systems 106, 107, and 108 made up of laser light sources of corresponding colors are installed.
[0019]
The two-dimensional spatial light modulators 102, 103, and 104 used here are devices that modulate the transmittance of incident light according to image information of each color. For example, a transmissive liquid crystal display element is typical, and specifically, a TN (Twisted Nematic) liquid crystal display element by a so-called active matrix system in which a thin film transistor (TFT) is provided for each pixel is generally used. It is. The two-dimensional spatial light modulators 102, 103, and 104 used in this embodiment are polysilicon TFT-LCDs. This operation principle is to control the light transmittance by controlling the electro-optical effect of the liquid crystal, particularly the polarization state by the electric field.
[0020]
Next, when images corresponding to RGB are formed in the two-dimensional spatial light modulators 102, 103, 104, they are synthesized by the dichroic prism 101 and imaged and projected on the screen by the projection lens. In this way, a color image is reproduced.
[0021]
FIG. 2 is a diagram showing an outline of the illumination system of the projection display device of the present invention. Only one color is taken out for simplicity. The light from the laser light source is condensed on the incident side end face of the optical fiber array 210 by the coupling optical system 209 provided corresponding to the light emitting points 201 of the 4 × 4 light sources. A condensing optical system 202 is installed on the exit-side end face, and the collected light enters the polarization conversion optical system 203.
[0022]
The polarization conversion optical system 203 includes a polarization beam splitter 204 and a half-wave plate 205. After separating incident light into a P-polarization component and an S-polarization component, one polarization component is 90 degrees by the half-wave plate 205. Rotate the polarization. If either of the separated light beams is reflected by the reflection mirror prism 206 in the same direction as the light traveling direction, light with uniform polarization can be generated effectively. In this case, since the polarization separation film of the polarization beam splitter 204 only needs to have polarization selectivity only in the emission spectrum region of the laser light source, a narrow-band design is sufficient.
[0023]
Further, in the present embodiment, the polarization beam splitter 204, the reflection mirror prism 206, and the half-wave plate 205 correspond to the light emitting point 201 at 1: 1, and are arrayed. More specifically, the condensing optical system 202 and the coupling optical system 209 are lens arrays made of convex lenses having positive power, and the laser light source is an array of semiconductor lasers. Each lens of the coupling lens array 209 corresponds to the light emitting point 201 of the semiconductor laser.
[0024]
When a laser is used as a light source, the light source emits light with high polarization and has very high spatial coherency. Therefore, when used simply as a light source, the projected image has many speckles and is visually recognized as flicker.
[0025]
In this embodiment, the light emitted from the semiconductor laser is condensed by the coupling lens array 209 and introduced into the optical fiber array 210 as shown in FIG. While being reflected and propagated in the optical fiber array 210, the polarization and phase are complexly disturbed, and as a result, the spatial coherency that causes speckle can be reduced. Next, the light generated from the output end of the optical fiber array 210 is condensed again by the condensing array lens 202 and enters the polarization conversion optical system 203.
[0026]
The focal length of the condensing lens array 202 is set so that the position of the polarization beam splitter 204 of the polarization conversion optical system 203 and the position of the output end of the optical fiber array 210 are substantially conjugate. In this way, almost all of the light source light can be incident on the polarization beam splitter 204. In the case of FIG. 2, the polarization beam splitter 204, the reflection mirror prism 206, and the half-wave plate 205 are integrated in a line shape in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. This is because simple manufacturing is possible rather than arraying individually.
[0027]
Furthermore, in the entire illumination system including the condenser lens array 202, the illumination lens array 211 and the illumination lens 207 are designed so that images in the vicinity of the condenser lens array 202 are formed in multiple on the two-dimensional spatial light modulator 208. ing. The condensing lens array 202 has a configuration in which a plurality of rectangular single lenses that are similar to the display unit of the two-dimensional optical modulator 208 are arranged in a matrix. In this way, uniform illumination can be provided. In FIG. 2, the light beam is drawn for one central condenser lens array. However, the light passing through the condenser lens array 202 on the end side is similarly condensed on the display unit of the two-dimensional optical modulator 208. ing.
[0028]
Next, Table 1 shows laser light sources used in this example.

