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JP2008003270A - Illumination device and projection-type image display device using the same - Google Patents

Illumination device and projection-type image display device using the same Download PDF

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JP2008003270A
JP2008003270A JP2006172143A JP2006172143A JP2008003270A JP 2008003270 A JP2008003270 A JP 2008003270A JP 2006172143 A JP2006172143 A JP 2006172143A JP 2006172143 A JP2006172143 A JP 2006172143A JP 2008003270 A JP2008003270 A JP 2008003270A
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JP
Japan
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light
color
optical system
light emitting
dichroic mirror
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Application number
JP2006172143A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Hatayama
淳 畑山
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】周囲温度条件や光源駆動条件の変化により生じる光源の光量の変化及び発光主波長の変化を検出し、その検出結果に応じて光源の駆動を制御することによって、色再現範囲の全域において常に安定した明るさ及び色度を実現する照明装置及び投写型画像表示装置を提供する。
【解決手段】複数色の発光素子と、前記複数色の各発光素子から射出される光束を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系の後段にロッドインテグレータと、画像を形成するライトバルブと、投写レンズで構成され、前記色合成光学系と前記ロッドインテグレータの間に配置した集光レンズに照明光の一部を照明光路有効域外に射出させる光分岐部を密着あるいは近傍に備え、さらに前記射出光の発光強度を検出可能な検出素子とを備えている。
【選択図】図1
By detecting a change in the light amount of the light source and a change in the emission main wavelength caused by a change in the ambient temperature condition and the light source drive condition, and controlling the drive of the light source according to the detection result, the entire color reproduction range is detected. Provided are an illumination device and a projection-type image display device that always realize stable brightness and chromaticity.
A light emitting element having a plurality of colors, a color combining optical system for color combining light beams emitted from the light emitting elements of the plurality of colors, a rod integrator at a subsequent stage of the color combining optical system, and a light for forming an image A condensing lens that is composed of a bulb and a projection lens and that is arranged between the color synthesis optical system and the rod integrator has a light branching part that emits part of the illumination light outside the effective area of the illumination optical path in close contact or in the vicinity, Furthermore, a detection element capable of detecting the emission intensity of the emitted light is provided.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、照明装置及びそれを用いた投写型画像表示装置に関する。   The present invention relates to an illumination device and a projection type image display device using the same.

近年、映像表示装置であるLCD(Liquid Crystal Device)ディスプレーやLCDテレビのバックライト光源、あるいは投写型画像表示装置であるプロジェクタの照明用光源として、従来の冷陰極管や超高圧水銀灯に替わって高輝度発光ダイオード(LED)や半導体レーザを用い、色再現範囲の拡大が図られている。   In recent years, as a backlight light source for LCD (Liquid Crystal Device), which is an image display device, or as a backlight light source for an LCD TV, or as an illumination light source for a projector, which is a projection-type image display device, it has been replaced with a conventional cold cathode tube or an ultra-high pressure mercury lamp. Using a light emitting diode (LED) or a semiconductor laser, the color reproduction range is expanded.

このLEDやレーザのような半導体光源の場合は、その発光スペクトルが冷陰極管や超高圧水銀灯とは異なり、比較的狭い波長範囲に集中した特性を有しており、照明用光源としてR(Red)、G(Green)、B(Blue)の3原色の組み合わせで使用されることが多い。   In the case of a semiconductor light source such as an LED or a laser, its emission spectrum is different from that of a cold cathode tube or an ultrahigh pressure mercury lamp, and has a characteristic concentrated in a relatively narrow wavelength range, and R (Red) as a light source for illumination. ), G (Green), and B (Blue) in many combinations.

このような半導体光源は、周囲環境の温度変化や、光源自身の温度変化、あるいは駆動条件、即ち駆動電流量によって発光出力が変化することが知られている。ここでいう発光出力とは、光量、即ち明るさと、発光主波長である。これらが変化することによって、各原色の色度及び輝度が変化し、画面全体の輝度と色温度、即ち白色の色度が変化する。   It is known that such a semiconductor light source has a light emission output that changes depending on a temperature change of the surrounding environment, a temperature change of the light source itself, or a driving condition, that is, a driving current amount. The light emission output here is a light amount, that is, brightness and a light emission dominant wavelength. As these change, the chromaticity and luminance of each primary color change, and the luminance and color temperature of the entire screen, that is, the chromaticity of white changes.

そこで、例えば特許文献1に、光検出器を用いてフィードバック制御することにより、特に白の色度の安定化を図る技術が提案されている。   Therefore, for example, Patent Document 1 proposes a technique for particularly stabilizing the chromaticity of white by performing feedback control using a photodetector.

具体的には、投写レンズからスクリーンに投写された光の反射光を共通のセンサーで検出する第1の構成、投写レンズと映像を変調するライトバルブとの間に光分岐部を備えて共通のセンサーで検出する第2の構成、映像を変調する各色用のライトバルブと各光源との間に光分岐部を備えて、各色用センサーで検出する第3の構成、投写レンズの方向又は前記投写レンズ以外の方向に反射させる可動ミラーがマトリクス状に配置されたDMD素子をライトバルブとして備え、投写レンズ以外の方向に反射される光を検出する第4の構成を用いた投写型画像表示装置が提案されている。
特開2004−226631号公報
Specifically, a first configuration in which reflected light of light projected on the screen from the projection lens is detected by a common sensor, and a light branching unit is provided between the projection lens and the light valve that modulates the image. A second configuration for detecting by the sensor, a third configuration for detecting by each color sensor having a light branching unit between the light valve for each color for modulating the image and each light source, the direction of the projection lens or the projection A projection-type image display apparatus using a fourth configuration that includes a DMD element in which movable mirrors that reflect in a direction other than the lens are arranged in a matrix form as a light valve, and that detects light reflected in a direction other than the projection lens. Proposed.
JP 2004226663 A

以上に示した従来の投写型画像表示装置の第1の検出構成では、一般照明光の影響をなくして暗室とした上でスクリーンに白色を投写する必要があるために自動検出ができないこと、スクリーンの配光特性の影響、即ち投写される各色の反射特性の影響を受けやすいという課題がある。   In the first detection configuration of the conventional projection type image display apparatus shown above, it is necessary to project white color on a screen after eliminating the influence of general illumination light and making a dark room. There is a problem that it is easily affected by the light distribution characteristics of the light, that is, the reflection characteristics of the projected colors.

また、第2の検出構成の一つは、投写レンズとライトバルブ間に光分岐部としてプリズムを用いており、投写レンズのバックフォーカスを長くとる必要があり、短い距離で大きな投写画像を得るためには不利になる。さらに、回折素子を光分岐部として用いたもう一つの第2の検出構成では、偏光光を変調するライトバルブに限定され、さらに解像度劣化、コントラスト劣化の要因ともなる。   One of the second detection configurations uses a prism as a light branching portion between the projection lens and the light valve, and it is necessary to take a long back focus of the projection lens, so that a large projected image can be obtained at a short distance. It will be disadvantageous. Further, in the second detection configuration using the diffraction element as the light branching portion, the second detection configuration is limited to a light valve that modulates polarized light, and further causes deterioration in resolution and contrast.

また、第3の検出構成では、光源とライトバルブとの間に回折素子を用いているが、各色用の回折素子のバラツキ及び各色用のセンサーの精度バラツキが課題となる。   In the third detection configuration, a diffractive element is used between the light source and the light valve. However, variations in the diffractive elements for the respective colors and variations in accuracy of the sensors for the respective colors are problems.

さらに、前記第2及び第3の検出構成では、映像に白色を表示する信号を入力する、あるいは内部信号として備えている必要があるため、白色以外の映像を表示しながらの調整は不可能である。   Further, in the second and third detection configurations, since it is necessary to input a signal for displaying white in an image or to provide it as an internal signal, adjustment while displaying an image other than white is impossible. is there.

