JP2018132548A - Illumination device and projector - Google Patents
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Abstract
【課題】集光状態を改善できる照明装置を提供する。また、前記照明装置を備えるプロジェクターを提供する。【解決手段】第1の偏光状態の第1〜第4の光ビーム列を含む光を射出する光源装置と、コリメート光学系と、偏光変換部及び光路変更部を含む光線束圧縮光学系と、光強度均一化光学系と、集光レンズと、拡散光生成素子とを備える照明装置である。光路変更部は、第1の反射素子と第1、第2の偏光分離素子と第2の反射素子とがこの順に配列される。偏光変換部は、第1、第2の位相差素子を備える。第1の光ビーム列は第1の反射素子で第1の偏光分離素子に向けて反射され、第2の光ビーム列は第1の位相差素子を透過し、第3の光ビーム列は第2の位相差素子を透過し、第4の光ビーム列は第2の反射素子で第2の偏光分離素子に向けて反射される。第1の偏光分離素子は第1、第2の光ビーム列、第2の偏光分離素子は第4、第3の光ビーム列を合成する。【選択図】図3An illumination device capable of improving a light collecting state is provided. Moreover, a projector provided with the said illuminating device is provided. A light source device that emits light including first to fourth light beam arrays in a first polarization state, a collimating optical system, a light beam compression optical system including a polarization conversion unit and an optical path changing unit, An illumination device including a light intensity uniformizing optical system, a condensing lens, and a diffused light generating element. In the optical path changing unit, the first reflecting element, the first and second polarization separation elements, and the second reflecting element are arranged in this order. The polarization conversion unit includes first and second phase difference elements. The first light beam train is reflected by the first reflecting element toward the first polarization separation device, the second light beam train is transmitted through the first phase difference device, and the third light beam train is the first light beam train. 2 is transmitted through the two phase difference elements, and the fourth light beam train is reflected by the second reflection element toward the second polarization separation element. The first polarization separation element combines the first and second light beam trains, and the second polarization separation element combines the fourth and third light beam trains. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、照明装置及びプロジェクターに関するものである。 The present invention relates to a lighting device and a projector.
近年、プロジェクターに用いられる光源装置の光源として、高輝度且つ高出力な光が得られる半導体レーザーが注目されている。光源の高輝度化に伴い、半導体レーザーの数を増加させると光束幅が大きくなってしまい、集光レンズの口径が大きくなってしまう。 2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor lasers that can obtain light with high brightness and high output have attracted attention as light sources for light source devices used in projectors. As the number of semiconductor lasers increases with the increase in the brightness of the light source, the beam width increases and the aperture of the condenser lens increases.
そこで、例えば、下記特許文献1には、複数の半導体レーザーを2次元的に配列したアレイ光源と、凸レンズと凹レンズとで構成され、該アレイ光源から射出された光線束の幅を調整するアフォーカル光学系とを備えたプロジェクター用の照明装置が開示されている。アフォーカル光学系により光束幅を縮小された縮小光線束は集光光学系により集光され、蛍光体層(拡散光生成素子)に入射する。
Therefore, for example, in
ところで、上記従来技術において、縮小光線束は集光光学系を構成するレンズのほぼ全領域に入射するため、縮小光線束の一部は収差の影響の大きいレンズ周辺部にも入射してしまう。これにより、蛍光体層上における光(縮小光線束)の集光状態の低下を招いてしまうおそれがあった。 By the way, in the above prior art, the reduced light beam is incident on almost the entire region of the lens constituting the condensing optical system, and therefore a part of the reduced light beam is also incident on the lens peripheral part which is greatly affected by the aberration. As a result, there is a concern that the light collection state of the light (reduced beam bundle) on the phosphor layer may be lowered.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、集光状態を改善できる照明装置を提供することを目的の一つとする。また、前記照明装置を備えるプロジェクターを提供することを目的の一つとする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the illuminating device which can improve a condensing state. Another object is to provide a projector including the lighting device.
本発明の第1態様に従えば、第1の偏光状態の第1〜第4の光ビーム列を含む光線束を射出する光源装置と、前記光線束が入射するコリメート光学系と、前記コリメート光学系の後段に設けられた光線束圧縮光学系と、前記光線束圧縮光学系の後段に設けられた光強度均一化光学系と、前記光強度均一化光学系の後段に設けられた集光レンズと、前記集光レンズの後段に設けられた拡散光生成素子と、を備え、前記光線束圧縮光学系は、偏光変換部と光路変更部とを備え、前記光路変更部は、第1の反射素子と第1の偏光分離素子と第2の偏光分離素子と第2の反射素子とがこの順に配列されてなり、前記偏光変換部は、前記第1の偏光分離素子の上段に設けられた第1の位相差素子と、前記第2の偏光分離素子の上段に設けられた第2の位相差素子と、を備え、前記第1〜第4の光ビーム列は、前記光線束圧縮光学系の上段においてこの順に配置されており、前記第1の光ビーム列は前記第1の反射素子で前記第1の偏光分離素子に向けて反射され、前記第2の光ビーム列は前記第1の位相差素子を透過し、前記第3の光ビーム列は前記第2の位相差素子を透過し、前記第4の光ビーム列は前記第2の反射素子で前記第2の偏光分離素子に向けて反射され、前記第1の偏光分離素子は前記第1の光ビーム列を前記第2の光ビーム列と合成し、前記第2の偏光分離素子は前記第4の光ビーム列を前記第3の光ビーム列と合成する照明装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, a light source device that emits a light bundle including the first to fourth light beam arrays in the first polarization state, a collimating optical system on which the light bundle enters, and the collimating optics A light bundle compression optical system provided downstream of the system, a light intensity uniformizing optical system provided downstream of the light bundle compression optical system, and a condenser lens provided downstream of the light intensity uniformization optical system And a diffused light generating element provided at a subsequent stage of the condenser lens, the light bundle compression optical system includes a polarization conversion unit and an optical path changing unit, and the optical path changing unit is a first reflection An element, a first polarization separation element, a second polarization separation element, and a second reflection element are arranged in this order, and the polarization conversion unit is provided in the upper stage of the first polarization separation element. 1 phase difference element and a second position provided in the upper stage of the second polarization separation element And the first to fourth light beam rows are arranged in this order in the upper stage of the beam bundle compression optical system, and the first light beam row is the first reflecting element. Reflected toward the first polarization separation element, the second light beam train passes through the first retardation element, and the third light beam train passes through the second retardation element. The fourth light beam train is reflected by the second reflecting element toward the second polarization separation element, and the first polarization separation element passes the first light beam train on the second light. An illuminating device is provided that combines with the third light beam array, wherein the second polarization separation element combines with the third light beam array.
