JP4893780B2 - LIGHTING DEVICE AND PROJECTOR HAVING THE SAME - Google Patents

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Description

本発明は、高圧水銀ランプ等の光源ランプを有する照明装置及びこれを備えたプロジェクタに関する。   The present invention relates to an illuminating device having a light source lamp such as a high-pressure mercury lamp and a projector provided with the same.

一般に、プロジェクタは、照明光を射出する照明装置と、この照明装置からの照明光を画像信号に応じて変調する電気光学変調装置と、この電気光学変調装置によって変調された光を投写画像としてスクリーン上に投写表示する投写光学系とを備えている。このようなプロジェクタにおいては、投写画像が明るいこと及び照明光の光強度が高いことが要求される。
このため、前記した照明装置には、より高い光強度を得るために、光源ランプとしての高圧水銀ランプに凹面鏡を組み合わせてなる光源を備えたものが従来から利用されている。
In general, a projector includes an illumination device that emits illumination light, an electro-optic modulation device that modulates illumination light from the illumination device in accordance with an image signal, and light modulated by the electro-optic modulation device as a projection image on a screen. And a projection optical system for projecting and displaying on the screen. Such a projector is required to have a bright projected image and a high light intensity of illumination light.
For this reason, in order to obtain higher light intensity, the above-described illumination device has been conventionally used that includes a light source formed by combining a concave mirror with a high-pressure mercury lamp as a light source lamp.

ところで、従来の照明装置に用いられる光源ランプ(高圧水銀ランプ)は、光強度が比較的大きいものの、その発光特性が水銀固有の発光スペクトルを有しており、赤色光(R),緑色光(G)及び青色光(B)の各波長域のうち赤色光の波長域の光強度が不足する傾向があるため、可視域での色バランスがよい照明光を得ることができないという問題があった。
そこで、色バランスのよい照明光を得るために、光強度が不足する波長域の色成分以外の色成分を減光することが考えられるが、この場合には投写画像における明るさ(光源の光利用効率)が低下するという問題があった。
By the way, although the light source lamp (high pressure mercury lamp) used for the conventional illuminating device has a comparatively large light intensity, the light emission characteristic has an emission spectrum peculiar to mercury, and red light (R), green light ( G) and blue light (B) have a problem that it is impossible to obtain illumination light having a good color balance in the visible range because the light intensity in the wavelength range of red light tends to be insufficient. .
Therefore, in order to obtain illumination light with a good color balance, it is conceivable to diminish color components other than the color components in the wavelength range where the light intensity is insufficient. In this case, the brightness in the projected image (light from the light source) There was a problem that the utilization efficiency was reduced.

そこで、例えば、特許文献1には、この問題を解決するための照明装置が提案されている。図11は、この特許文献1に記載された照明装置の光学系を示す図である。図11に示されるように、この照明装置100は、インテグレータ光学系としての透光性ロッド120の入射側面120iに、200〜430nmの波長の光を吸収して570〜630nmの波長の光を発光する波長変換光学素子130を配置した照明装置である。波長変換光学素子130により高圧水銀ランプの場合に不足する赤色光の強度を高めることができるため、光の色バランスを補正することができる。   Therefore, for example, Patent Literature 1 proposes an illumination device for solving this problem. FIG. 11 is a diagram showing an optical system of the illumination device described in Patent Document 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 11, the illumination device 100 absorbs light having a wavelength of 200 to 430 nm and emits light having a wavelength of 570 to 630 nm on an incident side surface 120 i of a translucent rod 120 as an integrator optical system. It is the illuminating device which has arrange | positioned the wavelength conversion optical element 130 to perform. Since the wavelength conversion optical element 130 can increase the intensity of red light that is insufficient in the case of a high-pressure mercury lamp, the color balance of light can be corrected.

特開2002−90883号公報(図1〜図6)JP 2002-90883 A (FIGS. 1 to 6)

しかしながら、この照明装置においては、波長変換光学素子130による赤色の発光光は等方性の放射光となるため、透光性ロッド120の入射側面120iに入射した赤色の発光光のうち、照明光として利用可能な光は、透光性ロッド120の界面120sにおける全反射条件を満たす光のみである。このため、不足する光の強度を十分には高めることはできず、その結果十分に色バランスのよい照明光を得るのは容易ではないという問題があった。   However, in this illuminating device, since the red light emitted by the wavelength conversion optical element 130 becomes isotropic radiated light, the illumination light among the red light emitted incident on the incident side surface 120 i of the translucent rod 120. The light that can be used as is only the light that satisfies the total reflection condition at the interface 120 s of the translucent rod 120. For this reason, there is a problem that the intensity of the insufficient light cannot be sufficiently increased, and as a result, it is not easy to obtain illumination light with a sufficiently good color balance.

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、不足する光の強度を十分に高めて十分に色バランスのよい照明光を得ることができるとともに光源の光利用効率の低下を防止することができる照明装置及びこれを備えたプロジェクタを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and it is possible to sufficiently increase the intensity of insufficient light to obtain illumination light having a sufficiently good color balance and to improve the light utilization efficiency of the light source. It is an object of the present invention to provide an illumination device capable of preventing a decrease and a projector including the illumination device.

前記した目的を達成するためになされた本発明に係る照明装置は、複数の波長域の光を射出する光源と、この光源から射出した不均一な光強度分布をもつ光を、略均一な光強度分布をもつ光に変換するインテグレータ光学系とを備え、このインテグレータ光学系によって複数の集光像(光源像)が離散して形成される位置の近傍に、所定の波長域の光を射出する補助光源を配置したことを特徴とする。   An illuminating device according to the present invention made to achieve the above-described object includes a light source that emits light in a plurality of wavelength regions, and light having a non-uniform light intensity distribution emitted from the light source. And an integrator optical system that converts the light into an intensity distribution, and emits light in a predetermined wavelength region in the vicinity of a position where a plurality of condensed images (light source images) are discretely formed by the integrator optical system. An auxiliary light source is arranged.

このため、本発明の照明装置によれば、光源から射出される複数の波長域の光において不足する波長域の光が補助光源から射出されるため、光源の発光特性を十分に補足して可視域での色バランスがよい照明光を得ることができる。
また、本発明の照明装置によれば、色バランスのよい照明光を得るために、特定の色成分を減光する必要がないから、光源の光利用効率の低下を防止することができる。
For this reason, according to the illumination device of the present invention, light in the wavelength range that is insufficient in the light in the plurality of wavelength ranges emitted from the light source is emitted from the auxiliary light source. Illumination light having a good color balance in the area can be obtained.
In addition, according to the illumination device of the present invention, it is not necessary to diminish a specific color component in order to obtain illumination light with a good color balance, so that it is possible to prevent a decrease in light use efficiency of the light source.

本発明の照明装置においては、前記補助光源が、発光素子及び集光素子を有するものであることが好ましい。このように構成することにより、発光素子から射出した光が集光素子によって効率よく照明領域に導かれ、照明効率が高められる。   In the illuminating device of this invention, it is preferable that the said auxiliary light source has a light emitting element and a condensing element. With this configuration, the light emitted from the light emitting element is efficiently guided to the illumination area by the condensing element, and the illumination efficiency is increased.

また、本発明の照明装置においては、前記補助光源が、前記光源における光軸の周辺部であって、前記集光像(光源像)のうち外形寸法が相対的に小さい集光像(光源像)の近傍に配置されていることが好ましい。このように構成することにより、補助光源の配置によって光源からの光が遮蔽されることがないため、光利用効率を低下させることなく、色バランスがよい照明光を得ることができる。   In the illumination device of the present invention, the auxiliary light source is a peripheral portion of the optical axis of the light source, and a condensed image (light source image) having a relatively small outer dimension among the condensed images (light source image). ) In the vicinity. With this configuration, the light from the light source is not shielded by the arrangement of the auxiliary light source, so that illumination light with a good color balance can be obtained without reducing the light utilization efficiency.

また、本発明の照明装置においては、前記補助光源が、前記光源の光軸に関して対称な位置に配置された複数の補助光源とされることが好ましい。このように構成することにより、照明光の角度分布が異方性をもたなくなることから、照明対象において照明光の角度分布の不均一性による明るさむらの発生が防止される。特に、表示特性が入射角依存性を有する表示素子を照明する場合には、表示むらの低減が可能となる。また、リレー光学系を備えた三板式のプロジェクタに本照明装置が用いられると、色むらの発生を効果的に防止することができる。   Moreover, in the illuminating device of this invention, it is preferable that the said auxiliary light source is made into the some auxiliary light source arrange | positioned in the symmetrical position regarding the optical axis of the said light source. With this configuration, since the angular distribution of illumination light has no anisotropy, uneven brightness due to non-uniformity of the angular distribution of illumination light is prevented from occurring in the illumination target. In particular, when illuminating a display element whose display characteristics are incident angle dependent, display unevenness can be reduced. Further, when this illumination device is used in a three-plate projector provided with a relay optical system, it is possible to effectively prevent color unevenness.

また、本発明の照明装置においては、前記インテグレータ光学系として、前記光源から入射した光を界面又は反射面で反射させて照明対象側に射出する導光体と、この導光体からの射出光を照明対象側に導く伝達レンズとを有する構成を採用することができる。このようなインテグレータ光学系は構成が簡単であり、実現が容易であるという特徴がある。この系では、入射側端面と射出側端面との寸法が相似的に異なるテーパーロッドによって、導光体を形成することにより、光源光による集光像の形成位置が制御可能である。   In the illumination device of the present invention, as the integrator optical system, a light guide that reflects the light incident from the light source at the interface or reflecting surface and emits the light toward the illumination target, and the light emitted from the light guide It is possible to adopt a configuration having a transmission lens that guides the light to the illumination target side. Such an integrator optical system has a simple configuration and is easy to implement. In this system, the formation position of the condensed image by the light source light can be controlled by forming the light guide with tapered rods having similar dimensions of the incident side end face and the exit side end face.

また、本発明の照明装置においては、前記伝達レンズがレンズアレイであることが好ましい。このように構成することにより、伝達レンズが単数のレンズである場合と比べて照明効率を高められる。   Moreover, in the illuminating device of this invention, it is preferable that the said transfer lens is a lens array. By configuring in this way, the illumination efficiency can be increased compared to the case where the transfer lens is a single lens.

また、本発明の照明装置においては、前記補助光源が、前記伝達レンズの入射側及び射出側の少なくとも一方側に配置されていることが好ましい。このように構成することにより、インテグレータ光学系が導光体及び伝達レンズを有する場合において、補助光源の配置上の自由度が高められる。ここで、補助光源が伝達レンズの入射側に配置されている場合には、伝達レンズによって補助光源から射出した光を集光するように構成することが可能であり、この場合には、補助光源に放射角制御用の光学素子(集光素子)を不要とでき、光学系を簡素化できる。   Moreover, in the illuminating device of this invention, it is preferable that the said auxiliary light source is arrange | positioned at the at least one side of the entrance side and the exit side of the said transmission lens. With this configuration, when the integrator optical system includes a light guide and a transmission lens, the degree of freedom in arrangement of the auxiliary light source is increased. Here, when the auxiliary light source is disposed on the incident side of the transmission lens, the light emitted from the auxiliary light source can be condensed by the transmission lens. In this case, the auxiliary light source In addition, an optical element (light condensing element) for controlling the radiation angle can be eliminated, and the optical system can be simplified.

