WO2014020728A1 - 照明光学系及び投射型表示装置 - Google Patents

照明光学系及び投射型表示装置 Download PDF

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法子 長瀬
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    • H04N9/3164Modulator illumination systems using multiple light sources

Definitions

  • the present invention relates to an illumination optical system including a coherent light source and an incoherent light source, and a projection display device including the illumination optical system.
  • LEDs and LDs are known as light sources that emit monochromatic light.
  • laser light has high directivity, monochromaticity, and coherence, it is possible to realize a projector with high luminance and good color reproducibility.
  • “monochromatic light” is not limited to light having only a single wavelength, but includes light having a wavelength distribution that is recognized by a person as a single color. That is, in this specification, “monochromatic light” includes light having a certain wavelength distribution centering on the peak wavelength.
  • an illumination optical system capable of emitting monochromatic light with high brightness while taking safety into consideration.
  • the illumination optical system includes a first light source that emits monochromatic coherent light having a first peak wavelength belonging to the wavelength region of visible light, and a second light source that belongs to a wavelength region that exhibits the same color as the coherent light.
  • a dichroic mirror that mainly reflects one of the coherent light and the incoherent light and mainly transmits the other, the second light source emitting monochromatic incoherent light having a peak wavelength of A dichroic mirror that synthesizes the optical path and the optical path of the incoherent light.
  • the projection display device of the present invention includes the illumination optical system described above.
  • the illumination optical system configured as described above, it is possible to realize monochromatic light with high luminance while suppressing the output of coherent light by synthesizing coherent light and incoherent light. As a result, it is possible to provide an illumination optical system capable of emitting monochromatic light with high luminance while considering safety.
  • FIG. 1 It is a figure which shows schematic structure of the illumination optical system in one Embodiment of this invention. It is a graph which shows an example of the characteristic of the dichroic mirror shown in FIG. It is a graph which shows an example of the relationship between the characteristic of a dichroic mirror, and the intensity
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an illumination optical system according to an embodiment of the present invention.
  • the illumination optical system 10 includes a first light source 11, a second light source 12, and a dichroic mirror 13.
  • the first light source 11 is a polarized coherent light source.
  • the second light source 12 is a non-polarized incoherent light source.
  • the first light source 11 may be a laser light source such as a laser diode.
  • the second light source 12 may be, for example, a light emitting diode (LED).
  • LED light emitting diode
  • the first light source 11 emits monochromatic coherent light having a first peak wavelength ⁇ 1 belonging to the wavelength region of visible light. This coherent light is polarized light.
  • the second light source 12 emits monochromatic incoherent light having a second peak wavelength ⁇ ⁇ b> 2 belonging to a wavelength region showing the same color as the coherent light. This incoherent light is unpolarized light, that is, unpolarized light.
  • the first light source 11 and the second light source 12 emit light belonging to the wavelength region of the same color.
  • the first light source 11 and the second light source 12 emit, for example, one of light in the red wavelength region, light in the blue wavelength region, and light in the green wavelength region.
  • the blue wavelength region ranges from 440 nm to 500 nm
  • the green wavelength region ranges from 500 to 580 nm
  • the red wavelength region ranges from 580 nm to 750 nm.
  • the first light source 11 and the second light source 12 emit monochromatic light such as red light, blue light, or green light, for example.
  • the “monochromatic light” is not limited to light having only a single wavelength, but includes light having a wavelength distribution that is recognized as a single color by humans. That is, in this specification, “monochromatic light” includes light having a wavelength distribution centering on the peak wavelength.
  • the dichroic mirror 13 combines the coherent light emitted from the first light source 11 and the incoherent light emitted from the second light source 12.
  • the coherent light emitted from the first light source 11 is reflected by the dichroic mirror 13.
  • the incoherent light emitted from the second light source 12 passes through the dichroic mirror 13.
  • the coherent light reflected by the dichroic mirror 13 and the incoherent light transmitted through the dichroic mirror 13 are combined and travel in the same direction.
  • the dichroic mirror 13 mainly reflects the coherent light emitted from the first light source 11 and mainly transmits the incoherent light emitted from the second light source 12.
  • both the incident angle of the coherent light to the dichroic mirror 13 and the incident angle of the incoherent light to the dichroic mirror 13 are both 45 degrees.
  • Coherent light such as laser light may cause damage to the human body even when the laser output is low.
  • the illumination optical system 10 can emit high-intensity monochromatic light by combining coherent light and incoherent light, even if the output of the light source 11 of coherent light is small. For this reason, it is possible to reduce the output of the light source 11 in consideration of safety to the human body while maintaining high luminance monochromatic light.
  • FIG. 2 shows the reflection / transmission characteristics of the dichroic mirror 13.
  • the dichroic mirror having the characteristics shown in FIG. 2 mainly reflects S-polarized light having a wavelength longer than the wavelength ⁇ 3 and mainly transmits S-polarized light having a wavelength shorter than the wavelength ⁇ 3.
  • the dichroic mirror mainly reflects unpolarized light having a wavelength longer than the wavelength ⁇ 4 and mainly transmits unpolarized light having a wavelength shorter than the wavelength ⁇ 4. Further, this dichroic mirror mainly reflects P-polarized light having a wavelength longer than the wavelength ⁇ 5 and mainly transmits P-polarized light having a wavelength shorter than the wavelength ⁇ 5.
  • ⁇ 3 to ⁇ 5 are separation wavelengths at which the transmittance is 50%, and there is a relationship of ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ 5.
  • the wavelength ⁇ 3 is the shortest wavelength and the wavelength ⁇ 5 is the longest wavelength.
  • S-polarized light or P-polarized light corresponds to coherent light
  • non-polarized light corresponds to incoherent light.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the characteristics of the dichroic mirror and the intensity of light emitted from each light source.
  • the wavelength ⁇ 1 of the coherent light emitted from the first light source (LD) 11 is longer than the wavelength ⁇ 2 of the incoherent light emitted from the second light source (LED) 12.
  • the polarization direction of the coherent light emitted from the first light source (LD) 11 may be S-polarized with respect to the reflection surface of the dichroic mirror 13.
  • the dichroic mirror 13 has a characteristic that the separation wavelength ⁇ 3 for S-polarized light (coherent light) is shorter than the separation wavelength ⁇ 4 for non-polarized light (incoherent light). In this case, as shown in FIG.
  • FIG. 4 is a graph showing another example of the relationship between the characteristics of the dichroic mirror and the intensity of light emitted from each light source.
  • the wavelength ⁇ 1 of the coherent light emitted from the first light source (LD) 11 is shorter than the wavelength ⁇ 2 of the incoherent light emitted from the second light source (LED) 12.
  • the dichroic mirror having the characteristics shown in FIG. 4 mainly transmits S-polarized light having a wavelength longer than the wavelength ⁇ 6 and mainly reflects S-polarized light having a wavelength shorter than the wavelength ⁇ 6.
  • the dichroic mirror mainly transmits unpolarized light having a wavelength longer than the wavelength ⁇ 7 and mainly reflects unpolarized light having a wavelength shorter than the wavelength ⁇ 7.
  • this dichroic mirror mainly transmits P-polarized light having a wavelength longer than the wavelength ⁇ 8 and mainly reflects P-polarized light having a wavelength shorter than the wavelength ⁇ 8.
