JPWO2008111275A1 - 照明装置及び画像投写装置 - Google Patents
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Abstract
照明装置は、有効面(31)に入射した照明光を光変調する光変調素子(3)を照明するものであり、面発光光源(12)およびフォトニック結晶体(14)を含む光源装置(1)と、面発光光源(12)の発光面(13)から出射された光束により光変調素子(3)を照明する少なくとも2つの光学素子(21,22)からなる照明光学系(2)とを備えている。照明光学系(2)は、面発光光源(12)の発光面(13)を拡大して、光変調素子(3)の有効面(31)にテレセントリックに結像させる。
Description
本発明は、面発光光源から出射された光束により光変調素子を照明する照明装置、及び、その照明装置を用いた画像投写装置に関する。
従来より、画像投写装置の照明装置として、ランプ光源から出射された光束を、一対のマイクロレンズアレイを透過させて輝度分布を均一化した後、光変調素子を照明するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、クリティカル型の照明光学系によって、略均一な輝度分布を有する面発光光源の発光部の像を光変調素子に結像させるものも知られている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、特許文献1に記載された照明装置では、ランプ光源から出射された光束が不均一な輝度分布を有しているため、この光束の輝度分布を均一化するためのマイクロレンズアレイが必要となり、その結果、照明装置の構成が複雑化する上、マイクロレンズアレイでの光量損失が生じる。また、カラー画像を表示するためには、ランプ光源から出射された光束(白色光)を色分離するための光学素子等が必要となり、照明装置の構成がさらに複雑になる。
また、特許文献2に記載された照明装置では、略均一な輝度分布を有する面発光光源の発光部の像を凸レンズのみで光変調素子に結像させているため、光変調素子を略均一に照明することはできるが、光変調素子に対するテレセントリック性を確保できない(すなわち、光変調素子の有効面の面内位置によって照明光束の入射角が異なる)。このとき、面発光光源から放射される光束が完全拡散面に近い光束分布を有する場合には、光量損失の発生は比較的少ない。これに対し、面発光光源から放射される光束が、発光面の法線方向の光強度が最も強く、法線方向からの角度が大きくなるにつれ急激に光強度が小さくなるような、指向性の高い光束分布を有する場合には、光量損失が大きくなると共に、例えば光変調素子として液晶パネルを用いた場合、液晶パネルの変調特性が入射角に依存するため、液晶パネルの出射光束(光変調された映像光)が不均一になり、画質の低下を招く。
また、特許文献2に記載された照明装置において、ある程度のテレセントリック性を確保しようとすると、凸レンズと液晶パネルとの距離を長くする必要があり、照明装置が大型化する。
一方、光変調素子として反射型のDMD(Digital Micro−Mirror Device)等を使用した場合、一般に、上述したテレセントリック性の欠如による出射光束の不均一の問題は生じない。しかしながら、上述した指向性の高い光束分布を有する面発光光源を用いた場合、面発光光源から出射された光束のうち、発光面の法線方向に出射された主光線は、凸レンズで一旦収束された後、発散した状態で光変調素子に入射する(後述の図2参照)。そのため、光変調素子の出射光束の主光線も、発散状態で投写光学系に向かうことになる。このような発散状態の出射光束を光量損失なく投写光学系に入射させるためには、投写光学系を大型化しなければならない。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡単な構成で、光量損失を抑制でき、均一な照明が可能な照明装置及び画像投写装置を提供することにある。
本発明に係る照明装置は、有効領域に入射した照明光を光変調する光変調素子を照明する照明装置であって、面発光光源を含む(好ましくは、更にフォトニック結晶体を含む)光源装置と、面発光光源から出射された光束により光変調素子を照明する、少なくとも2つの光学素子を有する照明光学系とを備えて構成される。さらに、照明光学系は、面発光光源の発光面の像を拡大して、光変調素子の有効面に(好ましくは、テレセントリックに)結像させるよう構成されている。
本発明に係る照明装置によれば、簡単な構成で、均一に光変調素子を照明することができ、装置の大型化や光量損失の低下を抑制することができる。また、この照明装置を画像投写装置に適用することで、映像光の不均一を解消し、高画質な画像を提供することができる。
1,1R,1G,1B,101,102,103 光源装置、 2 照明光学系、 3 光変調素子、 4 投写光学系、 5 光拡散素子、 11 回路基板、 12 固体光源、 13 発光面、 14 フォトニック結晶体、 21,21R,21G,21B 第1の光学素子、 22 第2の光学素子、 31 有効面、 P1,P2 瞳位置、 CR4,CR5,CR6,CR7 主光線、 M1,M2,M11,M12,M13 ダイクロイックミラー、 LR,LG,LB 光線。
実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態1に係る照明装置について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る照明装置の構成及びその光路を示す図である。この照明装置は、光変調素子3(被照明体)を照明するものであり、光源装置1と、照明光学系2とを有している。
以下、本発明の実施の形態1に係る照明装置について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る照明装置の構成及びその光路を示す図である。この照明装置は、光変調素子3(被照明体)を照明するものであり、光源装置1と、照明光学系2とを有している。
光源装置1は、例えば赤色、青色、緑色又は白色等の光束を出射するLED(発光ダイオード)チップ等の固体光源(面発光光源)12を、電源回路等を備えた回路基板11に実装したものである。固体光源12は、回路基板11と反対の側に、矩形の発光面13を有している。固体光源12は、回路基板11を通じて電源から電力の供給を受けることにより、発光面13の全面から略均一に光を出射する。発光面13の出射側に近接して、フォトニック結晶体14が設けられている。
フォトニック結晶体14は、屈折率の異なる誘電体材料を波長オーダーの周期で配列した構造を有する。フォトニック結晶体14としては、3次元的な屈折率分布を持つ3次元フォトニック結晶や、2次元的な屈折率分布を持つ2次元フォトニック結晶などがあり、リソグラフィーやエッチングにより製作することができる。
フォトニック結晶体14が有する周期的な屈折率分布によって、屈折率分布の周期と同程度の波長を持つ光の存在が不可能となるフォトニックバンドギャップ(禁制帯)が形成される。その結果、ある特定範囲の波長を有する光を閉じ込め、或いは、進行方向を変化させるなど、光を自在に制御することができる。
