JP6186779B2 - Lighting device and projector - Google Patents
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Description
本発明は、照明装置及びプロジェクターに関する。 The present invention relates to a lighting device and a projector.
従来より、照明装置から射出された照明光を光変調装置に照射し、この光変調装置により変調されて射出された画像光を投射光学系によりスクリーンに拡大投射するプロジェクターが広く知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been widely known a projector that irradiates illumination light emitted from an illumination device onto a light modulation device and enlarges and projects the image light modulated and emitted by the light modulation device onto a screen using a projection optical system.
上述したプロジェクターの光源には、超高圧水銀ランプなどの放電ランプが従来より用いられている。一方、この種の放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、ランプから放射される紫外線が液晶ライトバルブを劣化させるなどの課題がある。 Conventionally, a discharge lamp such as an ultra-high pressure mercury lamp has been used as the light source of the projector described above. On the other hand, this type of discharge lamp has problems such as a relatively short life, difficult to light instantaneously, and ultraviolet rays emitted from the lamp deteriorate the liquid crystal light bulb.
そこで、放電ランプに代わるプロジェクター用の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーなどのレーザー光源が注目されている。レーザー光源は、従来の放電ランプに比べて、小型化が図れることや、色再現性に優れること、瞬時点灯が可能であること、長寿命であることなどの利点を有している。 Therefore, a laser light source such as a semiconductor laser that can obtain light with high luminance and high output has attracted attention as a light source for a projector that can replace a discharge lamp. Compared with a conventional discharge lamp, the laser light source has advantages such as miniaturization, excellent color reproducibility, instant lighting, and long life.
一方、上述したレーザー光源が発するレーザー光は、コヒーレント光であるため、プロジェクター用の光源として用いた場合、スクリーン上に干渉によって生じたスペックルと呼ばれる斑点模様が表示され、表示品質を低下させる原因となる。 On the other hand, since the laser light emitted from the laser light source described above is coherent light, when used as a light source for a projector, speckle patterns called speckles caused by interference are displayed on the screen, which causes a deterioration in display quality. It becomes.
このため、従来の照明装置では、例えば回転する拡散板にレーザー光を通過させることによって、レーザー光を拡散しながら、上述したスペックルの発生による表示品質の低下(いわゆるスペックルノイズ)を低減することが行われている(例えば、特許文献1を参照。)。 For this reason, in the conventional illuminating device, for example, by passing the laser light through a rotating diffusion plate, the deterioration in display quality (so-called speckle noise) due to the generation of speckle is reduced while diffusing the laser light. (For example, see Patent Document 1).
ところで、上述したスペックルノイズを低減するためには、拡散板により拡散される光の拡がり角(拡散角度)を大きくする必要がある。しかしながら、従来の照明装置では、拡散板によって拡散光の拡散角度を大きくすると、後方散乱の割合が増加してしまい、拡散板を透過する拡散光の割合(全光線透過率)が著しく低下するという問題があった。 By the way, in order to reduce the speckle noise described above, it is necessary to increase the spread angle (diffusion angle) of the light diffused by the diffusion plate. However, in the conventional lighting device, when the diffusion angle of the diffused light is increased by the diffuser plate, the ratio of backscattering increases, and the ratio of the diffused light transmitted through the diffuser plate (total light transmittance) is remarkably reduced. There was a problem.
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、スペックルノイズを低減することが可能な照明装置、並びに、そのような照明装置を備えることによって、画像品質に優れた表示を行うことが可能なプロジェクターを提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and an illumination device capable of reducing speckle noise, and an image quality excellent by providing such an illumination device. It is an object to provide a projector capable of displaying.
上記目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、光源と、前記光源から射出された光が入射する集光光学系と、前記集光光学系により集光された光が入射する第1の光拡散層と、前記第1の光拡散層からの光が入射する第2の光拡散層と、を備え、前記第1の光拡散層と前記第2の光拡散層とは、所定の回転軸の周りに回転可能な透光性基材の光入射面側と光射出面側とに互いに間隔をおいて対向しながら、それぞれ円周方向に亘って設けられ、前記第2の光拡散層の拡散力が前記第1の光拡散層の拡散力よりも大きいことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an illumination apparatus according to the present invention includes a light source, a condensing optical system on which light emitted from the light source is incident, and a first light on which light collected by the condensing optical system is incident. 1 light diffusing layer and a second light diffusing layer on which light from the first light diffusing layer is incident, the first light diffusing layer and the second light diffusing layer being predetermined The light incident surface side and the light emission surface side of the translucent base material that can rotate around the rotation axis of the light-transmitting base material are provided across the circumferential direction while facing each other with a space therebetween. The diffusing power of the diffusing layer is larger than that of the first light diffusing layer.
