JP4784262B2 - Illumination device and image display device - Google Patents
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Description
本発明は、照明装置及び画像表示装置に関する。 The present invention relates to a lighting device and an image display device.
近年、画像表示装置は、光源として超高圧水銀ランプが用いられることが多いが、ランプの寿命、瞬時の点灯の不可、色再現性範囲の狭さ、紫外波長の照射による液晶ライトバルブの耐光性等の課題により、固体光源を用いた画像表示装置が提案されている(例えば、特許文献1。)。
この特許文献1に記載のレーザディスプレイ装置は、赤色,緑色,青色の半導体レーザと、各半導体レーザから射出されたレーザ光を平行光にする複数のコリメータレンズと、コリメータレンズにより平行化された光の強度分布を均一化する複数のマイクロレンズと、各マイクロレンズから射出された光を変調する空間光変調器とを備えている。そして、各空間光変調器を通過した光は、ダイクロイックミラーにより合成され、プロジェクタレンズによりスクリーンに表示されるようになっている。このレーザディスプレイ装置は、マイクロレンズが光軸を回転軸として回転可能となっており、このマイクロレンズを回転させることによって空間光変調器を照射するレーザ光のスペックルノイズを低減もしくは消滅するようになっている。
The laser display device described in Patent Document 1 includes red, green, and blue semiconductor lasers, a plurality of collimator lenses that collimate laser light emitted from the semiconductor lasers, and light that is collimated by the collimator lenses. And a spatial light modulator that modulates the light emitted from each microlens. The light that has passed through each spatial light modulator is combined by a dichroic mirror and displayed on a screen by a projector lens. In this laser display device, the microlens can be rotated with the optical axis as a rotation axis, and by rotating the microlens, speckle noise of the laser light that irradiates the spatial light modulator is reduced or eliminated. It has become.
しかしながら、上記特許文献1に記載のレーザディスプレイ装置では、スペックルを低減させるために、マイクロレンズを回転させているため、回転駆動系等の機構部品が必要になり、コストが高くなってしまう。また、回転駆動系の回転に伴う騒音が生じたり、長期間使用することにより回転駆動系が劣化し、信頼性の低下が生じる。 However, in the laser display device described in Patent Document 1, since the microlens is rotated in order to reduce speckles, mechanical parts such as a rotational drive system are required, and the cost is increased. Further, noise associated with the rotation of the rotation drive system is generated, or the rotation drive system deteriorates due to long-term use, resulting in a decrease in reliability.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡易な構成により、射出される光のぎらつきの発生を抑えるとともに、信頼性を向上させることが可能な照明装置及び画像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and has a simple configuration that can suppress the occurrence of glare of emitted light and improve the reliability. An object is to provide an apparatus.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の照明装置は、単色光を発光するレーザ光源と、印加電圧もしくは印加磁界を時間的に変化させることにより、前記レーザ光源から射出された光の偏光面を時間的に変化させる偏光回転素子と、該偏光回転素子から射出された射出光の光路を分離する光路分離素子と、該光路分離素子により分離されたそれぞれの光を被投射部材に入射させる導光手段とを備え、前記偏光回転素子が所定の領域ごとに区分けされ、前記偏光回転素子を透過する光の偏光面が前記領域ごとに制御されることを特徴とする。
また、本発明の照明装置は、前記偏光回転素子が、前記領域毎に個別の電極が設けられた液晶素子で構成され、前記領域毎に設けられた前記電極に異なる周波数で所定の電圧が印加される構成としても良い。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The illumination device of the present invention includes a laser light source that emits monochromatic light, and a polarization rotation element that temporally changes a polarization plane of light emitted from the laser light source by changing an applied voltage or an applied magnetic field with time. And an optical path separating element for separating the optical path of the emitted light emitted from the polarization rotating element, and a light guide means for causing each light separated by the optical path separating element to enter the projection member, and the polarization rotating The element is divided into predetermined areas, and a polarization plane of light transmitted through the polarization rotating element is controlled for each of the areas .
In the illumination device of the present invention, the polarization rotator is composed of a liquid crystal element in which an individual electrode is provided for each region, and a predetermined voltage is applied to the electrode provided for each region at a different frequency. It is good also as a structure to be performed.