発光ダイオードのような一般的な面発光光源から放射される光束は、完全拡散面に近い光束分布を有する。図2は、完全拡散面から放射される光の光束分布を模式的に示す図である。発光面13の法線方向の光束をΦとし、発光面13の法線と光の放射方向とのなす角度を放射角θとすると、放射角θの光束は、Φ・cosθと表される。
図3に、本実施の形態における面発光光源(固体光源12)から放射される光の光束分布を模式的に示す。図2との相違点は、発光面13の近傍(出射側)に、平面状のフォトニック結晶体14を、発光面13と平行に配置している点である。フォトニック結晶体14は、発光面13から放射された光束が入射し、その光束分布を制御することにより、フォトニック結晶体14を出射する光束の、発光面13すなわちフォトニック結晶体14の出射面の法線方向の放射成分をより多くするため、フォトニック結晶体14から出射される光束に高い指向性を持たせることができる。
図1に示すように、照明光学系2は、第1の光学素子21と第2の光学素子22とからなり、光源装置1の発光面13から出射された光束を、光変調素子3に照射する。より詳細には、第1の光学素子21は、発光面13から大きな広がり角を持って出射(放射)された光束を略コリメート化する。第2の光学素子22は、第1の光学素子21によりコリメート化された光束を、光変調素子3の有効面31に集光させる。照明光学系2はクリティカル照明系であり、固体光源12の発光面13と光変調素子3の有効面31とは、照明光学系2に関して共役な関係となっており、結像倍率は負となっている。
光変調素子3は、透過型若しくは反射型の液晶パネル、又はDMD(Digital Micro−Mirror Device)により構成されており、多数の画素が二次元的に配列された有効面31を有している。光変調素子3は、照明光学系2によって有効面31に照射された光束を映像信号に応じて画素毎に二次元的に強度変調することにより、映像光(画像光)を生成する。
図1において、符号CR1は、光源装置1の発光面13から、当該発光面13の法線方向に出射される光(主光線)を示す。符号CR2は、上記の主光線CR1が、照明光学系2の作用を受け、光変調素子3の有効面31に入射する際の光(主光線)を示す。主光線CR1は、照明光学系2の第1の光学素子21により収束されて互いに交わる。
一般に、光学系を構成する全ての光学素子が回転対称性を有しており、それらの光学素子の回転対称軸が一直線上に配置されている場合には、その直線を光軸といい、瞳位置は、近軸計算において主光線と光軸とが交わる位置と定義される。しかしながら、光源装置1の発光面13の中心と光軸とが一致する場合において、発光面13上で光軸から有限距離だけ離れた位置から出射された主光線は、第1の光学素子21の収差のため、一般に、近軸計算で得られる瞳位置とは異なる位置で光軸と交わる。
ここでは、主光線CR1のうち、矩形の発光面13の対角端から出射された主光線が互いに交わる位置を、便宜上、瞳位置とする。発光面13の中心位置(又はその角度)が光軸に対してずれている場合においても、瞳位置の定義は同様とする。また、例えば、第1の光学素子21がレンズ等の透過型素子の場合、第1の光学素子21の入射面と出射面との間に瞳位置が存在する場合もあり得る。
図1において、符号P1は瞳位置を示し、矩形の発光面13の対角端(図示せず)から当該発光面13の法線方向に出射された主光線は、第1の光学素子21の作用を受け、この瞳位置P1で互いに交わる。
瞳位置P1の近傍において互いに交わった主光線CR1は、その後発散した状態で第2の光学素子22に入射し、第2の光学素子22により収束作用を受ける。第2の光学素子22を透過した主光線CR2は、それぞれが略平行な状態で、光変調素子3の有効面31に、当該有効面31の法線に略平行に入射する。すなわち、略テレセントリックに光変調素子3を照明する。
図4に、比較例として、照明光学系2が1枚の凸レンズのみからなる照明装置の構成及び光路を示す。図1に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には、同一の符号を付す。
図4に示した比較例では、固体光源12の発光面13から出射された主光線CR3は、照明光学系2の凸レンズにより収束作用を受けた後、瞳位置P1の近傍において互いに交わり、符号CR4で示すように発散した状態のまま光変調素子3に入射する。つまり、非テレセントリックに光変調素子3を照明する。
上述したように、フォトニック結晶14を出射する光束の光強度は、フォトニック結晶14の出射面の法線方向つまり主光線が最も大きく、放射角が大きくなるにつれ急速に小さくなるような分布を持つ。
図5に、光変調素子3として液晶パネルを用いた場合の、投写光学系4を含めた比較例の構成を示す。最も光強度の大きい主光線が、光変調素子3を透過した後も発散するため、光量損失なく映像光を投写するためには、投写レンズ4を大型化する必要がある。また、液晶パネルが有する変調特性の入射角への依存性のため、液晶パネルの法線に対する入射角の大きい光線の割合が多いほど、画質が低下することが知られている。従って、図4に示したように非テレセントリックに光変調素子3を照明したのでは、良好な画像を得ることができない。
図6に、光変調素子3として液晶パネルを用い、テレセントリックに光変調素子3を照明する場合の構成を示す。この場合、図5と比較して、投写光学系4を小さくすることができる。しかしながら、光変調素子3の周辺を照明する光束は、フォトニック結晶14の出射面の法線方向に対して傾きを持った、光強度の小さい成分を多く含むため、光量損失が大きくなってしまう。また、光源装置1から放射される、より大きい放射角の光束を取り込むには、照明光学系2を大型化させなければならない。
これに対し、この実施の形態1に係る照明装置(図1)は、略テレセントリックに光変調素子3の有効面31を照明するため、光強度の大きい、発光面13の法線方向に近い光束をより多く利用することができ、そのため、光量損失が少なく、かつ、投写光学系の大型化を招くこともない。また、光変調素子3の有効面31に入射するあらゆる光線の当該有効面31の法線に対する入射角度を、(有効面31を照明する光束のF値が同一の場合で比較した場合)最小にすることができる。つまり、光変調素子3の有効面31の法線に略平行に入射する光線が多くなる。その結果、光変調素子3である液晶パネルの変調特性が最良となり、良好な画質が得られる。
図7に、図4と同様の比較例において、光変調素子3としてDMD等の反射型光変調素子を用いた場合の構成及び光路を、投写光学系4と共に示す。図1に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には、同一の符号を付す。
図7において、発光面13から出射されて光変調素子3であるDMDに入射した主光線CR4は、DMDの各マイクロミラーにより反射される。これを主光線CR5とする。主光線CR5は、互いの角度差を維持したまま直進するため、互いの間隔は増大していく。