上記照明装置では、集光光学系によって集光された光が第1の光拡散層に入射する。第1の光拡散層の拡散力を比較的小さくすることで、第1の光拡散層による後方散乱を減らすことができる。また、集光光学系によって集光された光が第1の拡散層によって比較的弱く拡散された後、第2の光拡散層に入射するため、第1の光拡散層を設けない場合と比較して、第2の光拡散層への入射角が全体として小さくなる。そのため、第2の光拡散層における後方散乱光の強度が小さくなる。その結果、全光線透過率が高くなる。さらに、第2の光拡散層により拡散された光のスポット径の拡がりが、後段の集光光学系で飲み込めなくなるほど、必要以上に大きくなることがないため、第2の光拡散層により拡散された光の利用効率が高くなる。これにより、従来のような後方散乱の割合が増加することによる拡散光の全光線透過率の低下を防ぎつつ、集光光学系により集光された光を光拡散素子によって大きく拡散させることができる。したがって、上記照明装置の構成によれば、スペックルの発生を抑制することができ、その結果、スペックルの発生による表示品質の低下(いわゆるスペックルノイズ)を低減することが可能となる。
また、第1の光拡散層と第2の光拡散層とは、互いに間隔をおいて設けられていることから、当該間隔を調整することにより、第1の光拡散層による後方散乱に影響を与えることなく第2の光拡散層から射出する光のスポット径を調整することができる。
また、第1の光拡散層と第2の光拡散層とは、所定の回転軸の周りに回転可能な透光性基材の光入射面側と光射出面側とに対向しながら、それぞれ透光性基材の円周方向に亘って設けられていることから、集光光学系により集光された光の光拡散素子に対する照射位置を変えることによって、光拡散素子による光拡散効果を高めると共に、この光拡散素子の放熱効果も高めることができる。
また、本発明に係る別の照明装置は、光源と、前記光源から射出された光が入射する集光光学系と、前記集光光学系により集光された光が入射する第1の光拡散層と、前記第1の光拡散層からの光が入射する第2の光拡散層と、を備え、前記第1の光拡散層は第1の拡散力を有し、前記第2の光拡散層は第2の拡散力を有し、前記第2の拡散力は前記第1の拡散力よりも大きく、前記集光された光は、前記第1の光拡散層によって、前記第2の拡散力よりも弱い前記第1の拡散力をもって拡散された後、前記第2の光拡散層によって、前記第1の拡散力よりも強い前記第2の拡散力をもって拡散されることを特徴とする。
上記照明装置では、集光光学系によって集光された光が第1の光拡散層に入射する。第1の光拡散層の拡散力を比較的小さくすることで、第1の光拡散層による後方散乱を減らすことができる。また、集光光学系によって集光された光が第1の拡散層によって比較的弱く拡散された後、第2の光拡散層に入射するため、第1の光拡散層を設けない場合と比較して、第2の光拡散層への入射角が全体として小さくなる。そのため、第2の光拡散層における後方散乱光の強度が小さくなる。その結果、全光線透過率が高くなる。さらに、第2の光拡散層により拡散された光のスポット径の拡がりが、後段の集光光学系で飲み込めなくなるほど、必要以上に大きくなることがないため、第2の光拡散層により拡散された光の利用効率が高くなる。これにより、従来のような後方散乱の割合が増加することによる拡散光の全光線透過率の低下を防ぎつつ、集光光学系により集光された光を光拡散素子によって大きく拡散させることができる。したがって、上記照明装置の構成によれば、スペックルの発生を抑制することができ、その結果、スペックルの発生による表示品質の低下(いわゆるスペックルノイズ)を低減することが可能となる。
In the illuminating device, the light condensed by the condensing optical system enters the first light diffusion layer. By making the diffusion force of the first light diffusion layer relatively small, backscattering by the first light diffusion layer can be reduced. In addition, since the light condensed by the condensing optical system is diffused relatively weakly by the first diffusion layer and then enters the second light diffusion layer, it is compared with the case where the first light diffusion layer is not provided. Thus, the incident angle to the second light diffusion layer is reduced as a whole. Therefore, the intensity of backscattered light in the second light diffusion layer is reduced. As a result, the total light transmittance is increased. Furthermore, the spread of the spot diameter of the light diffused by the second light diffusing layer does not become larger than necessary so that it cannot be swallowed by the condensing optical system in the subsequent stage, so that it is diffused by the second light diffusing layer. The utilization efficiency of the light increases. Thereby, the light condensed by the condensing optical system can be largely diffused by the light diffusing element while preventing the decrease of the total light transmittance of the diffused light due to the increase in the ratio of backscattering as in the prior art. . Therefore, according to the configuration of the illumination device, it is possible to suppress the generation of speckles, and as a result, it is possible to reduce display quality deterioration (so-called speckle noise) due to the generation of speckles.
In addition, since the first light diffusion layer and the second light diffusion layer are spaced from each other, adjusting the distance affects the backscattering by the first light diffusion layer. The spot diameter of light emitted from the second light diffusion layer can be adjusted without giving.
The first light diffusion layer and the second light diffusion layer are respectively opposed to the light incident surface side and the light emission surface side of the translucent substrate that can rotate around a predetermined rotation axis. Since it is provided over the circumferential direction of the translucent substrate, the light diffusing effect of the light diffusing element is enhanced by changing the irradiation position of the light condensed by the condensing optical system to the light diffusing element. In addition, the heat dissipation effect of the light diffusing element can be enhanced.
Another illumination device according to the present invention includes a light source, a condensing optical system on which light emitted from the light source is incident, and a first light diffusion unit on which light collected by the condensing optical system is incident. And a second light diffusion layer on which light from the first light diffusion layer is incident, the first light diffusion layer having a first diffusion force, and the second light diffusion The layer has a second diffusing force, the second diffusing force is greater than the first diffusing force, and the collected light is diffused by the first light diffusing layer into the second diffusing force. After being diffused with the first diffusion force weaker than the force, the second light diffusion layer diffuses with the second diffusion force stronger than the first diffusion force.
In the illuminating device, the light condensed by the condensing optical system enters the first light diffusion layer. By making the diffusion force of the first light diffusion layer relatively small, backscattering by the first light diffusion layer can be reduced. In addition, since the light condensed by the condensing optical system is diffused relatively weakly by the first diffusion layer and then enters the second light diffusion layer, it is compared with the case where the first light diffusion layer is not provided. Thus, the incident angle to the second light diffusion layer is reduced as a whole. Therefore, the intensity of backscattered light in the second light diffusion layer is reduced. As a result, the total light transmittance is increased. Furthermore, the spread of the spot diameter of the light diffused by the second light diffusing layer does not become larger than necessary so that it cannot be swallowed by the condensing optical system in the subsequent stage, so that it is diffused by the second light diffusing layer. The utilization efficiency of the light increases. Thereby, the light condensed by the condensing optical system can be largely diffused by the light diffusing element while preventing the decrease of the total light transmittance of the diffused light due to the increase in the ratio of backscattering as in the prior art. . Therefore, according to the configuration of the illumination device, it is possible to suppress the generation of speckles, and as a result, it is possible to reduce display quality deterioration (so-called speckle noise) due to the generation of speckles.