第1態様に係る照明装置では、第1の光ビーム列及び第4の光ビーム列の光路を光線束の内側にシフトすることで、光束幅を縮小した後の光線束の内側における光強度が相対的に強くなる。よって、周辺部に比べて収差の影響を受け難い集光レンズの内側に光線束の光を多く入射させることで、拡散光生成素子上における集光状態が改善される。よって、明るい拡散光を生成できる。 In the illuminating device according to the first aspect, the light intensity inside the light beam after reducing the beam width is reduced by shifting the optical paths of the first light beam row and the fourth light beam row to the inside of the light beam. Relatively strong. Therefore, the light condensing state on the diffused light generating element is improved by causing a large amount of light in the light bundle to be incident on the inner side of the condensing lens which is less susceptible to the aberration than the peripheral portion. Therefore, bright diffused light can be generated.
上記第1態様において、前記光線束圧縮光学系の下段において、前記第1の光ビーム列及び前記第4の光ビーム列は前記光線束の中心部に配置されているのが好ましい。 In the first aspect, it is preferable that the first light beam row and the fourth light beam row are arranged at the center of the light beam in the lower stage of the light beam compression optical system.
この構成によれば、光線束圧縮光学系の下段において、光線束の中心部における光強度を相対的に強くすることができる。よって、収差の影響を受け難い集光レンズの中心部に光線束の光が多く入射するので、拡散光生成素子上における集光状態をより改善することができる。 According to this configuration, the light intensity at the center of the light beam can be relatively increased in the lower stage of the light beam compression optical system. Accordingly, a large amount of light in the light bundle is incident on the central portion of the condensing lens that is not easily affected by aberrations, so that the condensing state on the diffused light generating element can be further improved.
上記第1態様において、前記第1の光ビーム列を構成する複数の光ビーム各々の断面は、前記複数の光ビームが配列されている方向に長軸方向を有しており、前記第1の反射素子は、前記複数の光ビームが配列されている方向に長手方向を有しているのが好ましい。 In the first aspect, a cross section of each of the plurality of light beams constituting the first light beam array has a major axis direction in a direction in which the plurality of light beams are arranged. The reflecting element preferably has a longitudinal direction in the direction in which the plurality of light beams are arranged.
この構成によれば、第1の反射素子の短手方向の幅が小さくなる。よって、装置構成の小型化を図ることができる。 According to this configuration, the width of the first reflecting element in the short direction is reduced. Therefore, the apparatus configuration can be reduced in size.
上記第1態様において、前記光線束は、直線偏光からなる第5の光ビーム列をさらに含み、前記光路変更部と前記集光レンズとの間の光路中に設けられた第3の位相差素子と、前記第3の位相差素子と前記集光レンズとの間の光路中に設けられた第3の偏光分離素子と、をさらに備えるのが好ましい。 In the first aspect, the light beam bundle further includes a fifth light beam array made of linearly polarized light, and a third retardation element provided in an optical path between the optical path changing unit and the condenser lens And a third polarization separation element provided in an optical path between the third phase difference element and the condenser lens.
この構成によれば、例えば、第3の位相差素子の光学軸の方向を適切に設定することにより、第3の位相差素子を透過後の第5の光ビーム列の光を、第3の偏光分離素子に対するS偏光成分とP偏光成分とを所定の比率で含む光に変換できる。これにより、拡散光生成素子に入射する光の比率を調整することができる。 According to this configuration, for example, by appropriately setting the direction of the optical axis of the third phase difference element, the light of the fifth light beam train that has passed through the third phase difference element is changed to the third phase difference element. The light can be converted into light including the S-polarized component and the P-polarized component with respect to the polarization separation element at a predetermined ratio. Thereby, the ratio of the light incident on the diffused light generating element can be adjusted.
本発明の第2態様に従えば、上記第1態様の照明装置と、前記照明装置からの照明光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。 According to the second aspect of the present invention, the illumination device according to the first aspect, a light modulation device that generates illumination light by modulating illumination light from the illumination device according to image information, and the projection of the image light. A projection optical system is provided.