本発明に係る照明装置では、光源から射出された光は、偏光回転素子に入射する。そして、偏光回転素子から射出される光の偏光面を時間的に変化させる。偏光回転素子から射出された光は、光路分離素子に入射した後、光路が分離され、この光路が分離されたそれぞれの光は、導光手段に入射した後、被投射部材に照射される。このように、偏光回転素子から射出される光は、偏光面が時間的に変化しているので、ぎらつきのパターンが時間的に変化するため、導光手段から射出される光は、残像効果により時間積分されて、可干渉性が低下することになる。その結果、被投射部材に投射される光は、ぎらつき(シンチレーション、スペックル)が抑えられた光となる。したがって、簡易な構成により、射出される光のぎらつきの発生を抑えるとともに、従来のように回転駆動系を用いないため、本発明では長期間使用しても劣化が生じないので、信頼性を向上させることが可能となる。 In the illumination device according to the present invention, the light emitted from the light source enters the polarization rotation element. Then, the polarization plane of the light emitted from the polarization rotation element is temporally changed. The light emitted from the polarization rotation element is incident on the optical path separation element, and then the optical path is separated. Each light separated from the optical path is incident on the light guide and then irradiated on the projection target member. Thus, since the polarization plane of the light emitted from the polarization rotation element changes with time, the glare pattern changes with time. Time coherence will reduce coherence. As a result, the light projected on the projection member is light with reduced glare (scintillation, speckle). Therefore, with a simple structure, the occurrence of glare in the emitted light is suppressed, and since a rotational drive system is not used as in the prior art, the present invention does not deteriorate even when used for a long time, improving reliability. It becomes possible to make it.
また、本発明の照明装置は、前記光路分離素子が、前記偏光回転素子から射出された射出光のうち特定の振動方向の偏光光を透過させ、前記特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面を有する偏光分離素子であることが好ましい。 Further, in the illumination device of the present invention, the optical path separation element transmits polarized light having a specific vibration direction out of the light emitted from the polarization rotation element, and the vibration direction is different from the specific vibration direction. A polarization separation element having a polarization separation surface that reflects the polarized light is preferable.
本発明に係る照明装置では、偏光回転素子から射出された光は、偏光分離素子に入射し、特定の振動方向の偏光光と他の振動方向の偏光光とに分離される。分離されたそれぞれの光は、導光手段に入射した後、被投射部材に照射される。したがって、簡易な構成により、偏光回転素子から射出された光の光路を分離することが可能となる。 In the illumination device according to the present invention, the light emitted from the polarization rotation element enters the polarization separation element, and is separated into polarized light having a specific vibration direction and polarized light having another vibration direction. Each separated light is incident on the light guide and then irradiated onto the projection member. Therefore, the optical path of the light emitted from the polarization rotation element can be separated with a simple configuration.
また、本発明の照明装置は、前記特定の振動方向の偏光光あるいは前記他の振動方向の偏光光の光路上に位相板が設けられていることが好ましい。 In the illumination device of the present invention, it is preferable that a phase plate is provided on an optical path of the polarized light having the specific vibration direction or the polarized light having the other vibration direction.
本発明に係る照明装置では、例えば、位相板としてλ/2板を用いることにより、偏光分離素子から射出されるそれぞれの光の偏光方向を他の振動方向あるいは特定の振動方向の偏光光に揃えることができる。したがって、被投射部材として、例えば、液晶表示装置を用いた場合、液晶表示装置の前段に、入射させる光の偏光方向を揃える偏光回転素子等の部材が必要でないため、光の利用効率を向上させることが可能となる。 In the illumination device according to the present invention, for example, by using a λ / 2 plate as a phase plate, the polarization direction of each light emitted from the polarization separation element is aligned with polarized light in another vibration direction or a specific vibration direction. be able to. Therefore, for example, when a liquid crystal display device is used as the projection member, a member such as a polarization rotation element that aligns the polarization direction of the incident light is not required upstream of the liquid crystal display device, so that the light utilization efficiency is improved. It becomes possible.
また、本発明の照明装置は、前記偏光回転素子が所定の領域ごとに区分けされ、
前記偏光回転素子を透過する光の偏光面が前記領域ごとに制御されることが好ましい。
In the illumination device of the present invention, the polarization rotation element is divided into predetermined regions,
It is preferable that a polarization plane of light transmitted through the polarization rotation element is controlled for each region.
本発明に係る照明装置では、偏光回転素子を透過した光の偏光面を所定の領域ごとに異ならせることができる。これにより、それぞれの領域から射出された光は、被投射部材に照射される間に時間的に積分されるため、さらに、スペックルの発生を低減させることが可能となる。また、例えば、光源を複数用いた場合、偏光回転素子の所定の領域ごとに光源を配置させることで、光源ごとに偏光面を回転させることができるので、効率良くスペックルの発生を抑えることが可能となる。 In the illuminating device according to the present invention, the polarization plane of the light transmitted through the polarization rotation element can be made different for each predetermined region. Thereby, since the light emitted from each region is temporally integrated while being irradiated onto the projection target member, the generation of speckle can be further reduced. In addition, for example, when a plurality of light sources are used, the polarization plane can be rotated for each light source by arranging the light source for each predetermined region of the polarization rotation element, so that the generation of speckle can be efficiently suppressed. It becomes possible.