また、本発明の照明装置においては、前記インテグレータ光学系が、前記光源からの光を中間光に分割する第一レンズアレイと、この第一レンズアレイによって分割された中間光を集光する第二レンズアレイとを有する構成を採用することができる。このようなインテグレータ光学系では、2つのレンズアレイにおける各レンズの集光性を変えることで、集光像の形成位置を自在に制御可能であるため、補助光源を配置するための領域が形成し易くなり、光利用効率を低下させることなく、色バランスがよい照明光を得ることができる。   In the illumination device of the present invention, the integrator optical system includes a first lens array that divides the light from the light source into intermediate light, and a second that condenses the intermediate light divided by the first lens array. A configuration having a lens array can be employed. In such an integrator optical system, by changing the light condensing property of each lens in the two lens arrays, the formation position of the condensed image can be freely controlled, so that an area for arranging the auxiliary light source is formed. This makes it easy to obtain illumination light with good color balance without reducing light utilization efficiency.

また、本発明の照明装置においては、前記補助光源が、前記第二レンズアレイの入射側及び射出側の少なくとも一方側に配置されていることが好ましい。
このように構成することにより、インテグレータ光学系が第一レンズアレイ及び第二レンズアレイを有する場合において、補助光源の配置上の自由度が高められる。ここで、補助光源が第二レンズアレイの入射側に配置されている場合には、第二レンズアレイによって補助光源から射出した光を集光するように構成することが可能であり、この場合には、補助光源に放射角制御用の光学素子(集光素子)が不要となるため、光学系を簡素化できる。
In the illumination device of the present invention, it is preferable that the auxiliary light source is disposed on at least one of the incident side and the emission side of the second lens array.
With such a configuration, when the integrator optical system includes the first lens array and the second lens array, the degree of freedom in arrangement of the auxiliary light source is increased. Here, when the auxiliary light source is arranged on the incident side of the second lens array, it is possible to configure the second lens array to collect the light emitted from the auxiliary light source. Since the auxiliary light source does not require an optical element (condensing element) for controlling the radiation angle, the optical system can be simplified.

また、本発明の照明装置においては、前記第一レンズアレイ及び前記第二レンズアレイが同一のレンズアレイによって形成され、かつ、これらレンズアレイの各レンズが互いに対応させて配置されていることが好ましい。
このように構成することにより、第二レンズアレイを構成するレンズ毎に一つの集光像と一つの補助光源を配置することが容易となる。これにより、照明対象において均一な光強度分布を得ることができ、色バランスと照明効率の向上を同時に実現できる。
In the illumination device of the present invention, it is preferable that the first lens array and the second lens array are formed by the same lens array, and the lenses of the lens array are arranged so as to correspond to each other. .
With this configuration, it becomes easy to arrange one condensed image and one auxiliary light source for each lens constituting the second lens array. Thereby, a uniform light intensity distribution can be obtained in the illumination target, and improvement in color balance and illumination efficiency can be realized at the same time.

また、本発明の照明装置においては、前記補助光源の射出側に偏光変換素子が配置されていることが好ましい。このように構成することにより、補助光源から複数の偏光成分をもつ光が放射される場合には、光源からの射出光と共に補助光源からの射出光が偏光変換素子によってP偏光光とS偏光光に空間的に分離された後、一方の偏光光の偏光方向を他方の偏光光の偏光方向に揃えて、偏光方向が略揃った各光が照明対象側に導かれる。これにより、照明対象が画像表示に際して偏光を必要とする液晶表示装置である場合、液晶表示装置における光利用効率を高めて明るい表示状態を達成することができる。   Moreover, in the illuminating device of this invention, it is preferable that the polarization conversion element is arrange | positioned at the emission side of the said auxiliary light source. With this configuration, when light having a plurality of polarization components is radiated from the auxiliary light source, the light emitted from the light source and the light emitted from the auxiliary light source are converted into P-polarized light and S-polarized light by the polarization conversion element. After being spatially separated, the polarization direction of one polarized light is aligned with the polarization direction of the other polarized light, and each light having substantially the same polarization direction is guided to the illumination target side. Accordingly, when the illumination target is a liquid crystal display device that requires polarized light for image display, it is possible to increase the light use efficiency in the liquid crystal display device and achieve a bright display state.

また、本発明の照明装置においては、前記偏光変換素子は、前記集光像(光源像)及び前記補助光源が前記各偏光分離面に対応して配置されるよう構成されたものであることが好ましい。
このように構成することにより、光源及び補助光源からの光が偏光方向を揃えて照明対象側に確実に導かれ、偏光の変換効率を高められる。
In the illumination device of the present invention, the polarization conversion element may be configured such that the condensed image (light source image) and the auxiliary light source are arranged corresponding to each polarization separation surface. preferable.
With this configuration, light from the light source and the auxiliary light source is reliably guided to the illumination target side with the polarization direction aligned, and the polarization conversion efficiency can be increased.

また、本発明の照明装置においては、前記補助光源が、赤色光を放射する補助光源であることが好ましい。このように構成することにより、光源の光源ランプが例えば高圧水銀ランプやメタルハライドランプである場合、不足する赤色光を補助光源によって補足し、可視域での色バランスがよい照明光を得ることができる。   Moreover, in the illuminating device of this invention, it is preferable that the said auxiliary light source is an auxiliary light source which radiates | emits red light. With this configuration, when the light source lamp of the light source is, for example, a high-pressure mercury lamp or a metal halide lamp, the insufficient red light can be supplemented by the auxiliary light source, and illumination light having a good color balance in the visible range can be obtained. .

また、本発明の照明装置においては、前記補助光源が、青色光を放射する補助光源であることもまた好ましい。このように構成することにより、光源の光源ランプが例えば上記とは別のメタルハライドランプやハロゲンランプである場合、不足する青色光を補助光源によって補足し、可視域での色バランスがよい照明光を得ることができる。   In the lighting device of the present invention, it is also preferable that the auxiliary light source is an auxiliary light source that emits blue light. By configuring in this way, when the light source lamp of the light source is, for example, a metal halide lamp or a halogen lamp different from the above, the insufficient blue light is supplemented by the auxiliary light source, and illumination light with a good color balance in the visible range is obtained. Obtainable.

また、本発明の照明装置においては、前記補助光源がLED(発光ダイオード)光源であることが好ましい。このように構成することにより、補助光源として発光効率の高い小型の補助光源を用いることができ、装置設計が容易になる。補助光源としては放射角の制御が可能で小型の素子が望ましく、LEDの他では、レーザー、ELやFED等の電界発光素子等を使用できる。   Moreover, in the illuminating device of this invention, it is preferable that the said auxiliary light source is a LED (light emitting diode) light source. With this configuration, a small auxiliary light source with high luminous efficiency can be used as the auxiliary light source, which facilitates device design. The auxiliary light source is preferably a small element capable of controlling the radiation angle, and in addition to the LED, an electroluminescent element such as a laser, EL or FED can be used.

本発明の他の発明に係るプロジェクタは、上記した本発明の照明装置と、この照明装置からの照明光を変調して画像を表示する電気光学変調装置と、この電気光学変調装置によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えたことを特徴とする。   A projector according to another invention of the present invention is modulated by the above-described illumination device of the present invention, an electro-optic modulation device that modulates illumination light from the illumination device and displays an image, and the electro-optic modulation device. A projection optical system for projecting light.

本発明のプロジェクタによれば、色バランスがよく光利用効率のよい優れた照明装置を備えているため、色バランスがよく光利用効率のよい優れたプロジェクタとなる。   According to the projector of the present invention, the projector is provided with an excellent illumination device having a good color balance and a high light utilization efficiency.

本発明のプロジェクタにおいては、前記電気光学変調装置が偏光光を変調する電気光学変調装置であっても良いし、無偏光光を変調する電気光学変調装置であっても良い。前者の例としてはTN型液晶を用いた液晶表示素子、後者の例としては高分子分散型液晶を用いた液晶表示素子や微小な可動ミラーをマトリックス状に備えたミラーアレイ素子等が挙げられる。いずれのタイプの電気光学変調装置であっても、色バランスがよく光利用効率のよい優れたプロジェクタを構成することができる。   In the projector according to the aspect of the invention, the electro-optic modulation device may be an electro-optic modulation device that modulates polarized light or an electro-optic modulation device that modulates non-polarized light. Examples of the former include a liquid crystal display element using TN liquid crystal, and examples of the latter include a liquid crystal display element using polymer dispersed liquid crystal and a mirror array element including minute movable mirrors in a matrix. Any type of electro-optic modulator can constitute an excellent projector with good color balance and good light utilization efficiency.

第一実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system of the projector which concerns on 1st embodiment. 第一実施形態における第二レンズアレイの近傍に形成される集光像と補助光源の配置状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the arrangement | positioning state of the condensing image formed in the vicinity of the 2nd lens array in 1st embodiment, and an auxiliary light source. 第一実施形態における第二レンズアレイの近傍に形成される集光像と補助光源の別の配置状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating another arrangement state of the condensing image formed in the vicinity of the 2nd lens array in 1st embodiment, and an auxiliary light source. 第二実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system of the projector which concerns on 2nd embodiment. 第二実施形態における第二レンズアレイの近傍に形成される集光像と補助光源の配置状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the arrangement | positioning state of the condensing image formed in the vicinity of the 2nd lens array in 2nd embodiment, and an auxiliary light source. 第三実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system of the projector which concerns on 3rd embodiment. 第四実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system of the projector which concerns on 4th embodiment. 第四実施形態における集光レンズアレイの近傍に形成される集光像と補助光源の配置状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the arrangement | positioning state of the condensing image formed in the vicinity of the condensing lens array in 4th embodiment, and an auxiliary light source. 第五実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system of the projector which concerns on 5th embodiment. 第五実施形態における集光レンズアレイの近傍に形成される集光像と補助光源の配置状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the arrangement | positioning state of the condensing image formed in the vicinity of the condensing lens array and auxiliary light source in 5th embodiment. 従来のプロジェクタの光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system of the conventional projector.

以下、本発明が適用された照明装置及びこれを備えたプロジェクタについて、実施の形態に基づいて説明する。
[第一実施形態]
図1は、本発明の第一実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す図である。図2は、本発明の第一実施形態における第二レンズアレイの近傍に形成される集光像と補助光源の配置状態を説明するための図である。図3は、本発明の第一実施形態における第二レンズアレイの近傍に形成される集光像と補助光源の別の配置状態を説明するための図である。なお、以下の各実施形態においては、互いに直交する三つの方向を便宜的にX方向,Y方向及びZ方向とする。また、後述する第一レンズアレイや集光レンズアレイによって形成される集光像は光源像に他ならないが、以下の各実施形態では集光像の呼称を用いた。
図1において、符号1で示すプロジェクタは、照明装置2及び電気光学変調装置3と投写レンズ4とによって大略構成されている。このプロジェクタ1の各構成要素2〜4は、照明光軸(光軸)OCに沿って左から右へ順に配置されている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an illumination device to which the present invention is applied and a projector including the illumination device will be described based on embodiments.
[First embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing an optical system of a projector according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining an arrangement state of a condensed image and an auxiliary light source formed in the vicinity of the second lens array in the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining another arrangement state of the condensed image formed in the vicinity of the second lens array and the auxiliary light source in the first embodiment of the present invention. In the following embodiments, three directions orthogonal to each other are referred to as an X direction, a Y direction, and a Z direction for convenience. Further, a condensed image formed by a first lens array and a condensing lens array, which will be described later, is nothing but a light source image. In each of the following embodiments, the name of the condensed image is used.
In FIG. 1, the projector denoted by reference numeral 1 is roughly composed of an illumination device 2, an electro-optic modulation device 3, and a projection lens 4. The components 2 to 4 of the projector 1 are arranged in order from left to right along the illumination optical axis (optical axis) OC.