そのため、光変調素子3により変調作用を受けた映像光は大きく広がって進行し、投写光学系4に入射しきれず、大きな光量損失が生じてしまう。また、光量損失なく映像光を投写光学系4に入射させようとすると、投写光学系4を大型化させなければならない。
図8に、実施の形態1における照明装置(図1)により、光変調素子3としてのDMDを照明する場合の構成及び光路を示す。この実施の形態1における照明装置は、略テレセントリックに光変調素子3を照明するため、光変調素子3としてのDMDにより反射された映像光が大きく広がることはない。そのため、図7と図8との比較から明らかなように、この実施の形態1における照明装置では、大きな光量損失が生じることがなく、また、投写光学系4を大型化する必要もない。
実施の形態1における照明装置(図1,図8)では、第1の光学素子21及び第2の光学素子22は共に正のパワーを有している。これに対し、図9には、第1の光学素子23が負のパワーを有し、第2の光学素子24が正のパワーを有している場合の構成及びその光路を示す。図9において、図1に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には、同一の符号を付す。
図9に示した構成では、面発光光源1の発光面13から出射された主光線CR1は、第1の光学素子23により発散作用を受けた後、第2の光学素子24により収束作用を受け、光変調素子3の有効面31に、概ねテレセントリックに入射する。その際、主光線は互いに交わることがなく、結像倍率は正となっている。
図9に示した構成では、発光面13から大きな広がり角を持って出射(放射)された光束を、第1の光学素子23によりさらに発散させているため、第2の光学素子24の有効径を大きくする必要があり、照明装置全体が大型化してしまう。逆に、第2の光学素子24の有効径を小さくするためには、第1の光学素子23の有効径も小さくする必要があり、発光面13から出射された光束のうち、有効に利用できる割合が少なくなってしまう。
また、第2の光学素子24の有効径を小さくするには、第1の光学素子23と第2の光学素子24との間隔を狭くする必要があるが、その場合、後述するように、照明光学系2内に(複数の光源装置からの光束を合成するための)ダイクロイックミラー等を配置するスペースを確保することが難しくなる。さらに、第1の光学素子23と第2の光学素子24との間で光束が発散しているため、ダイクロイックミラー等の特性を十分に発揮させることが難しくなる。
これに対し、実施の形態1における照明装置(図1、図8)では、第1の光学素子21と第2の光学素子22とが共に正のパワーを有しているため、主光線CR1が第1の光学素子21により略コリメート化され、その結果、第2の光学素子22の有効径を大きくする必要がないため、照明装置の小型化に有利である。また、第1の光学素子21と第2の光学素子22との間に瞳位置を設定することにより、第1の光学素子21と第2の光学素子22とを適度な間隔を保って配置することができ、後述するように(図16)、両光学素子21,22の間にダイクロイックミラー等を配置することが容易になる。さらに、第1の光学素子21と第2の光学素子22との間では光束が略コリメートされているため、当該ダイクロイックミラー等の特性も良好となる。
光変調素子3の有効面31は矩形形状であり、そのアスペクト比(縦:横)は、3:4又は9:16が一般的である。この実施の形態1における照明光学系2は、クリティカル照明系であり、光源装置1の発光面13が直接光変調素子3の有効面31に結像されることから、光源装置1の発光面13の形状も、基本的にはアスペクト比3:4あるいは9:16の矩形形状であることが望ましい。
このように、略均一な輝度分布を有する光源装置1の発光面13を、光変調素子3の有効面31と相似形の矩形形状とし、発光面13を直接光変調素子3の有効面31に結像させることにより、ランプ光源を用いた照明光学系(例えば特許文献1)のように、照明光束を均一化してランプ光源像を矩形の有効面に結像させるマイクロレンズアレイ等を設ける必要がない。その結果、照明光学系の構成を簡単にすることができる。
照明光学系を設計する際に考慮される概念として、Etendue(エタンデュ)という量が一般に用いられる。固体光源12(発光面13)から出射される光束の配光分布をランバーシアン分布(完全拡散)と仮定したときの固体光源12及び光変調素子3のEtendueは、発光面または受光面の面積と、放射または受光される光の立体角との積で定義され、以下の式で表される。
Es=As×sin(θs)^2×π ・・・(1)
El=Al×sin(θl)^2×π ・・・(2)
(1)式において、Esは固体光源12のEtendueであり、Asは固体光源12の発光面13の面積であり、θsは固体光源12の発光面13から出射される光束の半画角である。(2)式において、Elは光変調素子3のEtendueであり、Alは光変調素子3の有効面31の面積であり、θlは光変調素子3の有効面31に入射する光束の半画角である。πは円周率である。
Es=As×sin(θs)^2×π ・・・(1)
El=Al×sin(θl)^2×π ・・・(2)
(1)式において、Esは固体光源12のEtendueであり、Asは固体光源12の発光面13の面積であり、θsは固体光源12の発光面13から出射される光束の半画角である。(2)式において、Elは光変調素子3のEtendueであり、Alは光変調素子3の有効面31の面積であり、θlは光変調素子3の有効面31に入射する光束の半画角である。πは円周率である。
この実施の形態1に係る照明装置では、固体光源12のEtendueと、光変調素子3のEtendueとが概ね等しくなるように各仕様を設定することが、高い照明効率を実現する上で望ましい。例えば、固体光源12の発光面13が3mm×4mm(対角寸法5mm)であり、仮に、当該発光面13から半球状に放射された(θs=90度)光束の配光分布がランバーシアン分布とすると、固体光源12のEtendueは約37.7となる。このとき、光変調素子3の有効面31を12mm×16mm(対角寸法20mm)とし、光変調素子3を照明する光束のF値を2.0(θl≒14.5度)と設定すれば、光変調素子3のEtendueは37.7となり、固体光源12のEtendueと等しくすることができる。また、その際、照明光学系2の結像倍率の絶対値は、光変調素子3の有効面31の対角寸法を固体光源12の発光面13の対角寸法で割った値(20mm÷5mm=4)と設定すればよい。
但し、固体光源12の発光面13から放射される光束の空間(角度)的な広がりを考慮すると、光量損失を完全に0にすること、すなわち、発光面13から出射された光束を全て光変調素子3の有効面31に所望の角度範囲内で照明することは難しい。そのため、実際には、固体光源12のEtendueを、光変調素子3のEtendueより大きめに設定することがより望ましい。
