JP7086518B2 - Light source optical system and projection type display device using this - Google Patents
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Description
本発明は、光源光学系およびこれを用いた投射型表示装置に関する。 The present invention relates to a light source optical system and a projection type display device using the same.
近年、高出力レーザーダイオード(以後、LD)から発する光束を励起光として蛍光体に照射し、波長変換された蛍光光を光源光として用いるプロジェクターが開発されている。このようなプロジェクターではLDの個数を増やしたり、出力を上げたりすることによりプロジェクターとしての明るさを上げることが可能である。 In recent years, projectors have been developed in which a phosphor is irradiated with a luminous flux emitted from a high-power laser diode (hereinafter, LD) as excitation light, and wavelength-converted fluorescent light is used as a light source. In such a projector, it is possible to increase the brightness of the projector by increasing the number of LDs or increasing the output.
しかしながら、蛍光体への入射光の強度を高めると、蛍光体面上の集光スポットの光密度が高くなりすぎて光変換効率が下がってしまうおそれがある。 However, if the intensity of the incident light on the phosphor is increased, the light density of the focused spot on the phosphor surface becomes too high, and the light conversion efficiency may decrease.
このような問題を解決する技術として特許文献1に記載の技術が知られている。特許文献1は、複数のLDからの光束を圧縮する光学系の後に2枚のフライアイレンズを設けることで蛍光体上に形成される集光スポットの光密度を均一にする構成を開示している。
The technique described in
前述の特許文献1に提示されていない問題として各LD自身が持つばらつきの影響がある。具体的には、LDの出力光の平行度はものによってばらつくことがある。このため、前述の特許文献1に記載の構成における第2のフライアイレンズ付近に形成される光源像は第2のフライアイレンズのうち所定のレンズセルからはみ出て隣のレンズセルに入ってしまう場合がある。その結果、後段の光学素子でけられてしまう光の量が増大し、光利用効率が低下してしまうおそれがある。
As a problem not presented in the above-mentioned
さらに、隣のレンズセルにはみ出てしまうことを抑制するために光源像に対してレンズセルを大きくしすぎると、光学系が大型化してしまうため好ましくない。 Further, if the lens cell is made too large with respect to the light source image in order to prevent it from protruding into the adjacent lens cell, the optical system becomes large, which is not preferable.
そこで、本発明は、光利用効率の低下と大型化を抑制することが可能な光源光学系およびこれを用いた投射型表示装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a light source optical system capable of suppressing a decrease in light utilization efficiency and an increase in size, and a projection type display device using the same.
上記の目的を達成するために、本発明の光源光学系は、
光源からの光束を波長変換素子に導く光源光学系であって、
前記光源側の面が複数の第1のレンズ面を備える第1のレンズ面アレイであり、前記波長変換素子の側の面が複数の第2のレンズ面を備え、前記第1のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子に導く第2のレンズ面アレイであるレンズアレイと、
前記第2のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子の方向に導くとともに、前記波長変換素子からの光束を前記光源とは異なる方向に導く導光素子と、を備え、
前記第2のレンズ面の短手方向を第1の方向とし、前記第2のレンズ面の長手方向を第2の方向とするとき、前記第1のレンズ面によって前記第1のレンズ面アレイと前記波長変換素子との間に形成される光源像の前記第2の方向の幅は、前記光源像の前記第1の方向の幅よりも広いことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the light source optical system of the present invention is used.
A light source optical system that guides the luminous flux from a light source to a wavelength conversion element.
The surface on the light source side is a first lens surface array having a plurality of first lens surfaces, and the surface on the side of the wavelength conversion element is provided with a plurality of second lens surfaces, and the first lens surface array is provided. A lens array , which is a second lens surface array that guides the luminous flux from the wavelength conversion element to the wavelength conversion element.
It is provided with a light guide element that guides the light flux from the second lens surface array in the direction of the wavelength conversion element and guides the light flux from the wavelength conversion element in a direction different from that of the light source.
When the lateral direction of the second lens surface is the first direction and the longitudinal direction of the second lens surface is the second direction, the first lens surface and the first lens surface array are used. The width of the light source image formed between the light source image and the light source image in the second direction is wider than the width of the light source image in the first direction.
本発明によれば、光利用効率の低下と大型化を抑制することが可能な光源光学系およびこれを用いた投射型表示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a light source optical system capable of suppressing a decrease in light utilization efficiency and an increase in size, and a projection type display device using the same.
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、本発明は後述の実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be exemplified with reference to the drawings. However, the relative arrangement of the components described in this embodiment should be appropriately changed depending on the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions. That is, the present invention is not limited to the embodiments described later, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist thereof.
