WO2021039752A1 - 光源照明装置及び投写型画像表示装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to a light source illuminating device that collects light fluxes from a plurality of laser light sources and a projection type image display device using the light source illuminating device.
  • Light sources used in projection-type image display devices are being replaced by LEDs and semiconductor lasers, which have advantages such as long life, mercury-free, and non-explosion, from conventional discharge tube lamps due to advances in solid-state light source technology. ..
  • a semiconductor laser has a small light output from one individual, but since the etandue of the light output is relatively small, a semiconductor laser unitized in a plurality of arrays is used as a light source, and may exceed 5000 lumens. High-power projectors have also been commercialized.
  • the rod length can be made uniform with a short rod length (hereinafter, the length of the rod integrator is referred to as "rod length"), but if the light is used efficiently, it is incident. There is a limit on the maximum angle. In order to align the light intensity distribution within a limited angle of incidence, it may be necessary to extend the rod length. This leads to an increase in the size of the projector set.
  • the present disclosure provides a light source illumination device that can generate uniform light without extending the rod length and thereby contributes to miniaturization of the light source unit, and a projection type image display device using the light source illumination device.
  • the light source lighting device is A laser light source unit including a plurality of semiconductor lasers and a first collimating lens that parallelizes a plurality of light rays emitted from the plurality of semiconductor lasers.
  • a condensing lens that collects a plurality of light rays emitted from the laser light source unit, and At least one diffuser that diffuses a plurality of light rays condensed by the condenser lens, and
  • a light source illuminating device including a second collimating lens that parallelizes light rays diffused by the diffuser.
  • the condensing lens has an aspherical surface and a flat surface
  • the second collimating lens has a flat surface and a spherical surface
  • the aspherical surface of the condensing lens has positive spherical aberration of the second collimating lens.
  • the aspherical coefficient is set to cancel out
  • the luminous flux density in the vicinity of the optical axis of the light flux emitted from the second collimating lens is set to be lower than the luminous flux density in the peripheral portion away from the optical axis.
  • uniform light can be generated without extending the rod length, which can contribute to the miniaturization of the light source unit.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structural example of the light source lighting apparatus 100 which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the two-dimensional light intensity distribution on the plane S1 of FIG.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structural example of the projection type image display apparatus 200 which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the light source lighting device 100 according to the first embodiment. Further, FIG. 2 is a diagram showing a two-dimensional light intensity distribution on the surface S1 of FIG.
  • the light source illuminating device 100 includes a light source device 1, an aspherical lens 2, a diffuser 3, a spherical lens 4, a rod condensing lens 5, and a rod integrator 6, and these are predetermined light. They are juxtaposed along the axis.
  • the light source illuminating device 100 may appropriately include an optical element for changing the optical path, such as a reflection mirror.
  • a plurality of LD arrays are formed by a plurality of semiconductor lasers 1a arranged on the array and a collimating lens 1b for parallelizing light rays from each semiconductor laser 1a, and a plurality of LDs are formed.
  • the plurality of light rays emitted from the array are focused by the aspherical lens 2.
  • the aspherical lens 2 has an incident surface that is an ellipsoid and an exit surface that is a flat surface to form a condenser lens.
  • the conical constant K of the incident surface of the aspherical lens 2 is preferably ⁇ 1.3 ⁇ K ⁇ ⁇ 0.5 for the above-mentioned focusing.
  • the light beam focused by the aspherical lens 2 is incident on the spherical lens 4 through, for example, at least one diffuser plate 3.
  • the light rays emitted from the plurality of LD arrays are focused, and by passing through at least one diffuser plate 3, the light intensity distribution on the screen is satisfactorily made uniform and the speckle noise of the laser light is reduced. Eliminate.
  • the spherical lens 4 is configured to have an incident surface that is a flat surface and an exit surface that is a spherical surface.
  • the aspherical lens 2 has an ellipsoidal surface
  • the light beam distribution emitted from the spherical lens 4 has a light flux density near the center of the optical axis lower than that of the peripheral portion of the lens, as shown in FIG.
  • the light distribution is characterized by being.
  • the light rays emitted from the spherical lens 4 and parallelized are collected by the rod condensing lens 5 and guided to the incident surface of the rod integrator 6.
  • the incident angle of the light rays focused on the rod integrator 6 the light rays passing near the center of the rod condensing lens 5 have a small incident angle, and the light rays passing through the peripheral portion of the rod condensing lens 5 have a large incident angle. Become.