上記は、発光面を完全拡散面と仮定した場合の計算であるが、発光面13から放射される光が、発光面13の法線方向に高い指向性を有している場合には、放射される光の立体角が小さい分、同じ発光面積を有する完全拡散面と比較して、固体光源12のEtendueは小さくなる。よって、光源の指向性が高い本実施の形態1に係る照明装置では、光学系をより小型化でき、かつ光利用効率を高くすることができる。また、光源のEtendueを同一とした場合には、完全拡散面と比較して光の立体角が小さい分、発光面の面積を大きくすることができ、より明るい映像光を得ることができる。
例えば、光の立体角が完全拡散の場合の半分となる場合には、上記計算において、固体光源12の発光面13は、4.24mm×5.66mm(対角寸法7.07mm)とすることができる。
図10は、実施の形態1の照明装置における発光面13の平面形状(A)及び輝度分布(B)、並びに光変調素子3の照明領域の平面形状(C)及び輝度分布(D)を示す図である。なお、光変調素子3の照明領域とは、光源装置1及び照明光学系2による照明光束が照射される領域であって、有効面31を含む領域を言う。一般に、照明光学系2の収差のため、固体光源12の発光面13が、光変調素子3の有効面31に完全に結像されることはない。すなわち、発光面13の周辺部がシャープに結像していない(ぼけている)と、図10(A)及び(B)に示すように、発光面13の全面で輝度が均一であっても、図10(C)及び(D)に示すように、光変調素子3の照明領域では、特に周辺部で輝度が低下しやすい。
また、照明光学系2が歪曲収差を有する場合や、照明光学系2の構成要素の少なくとも一部が偏心を有する場合等では、固体光源12の発光面13が矩形でも、照明領域は矩形とはならず、台形、樽型、糸巻型又はこれらを組み合わせた複雑な形状となる。
さらに、照明装置の組み立て・調整時には、固体光源12の発光面13、照明光学系2及び光変調素子3の有効面31の相互のアライメントを完全に調整することは実際上難しいため、照明領域と光変調素子3の有効面31との位置関係は、理想的な状態からある程度のずれを生じてしまう。
そのため、実際には、組み立て・調整時に発生する光変調素子3と照明領域との相対的な配置誤差も考慮した上で、周辺での輝度劣化が許容範囲内に収まる程度に、光変調素子3の有効面31よりも照明領域が大きくなるよう、照明光学系2の倍率を設定することが望ましい。
なお、図4の比較例では、照明領域周辺の主光線CR4が、光変調素子3の有効面31の法線方向に対して傾斜しているため、例えば光変調素子3の有効面31が、当該有効面31の法線方向に誤差(位置ずれ)を生じて配置された場合には、有効面31の位置ずれ量が僅かであっても、照明領域の面積が、光変調素子3の有効面31の面積に対して比較的大きく変動する。
これに対して、実施の形態1に係る照明装置は、略テレセントリックに光変調素子3の有効面31を照明することから、光変調素子3の有効面31を照明する主光線が、当該有効面31の法線方向に対して略平行であり、そのため、上述したような位置ずれがあっても結像倍率の変動がほとんど生じず、照明領域の面積が大きく変動することがない。このように、光変調素子3の位置ずれ(誤差)による画像周辺の輝度劣化が生じにくいので、製造上の歩留まりも良い。
以上説明したように、本発明の実施の形態1に係る照明装置によれば、面発光光源(固体光源12の発光面13)からの光束をマイクロレンズアレイ等の光均一化手段(整形手段)を用いることなく、直接光変調素子3に結像させるクリティカル照明系を構成することにより、簡単な構成でありながら、効率よく、均一に光変調素子を照明することができる。
また、固体光源12の発光面13が、全面に亘って略均一な輝度分布を有しており、光変調素子3の有効面31と略相似形であるため、発光面13の像を直接光変調素子3の有効面31に結像させることができ、マイクロレンズアレイ等を設けずに、光変調素子3の有効面31を均一に照明することができる。その結果、照明光学系の構成を簡単にすることができる。
さらに、発光面13の近傍にフォトニック結晶体14を配置し、フォトニック結晶体14の法線方向に放射される光の光強度をより大きくするとともに、光変調素子3を略テレセントリックに照明するため、映像光の光量損失を抑制することができ、また、投写光学系を大型化する必要もない。さらに、光変調素子3が液晶パネルの場合であっても、むらのない映像光を生成でき、これにより高画質な画像を提供することができる。
加えて、照明光学系2が、正のパワーを有する第1の光学素子21と、正のパワーを有する第2の光学素子22とを有しているため、第1の光学素子21により光束を略コリメート化しつつ、第1の光学素子21と第2の光学素子22との間に瞳を設定し、光変調素子3を略テレセントリックに照明することができる。これにより、上述した効果に加え、第2の光学素子22の有効径を小さく抑え、照明装置の小型化に資することができる。
また、第1の光学素子21と第2の光学素子22との間に瞳位置を設定することで、第1の光学素子21と第2の光学素子22とを適度な間隔を保って配置し、両光学素子の間に他の光学素子を配置することが容易になる。
なお、上述した実施の形態1において、発光面13の近傍にフォトニック結晶体14を設けない構成も可能である。但し、上述したように、フォトニック結晶体14を設けた方が、より効果的に光量損失を抑制することができ、また投写光学系の小型化に資することができることは言うまでもない。
また、上述した実施の形態1において、照明光学系2を構成する第1の光学素子21及び第2の光学素子22は、屈折、反射及び回折機能のいずれか一つの機能又はそれらを任意に組み合わせた複合した機能を有するものであれば良い。
また、第1の光学素子21及び第2の光学素子22は、いずれも、単一の光学素子である必要はなく、2以上の光学素子を組合せたものであってもよい。この場合には、第1の光学素子21及び第2の光学素子22が、それらの一部に負のパワーを有する光学素子を含んでいたとしても、第1の光学素子21及び第2の光学素子22が、いずれも、全体として正のパワーを有していればよい。一般的には、第1の光学素子21及び第2の光学素子22の構成要素が増加すると、照明光学系2の収差を低減できるため、光源装置1の発光面13の像を光変調素子3の有効面31に良好に結像させることができ、照明効率を向上することができる。
また、照明装置の小型化やレイアウト上の制約等のために、光源装置1から光変調素子3に至るまでの光路中に、平面ミラーやプリズム等を用いて光路を折り曲げることも可能である。
また、光変調素子3としてDMD等の反射型光変調素子を使用する場合には、照明光学系2を構成する第2の光学素子22と光変調素子3との間に、プリズム、レンズ又はミラー等を配置して、照明光束と投写光束とを良好に分離し、又は投写光束と照明光学系2の構成要素等との干渉を回避することができる。
図11は、この実施の形態1に係る照明装置の変形例を示す図である。図11に示した変形例は、固体光源12の構造上の問題や製造ばらつき等により、発光面13に輝度が不均一な部分が存在する場合に特に有効である。図11に示した変形例では、発光面13の近傍(なお且つ第1の光学素子21側)に、光拡散素子5等を配置し、この光拡散素子5等の入射面又は出射面に、面内位置により透過特性の異なる拡散特性を持たせている。光拡散素子5等を透過する光束の透過率を、光拡散素子5等の面内位置に応じて制御することにより、光変調素子3の有効面31を略均一に照明することができる。