また、第4の検出構成では、各色光源からDMDへの入射角度が異なるために、光源の配光特性が理想的に均一である必要があり実用的でなく、さらに、投写レンズ以外の方向に反射される光との記載から検出するためにスクリーン上で黒色表示にする必要があり、自動検出するためには映像表示中に黒色表示を挿入しなければならない。   Further, in the fourth detection configuration, since the incident angles from the light sources of the respective colors to the DMD are different, the light distribution characteristics of the light sources need to be ideally uniform, which is not practical, and further in directions other than the projection lens. In order to detect from the description of reflected light, it is necessary to display black on the screen, and in order to detect automatically, a black display must be inserted during video display.

本発明は、上記のような従来の問題を解決するものであり、コストの増加を抑えつつ、色均一性及び輝度均一性を良好にするための光検出器を用いてフィードバック制御する検出構成を備えた、照明装置及び投写型画像表示装置を提供することを目的としている。   The present invention solves the above-described conventional problems, and a detection configuration that performs feedback control using a photodetector for improving color uniformity and luminance uniformity while suppressing an increase in cost. An object of the present invention is to provide an illumination device and a projection-type image display device provided.

前記目的を達成するために、本発明の照明装置は、複数の各色の発光素子と、前記複数の各色の発光素子から射出される光束を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系の後段にロッドインテグレータを備え、前記色合成光学系と前記ロッドインテグレータの間に配置した集光レンズに、前記色合成された白色光束の一部を照明光路有効域外に射出させる光分岐部を密着、あるいは近傍に備え、前記光分岐部から射出した光束の発光強度を適宜検出可能な検出素子とを備えていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the illumination device of the present invention includes a plurality of light emitting elements of each color, a color combining optical system for color combining light beams emitted from the plurality of light emitting elements of each color, and the color combining optical system. A rod integrator is provided at the latter stage, and a light branching unit that emits a part of the color-combined white light beam outside the effective optical path is closely attached to the condenser lens disposed between the color combining optical system and the rod integrator. Or a detection element provided in the vicinity and capable of appropriately detecting the light emission intensity of the light beam emitted from the light branching portion.

また、本発明の照明装置は、複数の各色の発光素子と、前記複数の各色の発光素子から射出される光束を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系の後段に第1のレンズアレーと第2のレンズアレーとからなるインテグレータ光学系が構成され、前記第1のレンズアレーを構成するレンズ群に、前記色合成された白色光束の一部を照明光路有効域外に射出させる光分岐部を備え、前記光分岐部から射出した光束の発光強度を適宜検出可能な検出素子とを備えていることを特徴とする。   The illumination device according to the present invention includes a plurality of light emitting elements of each color, a color combining optical system for color combining light beams emitted from the plurality of light emitting elements of each color, and a first stage after the color combining optical system. An integrator optical system composed of a lens array and a second lens array is configured, and light that causes a part of the color-combined white light beam to be emitted outside the effective range of the illumination light path to the lens group constituting the first lens array And a detection element capable of appropriately detecting the light emission intensity of the light beam emitted from the light branching unit.

本発明の投写型画像表示装置は、複数の各色の発光素子と、前記複数の各色の発光素子から射出される光束を色合成する色合成光学系と、画像を形成するライトバルブと、前記ライトバルブに形成された画像を投写する投写レンズと、前記色合成光学系の後段にロッドインテグレータとを備え、前記色合成光学系と前記ロッドインテグレータとの間に配置した集光レンズに、前記色合成された白色光束の一部を照明光路有効域外に射出させる光分岐部を密着、あるいは近傍に備え、前記光分岐部から射出した光束の発光強度を適宜検出可能な検出素子とを備えていることを特徴とする。   The projection-type image display apparatus according to the present invention includes a plurality of light emitting elements of each color, a color combining optical system that combines light beams emitted from the plurality of light emitting elements of each color, a light valve that forms an image, and the light A projection lens for projecting an image formed on the bulb; and a rod integrator at a rear stage of the color synthesis optical system; and the color synthesis on the condenser lens disposed between the color synthesis optical system and the rod integrator. A light branching part that emits a part of the white light beam emitted outside the effective range of the illumination light path is provided in close contact or in the vicinity thereof, and a detection element capable of appropriately detecting the light emission intensity of the light beam emitted from the light branching part. It is characterized by.

また、本発明の投写型画像表示装置は、複数の各色の発光素子と、前記複数の各色の発光素子から射出される光束を色合成する色合成光学系と、画像を形成するライトバルブと、前記ライトバルブに形成された画像を投写する投写レンズと、前記色合成光学系の後段に第1のレンズアレーと第2のレンズアレーとからなるインテグレータ光学系が構成され、前記第1のレンズアレーを構成するレンズ群に、前記色合成された白色光束の一部を照明光路有効域外に射出させる光分岐部を備え、前記光分岐部から射出した光束の発光強度を適宜検出可能な検出素子とを備えていることを特徴とする。   Further, the projection type image display apparatus of the present invention includes a plurality of light emitting elements of each color, a color combining optical system for color combining light beams emitted from the light emitting elements of the plurality of colors, a light valve for forming an image, An integrator optical system comprising a projection lens for projecting an image formed on the light valve and a first lens array and a second lens array downstream of the color synthesis optical system is configured, and the first lens array And a detection element capable of appropriately detecting the light emission intensity of the light beam emitted from the light branching portion, and a light branching portion that emits a part of the color-combined white light beam outside the effective optical path area. It is characterized by having.

本発明によれば、周囲温度条件や光源駆動条件の変化により生じる光源の光量の変化、及び発光主波長の変化を適宜検出し、その検出結果に応じて光源の駆動を制御することによって、色再現範囲の全域において常に安定した明るさ及び色度を実現できる。また、調整用の信号等を入力する、あるいは内部信号として備える必要がないという特徴を有する。   According to the present invention, a change in the light amount of the light source caused by a change in the ambient temperature condition or the light source driving condition, and a change in the emission main wavelength are appropriately detected, and the light source driving is controlled in accordance with the detection result, so that the color Stable brightness and chromaticity can always be achieved over the entire reproduction range. Further, there is a feature that it is not necessary to input an adjustment signal or the like as an internal signal.

本発明の照明装置又は投写型画像表示装置の色合成光学系は、高価な色合成プリズムを用いることなく、ダイクロイックミラーにより構成し、集光レンズ系を複数枚のレンズで構成している。このことにより、コストの増加を抑えつつ、色均一性及び輝度均一性を良好にするための機構的な保持精度を確保し易くすることができる。   The color synthesizing optical system of the illumination device or the projection type image display device of the present invention is constituted by a dichroic mirror without using an expensive color synthesizing prism, and the condensing lens system is constituted by a plurality of lenses. As a result, it is possible to easily ensure mechanical holding accuracy for improving color uniformity and luminance uniformity while suppressing an increase in cost.

本発明の照明装置又は投写型画像表示装置においては、色合成光学系の後段に合成光の発光強度を適宜検出可能な検出素子を配置していることを特徴とする。この構成によれば、各色光源からの射出光は光学的に同一の経路を通る光を同一の検出位置で検出することができるので、光学経路によるバラツキ及び各色別の検出素子を用いた場合の検出素子のバラツキをなくすことができる。   The illumination device or the projection type image display device according to the present invention is characterized in that a detection element capable of appropriately detecting the emission intensity of the combined light is disposed in the subsequent stage of the color combining optical system. According to this configuration, since the light emitted from each color light source can detect light passing through the same optical path at the same detection position, variation due to the optical path and detection elements for each color are used. Variations in the detection element can be eliminated.