照明装置2は、主光源5及びインテグレータ光学系6と補助光源7と平行化光学系8とを備えている。この照明装置2の各構成要素5〜8は、光軸OCに沿って配置されている。
主光源5は、光源ランプ5A及び凹面鏡5Bを有している。光源ランプ5Aには例えば高圧水銀ランプが用いられている。凹面鏡5Bには放物面鏡が用いられている。これにより、光源ランプ5Aから射出された放射光が凹面鏡5Bによって一方向に反射され、光軸OCに略平行な光となってインテグレータ光学系6に入射される。
なお、凹面鏡5Bとしては、楕円面鏡や球面鏡を用いるようにしてもよい。この場合、光源ランプ5Aから射出される光がインテグレータ光学系6に効率よく入射するように、主光源5とインテグレータ光学系6との間にレンズ等を配置することが好ましい。
The illumination device 2 includes a main light source 5, an integrator optical system 6, an auxiliary light source 7, and a collimating optical system 8. Each component 5-8 of this illuminating device 2 is arrange | positioned along the optical axis OC.
The main light source 5 has a light source lamp 5A and a concave mirror 5B. For example, a high pressure mercury lamp is used as the light source lamp 5A. A parabolic mirror is used as the concave mirror 5B. As a result, the emitted light emitted from the light source lamp 5A is reflected in one direction by the concave mirror 5B, and enters the integrator optical system 6 as light substantially parallel to the optical axis OC.
As the concave mirror 5B, an ellipsoidal mirror or a spherical mirror may be used. In this case, it is preferable to arrange a lens or the like between the main light source 5 and the integrator optical system 6 so that the light emitted from the light source lamp 5A efficiently enters the integrator optical system 6.

インテグレータ光学系6は、第一レンズアレイ6A及び第二レンズアレイ6Bを有している。レンズアレイ6A,6Bの仮想中心軸線上に光軸OCが位置するように、インテグレータ光学系6と光源5との位置関係が設定されている。
第一レンズアレイ6Aは、電気光学変調装置3の表示領域と略相似関係にある外形形状(例えばXY平面上でX方向に長い矩形状)を有する複数の光分割レンズ6aをマトリックス状に配列して形成されている。そして、主光源5からの光を中間光aに分割し、光軸OCと垂直な平面(図1ではXY平面)内の中間光aを収束させる位置に光分割レンズ6aと同数の集光像(光源像)Aを形成するように構成されている。
The integrator optical system 6 includes a first lens array 6A and a second lens array 6B. The positional relationship between the integrator optical system 6 and the light source 5 is set so that the optical axis OC is positioned on the virtual center axis of the lens arrays 6A and 6B.
The first lens array 6A includes a plurality of light splitting lenses 6a having an outer shape (for example, a rectangular shape that is long in the X direction on the XY plane) that is substantially similar to the display area of the electro-optic modulation device 3 arranged in a matrix. Is formed. Then, the light from the main light source 5 is divided into intermediate light a, and the same number of condensing images as the light splitting lenses 6a are converged at a position where the intermediate light a in a plane perpendicular to the optical axis OC (XY plane in FIG. 1) converges. (Light source image) A is formed.

第二レンズアレイ6Bは、第一レンズアレイ6Aと略同様に構成されている。すなわち、この第二レンズアレイ6Bは、光分割レンズ6aと同数の集光レンズ6bをマトリックス状に配列して形成されている。第二レンズアレイ6Bの各集光レンズ6bは、各光分割レンズ6aと一対一で対応するように、すなわち、集光像Aが形成される位置の近傍に配置され、各光分割レンズ6aからの光束を電気光学変調装置3に導くように構成されている。これにより、各光分割レンズ6a上の光束分布は電気光学変調装置3上で重畳結合されるため、電気光学変調装置3は明るさのむらができないように均一に照明される。ここで、第二レンズアレイ6Bの近傍における集光像Aの形成状態の一例を図2に示す。集光像Aは対応する集光レンズ6b毎に離散的に形成される。   The second lens array 6B is configured in substantially the same manner as the first lens array 6A. That is, the second lens array 6B is formed by arranging the same number of condensing lenses 6b as the light splitting lenses 6a in a matrix. Each condensing lens 6b of the second lens array 6B is arranged in one-to-one correspondence with each light dividing lens 6a, that is, in the vicinity of the position where the condensed image A is formed, and from each light dividing lens 6a. Are guided to the electro-optic modulator 3. As a result, the light flux distribution on each light splitting lens 6a is superimposed and coupled on the electro-optic modulation device 3, so that the electro-optic modulation device 3 is illuminated uniformly so as not to cause uneven brightness. Here, an example of the formation state of the condensed image A in the vicinity of the second lens array 6B is shown in FIG. The condensed image A is discretely formed for each corresponding condenser lens 6b.

補助光源7は、図1に示されるように、発光素子7A及び集光素子7Bを有して第二レンズアレイ6Bの入射側に配置される。また、XY平面においては、図2に示すように、各集光レンズ6b内の集光像Aが存在しない空間に集光像Aと重ならないように配置される。ここで、集光像Aの形成位置は第一レンズアレイ6Aにおける光分割レンズ6aの集光特性によって制御可能であるため、各光分割レンズ6aの光軸を偏芯させるなどして、対応する集光レンズ6b内で集光像Aを局在化させ、補助光源7を配置できる空間を確保している。   As shown in FIG. 1, the auxiliary light source 7 has a light emitting element 7A and a light condensing element 7B and is arranged on the incident side of the second lens array 6B. Further, on the XY plane, as shown in FIG. 2, they are arranged so as not to overlap the condensed image A in a space where the condensed image A does not exist in each condenser lens 6 b. Here, since the position where the condensed image A is formed can be controlled by the condensing characteristic of the light dividing lens 6a in the first lens array 6A, it corresponds by decentering the optical axis of each light dividing lens 6a. The condensing image A is localized in the condensing lens 6b, and the space which can arrange | position the auxiliary light source 7 is ensured.

なお、主光源5によって形成される集光像Aの大きさは、図2に示されるように、一般に光軸OC付近では大きく光軸OCから離れるほど小さくなる。その変化の仕方は凹面鏡5Bの光学特性に依存する。したがって、本実施形態では、大きな集光像Aが形成される光軸OC付近の集光レンズ6bには補助光源7を配置せず、比較的小さな集光像Aが形成される光軸OCから離れた集光レンズ6bに補助光源7を配置しているが、これに限定されない。集光像Aの大きさは主光源5や第一レンズアレイ6Aの光学特性に依存するため、全ての集光レンズ6bに補助光源7を配置する構成としても良い。要するに、集光像Aの大きさと集光レンズ6bの相対的な大きさの関係を考慮して、補助光源7の配置場所を決めれば良い。本実施形態では全ての集光レンズ6bを同一の寸法形状としているが、例えば、集光像Aが大きい光軸OC付近の集光レンズ6bを周辺部の集光レンズ6bに比べて大型化すれば、この領域にも補助光源7を配置することが可能となる。   As shown in FIG. 2, the size of the condensed image A formed by the main light source 5 is generally large in the vicinity of the optical axis OC and decreases as the distance from the optical axis OC increases. The way of the change depends on the optical characteristics of the concave mirror 5B. Therefore, in the present embodiment, the auxiliary light source 7 is not disposed on the condensing lens 6b in the vicinity of the optical axis OC where the large condensed image A is formed, but from the optical axis OC where the relatively small condensed image A is formed. Although the auxiliary light source 7 is arranged on the remote condenser lens 6b, it is not limited to this. Since the size of the condensed image A depends on the optical characteristics of the main light source 5 and the first lens array 6A, the auxiliary light source 7 may be arranged on all the condensing lenses 6b. In short, the location of the auxiliary light source 7 may be determined in consideration of the relationship between the size of the focused image A and the relative size of the focusing lens 6b. In the present embodiment, all the condensing lenses 6b have the same size and shape. For example, the condensing lens 6b near the optical axis OC where the condensing image A is large is made larger than the condensing lens 6b in the peripheral portion. For example, the auxiliary light source 7 can be disposed in this region.

発光素子7Aから放射された光は集光素子7Bで集光されて所定の放射角の光となった後、第二レンズアレイ6Bで射出方向を電気光学変調装置3の中心方向に曲げられて、集光像Aからの光と同様に電気光学変調装置3の表示領域の全体を照明する。すなわち、複数の補助光源7から射出された光束は、主光源5からの光束と同様に、電気光学変調装置3上で重畳結合される。したがって、照明対象である電気光学変調装置3は主光源5からの光と複数の補助光源7からの光によって、明るさのむらができないように均一に照明される。なお、補助光源7は、主光源5の光軸OCに関して対称な位置に位置する複数(12個)の補助光源によって構成されている。これにより、照明光の角度分布が異方性をもたなくなるから、照明対象(電気光学変調装置3)の表示特性が入射角依存性を有する場合においても、照明光角度分布の不均一性による表示むらや明るさむらの発生を防止できる。   The light emitted from the light emitting element 7A is condensed by the light collecting element 7B to become light having a predetermined radiation angle, and then the emission direction is bent toward the center of the electro-optic modulation device 3 by the second lens array 6B. The entire display area of the electro-optic modulation device 3 is illuminated in the same manner as the light from the condensed image A. That is, the light beams emitted from the plurality of auxiliary light sources 7 are superimposed and coupled on the electro-optic modulation device 3 in the same manner as the light beams from the main light source 5. Therefore, the electro-optic modulation device 3 that is the illumination target is illuminated uniformly by the light from the main light source 5 and the light from the plurality of auxiliary light sources 7 so that the brightness is not uneven. The auxiliary light source 7 is composed of a plurality (12) of auxiliary light sources located at positions symmetrical with respect to the optical axis OC of the main light source 5. As a result, the angular distribution of the illumination light has no anisotropy. Therefore, even when the display characteristics of the illumination target (electro-optic modulation device 3) have an incident angle dependency, the illumination light angular distribution is not uniform. It is possible to prevent display unevenness and brightness unevenness.