  • the light beam focused on the rod integrator 6 is reflected a plurality of times inside the rod of the rod integrator 6, so that the light intensity distribution is made uniform.
  • the angle of incidence on the rod integrator 6 increases, the number of reflections increases, so the required rod length can be shortened, which contributes to the miniaturization of the projector set size.
  • an aspherical lens 2 including an aspherical lens and a spherical lens 4 the light beam density near the center of the optical axis is higher than the light beam density in the peripheral portion of the lens. It is possible to provide an illumination optical system that prevents the occurrence of color unevenness without extending the rod length.
  • the light intensity distribution after parallelization by the spherical lens 4 (the position of the surface S1 in FIG. 1). ) It is possible to form a distribution in which the light intensity in the peripheral portion of the lens is larger than the light intensity in the vicinity of the optical axis.
  • the light intensity distribution on the surface S1 of FIG. 1 affects the incident angle (condensing angle) of the light rays incident on the rod integrator, and on the surface S1, the light rays near the optical axis are the focusing angles when the rod is incident. Is small, and the light beam around the lens has a large focusing angle when the rod is incident. As a result, the larger the focusing angle, the more the number of reflections inside the rod can be increased, and the length of the rod integrator can be shortened.
  • the light intensity of the peripheral portion of the lens on the surface S1 of FIG. 1 is increased, and thereby the component having a large condensing angle can be increased, so that the rod integrator The length of the lens can be shortened.
  • the aspherical surface of the first aspherical lens 2 has a negative spherical aberration so as to cancel the positive spherical aberration of the spherical lens 4, so that the light beam passing through the spherical lens 4 which is the second convex lens
  • the light intensity distribution of the lens becomes denser as the image height increases. That is, by having a light intensity distribution that becomes denser as the image height is higher, a component having a large focusing angle when incident on the rod integrator 6 increases, and uniform light is obtained without extending the length of the rod integrator 6. Can be generated. This has the unique effect of contributing to the miniaturization of the light source unit including the light source lighting device.
  • the present embodiment it is possible to provide a light source lighting device that can generate uniform light without extending the length of the rod integrator, thereby contributing to the miniaturization of the light source unit.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the projection type image display device 200 according to the second embodiment.
  • the projection type image display device 200 is configured by using the light source illumination device 100 according to the first embodiment, and uses three DMDs (Digital Micro-mirror Devices) 87, 88, 89 as image forming elements. ..
  • a blue semiconductor laser is used for the semiconductor laser elements of the light source device 1 and the light source device 10, and the light source device 1 and the light source device 10 emit blue light.
  • the light source illumination device 100 includes a reflection mirror 36 for bending the angle of light rays.
  • the light source device 10 in addition to the light source illumination device 100, the light source device 10, the lens 7, the lens 11, the diffuser plate 12, the dichroic mirror 15, the condenser lens 14, and the phosphor
  • a white light illumination device 110 including a substrate 20 is provided.
  • the dichroic mirror 15 transmits the blue light from the light source device 1 and the light source device 10 and reflects the yellow light (fluorescence) color-converted from the blue light by the phosphor substrate 20, and the blue light and the yellow light. And synthesize.
  • the phosphor substrate 20 is composed of an aluminum substrate 22 on which a reflective film and a phosphor layer 21 are formed, and a motor 23.
  • the projection type image display device 200 further includes a relay lens 80, a reflection mirror 81, a field lens 82, a total reflection prism 83, a color prism 84, DMD 87, 88, 89, and a projection lens 75.
  • the optical path from the relay lens 80 to the color prism 84 is a light guide portion that guides the light from the light source device 1 or the light source device 10 to the illuminated region (light incident surface of DMD 87, 88, 89).
  • the DMDs 87, 88, and 89 are examples of light modulation elements that modulate and emit incident light, and are arranged in an illuminated region.
  • the luminous flux emitted from the light source device 10 is condensed by the lens 7, returned to a substantially parallel luminous flux by the lens 11, and then transmitted through the diffuser plate 12.
  • the diffuser plate 12 is made of glass and diffuses light due to the fine uneven shape of the surface.
  • the dichroic mirror 15 has a characteristic of transmitting blue light from the light source device 10 and reflecting red light and green light.