第2態様に係るプロジェクターによれば、明るい照明光が得られるので、明るく画像を表示することができる。 According to the projector according to the second aspect, since bright illumination light is obtained, an image can be displayed brightly.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
まず、本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図1は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図1に示すように、本実施形態のプロジェクター1は、スクリーンSCR上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター1は、照明装置2と、色分離光学系3と、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bと、合成光学系5と、投射光学系6とを備えている。
First, an example of a projector according to the present embodiment will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the
色分離光学系3は、照明装置2からの照明光WLを赤色光LRと、緑色光LGと、青色光LBとに分離する。色分離光学系3は、第1のダイクロイックミラー7a及び第2のダイクロイックミラー7bと、第1の全反射ミラー8a、第2の全反射ミラー8b及び第3の全反射ミラー8cと、第1のリレーレンズ9a及び第2のリレーレンズ9bとを概略備えている。
The color separation
第1のダイクロイックミラー7aは、照明光WLを赤色光LRと、その他の光(緑色光LG及び青色光LB)とに分離する。第1のダイクロイックミラー7aは、分離された赤色光LRを透過すると共に、その他の光(緑色光LG及び青色光LB)を反射する。一方、第2のダイクロイックミラー7bは、緑色光LGを反射すると共に青色光LBを透過することによって、その他の光を緑色光LGと青色光LBとに分離する。
The first
第1の全反射ミラー8aは、赤色光LRの光路中に配置されて、第1のダイクロイックミラー7aを透過した赤色光LRを光変調装置4Rに向けて反射する。一方、第2の全反射ミラー8b及び第3の全反射ミラー8cは、青色光LBの光路中に配置されて、第2のダイクロイックミラー7bを透過した青色光LBを光変調装置4Bに導く。緑色光LGは、第2のダイクロイックミラー7bから光変調装置4Gに向けて反射される。
The first
第1のリレーレンズ9a及び第2のリレーレンズ9bは、青色光LBの光路中における第2の全反射ミラー8bの光射出側に配置されている。第1のリレーレンズ9a及び第2のリレーレンズ9bは、青色光LBの光路長が赤色光LRや緑色光LGの光路長よりも長くなることに起因した青色光LBの光損失を補償する機能を有している。
The
光変調装置4Rは、赤色光LRを画像情報に応じて変調し、赤色光LRに対応した画像光を形成する。光変調装置4Gは、緑色光LGを画像情報に応じて変調し、緑色光LGに対応した画像光を形成する。光変調装置4Bは、青色光LBを画像情報に応じて変調し、青色光LBに対応した画像光を形成する。
The
光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側及び射出側各々には、偏光板(図示せず。)が配置されている。
For example, a transmissive liquid crystal panel is used for the
また、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bの入射側には、それぞれフィールドレンズ10R,フィールドレンズ10G,フィールドレンズ10Bが配置されている。フィールドレンズ10R,フィールドレンズ10G,フィールドレンズ10Bは、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bそれぞれに入射する赤色光LR,緑色光LG,青色光LBそれぞれを平行化する。
Further, a
合成光学系5には、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bからの画像光が入射する。合成光学系5は、各々が赤色光LR,緑色光LG,青色光LBに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系6に向けて射出する。合成光学系5には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。
Image light from the
投射光学系6は、投射レンズ群からなり、合成光学系5により合成された画像光をスクリーンSCRに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンSCR上には、拡大されたカラー映像が表示される。
The projection optical system 6 includes a projection lens group, and enlarges and projects the image light combined by the combining
(照明装置)
続いて、本発明の一実施形態に係る照明装置2について説明する。
図2は照明装置2の概略構成を示す図である。図2に示すように、照明装置2は、光源装置71と、コリメート光学系72と、光束幅圧縮手段73と、ホモジナイザー光学系25と、位相差板26aと、偏光ビームスプリッター27と、第1のピックアップ光学系28と、蛍光体層を備えた蛍光体ホイール29と、位相差板26bと、第2のピックアップ光学系41と、回転拡散素子42と、均一照明光学系40とを備えている。本実施形態において、偏光ビームスプリッター27は、特許請求の範囲に記載の「第3の偏光分離素子」に相当する。以下の説明において、偏光ビームスプリッターをPBSと略称する。
(Lighting device)
Then, the illuminating device 2 which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the illumination device 2. As shown in FIG. 2, the illumination device 2 includes a
以下、図面を用いた説明において、XYZ座標系を用いて説明する。図2、図3において、X方向は光源装置71から射出される光線束を構成する光ビーム列の配列方向を規定し、Y方向は光源装置71からの光射出方向を規定し、Z方向はX方向及びY方向にそれぞれ直交する方向であって鉛直方向を規定する。
Hereinafter, in the description using the drawings, description will be made using the XYZ coordinate system. 2 and 3, the X direction defines the arrangement direction of the light beam arrays constituting the light bundle emitted from the
均一照明光学系40は、インテグレーター光学系31と、偏光変換素子32と、重畳光学系33と、を備える。なお、偏光変換素子32は必須ではない。均一照明光学系40は、照明光WLの強度分布を被照明領域において均一化する。
The uniform illumination
インテグレーター光学系31は、第1のマルチレンズアレイ31a,第2のマルチレンズアレイ31bから構成されている。偏光変換素子32は、例えば、偏光分離膜と位相差板とから構成され、照明光WLを直線偏光に変換する。重畳光学系33は、例えば、重畳レンズから構成され、偏光変換素子32から射出された照明光WLを被照明領域に重畳させる。本実施形態では、インテグレーター光学系31と重畳光学系33とによって、被照明領域である光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bの画素形成領域において均一化する。
The integrator
光源装置71と、コリメート光学系72と、光束幅圧縮手段73と、ホモジナイザー光学系25と、位相差板26aと、PBS27と、位相差板26bと、第2のピックアップ光学系41とは、光軸AX0上に配置されている。PBS27と第1のピックアップ光学系28は、光軸AX0と直交する光軸AX1上に配置されている。
The
光源装置71は、複数の半導体レーザー20を備える。半導体レーザー20は、例えば青色の光ビームBLを射出する。本実施形態において、光源装置71は、例えば、6行4列に配列された半導体レーザー20を備えている(後述の図4参照)。なお、半導体レーザー20の個数および配列は特に限定されない。半導体レーザー20から射出される光ビームBLは直線偏光である。本実施形態において、半導体レーザー20は、PBS27に対するS偏光成分の光を光ビームBLとして射出するようになっている。S偏光とは、特許請求の範囲に記載の「第1の偏光状態」に相当する。
The
図3は照明装置2の要部である光源装置71およびその周辺の構成を示す拡大図であり、光源装置71を+Z方向から視た平面図である。
図3において、Z軸方向に並ぶ4本の光ビームBLを光ビーム列と称し、−X方向から+X方向に向かって並ぶ6つの光ビーム列を順に光ビーム列BR1,BR5,BR2,BR3,BR6,BR4と称す。また、各光ビーム列BR1,BR5,BR2,BR3,BR6,BR4を構成する光ビームをそれぞれ光ビームBL1,BL5,BL2,BL3,BL6,BL4と称す。
FIG. 3 is an enlarged view showing the configuration of the
In FIG. 3, the four light beams BL arranged in the Z-axis direction are referred to as a light beam array, and the six light beam arrays arranged in the direction from the −X direction to the + X direction are sequentially arranged as the light beam arrays BR1, BR5, BR2, BR3. They are referred to as BR6 and BR4. The light beams constituting each of the light beam trains BR1, BR5, BR2, BR3, BR6, BR4 are referred to as light beams BL1, BL5, BL2, BL3, BL6, BL4, respectively.