図12は、この実施の形態1に係る照明装置の他の変形例を示す図である。図12に示した変形例は、光変調素子3の有効面31を、照明光学系2による発光面13の結像位置に対して、光軸方向の前後いずれかの方向にずらして配置したものである。このような構成により、発光面13の像を光変調素子3の有効面31上にぼかして結像させ、これにより光変調素子3の有効面31の輝度の不均一性を目立たなくし、光変調素子3の有効面31の照明の均一性を向上することができる。
図13は、この実施の形態1に係る照明装置の更に他の変形例における固体光源12の発光面13での輝度分布(A)と、光拡散素子5等の拡散面での輝度分布(B)と、光変調素子3の照明領域(有効面31を含む)での輝度分布(C)とを示す図である。図13に示した変形例では、図11に示した上記の光拡散素子5等の拡散面に、例えば図13(B)に示すような任意の透過率分布を持たせることにより、固体光源12の発光面13の輝度分布(図13(A))によらず、例えば図13(C)に示すような所望の輝度分布で、光拡散素子3の有効面31を照明している。図11〜図13に示した変形例は、適宜組み合わせて用いてもよい。
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2に係る照明装置について説明する。図14は、実施の形態2に係る照明装置の構成及びその光路を示す図である。図14において、実施の形態1で説明した構成要素と同一の機能を有する構成要素には、同一の符号を付す。
次に、本発明の実施の形態2に係る照明装置について説明する。図14は、実施の形態2に係る照明装置の構成及びその光路を示す図である。図14において、実施の形態1で説明した構成要素と同一の機能を有する構成要素には、同一の符号を付す。
実施の形態2に係る照明装置は、実施の形態1に係る照明装置(図1)とほぼ同様であるが、光拡散素子3に入射する主光線CR6が互いに収束している点において、実施の形態1とは異なっている。また、実施の形態2では、光変調素子3として、DMD等の反射型の光変調素子を用いることが想定されている。
図15は、実施の形態2に係る照明装置(図14)を適用した画像投写装置を示す図である。図15に示した画像投写装置は、図14に示した照明装置及び光変調素子に、投写光学系4を加えたものであり、図示しないスクリーンに画像を投影するものである。
上述した実施の形態1において、比較例(図4)に関して説明したように、主光線(図4に示した主光線CR5)が互いに発散した状態で投写光学系4に入射する構成では、投写光学系4を大型化しなければならず、また、光量損失が生じるという問題がある。
これに対し、この実施の形態2に係る照明装置では、照明光学系2(第1の光学素子21及び第2の光学素子22)が、光束を、主光線CR6が互いに収束している状態で光変調素子3の有効面31に入射させる。そのため、図15に示すように、光変調素子3により反射された主光線CR7も、主光線CR6と同様に互いの角度差を維持して収束し、第2の光学素子22に対して瞳位置P1と共役な関係にある照明光学系2の射出瞳P2の位置で互いに交わる。
このように、主光線CR6が収束している状態で光変調素子3を照明することにより、光変調素子3の出射光束(変調された映像光)の断面積を小さくすることができる。つまり、照明光学系2の射出瞳P2を小さくすることができる。そのため、照明光学系2の出射瞳P2の近傍に投写光学系4を配置すれば、図4の比較例よりも投写光学系4を小型化・低コスト化できるのはもちろん、実施の形態1の照明装置を用いた場合(図8)よりも更に投写光学系4を小型化・低コスト化することができる。また、投写光学系4と照明光束との干渉の回避や、投写光学系4と照明光学系2との干渉の回避等も容易に行うことができる。
なお、照明光学系2の第2の光学素子22と光変調素子3との間に、プリズム、レンズ又はミラー等を配置することで、照明光束と投写光束とを良好に分離し、又は投写光束と照明光学系2の構成要素等との干渉を回避することができる。また、実施の形態1の各変形例を実施の形態2に適用してもよい。
以上説明したように、本発明の実施の形態2に係る照明装置によれば、実施の形態1と同様、固体光源12の発光面13から出射された光束を、マイクロレンズアレイ等の光均一化手段(整形手段)を用いることなく、直接光変調素子3に結像させるクリティカル照明系を構成することにより、簡単な構成で、効率よく、均一に光変調素子3を照明することができる。
加えて、この実施の形態2に係る照明装置では、主光線CR6が収束している状態で光変調素子3の有効面31を照明することにより、投写光学系4のより一層の小型化及び低コスト化を実現することができる。
実施の形態3.
次に、本発明の実施の形態3に係る画像投写装置について説明する。
図16は、本発明の実施の形態3に係る画像投写装置の構成及び光路を示す図である。図16において、実施の形態1で説明した構成要素と同一の機能を有する構成要素には、同一の符号を付す。
次に、本発明の実施の形態3に係る画像投写装置について説明する。
図16は、本発明の実施の形態3に係る画像投写装置の構成及び光路を示す図である。図16において、実施の形態1で説明した構成要素と同一の機能を有する構成要素には、同一の符号を付す。
実施の形態3に係る画像投写装置は、実施の形態1又は2に係る照明装置(及び光変調素子3)を、3つの光源装置を備えた画像投写装置に適用したものである。
図16に示すように、実施の形態3に係る画像投写装置は、赤色、緑色、青色の波長帯域の光束を出射する光源装置1R,1G,1Bを有している。光源装置1R,1G,1Bは、いずれも、実施の形態1で説明した回路基板11、固体光源12、発光面13、及びフォトニック結晶体14をそれぞれ備えるものである。図1において、符号LR,LG,LBは、光源装置1R,1G,1Bから出射された各光束のうちの、代表的な光線を表している。各光線LR,LG,LBは、それぞれが重なり合わないように模式的に示されている。光源装置1R,1G,1Bの出射側には、それぞれ、第1の光学素子21R,21G,21Bが配置されている。この第1の光学素子21R,21G,21Bは、いずれも、実施の形態1で説明した第1の光学素子21と同様の機能を有する。
光源装置1R,1G,1Bから出射され、第1の光学素子21R,21G,21Bを透過した光束が交わる位置には、ダイクロイックミラーM1,M2が配置されている。ダイクロイックミラーM1は、青色の波長帯域の光束を反射し、赤色及び緑色の波長帯域の光束を透過する。ダイクロイックミラーM2は、赤色の波長帯域の光束を反射し、緑色及び青色の波長帯域の光束を透過する。これらダイクロイックミラーM1,M2は、光源装置1B,1Rから出射された光束を反射し、光源装置1Gから出射された光束を透過して、第2の光学素子2に導くように配置されている。