また、前記第1の光拡散層と前記第2の光拡散層とは、互いに間隔をおいて設けられていることが好ましい。 Further, it is preferable that the first light diffusion layer and the second light diffusion layer are provided with a space therebetween.
この構成によれば、当該間隔を調整することにより、第1の光拡散層による後方散乱に影響を与えることなく第2の光拡散層から射出する光のスポット径を調整することができる。 According to this configuration, by adjusting the interval, the spot diameter of light emitted from the second light diffusion layer can be adjusted without affecting the backscattering by the first light diffusion layer.
また、前記集光光学系の焦点位置に前記第2の光拡散層が配置されていることが好ましい。 Further, it is preferable that the second light diffusion layer is disposed at a focal position of the condensing optical system.
この構成によれば、第1の光拡散層に入射する光のスポット径よりも第2の光拡散層から射出する光のスポット径を小さくすることができる。 According to this configuration, the spot diameter of the light emitted from the second light diffusion layer can be made smaller than the spot diameter of the light incident on the first light diffusion layer.
また、前記第2の光拡散層の厚みが前記第1の光拡散層の厚みよりも大きいことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the thickness of the second light diffusion layer is larger than the thickness of the first light diffusion layer.
この構成によれば、第2の光拡散層の拡散力を第1の光拡散層の拡散力よりも大きくすることができる。 According to this configuration, the diffusing power of the second light diffusing layer can be made larger than that of the first light diffusing layer.
また、前記光源として、半導体レーザーを用いることができる。 A semiconductor laser can be used as the light source.
この構成によれば、高輝度・高出力な光が得られると共に、光源の小型化を図ることができる。 According to this configuration, high luminance and high output light can be obtained, and the light source can be miniaturized.
また、前記光源として、前記半導体レーザーを複数配列したアレイ光源を用いることができる。 Further, as the light source, an array light source in which a plurality of the semiconductor lasers are arranged can be used.
この構成によれば、複数の半導体レーザーを配列したアレイ光源を用いて、更に高輝度・高出力な光を得ることができる。 According to this configuration, light with higher luminance and higher output can be obtained using an array light source in which a plurality of semiconductor lasers are arranged.
また、前記光源と前記集光光学系との間の光路にコリメーター光学系が配置されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a collimator optical system is disposed in an optical path between the light source and the condensing optical system.
この構成によれば、光源から射出された光を平行光に変換して回折光学素子に入射させることができる。 According to this configuration, light emitted from the light source can be converted into parallel light and incident on the diffractive optical element.
また、本発明に係るプロジェクターは、照明光を照射する照明装置と、前記照明光を画像情報に応じて変調した画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系とを備え、前記照明装置として、上記何れかの照明装置を用いることを特徴とする。 In addition, a projector according to the present invention includes an illumination device that emits illumination light, a light modulation device that forms image light obtained by modulating the illumination light according to image information, and a projection optical system that projects the image light. And any one of the above illumination devices is used as the illumination device.
上記プロジェクターの構成によれば、画像品質に優れた表示を行うことが可能である。 According to the configuration of the projector, it is possible to perform display with excellent image quality.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
[プロジェクター]
先ず、図1に示すプロジェクター1の一例について説明する。
なお、図1は、このプロジェクター1の概略構成を示す平面図である。
[projector]
First, an example of the projector 1 shown in FIG. 1 will be described.
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the projector 1.
このプロジェクター1は、スクリーン(被投射面)SCR上にカラー映像(画像)を表示する投射型画像表示装置である。また、このプロジェクター1は、光変調装置として、赤色光R、緑色光G、青色光Bの各色光に対応した3つの液晶ライトバルブ(液晶パネル)を用いている。さらに、このプロジェクター1は、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー(レーザー光源)を用いている。 The projector 1 is a projection type image display device that displays a color image (image) on a screen (projection surface) SCR. Further, the projector 1 uses three liquid crystal light valves (liquid crystal panels) corresponding to the respective color lights of red light R, green light G, and blue light B as light modulation devices. Further, the projector 1 uses a semiconductor laser (laser light source) capable of obtaining light with high luminance and high output as the light source of the illumination device.