  • the luminous flux emitted from the light source device 10 and transmitted through the diffuser plate 12 passes through the dichroic mirror 15 and is condensed on the phosphor layer 21 by the condenser lens 14 to excite the phosphor layer 21.
  • the diffuser plate 12 diffuses the light so that the diameter of the spot light collected on the phosphor layer becomes a desired diameter.
  • the phosphor substrate 20 is composed of a phosphor layer 21, an aluminum substrate 22, and a motor 23.
  • the phosphor layer 21 is formed in an annular shape on a rotation-controllable circular substrate provided with an aluminum substrate 22 and a motor 23.
  • the phosphor layer 21 is formed of a Ce-activated YAG-based yellow phosphor that is excited by blue light and emits yellow light containing green and red components.
  • the typical chemical structure of the crystal matrix of this phosphor is Y 3 Al 5 O 12 .
  • the fluorescence containing the green and red components generated in the phosphor layer 21 is incident on the condenser lens 14, and the fluorescence emitted on the reflective film side is reflected by the reflective film and then incident on the condenser lens 14.
  • the generated fluorescence is converted into light that is substantially parallel by the condenser lens 14, reflected by the dichroic mirror 15, and then condensed by the rod integrator 6 via the rod condensing lens 5.
  • White light which is a combination of blue light and yellow light by the dichroic mirror 15, enters the rod condensing lens 5 and condenses it on the rod integrator 6.
  • the incident light on the rod integrator 6 is reflected a plurality of times inside the rod integrator 6, so that the light intensity distribution is made uniform and emitted.
  • the light emitted from the rod integrator 6 is collected by the relay lens 80, reflected by the reflection mirror 81, transmitted through the field lens 82, and incident on the total reflection prism 83.
  • the total reflection prism 83 is composed of two prisms, and a thin air layer 90 is formed on a surface close to each other. The air layer 90 totally reflects the incident light at an angle equal to or higher than the critical angle.
  • the light from the field lens 82 is reflected by the total reflection surface of the total reflection prism 83 and is incident on the color prism 84.
  • the color prism 84 is composed of three prisms, and a blue-reflecting dichroic mirror 85 and a red-reflecting dichroic mirror 86 are formed on the proximity surface of each prism.
  • the white light incident on the color prism 84 is separated into blue, red, and green color light by the blue reflection dichroic mirror 85 and the red reflection dichroic mirror 86 of the color prism 84, and the respective color light becomes DMD 87, 88, 89.
  • the DMDs 87, 88, 89 deflect the micromirror in response to an external signal, a video signal, and reflect the light incident on the projection lens 75 and the light traveling outside the effective position of the projection lens 75.
  • the light reflected by the DMDs 87, 88, 89 passes through the color prism 84 again.
  • the separated blue, red, and green colored lights are combined and incident on the total reflection prism 83. Since the light incident on the total reflection prism 83 is incident on the air layer 90 at a critical angle or less, it is transmitted and incident on the projection lens 75. In this way, the image light formed by the DMDs 87, 88, 89 is magnified and projected onto the screen (not shown).
  • the light source lighting device 100 emits uniform blue light, it is possible to realize a projection type image display device that illuminates the illuminated area with white light having a good white balance. Further, since DMD87, 88, 89 are used as the image forming element, a projection type image display device having higher light resistance and heat resistance than the image forming element using a liquid crystal can be configured. Further, since three DMDs 87, 88 and 89 are used, color reproduction is good and a bright and high-definition projected image can be obtained.
  • a projection type image display using a light source illumination device that can generate uniform light without extending the length of the rod integrator and thereby contributes to miniaturization of the light source unit.
  • Equipment can be provided.
  • a blue laser and a phosphor are used as the light sources, but red, green, and blue laser light sources may be used.
  • the aspherical lens 2 as the condensing lens and the spherical lens 4 as the collimating lens are used in the same manner as in the light source illuminating device 100 described in the first embodiment.
  • uniform red light and green light can be generated, respectively.
  • a projection type display device having a wider color gamut can be configured.
  • the present disclosure relates to a projection type image display device using a laser light source such as a semiconductor laser and a light modulation element such as a liquid crystal panel or DMD.
  • a laser light source such as a semiconductor laser
  • a light modulation element such as a liquid crystal panel or DMD.