また、本発明の照明装置は、前記導光手段が、前記光路分離素子より分離されたそれぞれの光の照度分布を均一化するレンズアレイであることが好ましい。 In the illuminating device of the present invention, it is preferable that the light guide unit is a lens array that uniformizes an illuminance distribution of each light separated from the optical path separation element.
本発明に係る照明装置では、光路分離素子から射出されたそれぞれの光はレンズアレイに入射する。これにより、レンズアレイから射出される光は、照度分布が均一化されるとともに、時間積分されてスペックルの発生が抑えられた後、被投射部材を照射することが可能となる。 In the illumination device according to the present invention, each light emitted from the optical path separation element enters the lens array. Thereby, the light emitted from the lens array can be irradiated to the projection member after the illuminance distribution is made uniform and the time integration is performed to suppress the generation of speckle.
また、本発明の照明装置は、前記導光手段が、前記光路分離素子より分離されたそれぞれの光の照度分布を均一化するロッドインテグレータであることが好ましい。 In the illuminating device of the present invention, it is preferable that the light guide unit is a rod integrator that uniformizes an illuminance distribution of each light separated from the optical path separation element.
本発明に係る照明装置では、光路分離素子から射出されたそれぞれの光はロッドインテグレータに入射する。ロッドインテグレータに入射したそれぞれの光は、内部で反射を繰り返すことにより混在され、ロッドインテグレータから射出される光は、照度分布が均一化されるとともに、時間積分されてスペックルの発生が抑えられた後、被投射部材を照射することが可能となる。 In the illumination device according to the present invention, each light emitted from the optical path separation element enters the rod integrator. Each light incident on the rod integrator is mixed by repeating internal reflections, and the light emitted from the rod integrator has a uniform illuminance distribution and time integration to suppress speckle generation. Thereafter, the projection member can be irradiated.
また、本発明の照明装置は、前記導光手段が、前記光路分離素子より分離されたそれぞれの光を拡散させる光拡散部材であることが好ましい。 In the illuminating device of the present invention, it is preferable that the light guide means is a light diffusion member that diffuses each light separated from the optical path separation element.
本発明に係る照明装置では、光路分離素子から射出されたそれぞれの光は光拡散部材に入射する。これにより、光拡散部材から射出されるそれぞれの光は、可干渉性が低下することになるため、スペックルの発生が抑えられた後、被投射部材を照射することが可能となる。 In the illumination device according to the present invention, each light emitted from the optical path separation element enters the light diffusing member. Thereby, since each light inject | emitted from a light-diffusion member will reduce coherence, it becomes possible to irradiate a to-be-projected member, after generation | occurrence | production of a speckle is suppressed.
また、本発明の照明装置は、前記導光手段が、前記光路分離素子より分離されたそれぞれの光を前記被投射部材の被照射面の形状及び大きさに変換する回折光学素子であることが好ましい。 In the illumination device of the present invention, the light guide means may be a diffractive optical element that converts each light separated from the optical path separation element into a shape and a size of an irradiated surface of the projection target member. preferable.
本発明に係る照明装置では、レーザ光源から射出されたレーザ光は、回折光学素子により、光変調装置の被照射面の形状及び大きさに変換される。したがって、レーザ光源から射出された光を無駄なく光変調装置を照射することが可能となるため、光の利用効率を向上させることが可能となる。 In the illumination device according to the present invention, the laser light emitted from the laser light source is converted into the shape and size of the irradiated surface of the light modulation device by the diffractive optical element. Accordingly, it is possible to irradiate the light modulation device with light emitted from the laser light source without waste, so that it is possible to improve the light use efficiency.
また、本発明の照明装置は、前記光源が複数設けられていることが好ましい。
本発明に係る照明装置では、光源が複数設けられているため、被投射部材に照射される光の高輝度化が図れるという効果が得られる。
Moreover, it is preferable that the illuminating device of this invention is provided with two or more said light sources.
In the illuminating device according to the present invention, since a plurality of light sources are provided, there is an effect that it is possible to increase the luminance of light irradiated to the projection target member.
また、本発明の照明装置は、前記複数の光源が、少なくとも赤色光を射出する光源,緑色光を射出する光源,青色光を射出する光源を含むことが好ましい。
本発明に係る照明装置では、光源が少なくとも赤色光を射出する光源,緑色光を射出する光源,青色光を射出する光源を含むため、広範囲の色を表現可能であるとともに、明るさ及び演色性が優れた照明光を得ることが可能である。
In the illumination device of the present invention, it is preferable that the plurality of light sources include at least a light source that emits red light, a light source that emits green light, and a light source that emits blue light.
In the illumination device according to the present invention, since the light source includes at least a light source that emits red light, a light source that emits green light, and a light source that emits blue light, a wide range of colors can be expressed, and brightness and color rendering However, it is possible to obtain excellent illumination light.