具体的に、このプロジェクター1は、図1に示すように、黄色光(第1の照明光)Yを照射する第1の照明装置2と、第1の照明装置2からの黄色光Yを赤色光Rと緑色光Gに分離する色分離光学系3と、青色光(第2の照明光)Bを照射する第2の照明装置4と、各色光R,G,Bを画像情報に応じて変調し、各色光R,G,Bに対応した画像光を形成する3つの光変調装置5R,5G,5Bと、各光変調装置5R,5G,5Bからの画像光を合成する合成光学系6と、合成光学系6からの画像光をスクリーンSCRに向かって投射する投射光学系7とを概略備えている。
Specifically, as shown in FIG. 1, the projector 1 has a first illumination device 2 that irradiates yellow light (first illumination light) Y, and yellow light Y from the first illumination device 2 as red. A color separation
第1の照明装置2では、半導体レーザーから射出された青色光(励起光)が蛍光体に照射されることによって蛍光体が励起され、蛍光体から蛍光光(黄色光)が射出される。蛍光体から射出された蛍光光は、を均一な輝度分布(照度分布)を有するように調整された後、色分離光学系3に向かって射出される。
In the first illumination device 2, the phosphor is excited by irradiating the phosphor with blue light (excitation light) emitted from the semiconductor laser, and the phosphor light (yellow light) is emitted from the phosphor. The fluorescent light emitted from the phosphor is adjusted to have a uniform luminance distribution (illuminance distribution) and then emitted toward the color separation
色分離光学系3は、ダイクロイックミラー8と、第1の全反射ミラー9a及び第2の全反射ミラー9bとを概略備えている。このうち、ダイクロイックミラー8は、第1の照明装置2からの黄色光Yを赤色光Rと緑色光Gとに分離する機能を有し、分離された赤色光Rを透過すると共に、緑色光Gを反射する。一方、第1の全反射ミラー9aは、ダイクロイックミラー8を透過した赤色光Rを赤色光変調装置5Rに向けて反射する。一方、第2の全反射ミラー9bは、ダイクロイックミラー8で反射された緑色光Gを緑色光変調装置5Gに向けて反射する。
The color separation
第2の照明装置4では、半導体レーザーから射出された青色光Bが均一な輝度分布(照度分布)を有するように調整された後、青色光変調装置5Bに向かって照射される。また、第2の照明装置4から射出された青色光Bの光路中には、第3の全反射ミラー9cが配置されている。そして、この第3の全反射ミラー9cは、第2の照明装置4から射出された青色光Bを青色光変調装置5Bに向けて反射する。
In the second illumination device 4, the blue light B emitted from the semiconductor laser is adjusted so as to have a uniform luminance distribution (illuminance distribution), and then irradiated toward the blue
光変調装置5R,5G,5Bは、液晶ライトバルブ(液晶パネル)からなり、各色光R,G,Bを通過させる間に、各色光R,G,Bを画像情報に応じて変調した画像光を形成する。なお、各光変調装置5R,5G,5Bの入射側及び射出側には、一対の偏光板(図示せず。)が配置されており、特定の方向の直線偏光の光のみを通過させる仕組みとなっている。
The
また、各光変調装置5R,5G,5Bの光入射面側には、各光変調装置5R,5G,5Bに入射する各色光R,G,Bを平行化するフィールドレンズ10R,10G,10Bが配置されている。
Further,
合成光学系6は、クロスダイクロイックプリズムからなり、各光変調装置5R,5G,5Bからの画像光が入射することによって、各色光R,G,Bに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系7に向かって射出する。
The synthesizing
投射光学系7は、投射レンズ群からなり、合成光学系7により合成された画像光をスクリーンSCRに向かって拡大投射する。これにより、スクリーンSCR上には、拡大されたカラー映像(画像)が表示される。 The projection optical system 7 includes a projection lens group, and enlarges and projects the image light synthesized by the synthesis optical system 7 toward the screen SCR. Thereby, an enlarged color video (image) is displayed on the screen SCR.
[第1の照明装置]
次に、第1の照明装置2の具体的な構成について説明する。
なお、図2は、第1の照明装置2の概略構成を示す平面図である。
[First lighting device]
Next, a specific configuration of the first lighting device 2 will be described.
FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the first lighting device 2.
第1の照明装置2は、図2に示すように、アレイ光源21と、コリメーター光学系22と、偏光分離素子23と、集光光学系24と、蛍光発光素子25と、インテグレーター光学系26と、偏光変換素子27と、重畳光学系28とを概略備えている。
As shown in FIG. 2, the first illumination device 2 includes an
また、第1の照明装置2では、同一面内の互いに直交する光軸ax1及びax2のうち、一方の光軸ax1上において、アレイ光源21と、コリメーター光学系22と、偏光分離素子23とが、この順に並んで配置されている。また、他方の光軸ax2上において、蛍光発光素子25と、集光光学系24と、偏光分離素子23と、インテグレーター光学系26と、偏光変換素子27と、重畳光学系28とが、この順に並んで配置されている。
Further, in the first illumination device 2, the array
アレイ光源21は、複数の半導体レーザー21aが配列されたものからなる。具体的には、光軸ax1と直交する面内に複数の半導体レーザー21aがアレイ状に並ぶことによって構成されている。
The array
半導体レーザー21aは、第1の光束として、例えば440〜480nmの波長域にピーク波長を有する青色レーザー光(以下、励起光という。)BLを射出する。また、各半導体レーザー2aから射出される励起光BLは、コヒーレントな直線偏光の光であり、偏光分離素子23に向かって光軸ax1と平行に射出される。
The
アレイ光源21では、各半導体レーザー21aが射出する励起光BLの偏光方向を、偏光分離素子23で反射される偏光成分(例えばS偏光成分)と一致させている。そして、このアレイ光源21から射出された励起光BLは、コリメーター光学系22に入射する。
In the array
コリメーター光学系22は、アレイ光源21から射出された励起光BLを平行光に変換するものであり、例えば各半導体レーザー21aに対応してアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ22aからなる。そして、このコリメーター光学系22を通過することにより平行光に変換された励起光BLは、偏光分離素子23に入射する。
The collimator