第2の光学素子22は、実施の形態1で説明した第2の光学素子22と同様に機能する。すなわち、第1の光学素子21R,21G,21Bのそれぞれと、第2の光学素子22との組み合わせにより、実施の形態1で説明した照明光学系2と同様の照明光学系20が構成される。照明光学系20の出射側には、光変調素子3が配置されており、光変調素子3の出射側には、投影光学系4が配置されている。なお、光変調素子3は、図16に示した構成例では透過型の液晶パネルであるが、DMD等であってもよい。
光源装置1Gの発光面から大きな広がり角を持って放射された緑色の波長帯域の光束は、第1の光学素子21Gにより略コリメート化され、ダイクロイックミラーM1,M2に入射し、これらを透過して第2の光学素子22に入射する。第2の光学素子22を透過した光束は、略テレセントリックに光変調素子3の有効面31に入射する。
光源装置1Rの発光面から出射された赤色の波長帯域の光束は、第1の光学素子21Rにより略コリメート化され、ダイクロイックミラーM2で反射され、且つダイクロイックミラーM1を透過して、第2の光学素子22に入射する。第2の光学素子22を透過した光束は、略テレセントリックに光変調素子3の有効面31に入射する。
同様に、光源装置1Bの発光面から出射された青色の波長帯域の光束は、第1の光学素子21Bにより略コリメート化され、ダイクロイックミラーM1で反射され、且つダイクロイックミラーM2を透過して、第2の光学素子22に入射する。第2の光学素子22を透過した光束は、略テレセントリックに光変調素子3の有効面31に入射する。
光変調素子3は、赤色、緑色及び青色の映像信号に応じて、時分割に各色ごとに順次光変調を行う。光変調素子3の各色の変調のタイミングに対応して、赤色、緑色及び青色の光源装置1R,1G,1Bも、時分割に順次光束を出射する。光変調素子3で順次光変調された赤色、緑色及び青色の映像光(画像光)は、投写光学系4により図示しないスクリーン等に所望の倍率で拡大投影される。この赤色、緑色及び青色の映像光が観測者の目で積分されることにより、カラー画像が観察されることになる。
ダイクロイックミラーは、誘電体多層膜により形成されるのが一般的であるため、特定波長帯域の光を反射又は透過させるという分光透過/反射特性は、光束のダイクロイックミラーへの入射角に大きく依存する。つまり、発散状態又は収束状態の光束中にダイクロイックミラーを配置すると、ダイクロイックミラーに入射する光束の角度分散が大きくなるため、所望の分光透過/反射特性が得られず、その結果、光量損失や照明むら、又は迷光の発生等が生じ、良好な映像が得られない。
例えば、上述した実施の形態1で説明した比較例(図4)では、コリメート化された光束が存在しないために、例えば瞳位置P1と光変調素子3との間にダイクロイックミラーを配置した場合、収束状態の光束中にダイクロイックミラーを配置することとなり、上述した光量損失、照明むら、又は迷光の発生等が生じる。
これに対し、この実施の形態3に係る画像投写装置(図16)では、第1の光学素子21R,21G,21Bにより各色ともコリメート化された光束中にダイクロイックミラーM1,M2を配置しているので、上述した光量損失、照明むら、又は迷光の発生等が発生せず、良好な映像を得ることができる。
また、本実施の形態に係る照明装置では、赤色、緑色、青色の波長帯域の光束を単独で出射する光源装置を備えているので、白色のランプ光源を用いた場合と比較して色分離のための光学系が不要となり、その結果、照明光学系の構成を簡単にし、小型化及び低コスト化を実現することができる。
なお、図16における1R,1G,1Bの配置は、これに限定されるものではなく、自由に設定することができる。また、図16では、光変調素子3を1つだけ使用する単板式の光変調素子3として説明したが、赤色、緑色及び青色の波長帯域の光束を光変調する光変調素子を合計3つ使用する方式(3板式)を採用してもよい。また、実施の形態1の各変形例又は実施の形態2の構成を、この実施の形態3に適用してもよい。
図17〜図21に、実施の形態3に係る画像投写装置の種々の構成例を示す。
図17に示した画像投写装置は、波長帯域の異なる光束を出射する光源装置101,102,103を有している。光源装置101,102,103は、それぞれ、図16に示した光源装置1R,1G,1Bのいずれかで構成されている。光源装置101,102,103のうち、2つの光源装置101,102は、残る一つの光源装置103の発光面の法線方向に配置され、各発光面が光源装置103の発光面に対して垂直になるように配置されている。光源装置101,102,103の出射側には、それぞれ、第1の光学素子211,212,213が配置されている。第2の光学素子22は、第1の光学素子211に対向配置されている。
図17に示した画像投写装置は、波長帯域の異なる光束を出射する光源装置101,102,103を有している。光源装置101,102,103は、それぞれ、図16に示した光源装置1R,1G,1Bのいずれかで構成されている。光源装置101,102,103のうち、2つの光源装置101,102は、残る一つの光源装置103の発光面の法線方向に配置され、各発光面が光源装置103の発光面に対して垂直になるように配置されている。光源装置101,102,103の出射側には、それぞれ、第1の光学素子211,212,213が配置されている。第2の光学素子22は、第1の光学素子211に対向配置されている。
第1の光学素子211,212,213は、いずれも、実施の形態1で説明した第1の光学素子21と同様の機能を有し、第2の光学素子22と共に照明光学系を構成する。光源装置101,102のそれぞれの出射側にはダイクロイックミラーM11,M12が配置されており、これらダイクロイックミラーM11,M12は光源装置103の発光面の法線方向に並んで配置されている。ダイクロイックミラーM11,12は、それぞれ特定の波長帯域の光束を反射・透過させる分光透過/反射特性を有している。
ダイクロイックミラーM12は、光源装置102の出射光束を反射し、光源装置103の出射光束を透過して、それぞれダイクロイックミラーM11に導く。ダイクロイックミラーM11は、光源装置101の出射光束を透過し、ダイクロイックミラーM12の出射光束を反射して、それぞれ第2の光学素子22に導く。第2の光学素子22を透過した光束は、光変調素子3(図16)に入射して各色の映像情報に応じて光変調され、投写光学系4(図16)により拡大投影される。
図18に示した画像投写装置では、光源装置101,102,103のうち、2つの光源装置102,103が、残る一つの光源装置101の発光面の法線方向に配置され、各発光面が光源装置101の発光面に対して垂直になるように配置されている。光源装置101,102,103の出射側には、それぞれ、第1の光学素子211,212,213が配置されている。第2の光学素子22は、第1の光学素子211に対向配置されている。
光源装置102,103のそれぞれの出射側にはダイクロイックミラーM11,M12が配置されており、これらダイクロイックミラーM11,M12は光源装置101の発光面の法線方向に並んで配置されている。ダイクロイックミラーM11は、光源装置101の出射光束を透過し、光源装置102の出射光束を反射して、それぞれダイクロイックミラーM12に導く。ダイクロイックミラーM12は、ダイクロイックミラーM11の出射光束を透過し、光源装置103の出射光束を反射して、それぞれ第2の光学素子22に導く。第2の光学素子22を透過した光束は、光変調素子3(図16)に入射して各色の映像情報に応じて光変調され、投写光学系4(図16)により拡大投影される。