なお、本実施形態においては、補助光源7を第二レンズアレイ6Bの入射側に配置する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、第二レンズアレイ6Bの射出側に、また入射側及び射出側の両側に配置することもできる。このため、補助光源7を配置する上での自由度が高められる。
また、本実施形態においては、補助光源7が第二レンズアレイ6Bの集光レンズ6bの一部に対向する(補助光源7からの光は集光レンズ6bに入射する)場合について説明したが、図3(1/4象限のみ図示)に示すように集光レンズ6b1を小さくして補助光源7が集光レンズ6b1に対向しない(補助光源7からの光は集光レンズ6bに入射しない)ような構造としてもよい。
In the present embodiment, the case where the auxiliary light source 7 is arranged on the incident side of the second lens array 6B has been described. However, the present invention is not limited to this, and the incident light is incident on the emission side of the second lens array 6B. It can also be arranged on both sides of the side and the injection side. For this reason, the freedom degree in arrange | positioning the auxiliary light source 7 is raised.
In the present embodiment, the case where the auxiliary light source 7 faces a part of the condenser lens 6b of the second lens array 6B (the light from the auxiliary light source 7 enters the condenser lens 6b) has been described. As shown in FIG. 3 (only a quarter quadrant is shown), the condenser lens 6b1 is made small so that the auxiliary light source 7 does not face the condenser lens 6b1 (the light from the auxiliary light source 7 does not enter the condenser lens 6b). It is good also as a simple structure.

上述したように、集光素子7Bは発光素子7Aからの光を所定の放射角を有する光に変換する機能を有する。したがって、発光素子7Aから放射される光が予め上記の所定の放射角となっている場合には、集光素子7Bを省略することができる。但し、第二レンズアレイ6Bは集光素子7Bからの光の進行方向を照明対象である電気光学変調装置3の中心方向に曲げる機能を有するため、補助光源7の射出側に集光レンズ6bが存在しない構成、例えば、図3の場合や補助光源7が第二レンズアレイ6Bの射出側に配置される場合には、集光素子7Bに第二レンズアレイ6Bの機能を付加する必要があり、よって、集光素子7Bを備えることが望ましい。尤も、発光素子7Aから放射される光が第二レンズアレイ6Bの機能をも考慮した放射特性である場合には、第二レンズアレイ6Bの有無に係わらず集光素子7Bを省略することができる。   As described above, the condensing element 7B has a function of converting light from the light emitting element 7A into light having a predetermined radiation angle. Therefore, when the light radiated from the light emitting element 7A has the predetermined radiation angle in advance, the condensing element 7B can be omitted. However, since the second lens array 6B has a function of bending the traveling direction of the light from the condensing element 7B in the center direction of the electro-optic modulation device 3 that is an illumination target, the condensing lens 6b is provided on the exit side of the auxiliary light source 7. When the configuration does not exist, for example, in the case of FIG. 3 or when the auxiliary light source 7 is disposed on the exit side of the second lens array 6B, it is necessary to add the function of the second lens array 6B to the condensing element 7B. Therefore, it is desirable to provide the condensing element 7B. However, if the light emitted from the light emitting element 7A has radiation characteristics that also considers the function of the second lens array 6B, the condensing element 7B can be omitted regardless of the presence or absence of the second lens array 6B. .

さらに、本発明において、一つの集光レンズ6bに対応する補助光源7の配置領域と集光像Aの形成領域との位置関係は特に限定されるものではなく、図3に示されるように、本実施形態(図2を参照)とは左右が逆となるような位置関係としてもよい。   Furthermore, in the present invention, the positional relationship between the arrangement region of the auxiliary light source 7 corresponding to one condenser lens 6b and the formation region of the condensed image A is not particularly limited, and as shown in FIG. It is good also as a positional relationship that the right and left are reverse to this embodiment (refer FIG. 2).

発光素子7Aには、所定の波長域の光としての赤色光を射出するLED光源(発光ダイオード)が用いられている。これにより、主光源5から射出される光において不足する赤色光を補足するように構成されている。また、LED光源は発光効率の高い小型の発光素子であるため、集光像Aを遮ることなく僅かな空間に配置可能であり、照明装置としての設計が容易になる。集光素子7Bは、放射角制御用の光学素子からなり、発光素子7Aから射出した光を重畳結合するように構成されている。これにより、補助光源7による照明効率が高められる。   For the light emitting element 7A, an LED light source (light emitting diode) that emits red light as light in a predetermined wavelength range is used. Thereby, it is comprised so that the red light insufficient in the light inject | emitted from the main light source 5 may be supplemented. Further, since the LED light source is a small light emitting element with high luminous efficiency, it can be arranged in a small space without blocking the condensed image A, and the design as a lighting device is facilitated. The condensing element 7B is composed of an optical element for controlling the radiation angle, and is configured to superimpose and combine light emitted from the light emitting element 7A. Thereby, the illumination efficiency by the auxiliary light source 7 is improved.

平行化光学系8は、平行化レンズ(フィールドレンズ)8Aを有し、第二レンズアレイ6Bと電気光学変調装置3との間に配置され、第二レンズアレイ6Bからの各光束をその光束の中心軸に対して平行となるように変換している。これにより、照明対象である電気光学変調装置3への照明光束の角度分布範囲が狭くなるため、表示特性が入射角依存性を有する場合でも、高画質化を実現できる。
なお、平行化光学系8の構成はこれに限定されず、例えば平行化レンズ8Aの入射側(インテグレータ光学系側)に入射側レンズを、またその射出側(電気光学変調装置側)には射出側レンズを配置してなるものなど、複数のレンズによって構成されたものでもよい。
The collimating optical system 8 has a collimating lens (field lens) 8A, and is disposed between the second lens array 6B and the electro-optic modulation device 3, and each light beam from the second lens array 6B is reflected by the light beam. It is converted to be parallel to the central axis. As a result, the angular distribution range of the illumination light beam to the electro-optic modulation device 3 that is the object of illumination is narrowed, so that high image quality can be achieved even when the display characteristics have incident angle dependency.
The configuration of the collimating optical system 8 is not limited to this. For example, an incident side lens is disposed on the incident side (integrator optical system side) of the collimating lens 8A, and the exit side (electro-optic modulator side) is ejected. It may be composed of a plurality of lenses, such as one having a side lens.

電気光学変調装置3は、例えば透過型の液晶表示装置のような電気光学変調装置からなり、平行化光学系8のスクリーンSC側に配置されている。そして、照明装置2から射出された光を入射させ、さらに図示されない画像信号(画像情報)に応じて変調し、この変調された光を透過光bとしてスクリーンSC側に射出するように構成されている。
投写レンズ4は、電気光学変調装置3とスクリーンSCとの間に配置されている。そして、電気光学変調装置3から射出された変調光(透過光b)を投写画像としてスクリーンSC上に投写表示するように構成されている。
The electro-optic modulation device 3 is an electro-optic modulation device such as a transmissive liquid crystal display device, and is disposed on the screen SC side of the collimating optical system 8. Then, the light emitted from the illumination device 2 is made incident, further modulated according to an image signal (image information) (not shown), and the modulated light is emitted to the screen SC side as transmitted light b. Yes.
The projection lens 4 is disposed between the electro-optic modulation device 3 and the screen SC. Then, the modulated light (transmitted light b) emitted from the electro-optic modulation device 3 is projected and displayed on the screen SC as a projection image.

以上の構成により、照明装置2(主光源5及び補助光源7)から射出された光が電気光学変調装置3に入射して変調され、この変調光が投写レンズ4によってスクリーンSC上に投写表示される。この際、照明装置2の主光源5(光源ランプ5A)から射出される複数の波長域の光において不足する赤色光が照明装置2の補助光源7から射出される。
したがって、本実施形態においては、光源ランプ(高圧水銀ランプ)5Aの発光特性を補正して可視域での色バランスがよい照明光を得ることができ、また、色バランスのよい照明光を得るために、特定の色成分を減光する必要がないから、光源ランプ5Aの光利用効率の低下を防止することができる。これらにより、明るく、色表現域の広い投写画像を実現できる。さらに、補助光源7として発光効率が高く発熱が少ないLED光源を用いているため、明るい投写画像を表示する場合でも、冷却装置などを従来に比べて大型化する必要が無く、小型で低騒音のプロジェクタを実現できる。
With the above configuration, the light emitted from the illumination device 2 (the main light source 5 and the auxiliary light source 7) is incident on the electro-optic modulation device 3 and modulated, and this modulated light is projected and displayed on the screen SC by the projection lens 4. The At this time, red light that is insufficient in the light of the plurality of wavelength ranges emitted from the main light source 5 (light source lamp 5 </ b> A) of the illumination device 2 is emitted from the auxiliary light source 7 of the illumination device 2.
Therefore, in the present embodiment, it is possible to obtain illumination light with good color balance in the visible range by correcting the light emission characteristics of the light source lamp (high pressure mercury lamp) 5A, and to obtain illumination light with good color balance. In addition, since it is not necessary to diminish a specific color component, it is possible to prevent a decrease in light utilization efficiency of the light source lamp 5A. As a result, a bright projected image with a wide color gamut can be realized. Furthermore, since an LED light source with high luminous efficiency and low heat generation is used as the auxiliary light source 7, even when a bright projection image is displayed, it is not necessary to increase the size of the cooling device or the like as compared with the conventional case, and it is small and low noise. A projector can be realized.

[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態につき、図4及び図5を用いて説明する。図4は、本発明の第二実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す図である。(a)は上面から見た断面図であり、(b)は側面から見た断面図である。図5は、本発明の第二実施形態における第二レンズアレイの近傍に形成される集光像と補助光源の配置状態を説明するための図である。本実施形態も含めて以降に説明する各実施形態において、既に説明済みの部材と同一又は同等の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施形態におけるプロジェクタ(照明装置)は、二つのレンズアレイを有するインテグレータ光学系を備え、所定の波長域の光(赤色光)を射出する補助光源の射出側に偏光変換素子(偏光変換光学系)を配置した点に特徴がある。
照明装置41は、主光源5及びインテグレータ光学系6と補助光源7と平行化光学系8と偏光変換光学系42とを備えている。なお、本実施形態で採用している偏光変換光学系は公知技術であり、例えば、本願発明人による特開平8−304739号公報に詳述されている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram showing an optical system of the projector according to the second embodiment of the invention. (A) is sectional drawing seen from the upper surface, (b) is sectional drawing seen from the side surface. FIG. 5 is a diagram for explaining the arrangement state of the condensed image and the auxiliary light source formed in the vicinity of the second lens array in the second embodiment of the present invention. In each embodiment described below including this embodiment, the same or equivalent members as those already described are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
The projector (illumination device) in this embodiment includes an integrator optical system having two lens arrays, and a polarization conversion element (polarization conversion optical system) is provided on the emission side of an auxiliary light source that emits light (red light) in a predetermined wavelength range. ) Is characteristic.
The illumination device 41 includes a main light source 5, an integrator optical system 6, an auxiliary light source 7, a collimating optical system 8, and a polarization conversion optical system 42. Note that the polarization conversion optical system employed in this embodiment is a known technique, and is described in detail, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-304739 by the present inventor.