偏光分離素子23は、例えば波長選択性を有するダイクロイックミラーからなり、このダイクロイックミラーは、光軸ax1に対して45°の角度で蛍光発光素子25側に向かって傾斜した状態で配置されている。また、偏光分離素子23としては、ダイクロイックミラーのような平行平板状のものに限らず、ダイクロイックプリズムのようなプリズム形状のものを用いてもよい。
The
偏光分離素子23は、励起光BLをS偏光成分(一方の偏光成分)とP偏光成分(他方の偏光成分)とに分離する偏光分離機能を有し、励起光BLのS偏光成分を反射し、励起光BLのP偏光成分を透過する。また、偏光分離素子23は、励起光BLとは異なる波長域の光を透過する色分離機能を有している。上述したように、偏光分離素子23に入射した励起光BLは、その偏光方向がS偏光成分と一致していることから、S偏光の励起光BLとして、蛍光発光素子25に向かって全反射される。
The
集光光学系24は、励起光BLを蛍光発光素子25に向かって集光させるものであり、少なくとも1枚以上の集光レンズ24aからなる。そして、この集光光学系24により集光された励起光BLは、蛍光発光素子25に入射する。
The condensing
蛍光発光素子25は、いわゆる反射型の回転蛍光板であり、蛍光光Yを発する蛍光体層29と、蛍光光Yを反射する反射膜30と、蛍光体層29を支持する回転板(基材)31と、回転板31を回転駆動する駆動モータ32とを有している。
The fluorescent light-emitting
回転板31の励起光BLが入射する側の面上には、反射膜30と蛍光体層29とが積層されている。反射膜30は、回転板31と蛍光体層29との間に設けられている。また、反射膜30及び蛍光体層29は、回転板31の円周方向に亘ってリング状に設けられている。そして、励起光BLは、反射膜30とは反対側から蛍光体層29に入射する。
A
蛍光体層29は、励起光BLを吸収して励起される蛍光体を含む。励起光BLにより励起された蛍光体は、第2の光束として、例えば500〜700nmの波長域にピーク波長を有する蛍光光Yを射出する。
The
反射膜30は、誘電体多層膜等からなり、蛍光体層29から射出された蛍光光Yを励起光BLが入射する側に向かって反射させる。
The
回転板31は、例えば銅などの熱伝導体の高い金属製の円板からなり、その中心部が駆動モータ32の回転軸32aに取り付けられている。
The rotating
駆動モータ32は、回転板31を円周方向に回転させながら、集光光学系24により集光された励起光BLの蛍光体層29に対する照射位置を変動させる。これにより、励起光BLの照射によって蛍光体層29に発生する熱の放熱効果を高めることが可能である。
The
そして、この蛍光発光素子25から射出された蛍光光Yは、集光光学系24を通過した後、偏光分離素子23に入射する。さらに、この偏光分離素子23に入射した蛍光光Yは、インテグレーター光学系26に入射する。
The fluorescent light Y emitted from the fluorescent
インテグレーター光学系26は、蛍光光Yの輝度分布(照度分布)を均一化するものであり、例えばレンズアレイ26a及びレンズアレイ26bからなる。レンズアレイ26a及びレンズアレイ26bは、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。また、インテグレーター光学系26としては、このようなレンズアレイ26a及びレンズアレイ26bに限らず、例えばロッドインテグレーターなどを用いてもよい。そして、このインテグレーター光学系26を通過することにより輝度分布が均一化された蛍光光Yは、偏光変換素子27に入射する。
The integrator
偏光変換素子27は、蛍光光Yの偏光方向を揃えるものであり、例えば偏光分離膜と位相差板とを組み合わせたものからなる。そして、この偏光変換素子27を通過することにより偏光方向が揃えられた蛍光光Yは、重畳光学系28に入射する。
The
重畳光学系28は、インテグレーター光学系26から射出される複数の光束を、光変調装置等の被照明領域の上で互いに重畳させるものであり、少なくとも1枚以上の重畳レンズ28aからなる。蛍光光Yは、この重畳光学系28により重畳されることによって、その輝度分布(照度分布)が均一化されると共に、その光線軸周りの軸対称性が高められる。そして、この重畳光学系28により重畳された蛍光光Yは、図1に示すダイクロイックミラー8に入射する。
The superimposing
以上のような構成を有する第1の照明装置2では、第1の照明光として、均一な輝度分布(照度分布)を有するように調整された蛍光光(黄色光)Yを図1に示すダイクロイックミラー8に向かって射出することができる。 In the first illuminating device 2 having the above-described configuration, fluorescent light (yellow light) Y adjusted to have a uniform luminance distribution (illuminance distribution) is used as the first illuminating light, as shown in FIG. The light can be emitted toward the mirror 8.
なお、第1の照明装置2は、図2に示す構成に必ずしも限定されるものではなく、例えば、コリメーター光学系22と偏光分離素子23との間の光路中に、励起光BLのスポット径を調整するアフォーカル光学系や、励起光BLの強度分布を均一な状態(いわゆるトップハット分布)に変換するホモジナイザー光学系などを配置した構成とすることも可能である。
The first illumination device 2 is not necessarily limited to the configuration shown in FIG. 2. For example, the spot diameter of the excitation light BL is in the optical path between the collimator
また、第1の照明装置2では、アレイ光源21が備える各半導体レーザー21aが射出する励起光BLの偏光方向を、偏光分離素子23で反射される一方の偏光成分(S偏光成分)と一致させた構成となっているが、偏光分離素子23で透過される他方の偏光成分(P偏光成分)と一致させた構成としてもよい。
In the first illumination device 2, the polarization direction of the excitation light BL emitted from each
この場合、一方の光軸ax1上において、アレイ光源21と、コリメーター光学系22と、偏光分離素子23と、集光光学系24と、蛍光発光素子25とが順に並んで配置され、他方の光軸ax2上において、偏光分離素子23と、インテグレーター光学系26と、偏光変換素子27と、重畳光学系28とが順に並んで配置された構成とする。また、偏光分離素子23については、励起光BLとは異なる波長域の光を反射する構成とする。
In this case, on one optical axis ax1, the array
これにより、偏光分離素子23に入射した励起光BLは、その偏光方向がP偏光成分と一致していることから、P偏光の励起光BLとして、蛍光発光素子25に向かって全透過される。一方、蛍光発光素子25から射出される蛍光光Yは、集光光学系24を通過した後、偏光分離素子23に入射する。そして、この偏光分離素子23に入射した蛍光光Yは、インテグレーター光学系26に向かって反射される。
Thereby, the excitation light BL incident on the
したがって、第1の照明装置2では、以上のような構成に変更した場合も、第1の照明光として、均一な輝度分布(照度分布)を有するように調整された蛍光(黄色光)Yを図1に示すダイクロイックミラー8に向かって射出することができる。 Therefore, even when the first lighting device 2 is changed to the above configuration, the fluorescence (yellow light) Y adjusted to have a uniform luminance distribution (illuminance distribution) is used as the first illumination light. The light can be emitted toward the dichroic mirror 8 shown in FIG.