図19に示した画像投写装置では、光源装置101,102,103のうち、2つの光源装置101,102が平行に光束を出射するように並置され、残る一つの光源装置103が光源装置102に対向配置されている。光源装置101,102,103の出射側には、それぞれ、第1の光学素子211,212,213が配置されている。第2の光学素子22は、光源装置101に対向配置されている。
光源装置101と第2の光学素子22との間には、ダイクロイックミラーM11が配置されており、光源装置102,103の間には、ダイクロイックミラーM12,M13が配置されている。ダイクロイックミラーM12は、光源装置102の出射光束を反射し、光源装置103の出射光束を透過して、それぞれダイクロイックミラーM11に導く。ダイクロイックミラーM13は、光源装置103の出射光束を反射し、光源装置102の出射光束を透過して、それぞれダイクロイックミラーM11に導く。ダイクロイックミラーM11は、光源装置101の出射光束を透過し、ダイクロイックミラーM12,M13の各出射光束を反射して、それぞれ第2の光学素子22に導く。第2の光学素子22を透過した光束は、光変調素子3(図16)に入射して各色の映像情報に応じて光変調され、投写光学系4(図16)により拡大投影される。
図20に示した画像投写装置では、光源装置101,102,103が、互いに平行に光束を出射するように一列に並んで配置されている。光源装置101,102,103の出射側には、それぞれ、第1の光学素子211,212,213が配置されている。第2の光学素子22は、光源装置103に対向配置されている。
光源装置101,102,103の出射側には、ダイクロイックミラーM11,M12,M13がそれぞれ配置されている。ダイクロイックミラーM11は、光源装置101の出射光束を反射してダイクロイックミラーM12に導く。ダイクロイックミラーM12は、光源装置102の出射光束を反射し、ダイクロイックミラーM11の出射光束を透過して、それぞれダイクロイックミラーM13に導く。ダイクロイックミラーM13は、光源装置103の出射光束を透過し、ダイクロイックミラーM12の出射光束を反射して、それぞれ第2の光学素子22に導く。第2の光学素子22を透過した光束は、光変調素子3(図16)に入射して各色の映像情報に応じて光変調され、投写光学系(図16)により拡大投影される。
図21に示した画像投写装置では、光源装置101,102,103が、互いに平行に光束を出射するように一列に並んで配置されている。光源装置101,102,103の出射側には、それぞれ、第1の光学素子211,212,213が配置されている。第2の光学素子22は、光源装置101,102,103の配列方向の一端(光源装置103側)に配置されている。
光源装置101,102,103の出射側には、ダイクロイックミラーM11,M12,M13がそれぞれ配置されている。ダイクロイックミラーM11は、光源装置101の出射光束を反射してダイクロイックミラーM12に導く。ダイクロイックミラーM12は、光源装置102の出射光束を反射し、ダイクロイックミラーM11の出射光束を透過して、それぞれダイクロイックミラーM13に導く。ダイクロイックミラーM13は、光源装置103の出射光束を反射し、ダイクロイックミラーM12の出射光束を透過して、それぞれ第2の光学素子22に導く。第2の光学素子22を透過した光束は、光変調素子3(図16)に入射して各色の映像情報に応じて光変調され、投写光学系4(図16)により拡大投影される。
なお、図17〜図21に示した変形例は、あくまで代表的な構成例であり、光源装置の冷却、画像投写装置の他の構成部品との干渉、デザイン上の制約、コスト、組立性等の種々の条件に即して、適宜配置を変更することができる。
以上説明した実施の形態3の照明装置によれば、赤色、緑色、青色等、各色の波長帯域の光束を出射する面発光光源からの光束を、色分離することなく、また、マイクロレンズアレイ等の光均一化手段(整形手段)を用いることなく直接光変調素子に結像させるクリティカル照明系により、簡単な構成で、各色ごとに効率良く、均一に光変調素子を照明することができる。また、光変調素子により光変調された各色の映像光を、投写光学系によりスクリーン等に投影し、むらのない良好な画像を得ることができる。
なお、実施の形態3及びその各変形例では、波長帯域の異なる光束を出射する光源装置を3つ設けたが、これに限定されるものではない。例えば、同じ波長帯域の光束を出射する光源装置を複数設けてもよく、或いは、さらに別の波長帯域の光束を出射する光源装置を追加する等、より多くの光源装置を用いてもよい。
本発明に係る照明装置は、
有効面に入射した照明光を光変調する光変調素子を照明する照明装置であって、
発光面を有する面発光光源を含む光源装置と、
前記面発光光源の前記発光面から出射された光束により前記光変調素子を照明する、少なくとも2つの光学素子を有する照明光学系と
を備え、
前記照明光学系は、前記面発光光源の側から順に、正のパワーを有する第1の光学素子と、正のパワーを有する第2の光学素子とを有し、前記面発光光源の前記発光面の像を拡大して、前記光変調素子の前記有効面に結像させ、
前記光源装置は、前記発光面に対して光が出射される側に、前記発光面と略平行にかつ近接して配置された平面状のフォトニック結晶体を備え、
前記面発光光源の前記発光面から出射されて前記フォトニック結晶体に入射した後、当該フォトニック結晶体から出射される光が、前記発光面の法線方向の放射成分が当該法線方向以外の方向の放射成分よりも多い光束分布を有し、
前記面発光光源の前記発光面は、前記光変調素子の前記有効面と略相似形であると共に、全面に亘って略均一な輝度分布を有し、
前記第1の光学素子及び前記第2の光学素子は、前記面発光光源側および前記光変調素子側のいずれにもテレセントリックな光学系を構成していること
を特徴とする。
本発明に係る照明装置は、また、
有効面に入射した照明光を光変調する光変調素子を照明する照明装置であって、
発光面を有する面発光光源を含む光源装置と、
前記面発光光源の前記発光面から出射された光束により前記光変調素子を照明する、少なくとも2つの光学素子を有する照明光学系と
を備え、
前記照明光学系は、前記面発光光源の側から順に、正のパワーを有する第1の光学素子と、正のパワーを有する第2の光学素子とを有し、前記面発光光源の前記発光面の像を拡大して、前記光変調素子の前記有効面に結像させ、
前記光源装置は、前記発光面に対して光が出射される側に、前記発光面と略平行にかつ近接して配置された平面状のフォトニック結晶体を備え、
前記面発光光源の前記発光面から出射されて前記フォトニック結晶体に入射した後、当該フォトニック結晶体から出射される光が、前記発光面の法線方向の放射成分が当該法線方向以外の方向の放射成分よりも多い光束分布を有し、