偏光変換光学系42は、偏光分離ユニットアレイ43及びλ/2位相差板44と射出側レンズ(重畳レンズ)45とを有し、補助光源7の射出側に第二レンズアレイ6Bを介して配置されている。そして、第二レンズアレイ6Bを透過した主光源5からの中間光a及び補助光源7からの赤色光をP偏光光とS偏光光とに空間的に分離した後、一方の偏光光の偏光方向を他方の偏光光の偏光方向に揃え、偏光方向が略揃ったそれぞれの光を照明対象(電気光学変調装置3)側に導くように構成されている。これにより、特定の偏光光を必要とする電気光学変調装置3A(例えばTN型の液晶表示装置)における光利用効率を高めて明るい表示状態が達成される。   The polarization conversion optical system 42 includes a polarization separation unit array 43, a λ / 2 phase difference plate 44, and an exit side lens (superimposition lens) 45, and is disposed on the exit side of the auxiliary light source 7 via the second lens array 6B. Has been. Then, after spatially separating the intermediate light a from the main light source 5 and the red light from the auxiliary light source 7 transmitted through the second lens array 6B into P-polarized light and S-polarized light, the polarization direction of one polarized light Are aligned with the polarization direction of the other polarized light, and the respective lights having substantially the same polarization direction are guided to the illumination target (electro-optic modulation device 3) side. Thereby, the light use efficiency in the electro-optic modulation device 3A (for example, a TN liquid crystal display device) that requires specific polarized light is increased, and a bright display state is achieved.

本実施形態では偏光変換光学系42を用いているため、補助光源7の配置形態は第一実施形態の場合とは異なっている。すなわち、補助光源7は第二レンズアレイ6Bの入射側であって、図5に示されるように、第一レンズアレイ6Aによって複数の集光像Aが離散して形成される位置のY方向における直上方又は直下方に配置されている。この様な配置形態を取る理由は、第一レンズアレイ6Aによって複数の集光像Aが離散して形成される位置の近傍(側方)には、偏光変換を行うための領域(空間)SPを形成する必要があるためである。
なお、補助光源7は、第二レンズアレイ6Bの入射側に配置されているが、単一の偏光成分をもつ光を放射する光源(例えばレーザー等)である場合には、λ/2位相差板44と射出側レンズ45との間に配置されることが可能である。更に加えて、補助光源7の集光素子7Bが射出側レンズ45と同等の機能を有する場合には、補助光源7を射出側レンズ45の射出側に配置することができる。
In this embodiment, since the polarization conversion optical system 42 is used, the arrangement of the auxiliary light source 7 is different from that in the first embodiment. That is, the auxiliary light source 7 is on the incident side of the second lens array 6B, and as shown in FIG. 5, the position where the plurality of condensed images A are discretely formed by the first lens array 6A in the Y direction. It is arranged directly above or directly below. The reason for adopting such an arrangement is that an area (space) SP for polarization conversion is provided in the vicinity (side) of the position where the plurality of condensed images A are discretely formed by the first lens array 6A. It is because it is necessary to form.
The auxiliary light source 7 is arranged on the incident side of the second lens array 6B. However, when the auxiliary light source 7 is a light source that emits light having a single polarization component (for example, a laser), a λ / 2 phase difference is provided. It can be arranged between the plate 44 and the exit side lens 45. In addition, when the condensing element 7B of the auxiliary light source 7 has a function equivalent to that of the emission side lens 45, the auxiliary light source 7 can be disposed on the emission side of the emission side lens 45.

偏光分離ユニットアレイ43は、複数の偏光分離ユニット43Aがマトリックス状に配列して形成されている。偏光分離ユニット43Aは、内部に偏光分離面43a1及び反射面43a2を有する四角柱状の構造体からなり、主光源5からの中間光a及び補助光源7からの光をP偏光光とS偏光光とに空間的に分離するように構成されている。このため、偏光分離面43a1と反射面43a2は、横方向(X方向)に並列して配置されている。また、これら偏光分離面43a1と反射面43a2は、光軸OCに対して約45°傾斜し、かつ互いに平行な状態で配置されている。そして、偏光分離ユニット43Aは、集光像A及び補助光源7のそれぞれ一つが偏光分離面43a1に対応するように配置されている。これにより、偏光分離ユニット43Aに入射した主光源5からの中間光a及び補助光源7からの光は、偏光分離面43a1において進行方向を変えずに偏光分離面43a1を通過するP偏光光と、偏光分離面43a1で反射して反射面43a2に進行方向を変えるS偏光光とに分離される。そして、P偏光光はそのまま偏光分離ユニット43Aから電気光学変調装置3A側に射出され、S偏光光は再び反射面43a2で進行方向を変え、P偏光光と略平行な状態で偏光分離ユニット43Aから射出される。   The polarization separation unit array 43 is formed by arranging a plurality of polarization separation units 43A in a matrix. The polarization separation unit 43A is formed of a square columnar structure having a polarization separation surface 43a1 and a reflection surface 43a2 therein, and the intermediate light a from the main light source 5 and the light from the auxiliary light source 7 are converted into P-polarized light and S-polarized light. It is configured to be spatially separated. Therefore, the polarization separation surface 43a1 and the reflection surface 43a2 are arranged in parallel in the horizontal direction (X direction). Further, the polarization separation surface 43a1 and the reflection surface 43a2 are arranged in a state of being inclined by about 45 ° with respect to the optical axis OC and parallel to each other. The polarization separation unit 43A is arranged so that one of the condensed image A and the auxiliary light source 7 corresponds to the polarization separation surface 43a1. Thereby, the intermediate light a from the main light source 5 and the light from the auxiliary light source 7 incident on the polarization separation unit 43A and the P-polarized light that passes through the polarization separation surface 43a1 without changing the traveling direction on the polarization separation surface 43a1, and The light is reflected by the polarization separation surface 43a1 and separated into S-polarized light that changes the traveling direction to the reflection surface 43a2. Then, the P-polarized light is emitted as it is from the polarization separation unit 43A to the electro-optic modulation device 3A side, and the S-polarized light again changes its traveling direction on the reflecting surface 43a2, and is substantially parallel to the P-polarized light from the polarization separation unit 43A. It is injected.

なお、偏光分離ユニット43Aの偏光分離面43a1が存在する領域に主光源5からの中間光a及び補助光源7からの光を導く必要があるため、これら光が偏光分離面43a1の中央部に入射するように、偏光分離ユニット43Aと集光レンズ6bの位置関係や集光レンズ6bのレンズ特性は設定されている。   In addition, since it is necessary to guide the intermediate light a from the main light source 5 and the light from the auxiliary light source 7 to the region where the polarization separation surface 43a1 of the polarization separation unit 43A exists, these lights enter the central portion of the polarization separation surface 43a1. As described above, the positional relationship between the polarization separation unit 43A and the condenser lens 6b and the lens characteristics of the condenser lens 6b are set.

λ/2位相差板44は、複数の位相差板からなり、偏光分離ユニット43AのP射出面に対向する部位に配置されている。これにより、偏光分離ユニット43AのP射出面(偏光分離面43a1を透過したP偏光光が射出する面)から射出されたP偏光光がλ/2位相差板44を通過する際に偏光方向の回転作用を受けてS偏光光へと変換される。一方、偏光分離ユニット43AのS射出面(偏光分離面43a1を反射したS偏光光が射出する面)から射出されたS偏光光はλ/2位相差板44を通過しないため、その偏光方向は変化せず、そのままスクリーンSC側に進行する。これにより、主光源5及び補助光源7からの不定偏光光は略偏光方向が揃った偏光光に変換される。   The λ / 2 phase difference plate 44 is composed of a plurality of phase difference plates, and is disposed at a portion facing the P exit surface of the polarization separation unit 43A. As a result, when the P-polarized light emitted from the P exit surface of the polarization separation unit 43A (the surface from which the P-polarized light transmitted through the polarization separation surface 43a1 exits) passes through the λ / 2 phase difference plate 44, the polarization direction is changed. It is converted into S-polarized light by receiving a rotating action. On the other hand, since the S-polarized light emitted from the S exit surface of the polarization separation unit 43A (the surface from which the S-polarized light reflected from the polarization separation surface 43a1 exits) does not pass through the λ / 2 phase difference plate 44, the polarization direction is It proceeds without change to the screen SC as it is. As a result, indefinitely polarized light from the main light source 5 and the auxiliary light source 7 is converted into polarized light having substantially the same polarization direction.

射出側レンズ(重畳レンズ)45は単一のレンズ体からなり、λ/2位相差板44の射出側に配置されている。この射出側レンズ45はλ/2位相差板44の異なる位置から射出された各光束の進行方向を照明対象である電気光学変調装置3Aの中心方向に曲げる機能を有する。これにより、λ/2位相差板44においてS偏光光に揃えられた光束は電気光学変調装置3上で重畳結合される。したがって、照明対象である電気光学変調装置3Aは主光源5からの光と複数の補助光源7からの光によって、明るさのむらができないように均一に、しかも偏光方向が略揃った一種類の偏光光で照明される。なお、補助光源7は、主光源5の光軸OCに関して対称な位置に位置する複数(図5では8個)の補助光源によって構成されている。これにより、照明光の角度分布が異方性をもたなくなるから、照明対象(電気光学変調装置3A)の表示特性が入射角依存性を有する場合においても、照明光角度分布の不均一性による表示むらや明るさむらの発生を防止できる。
さらに、射出側レンズ45は、単一のレンズ体である必要がなく、レンズ集合体であってもよい。
The exit side lens (superimposition lens) 45 is formed of a single lens body and is disposed on the exit side of the λ / 2 phase difference plate 44. The exit side lens 45 has a function of bending the traveling direction of each light beam emitted from different positions of the λ / 2 phase difference plate 44 toward the center direction of the electro-optic modulation device 3A that is an illumination target. As a result, the light beam aligned with the S-polarized light in the λ / 2 phase difference plate 44 is superimposed and coupled on the electro-optic modulation device 3. Therefore, the electro-optic modulation device 3A to be illuminated is a single type of polarized light whose light direction is substantially uniform and uniform in order to prevent unevenness of brightness by the light from the main light source 5 and the light from the plurality of auxiliary light sources 7. Illuminated with light. The auxiliary light source 7 is composed of a plurality of (eight in FIG. 5) auxiliary light sources located at positions symmetrical with respect to the optical axis OC of the main light source 5. As a result, the angular distribution of the illumination light has no anisotropy. Therefore, even when the display characteristic of the illumination target (electro-optic modulation device 3A) has an incident angle dependency, the illumination light angular distribution is not uniform. It is possible to prevent display unevenness and brightness unevenness.
Furthermore, the exit side lens 45 does not have to be a single lens body, and may be a lens assembly.

以上の構成により、照明装置41(主光源5及び補助光源7)から射出された光は平行化レンズ8Aを経て電気光学変調装置3Aに入射して変調され、この変調光が投写レンズ4によってスクリーンSC上に投写表示される。この際、補助光源7においては、主光源5(光源ランプ5A)から射出される複数の波長域の光において不足する赤色光が射出される。   With the above configuration, the light emitted from the illuminating device 41 (the main light source 5 and the auxiliary light source 7) enters the electro-optic modulation device 3A through the collimating lens 8A and is modulated, and this modulated light is screened by the projection lens 4. Projected and displayed on the SC. At this time, the auxiliary light source 7 emits red light that is insufficient in light of a plurality of wavelength ranges emitted from the main light source 5 (light source lamp 5A).