本発明の照明装置又は投写型画像表示装置においては、光分岐部の後段にロッドインテグレータを備えることが望ましい。あるいは、光分岐部は、レンズアレーからなるインテグレータの有効部以外に備えることが望ましい。この構成によれば、光分岐部で投写光の一部を取り出すために生じるスクリーンの輝度むらを抑えることができる。また、光拡散手段には、摺りガラスあるいは表面を摺りガラス状に加工したプラスチック、基板表面にオパール層を備えたガラスあるいはプラスチック、ランダムに配置された凹凸パターンを備えたガラス、フィルムあるいはプラスチックであることを特徴とする。この構成によれば、強度むらのある光であっても拡散することでセンサーに入射する光の光量バラツキを抑制することができる。   In the illumination device or the projection type image display device of the present invention, it is desirable to provide a rod integrator at the rear stage of the light branching unit. Alternatively, it is desirable that the light branching unit is provided in addition to the effective part of the integrator made of a lens array. According to this configuration, it is possible to suppress unevenness in the luminance of the screen that is caused by taking out part of the projection light at the light branching portion. Further, the light diffusing means may be frosted glass or plastic whose surface is processed into frosted glass, glass or plastic provided with an opal layer on the substrate surface, glass, film or plastic provided with randomly arranged uneven patterns. It is characterized by that. According to this configuration, it is possible to suppress variation in the amount of light incident on the sensor by diffusing even light with uneven intensity.

本発明の照明装置又は投写型画像表示装置においては、複数色の発光素子として、少なくとも赤色、青色、緑色の半導体発光素子を配置していることを特徴とする。   The illumination device or the projection type image display device according to the present invention is characterized in that at least red, blue, and green semiconductor light emitting elements are arranged as the light emitting elements of a plurality of colors.

また、第1のダイクロイックミラー及び第2のダイクロイックミラーの少なくともいずれかは、面内の一方向に光学膜厚を変化させていることが好ましい。この構成によれば、ダイクロイックミラーへの入射角が光軸上から周辺部にかけて一様に変化しても、色ムラ、輝度ムラを防止することができる。   Moreover, it is preferable that at least one of the first dichroic mirror and the second dichroic mirror has an optical film thickness changed in one direction in the plane. According to this configuration, even when the incident angle to the dichroic mirror changes uniformly from the optical axis to the peripheral portion, color unevenness and luminance unevenness can be prevented.

また、半導体発光素子と前記ダイクロイックミラーの間に配置された集光レンズの少なくとも1つの面が非球面形状であることが好ましい。この構成によれば、収差補正が容易になる。   Moreover, it is preferable that at least one surface of the condenser lens disposed between the semiconductor light emitting element and the dichroic mirror has an aspherical shape. According to this configuration, aberration correction becomes easy.

また、半導体発光素子は、発光ダイオード素子、エレクトロルミネセンス素子、又は半導体レーザ素子であることが好ましい。   The semiconductor light emitting element is preferably a light emitting diode element, an electroluminescence element, or a semiconductor laser element.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る投写型画像表示装置の光学系概念図である。図2は、図1に示す光検出部3の拡大概念図である。図において、1−Gは緑色半導体発光素子、1−Rは赤色半導体発光素子、1−Bは青色半導体発光素子である。半導体発光素子としては、例えば発光ダイオード素子、エレクトロルミネセンス素子、半導体レーザ素子が挙げられる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a conceptual diagram of an optical system of a projection type image display apparatus according to Embodiment 1. FIG. 2 is an enlarged conceptual diagram of the light detection unit 3 shown in FIG. In the figure, 1-G is a green semiconductor light emitting element, 1-R is a red semiconductor light emitting element, and 1-B is a blue semiconductor light emitting element. Examples of the semiconductor light emitting element include a light emitting diode element, an electroluminescence element, and a semiconductor laser element.

101から104は、各色の半導体発光素子から射出される光を、後述するロッドインテグレータ9の入射面9a付近に半導体発光素子の光源像をつくる集光レンズ系である。101は第1集光レンズ、102は第2集光レンズ、103は第3集光レンズ、104は第4集光レンズである。2は光分岐部であり、頂点位置のずれた位置を有効部とするレンズからなり、さらに第4集光レンズ104に密着して備えている。3は光検出部であり、図2に上面拡大図と正面拡大図を示している。図2中、4はセンサー、5は拡散手段である。10は第1のダイクロイックミラー、11は第2のダイクロイックミラーである。9はロッドインテグレータである。12は全反射ミラーである。   Reference numerals 101 to 104 denote a condensing lens system that creates light source images of the semiconductor light emitting elements in the vicinity of the incident surface 9a of the rod integrator 9 described later, from the light emitted from the semiconductor light emitting elements of the respective colors. 101 is a first condenser lens, 102 is a second condenser lens, 103 is a third condenser lens, and 104 is a fourth condenser lens. Reference numeral 2 denotes a light branching unit, which is composed of a lens having an effective portion at a position shifted from the apex position, and is in close contact with the fourth condenser lens 104. Reference numeral 3 denotes a light detection unit, and FIG. 2 shows an enlarged top view and an enlarged front view. In FIG. 2, 4 is a sensor, and 5 is a diffusion means. Reference numeral 10 denotes a first dichroic mirror, and 11 denotes a second dichroic mirror. 9 is a rod integrator. Reference numeral 12 denotes a total reflection mirror.

201は第1リレーレンズ、202は第2リレーレンズ、203はフィールドレンズである。7は全反射プリズム、8は反射型ライトバルブ、6は投写レンズである。   201 is a first relay lens, 202 is a second relay lens, and 203 is a field lens. 7 is a total reflection prism, 8 is a reflection type light valve, and 6 is a projection lens.

図1において、第1集光レンズ101と第2集光レンズ102は、半導体発光素子1−Gと第1のダイクロイックミラー10との間、半導体発光素子1−Rと第1のダイクロイックミラー10との間、及び半導体発光素子1−Bと全反射ミラー12との間にそれぞれ配置されている。   In FIG. 1, the first condenser lens 101 and the second condenser lens 102 are provided between the semiconductor light emitting element 1 -G and the first dichroic mirror 10, and between the semiconductor light emitting element 1 -R and the first dichroic mirror 10. And between the semiconductor light emitting element 1 -B and the total reflection mirror 12.

第3集光レンズ103は、第1のダイクロイックミラー10と第2のダイクロイックミラー11との間、及び全反射ミラー12と第2のダイクロイックミラー11との間にそれぞれ配置されている。   The third condenser lens 103 is disposed between the first dichroic mirror 10 and the second dichroic mirror 11 and between the total reflection mirror 12 and the second dichroic mirror 11.

なお、図1の例では、小型化のために、半導体発光素子1−Bを集光する第2集光レンズ102と第3集光レンズ103の間に、全反射ミラー12を配置しているが、これを省いた構成であってもよい。   In the example of FIG. 1, the total reflection mirror 12 is disposed between the second condenser lens 102 and the third condenser lens 103 that collect the semiconductor light emitting element 1 -B for the purpose of downsizing. However, the structure which excluded this may be sufficient.

第1のダイクロイックミラー10は、第2集光レンズ102と第3集光レンズ103の間に配置されている。第1のダイクロイックミラー10は、緑を透過させ、赤を反射する特性を有している。   The first dichroic mirror 10 is disposed between the second condenser lens 102 and the third condenser lens 103. The first dichroic mirror 10 has a characteristic of transmitting green and reflecting red.