本発明の画像表示装置は、上記の照明装置と、前記被投射部材であるとともに、前記照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とする。 An image display device according to the present invention is the illumination device, the projection member, a light modulation device that modulates light emitted from the illumination device according to an image signal, and the light modulation device. And a projection device for projecting light.
本発明に係る画像表示装置では、照明装置より射出された光は光変調装置に入射される。そして、光変調装置により変調された画像が、投射装置によって投射される。このとき、照明装置より射出される光は、上述したように、スペックルが低減された光となっているので、良好な画像を表示することができる。 In the image display device according to the present invention, the light emitted from the illumination device enters the light modulation device. Then, the image modulated by the light modulation device is projected by the projection device. At this time, since the light emitted from the lighting device is light with reduced speckles as described above, a good image can be displayed.
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing used for the following description, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
[第1実施形態]
次に、本発明の第1実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置1は、図1に示すように、単色光を発光するレーザ光源(光源)11と、光源11から射出された光の偏光面を時間的に変化させる液晶素子(偏光回転素子)12と、この偏光回転素子12から射出された射出光の光路を分離する光路分離素子として偏光ビームスプリッタ(偏光分離素子、以下PBSと称す)13と、PBS13により分離されたそれぞれの光をライトバルブ(被投射部材)15に入射させる回折光学素子14(導光手段、以下DOE(Diffractive Optical Element)と称す)とを備えている。
ライトバルブ15としては、DMD(Digital Micromirror Device)、GLV(Grating Light Valve)、液晶ライトバルブ等が挙げられる。なお、液晶ライトバルブを用いるときは、入射する光の偏光方向を揃えるために、前段に偏光変換素子が必要となる。
[First Embodiment]
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the illumination device 1 according to the present embodiment includes a laser light source (light source) 11 that emits monochromatic light and a liquid crystal element (polarized light) that temporally changes the polarization plane of light emitted from the
Examples of the
PBS13は、特定の振動方向の偏光光、例えばp偏光光を透過し、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光、例えばs偏光光を反射する第1偏光分離面13a及び第2偏光分離面13bを有している。この第1偏光分離面13aは、レーザ光源11の光軸O上に45度傾斜して設けられている。また、第2の偏光分離面13bは、第1偏光分離面13aと略平行に設けられており、第1の偏光分離面13aにおいて反射したs偏光光をDOE14に反射させるようになっている。
The
液晶素子12は、第1電極12a及び第2電極12bに挟持されており、第1電極12a側にレーザ光源11が配置されており、第1,第2電極12a,12bは駆動回路20に接続されている。この駆動回路20は、液晶素子12に印加する電圧を制御し、液晶素子12から射出される光の偏光面を時間的に変化させるものである。具体的には、駆動回路20からの出力が0Vのときは、液晶素子12に入射したレーザ光の偏光面は、射出後も変化せずにPBS13の第1偏光分離面13aに入射する。すなわち、液晶素子12に入射した光の偏光光が、本実施形態ではp偏光であるため、射出後の偏光光もp偏光光となっている。
The
また、駆動回路20からの出力が20Vのときは、液晶素子12に入射したレーザ光は、液晶素子12を透過することにより、レーザ光の偏光面が液晶素子12に入射する前に対して90度回転し、PBS13の第1偏光分離面13aに入射する。このとき、第1偏光分離面13aに入射したレーザ光は、第1偏光分離面13aにおいて反射する偏光面、すなわち、s偏光に変換されている。
また、駆動回路20から出力される電圧0Vと20Vとの切り替え周波数は、人間が感知可能なフリッカの周波数よりも高い周波数に設定されている。
Further, when the output from the
The switching frequency between the voltages 0V and 20V output from the
DOE14は、第1偏光分離面13aにおいて透過したp偏光光が入射する第1DOE14aと、第1偏光分離面13aにおいて反射したs偏光光が入射する第2DOE14bとを備えており、これら第1,第2DOE14a,14bは、同一基板上に周期的な光学パターンが形成された回折格子である。また、第1,第2DOE14a,14bは、PBS13より分離されたそれぞれの光をライトバルブ15の被照射面の形状及び大きさに変換するとともに、照度分布を均一化するものである。そして、第1,第2DOE14a,14bにおいて回折されたそれぞれの光は、ライトバルブ15を照射するようになっている。
The
次に、以上の構成からなる本実施形態の照明装置1を用いて、ライトバルブ15を照射する方法について説明する。