  • ⁇ 6 to ⁇ 8 are separation wavelengths at which the transmittance is 50%, and there is a relationship of ⁇ 6> ⁇ 7> ⁇ 8.
  • the wavelength ⁇ 6 is the longest wavelength and the wavelength ⁇ 8 is the shortest wavelength.
  • the coherent light emitted from the first light source (LD) 11 is S-polarized light.
  • the dichroic mirror 13 has a characteristic that the separation wavelength ⁇ 6 for S-polarized light (coherent light) is longer than the separation wavelength ⁇ 7 for non-polarized light (incoherent light).
  • the first light source (LD) 11 when the first light source (LD) 11 is rotated 90 degrees, P-polarized coherent light can be obtained.
  • the P-polarized coherent light (wavelength ⁇ 1P) and the non-polarized incoherent light (wavelength ⁇ 2) can be combined.
  • it is preferable that non-polarized incoherent light is reflected by the dichroic mirror and P-polarized coherent light is transmitted by the dichroic mirror.
  • dichroic mirrors having the characteristics shown in FIGS. 2 and 3 may be used and the relationship of “ ⁇ 1P ⁇ 5, ⁇ 2> ⁇ 4, ⁇ 1P> ⁇ 2” may be satisfied.
  • the dichroic mirror having the characteristics shown in FIG. 4 when the dichroic mirror having the characteristics shown in FIG. 4 is used, the relationship of “ ⁇ 1P> ⁇ 8, ⁇ 2 ⁇ 7, ⁇ 1P ⁇ 2” may be satisfied. This also makes it possible to make the peak wavelengths of coherent light and incoherent light closer to each other.
  • FIG. 5 shows a configuration of a projector as a projection display device according to an embodiment.
  • the projection display device includes a first illumination optical system 10a, a second illumination optical system 10b, and third illumination optical systems 21 and 23.
  • the first illumination optical system 10a and the second illumination optical system 10b have the same configuration as the illumination optical system shown in FIG.
  • the first illumination optical system 10a includes a first light source 11a, a second light source 12a, and a first dichroic mirror 13a.
  • the first light source 11a is a laser light source that emits monochromatic coherent light having a wavelength in the red region.
  • the second light source 12a emits monochromatic incoherent light having a wavelength in the red region.
  • the first dichroic mirror 13a combines the coherent light emitted from the first light source 11a and the incoherent light emitted from the second light source 12a.
  • the first dichroic mirror 13a may have the characteristics shown in FIG. In this case, the coherent light emitted from the first light source 11a is S-polarized light.
  • the second illumination optical system 10b includes a third light source 11b, a fourth light source 12b, and a second dichroic mirror 13b.
  • the third light source 11b is a laser light source that emits coherent light having a wavelength in the blue region.
  • the second light source 12b emits incoherent light having a wavelength in the blue region.
  • the second dichroic mirror 13b combines the coherent light emitted from the third light source 11b and the incoherent light emitted from the fourth light source 12b.
  • the coherent light emitted from the second light source 11b is S-polarized light.
  • the third illumination optical system emits green light.
  • the third illumination optical system includes a laser diode 21 that emits blue laser light, and a green phosphor 23 that emits green fluorescence when irradiated with light.
  • the laser diode 21 only needs to be able to emit light having a wavelength that excites the green phosphor 23, and may be light having a shorter wavelength than green (for example, blue or ultraviolet light).
  • Blue laser light emitted from the laser diode 21 passes through the dichroic mirror 22 and is irradiated on the green phosphor 23. As a result, the green phosphor 23 is excited and emits green light having a wavelength corresponding to green.
  • the projection display device includes combining optical systems 22 and 24 that combine the optical path of red light, the optical path of blue light, and the optical path of green light.
  • the combining optical system is composed of dichroic mirrors 22 and 24.
  • the dichroic mirror 22 has a characteristic of transmitting light in the red wavelength region and blue wavelength region and reflecting light in the green wavelength region.
  • the dichroic mirror 24 has a characteristic of transmitting light in the red wavelength region and green wavelength region and reflecting light in the blue wavelength region. Note that the synthesis optical system is not limited to the specific configuration shown in FIG. 5, and may be any configuration that can synthesize three colors of light.
  • the red combined light emitted from the first illumination optical system 10 a passes through the dichroic mirror 22 and the dichroic mirror 24.
  • the green light emitted from the phosphor 23 of the third illumination optical system is reflected by the dichroic mirror 22. Thereby, the green light is combined with the red light emitted from the first illumination optical system 10a.
  • the combined light of green light and red light passes through the dichroic mirror 24.
  • the blue combined light emitted from the second illumination optical system 10 b is reflected by the dichroic mirror 24. Thereby, red light, green light, and blue light are combined.
  • the combined light obtained by combining the three colors of light passes through the lens group 31 and enters the TIR prism 32.
  • the combined light incident on the TIR prism 32 is reflected by the total reflection surface of the TIR prism 32 and enters the reflective image element 33.
  • a digital mirror device DMD can be used as the reflective image element 33.
  • DMD is a semiconductor type projection device provided with a large number of micromirrors arranged in a matrix. Each micromirror corresponds to a pixel of the projected image. Each micromirror is configured such that its mirror surface can be inclined at a predetermined angle, for example, ⁇ 12 degrees or ⁇ 10 degrees around the torsion axis.
  • each micromirror By driving the electrode provided below each micromirror, each micromirror can be switched between an ON state (+12 degrees tilt) and an OFF state ( ⁇ 12 degrees).
  • the light incident on the micro mirror in the ON state is reflected in the direction of the projection lens 34 and is projected on the screen in an enlarged manner.
  • the light incident on the micro mirror in the OFF state is reflected in a direction different from that of the projection lens 34 and is not projected on the screen.
  • the ON state and the OFF state are switched at high speed, and the temporal ratio between the ON state and the OFF state is changed. Thereby, the gradation of each pixel can be expressed.
  • the pulses of light emitted from the first to third illumination optical systems are controlled so that the pulses of each color do not overlap in time.
  • the micromirror is turned on only at the moment when the red light strikes.
  • the light reflected by the micro mirror in the ON state passes through the TIR prism 32 and forms an image on the screen through the projection lens 34. Thereby, a color image is displayed on the screen.
  • the first illumination optical system 10a, the second illumination optical system, and the 10b third illumination optical system 21 and 23 emit light pulses of each color at a frequency of 240 Hz, for example.
  • Light pulses of different colors are not emitted at the same time. That is, the red pulse, the green pulse, and the blue pulse are temporally separated and are lit in order.
  • the lighting sequence of blue light can be 15% and the lighting sequence of red can be 25%.
  • the safety of the laser is defined in the international standard IEC 60825-1 established by the International Electrotechnical Commission.
  • IEC 60825-1 established by the International Electrotechnical Commission.
  • lasers are classified according to wavelength and intensity.
  • an “exposure release limit” which is the maximum allowable release level is defined.
  • the calculation formula for obtaining the exposure radiation limit is determined in detail according to the wavelength of the laser beam and the exposure time.