また、第1のダイクロイックミラー10は、面内の一方向に光学膜厚を変化させている。即ち、光軸から周辺部側に離れるにつれて変化する入射角度に応じて光学膜厚が変化していることになる。このことにより、入射角度が45度とは異なる周辺部の分光特性を、入射角度45度の光軸上の分光特性にできる限り近づけるようにしている。   Further, the first dichroic mirror 10 changes the optical film thickness in one direction within the surface. That is, the optical film thickness changes according to the incident angle that changes as the distance from the optical axis increases. As a result, the spectral characteristics of the peripheral portion where the incident angle is different from 45 degrees are made as close as possible to the spectral characteristics on the optical axis at the incident angle of 45 degrees.

このように構成することにより、第1のダイクロイックミラー10への入射角が光軸上から周辺部にかけて一様に変化しても、それに合わせて光学膜厚を変化させているので、色ムラ、輝度ムラを防止することができる。   By configuring in this way, even if the incident angle to the first dichroic mirror 10 changes uniformly from the optical axis to the peripheral portion, the optical film thickness is changed accordingly, so that color unevenness, Brightness unevenness can be prevented.

第2のダイクロイックミラー11は、第3集光レンズ103と第4集光レンズ104との間に配置されている。第2のダイクロイックミラー11は、緑及び赤を透過させ、青を反射する特性を有している。   The second dichroic mirror 11 is disposed between the third condenser lens 103 and the fourth condenser lens 104. The second dichroic mirror 11 has a characteristic of transmitting green and red and reflecting blue.

また、第2のダイクロイックミラー11は、面内の一方向に光学膜厚を変化させている。即ち、光軸から周辺部側に離れるにつれて変化する入射角度に応じて光学膜厚が変化していることになる。このことにより、入射角度が45度とは異なる周辺部の分光特性を、入射角度45度の光軸上の分光特性にできる限り近づけるようにしている。   The second dichroic mirror 11 changes the optical film thickness in one direction within the surface. That is, the optical film thickness changes according to the incident angle that changes as the distance from the optical axis increases. As a result, the spectral characteristics of the peripheral portion where the incident angle is different from 45 degrees are made as close as possible to the spectral characteristics on the optical axis at the incident angle of 45 degrees.

このように構成することにより、第2のダイクロイックミラー11への入射角が光軸上から周辺部にかけて一様に変化しても、それに合わせて光学膜厚を変化させているので、色ムラ、輝度ムラを防止することができる。   By configuring in this way, even if the incident angle to the second dichroic mirror 11 changes uniformly from the optical axis to the peripheral part, the optical film thickness is changed accordingly, so that color unevenness, Brightness unevenness can be prevented.

つまり、後述する光検出部3で検出する光と投写光の色の違いがでないようにしている。   That is, there is no difference in color between light detected by the light detection unit 3 described later and projection light.

但し、第2のダイクロイックミラー11では第1のダイクロイックミラー10を通る光束に比べ、平行光に近くなることが多いため、必ずしも前記のような面内の一方向に光学膜厚を変化させたミラーを用いなくてもよい場合もある。さらに、半導体発光素子の青、緑、赤の配置を制限するものではないので、配置に合わせてダイクロイックミラーの仕様を変更すれば良い。   However, since the second dichroic mirror 11 is often closer to parallel light than the light beam passing through the first dichroic mirror 10, the mirror whose optical film thickness is always changed in one direction in the plane as described above. May not be used. Furthermore, since the arrangement of blue, green, and red of the semiconductor light emitting element is not limited, the specification of the dichroic mirror may be changed in accordance with the arrangement.

また、第1集光レンズ101及び第2集光レンズ102は、少なくともどちらかの面に非球面の形状を備えた1枚の非球面レンズで構成することもできる。   In addition, the first condenser lens 101 and the second condenser lens 102 can also be configured by a single aspheric lens having an aspheric shape on at least one of the surfaces.

また、集光レンズの枚数は、図1の例に限るものではないが、ロッドインテグレータ9の入射面9a付近に半導体発光素子の光源像をつくる必要がある。   The number of condensing lenses is not limited to the example of FIG. 1, but it is necessary to create a light source image of the semiconductor light emitting element in the vicinity of the incident surface 9 a of the rod integrator 9.

ここで、本実施の形態は、集光レンズ系を複数枚のレンズで構成し、集光レンズ間にダイクロイックミラーからなる色合成系を挿入した構成を取ることにより、各レンズの焦点距離を長くとり、色ムラ及び輝度ムラに敏感にならないようにすることで部品精度及び保持精度を確保し易くしている。   Here, in the present embodiment, the condensing lens system is composed of a plurality of lenses, and the focal length of each lens is increased by adopting a configuration in which a color synthesizing system composed of a dichroic mirror is inserted between the condensing lenses. Therefore, it is easy to ensure the component accuracy and the holding accuracy by avoiding sensitivity to color unevenness and brightness unevenness.

次に、本実施の形態の動作を、図1を参照しながら説明する。各色の半導体発光素子1−G、1−Rから射出した緑、赤の各光束は、第1集光レンズ101と第2集光レンズ102により集光され、第1のダイクロイックミラー10に入射する。第1のダイクロイックミラー10により、半導体発光素子1−Gから射出される緑光と、半導体発光素子1−Rから射出される赤光とが色合成され、第3集光レンズ103を介して第2のダイクロイックミラー11に入射する。   Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. The green and red luminous fluxes emitted from the semiconductor light emitting elements 1-G and 1-R of the respective colors are condensed by the first condenser lens 101 and the second condenser lens 102 and enter the first dichroic mirror 10. . The first dichroic mirror 10 color-combines the green light emitted from the semiconductor light emitting element 1 -G and the red light emitted from the semiconductor light emitting element 1 -R, and the second light is transmitted through the third condenser lens 103. Is incident on the dichroic mirror 11.

一方、半導体発光素子1−Bからの射出光は、第1集光レンズ101と第2集光レンズ102により集光され、全反射ミラー12と第3集光レンズ103を介して第2のダイクロイックミラー11に入射する。第2のダイクロイックミラー11により、緑、赤、青が白色合成される。また、第1集光レンズ101から第4集光レンズ104の集光レンズ系により、ロッドインテグレータ9の入射面9a付近に半導体発光素子の光源像がつくられる。   On the other hand, the light emitted from the semiconductor light emitting element 1-B is condensed by the first condenser lens 101 and the second condenser lens 102, and the second dichroic is passed through the total reflection mirror 12 and the third condenser lens 103. Incident on the mirror 11. The second dichroic mirror 11 synthesizes green, red, and blue into white. Further, a light source image of the semiconductor light emitting element is formed in the vicinity of the incident surface 9 a of the rod integrator 9 by the condensing lens system of the first condensing lens 101 to the fourth condensing lens 104.

白色合成された各色の光束は、ロッドインテグレータ9に入射し、半導体発光素子の光源像は、前記ロッドインテグレータ9の内面で適宜反射し、分割して形成され、入射した光束が不均一な照度分布であっても均一性に優れた照明光束として射出される。ロッドインテグレータ9から射出された光束は、第1リレーレンズ201、第2リレーレンズ202、フィールドレンズ203及び全反射プリズム7を介して反射型ライトバルブを照明する。   The light beams of the respective colors synthesized in white are incident on the rod integrator 9, and the light source image of the semiconductor light emitting element is appropriately reflected on the inner surface of the rod integrator 9 and formed in a divided manner, and the incident light flux has a non-uniform illuminance distribution. Even so, it is emitted as an illumination light beam with excellent uniformity. The light beam emitted from the rod integrator 9 illuminates the reflective light valve via the first relay lens 201, the second relay lens 202, the field lens 203 and the total reflection prism 7.

反射型ライトバルブ8により、光学像を形成する変調光が射出される。反射型ライトバルブ8からの光束は、全反射プリズム7を経て投写レンズ6に至ることになる。そして、投写レンズ6は、反射型ライトバルブ8の形成した光学像を投写することになる。   The reflective light valve 8 emits modulated light that forms an optical image. The light flux from the reflective light valve 8 reaches the projection lens 6 through the total reflection prism 7. The projection lens 6 projects the optical image formed by the reflective light valve 8.