まず、光源11が駆動されると、レーザ光源11からレーザ光が射出され、液晶素子12に入射する。液晶素子12に入射したレーザ光は、駆動回路20における印加電圧が0Vのときはp偏光光として第1偏光分離面13aを透過し、DOE14の第1DOE14aに入射する。そして、第1DOE14aにおいて回折した後、ライトバルブ15の被照射面を照射する。
Next, a method of irradiating the
First, when the
一方、駆動回路20における印加電圧が20Vのときは、液晶素子12に入射した光は、p偏光光からs偏光光に偏光面が回転し、第1偏光分離面13aにおいて反射した後、さらに第2偏光分離面13bにおいて反射する。第2偏光分離面13bにおいて反射した光は、DOE14の第2DOE14bにおいて回折した後、ライトバルブ15の被照射面を照射する。
ここで、第1DOE14a及び第2DOE14bにおいて回折した後のスペックルパターンは、図2に示すように、異なるものとなる。そして、ライトバルブ15において、重なり合い、観察者の目には、第1DOE14a及び第2DOE14bによるスペックルを積分した信号が検知されるため、スペックルパターンが減少して見える。
On the other hand, when the applied voltage in the
Here, the speckle patterns after being diffracted in the
本実施形態に係る照明装置1では、液晶素子12から射出される光は、印加する電圧を変化させることにより、偏光面が時間的に変化するので、ぎらつきのパターンが時間的に変化する。したがって、DOE14から射出される光は、残像効果により時間積分されて、可干渉性が低下することになるため、ぎらつき(シンチレーション、スペックル)の発生が抑えられることになる。その結果、簡易な構成により、ライトバルブ15に投射される光は、ぎらつきが抑えられた光となる。さらに、従来のように回転駆動系を用いていないため、信頼性を向上させることが可能となる。
なお、DOE14は、同一基板上に第1DOE14a,第2DOE14bが形成された構成にしたが、第1DOE14aと第2DOE14bとが別体であっても良い。
In the illuminating device 1 according to the present embodiment, the polarization plane of the light emitted from the
The
[第2実施形態]
次に、本発明に係る第2実施形態について、図3を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第1実施形態に係る照明装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る照明装置30では、駆動回路31が液晶素子32を所定の領域ごとに制御する点において第1実施形態と異なる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In each embodiment described below, portions having the same configuration as those of the lighting device 1 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The
液晶素子32は、図3に示すように、2分割された領域A,Bに区分けされており、この液晶素子32には、領域A,Bごとに、入射面32a側に所定の間隔をあけて第1電極36,第2電極37がそれぞれ設けられており、また、射出面32bには、領域A,Bごとに、第1,第2電極36,37に対向して第3電極38,第4電極39がそれぞれ設けられている。
また、第1,第3電極36,38及び第2,第4電極37,39はそれぞれ駆動回路31に接続されている。この駆動回路31は、第1電極36及び第3電極38間に、0V及び20Vの電圧を20Hz周期で印加し、第2電極37及び第4電極39間に、0V及び20Vの電圧を50Hz周期で印加するようになっている。
As shown in FIG. 3, the
The first and
PBS41は、第1実施形態と同様にp偏光光を透過し、s偏光光を反射する第1,第2,第3,第4偏光分離面41a,41b,41c,41dを有している。これら第1〜第4偏光分離面41a〜41dはレーザ光源11の光軸O上に45度傾斜して設けられており、第1偏光分離面41aは、液晶素子32の領域Aを透過した光が、入射するように配置され、第3偏光分離面41cは、液晶素子32の領域Bを透過した光が、入射するように配置されている。また、第2偏光分離面41bは、第1偏光分離面41aにおいて反射したs偏光光をDOE42に反射させるように配置され、また、第4偏光分離面41dは、第3偏光分離面41cにおいて反射したs偏光光をDOE42に反射させるように配置されている。
The
DOE42は、第1偏光分離面41aにおいて透過したp偏光光が入射する第1DOE42aと、第2偏光分離面41bにおいて反射したs偏光光が入射する第2DOE42bと、第3偏光分離面41cにおいて透過したp偏光光が入射する第3DOE42cと、第4偏光分離面41dにおいて反射したs偏光光が入射する第4DOE42dとを備えている。また、DOE42は、同一基板上に周期的な光学パターンが形成されていても良く、また、第1〜第4DOE42a〜42dが別体であっても良い。
The
また、DOE42とライトバルブ15との間には、フィールドレンズ43が設けられており、第1〜第4DOE42a〜42dから射出された光は、フィールドレンズ43により平行化されライトバルブ15に入射するようになっている。
また、レーザ光源11と液晶素子32との間には、レーザ光源11から射出されたレーザ光を平行化するコリメータレンズ44が設けられている。
Further, a
A
本実施形態に係る照明装置30では、駆動回路31が、液晶素子32の領域A,Bごとに制御するため、液晶素子32を透過した光の偏光面を所定の領域ごとに異ならせることができる。したがって、レーザ光源11から射出された光は、液晶素子32から通過した後の偏光によって第1〜第4DOE42a〜42dを選択することができる。すなわち、第1実施形態に比べ選択するDOEの数が増えるため、ライトバルブ15に照射される光の積分回数が増えるため、よりスペックルパターンを抑えることが可能となる。
また、領域A,Bごとに、印加する電圧の切り替え周期を異ならせることにより、第1〜第4DOE42a〜42dから射出される光がすべて混在されるので、同じ周期で切り替える場合に比べ、よりスペックルパターンを低減させることが可能となる。
In the illuminating
In addition, since the light emitted from the first to