  • the above classification is performed based on the following three requirements. Of the three requirements, the most restrictive exposure limit value is used. ⁇ Requirement 1 Exposure from any single pulse in the pulse train must not exceed the radiation exposure limit for a single pulse.
  • the exposure radiation limits A1 to A3 of the respective requirements are expressed as follows.
  • C5 and C6 are correction coefficients
  • t represents the release duration (exposure time).
  • pulse widths (time widths) tp blue and tp red of each pulse of blue light or red light emitted from a blue laser light source or a red laser light source are calculated.
  • the blue light lighting sequence is 15%
  • the red lighting sequence is 25%. Therefore, the pulse widths tp blue and tp red of each pulse of blue light and red light are obtained as follows.
  • correction coefficient C6 ⁇ / ⁇ min (3) It can ask for.
  • is a viewing angle, that is, an angle formed by two straight lines from both ends of the projected object to the eyes.
  • ⁇ min represents a minimum viewing angle that can be generally considered.
  • the lens is squeezed the smallest, the size of the image on the eyeball retina is 25 to 30 [ ⁇ m], and the focal length of the eyeball is about 17 [mm].
  • ⁇ min ⁇ 1.5.
  • the visual ⁇ blue and ⁇ red for each light are obtained as follows.
  • correction coefficient C5 is obtained.
  • the correction coefficient C5 is given by the following mathematical formula.
  • N the number of pulses emitted within the emission duration.
  • the radiation limit A1 blue of requirement 1 for blue laser light is expressed as follows.
  • the exposure time limit tp blue 0.625 ⁇ 10 ⁇ 3 [sec] and the exposure radiation limit A1 blue is converted into a unit, 70.23 [mW] is obtained.
  • the radiation limit A2 blue of requirement 2 for blue laser light is expressed as follows.
  • the units 1 to 3 of each requirement 1 to 3 are converted in the same manner as described above, 57.22 [mW] for requirement 1, 58.9 [mW] for requirement 2, and requirement 3 A value of 20.6 [mW] is obtained. Therefore, the most severe requirement for red laser light is requirement 3.
  • the exposure radiation limit of each color laser light is 25.23 [mW]
  • the exposure radiation limit of the red laser light is 25.23 [mW].
  • This value is an emission limit value in a range in which it is ensured that the retina is not damaged within a human blinking time of 0.25 [sec] immediately after emission from the projection lens 34.
  • the exposure radiation limit obtained here is a value that can be incident on an aperture having a human pupil diameter of ⁇ 7 [mm]. This is converted into a radiation limit value in an area where light can be transmitted immediately after emission from the projection lens 34. In the present example, the light transmission area of the projection lens 34 was 274.3 [mm 2 ].
  • the radiation limit of exposure immediately after exiting the projection lens is obtained by multiplying the above value by “projection lens light transmission area / ⁇ 7 aperture area”. That is, for blue laser light, the exposure limit immediately after exiting the projection lens is 179.75 [mW], and for red laser light, the exposure limit immediately after exiting the projection lens is 144.63 [mW]. is there.
  • the first to third illumination optical systems are not simultaneously turned on even when white is displayed on the screen. Therefore, the exposure limit of the projection display device is the same as the exposure limit of the illumination optical system corresponding to each color.
  • the visual sensitivity at the peak wavelength of the red laser light emitted from the first light source (LD) 11a actually used is 109.2 [lm / W].
  • the visibility at the peak wavelength of the blue laser light emitted from the third light source (LD) 11b is 32.8 [lm / W]. Using these values, the brightness limit of blue light immediately after exiting the projection lens 34 is 5.90 [lm], and the brightness limit of red light immediately after exiting the projection lens 34 is 15.8 [lm]. .
  • the brightness at the radiation limit is calculated.
  • a blue LED (fourth light source 12b) that emits light of 20 [lm] when driven at 15% of the lighting time is used. Since the light use efficiency of the projection display device is 30%, the light from the blue LED becomes 6 [lm] when emitted from the projection lens 34.
  • the light from the laser light source (third light source) 11b that is, the light of 5.90 [lm] and the light of the blue LED are combined, the combined light becomes 11.9 [lm]. Therefore, the brightness at the radiation limit is approximately doubled.
  • the power of the laser light source 11b is 362 [mW] in consideration of the visibility of the laser light source 11b of 32.8 [lm / W]. . This greatly exceeds the range in which it is ensured that the retina is not damaged with respect to the blinking time of 0.25 [sec], and it becomes potentially dangerous when the beam is directly observed.
  • a red LED (second light source 12a) that emits light of 20 [lm] when driven at 25% of the lighting time is used. Since the light utilization efficiency is 25%, the light from the red LED is 5 [lm] when emitted from the projection lens 34.
  • the light from the laser light source (first light source) 11a that is, the light of 15.8 [lm] and the light of the red LED are combined, the combined light becomes 20.8 [lm]. Therefore, the brightness at the radiation limit is about 1.3 times.
  • the power of the red laser light source 11a is calculated by using the visual sensitivity 109.2 [lm / W] of the red laser light source (LD) 11a. Is 190 [mW]. This greatly exceeds the range in which it is ensured that the retina is not damaged for a blinking time of 0.25 [sec], and direct beam observation is potentially dangerous.
  • the first illumination optical system 10a that emits red light in the red wavelength region and the second illumination optical system 10b that emits blue light in the blue wavelength region have the configuration shown in FIG. Have.
  • the present invention provides a first illumination optical system that emits red light in the red wavelength region, a second illumination optical system that emits blue light in the blue wavelength region, and a first illumination optical system that emits green light in the green wavelength region. It is sufficient that at least one of the three illumination optical systems has the configuration shown in FIG.