また、反射型ライトバルブ8は、微細なミラーの集合体であるデジタルミラーデバイスからなり、駆動回路(図示せず)から出力される電気信号によって画像を表示する。反射型ライトバルブ8に表示された画像は、全反射プリズム7及び投写レンズ6を介して拡大投写され、スクリーン(図示せず)に投写されることになる。   The reflective light valve 8 is composed of a digital mirror device that is an aggregate of fine mirrors, and displays an image by an electric signal output from a drive circuit (not shown). The image displayed on the reflection type light valve 8 is enlarged and projected through the total reflection prism 7 and the projection lens 6 and projected onto a screen (not shown).

一方、第4集光レンズ104に密着して備えられた光分岐部2により、白色合成された光束の一部は光検出部3に向けて射出される。また、一部分岐された投写有効光束は、ロッドインテグレータ9により、均一性に優れた照明光束として射出されるので、一部分岐されたことにより生じる投写光の不均一性はなくなる。さらに光検出部3は投写光束の有効域外に備えられている。   On the other hand, part of the light beam synthesized in white by the light branching unit 2 provided in close contact with the fourth condenser lens 104 is emitted toward the light detection unit 3. In addition, since the projection effective light beam partially branched is emitted by the rod integrator 9 as an illumination light beam having excellent uniformity, the non-uniformity of the projection light caused by partial branching is eliminated. Furthermore, the light detection unit 3 is provided outside the effective range of the projected light beam.

また、光分岐部2により射出された光束は図2中、拡散手段5により拡散され、配光特性が急峻でなくなり、位置ずれによる検出バラツキを抑えることができる。拡散手段5から射出した光束は、センサー4に入射する。センサー4は、例えばフォトダイオードにカラーフィルタを取り付けたフォトセンサーであり、その光量を示す信号を出力する。また、制御部30において、出力された信号値と、あらかじめR、G、Bの光量を変化させ、白色バランスを調整したときの信号値を比較して、その差が小さくなるように各光源の駆動ゲインを変化させることで、各色の所望の光量を維持するようにフィードバック制御を行う。継続的かつ定期的に前記フィードバックを実施することにより、白色の色度及び輝度が一定に保たれることになり、安定した白色バランスを得ることができる。   In addition, the light beam emitted from the light branching unit 2 is diffused by the diffusing unit 5 in FIG. 2, and the light distribution characteristics are not steep, and detection variations due to positional deviation can be suppressed. The light beam emitted from the diffusing unit 5 enters the sensor 4. The sensor 4 is, for example, a photosensor in which a color filter is attached to a photodiode, and outputs a signal indicating the amount of light. In addition, the control unit 30 compares the output signal value with the signal value when the white balance is adjusted by changing the R, G, and B light amounts in advance, so that the difference between the light sources is reduced. By changing the driving gain, feedback control is performed so as to maintain a desired light amount of each color. By continuously and periodically performing the feedback, white chromaticity and luminance are kept constant, and a stable white balance can be obtained.

なお、本実施の形態では投写型画像表示装置の例で説明したが、光の進行順に各色の半導体発光素子からフィールドレンズ203までの構成を少なくとも備えた装置を照明装置として用いれば、高輝度かつ均一な光を照射できる照明装置を実現できる。このことは以下の実施の形態においても同様である。   In the present embodiment, an example of a projection type image display apparatus has been described. However, if an apparatus including at least a configuration from a semiconductor light emitting element of each color to a field lens 203 is used as a lighting apparatus in the order in which light travels, high luminance and An illumination device that can irradiate uniform light can be realized. The same applies to the following embodiments.

(実施の形態2)
図3は、実施の形態2に係る投写型画像表示装置の光学系概念図である。実施の形態1の図1に示した投写型画像表示装置と同一構成のものは、同一番号を付してその詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a conceptual diagram of an optical system of the projection type image display apparatus according to the second embodiment. Components having the same configuration as that of the projection type image display apparatus shown in FIG.

本実施の形態では、図1に示した構成の第1集光レンズ101から第4集光レンズ104の集光レンズ系とは異なり、第1集光レンズ105から第4集光レンズ108の集光レンズ系から射出される光束はほぼ平行光となる。これは、後述するレンズアレーを使用したインテグレータの性能を良好とするためである。   In the present embodiment, unlike the condenser lens system of the first condenser lens 101 to the fourth condenser lens 104 having the configuration shown in FIG. 1, the condenser of the first condenser lens 105 to the fourth condenser lens 108 is used. The light beam emitted from the optical lens system is substantially parallel light. This is to improve the performance of the integrator using the lens array described later.

ここで、本実施の形態は、実施の形態1と同様に集光レンズ系を複数枚のレンズで構成し、集光レンズ間にダイクロイックミラーからなる色合成系を挿入した構成を取ることにより、各レンズの焦点距離を長くとり、色ムラ及び輝度ムラに敏感にならないようにすることで部品精度及び保持精度を確保し易くしている。   Here, in the present embodiment, as in the first embodiment, the condensing lens system is configured by a plurality of lenses, and a color synthesizing system including a dichroic mirror is inserted between the condensing lenses. By increasing the focal length of each lens so as not to be sensitive to color unevenness and brightness unevenness, it is easy to ensure component accuracy and holding accuracy.

また、第1のダイクロイックミラー13は、実施の形態1と同様に、光軸から周辺部にかけて光学膜厚を変化させてある。このように構成することにより、ダイクロイックミラーへの入射角が光軸上から周辺部にかけて一様に変化しても、それに合わせて光学膜厚を変化させておくことにより、色ムラ、輝度ムラの発生を防止することができる。第2のダイクロイックミラー14についても、面内の一方向に光学膜厚を変化させている。即ち、光軸から周辺部側に離れるにつれて変化する入射角度に応じて光学膜厚が変化していることになる。このことにより、入射角度が45度とは異なる周辺部の分光特性を、入射角度45度の光軸上の分光特性にできる限り近づけるようにしている。   Further, the first dichroic mirror 13 has an optical film thickness changed from the optical axis to the peripheral portion as in the first embodiment. By configuring in this way, even if the incident angle to the dichroic mirror changes uniformly from the optical axis to the peripheral part, by changing the optical film thickness accordingly, color unevenness and brightness unevenness can be reduced. Occurrence can be prevented. The optical film thickness of the second dichroic mirror 14 is also changed in one direction within the surface. That is, the optical film thickness changes according to the incident angle that changes as the distance from the optical axis increases. As a result, the spectral characteristics of the peripheral portion where the incident angle is different from 45 degrees are made as close as possible to the spectral characteristics on the optical axis at the incident angle of 45 degrees.

このように構成することにより、第2のダイクロイックミラー14への入射角が光軸上から周辺部にかけて一様に変化しても、それに合わせて光学膜厚を変化させているので、色ムラ、輝度ムラを防止することができる。   By configuring in this way, even if the incident angle to the second dichroic mirror 14 changes uniformly from the optical axis to the peripheral part, the optical film thickness is changed accordingly, so that color unevenness, Brightness unevenness can be prevented.

つまり、後述する光検出部3で検出する光と投写光の色の違いが出ないようにしている。   That is, the color difference between the light detected by the light detection unit 3 described later and the projection light is prevented.

但し、第2のダイクロイックミラー14では第1のダイクロイックミラー13を通る光束に比べ、平行光に近くなることが多いため、必ずしも前記のような面内の一方向に光学膜厚を変化させたミラーを用いなくてもよい場合もある。さらに、半導体発光素子の青、緑、赤の配置を制限するものではないので、配置に合わせてダイクロイックミラーの仕様を変更すれば良い。   However, since the second dichroic mirror 14 is often closer to parallel light than the light beam passing through the first dichroic mirror 13, the mirror whose optical film thickness is always changed in one direction in the plane as described above. May not be used. Furthermore, since the arrangement of blue, green, and red of the semiconductor light emitting element is not limited, the specification of the dichroic mirror may be changed in accordance with the arrangement.