なお、第1電極36と第3電極38との間及び第2電極37と第3電極39との間に印加する電圧の切り替え周期は、上記の周波数に限るものではない。また、第1電極36と第3電極38との間及び第2電極37と第3電極39との間に印加する電圧が異なるようにしても良い。すなわち、第1電極36と第3電極38との間に0Vを印加しているときは、第2電極37と第4電極39との間に20Vを印加すれば良い。
また、液晶素子32を2つの領域A,Bに分けたが、3つ以上に分けても良い。
Note that the switching cycle of the voltage applied between the
Further, although the
[第3実施形態]
次に、本発明に係る第3実施形態について、図4を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置50では、DOE14に代えて、導光手段としてレンズアレイ51を用いる点において第1実施形態と異なる。
レンズアレイ51は、図4に示すように、第1偏光分離面13aを透過したp偏光光が入射する位置に設けられた第1レンズアレイ51aと、第1レンズアレイ51aと対になるとともに第1レンズアレイ51aから射出された光をライトバルブ15に照射させる第2レンズアレイ51bと、第2偏光分離面13bを反射したs偏光光が入射する位置に設けられた第3レンズアレイ51cと、第3レンズアレイ51cと対になるとともに第3レンズアレイ51cから射出された光をライトバルブ15に照射させる第4レンズアレイ51dとを備えている。これら第1〜第4レンズアレイ51a〜51dにより、ライトバルブ15に入射する光は、ライトバルブ15の被照射面の形状及び大きさに変換するとともに、照度分布を均一化にするようになっている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
The
As shown in FIG. 4, the
本実施形態に係る照明装置50では、レンズアレイ51から射出されるそれぞれの光は、照度分布が均一化されるとともに、時間積分されてスペックルの発生が抑えられた後、ライトバルブ15を照射することが可能となる。
In the illuminating
[第4実施形態]
次に、本発明に係る第4実施形態について、図5を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置60では、DOE14に代えて、導光手段としてロッドインテグレータ61を用いる点において第1実施形態と異なる。
照明装置60は、図5に示すように、第1偏光分離面13aを透過した光及び第2偏光分離面13bを反射した光を集光させる集光レンズ62と、集光レンズ62により集光された光を内部において反射させ、照度分布を均一化するロッドインテグレータ61と、ロッドインテグレータ61から射出された光をライトバルブ15に照射する照射レンズ63とを備えている。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
The
As shown in FIG. 5, the illuminating
本実施形態に係る照明装置60では、ロッドインテグレータ61に入射したそれぞれの偏光面の異なる光が、内部で反射を繰り返すことにより混在され、ロッドインテグレータ61から射出される光は、照度分布が均一化されるとともに、時間積分されてスペックルの発生が抑えられた後、ライトバルブ15を照射することが可能となる。
In the illuminating
[第5実施形態]
次に、本発明に係る第5実施形態について、図6及び図7を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置70では、PBS14に代えて、光路分離素子として非線形光学素子71を用いる点において第1実施形態と異なる。
非線形光学素子71は、図6(a),(b)に示すように、異方性媒質からなる異方性回折格子72と、回折格子72の回折面72aに埋設されるとともに等方性媒質からなる等方性回折格子73とを備えている。また、等方性回折格子73の屈折率をnとし、常光の屈折率、すなわち、X方向に振動する光が入射したときの異方性回折格子72の屈折率をnoとし、異常光の屈折率、すなわち、Y方向に振動する光が入射したときの異方性回折格子72の屈折率をneとすると、n=neである。なお、等方性回折格子73の屈折率は、異方性回折格子72の常光の屈折率noと同じであっても良い。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
The
As shown in FIGS. 6A and 6B, the nonlinear
ここで、Y軸方向に振動する光が非線形光学素子71に入射すると、図6(a)に示すように、異方性回折格子72と等方性回折格子73との屈折率が同じため、光は直進して射出される。一方、X軸方向に振動する光が非線形光学素子71に入射すると、図6(b)に示すように、異方性回折格子72と等方性回折格子73との屈折率が異なるため、異方性回折格子72の回折面72aにおいて回折され±1次光に分離される。
Here, when light oscillating in the Y-axis direction is incident on the nonlinear
また、第1実施形態のDOE14に代えて、図7に示すように、レンズアレイ74が設けられている。このレンズアレイ74は、非線形光学素子71を透過した光をライトバルブ15に照射する第1レンズ74aと、異方性回折格子72の回折面72aにおいて回折され±1次光をそれぞれライトバルブ15に照射する第2レンズ74b及び第レンズ74cとからなっている。
Further, in place of the
本実施形態に係る照明装置70では、非線形光学素子71を用いることにより、簡易な構成で液晶素子12から射出された光を分離することができる。
なお、本実施形態において、異方性回折格子72は、結晶、ニオブ酸リチウム等の複屈折性を有する材質からなっていれば良い。また、レンズアレイ74を用いたが、第1実施形態と同様に、非線形光学素子71を透過した光,異方性回折格子72の回折面72aにおいて回折され±1次光それぞれを回折する回折面を有する回折光学素子であっても良い。
In the
In the present embodiment, the
[第6実施形態]
次に、本発明に係る第6実施形態について、図8を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置80は、上記各実施形態において、ライトバルブ15が液晶ライトバルブである場合に用いるものである。この場合、照明装置80は、図8に示すように、第2偏光分離面13bにおいて反射されたs偏光光の光路上にλ/2板(位相板)81が設けられている。これにより、第2偏光分離面13bにおいて反射したs偏光光は、p偏光光に変換される。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
The