本実施形態において、光源装置71は、各光ビーム列BR1,BR2,BR3,BR4,BR5,BR6を含む光線束K1をコリメート光学系72に向けて射出する。光ビーム列BR1,BR2,BR3,BR4,BR5は特許請求の範囲の「第1〜第5の光ビーム列」にそれぞれ対応する。
In the present embodiment, the
図3に示すように、光源装置71から射出された各光ビームBLはコリメート光学系72を透過することで平行光線束に変換されて光束幅圧縮手段73に入射する。コリメート光学系72は、例えば、複数の半導体レーザー20の配列に対応してアレイ状に配列された複数のコリメートレンズ72aから構成される。
As shown in FIG. 3, each light beam BL emitted from the
本実施形態において、光束幅圧縮手段73は、コリメート光学系72の後段に設けられ、該コリメート光学系72から射出されて+Y方向に進む光線束K1を+Y方向と交差するX方向に縮小して縮小光線束K1sとして射出する。光束幅圧縮手段73から射出された縮小光線束K1sは、ホモジナイザー光学系25に入射する。本実施形態において、光束幅圧縮手段73は、特許請求の範囲に記載の「光線束圧縮光学系」に相当する。
In the present embodiment, the beam
本実施形態において、光束幅圧縮手段73は、偏光変換部74と光路変更部75とを備える。光路変更部75は、+X方向に沿って順に配列される、第1の反射素子75aと、第1の偏光分離素子75bと、第2の偏光分離素子75cと、第2の反射素子75dとを備えている。
In the present embodiment, the light beam
本実施形態において、光束幅圧縮手段73は、第1プリズム61、第2プリズム62及び第3プリズム63を有する。
In the present embodiment, the beam
第1プリズム61は、第1の端面(−X側の端面)61aと第2の端面(+X側の端面)61bと光入射面61cと光射出面61dとを有し、XY平面による断面が略平行四辺形状となっている。第1の反射素子75aは第1の端面61aに設けられている。光入射面61c及び光射出面61dは、光軸AX0と垂直な面である。そのため、光源装置71から射出された光ビームBLは光入射面61c及び光射出面61dにより屈折されない。
The
第2プリズム62は、第1の端面(−X側の端面)62aと第2の端面(+X側の端面)62bと光入射面62cと光射出面62dとを有し、XY平面による断面が略平行四辺形状となっている。第2の反射素子75dは第2の端面62bに設けられている。光入射面62c及び光射出面62dは、光軸AX0と垂直な面である。そのため、光源装置71から射出された光ビームBLは光入射面62c及び光射出面62dにより屈折されない。
The
第3プリズム63は、第1の端面(−X側の端面)63aと第2の端面(+X側の端面)63bと、光源装置71に対向する第3の端面63cとを有し、XY平面による断面が略三角形状となっている。第3の端面63cは、光軸AX0と直交する面であり、光源装置71からの光ビームBLが入射する。
The
第1プリズム61と第2プリズム62と第3プリズム63とは、第1の端面63aが第1プリズム61の第2の端面61bと対向し、第2の端面63bが第2プリズム62の第1の端面62aと対向するように固定されている。プリズム61,62,63は、例えば、接着層(不図示)で互いが接着されている。
In the
本実施形態において、第1の偏光分離素子75bは第1の端面63a及び第2の端面61b間に設けられており、第2の偏光分離素子75cは第2の端面63b及び第1の端面62a間に設けられている。
In the present embodiment, the first
第1の反射素子75a及び第2の反射素子75dは、光ビームBLを反射する反射部材、例えば、ミラー等から構成される。第1の反射素子75aは、光軸AX0に対して45°の角度をなすように配置される。本実施形態において、第1の反射素子75aは、光ビーム列BR1の光路上に配置されている。
The first reflecting
本実施形態において、半導体レーザー20から射出された光ビームBLの断面が楕円形状となっている(図4参照)。具体的に、光ビーム列BR1を構成する複数の光ビームBL1各々の断面は、複数の光ビームBL1の配列方向(Z方向)に長軸方向を有している。
In the present embodiment, the light beam BL emitted from the
本実施形態において、第1の反射素子75aは、複数の光ビームBL1が配列されている方向(Z方向)に長手方向を有している。
この構成によれば、例えば、複数の光ビームBL1各々の断面が複数の光ビームBL1の配列方向(Z方向)に短軸方向を有する場合に比べて、第1の反射素子75aの短手方向の幅を小さくできる。
In the present embodiment, the first reflecting
According to this configuration, for example, the shorter direction of the first reflecting
また、第2の反射素子75dは、光軸AX0に対して−45°の角度をなすように配置される。本実施形態において、第2の反射素子75dは光ビーム列BR4の光路上に配置されている。
The second reflecting
第1の偏光分離素子75b及び第2の偏光分離素子75cは、偏光ビームスプリッター(PBS)から構成される。第1の偏光分離素子75bは、第1の反射素子75aと平行、すなわち、光軸AX0に対して−45°の角度をなすように配置される。本実施形態において、第1の偏光分離素子75bは、光ビーム列BR2の光路上に配置されている。
The first
また、第2の偏光分離素子75cは、第2の反射素子75dと平行、すなわち、光軸AX0に対して45°の角度をなすように配置される。本実施形態において、第2の偏光分離素子75cは、光ビーム列BR3の光路上に配置されている。
The second