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
〔第1実施例〕
(光源光学系および光源装置の構成)
図1は、本発明の第1実施例としての光源装置の構成を示す図である。図1において、第2フライアイレンズ62の短手方向をx軸方向(第1の方向)とし、長手方向をy軸方向(第2の方向)とし、x軸方向およびy軸方向に直交する方向をz軸方向としている。
[First Example]
(Structure of light source optical system and light source device)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a light source device as a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the lateral direction of the second fly-
本実施例で示す光源光学系は、放物面ミラーアレイ3、平面ミラー4、凹レンズ5を有する導光光学系を備えている。さらに光源光学系は、第1のレンズ面アレイとしての第1のフライアイレンズ61、第2のレンズ面アレイとしての第2のフライアイレンズ62と、導光素子としてのダイクロイックミラー7と、集光光学系としての集光レンズユニット8を備えている。
The light source optical system shown in this embodiment includes a light guide optical system having a
そして、本実施例で示す光源装置は、前述の光源光学系に加えて、光源1、コリメータレンズ2、蛍光体9を備えており、蛍光体9が反射した蛍光光を集光レンズユニット8が取込んで平行光化して不図示の照明光学系へ導く構成となっている。
The light source device shown in this embodiment includes a
(光源1から照明光学系までの光路)
光源1は青色光を発するLDである。光源1から射出された光束は発散光束であり、光源1からの光束の進行方向には光源1と同数のコリメータレンズ2が設けられている。コリメータレンズ2は正のパワーを有するため光源1からの発散光束はコリメータレンズ2によって平行光束となる。
(Optical path from
The
ここで、光源1の詳細な構成について図2を用いて説明する。図2は本実施例で光源1として用いるLDの構成を示す模式図である。図2(a)は図1と同じxz断面についてその内部構造を描いた図である。
Here, the detailed configuration of the
LDはそのパッケージ11の内部にダブルヘテロ構造の光学半導体を備えている。この光学半導体は複数のクラッド層12が活性層13を挟む構造になっており、電界が加えられることにより原子が活性化されて誘導放射を行い、活性層13内で共振状態になった光が、ハーフミラーとなっている側のへき開面から放射される。14は光が放射される側のへき開面であり、光源としての発光分布(発光面)14Aはへき開面14に沿った形状となる。
The LD includes an optical semiconductor having a double heterostructure inside the
図2(b)は光源1のyz断面の模式図であり、図2(c)は光源1のxy断面における模式図である。図2(b)および図2(c)は、前述のように光源の発光分布がへき開面14に沿ってy方向に細長く伸びた形状であることを示している。
FIG. 2B is a schematic diagram of the yz cross section of the
本実施例では、光源の発光分布の長手方向がy軸方向と平行になるように光源1を配置している。このように配置することで光源1からの光束の偏光方向がy軸方向と平行となり、その方向は放物面ミラーアレイ3や平面ミラー4などの反射面に対してS偏光の方向となる。一般にS偏光はP偏光よりも反射率が高いため、本実施例で示す光源光学系のようにある断面において反射を繰り返す系においては、光源1の発光分布はy軸方向と平行であることが好ましい。
In this embodiment, the
言い換えれば、正レンズとしてのコリメータレンズ2の光軸と、コリメータレンズ2からの光束を反射する反射面の法線とに平行な面を基準面とする。このとき、光源1の基準面における放射角は、コリメータレンズ2の光軸を含み基準面と直交する面における光源1の放射角よりも小さい。なお、ここでいう放射角とは光源1からの光束の強度分布のうち最大強度の50%の強度となる発散角のことをいう。
In other words, the plane parallel to the optical axis of the
コリメータレンズ2を射出した後の複数の光束はz軸方向に向けて進行したのち放物面ミラーアレイ3によって互いの距離を縮めながら平面ミラー4へ向かう。平面ミラー4によって反射された光束は凹レンズ5に入射する。凹レンズ5は、その焦点位置を放物ミラーアレイ3の焦点と共有しているため、凹レンズ5は平行光束として光束を射出する。
After ejecting the
凹レンズ5を射出した平行光束は、第1のフライアイレンズ61に入射し、複数の光束に分割される。第2のフライアイレンズ62を射出した分割光束は、ダイクロイックミラー7により反射されて集光レンズユニット8に向かう。ダイクロイックミラー7は第2のフライアイレンズ62からの光束を反射する必要最小限の大きさになっており、その表面には光源1からの青色光は反射するが、後述の蛍光光の波長は透過する特性の誘電体多層膜(ダイクロイック膜)がコーティングされている。
The parallel light flux emitted from the
ダイクロイックミラー7で反射された分割光束は正のパワーを有する集光レンズユニット8によって蛍光体9上に集光および重畳される。その結果、蛍光体9上に集光スポットが形成される。蛍光体9上に形成される集光スポットは、第1のフライアイレンズ61の各レンズセルと共役であるため、矩形で均一な分布になっている。
The divided light beam reflected by the dichroic mirror 7 is focused and superimposed on the
蛍光体9に入射した光束の一部は赤色および緑色のスペクトルを主とする蛍光光に変換されて反射されるとともに、一部は変換されずにまま青色光のまま反射される。すなわち、蛍光体9は、光源からの光束の一部の波長を変換する波長変換素子である。反射された赤、緑、青の3原色で構成される白色光束は再び集光レンズユニット8によって平行光化され照明光学系に向かう。
A part of the light flux incident on the
以上の構成および光路によって、照明光学系に白色光束を導くことができる。 With the above configuration and optical path, a white luminous flux can be guided to the illumination optical system.