Abstract

 光源照明装置は、複数の半導体レーザ（１ａ）と前記複数の半導体レーザ（１ａ）から出射された複数の光線を平行化する第１のコリメートレンズ（１ｂ）とを含むレーザ光源ユニットと、前記レーザ光源ユニットから出射された複数の光線を集光する集光レンズ（２）と、前記集光レンズ（２）によって集光された複数の光線を拡散する少なくとも１枚の拡散板（３）と、前記拡散板（３）によって拡散された光線を平行化する第２のコリメートレンズ（４）と、を備える。前記集光レンズ（２）は非球面と平面を有し、前記第２のコリメートレンズ（４）は平面と球面を有し、前記集光レンズ（２）の前記非球面は、前記第２のコリメートレンズ（４）の持つ正の球面収差を打ち消すように非球面係数が設定され、前記第２のコリメートレンズ（４）から出射された光束の光軸近傍の光束密度が、当該光軸から離れた周辺部の光束密度よりも低いように設定される。

Description

光源照明装置及び投写型画像表示装置
　本開示は、複数のレーザ光源からの光束を集光する光源照明装置と、それを用いた投写型画像表示装置に関する。
　投写型画像表示装置に用いられる光源は、固体光源技術の進歩により、従来の放電管ランプから、長寿命である、水銀を含まない、爆発しないなどの長所を有するＬＥＤや半導体レーザに置き換わりつつある。特に、半導体レーザは１つの個体からの光出力は小さいが、光出力のエタンデュが比較的小さいことから複数個アレイ状にユニット化されたものが光源として用いられており、５０００ルーメンを超えるような高出力のプロジェクタも商品化されている。
特開２０１２－０１４０４５号公報
　しかし、レーザを使用したプロジェクタでは、各色の光源光において、均一光を生成するロッドインテグレータ出射時の光強度分布を、各色で揃えることが色ムラ抑制のために必要となる。ロッドインテグレータに入射する光の入射角度を大きくすれば短いロッド長（以下、ロッドインテグレータの長さを「ロッド長」と称する）で均一化を行えるが、光を効率的に利用しようとすると、入射角度の最大値の制限が生じる。限られた入射角度内で光強度分布を揃えようとすると、ロッド長を延長する必要が生じうる。これはプロジェクタセットサイズの大型化につながる。
　本開示は、ロッド長を延長することなく均一な光を生成でき、これにより光源部の小型化に貢献できる光源照明装置と、それを用いた投写型画像表示装置を提供する。
　本開示に係る光源照明装置は、
　複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザから出射された複数の光線を平行化する第１のコリメートレンズとを含むレーザ光源ユニットと、
　前記レーザ光源ユニットから出射された複数の光線を集光する集光レンズと、
　前記集光レンズによって集光された複数の光線を拡散する少なくとも１枚の拡散板と、
　前記拡散板によって拡散された光線を平行化する第２のコリメートレンズと、を備える光源照明装置であって、
　前記集光レンズは非球面と平面を有し、前記第２のコリメートレンズは平面と球面を有し、前記集光レンズの前記非球面は、前記第２のコリメートレンズの持つ正の球面収差を打ち消すように非球面係数が設定され、
　前記第２のコリメートレンズから出射された光束の光軸近傍の光束密度が、当該光軸から離れた周辺部の光束密度よりも低いように設定される。
　従って、本開示に係る光源照明装置等によれば、ロッド長を延長することなく均一な光を生成でき、これにより光源部の小型化に貢献できる。
実施形態１に係る光源照明装置１００の構成例を示すブロック図である。 図１の面Ｓ１における２次元の光強度分布を示す図である。 実施形態２に係る投写型画像表示装置２００の構成例を示すブロック図である。
　以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
　（実施形態１）
　図１は実施形態１に係る光源照明装置１００の構成例を示すブロック図である。また、図２は図１の面Ｓ１における２次元の光強度分布を示す図である。
　図１において、光源照明装置１００は、光源装置１と、非球面レンズ２と、拡散板３と、球面レンズ４と、ロッド集光レンズ５と、ロッドインテグレータ６とを備え、これらが所定の光軸に沿って並置される。なお、光源照明装置１００は、図１に示すこれらの構成に加えて、反射ミラー等、光路を変更するための光学素子を適宜備えてもよい。