第4集光レンズ108からほぼ平行光として射出した光束は、第1のレンズアレー90と第2のレンズアレー91で構成されるレンズアレー型インテグレータにより、第1のレンズアレー90に入射する光束が不均一な照度分布であっても、後述する反射型ライトバルブ9上で重畳され、結果として均一性に優れた照明光束を得ることができる。第1のレンズアレー90と第2のレンズアレー91の各レンズアレーより射出された光束は、第1リレーレンズ204、フィールドレンズ205及び全反射プリズム7を介して反射型ライトバルブ8を照明する。以降、実施の形態1の記述同様に投写レンズ6を介して拡大投写されスクリーン(図示せず)に投写されることになる。   A light beam emitted from the fourth condenser lens 108 as substantially parallel light is converted into a light beam incident on the first lens array 90 by a lens array integrator composed of the first lens array 90 and the second lens array 91. Even with a non-uniform illuminance distribution, it is superimposed on a reflective light valve 9 described later, and as a result, an illumination light beam with excellent uniformity can be obtained. The light beams emitted from the first lens array 90 and the second lens array 91 illuminate the reflective light valve 8 via the first relay lens 204, the field lens 205, and the total reflection prism 7. Thereafter, as described in the first embodiment, the image is enlarged and projected via the projection lens 6 and projected onto a screen (not shown).

一方、第1のレンズアレー90の有効域以外に頂点位置のずれた位置を有効部とするレンズからなる光分岐部20を備えたことにより、白色合成された光束の一部は光検出部3に向けて射出される。第4集光レンズ108から射出される光束の有効域は円形であるが、レンズアレーは矩形のレンズ群よりなるため、周辺部で使用できない領域がある。その領域の光束を光検出しようとするものであり、投写系には影響を与えない。さらに、光検出部3は、第2のレンズアレー91の有効域外に設置されている。   On the other hand, by providing the light branching unit 20 including a lens having an effective portion at a position shifted from the apex position outside the effective range of the first lens array 90, a part of the light beam synthesized in white is detected by the light detecting unit 3. It is injected towards. Although the effective area of the light beam emitted from the fourth condenser lens 108 is circular, the lens array is composed of a rectangular lens group, and therefore there is an area that cannot be used in the peripheral portion. It is intended to detect the light flux in that region and does not affect the projection system. Further, the light detection unit 3 is installed outside the effective range of the second lens array 91.

光分岐部20により射出された光束は、図2中、拡散手段5により拡散され、配光特性が急峻でなくなり、位置ずれによる検出バラツキを抑えることができる。   The light beam emitted by the light branching unit 20 is diffused by the diffusing unit 5 in FIG. 2, and the light distribution characteristics are not steep, and detection variations due to misalignment can be suppressed.

また、拡散手段5から射出した光束は、センサー4に入射する。センサー4は、例えばフォトダイオードにカラーフィルタを取り付けたフォトセンサーであり、その光量を示す信号を出力する。また、制御部30において、出力された信号値と、あらかじめR、G、Bの光量を変化させ、白色バランスを調整したときの信号値を比較して、その差が小さくなるように各光源の駆動ゲインを変化させることで各色の所望の光量を維持するようにフィードバック制御を行う。継続的かつ定期的に前記フィードバックを実施することにより、白色の色度及び輝度が一定に保たれることになり、安定した白色バランスを得ることができる。   Further, the light beam emitted from the diffusing unit 5 enters the sensor 4. The sensor 4 is, for example, a photosensor in which a color filter is attached to a photodiode, and outputs a signal indicating the amount of light. In addition, the control unit 30 compares the output signal value with the signal value when the white balance is adjusted by changing the R, G, and B light amounts in advance, so that the difference between the light sources is reduced. Feedback control is performed so as to maintain a desired light amount of each color by changing the drive gain. By continuously and periodically performing the feedback, white chromaticity and luminance are kept constant, and a stable white balance can be obtained.

なお、本実施の形態では投写型画像表示装置の例で説明したが、光の進行順に各色の半導体発光素子からフィールドレンズ203までの構成を少なくとも備えた装置を照明装置として用いれば、高輝度かつ均一な光を照射できる照明装置を実現できる。   In the present embodiment, an example of a projection type image display apparatus has been described. However, if an apparatus including at least a configuration from a semiconductor light emitting element of each color to a field lens 203 is used as a lighting apparatus in the order in which light travels, high luminance and An illumination device that can irradiate uniform light can be realized.

(実施の形態3)
図4は、実施の形態3に係る投写型画像表示装置の光学系概念図である。実施の形態1の図1に示した投写型画像表示装置と同一構成のものは、同一番号を付してその詳細な説明は省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a conceptual diagram of an optical system of the projection type image display apparatus according to the third embodiment. Components having the same configuration as that of the projection type image display apparatus shown in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施の形態では、図1に示した構成の第1集光レンズ101から第4集光レンズ104の集光レンズ系とは異なり、第1集光レンズ301と第2集光レンズ302と第3集光レンズ303の3枚で構成されている。集光レンズの曲面を非球面形状とすることによって集光効率をほぼ同等とすることができ、小さく構成することができる。但し、非球面形状とするレンズ曲面の数を限定するものではない。一方、各色の光束は、第2集光レンズ302と第3集光レンズ303との間に挿入した第1のダイクロイックミラー16と第2のダイクロイックミラー17を交差させX字状に配置した色合成光学系で色合成される。前記色合成の構成により、実施の形態1、実施の形態2で示した色合成系の約1/2に小さく構成することができる。以上の構成により、集光レンズ系及び色合成系を小さくすることが可能となる。   In the present embodiment, unlike the condenser lens system of the first condenser lens 101 to the fourth condenser lens 104 having the configuration shown in FIG. 1, the first condenser lens 301, the second condenser lens 302, and the first condenser lens It is composed of three condensing lenses 303. By making the curved surface of the condensing lens an aspherical surface, the condensing efficiency can be made almost equal, and the condensing efficiency can be reduced. However, the number of lens curved surfaces to be aspherical is not limited. On the other hand, the luminous flux of each color is a color composition in which the first dichroic mirror 16 and the second dichroic mirror 17 inserted between the second condenser lens 302 and the third condenser lens 303 are crossed and arranged in an X shape. Color synthesis is performed by an optical system. According to the color composition configuration, the color composition system can be reduced to about ½ of the color composition system described in the first and second embodiments. With the above configuration, the condenser lens system and the color composition system can be reduced.

色合成された各色の光束は、ロッドインテグレータ9に入射し、半導体発光素子の光源像は、前記ロッドインテグレータ9の内面で適宜反射し、分割して形成され、入射した光束が不均一な照度分布であっても均一性に優れた照明光束として射出される。ロッドインテグレータ9から射出された光束は、第1リレーレンズ201、第2リレーレンズ202、フィールドレンズ203及び全反射プリズム7を介して反射型ライトバルブを照明する。   The color-combined light beams of the respective colors enter the rod integrator 9, and the light source image of the semiconductor light emitting element is appropriately reflected and divided by the inner surface of the rod integrator 9, and the incident light flux has a non-uniform illuminance distribution. Even so, it is emitted as an illumination light beam with excellent uniformity. The light beam emitted from the rod integrator 9 illuminates the reflective light valve via the first relay lens 201, the second relay lens 202, the field lens 203 and the total reflection prism 7.