(光利用効率が低下する理由)
前述のように凹レンズ5からの平行光束は第1のフライアイレンズ61が備える複数の第1のレンズセル(第1のレンズ面)61Aによって複数の光束に分割される。そして、この複数の光束は第2のフライアイレンズ62が備える複数の第2のレンズセル(第2のレンズ面)62Aのうち対応するレンズセルに導かれる。この結果、第2フライアイ62の各レンズセルには光源1の光源像14´が形成される。より詳細には、第2のレンズセル62Aの光軸方向視において、光源像14´は第2のレンズセル62Aの内側に形成されている。さらに、光源像14´の第1の方向の幅は第2のレンズセル62Aの第1の方向の幅よりも狭く、光源像14´の第2の方向の幅は第2のレンズセル62Aの第2の方向の幅よりも狭い。
(Reason for reduced light utilization efficiency)
As described above, the parallel light flux from the
この光源像が対応したレンズセルとは違うレンズセルに入射した場合、対応したレンズセルとは違うレンズセルに入射した光束の分だけ蛍光体9上に形成される集光スポットが大きくなってしまう。蛍光体9上の集光スポットが大きくなることは、後述の照明光学系200中の第3のフライアイレンズ18a及び第4のフライアイレンズ18bにとって光源の発光点が大きくなることに等しい。
When this light source image is incident on a lens cell different from the corresponding lens cell, the focused spot formed on the
蛍光体9上の集光スポットを大きくした光束は、第4のフライアイレンズ18bが備える複数のレンズセルのうち対応するレンズセルからはみ出て対応するレンズセルとは違うレンズセルに入射するおそれがある。その結果、第4のフライアイレンズ18bからの光束のうち一部は後段の光学素子でけられてしまったり、後述の液晶パネル25の外側に導かれてしまったりする。つまり、このように有効に利用されない光束が増加してしまって光利用効率が低下してしまう。
The luminous flux having a large light-collecting spot on the
(光源像と第2のレンズセルとの関係)
そこで、本発明の各実施例においては、第2のレンズセルを、第2のレンズセルの長手方向と光源像の長手方向とが一致するような形状にした。言い換えれば、第2のレンズセルの短手方向を第1の方向とし、第2のレンズセルの長手方向を第2の方向とする。このとき、第1のレンズセルによって第1のフライアイレンズ61と蛍光体9との間に形成される光源像の第2の方向の幅は光源像の第1の方向の幅よりも広い。
(Relationship between the light source image and the second lens cell)
Therefore, in each embodiment of the present invention, the second lens cell is shaped so that the longitudinal direction of the second lens cell and the longitudinal direction of the light source image coincide with each other. In other words, the lateral direction of the second lens cell is the first direction, and the longitudinal direction of the second lens cell is the second direction. At this time, the width of the light source image formed between the
具体的には、図3(b)に示すように、第2のレンズセル62Aの長手方向がy軸方向であり、光源像14´の長手方向もy軸方向となっている。このような構成にすることで前述の光利用効率の低下を抑制することができる。さらに、図3(a)に示すように第2のレンズセル62Aを正方形にして光源像14´に対して充分に大きな形状とすることによる第2のフライアイレンズ62の大型化を抑制することが可能となる。
Specifically, as shown in FIG. 3B, the longitudinal direction of the
(第1のフライアイレンズ61と第2のフライアイレンズ62の構成)
次に、本実施例における第1のフライアイレンズ61および第2のフライアイレンズ62の詳細な構成について図4を用いて説明する。
(Structure of the first fly-
Next, the detailed configuration of the first fly-
図4は本実施例における第1および第2のフライアイレンズ61、62を拡大して図示したものである。図4(a)は図1と同じxz断面を図示したものであり、yz断面を図4(b)に、xy断面を図4(c)に図示した。
FIG. 4 is an enlarged view of the first and
図4に示すように、本実施例においてはx軸方向に光束を圧縮する一方、y軸方向においては光束を圧縮していない。言い換えれば、第2のフライアイレンズ62の第1の方向の幅は、第1のフライアイレンズ61の第1の方向の幅よりも狭い。そして、第2の方向において第2のフライアイレンズ62の幅と第1のフライアイレンズ61の幅は等しい。
As shown in FIG. 4, in this embodiment, the luminous flux is compressed in the x-axis direction, but the luminous flux is not compressed in the y-axis direction. In other words, the width of the second fly-
このような構成にする理由は次の通りである。前述のようにダイクロイックミラー7は光源1からの青色光を反射して蛍光体9に導く特性を有しており、蛍光体9はダイクロイックミラー7を介した光源1からの青色光の一部を緑色光および赤色光を含む蛍光光に変換して蛍光光と非変換光を発する。ダイクロイックミラー7に入射した非変換光は後段の照明光学系には導かれず、光源1側へ戻ってしまう。つまり、ダイクロイックミラー7が大きいほど光利用効率が低下してしまう。
The reason for such a configuration is as follows. As described above, the dichroic mirror 7 has a property of reflecting the blue light from the
そこで、本実施例においては前述のようにx方向に光束を圧縮して第2のフライアイレンズ62の第1の方向の幅を第1のフライアイレンズ61の第1の方向の幅よりも小さくしている。これにより、x方向に光束を圧縮しない場合と比べてダイクロイックミラー7の幅を第2のフライアイレンズ62の幅に合わせて小さくすることが可能となる。
Therefore, in this embodiment, as described above, the luminous flux is compressed in the x direction so that the width of the second fly-
つまり、x軸方向においてダイクロイックミラー7の幅と第2のフライアイレンズ62の幅は略等しい。言い換えれば、ダイクロイックミラー7の法線と集光レンズユニット8の光軸とに平行な面(第1の断面)における第2のフライアイレンズ62の光軸と直交する方向を考える。この方向におけるダイクロイックミラー7の幅Wdと、第2のフライアイレンズ62の幅Wf2が、少なくとも0.8<Wd/Wf2<1.2の関係を満たしており、より好ましくは0.9<Wd/Wf2<1.1の関係を満たしている。そして、第1の断面において、第2のフライアイレンズ62の第1の方向の幅Wf2は、第1のフライアイレンズ61の第1の方向の幅Wf1よりも狭くなっている。
That is, the width of the dichroic mirror 7 and the width of the
このように、第1の断面で光束を圧縮することで、第1の断面におけるダイクロイックミラー7のx軸方向の幅を小さくすることができ、光利用効率の低下を抑制しつつ、光源光学系を小型にすることが可能となる。仮に、集光レンズユニット8の光軸と直交する面(yz断面)においてダイクロイックミラー7のy軸方向の幅を小さくした場合、照明光学系に導かれる蛍光体9からの非変換光が増えることによる光利用効率の低下を抑制することは可能となる。
In this way, by compressing the luminous flux in the first cross section, the width of the dichroic mirror 7 in the first cross section in the x-axis direction can be reduced, and the light source optical system can suppress the decrease in light utilization efficiency. Can be made smaller. If the width of the dichroic mirror 7 in the y-axis direction is reduced on the plane (yz cross section) orthogonal to the optical axis of the
しかしながら、この場合にはダイクロイックミラー7と集光レンズユニット8との間の距離を短くすることができない。また、ダイクロイックミラー7のy軸方向の幅を小さくできても集光レンズユニット8の径は変わらないため、光源光学系を充分に小さくすることができない。このため、前述のように図1に示すx軸方向においてダイクロイックミラー7の幅を小さくすることが好ましい。
However, in this case, the distance between the dichroic mirror 7 and the
なお、前述のダイクロイックミラー7の幅Wdは次のように定義してもよい。すなわち、ダイクロイックミラー7が透明基板の一部分にダイクロイック膜を塗布した構成であった場合、ダイクロイック膜が塗布されている領域の幅をWdと定義してもよい。 The width Wd of the above-mentioned dichroic mirror 7 may be defined as follows. That is, when the dichroic mirror 7 has a configuration in which a dichroic film is applied to a part of a transparent substrate, the width of the region to which the dichroic film is applied may be defined as Wd.