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Abstract

 本発明の一目的は、安全性を考慮しつつ高輝度な単色光を出射可能な照明光学系を提供することにある。照明光学系は、可視光の波長領域に属する第1のピーク波長を有する単色のコヒーレント光を出射する第1の光源と、コヒーレント光と同一の色を示す波長領域に属する第2のピーク波長を有する単色のインコヒーレント光を出射する第2の光源と、コヒーレント光とインコヒーレント光のうちの一方を主に反射し、他方を主に透過するダイクロイックミラーであって、コヒーレント光の光路とインコヒーレント光の光路を合成するダイクロイックミラーと、を備えている。

Description

照明光学系及び投射型表示装置
 本発明は、コヒーレント光源とインコヒーレント光源とを含む照明光学系及び当該照明光学系を含む投射型表示装置に関する。
 現在、プロジェクタのような投射型表示装置に用いられる光源として、主に水銀ランプが用いられている。しかしながら、環境汚染を防止するため、水銀フリーの製品の開発が望まれている。このような背景の元、水銀を含まない発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)を用いたプロジェクタが注目されている(特開2012-8549号公報参照)。LEDやLDは、単色光を出射する光源として知られている。特に、レーザ光は、指向性、単色性、可干渉性が高いため、高輝度で色再現性の良いプロジェクタの実現を可能にする。
 ここで、「単色光」とは、単一の波長のみを有する光に限定されず、人が単一の色と認識する程度の波長分布を有する光を含むものとする。すなわち、本明細書において、「単色光」とは、ピーク波長を中心に、ある程度の波長分布を有する光を含むものとする。
 レーザ光はコヒーレント光であるため、レーザの出力が低くても、レーザ光を直視すると人体に障害を与えることがある。そのため、人体への安全に配慮する必要がある。しかし、安全性と明るさはトレードオフの関係にある。すなわち、安全性を考慮してレーザ光源の出力を下げると、明るさは低下する。逆に、明るさを増大させると、レーザ光源の出力が高くなり、安全性に欠ける。
 したがって、安全性を考慮しつつ高輝度な単色光を出射可能な照明光学系を提供することが望まれる。
特開2012-8549号公報
 一実施形態における照明光学系は、可視光の波長領域に属する第1のピーク波長を有する単色のコヒーレント光を出射する第1の光源と、コヒーレント光と同一の色を示す波長領域に属する第2のピーク波長を有する単色のインコヒーレント光を出射する第2の光源と、コヒーレント光とインコヒーレント光のうちの一方を主に反射し、他方を主に透過するダイクロイックミラーであって、コヒーレント光の光路とインコヒーレント光の光路を合成するダイクロイックミラーと、を備えている。
 本発明の投射型表示装置は、上記の照明光学系を含んでいる。
 上記構成の照明光学系では、コヒーレント光とインコヒーレント光とを合成することによって、コヒーレント光の出力を抑制しつつも、高輝度な単色光を実現することができる。その結果、安全性を考慮しつつ高輝度な単色光を出射可能な照明光学系を提供することが可能となる。
 本発明の上記及び他の目的、特徴、利点は、本発明を例示した添付の図面を参照する以下の説明から明らかとなろう。
本発明の一実施形態における照明光学系の概略構成を示す図である。 図1に示すダイクロイックミラーの特性の一例を示すグラフである。 ダイクロイックミラーの特性と各光源から出射した光の強度との関係の一例を示すグラフである。 ダイクロイックミラーの特性と各光源から出射した光の強度との関係の別の例を示すグラフである。 図1に示す照明光学系を含む投写型表示装置の構成を示模式図である。 投射レンズの瞳径と視角との関係を示す模式図である。
 次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
 図1は、本発明の一実施形態おける照明光学系の概略構成を示している。照明光学系10は、第1の光源11と、第2の光源12と、ダイクロイックミラー13と、を備えている。第1の光源11は偏光したコヒーレント光源である。第2の光源12は無偏光のインコヒーレント光源である。第1の光源11は、例えばレーザダイオードのようなレーザ光源であって良い。第2の光源12は、例えば発光ダイオード(LED)であって良い。
 第1の光源11は、可視光の波長領域に属する第1のピーク波長λ1を有する単色のコヒーレント光を射出する。このコヒーレント光は偏光している光である。第2の光源12は、上記コヒーレント光と同一の色を示す波長領域に属する第2のピーク波長λ2を有する単色のインコヒーレント光を射出する。このインコヒーレント光は偏光していない光、すなわち、無偏光光である。第1の光源11と第2の光源12とは、同一色の波長領域に属する光を射出する。
 第1の光源11及び第2の光源12は、例えば、赤色波長領域の光と青色波長領域の光と緑色波長領域の光のうちのいずれかを射出する。ここで、青色波長領域は440nm~500nmの範囲であり、緑色波長領域は500~580nmであり、赤色波長領域は580nm~750nmである。
 第1の光源11及び第2の光源12は、例えば、赤色光、青色光または緑色光のような単色光を射出する。ここで、「単色光」とは、単一の波長のみを有する光に限定されず、人に単一の色と認識される程度の波長分布を有する光を含むものとする。すなわち、本明細書において、「単色光」とは、ピーク波長を中心に波長分布を有する光を含む。
 ダイクロイックミラー13は、第1の光源11から出射したコヒーレント光と、第2の光源12から出射したインコヒーレント光とを合成する。図1に示す例では、第1の光源11から出射したコヒーレント光はダイクロイックミラー13で反射する。第2の光源12から出射したインコヒーレント光はダイクロイックミラー13を透過する。ダイクロイックミラー13で反射したコヒーレント光と、ダイクロイックミラー13を透過したインコヒーレント光とは、合成されて同一の方向に進む。
 図1に示す例では、ダイクロイックミラー13は、第1の光源11から出射したコヒーレント光を主に反射し、第2の光源12から出射したインコヒーレント光を主に透過する。ここで、コヒーレント光のダイクロイックミラー13への入射角も、インコヒーレント光のダイクロイックミラー13への入射角も共に45度である。
 レーザ光のようなコヒーレント光は、レーザの出力が低くても、人体に障害を与えることがある。上記の照明光学系10は、コヒーレント光とインコヒーレント光とを合成することによって、コヒーレント光の光源11の出力が小さくても、高輝度な単色光を出射可能となる。そのため、高輝度な単色光を維持したまま、人体への安全に配慮し、光源11の出力を下げることが可能となる。
 図2は、ダイクロイックミラー13の反射/透過特性を示している。図2に示す特性を有するダイクロイックミラーは、波長λ3より長い波長を有するS偏光の光を主に反射し、波長λ3より短い波長を有するS偏光の光を主に透過する。また、このダイクロイックミラーは、波長λ4より長い波長を有する無偏光の光を主に反射し、波長λ4より短い波長を有する無偏光の光を主に透過する。さらに、このダイクロイックミラーは、波長λ5より長い波長を有するP偏光の光を主に反射し、波長λ5より短い波長を有するP偏光の光を主に透過する。ここで、λ3~λ5は、透過率が50%になる分離波長であり、λ3<λ4<λ5の関係がある。換言すると、波長λ3が一番短い波長で、波長λ5が一番長い波長である。本実施例においては、S偏光の光又はP偏光の光はコヒーレント光に相当し、無偏光の光はインコヒーレント光に相当する。
 図3は、ダイクロイックミラーの特性と各光源から出射した光の強度との関係の一例を示すグラフである。第1の光源(LD)11から出射したコヒーレント光の波長λ1は、第2の光源(LED)12から出射したインコヒーレント光の波長λ2よりも長い。第1の光源(LD)11から出射したコヒーレント光の偏光方向は、ダイクロイックミラー13の反射面に対してS偏光とされていて良い。また、ダイクロイックミラー13は、S偏光(コヒーレント光)に対する分離波長λ3が、無偏光(インコヒーレント光)に対する分離波長λ4よりも短いという特性を有する。この場合、図3に示すように、「λ1>λ3かつλ2<λ4」という関係を満たすことが好ましい。ここで、「λ3<λ4」という関係があるので、「λ3=λ4」という関係を満たす場合と比較して、λ1とλ2との差を小さくすることができる。つまり、第2の光源(LED)12から出射するインコヒーレント光のピーク波長λ2を、第1の光源(LD)11から出射するコヒーレント光のピーク波長λ1に近づけることが可能である。