[第2の照明装置]
次に、第2の照明装置4の具体的な構成について説明する。
なお、図3は、第2の照明装置4の概略構成を示す平面図である。
[Second lighting device]
Next, a specific configuration of the second lighting device 4 will be described.
FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of the second lighting device 4.
第2の照明装置4は、図3に示すように、アレイ光源41と、コリメーター光学系42と、前側の集光光学系43Aと、光拡散素子44と、後側の集光光学系43Bと、インテグレーター光学系45と、偏光変換素子46と、重畳光学系47とを概略備えている。
As shown in FIG. 3, the second illumination device 4 includes an
また、第2の照明装置4においては、光軸ax3上において、アレイ光源41と、コリメーター光学系42と、前側の集光光学系43Aと、光拡散素子44と、後側の集光光学系43Bと、インテグレーター光学系45と、偏光変換素子46と、重畳光学系47とが、この順に並んで配置されている。
Further, in the second illumination device 4, on the optical axis ax3, the array
アレイ光源41は、複数の半導体レーザー41aが配列されたものからなる。具体的には、光軸ax3と直交する面内に複数の半導体レーザー41aがアレイ状に並ぶことによって構成されている。
The array
半導体レーザー41aは、第2の照明光として、例えば440〜480nmの波長域にピーク波長を有する青色レーザー光(以下、青色光という。)Bを射出する。また、各半導体レーザー41aから射出される青色光Bは、コヒーレントな直線偏光の光であり、光拡散素子44に向かって光軸ax3と平行に射出される。そして、このアレイ光源41から射出された青色光Bは、コリメーター光学系42に入射する。
The
コリメーター光学系42は、アレイ光源41から射出された青色光Bを平行光に変換するものであり、例えば各半導体レーザー41aに対応してアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ42aからなる。そして、このコリメーター光学系42を通過することにより平行光に変換された青色光Bは、前側の集光光学系43Aに入射する。
The collimator
前側の集光光学系43Aは、青色光Bを光拡散素子44に向かって集光させるものであり、少なくとも1枚以上の集光レンズ43cからなる。そして、前側の集光光学系43Aにより集光された青色光Bは、光拡散素子44に入射する。
The front-side condensing
光拡散素子44は、図3及び図4に示すように、いわゆる透過型の回転拡散板であり、前側の集光光学系43Aにより集光された青色光Bを透過させる回転板(透光性基材)48と、回転板48の光入射面側に配置された第1の光拡散層49aと、回転板48の光射出面側に配置された第2の光拡散層49bと、回転板48を回転駆動する駆動モータ50とを有している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
回転板48は、例えばガラスや光学樹脂などの光透過性を有する円板からなり、その中心部が駆動モータ50の回転軸50aに取り付けられている。そして、この回転板48の光入射面と光射出面とには、第1の光拡散層49aと第2の光拡散層49bとが互いに対向しながら、それぞれ円周方向に亘ってリング状に設けられている。
The
第1の光拡散層49a及び第2の光拡散層49bとしては、耐熱性及び耐久性に優れた、例えばシリコーン樹脂などのバインダ中に高屈折材料からなるガラスフリットなどのフィラーを分散させた光拡散層を好適に用いることができる。そして、この光拡散素子44では、後述する第2の光拡散層49bの拡散力が第1の光拡散層49aの拡散力よりも大きくなるように、第2の光拡散層49bの厚みt2が第1の光拡散層49aの厚みt1よりも大きく(厚く)なっている(t1<t2)。なお、本実施形態では、第1の光拡散層49a及び第2の光拡散層49bとして、屈折率1.4のシリコーン樹脂に屈折率1.56、平均粒径3μmのガラスフリットを分散させた光拡散層を用いた。
As the first
第1の光拡散層49aの厚みt1と第2の光拡散層49bの厚みt2は、5〜40μmの範囲で調整することが好ましい。また、第1の光拡散層49aと第2の光拡散層49bとの間の距離については、回転板48を挟んで第1の光拡散層49aと第2の光拡散層49bとが一体的に配置する場合、この回転板48の厚みによって適宜調整することができる。この場合、回転板48の厚みは、0.3〜1mmの範囲で調整することが好ましい。
The thickness t 1 of the first
駆動モータ50は、回転板48を円周方向に回転させることによって、青色光Bの第1の光拡散層49aに対する照射位置と、第2の光拡散層49bに対する照射位置とを変動させる。これにより、青色光Bの光拡散効果を高めると共に、光拡散素子44の放熱効果も高めることが可能である。そして、この光拡散素子44で拡散された青色光Bは、後側の集光光学系43Bに入射する。
The
後側の集光光学系43Bは、光拡散素子44によって拡散された青色光Bをインテグレーター光学系45に向かって集光させるものであり、少なくとも1枚以上の集光レンズ43dからなる。そして、後側の集光光学系43Bにより集光された青色光Bは、インテグレーター光学系45に入射する。
The rear condensing
インテグレーター光学系45は、青色光Bの輝度分布(照度分布)を均一化するものであり、例えばレンズアレイ45a及びレンズアレイ45bからなる。これらレンズアレイ45a及びレンズアレイ45bは、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。また、インテグレーター光学系45としては、このようなレンズアレイ45a及びレンズアレイ45bに限らず、例えばロッドインテグレーターなどを用いてもよい。そして、このインテグレーター光学系45を通過することにより輝度分布が均一化された青色光Bは、偏光変換素子46に入射する。
The integrator
偏光変換素子46は、青色光Bの偏光方向を揃えるものであり、例えば偏光分離膜と位相差板とを組み合わせたものからなる。そして、この偏光変換素子46を通過することにより偏光方向が揃えられた青色光Bは、重畳光学系47に入射する。