偏光変換部74は、第1の位相差素子74aと、第2の位相差素子74bとを有する。第1の位相差素子74aは、第1の偏光分離素子75bの上段(−Y側)に設けられた1/2波長板からなる。すなわち、第1の位相差素子74aは、光ビーム列BR2の光路において第1の偏光分離素子75bの上段に位置する第3の端面63c上に設けられている。
The
第2の位相差素子74bは、第2の偏光分離素子75cの上段(−Y側)に設けられた1/2波長板からなる。すなわち、第2の位相差素子74bは、光ビーム列BR3の光路において第2の偏光分離素子75cの上段に位置する第3の端面63c上に設けられている。
なお、第1の位相差素子74a及び第2の位相差素子74bは、一枚の1/2波長板から構成されていても良い。
The
The first
このような構成に基づき、光ビームBL1は、第1の反射素子75aにより+X方向に反射され、第1の偏光分離素子75bに入射する。光ビームBL1はS偏光であるため、第1の偏光分離素子75bにより+Y方向に反射される。
Based on such a configuration, the light beam BL1 is reflected in the + X direction by the first reflecting
光ビームBL2は第1の位相差素子74aを透過することでP偏光に変換され、第1の偏光分離素子75bに入射する。P偏光である光ビームBL2は第1の偏光分離素子75bを透過して+Y方向に向かって進む。このようにして、第1の偏光分離素子75bは、S偏光からなる光ビーム列BR1(光ビームBL1)とP偏光からなる光ビーム列BR2(光ビームBL2)とを合成する。図3では、図を見易くするため、第1の偏光分離素子75bにおける光ビーム列BR1,BR2の入射位置をX方向にずらして表示している。
The light beam BL2 passes through the first
光ビームBL3は第2の位相差素子74bを透過することでP偏光に変換され、第2の偏光分離素子75cに入射する。P偏光である光ビームBL3は第2の偏光分離素子75cを透過して+Y方向に向かって進む。
The light beam BL3 passes through the second
光ビームBL4は、第2の反射素子75dにより−X方向に向けて反射され、第2の偏光分離素子75cに入射する。光ビームBL4はS偏光であるため、第2の偏光分離素子75cにより+Y方向に向けて反射される。このようにして、第2の偏光分離素子75cは、P偏光からなる光ビーム列BR3(光ビームBL3)とS偏光からなる光ビーム列BR4(光ビームBL4)とを合成する。図3では、図を見易くするため、第2の偏光分離素子75cにおける光ビーム列BR3,BR4の入射位置をX方向にずらして表示している。
The light beam BL4 is reflected in the −X direction by the second reflecting
光ビームBL5は、第1プリズム61のX方向における第1の反射素子75aと第1の偏光分離素子75bとの間に入射する。そのため、光ビームBL5は第1プリズム61を透過して光射出面61dから射出される。
The light beam BL5 is incident between the
光ビームBL6は、第2プリズム62のX方向における第2の偏光分離素子75cと第2の反射素子75dとの間に入射する。そのため、光ビームBL6は第2プリズム62を透過して光射出面62dから射出される。
The light beam BL6 is incident between the second
図4は光束幅圧縮手段73による光線束K1の縮小を示す図であり、図4Aは縮小前の光線束K1を示し、図4Bは縮小後の縮小光線束K1sを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the reduction of the light beam bundle K1 by the light beam
光源装置71から射出された光ビーム列BR1は、図4Aに示すように、光束幅圧縮手段73により+X方向にシフトされる。これにより、縮小後、光ビーム列BR1は、図4Bに示すように、光ビーム列BR5と光ビーム列BR3との間に位置する。本実施形態において、光ビーム列BR1は、Z方向から平面視した際、光ビーム列BR2と重なる位置に配置されている。光ビーム列BR1は、縮小光線束K1sのX方向における中心部に配置されている。
The light beam train BR1 emitted from the
また、光源装置71から射出された光ビーム列BR4は、図4Aに示すように、光束幅圧縮手段73により−X方向にシフトされる。これにより、縮小後、光ビーム列BR4は、図4Bに示すように、光ビーム列BR2と光ビーム列BR6との間に位置する。本実施形態において、光ビーム列BR4は、Z方向から平面視した際、光ビーム列BR3と重なる位置に配置されている。光ビーム列BR4は、縮小光線束K1sのX方向における中心部に配置されている。
Further, the light beam array BR4 emitted from the
以上のようにして、光束幅圧縮手段73は、図3に示したように、光束幅W1の光線束K1を光束幅W2の縮小光線束K1sに変換する。縮小光線束K1sの進行方向は、光線束K1が光束幅圧縮手段73に入射した際と略同じである。
As described above, the light beam
縮小光線束K1sにおいて、4つの光ビーム列BR1,BL2,BL3,BL4がX方向の中心部に位置している。そのため、縮小光線束K1sは、中心部における光強度が他の部分における光強度に比べて相対的に強くなっている。 In the reduced light bundle K1s, the four light beam trains BR1, BL2, BL3, BL4 are located in the center in the X direction. Therefore, in the reduced light beam K1s, the light intensity at the central portion is relatively stronger than the light intensity at other portions.