 図4は、ダイクロイックミラーの特性と各光源から出射した光の強度との関係の別の例を示すグラフである。第1の光源(LD)11から出射したコヒーレント光の波長λ1は、第2の光源(LED)12から出射したインコヒーレント光の波長λ2よりも短い。図4に示す特性を有するダイクロイックミラーは、波長λ6より長い波長を有するS偏光の光を主に透過し、波長λ6より短い波長を有するS偏光の光を主に反射する。また、このダイクロイックミラーは、波長λ7より長い波長を有する無偏光の光を主に透過し、波長λ7より短い波長を有する無偏光の光を主に反射する。さらに、このダイクロイックミラーは、波長λ8より長い波長を有するP偏光の光を主に透過し、波長λ8より短い波長を有するP偏光の光を主に反射する。ここで、λ6~λ8は、透過率が50%になる分離波長であり、λ6>λ7>λ8の関係がある。換言すると、波長λ6が一番長い波長で、波長λ8が一番短い波長である。
 第1の光源(LD)11から出射したコヒーレント光はS偏光である。この場合、ダイクロイックミラー13は、S偏光(コヒーレント光)に対する分離波長λ6が、無偏光(インコヒーレント光)に対する分離波長λ7よりも長いという特性を有する。この場合、図4に示すように、「λ1<λ6かつλ2>λ7」という関係を満たすことが好ましい。ここで、「λ6>λ7」という関係があるので、「λ6=λ7」という関係を満たす場合と比較して、λ1とλ2との差を小さくすることができる。
 以上、S偏光のコヒーレント光をダイクロイックミラー13で反射し、無偏光のインコヒーレント光をダイクロイックミラー13で透過させ、2つの光を合成する場合について説明した。この場合、コヒーレント光とインコヒーレント光のピーク波長を互いに近づけることができるので、色純度の劣化が防止できる。
 ところで、第1の光源(LD)11を90度回転するとP偏光のコヒーレント光を得ることができる。そして、このP偏光のコヒーレント光(波長λ1P)と無偏光のインコヒーレント光(波長λ2)を合成することもできる。この場合は、無偏光のインコヒーレント光をダイクロイックミラーで反射し、P偏光のコヒーレント光をダイクロイックミラーで透過するようにするのが好ましい。具体的には、図2と図3に示す特性のダイクロイックミラーを用い、「λ1P<λ5、λ2>λ4、λ1P>λ2」の関係を満たせばよい。図4に示す特性のダイクロイックミラーを用いる場合には、「λ1P>λ8、λ2<λ7、λ1P<λ2」の関係を満たせばよい。このようにすることでも、コヒーレント光とインコヒーレント光のピーク波長を互いに近づけることができる。
 次に、上記の照明光学系を備えた投射型表示装置について説明する。図5は、一実施形態における投射型表示装置としてのプロジェクタの構成を示している。
 投射型表示装置は、第1の照明光学系10aと第2の照明光学系10bと第3の照明光学系21,23を備えている。第1の照明光学系10aと第2の照明光学系10bは、図1に示す照明光学系と同様の構成を有する。
 第1の照明光学系10aは、第1の光源11aと、第2の光源12aと、第1のダイクロイックミラー13aと、を有する。第1の光源11aは、赤色領域内の波長を有する単色のコヒーレント光を射出するレーザ光源である。第2の光源12aは、赤色領域内の波長を有する単色のインコヒーレント光を射出する。
 第1のダイクロイックミラー13aは、第1の光源11aから出射したコヒーレント光と、第2の光源12aから出射したインコヒーレント光とを合成する。具体的には、第1のダイクロイックミラー13aは、図3に示す特性を有していて良い。この場合、第1の光源11aから出射したコヒーレント光はS偏光である。
 第2の照明光学系10bは、第3の光源11bと、第4の光源12bと、第2のダイクロイックミラー13bと、を有する。第3の光源11bは、青色領域内の波長を有するコヒーレント光を射出するレーザ光源である。第2の光源12bは、青色領域内の波長を有するインコヒーレント光を射出する。第2のダイクロイックミラー13bは、第3の光源11bから出射したコヒーレント光と、第4の光源12bから出射したインコヒーレント光とを合成する。この場合、第2の光源11bから出射したコヒーレント光はS偏光である。
 第3の照明光学系は緑色の光を射出する。第3の照明光学系は、青色のレーザ光を出射するレーザダイオード21と、光の照射により緑色の蛍光を発する緑色蛍光体23と、を備えている。ここで、レーザダイオード21は、緑色蛍光体23を励起させる波長の光を出射できればよいので、緑色よりも波長が短い光(例えば、青色や紫外線)であればよい。
 レーザダイオード21から出射した青色レーザ光は、ダイクロイックミラー22を透過し、緑色蛍光体23に照射される。これにより緑色蛍光体23は、励起し、緑色に対応する波長を有する緑色光を放出する。
 投射型表示装置は、赤色光の光路と青色光の光路と緑色光の光路とを合成する合成光学系22,24を有する。合成光学系は、ダイクロイックミラー22,24から構成されている。ダイクロイックミラー22は、赤色波長領域及び青色波長領域の光を透過し、緑色波長領域の光を反射する特性を有する。ダイクロイックミラー24は、赤色波長領域及び緑色波長領域の光を透過し、青色波長領域の光を反射する特性を有する。なお、合成光学系は、図5に示す具体的な構成に限定されず、3色の光を合成できる構成であれば良い。
 第1の照明光学系10aから出射された赤色の合成光は、ダイクロイックミラー22及びダイクロイックミラー24を透過する。
 第3の照明光学系の蛍光体23から放出された緑色光は、ダイクロイックミラー22で反射する。これにより、緑色光は、第1の照明光学系10aから出射された赤色光と合成される。
 緑色光と赤色光との合成光は、ダイクロイックミラー24を透過する。第2の照明光学系10bから出射された青色の合成光は、ダイクロイックミラー24で反射する。これにより、赤色光と緑色光と青色光とが合成される。
 3色の光が合成された合成光は、レンズ群31を透過し、TIRプリズム32に入射する。TIRプリズム32に入射した合成光は、TIRプリズム32の全反射面で反射し、反射型画像素子33に入射する。反射型画像素子33としては、デジタルミラーデバイス(DMD)を用いることができる。
 DMDは、マトリックス状に配列された多数の微小ミラーを備えた半導体型投写デバイスである。各微小ミラーが、投射される画像の画素に対応する。各微小ミラーはその鏡面をねじれ軸周りに所定の角度、例えば±12度または±10度、傾斜することができるように構成されている。
 各微小ミラーの下部に設けられた電極を駆動することにより、各微小ミラーを、ON状態(+12度傾斜)とOFF状態(-12度)とに切り替えることができる。ON状態の微小ミラーに入射した光は、投写レンズ34の方向に反射され、スクリーンに拡大投影される。OFF状態の微小ミラーに入射した光は、投写レンズ34とは異なる方向に反射され、スクリーンに投影されない。各微小ミラーにおいてON状態とOFF状態の切り替えを高速で行い、ON状態とOFF状態の時間的な比率を変化させる。これにより、各画素の階調を表現することができる。
 スクリーンにカラー画像を投影するためには、各色の光を時間的に分離してDMDに入射させる。つまり、各色のパルスが時間的に重ならないように、第1~第3の照明光学系から射出される光のパルスを制御する。一例として、赤色の光を投影する場合は、赤色の光が当る瞬間だけ微小ミラーをON状態にする。
 ON状態の微小ミラーで反射した光は、TIRプリズム32を透過し、投写レンズ34を通ってスクリーンへ結像する。これにより、スクリーン上にカラー画像が表示される。