また、本実施例における光束圧縮は図4(a)に示す通り、複数の第1のレンズセルの一部及び複数の第2のレンズセルの一部の偏心によって実現されている。具体的には、図4(a)中のz軸方向視において両フライアイレンズの中心にあるレンズセル61C及び62Cとy軸方向の位置が変わらない複数のレンズセルと、x軸方向の位置が変わらない複数のレンズセル以外のレンズセルが偏心している。なお、ここでいう偏心とはレンズセルの光軸方向視において、レンズセルの重心に対してレンズセルの光軸が偏心していることをいう。
Further, as shown in FIG. 4A, the luminous flux compression in this embodiment is realized by the eccentricity of a part of the plurality of first lens cells and a part of the plurality of second lens cells. Specifically, a plurality of lens cells whose positions in the y-axis direction do not change from those of the
偏心によって光束圧縮を行った場合、第2のフライアイレンズ62に形成される光源像が大きくなることはない。ただし偏心量が大きすぎると、球面レンズの場合は傾斜がきつくなり、レンズ形状が維持できないかまたは成形が困難になる場合がある。この際にはレンズセル毎に曲率半径を変化させることで傾斜の度合いを緩和することが可能である。なお、曲率半径の変化は必ずしも回転対称に行われる必要はない。すなわち、偏心量の大きい断面についてのみ曲率半径を緩くすればよく、所謂トーリック面形状とすることも可能である。
When the luminous flux is compressed by the eccentricity, the light source image formed on the
このように第1のレンズセル61Aおよび第2のレンズセル62Aの形状は適宜変更が可能である。第1のレンズセル61Aおよび第2のレンズセル62Aのうち少なくとも一つの曲率半径をその他のレンズセルの曲率半径と異ならせてもよく、前述のように少なくとも一つのレンズセルをトーリックレンズとしてもよい。
As described above, the shapes of the
また、光束圧縮率は以下の条件を満足すると好ましい。 Further, it is preferable that the luminous flux compression rate satisfies the following conditions.
図4(c)に示す第1のレンズセル61Aのx軸方向(第1の方向)の幅をx1とし、y軸方向(第2の方向)の幅をy1とする。さらに、第2のレンズセル62Aのx軸方向の幅をx2とし、y軸方向の幅をy2とする。
The width of the
このとき、光源光学系は、
0.2<x2/x1<0.8
を少なくとも満足することが好ましい。より好ましくは、0.3<x2/x1<0.7を満足し、さらに好ましくは0.4<x2/x1<0.6を満足するとよい。
At this time, the light source optical system is
0.2 <x2 / x1 <0.8
It is preferable to be at least satisfied. More preferably, 0.3 <x2 / x1 <0.7 is satisfied, and more preferably 0.4 <x2 / x1 <0.6 is satisfied.
上記の条件式の下限値を逸脱すると圧縮率が高すぎて第1のレンズセル61Aの偏心量が増大した結果、収差も増大するために好ましくない。一方上限値を逸脱すると圧縮率が低すぎてダイクロイックミラー7を充分に小さくできず、前述の光利用効率の低下を充分に抑制することができないために好ましくない。
If the value deviates from the lower limit of the above conditional expression, the compression rate is too high and the amount of eccentricity of the
なお、y軸方向への圧縮率も考慮すると圧縮率の好ましい範囲は以下のように表現することもできる。すなわち、光源光学系は、
0.1<(x2/y2)/(x1/y1)<0.8
を少なくとも満足することが好ましい。より好ましくは0.2<(x2/y2)/(x1/y1)<0.7を満足し、さらに好ましくは0.3≦(x2/y2)/(x1/y1)≦0.6を満足すると良い。
Considering the compression rate in the y-axis direction, the preferable range of the compression rate can also be expressed as follows. That is, the light source optical system is
0.1 <(x2 / y2) / (x1 / y1) <0.8
It is preferable to be at least satisfied. More preferably, 0.2 <(x2 / y2) / (x1 / y1) <0.7 is satisfied, and more preferably 0.3 ≦ (x2 / y2) / (x1 / y1) ≦ 0.6 is satisfied. Then it is good.
本実施例においては、x2/x1=0.5であり、y2/y1=1.0であるため、
(x2/y2)/(x1/y1)=0.5
となっている。
In this embodiment, x2 / x1 = 0.5 and y2 / y1 = 1.0, so that
(X2 / y2) / (x1 / y1) = 0.5
It has become.