[0029]
The green light of the laser light source was a semiconductor laser-excited solid laser in consideration of the light emission efficiency. Each of the red and blue semiconductor lasers was mounted in a matrix on an alumina ceramic substrate 209 having good thermal conductivity.
[0030]
Further, the overall size of the output end of the optical fiber array 210 is larger than that of the two-dimensional spatial light modulator 208. This is because an optical axis shift occurs between the transmitted polarized light by the polarization conversion optical system 203 and the polarized light whose polarization plane is rotated, and the component deviating from the entrance pupil of the projection lens is reduced. By doing so, a bright projection image was obtained even if it was not a large-diameter projection lens.
[0031]
For the purpose of color balance, the number of semiconductor lasers mounted on the solid-state laser array can be adjusted so that R is 2 × 2 and B is 3 × 3.
[0032]
In this way, since the spectral width of each RGB color of the solid state light source is narrower than the illumination light color-separated by a conventional dichroic mirror or the like, the wavelength selection characteristics of the coating of the composition dichroic prism 101 are not steep. In both cases, sufficient three primary colors can be synthesized.
[0033]
When a larger amount of light is required, it is necessary to integrate many laser light sources as shown in FIG. As a result, the light emitting point approaches. In this case, as shown in FIG. 3, a plurality of light emitting points 301 are made to correspond to one lens of the coupling lens array 309, one fiber of the optical fiber array 310, and one lens of the condensing lens array 302, so that one polarization beam splitter is located. Can be irradiated. Reference numeral 303 denotes a polarization conversion system, 311 denotes an illumination lens array, and 307 denotes an illumination lens.
[0034]
Also, as shown in FIG. 4, the light emitting points 401 of the laser array are formed in a line shape, and the light from each light emitting point is condensed by one lens of the coupling lens array 409 and is incident on one fiber of the optical fiber array 410. A configuration is possible in which the emission ends of a plurality of optical fibers are made to correspond to one lens of the condenser lens array 402. The light collected by the condenser lens 402 enters the polarization conversion optical system 403. Reference numeral 411 denotes an illumination lens array, and reference numeral 407 denotes an illumination lens.
[0035]
Next, an RGB color image formed on a two-dimensional spatial light modulator (not shown) illuminated with RGB light is synthesized by a dichroic prism (not shown). Compared to illumination light that has been color-separated by a conventional dichroic mirror, etc., the spectral width of each of the R, G, and B colors of the laser is narrow, so it is sufficient even if the wavelength selection characteristics of the coating of the dichroic prism for synthesis are not sharp There is an advantage that the three primary colors can be combined.
[0036]
Further, since the semiconductor laser used here does not require a very controlled wavelength or far field pattern used in optical communication or a memory device, the DFB mirror structure at the laser end can be simplified.
[0037]
Although the above description has focused on the example of a semiconductor laser, a projection display device can be configured similarly even with a solid-state light source such as a semiconductor laser-excited solid-state laser.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, the projection display device of the present invention does not require RGB separation of the light source light unlike the conventional liquid crystal projection projector, and can reduce the size of the illumination optical system. Since the light emitting point of the light source is small, ideal light control is possible, and the loss of light quantity can be kept small. In addition, the spatial coherence unique to the laser can be reduced, and speckle generation can be reduced. Moreover, since the polarized light of the laser beam once broken can be used effectively, the loss of light amount can be suppressed. As described above, it is possible to obtain a bright projected image with high light utilization efficiency.
In addition, if multiple light sources are arrayed as in the present application to increase the light output of the projected image, the load per element can be reduced, and heat generation can be dispersed, which in turn improves light source reliability. Have
Further, even if the light source varies or one of them fails, the function as a projection display device is not lost. Furthermore, the cooling system, which was indispensable for the light source, can be simplified.
Since light from a plurality of solid light sources can be combined and used, a projection image with sufficient brightness can be easily obtained.
Further, according to the present invention, since the illumination with uniform illuminance can be given to the two-dimensional spatial light modulator, it is possible to obtain a high-quality projected image without unevenness in brightness. In addition, since the solid light source can obtain light having a narrow wavelength band and high color purity, according to the present invention, the color reproduction range becomes wider than when a white light source of the prior art is used. A high quality projection image can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic configuration diagram of an optical system of a projection display apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of an illumination system of the projection display apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an illumination system including a plurality of light emitting points according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the illumination system of the line light source array according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Dichroic prism 102,103,104 Two-dimensional spatial light modulator 105 Projection lens 106,107,108 The illumination system 201 which consists of a laser light source of R, G, B color The light emission point 202 of a laser light source The condensing optical system 203 Polarization conversion Optical system 204 Polarizing beam splitter 205 Half-wave plate 206 Reflecting mirror prism 207 Illumination lens 208 Two-dimensional spatial light modulator 209 Coupling optical system 210 Optical fiber array 301 Multiple light emitting points 302 and 402 Condensing lens arrays 303 and 403 Polarized light Conversion optical system 309, 409 Coupling lens array 310, 410 Optical fiber array 401 Linear laser light source array