 第1の照明光学系10a、第2の照明光学系及10b第3の照明光学系21,23は、例えば240Hzの周波数で、各色の光パルスを発する。互いに異なる色の光パルスは同時には射出されない。つまり、赤色のパルス、緑色のパルス、青色のパルスは、時間的に分離して、順番に点灯される。一例として、青色光の点灯シーケンスは15%,赤色の点灯シーケンス25%とすることができる。
 以下、上記の投射型表示装置において、レーザの安全性について説明する。レーザの安全性については、国際電気標準会議が制定する国際規格IEC60825-1で規定されている。この規格では、レーザは波長や強度等に応じてクラス分けされる。そのクラス毎に、許容される最大の放出レベルである「被ばく放出限界」が定められている。被ばく放射限界を求める計算式は、レーザ光の波長や被ばく時間に応じて詳細に定められている。上記のクラス分けは、以下の3つの要求事項に基づいて行われる。3つの要求事項の中で最も制限の強い被ばく放出限界の値が用いられる。
・要求事項1
 パルス列内のどの単一パルスからの露光も、単一パルスに対する被ばく放射限界を超えてはならない。
・要求事項2
 放出持続時間T内のパルス列の平均パワーの被ばく放射限界は、放出持続時間Tの時間幅を有する単一パルスの被ばく放射限界に対応するパワーを超えてはならない。
・要求事項3
 パルス当たりのエネルギーは、補正係数C5を乗じた単一パルスに対する被ばく放射限界を超えてはならない。ただし、パルスの持続時間が0.25秒未満の場合だけ、補正係数C5を乗じる。
 ここでは、人間の瞬きの時間、つまりレーザ光を見てから回避行動をとるまでの時間(約0.25sec)に対して網膜が損傷しないという安全性が確保されるクラスに対して検討する。上記の各要求事項における被ばく放射限界を求める計算式は、光線の波長や被ばく放射時間によって、細かく分類されている。レーザ光の波長が400~700nmでは、それぞれの要求事項の被ばく放射限界A1~A3は以下のように表される。
・要求事項1:A1=7×10-4×t0.75×C6[J]
   (波長λ=400~700nm,t<0.25[sec])
・要求事項2:A2=C6×10-3[W]
   (波長λ=400~700nm,t≧0.25[sec])
・要求事項3:A3=(要求事項1の計算結果)×C5
 ここで、C5,C6は補正係数であり、tは放出持続時間(被ばくする時間)を表す。
 本実施例において、被ばく放射限界を求めるため、まず、青色レーザ光源または赤色レーザ光源から出射される青色光または赤色光の各パルスのパルス幅(時間幅)tpblue,tpredを算出する。一般的に各光源からの単一パルスのパルス幅tpは、「tp=(1/周波数)×点灯シーケンス」と表される。
 ここで、本実施例では、周波数=240[Hz]で各光源を順番に点灯し、青色光の点灯シーケンスは15%,赤色の点灯シーケンス25%であるとする。したがって、青色光及び赤色光の各パルスのパルス幅tpblue,tpredは以下のように求められる。
 tpblue=(1/240[Hz])×0.15=0.625×10-3[s]  (1)
 tpred=(1/240[Hz])×0.25=1.04×10-3[s]    (2)
 これらの値tpblue,tpredが、要求事項1における放出持続時間に相当する。
 次に、補正係数C6を求める。補正係数C6は、下記の式:
 C6=α/αmin   (3)
により求めることができる。
 ここで、「α」は視角、つまり、投影される物体の両端から目までの二直線が作る角度である。αminは、一般的に考えられ得る最小の視角を表している。最も小さく絞られたときにおいて、眼球網膜上の像の大きさは25~30[μm]であり、眼球の焦点距離は約17[mm]である。これらの数値を用いて最小の視角を計算すると、αmin≒1.5となる。
 図7に示すように、瞳からL=100[mm]離れた位置での視角αを求める。図7より、
cos(α/2)=L/b   (4)
という関係式が導かれる。
 ここで、「b」は図中の長さ「a」を用いて、下記式:
b=((a/2)+L1/2   (5)
で表される。
 また、長さ「a」は、投写レンズの瞳径「d」を用いて下記式:
a=d/21/2   (6)
で表される。
 したがって、上記(4)~(6)式より、視覚αは、投写レンズの瞳径dとLを用いて、下記数式:
α=2×cos-1(L/(d/8+L1/2)   (7)
で表される。
 本実施例の投写レンズの瞳径dは、青色光に対してdblue=2.3[mm]であり、赤色光に対してdred=2.2[mm]である。なお、このレンズの瞳径は、実測値であるため、レーザ光の色(波長)によって若干の差がある。各光に対するレンズの瞳径と、長さL(=100[mm])とを上記数式に代入すると、各光に対する視覚αblue,αredが以下のように得られる。
αblue≒23.8[mrad]   (8)
αred≒22.0[mrad]   (9)
 これらの視覚の値と、上記のαmin=1.5の値を上記数式に代入することで、それぞれの色のレーザ光に対する補正係数C6blue,C6redが、
C6blue=15.9   (10)
C6red=14.7   (11)
のように求められる。
 次に、補正係数C5を求める。補正係数C5は下記数式で与えられる。
 C5=N-0.25
 ここで、Nは、放出持続時間内に放出されるパルス数である。本実施例では、人間の瞬きの時間(0.25[sec])に対して網膜が損傷しない安全が確保される範囲を考慮するため、発生する可能性のある全ての放出持続時間は0.25[sec]である。したがって、放出持続時間内の各色のレーザ光のパルス数Nは、
N=0.25[sec]×240[Hz]=60   (12)
となる。
 したがって、補正係数C5は、
C5=60-0.25   (13)
によって表される。
 補正係数C6の値と上記数式(1)のtpblueの値を用いると、青色レーザ光に対する要求事項1の被ばく放射限界A1blueは以下のように表される。
A1blue=7×10-4×tpblue 0.75×C6blue[J]=43.90×10-6[J]
 ここで、被ばく時間tpblue=0.625×10-3[sec]で割って、被ばく放射限界A1blueを単位換算すると、70.23[mW]となる。
 次に、補正係数C6の値を用いると、青色レーザ光に対する要求事項2の被ばく放射限界A2blueは以下のように表される。
A2=C6×10-3[W]=15.9×10-3[W]
 上記のA2の値は、時間基準(T=0.25[sec])での放出パワーを指している。そこで、T=0.25[sec]を掛けて、被ばく放射限界A1blueを単位換算すると、3.975[J]となる。さらに、この値を、一パルス当りのエネルギーを求めるためにパルス数Nで割り、一パルスの被ばく時間tpで割って単位換算すると、105.8[mW]となる。
 次に、要求事項3の被ばく放射限界A3blueをA1blueと同様に単位換算すると、25.23[mW]になる。したがって、最も制限の厳しい要求事項は、要求事項3となる。
 赤色レーザ光に対しても、各要求事項1~3について、上記と同様に単位換算すると、要求事項1について57.22[mW]、要求事項2について58.9[mW]、要求事項3について20.6[mW]という値が得られる。したがって、赤色レーザ光についても、最も制限の厳しい要求事項は、要求事項3となる。
 上記の計算によれば、各色レーザ光の被曝放射限界は25.23[mW]となり、赤色レーザ光の被曝放射限界は25.23[mW]となる。この値は、投写レンズ34から出射した直後で、人間の瞬きの時間0.25[sec]内に網膜が損傷しないことが確保される範囲の放出限界の値である。ここで求めた被ばく放射限界は、人間の瞳径φ7[mm]の開口に入射可能な値である。これを、投写レンズ34の出射直後で、光透過可能な面積における被ばく放射限界の値に換算する。本実施例において、投写レンズ34の光透過面積は、274.3[mm]であった。したがって、投写レンズ出射直後での被ばく放射限界は、上記の値に、「投写レンズ光透過面積/φ7開口面積」を乗じた値として得られる。すなわち、青色レーザ光について、投写レンズ出射直後での被ばく放射限界は、179.75[mW]であり、赤色レーザ光について、投写レンズ出射直後での被ばく放射限界は、144.63[mW]である。
 上記の投射型表示装置では、スクリーンに白色を表す場合においても、第1~第3の照明光学系を同時に点灯することはない。したがって、投射型表示装置の被ばく放射限界は、各々の色に対応する照明光学系の被ばく放射限界と同じになる。