　レーザ光源ユニットである光源装置１において、アレイ上に並んだ複数の半導体レーザ１ａと、各半導体レーザ１ａからの光線を平行化するコリメートレンズ１ｂとにより、複数のＬＤアレイを構成し、複数のＬＤアレイから出射された複数の光線は非球面レンズ２によって集光される。非球面レンズ２は、楕円面である入射面と、平面である出射面とを有して集光レンズを構成する。ここで、非球面レンズ２の入射面の円錐定数Ｋは、上記の集光のために、－１．３≦Ｋ≦－０．５であることが好ましい。非球面レンズ２によって集光された光線は、例えば少なくとも１枚の拡散板３を介して球面レンズ４に入射する。これにより、複数のＬＤアレイから出射された光線は集光され、少なくとも１枚の拡散板３を介することで、スクリーン上の光強度分布を良好に均一化するとともに、レーザ光のスペックルノイズを解消させる。
　次いで、拡散板３によって拡散された光線は、コリメートレンズとしての球面レンズ４によって平行化される。球面レンズ４は、平面である入射面と、球面である出射面とを有して構成されている。ここで、非球面レンズ２が楕円面を有することで、球面レンズ４から出射する光線分布は、図２に示すように、光軸中心近傍の光束密度が、レンズ周辺部の光束密度よりも低くなることを特徴とする光線分布となる。さらに、球面レンズ４から出射されて平行化された光線はロッド集光レンズ５によって集光され、ロッドインテグレータ６の入射面に導光される。
　ロッドインテグレータ６に集光される光線の入射角度については、ロッド集光レンズ５の中心付近を通過する光線は入射角度が小さく、ロッド集光レンズ５の周辺部を透過する光線は入射角度が大きくなる。ロッドインテグレータ６に集光された光線は、ロッドインテグレータ６のロッド内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化される。ロッドインテグレータ６への入射角度が増加すると反射回数が増加するため、必要なロッド長を短縮でき、プロジェクタセットサイズの小型化に寄与する。
　以上説明したように、本実施形態によれば、非球面を含む非球面レンズ２と球面レンズ４の２枚の凸レンズを使用することで光軸中心近傍の光束密度がレンズ周辺部の光束密度よりも低くなり、ロッド長を延長することなく、色むらの発生を防ぐ照明光学系を提供することができる。
　また、複数のＬＤアレイからの光線を、楕円面である入射面を有する非球面レンズ２によって集光をすることで、球面レンズ４による平行化後の光強度分布（図１の面Ｓ１の位置）において、光軸近辺の光強度より、レンズ周辺部の光強度が大きい分布を形成可能となる。ここで、図１の面Ｓ１における光強度分布が、ロッドインテグレータに入射する光線の入射角度（集光角）に影響し、当該面Ｓ１において、光軸近傍の光線はロッド入射時の集光角が小さく、レンズ周辺部の光線はロッド入射時の集光角が大きくなる。これにより、集光角が大きいほど、ロッド内部の反射回数を稼ぐことができ、ロッドインテグレータの長さを短縮することができる。
　さらに、楕円面を有する非球面レンズを用いて光を集光することで、図１の面Ｓ１におけるレンズ周辺部の光強度が大きくなり、これにより集光角の大きい成分を増やせるため、ロッドインテグレータの長さを短縮可能である。
　言い換えれば、１枚目の非球面レンズ２の非球面が球面レンズ４の正の球面収差を打ち消すように負の球面収差を持つことで、２枚目の凸レンズである球面レンズ４を通過した光線の光強度分布は、図２に示すように像高が高いほど密になる。すなわち、像高が高いほど密になる光強度分布を有することで、ロッドインテグレータ６に入射する際の集光角の大きい成分が増加し、ロッドインテグレータ６の長さを延長することなく均一な光を生成できる。これにより光源照明装置を含む光源部の小型化に貢献できるという特有の効果を奏する。
　以上説明したように、本実施形態によれば、ロッドインテグレータの長さを延長することなく均一な光を生成でき、これにより光源部の小型化に貢献できる光源照明装置を提供できる。
　（実施形態２）
　図３は、実施形態２に係る投写型画像表示装置２００の構成例を示すブロック図である。ここで、投写型画像表示装置２００は、実施形態１に係る光源照明装置１００を用いて構成され、画像形成素子として３個のＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）８７，８８，８９を用いている。図３において、光源装置１及び光源装置１０の半導体レーザ素子に青色半導体レーザが用いられ、光源装置１及び光源装置１０は青色光を出射する。なお、光源照明装置１００において、図１の構成に加えて、光線の角度を曲げるための反射ミラー３６を備える。