〔第2実施例〕
図5は本発明の第2実施例としての光源光学系における第1のフライアイレンズ61および第2のフライアイレンズ62のxy断面の形状を示す図である。第1のフライアイレンズ61および第2のフライアイレンズ62以外の構成については前述の第1実施例と変わらないので説明を省略する。
[Second Example]
FIG. 5 is a diagram showing the shapes of the xy cross sections of the
本実施例では、第1のフライアイレンズ61がx方向での光束圧縮を行っている点は前述の第1実施例と同様だが、y方向において光束幅を拡張している点で前述の第1実施例と異なる。言い換えれば、第2のフライアイレンズ62の第2の方向の幅は、第1のフライアイレンズ61の第2の方向の幅よりも広い。この結果、第2のレンズセル62Aと光源像14´との関係は図6に示すようになる。
In this embodiment, the first fly-
図6に示すように、本実施例ではy方向において光束幅を拡張しているために、前述の第1実施例と比較してy方向においてはLDのばらつきによる光利用効率の低下をより抑制することが可能となる。 As shown in FIG. 6, since the luminous flux width is expanded in the y direction in this embodiment, the decrease in light utilization efficiency due to the variation in LD is further suppressed in the y direction as compared with the first embodiment described above. It becomes possible to do.
さらに、x方向においては前述の第1実施例と比べて光束幅をより圧縮することで光源像14´のアスペクト比と第2のレンズセル62Aのアスペクト比がほぼ同じになるようにしている。これにより、LDのばらつきによって光源像14´の位置が移動したとしても、x方向とy方向で同等の敏感度特性になっている。さらに、第2のフライアイレンズ62全体の面積は前述の第1実施例と同じにすることで大型化を抑制している。
Further, in the x direction, the aspect ratio of the light source image 14'and the aspect ratio of the
なお、本実施例においては、
(x2/y2)/(x1/y1)=0.3
となっている。
In this embodiment, it should be noted that
(X2 / y2) / (x1 / y1) = 0.3
It has become.
〔第3実施例〕
図7は本発明の第3実施例としての光源光学系における第1のフライアイレンズ61および第2のフライアイレンズ62のxy断面の形状を示す図である。第1のフライアイレンズ61および第2のフライアイレンズ62以外の構成については前述の第1実施例と変わらないので説明を省略する。
[Third Example]
FIG. 7 is a diagram showing the shapes of the xy cross sections of the
本実施例では、前述の第1実施例とは異なり、第1のフライアイレンズ61はx方向での光束圧縮を行わず、その代わりにy方向において光束幅を拡張している。この結果、第2のレンズセル62Aと光源像14´との関係は図8に示すようになる。
In this embodiment, unlike the first embodiment described above, the
図8に示すように、前述の第1実施例に比べて、第2のフライアイレンズ62全体の大きさは大きくなってしまっているが、光源像14´に対して第2のレンズセル62Aの余裕量をより多く確保することができる。このため、前述の第1実施例と比べて本実施例の方がLDのばらつきによる光利用効率の低下をより抑制することが可能となる。その結果、後段の光学系において光がけられてしまうことを抑制するために光学素子を敢えて大きくする必要がなくなり、結果的に光学系の大型化を抑制することが可能となる。
As shown in FIG. 8, the size of the entire second fly-
なお、本実施例においては、
(x2/y2)/(x1/y1)=0.5
となっている。
In this embodiment, it should be noted that
(X2 / y2) / (x1 / y1) = 0.5
It has become.
〔第4実施例〕
図9は本発明の第4実施例に示す光源光学系の構成を示す図である。
[Fourth Example]
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the light source optical system shown in the fourth embodiment of the present invention.
前述の第1実施例と異なる点は、凹レンズ5が省略されており、第1のフライアイレンズ61に平行光束ではなく収束光束が入射する点である。
The difference from the first embodiment described above is that the
第1のフライアイレンズ61が、x方向に光束を圧縮しながら第2のフライアイレンズ62に光を導く点は前述の第1実施例と同様であるが、本実施例においては収束光束が第1のフライアイレンズ61に入射している。このため、平行光束が入射した場合と比べて第1のフライアイレンズ61の各レンズセルの偏心量を減じることができ、より成形しやすいレンズにすることが可能である。
The point that the first fly-
つまり、複数の第1のレンズセル61Aのうち所定のレンズセルの偏心量は、複数の第2のレンズセル62Aのうち上記の所定のレンズセルの偏心量よりも小さい。なお、ここでいう偏心量とは、各レンズセルの光軸方向視において各レンズセルの重心と各レンズセルの光軸との距離である。
That is, the eccentricity of the predetermined lens cell among the plurality of
さらに、凹レンズ5が不要であるため、より小型な光源光学系および光源装置を実現することが可能となる。
Further, since the
〔第5実施例〕
図10は本発明の第5実施例としての光源光学系および光源装置の概略図である。
[Fifth Example]
FIG. 10 is a schematic view of a light source optical system and a light source device as a fifth embodiment of the present invention.
本構成は第1実施例で示した光源装置100を2つ用いて高輝度化を図った例であり、光源装置13からの光束を、複数のレンズ15、合成プリズム16、レンズ17を有する合成光学系によって合成してから不図示の照明光学系に導いている。
This configuration is an example in which two
このとき、第1のフライアイレンズ61が行う光束の圧縮の方向をx軸方向とすることで、光源装置100を複数並べた場合に生じるx軸方向への大型化を抑制することが可能となる。言い換えれば、ダイクロイックミラー7の法線および集光レンズユニット8の光軸に平行な面において、第2のフライアイレンズ62のx軸方向の幅は、第1のフライアイレンズ61のx軸方向の幅よりも狭い。
At this time, by setting the direction of compression of the luminous flux performed by the
〔第6実施例〕
図11は前述の各実施例で示す光源光学系および光源装置を搭載したプロジェクター(投射型表示装置)の構成を示す図である。
[Sixth Example]
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a projector (projection type display device) equipped with the light source optical system and the light source device shown in each of the above-described embodiments.