Claims

A first illumination system that generates red light, a second illumination system that generates green light, a third illumination system that generates blue light, and the red light, green light, and blue light according to image information. A two-dimensional light modulator that modulates the light and forms an optical image, a dichroic prism that synthesizes an image corresponding to the red light, green light, and blue light, and a projection lens that projects the image In
Each of the first illumination system, the second illumination system, and the third illumination system is
A plurality of laser light sources arranged in a matrix;
A plurality of light emitting points of the laser light source correspond to one lens, and a coupling optical system that collects light from the laser light source,
A plurality of light emitting points corresponding to one optical fiber, and an optical fiber array on which light collected by the coupling optical system is incident;
A condensing optical system comprising a condensing lens array having a positive power, the plurality of light emitting points corresponding to one lens, and
It is composed of a polarization conversion optical system that separates light from the condensing optical system into each polarization direction ,
In each of the first illumination system, the second illumination system, and the third illumination system,
The projection type display device , wherein the focal length of the condensing lens array is set so that the position of the polarization beam splitter of the polarization conversion optical system and the position of the exit end of the optical fiber array are substantially conjugate .

A first illumination system that generates red light, a second illumination system that generates green light, a third illumination system that generates blue light, and light output from the illumination system according to image information In a projection display device comprising a two-dimensional light modulator that modulates and forms an optical image, a dichroic prism that combines images corresponding to the red light, green light, and blue light, and a projection lens that projects the image ,
Each of the first illumination system, the second illumination system, and the third illumination system is
A plurality of laser light sources arranged in a line; and
A linear light emitting point of the laser light source corresponds to one lens, and a coupling optical system that condenses light from the laser light source,
An optical fiber array in which the line-shaped light emitting points correspond to one optical fiber, and the light condensed by the coupling optical system is incident;
A condensing optical system composed of a condensing lens array having a positive power and corresponding one lens to a plurality of optical fibers;
It is composed of a polarization conversion optical system that separates light from the condensing optical system into each polarization direction ,
In each of the first illumination system, the second illumination system, and the third illumination system,
The projection type display device , wherein the focal length of the condensing lens array is set so that the position of the polarization beam splitter of the polarization conversion optical system and the position of the exit end of the optical fiber array are substantially conjugate .

The polarization conversion optical system includes a polarization beam splitter that separates incident light into P-polarized light and S-polarized light, a half-wave plate that rotates 90-degree polarized light as one polarization component, and a reflection that bends the traveling direction of the reflected light. The projection display device according to claim 1, comprising a mirror prism.

3. The projection type according to claim 1, wherein an overall size of an output end of an optical fiber array constituting an illumination system including the plurality of laser light sources is larger than a light receiving area of the two-dimensional spatial light modulator. Display device.

3. The projection display device according to claim 1, wherein the light source array including the plurality of laser light sources has different numbers of light sources corresponding to red light, green light, and blue light. 4.

The projection display device according to claim 1, wherein an illumination lens is provided for forming an image in the vicinity of the condensing optical system on the two-dimensional spatial light modulator.