The polarization conversion element 46 aligns the polarization direction of the blue light B, and is composed of, for example, a combination of a polarization separation film and a retardation plate. Then, the blue light B whose polarization direction is aligned by passing through the polarization conversion element 46 enters the superimposing
重畳光学系47は、インテグレーター光学系45から射出される複数の光束を、光変調装置等の被照明領域の上で互いに重畳させるものであり、少なくとも1枚以上の重畳レンズ47aからなる。青色光Bは、この重畳光学系47により重畳されることによって、その輝度分布(照度分布)が均一化されると共に、その光線軸周りの軸対称性が高められる。そして、この重畳光学系47により重畳された青色光Bは、図1に示す第3の全反射ミラー9cに入射する。
The superimposing
以上のような構成を有する第2の照明装置4では、第2の照明光として、均一な輝度分布(照度分布)を有するように調整された青色光Bを図1に示す第3の全反射ミラー9cに向かって射出することができる。
In the second illuminating device 4 having the above-described configuration, the third total reflection shown in FIG. 1 is the blue light B adjusted to have a uniform luminance distribution (illuminance distribution) as the second illumination light. The light can be emitted toward the
なお、第2の照明装置4は、図3に示す構成に必ずしも限定されるものではなく、例えば、コリメーター光学系42と前側の集光光学系43Aとの間の光路中に、青色光Bのスポット径を調整するアフォーカル光学系や、青色光Bの強度分布を均一な状態(いわゆるトップハット分布)に変換するホモジナイザー光学系などを配置した構成とすることも可能である。
Note that the second illumination device 4 is not necessarily limited to the configuration shown in FIG. 3. For example, blue light B is included in the optical path between the collimator
ところで、第2の照明装置4は、本発明を適用した照明装置の一例であり、第2の光拡散層49bの拡散力が第1の光拡散層49aの拡散力よりも大きくすることによって、スペックルの発生を抑制することが可能となっている。
By the way, the 2nd illuminating device 4 is an example of the illuminating device to which this invention is applied, By making the diffusing power of the 2nd light-
具体的に、第2の照明装置4が備える光拡散素子44では、図5に示すように、第1の光拡散層49aの拡散力を比較的小さくすることで、第1の光拡散層49aによる後方散乱を減らすことができる。
Specifically, in the
また、光拡散素子44では、前側の集光光学系43Aの焦点位置に第2の光拡散層49aが配置されている。これにより、第1の光拡散層49aに入射する青色光Bのスポット径よりも、第2の光拡散層49bから射出する青色光Bのスポット径を小さくすることができる。第2の光拡散層49bから射出する青色光Bのスポット径は第1の光拡散層49aの拡散力によって調整することができる。第1の光拡散層49aの拡散力が小さいほど、第2の光拡散層49bから射出する青色光Bのスポット径が小さくなる。また、第1の光拡散層49aを設けない場合と比較して、青色光Bの第2の光拡散層49bへの入射角が全体として小さくなる。そのため、青色光Bの第2の光拡散層49bにおける後方散乱光の強度が小さくなる。その結果、青色光Bの全光線透過率を高めることができる。
In the
さらに、第2の光拡散層49bにより拡散された青色光Bのスポット径の拡がり角(拡散角度)が、後側の集光光学系43Bで飲み込めなくなるほど、必要以上に大きくなることがないため、第2の光拡散層49bにより拡散された青色光Bの利用効率を高めることができる。
Furthermore, the spread angle (diffusion angle) of the spot diameter of the blue light B diffused by the second
さらに、第1の光拡散層49aと第2の光拡散層49bとは互いに間隔をおいて設けられているため、当該間隔を調整することにより、第1の光拡散層49aによる後方散乱に影響を与えることなく第2の光拡散層49bから射出する青色光Bのスポット径を調整することができる。
Further, since the first
以上のようにして、第2の照明装置4では、従来のような後方散乱の割合が増加することによる拡散光の全光線透過率の低下を防ぎつつ、前側の集光光学系43Aにより集光された青色光Bを光拡散素子44によって大きく拡散させることができる。
As described above, in the second illuminating device 4, the light is condensed by the front-side condensing
したがって、この第2の照明装置4では、スペックルの発生を抑制することができ、その結果、スペックルの発生による表示品質の低下(いわゆるスペックルノイズ)を低減することが可能となる。また、プロジェクター1では、第2の照明装置4を備えることによって、画像品質に優れた表示を行うことが可能となる。 Therefore, in this 2nd illuminating device 4, generation | occurrence | production of a speckle can be suppressed, As a result, it becomes possible to reduce the display quality fall (what is called speckle noise) by generation | occurrence | production of a speckle. In addition, the projector 1 can display with excellent image quality by including the second illumination device 4.