光束幅圧縮手段73により光束幅が縮小された縮小光線束K1sは、該光束幅圧縮手段73の後段に設けられたホモジナイザー光学系25に入射する。ホモジナイザー光学系25は、光束幅圧縮手段73から射出された縮小光線束K1sの強度分布を、被照明領域において均一にする。ホモジナイザー光学系25は、例えば第1のマルチレンズアレイ25a,第2のマルチレンズアレイ25bから構成されている。第1のマルチレンズアレイ25aは、等ピッチで配列された複数のレンズ25amを有する。また、第2のマルチレンズアレイ25bは、上記レンズ25amと同じピッチで配列された複数のレンズ25bmを有する。本実施形態において、ホモジナイザー光学系25は、特許請求の範囲に記載の「光強度均一化光学系」に相当する。
The reduced beam bundle K1s whose beam width has been reduced by the beam
位相差板26aは、例えば回転可能とされた1/2波長板である。光束幅圧縮手段73から射出された縮小光線束K1sは直線偏光であるため、1/2波長板の光学軸の方向を適切に設定することにより、縮小光線束K1sを、PBS27に対するS偏光成分とP偏光成分とを所定の比率で含む光とすることができる。本実施形態において、位相差板26aは、特許請求の範囲に記載の「第3の位相差素子」に相当する。
The
PBS27は、光軸AX0および光軸AX1に対して45°の角度をなすように配置されている。PBS27は、入射光のうちのS偏光成分を反射させ、入射光のうちのP偏光成分を透過させる。S偏光成分は、PBS27で反射して蛍光体ホイール29に向かう。P偏光成分は、PBS27を透過して回転拡散素子42に向かう。
The
本実施形態においては、図4Bに示したように、縮小光線束K1sの中心部にS偏光の光ビーム列BR1及び光ビーム列BR4とP偏光の光ビーム列BR2及び光ビーム列BR3とを集めて配置している。また、縮小光線束K1sの周辺部にはS偏光の光ビーム列BR5及び光ビーム列BR6を配置している。すなわち、縮小光線束K1sは、中心部がS偏光とP偏光とを同じ割合で含む光で構成され、周辺部がS偏光のみを含む光で構成されている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 4B, the S-polarized light beam array BR1 and the light beam array BR4 and the P-polarized light beam array BR2 and the light beam array BR3 are collected at the center of the reduced beam bundle K1s. Arranged. Further, an S-polarized light beam array BR5 and a light beam array BR6 are disposed in the periphery of the reduced beam bundle K1s. That is, the reduced light bundle K1s is composed of light whose central portion contains S-polarized light and P-polarized light at the same ratio, and its peripheral portion is composed of light containing only S-polarized light.
そのため、位相差板26aを透過した縮小光線束K1sにおいて、周辺部におけるS偏光成分とP偏光成分との比率は位相差板26aの光学軸の回転角に応じて変化する。しかし、中心部におけるS偏光成分とP偏光成分との比率は変化しない。
Therefore, in the reduced light beam K1s transmitted through the
したがって、縮小光線束K1sの中心部の光は、PBS27によりS偏光の光線BLsとP偏光の光線BLpとに同じ割合で分離される。一方、縮小光線束K1sの周辺部の光は、PBS27によりS偏光の光線BLsとP偏光の光線BLpとに所定の割合で分離される。そのため、PBS27によって生成されたS偏光の光線BLs及びP偏光の光線BLpはいずれも、相対的に中心部の光強度が強くなっている。
Therefore, the light at the center of the reduced light bundle K1s is separated by the
PBS27により生成されたS偏光の光線BLsは、第1のピックアップ光学系28に入射する。第1のピックアップ光学系28は、光線BLsを蛍光体ホイール29上の蛍光体層47に向けて集光させる。第1のピックアップ光学系28は、例えば第1のピックアップレンズ28a,第2のピックアップレンズ28bから構成されている。本実施形態において、第1のピックアップレンズ28a及び第2のピックアップレンズ28bは、特許請求の範囲に記載の「集光レンズ」に相当する。
The S-polarized light beam BLs generated by the
第1のピックアップ光学系28から射出された光は、蛍光体ホイール29に入射する。蛍光体ホイール29は、反射型の回転蛍光板であり、蛍光光(拡散光)を発する蛍光体層47と、蛍光体層47を支持する回転板49と、蛍光体層47と回転板49との間に設けられた蛍光光を反射する反射膜(図示略)と、回転板49を駆動する駆動モーター50と、を有する。回転板49としては、例えば円板が用いられるが、回転板49の形状は円板に限定されず、平板であればよい。
The light emitted from the first pickup
蛍光体層47は、光線BLsを吸収して黄色の蛍光YLに変換して射出する蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子としては、例えばYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体を用いることができる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、1種であってもよく、2種以上の材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いてもよい。本実施形態において、蛍光体層47は、特許請求の範囲に記載の「拡散光生成素子」に相当する。
The
ところで、一般的に、レンズの周辺部において、収差の影響が大きい。そのため、レンズの周辺部に入射した光は集光状態が低下してしまう。蛍光体層47において蛍光を効率良く生成するためには、第1のピックアップレンズ28a及び第2のピックアップレンズ28bにおいて、収差の影響が大きくなる周辺部に光を入射させないことが重要となる。
Incidentally, in general, the influence of aberration is large in the peripheral portion of the lens. For this reason, the light incident on the peripheral portion of the lens is deteriorated in the condensing state. In order to efficiently generate fluorescence in the
本実施形態の照明装置2によれば、縮小光線束K1sから生成されたS偏光の光線BLsが第1のピックアップ光学系28(第1及び第2のピックアップレンズ28a,28b)に入射するようになっている。S偏光の光線BLsは、縮小光線束K1sと同様、中心部の光強度が相対的に強い。そのため、第1及び第2のピックアップレンズ28a,28bにおいて、収差の影響の小さいレンズ中心部における入射光量が多くなり、収差の影響の大きいレンズ周辺部における入射光量が少なくなる。
According to the illuminating device 2 of the present embodiment, the S-polarized light beam BLs generated from the reduced light beam K1s is incident on the first pickup optical system 28 (first and
したがって、光線BLsは収差の影響を受け難くなるので、第1のピックアップ光学系28による蛍光体層47への集光状態を改善することができる。よって、蛍光体層47において蛍光YLを効率良く生成することができる。
Therefore, since the light beam BLs is hardly affected by the aberration, the light condensing state on the