したがって、本実施形態においても第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
加えて、本実施形態では主光源5や補助光源7が放射する不定偏光光を偏光方向が揃った特定の偏光光に変換する偏光変換光学系42を備えているため、画像表示に際して偏光光を必要とする電気光学変調装置(例えばTN型の液晶表示装置)を用いたプロジェクタにおいては、一層明るい投写画像を実現できる。なお、本実施形態及び以下の実施形態(偏光変換光学系を含むもの)においては、任意の偏光光から一種類の偏光光としてS偏光光を得る構成としているが、P偏光光を得る構成としても勿論よい。
Therefore, also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.
In addition, the present embodiment includes a polarization conversion optical system 42 that converts indefinitely polarized light emitted from the main light source 5 and the auxiliary light source 7 into specific polarized light having a uniform polarization direction. In a projector using a required electro-optic modulation device (for example, a TN liquid crystal display device), a brighter projected image can be realized. In the present embodiment and the following embodiments (including the polarization conversion optical system), S-polarized light is obtained as one kind of polarized light from any polarized light, but P-polarized light is obtained. Of course.

[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態につき、図6を用いて説明する。図6は、本発明の第三実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す図である。(a)は上面から見た断面図であり、(b)は側面から見た断面図である。
本実施形態におけるプロジェクタ(照明装置)は、偏光変換素子(偏光変換光学系)の射出側に第二レンズアレイを配置した点に特徴がある。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing an optical system of the projector according to the third embodiment of the invention. (A) is sectional drawing seen from the upper surface, (b) is sectional drawing seen from the side surface.
The projector (illumination device) in the present embodiment is characterized in that the second lens array is disposed on the exit side of the polarization conversion element (polarization conversion optical system).

照明装置61は、主光源5及びインテグレータ光学系62と補助光源7と平行化光学系8と偏光変換光学系42とを備えている。インテグレータ光学系62は、第一レンズアレイ6A及び第二レンズアレイ62Bを有している。   The illumination device 61 includes a main light source 5, an integrator optical system 62, an auxiliary light source 7, a collimating optical system 8, and a polarization conversion optical system 42. The integrator optical system 62 includes a first lens array 6A and a second lens array 62B.

第二レンズアレイ62Bは、光分割レンズ6aの二倍の個数の集光レンズ(重畳レンズ)62bをマトリックス状に配列して形成され、各集光レンズ62bは各偏光分離ユニット43AのP射出面とS射出面に対応する位置に配置されている。この第二レンズアレイ62Bは、偏光変換光学系42からの光の進行方向を照明対象である電気光学変調装置3の中心方向に曲げ、各光分割レンズ6aからの光を電気光学変調装置3上で重畳結合させる機能を有する。   The second lens array 62B is formed by arranging twice as many condensing lenses (superimposing lenses) 62b as the light splitting lenses 6a in a matrix, and each condensing lens 62b is a P exit surface of each polarization separation unit 43A. And S are arranged at positions corresponding to the emission surface. The second lens array 62B bends the traveling direction of the light from the polarization conversion optical system 42 toward the center of the electro-optic modulation device 3 that is the illumination target, and the light from each light splitting lens 6a is placed on the electro-optic modulation device 3. It has a function of overlapping and coupling.

なお、第一レンズアレイ6Aによって複数の集光像Aが離散して形成される位置の近傍(側方)には、偏光変換を行うための領域(空間)SPを形成する必要があるため、本実施形態に示す補助光源7も第二実施形態に示す補助光源7と同様に配置されている(図5参照)。すなわち、補助光源7は、第二レンズアレイ62Bの入射側であって、第一レンズアレイ6Aによって複数の集光像Aが離散して形成される位置のY方向における直上方又は直下方に配置されている。したがって、一つの集光レンズ62bには偏光変換後の偏光方向が略揃った中間光aと補助光源7からの光が入射する(補助光源7が存在しない位置の集光レンズ62bには中間光aのみが入射する)。そして、これらの光は電気光学変調装置3A上で重畳結合される。   In addition, since it is necessary to form the area | region (space) SP for performing polarization conversion in the vicinity (side) of the position where the plurality of condensed images A are discretely formed by the first lens array 6A, The auxiliary light source 7 shown in the present embodiment is also arranged in the same manner as the auxiliary light source 7 shown in the second embodiment (see FIG. 5). In other words, the auxiliary light source 7 is disposed on the incident side of the second lens array 62B, directly above or below the position in the Y direction where the plurality of condensed images A are discretely formed by the first lens array 6A. Has been. Accordingly, the intermediate light a having substantially the same polarization direction after polarization conversion and the light from the auxiliary light source 7 are incident on one condenser lens 62b (the intermediate light is incident on the condenser lens 62b at a position where the auxiliary light source 7 does not exist). only a is incident). These lights are superimposed and coupled on the electro-optic modulation device 3A.

以上の構成により、照明装置61(主光源5及び補助光源7)から射出された光は平行化レンズ8Aを経て電気光学変調装置3Aに入射して変調され、この変調光が投写レンズ4によってスクリーンSC上に投写表示される。この際、補助光源7においては、主光源5(光源ランプ5A)から射出される複数の波長域の光において不足する赤色光が射出される。   With the above configuration, the light emitted from the illuminating device 61 (the main light source 5 and the auxiliary light source 7) enters the electro-optic modulation device 3A through the collimating lens 8A and is modulated, and this modulated light is screened by the projection lens 4. Projected and displayed on the SC. At this time, the auxiliary light source 7 emits red light that is insufficient in light of a plurality of wavelength ranges emitted from the main light source 5 (light source lamp 5A).

したがって、本実施形態においても第一及び第二実施形態と同様の効果を得ることができる。
加えて、偏光変換素子(偏光変換光学系)の射出側に第二レンズアレイを配置しているため、第二レンズアレイに第二実施形態の射出側レンズ(重畳レンズ)45の機能を併せ持たせ、射出側レンズを省略でき、光学系を簡素化できる。また、偏光変換後の光束毎に集光レンズを対応させるため、照明対象である電気光学変調装置3A上での各光束の重畳結合をより精度良く行え、照明効率を向上させて、より明るい投写画像を実現できる。なお、補助光源7が特定の偏光光(例えば直線偏光光)を射出する光源である場合には、補助光源7をλ/2位相差板44と第二レンズアレイ62Bとの間に配置することができる。更に加えて、補助光源7の集光素子7Bが第2レンズアレイ62Bと同等の機能を有する場合には、補助光源7を第2レンズアレイ62Bの射出側に配置することができる。
Therefore, also in this embodiment, the same effect as the first and second embodiments can be obtained.
In addition, since the second lens array is disposed on the exit side of the polarization conversion element (polarization conversion optical system), the second lens array also has the function of the exit side lens (superimposing lens) 45 of the second embodiment. Thus, the exit side lens can be omitted, and the optical system can be simplified. In addition, since the condenser lens is made to correspond to each light beam after polarization conversion, each light beam can be superimposed and combined with high accuracy on the electro-optic modulation device 3A that is the illumination target, the illumination efficiency is improved, and brighter projection is achieved. An image can be realized. If the auxiliary light source 7 is a light source that emits specific polarized light (for example, linearly polarized light), the auxiliary light source 7 is disposed between the λ / 2 phase difference plate 44 and the second lens array 62B. Can do. In addition, when the condensing element 7B of the auxiliary light source 7 has a function equivalent to that of the second lens array 62B, the auxiliary light source 7 can be disposed on the emission side of the second lens array 62B.

[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態につき、図7及び図8を用いて説明する。図7は、本発明の第四実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す図である。図8は、本発明の第四実施形態における伝達レンズ73Bの近傍に形成される集光像と補助光源の配置状態を説明するための図である。
本実施形態におけるプロジェクタ(照明装置)は、インテグレータ光学系が、光源から入射した光を界面や反射面で反射させて照明対象側に射出する導光ロッド(導光体)と、この導光ロッドからの射出光を照明対象側に導く伝達レンズとを有するものである点に特徴がある。
照明装置71は、主光源72及びインテグレータ光学系73と補助光源7と平行化光学系8とを備えている。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram showing an optical system of a projector according to the fourth embodiment of the invention. FIG. 8 is a diagram for explaining an arrangement state of a condensed image and an auxiliary light source formed in the vicinity of the transmission lens 73B in the fourth embodiment of the present invention.
In the projector (illuminating device) according to the present embodiment, the integrator optical system reflects light incident from the light source at the interface or reflecting surface and emits the light to the illumination target side, and the light guiding rod. It has a feature in that it has a transmission lens that guides the emitted light from the illumination target side.
The illumination device 71 includes a main light source 72, an integrator optical system 73, an auxiliary light source 7, and a collimating optical system 8.

主光源72は、光源ランプ72A及び凹面鏡72Bを有している。光源ランプ72Aには例えば高圧水銀ランプが用いられている。凹面鏡72Bには楕円面鏡が用いられている。これにより、光源ランプ72Aから射出された放射光束が凹面鏡72Bによって集光され、インテグレータ光学系73の導光ロッド(後述)の入射端面に効率よく入射する。
なお、凹面鏡72Bとしては、放物面鏡や球面鏡を用いるようにしてもよい。この場合、光源ランプ72Aから射出される光がインテグレータ光学系73の導光ロッドに効率よく入射するように、主光源72とインテグレータ光学系73との間にレンズ等を配置することが好ましい。
The main light source 72 has a light source lamp 72A and a concave mirror 72B. For example, a high-pressure mercury lamp is used as the light source lamp 72A. An elliptical mirror is used as the concave mirror 72B. Thereby, the radiated light beam emitted from the light source lamp 72A is condensed by the concave mirror 72B, and efficiently enters the incident end face of the light guide rod (described later) of the integrator optical system 73.
As the concave mirror 72B, a parabolic mirror or a spherical mirror may be used. In this case, it is preferable to arrange a lens or the like between the main light source 72 and the integrator optical system 73 so that the light emitted from the light source lamp 72 </ b> A efficiently enters the light guide rod of the integrator optical system 73.

インテグレータ光学系73は、導光ロッド73A及び伝達レンズ73Bを有し、主光源72と平行化光学系8との間に配置されている。
導光ロッド73Aは、主光源72からの光を反射させる界面73a1を複数有する導光体であり、照明対象である電気光学変調装置の表示領域と略相似関係にある形状の射出端面を有している。この導光ロッド73Aは、例えば、透明な角柱状のガラス体や反射ミラーを管状に構成したものである。そして、主光源72から入射した不均一な強度分布をもつ光を、界面73a1において反射を繰り返すことにより均一な強度分布をもつ光に変換し、射出端面から射出するように構成されている。
The integrator optical system 73 includes a light guide rod 73 </ b> A and a transmission lens 73 </ b> B, and is disposed between the main light source 72 and the collimating optical system 8.
The light guide rod 73A is a light guide having a plurality of interfaces 73a1 for reflecting light from the main light source 72, and has an emission end face having a shape substantially similar to the display region of the electro-optic modulation device to be illuminated. ing. The light guide rod 73A is formed, for example, by forming a transparent prismatic glass body or a reflection mirror into a tubular shape. The light having a non-uniform intensity distribution incident from the main light source 72 is converted into light having a uniform intensity distribution by repeating reflection at the interface 73a1, and is emitted from the emission end face.