なお、第2の照明装置4では、第2の光拡散層49bの拡散力が第1の光拡散層49aの拡散力よりも大きくなるように、第2の光拡散層49bの厚みt2が第1の光拡散層49aの厚みt1よりも大きく(厚く)なっている(t1<t2)。
In the second lighting device 4, the thickness t2 of the second
これに対して、第1の光拡散層49aの厚みt1と第2の光拡散層49bの厚みt2に因らずに、上述したバインダ中に分散されるフィラーの濃度を調整することによって、第1の光拡散層49aの拡散力及び第2の光拡散層49bの拡散力を適宜調整することも可能である。例えば、第1の光拡散層49aとして、80質量部のシリコーン樹脂に20質量部のガラスフリットを分散させたものを用い、第2の光拡散層49bとして、50質量部のシリコーン樹脂に50質量部のガラスフリットを分散させたものを用いることができる。
In contrast, irrespective of the thickness t 1 of the first
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも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、上記実施形態では、第1の光拡散層49a及び第2の光拡散層49bとして、バインダ中にフィラーを分散させたものを用いたが、それに限らず、例えばガラス基板の表面に形成された凹凸面を光拡散層として用いてもよい。
In addition, this invention is not necessarily limited to the thing of the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the above-described embodiment, the first
また、第1の照明装置2,第2の照明装置4が備える光源については、半導体レーザー21a及び半導体レーザー41aを複数配列したアレイ光源21及びアレイ光源41を例示したが、このような構成に限らず、1つの光源からなるものであってもよい。さらに、光源としては、上述した半導体レーザー21a及び半導体レーザー41aを好適に用いることができるが、例えば発光ダイオード(LED)などの固体発光素子を用いてもよい。
In addition, as for the light sources included in the first illumination device 2 and the second illumination device 4, the array
また、上記実施形態では、光変調装置5R,光変調装置5G,光変調装置5Bを備えるプロジェクター1を例示したが、1つの光変調装置でカラー映像(画像)を表示するプロジェクターに適用することも可能である。さらに、光変調装置としては、上述した液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイス(DMD:米国テキサスインツルメンツ社の登録商標)などを用いることもできる。
Moreover, in the said embodiment, although the projector 1 provided with the
1…プロジェクター 2…第1の照明装置 3…色分離光学系 4…第2の照明装置 5R,5G,5B…光変調装置 6…合成光学系 7…投射光学系 8…ダイクロイックミラー 9a…第1の全反射ミラー 9b…第2の全反射ミラー 9c…第3の全反射ミラー 10R,10G,10B…フィールドレンズ 21…アレイ光源 21a…半導体レーザー 22…コリメーター光学系 23…偏光分離素子 24…集光光学系 25…蛍光発光素子 26…インテグレーター光学系 27…偏光変換素子 28…重畳光学系 29…蛍光体層 30…反射膜 31…回転板(基材) 32…駆動モータ 41…アレイ光源 41a…半導体レーザー 42…コリメーター光学系 43A…前側の集光光学系 43B…後側の集光光学系 44…光拡散素子 45…インテグレーター光学系 46…偏光変換素子 47…重畳光学系 48…回転板(透光性基材) 49a…第1の光拡散層 49b…第2の光拡散層 50…駆動モータ SCR…スクリーン BL…励起光 Y…蛍光光(黄色光) R…赤色光 G…緑色光 B…青色光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Projector 2 ...
Claims (8)
前記光源から射出された光が入射する集光光学系と、
前記集光光学系により集光された光が入射する第1の光拡散層と、
前記第1の光拡散層からの光が入射する第2の光拡散層と、を備え、
前記第1の光拡散層と前記第2の光拡散層とは、所定の回転軸の周りに回転可能な透光性基材の光入射面側と光射出面側とに互いに間隔をおいて対向しながら、それぞれ円周方向に亘って設けられ、
前記第2の光拡散層の拡散力が前記第1の光拡散層の拡散力よりも大きいことを特徴とする照明装置。 A light source;
A condensing optical system on which light emitted from the light source is incident;
A first light diffusion layer on which light collected by the condensing optical system is incident;
A second light diffusion layer on which light from the first light diffusion layer is incident,
The first light diffusing layer and the second light diffusing layer are spaced apart from each other on the light incident surface side and the light emitting surface side of the translucent substrate that can rotate around a predetermined rotation axis. While facing each other, provided in the circumferential direction,
The illuminating device characterized in that the diffusing power of the second light diffusing layer is larger than that of the first light diffusing layer.
前記光源から射出された光が入射する集光光学系と、A condensing optical system on which light emitted from the light source is incident;
前記集光光学系により集光された光が入射する第1の光拡散層と、A first light diffusion layer on which light collected by the condensing optical system is incident;
前記第1の光拡散層からの光が入射する第2の光拡散層と、を備え、A second light diffusion layer on which light from the first light diffusion layer is incident,
前記第1の光拡散層は第1の拡散力を有し、The first light diffusion layer has a first diffusion power;
前記第2の光拡散層は第2の拡散力を有し、The second light diffusion layer has a second diffusion power;
前記第2の拡散力は前記第1の拡散力よりも大きく、The second diffusing power is greater than the first diffusing power;
前記集光された光は、前記第1の光拡散層によって、前記第2の拡散力よりも弱い前記第1の拡散力をもって拡散された後、前記第2の光拡散層によって、前記第1の拡散力よりも強い前記第2の拡散力をもって拡散されることを特徴とする照明装置。The condensed light is diffused by the first light diffusion layer with the first diffusion force weaker than the second diffusion force, and then the first light diffusion layer causes the first light diffusion layer to diffuse the first light. The illuminating device is diffused with the second diffusing force stronger than the diffusing force of.
前記照明光を画像情報に応じて変調した画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系とを備え、
前記照明装置として、請求項1〜7の何れか一項に記載の照明装置を用いることを特徴とするプロジェクター。 An illumination device that emits illumination light;
A light modulation device for forming image light obtained by modulating the illumination light according to image information;
A projection optical system for projecting the image light,
As the lighting device, a projector, which comprises using a lighting device according to any one of claims 1-7.
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