反射型ライトバルブ8により、光学像を形成する変調光が射出される。反射型ライトバルブ8からの光束は、全反射プリズム7を経て投写レンズ6に至ることになる。そして、投写レンズ6は、反射型ライトバルブ8の形成した光学像を投写することになる。   The reflective light valve 8 emits modulated light that forms an optical image. The light flux from the reflective light valve 8 reaches the projection lens 6 through the total reflection prism 7. The projection lens 6 projects the optical image formed by the reflective light valve 8.

また、反射型ライトバルブ8は、微細なミラーの集合体であるデジタルミラーデバイスからなり、駆動回路(図示せず)から出力される電気信号によって画像を表示する。反射型ライトバルブ8に表示された画像は、全反射プリズム7及び投写レンズ6を介して拡大投写され、スクリーン(図示せず)に投写されることになる。   The reflective light valve 8 is composed of a digital mirror device that is an aggregate of fine mirrors, and displays an image by an electric signal output from a drive circuit (not shown). The image displayed on the reflection type light valve 8 is enlarged and projected through the total reflection prism 7 and the projection lens 6 and projected onto a screen (not shown).

一方、第3集光レンズ303に密着して備えられた光分岐部21により、色合成された光束の一部は光検出部3に向けて射出される。また、一部分岐された投写有効光束は、ロッドインテグレータ9により、均一性に優れた照明光束として射出されるので、一部分岐されたことにより生じる投写光の不均一性はなくなる。さらに光検出部3は投写光束の有効域外に備えられている。   On the other hand, a part of the color-combined light beam is emitted toward the light detection unit 3 by the light branching unit 21 provided in close contact with the third condenser lens 303. In addition, since the projection effective light beam partially branched is emitted by the rod integrator 9 as an illumination light beam having excellent uniformity, the non-uniformity of the projection light caused by partial branching is eliminated. Furthermore, the light detection unit 3 is provided outside the effective range of the projected light beam.

また、光分岐部21により射出された光束は図2中、拡散手段5により拡散され、配光特性が急峻でなくなり、位置ずれによる検出バラツキを抑えることができる。拡散手段5から射出した光束は、センサー4に入射する。センサー4は、例えばフォトダイオードにカラーフィルタを取り付けたフォトセンサーであり、その光量を示す信号を出力する。また、制御部30において、出力された信号値と、あらかじめR、G、Bの光量を変化させ、白色バランスを調整したときの信号値を比較して、その差が小さくなるように各光源の駆動ゲインを変化させることで、各色の所望の光量を維持するようにフィードバック制御を行う。継続的かつ定期的に前記フィードバックを実施することにより、白色の色度及び輝度が一定に保たれることになり、安定した白色バランスを得ることができる。   In addition, the light beam emitted from the light branching unit 21 is diffused by the diffusing unit 5 in FIG. 2, and the light distribution characteristic is not steep, so that detection variations due to misalignment can be suppressed. The light beam emitted from the diffusing unit 5 enters the sensor 4. The sensor 4 is, for example, a photosensor in which a color filter is attached to a photodiode, and outputs a signal indicating the amount of light. In addition, the control unit 30 compares the output signal value with the signal value when the white balance is adjusted by changing the R, G, and B light amounts in advance, so that the difference between the light sources is reduced. By changing the driving gain, feedback control is performed so as to maintain a desired light amount of each color. By continuously and periodically performing the feedback, white chromaticity and luminance are kept constant, and a stable white balance can be obtained.

なお、本実施の形態では投写型画像表示装置の例で説明したが、光の進行順に各色の半導体発光素子からフィールドレンズ203までの構成を少なくとも備えた装置を照明装置として用いれば、高輝度かつ均一な光を照射できる照明装置を実現できる。   In the present embodiment, an example of a projection type image display apparatus has been described. However, if an apparatus including at least a configuration from a semiconductor light emitting element of each color to a field lens 203 is used as a lighting apparatus in the order in which light travels, high luminance and An illumination device that can irradiate uniform light can be realized.

以上のように、本発明によれば、半導体発光素子に光量の変化及び発光主波長の変化があった場合でも、その検出結果に応じて光源の駆動を制御することが可能となるので、色再現範囲の全域において常に安定した明るさ及び色度を実現する照明装置や投写型画像表示装置として有用である。   As described above, according to the present invention, even when there is a change in the amount of light and a change in the emission main wavelength in the semiconductor light emitting device, it is possible to control the driving of the light source according to the detection result. It is useful as a lighting device or a projection type image display device that always realizes stable brightness and chromaticity over the entire reproduction range.

本発明の実施の形態1に係る投写型画像表示装置の光学系概念図1 is a conceptual diagram of an optical system of a projection type image display apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1、2および3に係る光検出部の拡大概念図Enlarged conceptual diagram of the photodetecting unit according to Embodiments 1, 2, and 3 of the present invention 本発明の実施の形態2に係る投写型画像表示装置の光学系概念図Conceptual diagram of an optical system of a projection type image display apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態3に係る投写型画像表示装置の光学系概念図Conceptual diagram of an optical system of a projection type image display apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1−R 赤色半導体発光素子
1−G 緑色半導体発光素子
1−B 青色半導体発光素子
2、20、21 光分岐部
3 光検出部
4 センサー
5 拡散手段
6 投写レンズ
7 全反射プリズム
8 反射型ライトバルブ
9 ロッドインテグレータ
9a ロッドインテグレータ入射面
10、13、16 第1のダイクロイックミラー
11、14、17 第2のダイクロイックミラー
12、15 全反射ミラー
30 制御部
90 第1レンズアレー
91 第2レンズアレー
101、105、301 第1集光レンズ
102、106、302 第2集光レンズ
103、107、303 第3集光レンズ
104、108 第4集光レンズ
201、204 第1リレーレンズ
202 第2リレーレンズ
203、205 フィールドレンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-R Red semiconductor light emitting element 1-G Green semiconductor light emitting element 1-B Blue semiconductor light emitting element 2, 20, 21 Light branching part 3 Photodetection part 4 Sensor 5 Diffusing means 6 Projection lens 7 Total reflection prism 8 Reflection type light valve 9 Rod integrator 9a Rod integrator incident surface 10, 13, 16 First dichroic mirror 11, 14, 17 Second dichroic mirror 12, 15 Total reflection mirror 30 Control unit 90 First lens array 91 Second lens array 101, 105 , 301 First condenser lens 102, 106, 302 Second condenser lens 103, 107, 303 Third condenser lens 104, 108 Fourth condenser lens 201, 204 First relay lens 202 Second relay lens 203, 205 Field lens

Claims (22)