 実際に用いられた第1の光源(LD)11aから出射された赤色レーザ光のピーク波長での視感度は、109.2[lm/W]である。また、第3の光源(LD)11bから出射された青色レーザ光のピーク波長での視感度は、32.8[lm/W]である。これらの値を用いると、投写レンズ34出射直後における青色光の明るさ限界は5.90[lm]であり、投写レンズ34出射直後における赤色光の明るさ限界は15.8[lm]である。
 上記の被曝放射限界の計算は、インコヒーレント光源を考慮せず、コヒーレント光源のみ存在する場合について計算した。次に、照明光学系が、レーザ光源とLED光源とを含む場合について、被ばく放射限界での明るさを算出する。青色LED(第4の光源12b)として、点灯時間の15%で駆動したときに20[lm]の光を放射するものを使用する。投射型表示装置の光利用効率が30%であるため、青LEDからの光は、投写レンズ34から出射するときに6[lm]となる。レーザ光源(第3の光源)11bからの光、つまり5.90[lm]の光と、青色LEDの光とを合成すると、11.9[lm]の合成光となる。したがって、放射限界での明るさは約2倍になる。11.9[lm]の光をレーザ光源11bのみから出射する場合、光をレーザ光源11bの視感度32.8[lm/W]を考慮すると、レーザ光源11bのパワーは362[mW]となる。これは、瞬きの時間0.25[sec]に対して網膜が損傷しない安全が確保される範囲を大きく越えており、直接ビームを観察すると潜在的に危険なものとなってしまう。
 赤色についても同様の条件で計算をする。赤色LED(第2の光源12a)として、点灯時間の25%で駆動したときに20[lm]の光を放射するものを使用する。光利用効率が25%であるため、赤LEDからの光は、投写レンズ34から出射したときには5[lm]となっている。レーザ光源(第1の光源)11aからの光、つまり15.8[lm]の光と、赤色LEDの光とを合成すると、20.8[lm]の合成光となる。したがって、放射限界での明るさは約1.3倍になる。20.8[lm]の光をレーザ光源11aのみで出射しようとした場合、赤色レーザ光源(LD)11aの視感度109.2[lm/W]を用いて算出すると、赤色レーザ光源11aのパワーは190[mW]となる。これは、瞬きの時間0.25[sec]に対して網膜が損傷しない安全が確保される範囲を大きく越えており、直接のビーム観察は潜在的に危険となる。
 このように、コヒーレント光源(レーザ光源)とインコヒーレント光源とを組合せることにより、安全性に考慮しながら、明るさを向上することが可能になる。
 図5に示す例では、赤色波長領域の赤色光を出射する第1の照明光学系10aと、青色波長領域の青色光を出射する第2の照明光学系10bとが、図1に示す構成を有している。しかしながら、本発明は、赤色波長領域の赤色光を出射する第1の照明光学系と、青色波長領域の青色光を出射する第2の照明光学系と、緑色波長領域の緑色光を出射する第3の照明光学系とのうちの少なくとも1つが、図1に示す構成を有していれば良い。
 以上、本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。
10,10a,10b 照明光学系
11,11a 第1の光源
12,12a 第2の光源
11b 第3の光源
12b 第4の光源
13,13a,13b ダイクロイックミラー
21 レーザダイオード
22,24 ダイクロイックミラー
23 蛍光体
31 レンズ群
32 TIRプリズム
33 反射型画像素子
34 投写レンズ
 

Claims (9)

  1.  可視光の波長領域に属する第1のピーク波長を有する単色のコヒーレント光を出射する第1の光源と、
     前記コヒーレント光と同一の色を示す波長領域に属する第2のピーク波長を有する単色のインコヒーレント光を出射する第2の光源と、
     前記コヒーレント光と前記インコヒーレント光のうちの一方を主に反射し、他方を主に透過するダイクロイックミラーであって、前記コヒーレント光の光路と前記インコヒーレント光の光路を合成するダイクロイックミラーと、を備えた照明光学系。
  2.  請求項1に記載の照明光学系であって、
     前記ダイクロイックミラーは、コヒーレント光に対する透過率が50%になる第1の分離波長が、インコヒーレント光に対する透過率が50%になる第2の分離波長よりも小さいという特性を有し、
     前記第1のピーク波長が前記第1の分離波長よりも大きく、
     前記第2のピーク波長が前記第2の分離波長よりも小さい、照明光学系。
  3.  請求項1に記載の照明光学系であって、
     前記ダイクロイックミラーは、コヒーレント光に対する透過率が50%になる第1の分離波長が、インコヒーレント光に対する透過率が50%になる第2の分離波長よりも大きいという特性を有し、
     前記第1のピーク波長が前記第1の分離波長よりも小さく、
     前記第2のピーク波長が前記第2の分離波長よりも大きい、照明光学系。
  4.  請求項1から3のいずれか1項に記載の照明光学系であって、
     前記ダイクロイックミラーは前記コヒーレント光を主に反射し、前記コヒーレント光は前記ダイクロイックミラーに対してS偏光である、照明光学系。
  5.  請求項1から4のいずれか1項に記載の照明光学系であって、
     前記コヒーレント光源はレーザ光源である、照明光学系。
  6.  赤色波長領域の赤色光を出射する第1の照明光学系と、
     青色波長領域の青色光を出射する第2の照明光学系と、
     緑色波長領域の緑色光を出射する第3の照明光学系と、を備え、
     前記第1の照明光学系、前記第2の照明光学系及び前記第3の照明光学系のうちの少なくとも1つは、
      可視光の波長領域に属する第1のピーク波長を有する単色のコヒーレント光を出射する第1の光源と、
      前記コヒーレント光と同一の色を示す波長領域に属する第2のピーク波長を有する単色のインコヒーレント光を出射する第2の光源と、
      前記コヒーレント光と前記インコヒーレント光のうちの一方を主に反射し、他方を主に透過するダイクロイックミラーであって、前記コヒーレント光の光路と前記インコヒーレント光の光路を合成するダイクロイックミラーと、を備えている、照明光学系。
  7.  請求項6に記載の照明光学系であって、
     前記第1の照明光学系、前記第2の照明光学系及び前記第3の照明光学系は、前記赤色光のパルスと前記青色光のパルスと前記緑色光のパルスとが時間的に重ならないように、それぞれ前記赤色光、前記青色光及び前記緑色光を出射する、照明光学系。
  8.  請求項6又は7に記載の照明光学系であって、
     前記赤色光の光路と前記青色光の光路と前記緑色光の光路とを合成する合成光学系をさらに有する、照明光学系。
  9.  請求項1から8のいずれか1項に記載の照明光学系を備えた投射型表示装置。
     
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016162579A (ja) * 2015-03-02 2016-09-05 ウシオ電機株式会社 蛍光光源装置および照明装置
CN106133596A (zh) * 2014-03-31 2016-11-16 Nec显示器解决方案株式会社 光源设备和投影仪
JP2017059396A (ja) * 2015-09-16 2017-03-23 ウシオ電機株式会社 蛍光光源装置および照明装置
JP2018045111A (ja) * 2016-09-15 2018-03-22 カシオ計算機株式会社 光源装置及び投影装置
WO2021095517A1 (ja) * 2019-11-13 2021-05-20 ソニー・オリンパスメディカルソリューションズ株式会社 光源装置及び被検体観察システム

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105116679B (zh) * 2015-10-08 2017-08-25 杭州中科极光科技有限公司 激光照明装置、激光投影系统及激光显示系统