　実施形態２に係る投写型画像表示装置２００は、光源照明装置１００に加えて、光源装置１０とレンズ７と、レンズ１１と、拡散板１２と、ダイクロイックミラー１５と、コンデンサレンズ１４と、蛍光体基板２０とを含んで構成される白色光照明装置１１０を備える。ここで、ダイクロイックミラー１５は、光源装置１及び光源装置１０からの青色光を透過するとともに、蛍光体基板２０で青色光から色変換された黄色光（蛍光）を反射し、青色光と黄色光とを合成する。蛍光体基板２０は、反射膜と蛍光体層２１を形成したアルミニウム基板２２と、モータ２３とから構成される。投写型画像表示装置２００はさらに、リレーレンズ８０と、反射ミラー８１と、フィールドレンズ８２と、全反射プリズム８３と、カラープリズム８４と、ＤＭＤ８７，８８，８９と、投写レンズ７５とを含む。リレーレンズ８０からカラープリズム８４までの光路が、光源装置１又は光源装置１０からの光を、被照明領域（ＤＭＤ８７，８８，８９の光入射面）に導く導光部である。ＤＭＤ８７，８８，８９は、入射光を変調して出射する光変調素子の一例であり、被照明領域に配置される。
　光源装置１０から出射された光束は、レンズ７によって集光され、レンズ１１によって、略平行な光束に戻された後、拡散板１２を透過する。拡散板１２は、ガラス製で、表面の微細な凹凸形状により光を拡散する。また、ダイクロイックミラー１５は光源装置１０からの青色光を透過し、赤色光と緑色光を反射する特性を有する。
　ここで、光源装置１０から出射され、拡散板１２を透過した光束は、ダイクロイックミラー１５を透過し、コンデンサレンズ１４によって蛍光体層２１上に集光され、蛍光体層２１を励起する。拡散板１２は、蛍光体層上に集光されるスポット光の径が、所望の径となるよう光を拡散させる。
　蛍光体基板２０は蛍光体層２１と、アルミニウム基板２２と、モータ２３から構成されている。蛍光体層２１はアルミニウム基板２２と、モータ２３とを備えた、回転制御可能な円形基板上に円環状に形成されている。蛍光体層２１は、青色光により励起され、緑、赤成分を含んだ黄色光を発光するＣｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体から形成されている。この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組織はＹ３Ａｌ５Ｏ１２である。蛍光体基板２０を回転させることにより、励起光による蛍光体層２１の温度上昇が抑制される。これにより、蛍光変換効率を安定的に維持させることができる。
　蛍光体層２１で生じた緑と赤の成分を含む蛍光はコンデンサレンズ１４に入射し、反射膜側に発光する蛍光は反射膜で反射された後にコンデンサレンズ１４に入射する。発生した蛍光はコンデンサレンズ１４によって略平行な光に変換され、ダイクロイックミラー１５で反射された後、ロッド集光レンズ５を介してロッドインテグレータ６に集光される。
　ダイクロイックミラー１５によって青色光と黄色光とが合成された白色光は、ロッド集光レンズ５に入射し、ロッドインテグレータ６へ集光する。ロッドインテグレータ６への入射光はロッドインテグレータ６の内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化され出射する。ロッドインテグレータ６からの出射光はリレーレンズ８０により集光され、反射ミラー８１で反射した後、フィールドレンズ８２を透過し、全反射プリズム８３に入射する。全反射プリズム８３は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層９０を形成している。空気層９０は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。フィールドレンズ８２からの光は全反射プリズム８３の全反射面で反射されて、カラープリズム８４に入射する。
　カラープリズム８４は３つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反射のダイクロイックミラー８５と赤反射のダイクロイックミラー８６が形成されている。カラープリズム８４に入射した白色光は、カラープリズム８４の青反射のダイクロイックミラー８５と赤反射のダイクロイックミラー８６により、青、赤、緑の色光に分離され、それぞれの色光はＤＭＤ８７，８８，８９に入射する。ＤＭＤ８７，８８，８９は外部信号である映像信号に応じてマイクロミラーを偏向させ、投写レンズ７５に入射する光と、投写レンズ７５の有効外へ進む光とに反射させる。ＤＭＤ８７，８８，８９により反射された光は、再度、カラープリズム８４を透過する。カラープリズム８４を透過する過程で、分離された青、赤、緑の各色光は合成され、全反射プリズム８３に入射する。全反射プリズム８３に入射した光は空気層９０に臨界角以下で入射するため、透過して、投写レンズ７５に入射する。このようにして、ＤＭＤ８７，８８，８９により形成された画像光がスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。