複数の各色の発光素子と、
前記複数の各色の発光素子からそれぞれ射出される光束を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系の後段に、前記色合成された白色光束の一部を照明光路有効域外に射出させる光分岐部と、
前記光分岐部から射出した光束の発光強度を適宜検出可能な検出素子とを備えたことを特徴とする照明装置。
A plurality of light emitting elements of each color;
A color synthesizing optical system for color synthesizing light beams respectively emitted from the light emitting elements of the plurality of colors;
A light branching unit that emits a part of the color-combined white light beam outside the effective optical path area after the color combining optical system;
An illumination device, comprising: a detection element capable of appropriately detecting the light emission intensity of the light beam emitted from the light branching unit.
前記色合成光学系の後段にロッドインテグレータを備え、
前記色合成光学系と前記ロッドインテグレータとの間に配置した集光レンズに、前記光分岐部を密着、あるいは近傍に備えたことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
A rod integrator is provided at the subsequent stage of the color synthesis optical system,
The illumination device according to claim 1, wherein the light branching portion is provided in close contact with or in the vicinity of a condenser lens disposed between the color synthesis optical system and the rod integrator.
前記色合成光学系の後段に第1のレンズアレーと第2のレンズアレーとからなるインテグレータ光学系が構成され、
前記第1のレンズアレーを構成するレンズ群に、前記光分岐部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
An integrator optical system composed of a first lens array and a second lens array is formed after the color synthesis optical system,
The lighting device according to claim 1, wherein the optical branching unit is provided in a lens group constituting the first lens array.
前記光分岐部は、レンズ、プリズム、全反射ミラー、又は回折素子のいずれかである請求項1から3のいずれかに記載の照明装置。 The lighting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the light branching unit is any one of a lens, a prism, a total reflection mirror, and a diffraction element. 前記各色共通の検出素子の前段に光拡散手段を備えたことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の照明装置。 The illumination device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a light diffusing unit in a stage preceding the detection element common to each color. 前記光拡散手段に、摺りガラスあるいは表面を摺りガラス状に加工したプラスチック、基板表面にオパール層を備えたガラスあるいはプラスチック、ランダムに配置された凹凸パターンを備えたガラス、フィルムあるいはプラスチックのいずれかを備えたことを特徴とする請求項5記載の照明装置。 For the light diffusing means, either frosted glass or plastic whose surface is processed into frosted glass, glass or plastic provided with an opal layer on the substrate surface, glass provided with randomly arranged uneven patterns, film or plastic The lighting device according to claim 5, further comprising: 前記色合成光学系は、前記発光素子側から順に、少なくとも第1のダイクロイックミラーと第2のダイクロイックミラーの2枚のダイクロイックミラーを備えたことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の照明装置。 5. The color synthesis optical system includes at least two dichroic mirrors of a first dichroic mirror and a second dichroic mirror in order from the light emitting element side. Lighting equipment. 前記色合成光学系は、第1のダイクロイックミラーと第2のダイクロイックミラーを交差させX字状に配置したことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の照明装置。 5. The illumination device according to claim 1, wherein in the color synthesis optical system, the first dichroic mirror and the second dichroic mirror intersect each other and are arranged in an X shape. 前記第1のダイクロイックミラー及び前記第2のダイクロイックミラーの少なくとも1枚のダイクロイックミラーに面内の一方向に膜厚を変化させた光学膜を備えたことを特徴とする請求項7、8に記載の照明装置。 9. The optical film having a film thickness changed in one direction in the plane is provided on at least one dichroic mirror of the first dichroic mirror and the second dichroic mirror. Lighting equipment. 前記複数の各色の発光素子は、赤色、青色、緑色の半導体発光素子である請求項1から9のいずれかに記載の照明装置。 The lighting device according to claim 1, wherein the light emitting elements of the plurality of colors are red, blue, and green semiconductor light emitting elements. 前記発光素子は、発光ダイオード素子、エレクトロルミネセンス素子、又は半導体レーザ素子のいずれかである請求項10に記載の照明装置。 The lighting device according to claim 10, wherein the light emitting element is any one of a light emitting diode element, an electroluminescence element, and a semiconductor laser element. 複数の各色の発光素子と、
前記複数の各色の発光素子からそれぞれ射出される光束を色合成する色合成光学系と、
画像を形成するライトバルブと、
前記ライトバルブに形成された画像を投写する投写レンズと、
前記色合成光学系の後段に、前記色合成された白色光束の一部を照明光路有効域外に射出させる光分岐部と、
前記光分岐部から射出した光束の発光強度を適宜検出可能な検出素子とを備えたことを特徴とする投写型画像表示装置。
A plurality of light emitting elements of each color;
A color synthesizing optical system for color synthesizing light beams respectively emitted from the light emitting elements of the plurality of colors;
A light valve that forms an image;
A projection lens that projects an image formed on the light valve;
A light branching unit that emits a part of the color-combined white light beam outside the effective optical path area after the color combining optical system;
A projection type image display apparatus comprising: a detection element capable of appropriately detecting the light emission intensity of the light beam emitted from the light branching unit.
前記色合成光学系の後段にロッドインテグレータを備え、
前記色合成光学系と前記ロッドインテグレータとの間に配置した集光レンズに、前記光分岐部を密着、あるいは近傍に備えたことを特徴とする請求項12に記載の投写型画像表示装置。
A rod integrator is provided at the subsequent stage of the color synthesis optical system,
13. The projection type image display device according to claim 12, wherein the light branching unit is provided in close contact with or in the vicinity of a condenser lens disposed between the color synthesis optical system and the rod integrator.
前記色合成光学系の後段に第1のレンズアレーと第2のレンズアレーとからなるインテグレータ光学系が構成され、
前記第1のレンズアレーを構成するレンズ群に、前記光分岐部を備えたことを特徴とする請求項12に記載の投写型画像表示装置。
An integrator optical system composed of a first lens array and a second lens array is formed after the color synthesis optical system,
The projection image display apparatus according to claim 12, wherein the optical branching unit is provided in a lens group constituting the first lens array.
前記光分岐部は、レンズ、プリズム、全反射ミラー、又は回折素子のいずれかである請求項12から14のいずれかに記載の投写型画像表示装置。 The projection image display apparatus according to claim 12, wherein the light branching unit is any one of a lens, a prism, a total reflection mirror, and a diffraction element. 前記各色共通の検出素子の前段に光拡散手段を備えたことを特徴とする請求項12から15のいずれかに記載の投写型画像表示装置。 16. The projection type image display apparatus according to claim 12, further comprising a light diffusing unit in front of the detection elements common to the respective colors. 前記光拡散手段に、摺りガラスあるいは表面を摺りガラス状に加工したプラスチック、基板表面にオパール層を備えたガラスあるいはプラスチック、ランダムに配置された凹凸パターンを備えたガラス、フィルムあるいはプラスチックのいずれかを備えたことを特徴とする請求項16記載の投写型画像表示装置。 For the light diffusing means, either frosted glass or plastic whose surface is processed into frosted glass, glass or plastic provided with an opal layer on the substrate surface, glass provided with randomly arranged uneven patterns, film or plastic 17. The projection type image display device according to claim 16, further comprising: 前記色合成光学系は、前記発光素子側から順に、第1のダイクロイックミラーと第2のダイクロイックミラーの2枚のダイクロイックミラーを備えたことを特徴とする請求項12から15のいずれかに記載の投写型画像表示装置。 16. The color synthesis optical system includes two dichroic mirrors, a first dichroic mirror and a second dichroic mirror, in order from the light emitting element side. Projection-type image display device. 前記色合成光学系は、第1のダイクロイックミラーと第2のダイクロイックミラーを交差させX字状に配置したことを特徴とする請求項12から15のいずれかに記載の投写型画像表示装置。 The projection type image display apparatus according to claim 12, wherein the color synthesis optical system includes a first dichroic mirror and a second dichroic mirror intersecting each other and arranged in an X shape. 前記第1のダイクロイックミラー及び前記第2のダイクロイックミラーの少なくとも1枚のダイクロイックミラーに面内の一方向に膜厚を変化させた光学膜を備えたことを特徴とする請求項19に記載の投写型画像表示装置。 20. The projection according to claim 19, wherein an optical film whose film thickness is changed in one direction in a plane is provided on at least one dichroic mirror of the first dichroic mirror and the second dichroic mirror. Type image display device. 前記複数色の発光素子は、赤色、青色、緑色の半導体発光素子である請求項12から20のいずれかに記載の投写型画像表示装置。 21. The projection image display apparatus according to claim 12, wherein the light emitting elements of the plurality of colors are red, blue, and green semiconductor light emitting elements. 前記発光素子は、発光ダイオード素子、エレクトロルミネセンス素子、又は半導体レーザ素子のいずれかである請求項21に記載の投写型画像表示装置。 The projection image display apparatus according to claim 21, wherein the light emitting element is any one of a light emitting diode element, an electroluminescence element, and a semiconductor laser element.
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