また、この導光ロッド73Aの射出端面部には集光レンズ73aが配置され、導光ロッド73Aから異なる方向に角度分離されて射出された光束は、この集光レンズ73aによって複数の集光像Aを光軸OCと垂直な平面(図7ではXY平面)内にマトリックス状に形成する。図8に示すように、複数の集光像Aが離散的に形成される。なお、形成される集光像Aの大きさに関しては、第一実施形態で説明したように、一般に光軸OC付近では大きく、光軸OCから離れるほど小さい。
そして、導光ロッド73Aを、入射端面と射出端面との寸法が相似的に異なる所謂テーパーロッドとすることにより、光源光による集光像Aの形成位置をテーパー形状によって制御することができる。
In addition, a condensing lens 73a is disposed on the exit end surface portion of the light guide rod 73A, and light beams emitted from the light guide rod 73A by being angularly separated in different directions are emitted by the condensing lens 73a into a plurality of condensed images. A is formed in a matrix in a plane perpendicular to the optical axis OC (XY plane in FIG. 7). As shown in FIG. 8, a plurality of condensed images A are formed discretely. In addition, as described in the first embodiment, the size of the condensed image A to be formed is generally large in the vicinity of the optical axis OC and is small as the distance from the optical axis OC is increased.
Then, by forming the light guide rod 73A as a so-called tapered rod in which the dimensions of the incident end face and the exit end face are different from each other, the formation position of the condensed image A by the light source light can be controlled by the tapered shape.

伝達レンズ73Bは、単数のレンズからなり、補助光源7の射出側に配置されている。そして、導光ロッド73A(主光源72)及び補助光源7からの光を照明対象である電気光学変調装置3の中心方向に曲げ、それらの光を電気光学変調装置3上で重畳結合させる機能を有する。
なお、伝達レンズ73Bは、単数のレンズである場合について説明したが、レンズアレイであってもよい。この場合には、伝達レンズ73Bが単数のレンズである場合と比べて照明効率を高められる。
The transmission lens 73 </ b> B is a single lens and is disposed on the emission side of the auxiliary light source 7. The light from the light guide rod 73 </ b> A (main light source 72) and the auxiliary light source 7 is bent toward the center of the electro-optic modulation device 3 to be illuminated, and the light is superimposed and coupled on the electro-optic modulation device 3. Have.
The transmission lens 73B has been described as being a single lens, but may be a lens array. In this case, the illumination efficiency can be increased compared to the case where the transfer lens 73B is a single lens.

図8に示されるように、伝達レンズ73Bの入射側には、集光像Aが存在しない空間に集光像Aと重ならないように補助光源7が配置される。補助光源7から射出された光は伝達レンズ73Bで射出方向を電気光学変調装置3の中心方向に曲げられて、集光像Aからの光と同様に電気光学変調装置3の表示領域の全体を照明する。すなわち、複数の補助光源7から射出された光束は、主光源5からの光束と同様に、電気光学変調装置3上で重畳結合される。したがって、照明対象である電気光学変調装置3は主光源5からの光と複数の補助光源7からの光によって、明るさのむらができないように均一に照明される。   As shown in FIG. 8, the auxiliary light source 7 is arranged on the incident side of the transfer lens 73 </ b> B so as not to overlap the condensed image A in a space where the condensed image A does not exist. The light emitted from the auxiliary light source 7 is bent by the transmission lens 73B in the direction of emission toward the center of the electro-optic modulation device 3, and the entire display area of the electro-optic modulation device 3 is made the same as the light from the condensed image A. Illuminate. That is, the light beams emitted from the plurality of auxiliary light sources 7 are superimposed and coupled on the electro-optic modulation device 3 in the same manner as the light beams from the main light source 5. Therefore, the electro-optic modulation device 3 that is the illumination target is illuminated uniformly by the light from the main light source 5 and the light from the plurality of auxiliary light sources 7 so that the brightness is not uneven.

なお、補助光源7は、主光源5の光軸OCに関して対称な位置に位置する複数(例えば14個)の補助光源によって構成されている。これにより、照明光の角度分布が異方性をもたなくなるから、照明対象(電気光学変調装置3)の表示特性が入射角依存性を有する場合においても、照明光角度分布の不均一性による表示むらや明るさむらの発生を防止できる。また、伝達レンズ73Bは単レンズではなく、複数のレンズからなる組み合わせレンズ、XY平面内で特性の異なる複数のレンズを組み合わせたレンズアレイ等を用いることもできる。   The auxiliary light source 7 is composed of a plurality of (for example, 14) auxiliary light sources located at positions symmetrical with respect to the optical axis OC of the main light source 5. As a result, the angular distribution of the illumination light has no anisotropy. Therefore, even when the display characteristics of the illumination target (electro-optic modulation device 3) have an incident angle dependency, the illumination light angular distribution is not uniform. It is possible to prevent display unevenness and brightness unevenness. The transfer lens 73B is not a single lens but can be a combination lens composed of a plurality of lenses, a lens array in which a plurality of lenses having different characteristics in the XY plane are combined, or the like.

以上の構成により、照明装置71(主光源72及び補助光源7)から射出された光は平行化レンズ8Aを経て電気光学変調装置3に入射して変調され、この変調光が投写レンズ4によってスクリーンSC上に投写表示される。この際、照明装置71においては、主光源72(光源ランプ72A)から射出される複数の波長域の光において不足する赤色光が射出される。
したがって、本実施形態においても第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
With the above configuration, the light emitted from the illuminating device 71 (the main light source 72 and the auxiliary light source 7) enters the electro-optic modulation device 3 through the collimating lens 8A and is modulated, and the modulated light is screened by the projection lens 4. Projected and displayed on the SC. At this time, the illumination device 71 emits red light that is insufficient in the light of a plurality of wavelength ranges emitted from the main light source 72 (light source lamp 72A).
Therefore, also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.

なお、本実施形態においては、伝達レンズ73Bの入射側に補助光源7を配置する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、伝達レンズ73Bの射出側に、また入射側及び射出側の両側に配置することもできる。このため、補助光源7を配置する上での自由度を高められる。   In the present embodiment, the case where the auxiliary light source 7 is disposed on the incident side of the transmission lens 73B has been described. However, the present invention is not limited to this, and the incident side and the emission side of the transmission lens 73B are provided. It can also be arranged on both sides. For this reason, the freedom degree in arrange | positioning the auxiliary light source 7 can be raised.

[第五実施形態]
次に、本発明の第五実施形態につき、図9及び図10を用いて説明する。図9は、本発明の第五実施形態に係るプロジェクタにおける光学系を示す図である。(a)は上面から見た断面図であり、(b)は側面から見た断面図である。図10は、本発明の第五実施形態における集光レンズアレイの近傍に形成される集光像と補助光源の配置状態を説明するための図である。
本実施形態におけるプロジェクタ(照明装置)は、導光ロッド及び伝達レンズを有するインテグレータ光学系を備え、所定の波長域の光(赤色光)を射出する補助光源の射出側に偏光変換素子(偏光変換光学系)を配置した点に特徴がある。
[Fifth embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a diagram showing an optical system in the projector according to the fifth embodiment of the invention. (A) is sectional drawing seen from the upper surface, (b) is sectional drawing seen from the side surface. FIG. 10 is a view for explaining the arrangement state of the condensed image and the auxiliary light source formed in the vicinity of the condenser lens array in the fifth embodiment of the present invention.
The projector (illumination device) in this embodiment includes an integrator optical system having a light guide rod and a transmission lens, and a polarization conversion element (polarization conversion) is provided on the emission side of an auxiliary light source that emits light (red light) in a predetermined wavelength range. There is a feature in that an optical system) is arranged.

照明装置81は、主光源72及びインテグレータ光学系73と補助光源7と平行化光学系8と偏光変換光学系82とを備えている。なお、本実施形態における偏光変換光学系82の構成及び機能は第二実施形態の偏光変換光学系42と基本的に同じである。大きく異なる点は、偏光分離膜43a1と反射面43a2の配置状態である。具体的には、第二実施形態では偏光分離面43a1と反射面43a1とが光軸OCを対称軸としてX軸の左右で対称に配置されていたが、本実施形態では全ての偏光分離面43a1と反射面43a1とが同じ方向に配置されている。しかし、この差異は偏光変換光学系のバリエーションに過ぎず、本発明の本質ではないため、偏光変換光学系82の詳細な説明は省略する。   The illumination device 81 includes a main light source 72, an integrator optical system 73, an auxiliary light source 7, a collimating optical system 8, and a polarization conversion optical system 82. The configuration and function of the polarization conversion optical system 82 in this embodiment are basically the same as those of the polarization conversion optical system 42 in the second embodiment. A significant difference is the arrangement state of the polarization separation film 43a1 and the reflection surface 43a2. Specifically, in the second embodiment, the polarization separation surface 43a1 and the reflection surface 43a1 are arranged symmetrically on the left and right of the X axis with the optical axis OC as the symmetry axis. However, in this embodiment, all the polarization separation surfaces 43a1 are arranged. And the reflecting surface 43a1 are arranged in the same direction. However, since this difference is only a variation of the polarization conversion optical system and is not the essence of the present invention, a detailed description of the polarization conversion optical system 82 is omitted.

補助光源7は集光レンズアレイ83の入射側であって、図10に示されるように、導光ロッド73Aによって複数の集光像Aが離散して形成される位置のY方向における直上方又は直下方に配置されている。これにより、照明対象である電気光学変調装置3Aは主光源5からの光と複数の補助光源7からの光によって、明るさのむらができないように均一に、しかも偏光方向が略揃った一種類の偏光光で照明される。ここで、補助光源7は、主光源5の光軸OCに関して対称な位置に位置する複数(図10では6個)の補助光源によって構成されている。なお、補助光源7は、集光レンズアレイ83の入射側に配置されているが、単一の偏光成分をもつ光を放射する光源(例えばレーザー)である場合には、λ/2位相差板44と射出側レンズ73Bとの間に配置されることが可能である。更に加えて、補助光源7の集光素子7Bが射出側レンズ73Bと同等の機能を有する場合には、補助光源7を射出側レンズ73Bの射出側に配置することができる。   The auxiliary light source 7 is on the incident side of the condensing lens array 83, and as shown in FIG. 10, directly above the position in the Y direction where the plurality of condensing images A are discretely formed by the light guide rod 73A or It is arranged directly below. As a result, the electro-optic modulation device 3A to be illuminated is a single type of light that is uniform and substantially uniform in polarization so that unevenness in brightness is not caused by light from the main light source 5 and light from the plurality of auxiliary light sources 7. Illuminated with polarized light. Here, the auxiliary light source 7 is composed of a plurality (six in FIG. 10) of auxiliary light sources located at positions symmetrical with respect to the optical axis OC of the main light source 5. The auxiliary light source 7 is arranged on the incident side of the condenser lens array 83. However, when the auxiliary light source 7 is a light source (for example, a laser) that emits light having a single polarization component, a λ / 2 phase difference plate is used. 44 and the exit side lens 73B. In addition, when the condensing element 7B of the auxiliary light source 7 has a function equivalent to that of the emission side lens 73B, the auxiliary light source 7 can be arranged on the emission side of the emission side lens 73B.

以上の構成により、照明装置81から射出された光が電気光学変調装置3Aに入射して変調され、この変調光が投写レンズ4によってスクリーンSC上に投写表示される。この際、補助光源7においては、主光源72(光源ランプ72A)から射出される複数の波長域の光において不足する赤色光が射出される。   With the above configuration, the light emitted from the illumination device 81 is incident on the electro-optic modulation device 3A and modulated, and this modulated light is projected and displayed on the screen SC by the projection lens 4. At this time, the auxiliary light source 7 emits red light that is insufficient in light of a plurality of wavelength ranges emitted from the main light source 72 (light source lamp 72A).