100は前述の第1実施例で示した光源装置であり、もちろん第1実施例以外の実施例で示した光源装置を用いても良い。
200は光源装置100からの光束を用いて後述の液晶パネル25(光変調素子)を照明する照明光学系である。照明光学系200は、第3のフライアイレンズ18a、第4のフライアイレンズ18b、偏光変換素子19、コンデンサーレンズ20を備えている。
光源装置100からの光束は第3のフライアイレンズ18aによって複数の光束に分割して第4のフライアイレンズ18bと偏光変換素子19との間に光源像を形成する。偏光変換素子19は入射した光束の偏光方向を所定の方向に揃えるように構成されており、偏光変換素子19からの光束はコンデンサーレンズ20によって色分離合成部300に導かれる。
The luminous flux from the
色分離合成部300は、偏光板21、ダイクロイックミラー22、波長選択性位相差板23、赤色用液晶パネル25r、緑色用液晶パネル25g、青色用液晶パネル25bを備えており、各液晶パネル25r、25g、25bをまとめて液晶パネル25とする。さらに、赤色用λ/4板24r、緑色用λ/4板24g、青色用λ/4板24b、第1の偏光ビームスプリッター26a、第2の偏光ビームスプリッター26b、合成プリズム27を備えている。赤色用λ/4板24r、緑色用λ/4板24g、青色用λ/4板24bをまとめてλ/4板24とする。また、色分離合成部300のうち液晶パネル25を除く部分を色分離合成系とする。
The color separation /
偏光板21は偏光変換素子19によって整えられた偏光方向の光のみを透過する偏光板であり、ダイクロイックミラー22によって偏光板21からの光のうち青色光および赤色光は第2の偏光ビームスプリッター26bの方向に導かれる。一方、緑色光は第1の偏光ビームスプリッター26aの方向に導かれる。
The
第1の偏光ビームスプリッター26aおよび第2の偏光ビームスプリッター26bは偏光方向に応じてダイクロイックミラー22からの光を液晶パネル25に導くとともに、液晶パネル25からの光を合成プリズム27へ導くように構成されている。また、λ/4板24は、液晶パネル25での反射による往復においてλ/2の位相差を与えることで、検光効果を高める作用を有する。
The first
合成プリズム27は、第2の偏光ビームスプリッター26aからの青色光および赤色光と、第2の偏光ビームスプリッター26bからの緑色光を合成して投射光学系28へ導く。
The
このような構成により、図11に示すプロジェクターはカラー画像をスクリーン等の被投射面に投射することが可能となる。 With such a configuration, the projector shown in FIG. 11 can project a color image onto a projected surface such as a screen.
なお、図11中の光源装置100が設けられている位置に、光源装置100の代わりに図10に示した光源装置100を複数有する構成を設けてもよい。この場合、図10に示したレンズ17からの平行光束が照明光学系200に入射するようにすればよい。
In addition, a configuration having a plurality of
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, it goes without saying that the present invention is not limited to these examples, and various modifications and modifications can be made within the scope of the gist thereof.
(他の実施形態)
前述の各実施例においては第1のフライアイレンズ61および第2のフライアイレンズ62は別々の光学素子であった。言い換えれば、光源光学系は、光源1側から順に、第1のレンズ面アレイを備える第1のレンズアレイとしての第1のフライアイレンズ61と、第2のレンズ面アレイを備える第2のレンズアレイとしての第2のフライアイレンズ62を備えていた。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, the first fly-
しかしながら、本発明の各実施例は上記の構成に限定されず、図12に示すように第1と第2のフライアイレンズを一つの素子の両面に形成した構成であってもよい。言い換えれば、光源1側の面が第1のレンズ面アレイ61Sであり、蛍光体9側の面が第2のレンズ面アレイ62Sであるマイクロレンズアレイ60を、光源1と蛍光体9との間に備える構成であってもよい。図12に示すように一体成型とすることで両面レンズセルの相対的なズレを最小限に抑えることが出来るため好ましい。
However, each embodiment of the present invention is not limited to the above configuration, and may have a configuration in which the first and second flyeye lenses are formed on both sides of one element as shown in FIG. In other words, the
また、前述の各実施例においては詳細に述べていないが、光源1とコリメータレンズ2は別々の保持部材に保持されていても、同一の保持部材に保持されていてもよい。例えば、8個の光源1と8枚のコリメータレンズ2が一体となったLDバンクを用いても良い。
Further, although not described in detail in each of the above-described embodiments, the
また、前述の各実施例で示した平面ミラー4の代わりにプリズムを用いて放物面ミラーアレイ3からの光束を凹レンズ5に導いても良い。
Further, instead of the planar mirror 4 shown in each of the above-described embodiments, a prism may be used to guide the light flux from the
また、前述の各実施例では第1のフライアイレンズ61によって第2のフライアイレンズ62上に光源像が形成される構成を例示したが、光源像が第2のフライアイレンズ62の近傍に形成されればよい。言い換えれば、光源像は第2のフライアイレンズ62と蛍光体9との間あるいは、第2のフライアイレンズ62とダイクロイックミラー7との間に形成されればよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the configuration in which the light source image is formed on the second fly-
なお、前述の各実施例における光源像の幅は次のように定義してもよい。すなわち、各光源像が形成されている各領域での強度分布における最大強度の所定の割合までの領域の幅を光源像の幅としてもよく、例えば、前述の強度分布における半値全幅を光源像の幅としてもよい。この定義は光源像の長辺方向及び短辺方向の幅の双方に適用してもよい。 The width of the light source image in each of the above-described embodiments may be defined as follows. That is, the width of the region up to a predetermined ratio of the maximum intensity in the intensity distribution in each region in which each light source image is formed may be the width of the light source image. For example, the full width at half maximum in the above-mentioned intensity distribution may be the width of the light source image. It may be a width. This definition may be applied to both the long-side and short-side widths of the light source image.