また、S偏光の光線BLsは、位相差板26aの光学軸の回転角を調整することによって中心部の光強度を一定に保った状態で周辺部の光強度のみを変化させることができる。そのため、第1のピックアップ光学系28による収差の影響を抑えつつ、蛍光YLの明るさを調整することができる。
Further, the S-polarized light beam BLs can change only the light intensity at the peripheral portion while keeping the light intensity at the central portion constant by adjusting the rotation angle of the optical axis of the
なお、例えば、第1及び第2のピックアップレンズ28a,28bにおいて縮小光線束K1sが入射しない部分(周辺部分)を例えば研削等により除去することで第1のピックアップ光学系28を小型化することもできる。
For example, the first pickup
一方、PBS27により生成されたP偏光の光線BLpは位相差板26bに入射する。位相差板26bは1/4波長板である。光線BLpは、位相差板26bを透過することによって円偏光(例えば、右回りの円偏光)の光線BLc1に変換される。位相差板26bを透過した光線BLc1は、第2のピックアップ光学系41に入射する。第2のピックアップ光学系41は、入射光を回転拡散素子42に向けて集光させる。第2のピックアップ光学系41は、例えば第1のピックアップレンズ41a、第2のピックアップレンズ41bから構成されている。本実施形態において、第1のピックアップレンズ41a及び第2のピックアップレンズ41bは、特許請求の範囲に記載の「集光レンズ」に相当する。
On the other hand, the P-polarized light beam BLp generated by the
回転拡散素子42は、拡散反射板52と、拡散反射板52を回転させるための駆動モーター53と、を備えている。拡散反射板52は、第2のピックアップ光学系41から射出された円偏光の光線BLc1をPBS27に向けて拡散反射させる。拡散反射板52は、拡散反射板52に入射した光線BLc1をランバート反射させることが好ましい。駆動モーター50の回転軸は、光軸AX0と略平行に配置されている。これにより、拡散反射板52は、拡散反射板52に入射する光の光軸に交差する面内で回転可能となっている。拡散反射板52は、回転軸の方向から見て、例えば円形に形成されているが、拡散反射板52の形状は円板に限定されず、平板であればよい。本実施形態において、拡散反射板52は、特許請求の範囲に記載の「拡散光生成素子」に相当する。
The
拡散反射板52によって反射された円偏光(例えば、左回りの円偏光)の光線BLc2(拡散光)は、第2のピックアップ光学系41及び位相差板26bを再度透過して、S偏光の光線BLp1となる。
The circularly polarized light (for example, counterclockwise circularly polarized light) BLc2 (diffused light) reflected by the diffuse
ところで、本実施形態において、縮小光線束K1sから分離されたP偏光の光線BLpは、縮小光線束K1sと同様、中心部の光強度が相対的に強くなっている。すなわち、位相差板26bを透過した円偏光の光線BLc1も、中心部の光強度が相対的に強い。
By the way, in the present embodiment, the P-polarized light beam BLp separated from the reduced light beam K1s has a relatively strong light intensity at the center as in the reduced light beam K1s. That is, the circularly polarized light beam BLc1 transmitted through the
そのため、光線BLc1は、第1及び第2のピックアップレンズ41a,41bにおいて、収差の影響の小さいレンズ中心部への入射光量が多くなり、収差の影響の大きいレンズ周辺部への入射光量が少なくなる。
For this reason, in the first and
光線BLc1は収差の影響を受け難くなるので、第2のピックアップ光学系41による回転拡散素子42への集光状態を改善できる。したがって、回転拡散素子42において光線BLc2(拡散光)が効率良く生成されるので、S偏光の光線BLp1を効率良く生成することができる。
Since the light beam BLc1 is not easily affected by the aberration, the light condensing state on the
また、P偏光の光線BLp(光線BLc1)は、位相差板26aの光学軸の回転角を調整することによって中心部の光強度を一定に保った状態で周辺部の光強度のみを変化させることができる。そのため、第2のピックアップ光学系41による収差の影響を抑えつつ、光線BLc2(拡散光)の明るさを調整することができる。
Further, the P-polarized light beam BLp (light beam BLc1) changes only the light intensity at the peripheral portion while keeping the light intensity at the central portion constant by adjusting the rotation angle of the optical axis of the
蛍光体層47から射出された黄色の蛍光YLと、回転拡散素子42から射出された光線BLp1(青色光)とは、PBS27によって合成され、白色の照明光WLとなる。照明光WLは、図2に示す均一照明光学系40に入射する。
The yellow fluorescent light YL emitted from the
本実施形態の照明装置2によれば、第1及びのピックアップ光学系28,41において収差の影響の小さい中心部分に光を多く入射させることで、蛍光体層47及び拡散反射板52への集光状態を改善することができる。よって、蛍光体層47において明るい蛍光YLを生成するとともに回転拡散素子42において明るい光線BLc2(拡散光)を生成することで明るい照明光WLを照明することができる。よって、この照明装置2を備えたプロジェクター1によれば、明るい画像を表示することができる。
According to the illuminating device 2 of the present embodiment, a large amount of light is incident on the central portion where the influence of aberration is small in the first and second pickup
(変形例)
上記実施形態の光束幅圧縮手段73は、第1及び第2の反射素子75a,75dと、第1及び第2の偏光分離素子75b,75cと、第1及び第2の位相差素子74a,74bと、をプリズム(第1〜第3プリズム61,62,63)で保持する構成を例に挙げたが、光束幅圧縮手段の構成はこれに限定されない。
(Modification)
The beam width compression means 73 of the above embodiment includes the first and second reflecting
例えば、プリズムを用いずに、第1及び第2の反射素子75a,75dと、第1及び第2の偏光分離素子75b,75cと、第1及び第2の位相差素子74a,74bとのみを用いて光束幅圧縮手段73Aを構成しても良い。この場合、第1及び第2の反射素子75a,75dとしてはZ方向に長手を有する短冊状のミラーを用いれば良い。第1及び第2の偏光分離素子75b,75cとしてはZ方向に長手を有する短冊状のPBSを用いれば良い。なお、第1及び第2の反射素子75a,75dと第1及び第2の偏光分離素子75b,75cとは、例えば、不図示の照明装置2の筐体に保持される。また、第1及び第2の位相差素子74a,74bは不図示の筐体に保持されても良いし、第1及び第2の偏光分離素子75b,75cに不図示の接着剤を介して固定しても良い。
For example, without using a prism, only the first and
なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。 In addition, this invention is not limited to the content of the said embodiment, In the range which does not deviate from the main point of invention, it can change suitably.