本実施形態に係る照明装置80では、λ/2板81を設けることにより、PBS13から射出される光は、p偏光光に揃えられるため、ライトバルブ15の前段に偏光変換素子を用いる必要がないため、レーザ光源11から射出された光の利用効率を向上させることが可能となる。
なお、本実施形態において、p偏光光に揃えたが、第1偏光分離面13aを透過したp偏光光の光路上にλ/2板81を配置してs偏光光に揃えても良い。
In the illuminating
In the present embodiment, the light is aligned with the p-polarized light. However, the λ / 2
[第7実施形態]
次に、本発明に係る第7実施形態について、図9を参照して説明する。
本実施形態に係る照明装置90では、レーザ光源91(光源)が複数設けられている点において第1実施形態と異なる。また、液晶素子92は3分割された領域A,B,Cに分かれており、各領域A,B,Cごとに電極が設けられており、これら電極は駆動回路105により制御されている。そして、この各領域A,B,Cに対応して第1,第2,第3レーザ光源91a,91b,91cが設けられている。
PBS93は、領域A,B,Cごとに、第1実施形態と同様に、第1レーザ光源91aから射出されたp偏光光を透過し、s偏光光を反射する偏光分離面が設けられている。また、DOE94は、領域A,B,Cごとに、第1実施形態と同様に、それぞれの領域から射出されPBSにより分離された光をそれぞれライトバルブ15に照明するようになっている。
[Seventh Embodiment]
Next, a seventh embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
The
As in the first embodiment, the
本実施形態に係る照明装置90では、液晶素子92の領域A,B,Cごとに対応してレーザ光源91a,91b,91cを配置させることで、レーザ光源91a,91b,91cごとに偏光面を回転させることができる。したがって、効率良くスペックルの発生を抑えることが可能となる。
なお、複数の光源は、3つに限らず2つでも4つ以上であっても良い。また、光源を複数設けた場合は、少なくとも赤色光を射出する光源,緑色光を射出する光源,青色光を射出する光源を含んでいても良い。例えば、第1レーザ光源91aが赤色レーザであり、第2レーザ光源91bが緑色レーザであり、第3レーザ光源91cが青色レーザであっても良い。さらに、光源を複数設けた場合は、アレイ化して配置しても良い。
In the
The plurality of light sources is not limited to three, but may be two or four or more. When a plurality of light sources are provided, at least a light source that emits red light, a light source that emits green light, and a light source that emits blue light may be included. For example, the first
[第8実施形態]
次に、本発明に係る第8実施形態について、図10を参照して説明する。
本実施形態では、上記第7実施形態の照明装置90を備えるプロジェクタ(画像表示装置)100について説明する。
レーザ光源91は、第1,第2,第3レーザ光源91a,91b,91cが、それぞれ赤色レーザ,緑色レーザ,青色レーザ光を射出するものである。
プロジェクタ100は、照明装置90から射出された光を画像信号に応じて変調する、DMD等のライトバルブ(被投射部材,光変調装置)101と、ライトバルブ101により変調されたカラー画像をスクリーン103に投射する投射レンズ(投射装置)102とを備えている。また、ライトバルブ101は、レーザ光源91に同期して時分割駆動を行うようになっている。
[Eighth Embodiment]
Next, an eighth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, a projector (image display device) 100 including the
In the
The
本実施形態に係るプロジェクタ100では、広範囲の色を表現可能であるとともに、明るさ及び演色性が優れた画像を得ることが可能である。また、照明装置90より射出される光は、上述したように、スペックルが低減された光となっているので、良好な画像を表示することができる。
なお、本実施形態のプロジェクタにおいて、照明装置90を用いたものを説明したが、上述したいずれの照明装置を用いても良い。
また、ライトバルブ15として液晶ライトバルブを用いた場合、単板式では上記の形態で良いが、三板式を用いるときは、レーザ光源を色ごとに、ダイクロイックプリズムの周辺に配置することにより、プロジェクタ100と同様にスペックルが低減された良好な画像を得ることが可能となる。
The
In addition, although the projector using the
When a liquid crystal light valve is used as the
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、導光手段は、光路分離素子より分離されたそれぞれの光を拡散させる光拡散部材であっても良い。この光拡散部材は、例えば、入射面に微細な凹凸を有する擦りガラスによって構成されている。
また、偏光回転素子として、液晶素子12を用いたが、これに代えて鉛(Pd)、ランタン(La)、ジルコン(Zr)、チタン(Ti)を含む酸化物セラミックスであるPLZT(チタン酸ジルコン酸ランタン鉛)を用いても良い。このPLZTも液晶素子と同様に電圧を印加することにより、透過した光の偏光面を変えることができる素子であるため、上記と同様の効果が得られる。
また、偏光回転素子に電圧を印加して偏光面を回転させたが、磁界の強さに応じて偏光面が回転するファラデー効果を生じる偏光回転素子であっても良い。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the light guide means may be a light diffusing member that diffuses each light separated by the optical path separation element. The light diffusing member is made of, for example, rubbed glass having fine irregularities on the incident surface.
In addition, although the