1 光源
9 蛍光体(波長変換素子)
14´ 光源像
61 第1のフライアイレンズ(第1のレンズ面アレイ)
61A 第1のレンズセル(第1のレンズ面)
62 第2のフライアイレンズ(第2のレンズ面アレイ)
62A 第2のレンズセル(第2のレンズ面)
1
61A 1st lens cell (1st lens surface)
62 Second fly-eye lens (second lens surface array)
62A Second lens cell (second lens surface)
Claims (17)
前記光源側の面が複数の第1のレンズ面を備える第1のレンズ面アレイであり、前記波長変換素子の側の面が複数の第2のレンズ面を備え、前記第1のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子に導く第2のレンズ面アレイであるレンズアレイと、
前記第2のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子の方向へ導くとともに、前記波長変換素子からの光束を前記光源とは異なる方向に導く導光素子と、を備え、
前記第2のレンズ面の短手方向を第1の方向とし、前記第2のレンズ面の長手方向を第2の方向とするとき、前記第1のレンズ面によって前記第1のレンズ面アレイと前記波長変換素子との間に形成される光源像の前記第2の方向の幅は、前記光源像の前記第1の方向の幅よりも広いことを特徴とする光源光学系。 A light source optical system that guides the luminous flux from a light source to a wavelength conversion element.
The surface on the light source side is a first lens surface array having a plurality of first lens surfaces, and the surface on the side of the wavelength conversion element is provided with a plurality of second lens surfaces, and the first lens surface array is provided. A lens array, which is a second lens surface array that guides the luminous flux from the wavelength conversion element to the wavelength conversion element.
A light guide element that guides the light flux from the second lens surface array in the direction of the wavelength conversion element and guides the light flux from the wavelength conversion element in a direction different from that of the light source is provided.
When the lateral direction of the second lens surface is the first direction and the longitudinal direction of the second lens surface is the second direction, the first lens surface and the first lens surface array are used. A light source optical system characterized in that the width of the light source image formed between the wavelength conversion element and the light source image in the second direction is wider than the width of the light source image in the first direction.
前記光源像の前記第1の方向の幅は前記第2のレンズ面の前記第1の方向の幅よりも狭く、前記光源像の前記第2の方向の幅は前記第2のレンズ面の前記第2の方向の幅よりも狭い、ことを特徴とする請求項1に記載の光源光学系。 In the optical axis direction view of the second lens surface, the light source image is formed inside the second lens surface.
The width of the light source image in the first direction is narrower than the width of the second lens surface in the first direction, and the width of the light source image in the second direction is the width of the second lens surface. The light source optical system according to claim 1, wherein the width is narrower than the width in the second direction.
0.2<x2/x1<0.8
を満足することを特徴とする請求項3に記載の光源光学系。 When the width of the first lens surface in the first direction is x1 and the width of the second lens surface in the first direction is x2,
0.2 <x2 / x1 <0.8
The light source optical system according to claim 3, wherein the light source optical system is characterized in that.
前記第2のレンズ面の前記第1の方向の幅をx2とし、前記第2のレンズ面の前記第2の方向の幅をy2とするとき、
0.1<(x2/y2)/(x1/y1)<0.8
を満足することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光源光学系。 The width of the first lens surface in the first direction is x1, and the width of the first lens surface in the second direction is y1.
When the width of the second lens surface in the first direction is x2 and the width of the second lens surface in the second direction is y2.
0.1 <(x2 / y2) / (x1 / y1) <0.8
The light source optical system according to any one of claims 1 to 5, wherein the light source optical system is characterized in that.
前記導光素子の法線と前記集光光学系の光軸とに平行な面を第1の断面とするとき、
前記第1の断面において、前記第2のレンズ面アレイの前記第1の方向の幅は、前記第1のレンズ面アレイの前記第1の方向の幅よりも狭い、ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の光源光学系。 Further provided with a condensing optical system that guides the light flux from the light guide element to the wavelength conversion element and has positive power.
When the plane parallel to the normal of the light guide element and the optical axis of the condensing optical system is defined as the first cross section,
The first cross section is characterized in that the width of the second lens surface array in the first direction is narrower than the width of the first lens surface array in the first direction. The light source optical system according to any one of 1 to 10.
複数の第1のレンズ面を備える第1のレンズ面アレイと、
複数の第2のレンズ面を備え、前記第1のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子に導く第2のレンズ面アレイと、
前記第2のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子の方向へ導くとともに、前記波長変換素子からの光束を前記光源とは異なる方向に導く導光素子と、を備え、
前記第2のレンズ面の短手方向を第1の方向とし、前記第2のレンズ面の長手方向を第2の方向とするとき、前記第1のレンズ面によって前記第1のレンズ面アレイと前記波長変換素子との間に形成される光源像の前記第2の方向の幅は、前記光源像の前記第1の方向の幅よりも広く、
前記第2のレンズ面アレイの前記第2の方向の幅は、前記第1のレンズ面アレイの前記第2の方向の幅よりも広いことを特徴とする光源光学系。 A light source optical system that guides the luminous flux from a light source to a wavelength conversion element.
A first lens plane array with a plurality of first lens planes,
A second lens surface array having a plurality of second lens surfaces and guiding a luminous flux from the first lens surface array to the wavelength conversion element.
A light guide element that guides the light flux from the second lens surface array in the direction of the wavelength conversion element and guides the light flux from the wavelength conversion element in a direction different from that of the light source is provided.
When the lateral direction of the second lens surface is the first direction and the longitudinal direction of the second lens surface is the second direction, the first lens surface and the first lens surface array are used. The width of the light source image formed between the light source image and the light source image in the second direction is wider than the width of the light source image in the first direction.
A light source optical system characterized in that the width of the second lens surface array in the second direction is wider than the width of the first lens surface array in the second direction.