したがって、本実施形態においても第四実施形態と同様の効果を得ることができる。
加えて、本実施形態では主光源5や補助光源7が放射する不定偏光光を偏光方向が揃った特定の偏光光に変換する偏光変換光学系42を備えているため、画像表示に際して偏光光を必要とする電気光学変調装置(例えば液晶表示装置)を用いたプロジェクタにおいては、一層明るい投写画像を実現できる。
Therefore, also in this embodiment, the same effect as the fourth embodiment can be obtained.
In addition, the present embodiment includes a polarization conversion optical system 42 that converts indefinitely polarized light emitted from the main light source 5 and the auxiliary light source 7 into specific polarized light having a uniform polarization direction. In a projector using a required electro-optic modulation device (for example, a liquid crystal display device), a brighter projected image can be realized.

以上の各実施形態で説明したように、照明対象に至る過程において複数の集光像を離散的に形成する過程を備えた光学系であれば、インテグレータ光学系や偏光変換光学系の形態に関係なく本発明の構成を採用することが可能である。
また、各実施形態においては、主光源5,72の光源ランプ5A,72Aが高圧水銀ランプである場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、メタルハライドランプやハロゲンランプ等の他の光源ランプを用いてもよい。メタルハライドランプを用いた場合には、補助光源の発光素子として青色光や赤色光を射出する発光素子を、また、ハロゲンランプを用いた場合には青色光を射出する発光素子を用いると、主光源から射出される光束において不足する特定の色光を補足でき、色バランスの良い照明光を得ることができる。
As described in the above embodiments, any optical system having a process of discretely forming a plurality of condensed images in the process of reaching the illumination target is related to the form of the integrator optical system and the polarization conversion optical system. It is possible to employ the configuration of the present invention.
In each embodiment, the case where the light source lamps 5A and 72A of the main light sources 5 and 72 are high-pressure mercury lamps has been described. However, the present invention is not limited to this, and other light sources such as metal halide lamps and halogen lamps. A lamp may be used. When a metal halide lamp is used, a light emitting element that emits blue light or red light is used as a light emitting element of an auxiliary light source, and when a halogen lamp is used, a light emitting element that emits blue light is used as a main light source. Specific color light that is insufficient in the luminous flux emitted from the light source can be supplemented, and illumination light with good color balance can be obtained.

さらに、補助光源として用いる発光素子の発光部の形状を照明対象である電気光学変調装置の表示領域と略対称関係に設定することが望ましい。或いは、発光部の形状が電気光学変調装置の表示領域と略対称関係にない場合には、集光素子の光学特性を制御することによって、電気光学変調装置の表示領域と略対称関係に設定することが望ましい。第二レンズアレイや集光レンズアレイによって、発光素子の発光部と照明対象とは共役関係にあるため、上記の略対称関係を導入することによって、照明効率を向上できるからである。   Furthermore, it is desirable to set the shape of the light emitting portion of the light emitting element used as the auxiliary light source in a substantially symmetrical relationship with the display area of the electro-optic modulation device that is the illumination target. Alternatively, when the shape of the light emitting unit is not substantially symmetrical with the display area of the electro-optic modulator, the optical characteristic of the condensing element is controlled to set the substantially symmetrical relation with the display area of the electro-optic modulator. It is desirable. This is because the light emitting part of the light emitting element and the object to be illuminated are in a conjugate relationship by the second lens array or the condensing lens array, so that the illumination efficiency can be improved by introducing the substantially symmetrical relationship described above.

また、各実施形態においては、単一の電気光学変調装置3を備えた単板式のプロジェクタに適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、三つの電気光学変調装置を備えた三板式のプロジェクタに適用することもできる。
この他、各実施形態においては、透過型の電気光学変調装置3を備えたプロジェクタに適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、反射型(変調光を反射するタイプ)の電気光学変調装置(例えば、多数の微小ミラーをマトリックス状に配列したマイクロミラー表示素子、液晶を用いたLCOS素子)を備えたプロジェクタにも各実施形態と同様に適用可能である。
Moreover, in each embodiment, although the case where it applied to the single plate type projector provided with the single electro-optic modulation apparatus 3 was demonstrated, this invention is not limited to this, The three electro-optic modulation apparatus was provided. It can also be applied to a three-plate projector.
In addition, in each of the embodiments, the case where the invention is applied to a projector including the transmissive electro-optic modulation device 3 has been described. However, the present invention is not limited to this, and is of a reflective type (a type that reflects modulated light). The present invention can also be applied to a projector provided with an electro-optic modulation device (for example, a micromirror display element in which a large number of micromirrors are arranged in a matrix, or an LCOS element using liquid crystal).

1…プロジェクタ、2…照明装置、3,3A…電気光学変調装置、4…投写レンズ、5…主光源、5A…光源ランプ、5B…凹面鏡、6…インテグレータ光学系、6A…第一レンズアレイ、6a…光分割レンズ、6B…第二レンズアレイ、6b…集光レンズ、7…補助光源、7A…発光素子、7B…集光素子、8…平行化光学系、8A…平行化レンズ、A,A1〜A3…集光像(光源像)、a…中間光、b…透過光、OC…光軸、SC…スクリーン。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Projector, 2 ... Illuminating device, 3, 3A ... Electro-optic modulation device, 4 ... Projection lens, 5 ... Main light source, 5A ... Light source lamp, 5B ... Concave mirror, 6 ... Integrator optical system, 6A ... 1st lens array, 6a ... light splitting lens, 6B ... second lens array, 6b ... condensing lens, 7 ... auxiliary light source, 7A ... light emitting element, 7B ... condensing element, 8 ... collimating optical system, 8A ... collimating lens, A, A1 to A3 ... Condensed image (light source image), a ... intermediate light, b ... transmitted light, OC ... optical axis, SC ... screen.

Claims (15)

複数の波長域の光を射出する光源と、
この光源から射出した不均一な光強度分布をもつ光を、略均一な光強度分布をもつ光に変換するインテグレータ光学系とを備え、
このインテグレータ光学系によって複数の集光像が離散して形成され、互いに隣り合う前記集光像と前記集光像との間の、前記集光像が存在しない空間に、前記集光像と重ならないように、かつ、前記集光像と隣り合うように、所定の波長域の光を射出する補助光源を配置したことを特徴とする照明装置。
A light source that emits light in a plurality of wavelength ranges;
An integrator optical system that converts light having a non-uniform light intensity distribution emitted from the light source into light having a substantially uniform light intensity distribution;
A plurality of condensed images are formed discretely by this integrator optical system, and the condensed image and the overlapping image are overlapped in a space between the condensed images adjacent to each other and the condensed image. An auxiliary light source that emits light in a predetermined wavelength region is disposed so as not to become light and adjacent to the condensed image .
請求項1に記載された照明装置において、前記補助光源が、発光素子及び集光素子を有することを特徴とする照明装置。   2. The lighting device according to claim 1, wherein the auxiliary light source includes a light emitting element and a light collecting element. 請求項1又は2に記載された照明装置において、前記補助光源が、前記光源における光軸の周辺部であって、前記集光像のうち外形寸法が相対的に小さい集光像の近傍に配置されていることを特徴とする照明装置。 A lighting device according to claim 1 or 2, wherein the auxiliary light source is a peripheral part of the optical axis in the light source, placed near the outer dimensions are relatively small focusing image of the focused beam image The lighting device characterized by being made. 請求項1〜3のいずれかに記載された照明装置において、前記補助光源が、前記光源の光軸に関して対称な位置に配置された複数の補助光源とされることを特徴とする照明装置。   The illuminating device according to claim 1, wherein the auxiliary light source is a plurality of auxiliary light sources arranged at symmetrical positions with respect to an optical axis of the light source. 請求項1〜4のいずれかに記載された照明装置において、前記インテグレータ光学系が、前記光源から入射した光を界面又は反射面で反射させて照明対象側に射出する導光体と、この導光体からの射出光を照明対象側に導く伝達レンズとを有することを特徴とする照明装置。   5. The illumination device according to claim 1, wherein the integrator optical system reflects light incident from the light source at an interface or a reflection surface and emits the light to an illumination target side, and the light guide. An illumination apparatus comprising: a transmission lens that guides light emitted from a light body to an illumination target side. 請求項5に記載された照明装置において、前記伝達レンズがレンズアレイであることを特徴とする照明装置。   6. The illumination device according to claim 5, wherein the transfer lens is a lens array. 請求項5又は6に記載された照明装置において、前記補助光源が、前記伝達レンズの入射側及び射出側の少なくとも一方側に配置されていることを特徴とする照明装置。   7. The lighting device according to claim 5, wherein the auxiliary light source is disposed on at least one of an incident side and an emission side of the transmission lens. 請求項1〜4のいずれかに記載された照明装置において、前記インテグレータ光学系が、前記光源からの光を中間光に分割する第一レンズアレイと、この第一レンズアレイによって分割された中間光を集光する第二レンズアレイとを有することを特徴とする照明装置。   5. The illumination device according to claim 1, wherein the integrator optical system divides light from the light source into intermediate light, and intermediate light divided by the first lens array. And a second lens array for condensing light. 請求項8に記載された照明装置において、前記補助光源が、前記第二レンズアレイの入射側及び射出側の少なくとも一方側に配置されていることを特徴とする照明装置。   9. The illumination device according to claim 8, wherein the auxiliary light source is disposed on at least one of the incident side and the emission side of the second lens array. 請求項1〜のいずれかに記載された照明装置において、前記補助光源の射出側に偏光変換素子が配置されていることを特徴とする照明装置。 The illuminating device according to any one of claims 1 to 9 , wherein a polarization conversion element is arranged on an emission side of the auxiliary light source. 請求項10に記載された照明装置において、前記偏光変換素子は、前記集光像及び前記補助光源のそれぞれが前記各偏光分離面に対応して配置されるよう構成されていることを特徴とする照明装置。 A lighting device according to claim 10, wherein the polarization conversion element, a feature that each of the condensing Zo及 beauty said auxiliary light source is configured to be arranged corresponding to the respective polarization separating surface Lighting device. 請求項1〜11のいずれかに記載された照明装置において、前記補助光源が、赤色光を放射する補助光源であることを特徴とする照明装置。 A lighting device according to any of claims 1 to 11, the lighting apparatus wherein the auxiliary light source, characterized in that an auxiliary light source that emits red light. 請求項1〜11のいずれかに記載された照明装置において、前記補助光源が、青色光を放射する補助光源であることを特徴とする照明装置。 A lighting device according to any of claims 1 to 11, the lighting apparatus wherein the auxiliary light source, characterized in that an auxiliary light source that emits blue light. 請求項1〜13のいずれかに記載された照明装置において、前記補助光源が発光ダイオード光源であることを特徴とする照明装置。 A lighting device according to any one of claims 1 to 13 lighting apparatus, characterized in that said auxiliary light source is a light emission diode light source. 請求項1〜14のいずれかに記載された照明装置と、この照明装置からの照明光を変調して画像を表示する電気光学変調装置と、この電気光学変調装置によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。 The illumination device according to any one of claims 1 to 14 , an electro-optic modulation device that modulates illumination light from the illumination device to display an image, and projects light modulated by the electro-optic modulation device And a projection optical system.
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