Further, although the polarization plane is rotated by applying a voltage to the polarization rotation element, a polarization rotation element that produces a Faraday effect in which the polarization plane rotates according to the strength of the magnetic field may be used.
また、DOE14,42,94としては、例えば、ホログラム光学素子を用いることもできる。このホログラム光学素子は、例えば、ホログラム原板に計算機で計算して人工的に作成した干渉縞が形成された計算機ホログラム(CGH :Computer Generated Hologram)である。計算機ホログラムは、回折格子の分割領域の自由な設定が容易であり、収差発生の問題が生じないので好適である。
また、第2偏光分離面13b,41b及び第4偏光分離面41dは、偏光分離膜である必要はなく、反射面であっても良い。
Moreover, as DOE14,42,94, a hologram optical element can also be used, for example. The hologram optical element is, for example, a computer generated hologram (CGH: Computer Generated Hologram) in which interference fringes artificially created by calculation with a computer are formed on a hologram original plate. The computer generated hologram is suitable because it allows easy setting of the divided region of the diffraction grating and does not cause a problem of aberration.
The second polarization separation surfaces 13b and 41b and the fourth
1,30,50,60,70,80,90…照明装置、11,91…レーザ光源(光源)、12,92…液晶素子(偏光回転素子)、13,41,93…PBS(偏光分離素子)、14,42,94…DOE(導光手段)、15,…ライトバルブ(被投射部材)、51…レンズアレイ(導光手段)、61…ロッドインテグレータ(導光手段)、71…非線形光学素子(光路分離素子)、81…λ/2板(位相板)、101…ライトバルブ(光変調装置)、102…投射レンズ(投射装置)
DESCRIPTION OF
Claims (11)
印加電圧もしくは印加磁界を時間的に変化させることにより、前記レーザ光源から射出された光の偏光面を時間的に変化させる偏光回転素子と、
該偏光回転素子から射出された射出光の光路を分離する光路分離素子と、
該光路分離素子により分離されたそれぞれの光を被投射部材に入射させる導光手段とを備え、
前記偏光回転素子が所定の領域ごとに区分けされ、前記偏光回転素子を透過する光の偏光面が前記領域ごとに制御されることを特徴とする照明装置。 A laser light source that emits monochromatic light;
A polarization rotator that temporally changes the polarization plane of the light emitted from the laser light source by changing the applied voltage or applied magnetic field over time ;
An optical path separating element for separating the optical path of the emitted light emitted from the polarization rotating element;
A light guide means for causing each light separated by the optical path separation element to enter the projection member ,
The illumination apparatus, wherein the polarization rotation element is divided into predetermined areas, and a polarization plane of light transmitted through the polarization rotation element is controlled for each area .
前記領域毎に設けられた前記電極に対して異なる周波数で所定の電圧が印加されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の照明装置。 The polarization rotation element is composed of a liquid crystal element provided with an individual electrode for each region,
The lighting device according to any one of claims 1 to 3, wherein a predetermined voltage is applied at a different frequency to the electrodes provided in each region .
前記被投射部材であるとともに、前記照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とする画像表示装置。 The lighting device according to any one of claims 1 to 10,
A light modulation device that is the projection member and modulates light emitted from the illumination device according to an image signal;
An image display device comprising: a projection device that projects light modulated by the light modulation device.
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