前記面発光光源の前記発光面は、前記光変調素子の前記有効面と略相似形であると共に、全面に亘って略均一な輝度分布を有し、
前記第1の光学素子及び前記第2の光学素子は、前記面発光光源側にテレセントリックな光学系を構成しており、前記光変調素子側においては、前記面発光光源の前記発光面から当該発光面の法線方向に出射された主光線が、前記第1の光学素子及び前記第2の光学素子を介して、収束状態で前記光変調素子の前記有効面に入射すること
を特徴とする。
有効面に入射した照明光を光変調する光変調素子を照明する照明装置であって、
発光面を有する面発光光源を含む光源装置と、
前記面発光光源の前記発光面から出射された光束により前記光変調素子を照明する、少なくとも2つの光学素子を有する照明光学系と
を備え、
前記照明光学系は、前記面発光光源の側から順に、正のパワーを有する第1の光学素子と、正のパワーを有する第2の光学素子とを有し、前記面発光光源の前記発光面の像を拡大して、前記光変調素子の前記有効面に結像させ、
前記光源装置は、前記発光面に対して光が出射される側に、前記発光面と略平行にかつ近接して配置された平面状のフォトニック結晶体を備え、
前記面発光光源の前記発光面から出射されて前記フォトニック結晶体に入射した後、当該フォトニック結晶体から出射される光が、前記発光面の法線方向の放射成分が当該法線方向以外の方向の放射成分よりも多い光束分布を有し、
前記面発光光源の前記発光面は、前記光変調素子の前記有効面と略相似形であると共に、全面に亘って略均一な輝度分布を有し、
前記第1の光学素子及び前記第2の光学素子は、前記面発光光源側および前記光変調素子側のいずれにもテレセントリックな光学系を構成していること
を特徴とする。
本発明に係る照明装置は、また、
有効面に入射した照明光を光変調する光変調素子を照明する照明装置であって、
発光面を有する面発光光源を含む光源装置と、
前記面発光光源の前記発光面から出射された光束により前記光変調素子を照明する、少なくとも2つの光学素子を有する照明光学系と
を備え、
前記照明光学系は、前記面発光光源の側から順に、正のパワーを有する第1の光学素子と、正のパワーを有する第2の光学素子とを有し、前記面発光光源の前記発光面の像を拡大して、前記光変調素子の前記有効面に結像させ、
前記光源装置は、前記発光面に対して光が出射される側に、前記発光面と略平行にかつ近接して配置された平面状のフォトニック結晶体を備え、
前記面発光光源の前記発光面から出射されて前記フォトニック結晶体に入射した後、当該フォトニック結晶体から出射される光が、前記発光面の法線方向の放射成分が当該法線方向以外の方向の放射成分よりも多い光束分布を有し、
前記面発光光源の前記発光面は、前記光変調素子の前記有効面と略相似形であると共に、全面に亘って略均一な輝度分布を有し、
前記第1の光学素子及び前記第2の光学素子は、前記面発光光源側にテレセントリックな光学系を構成しており、前記光変調素子側においては、前記面発光光源の前記発光面から当該発光面の法線方向に出射された主光線が、前記第1の光学素子及び前記第2の光学素子を介して、収束状態で前記光変調素子の前記有効面に入射すること
を特徴とする。
本発明に係る照明装置によれば、簡単な構成で、均一に光変調素子を照明することができ、装置の大型化や光量損失を抑制することができる。また、この照明装置を画像投写装置に適用することで、映像光の不均一を解消し、高画質な画像を提供することができる。
Claims (13)
- 有効面に入射した照明光を光変調する光変調素子を照明する照明装置であって、
面発光光源を含む光源装置と、
前記面発光光源の発光面から出射された光束により前記光変調素子を照明する、少なくとも2つの光学素子を有する照明光学系と
を備え、
前記照明光学系は、前記面発光光源の前記発光面の像を拡大して、前記光変調素子の前記有効面に結像させることを特徴とする照明装置。 - 前記光源装置は、前記発光面に対して、光が出射される側に、前記発光面と略平行にかつ近接して配置された、平面状のフォトニック結晶体を有することを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
- 前記面発光光源の前記発光面は、全面に亘って略均一な輝度分布を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の照明装置。
- 前記面発光光源の前記発光面は、前記光変調素子の前記有効面と略相似形であることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記照明光学系は、正のパワーを有する第1の光学素子と、正のパワーを有する第2の光学素子とを有することを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記第1の光学素子は、前記面発光光源の前記発光面から出射された光束を略コリメート化することを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記第1の光学素子及び前記第2の光学素子は、前記光変調素子の前記有効面を略テレセントリックに照明することを特徴とする請求項1から6までのいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記面発光光源の前記発光面から当該発光面に垂直に出射された主光線が、前記第1の光学素子及び前記第2の光学素子を介して、収束状態で前記光変調素子の前記有効面に入射することを特徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間に、瞳が設けられていることを特徴とする請求項1から8までのいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記光源装置の前記面発光光源の近傍に、面内の位置により透過特性が異なる拡散面を有する素子を配置したことを特徴とする請求項1から9までのいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記照明光学系による前記発光面の像の結像位置に対して、前記光変調素子の前記有効面をずらして配置したことを特徴とする請求項1から10までのいずれか1項に記載の照明装置。
- 波長帯域の異なる光束を出射する複数の前記光源装置を備え、
前記照明光学系は、
各光源装置毎に設けられた複数の第1の光学素子と、
前記複数の第1の光学素子から出射された光束を合成する合成素子と、
前記合成素子により合成された光束が入射する第2の光学素子と
を備え、
前記複数の第1の光学素子のそれぞれと前記第2の光学素子とにより、前記照明光学系が形成されることを特徴とする請求項1から11までのいずれか1項に記載の照明装置。 - 請求項1から12までのいずれか1項に記載の前記照明装置と、
前記光変調素子の光変調により生成された映像光を拡大して投影する投写光学系と
を備えたことを特徴とする画像投写装置。
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