複数の第1のレンズ面を備える第1のレンズ面アレイと、
複数の第2のレンズ面を備え、前記第1のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子に導く第2のレンズ面アレイと、
前記第2のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子の方向へ導くとともに、前記波長変換素子からの光束を前記光源とは異なる方向に導く導光素子と、を備え、
前記第2のレンズ面の短手方向を第1の方向とし、前記第2のレンズ面の長手方向を第2の方向とするとき、前記第1のレンズ面によって前記第1のレンズ面アレイと前記波長変換素子との間に形成される光源像の前記第2の方向の幅は、前記光源像の前記第1の方向の幅よりも広く、
前記複数の第2のレンズ面のうち少なくとも一つは、前記第2のレンズ面の重心に対して光軸が偏心していることを特徴とする光源光学系。 A light source optical system that guides the luminous flux from a light source to a wavelength conversion element.
A first lens plane array with a plurality of first lens planes,
A second lens surface array having a plurality of second lens surfaces and guiding a luminous flux from the first lens surface array to the wavelength conversion element.
A light guide element that guides the light flux from the second lens surface array in the direction of the wavelength conversion element and guides the light flux from the wavelength conversion element in a direction different from that of the light source is provided.
When the lateral direction of the second lens surface is the first direction and the longitudinal direction of the second lens surface is the second direction, the first lens surface and the first lens surface array are used. The width of the light source image formed between the light source image and the light source image in the second direction is wider than the width of the light source image in the first direction.
A light source optical system characterized in that at least one of the plurality of second lens surfaces is eccentric with respect to the center of gravity of the second lens surface.
複数の第1のレンズ面を備える第1のレンズ面アレイと、
複数の第2のレンズ面を備え、前記第1のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子に導く第2のレンズ面アレイと、
前記第2のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子の方向へ導くとともに、前記波長変換素子からの光束を前記光源とは異なる方向に導く導光素子と、を備え、
前記第2のレンズ面の短手方向を第1の方向とし、前記第2のレンズ面の長手方向を第2の方向とするとき、前記第1のレンズ面によって前記第1のレンズ面アレイと前記波長変換素子との間に形成される光源像の前記第2の方向の幅は、前記光源像の前記第1の方向の幅よりも広く、
前記複数の第1のレンズ面および前記複数の第2のレンズ面のうち少なくとも一つはトーリックレンズであることを特徴とする光源光学系。 A light source optical system that guides the luminous flux from a light source to a wavelength conversion element.
A first lens plane array with a plurality of first lens planes,
A second lens surface array having a plurality of second lens surfaces and guiding a luminous flux from the first lens surface array to the wavelength conversion element.
A light guide element that guides the light flux from the second lens surface array in the direction of the wavelength conversion element and guides the light flux from the wavelength conversion element in a direction different from that of the light source is provided.
When the lateral direction of the second lens surface is the first direction and the longitudinal direction of the second lens surface is the second direction, the first lens surface and the first lens surface array are used. The width of the light source image formed between the light source image and the light source image in the second direction is wider than the width of the light source image in the first direction.
A light source optical system, characterized in that at least one of the plurality of first lens surfaces and the plurality of second lens surfaces is a toric lens.
複数の第1のレンズ面を備える第1のレンズ面アレイと、
複数の第2のレンズ面を備え、前記第1のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子に導く第2のレンズ面アレイと、
前記第2のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子の方向へ導くとともに、前記波長変換素子からの光束を前記光源とは異なる方向に導く導光素子と、
前記導光素子からの光束を前記波長変換素子に導くとともに正のパワーを有する集光光学系と、を備え、
前記第2のレンズ面の短手方向を第1の方向とし、前記第2のレンズ面の長手方向を第2の方向とするとき、前記第1のレンズ面によって前記第1のレンズ面アレイと前記波長変換素子との間に形成される光源像の前記第2の方向の幅は、前記光源像の前記第1の方向の幅よりも広く、
前記導光素子の法線と前記集光光学系の光軸とに平行な面を第1の断面とするとき、前記第1の断面において、前記第2のレンズ面アレイの前記第1の方向の幅は、前記第1のレンズ面アレイの前記第1の方向の幅よりも狭いことを特徴とする光源光学系。 A light source optical system that guides the luminous flux from a light source to a wavelength conversion element.
A first lens plane array with a plurality of first lens planes,
A second lens surface array having a plurality of second lens surfaces and guiding a luminous flux from the first lens surface array to the wavelength conversion element.
A light guide element that guides the light flux from the second lens surface array toward the wavelength conversion element and guides the light flux from the wavelength conversion element in a direction different from that of the light source.
It is provided with a condensing optical system that guides the light flux from the light guide element to the wavelength conversion element and has positive power.
When the lateral direction of the second lens surface is the first direction and the longitudinal direction of the second lens surface is the second direction, the first lens surface and the first lens surface array are used. The width of the light source image formed between the light source image and the light source image in the second direction is wider than the width of the light source image in the first direction.
When the plane parallel to the normal of the light guide element and the optical axis of the condensing optical system is the first cross section, the first direction of the second lens plane array in the first cross section. The width of the light source optical system is narrower than the width of the first lens surface array in the first direction.
前記光源からの光束の進行方向に設けられた正レンズと、
前記波長変換素子と、
請求項1乃至16のいずれか一項に記載の光源光学系と、
光変調素子と、
前記光源光学系からの光束を用いて前記光変調素子を照明する照明光学系と、
前記光源光学系からの光束を前記光変調素子に導くとともに、前記光変調素子からの光束を投射光学系に導く色分離合成系と、を備える、ことを特徴とする投射型表示装置。 With the light source
A positive lens provided in the traveling direction of the luminous flux from the light source, and
With the wavelength conversion element
The light source optical system according to any one of claims 1 to 16.
Light modulation elements and
An illumination optical system that illuminates the light modulation element using a luminous flux from the light source optical system, and
A projection type display device comprising: a color separation synthesis system for guiding a light flux from the light source optical system to the light modulation element and a color separation synthesis system for guiding the light flux from the light modulation element to the projection optical system.
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