CN108227353B (zh) * 2016-12-14 2020-12-22 中强光电股份有限公司 光源模块以及投影装置
CN108255008A (zh) * 2018-01-24 2018-07-06 杭州昌松光学有限公司 一种多波长复用投影仪rgb合色装置
CN110365953B (zh) * 2018-04-11 2021-11-26 深圳光峰科技股份有限公司 投影系统
CN111766757B (zh) * 2019-04-02 2021-10-29 中强光电股份有限公司 照明系统与投影装置
CN110262174A (zh) * 2019-06-14 2019-09-20 山西莱柏莱特电子科技有限公司 一种基于波带拓宽的激光投影消散斑光路装置
CN110244505B (zh) * 2019-07-01 2022-07-22 福建省锐驰物联网股份有限公司 一种解散斑混合光源
CN110297384B (zh) * 2019-07-25 2022-06-07 福建省锐驰物联网股份有限公司 一种用于投影的光源
CN110824821A (zh) * 2019-11-21 2020-02-21 四川长虹电器股份有限公司 一种基于激光光源和led光源的混合光源耦合系统
US11586101B2 (en) * 2020-02-14 2023-02-21 Texas Instruments Incorporated LED illumination with red laser assist
CN111624841B (zh) * 2020-06-24 2022-02-01 成都极米科技股份有限公司 一种混合光源系统以及投影显示设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002296680A (ja) * 2001-04-02 2002-10-09 Sony Corp 画像表示装置
JP2005091610A (ja) * 2003-09-16 2005-04-07 Sony Corp 画像表示装置
JP2005250088A (ja) * 2004-03-04 2005-09-15 Mitsubishi Electric Corp 照明装置及び映像表示装置
JP2006301114A (ja) * 2005-04-18 2006-11-02 Sony Corp 照明装置及び画像表示装置
JP2010286521A (ja) * 2009-06-09 2010-12-24 Mitsubishi Electric Corp 映像表示装置
JP2011505019A (ja) * 2007-11-30 2011-02-17 ポイボス ビジョン オプト−エレクトロニクス テクノロジー リミテッド 投影システムに用いる光源装置並びに投影表示装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4590647B2 (ja) * 1999-07-30 2010-12-01 日東光学株式会社 光源装置およびプロジェクタ装置
US6807010B2 (en) 2002-11-13 2004-10-19 Eastman Kodak Company Projection display apparatus having both incoherent and laser light sources
JP3944648B2 (ja) * 2003-11-28 2007-07-11 セイコーエプソン株式会社 照明装置及びプロジェクタ
US7159987B2 (en) * 2003-04-21 2007-01-09 Seiko Epson Corporation Display device, lighting device and projector
JP2006301208A (ja) 2005-04-19 2006-11-02 Sony Corp 画像投影装置及び画像投影方法
US20060274284A1 (en) * 2005-05-31 2006-12-07 Infocus Corporation Illumination arrangements for colored light sources
CN101430492B (zh) * 2007-11-08 2011-05-18 北京中视中科光电技术有限公司 一种用于投影系统的光源装置及投影显示装置
CN102449550B (zh) 2009-05-29 2016-06-08 天空激光二极管有限公司 一种投影系统
CN102549492B (zh) * 2009-09-28 2014-12-24 日本电气株式会社 光源装置以及使用该光源装置的投射型显示装置
JP2012008549A (ja) * 2010-05-27 2012-01-12 Panasonic Corp 光源装置およびこれを用いた照明装置ならびに画像表示装置
WO2011161931A1 (ja) 2010-06-22 2011-12-29 パナソニック株式会社 レーザプロジェクタ
JP2012073496A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Sony Corp 照明装置、投影型表示装置、直視型表示装置
JP5581958B2 (ja) * 2010-10-12 2014-09-03 ソニー株式会社 照明装置、投影型表示装置、直視型表示装置
JP5682813B2 (ja) * 2010-11-30 2015-03-11 セイコーエプソン株式会社 照明装置及びプロジェクター

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002296680A (ja) * 2001-04-02 2002-10-09 Sony Corp 画像表示装置
JP2005091610A (ja) * 2003-09-16 2005-04-07 Sony Corp 画像表示装置
JP2005250088A (ja) * 2004-03-04 2005-09-15 Mitsubishi Electric Corp 照明装置及び映像表示装置
JP2006301114A (ja) * 2005-04-18 2006-11-02 Sony Corp 照明装置及び画像表示装置
JP2011505019A (ja) * 2007-11-30 2011-02-17 ポイボス ビジョン オプト−エレクトロニクス テクノロジー リミテッド 投影システムに用いる光源装置並びに投影表示装置
JP2010286521A (ja) * 2009-06-09 2010-12-24 Mitsubishi Electric Corp 映像表示装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106133596A (zh) * 2014-03-31 2016-11-16 Nec显示器解决方案株式会社 光源设备和投影仪
JP2016162579A (ja) * 2015-03-02 2016-09-05 ウシオ電機株式会社 蛍光光源装置および照明装置
JP2017059396A (ja) * 2015-09-16 2017-03-23 ウシオ電機株式会社 蛍光光源装置および照明装置
JP2018045111A (ja) * 2016-09-15 2018-03-22 カシオ計算機株式会社 光源装置及び投影装置
US10133166B2 (en) 2016-09-15 2018-11-20 Casio Computer Co., Ltd. Light source unit including a light source with multiple light emitting elements, different numbers of which can be turned on, and projector
WO2021095517A1 (ja) * 2019-11-13 2021-05-20 ソニー・オリンパスメディカルソリューションズ株式会社 光源装置及び被検体観察システム
CN114650764A (zh) * 2019-11-13 2022-06-21 索尼奥林巴斯医疗解决方案公司 光源设备与被检体观察系统

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