　以上の実施形態において、光源照明装置１００は均一な青色光を出射するため、良好なホワイトバランスの白色光で被照明領域を照明する投写型画像表示装置を実現できる。また、画像形成素子にＤＭＤ８７，８８，８９を用いているため、液晶を用いた画像形成素子と比べて、耐光性、耐熱性が高い投写型画像表示装置が構成できる。さらに、３個のＤＭＤ８７，８８，８９を用いているため、色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、ロッドインテグレータの長さを延長することなく均一な光を生成でき、これにより光源部の小型化に貢献できる光源照明装置を用いた投写型画像表示装置を提供できる。
　以上の実施形態において、光源として、青色レーザと蛍光体を用いたが、赤色、緑色、青色のレーザ光源を用いて構成してもよい。この場合、赤色、緑色のレーザ光源を用いた光源照明装置においても、実施形態１で説明した光源照明装置１００と同様に、集光レンズとしての非球面レンズ２とコリメートレンズとしての球面レンズ４を用い、球面レンズ４の正の球面収差を打ち消すように非球面レンズ２の非球面係数を設定することにより、それぞれ均一な赤色光、緑色光を生成することができる。また、赤色、緑色、青色のレーザ光源を用いることで、より色域の広い投写型表示装置が構成できる。
　本開示は、半導体レーザなどのレーザ光源及び液晶パネルやＤＭＤなどの光変調素子を用いた投写型画像表示装置に関するものである。
１，１０　光源装置
１ａ　半導体レーザ
１ｂ　コリメートレンズ
２　非球面レンズ
３　拡散板
４　球面レンズ
５　ロッド集光レンズ
６　ロッドインテグレータ
７，１１　レンズ
１２　拡散板
１５　ダイクロイックミラー
１４　コンデンサレンズ
２０　蛍光体基板
２１　蛍光体層
２２　アルミニウム基板
２３　モータ
３６，８１　反射ミラー
７５　投写レンズ
８０　リレーレンズ
８２　フィールドレンズ
８３　全反射プリズム
８４　カラープリズム
８５　青反射のダイクロイックミラー
８６　赤反射のダイクロイックミラー
８７，８８，８９　ＤＭＤ
９０　空気層
１００　光源照明装置
１１０　白色光照明装置
２００　投写型画像表示装置

Claims (4)

  1. 　複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザから出射された複数の光線を平行化する第１のコリメートレンズとを含むレーザ光源ユニットと、
    　前記レーザ光源ユニットから出射された複数の光線を集光する集光レンズと、
    　前記集光レンズによって集光された複数の光線を拡散する少なくとも１枚の拡散板と、
    　前記拡散板によって拡散された光線を平行化する第２のコリメートレンズと、を備える光源照明装置であって、
    　前記集光レンズは非球面と平面を有し、前記第２のコリメートレンズは平面と球面を有し、前記集光レンズの前記非球面は、前記第２のコリメートレンズの持つ正の球面収差を打ち消すように非球面係数が設定され、
    　前記第２のコリメートレンズから出射された光束の光軸近傍の光束密度が、当該光軸から離れた周辺部の光束密度よりも低いように設定される、
    光源照明装置。
  2. 　前記集光レンズは、前記非球面の入射面と、前記平面の出射面とを有し、
    　前記第２のコリメートレンズは、前記平面の入射面と、前記球面の出射面とを有する、
    請求項１に記載の光源照明装置。
  3. 　前記集光レンズの前記入射面の円錐定数Ｋは－１．３≦Ｋ≦－０．５である、
    請求項２に記載の光源照明装置。
  4. 　請求項１～３のうちのいずれか１つに記載の光源照明装置と、
    　前記光源照明装置からの出射光を被照明領域に導く導光部と、
    　前記被照明領域に配置され、外部信号に従って前記出射光を変調する光変調素子と、
    　前記変調された光を拡大投写する投写レンズと、を備える、
    投写型画像表示装置。
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