例えば、上記実施形態では、3つの光変調装置4R,4G,4Bを備えるプロジェクター1を例示したが、1つの液晶光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the
また、上記実施形態では本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。 Moreover, although the example which mounted the illuminating device by this invention in the projector was shown in the said embodiment, it is not restricted to this. The lighting device according to the present invention can also be applied to lighting fixtures, automobile headlights, and the like.
1…プロジェクター、2…照明装置、4B,4G,4R…光変調装置、6…投射光学系、25…ホモジナイザー光学系、26a…位相差板(第3の位相差素子)、27…PBS(第3の偏光分離素子)、28a…第1のピックアップレンズ(集光レンズ)、28b…第2のピックアップレンズ(集光レンズ)、41a…第1のピックアップレンズ(集光レンズ)、41b…第2のピックアップレンズ(集光レンズ)、47…蛍光体層(拡散光生成素子)、52…拡散反射板(拡散光生成素子)、71…光源装置、73,73A…光束幅圧縮手段(光線束圧縮光学系)、74…偏光変換部、74a…第1の位相差素子、74b…第2の位相差素子、75…光路変更部、75a…第1の反射素子、75b…第1の偏光分離素子、75c…第2の偏光分離素子、75d…第2の反射素子、BR1…光ビーム列(第1の光ビーム列)、BR2…光ビーム列(第2の光ビーム列)、BR3…光ビーム列(第3の光ビーム列)、BR4…光ビーム列(第4の光ビーム列)、BR5…光ビーム列(第5の光ビーム列)、K1…光線束、K1s…縮小光線束。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記光線束が入射するコリメート光学系と、
前記コリメート光学系の後段に設けられた光線束圧縮光学系と、
前記光線束圧縮光学系の後段に設けられた光強度均一化光学系と、
前記光強度均一化光学系の後段に設けられた集光レンズと、
前記集光レンズの後段に設けられた拡散光生成素子と、を備え、
前記光線束圧縮光学系は、偏光変換部と光路変更部とを備え、
前記光路変更部は、第1の反射素子と第1の偏光分離素子と第2の偏光分離素子と第2の反射素子とがこの順に配列されてなり、
前記偏光変換部は、前記第1の偏光分離素子の上段に設けられた第1の位相差素子と、前記第2の偏光分離素子の上段に設けられた第2の位相差素子と、を備え、
前記第1〜第4の光ビーム列は、前記光線束圧縮光学系の上段においてこの順に配置されており、
前記第1の光ビーム列は前記第1の反射素子で前記第1の偏光分離素子に向けて反射され、
前記第2の光ビーム列は前記第1の位相差素子を透過し、
前記第3の光ビーム列は前記第2の位相差素子を透過し、
前記第4の光ビーム列は前記第2の反射素子で前記第2の偏光分離素子に向けて反射され、
前記第1の偏光分離素子は前記第1の光ビーム列を前記第2の光ビーム列と合成し、
前記第2の偏光分離素子は前記第4の光ビーム列を前記第3の光ビーム列と合成する
照明装置。 A light source device that emits a light bundle including first to fourth light beam arrays in a first polarization state;
A collimating optical system on which the light beam is incident;
A light beam compression optical system provided in a subsequent stage of the collimating optical system;
A light intensity uniformizing optical system provided at a subsequent stage of the light beam compression optical system;
A condensing lens provided at a subsequent stage of the light intensity uniformizing optical system;
A diffused light generating element provided at a subsequent stage of the condenser lens,
The light bundle compression optical system includes a polarization conversion unit and an optical path changing unit,
In the optical path changing unit, a first reflection element, a first polarization separation element, a second polarization separation element, and a second reflection element are arranged in this order,
The polarization conversion unit includes a first phase difference element provided on an upper stage of the first polarization separation element, and a second phase difference element provided on an upper stage of the second polarization separation element. ,
The first to fourth light beam rows are arranged in this order in the upper stage of the light beam compression optical system,
The first light beam train is reflected by the first reflecting element toward the first polarization separating element;
The second light beam train is transmitted through the first retardation element,
The third light beam train is transmitted through the second retardation element,
The fourth light beam row is reflected by the second reflection element toward the second polarization separation element,
The first polarization separation element combines the first light beam train with the second light beam train;
The second polarization separation element synthesizes the fourth light beam train with the third light beam train.
請求項1に記載の照明装置。 2. The illumination device according to claim 1, wherein the first light beam row and the fourth light beam row are arranged in a central portion of the light beam in a lower stage of the light beam compression optical system.
前記第1の反射素子は、前記複数の光ビームが配列されている方向に長手方向を有している
請求項1又は2に記載の照明装置。 A cross section of each of the plurality of light beams constituting the first light beam row has a major axis direction in a direction in which the plurality of light beams are arranged,
The lighting device according to claim 1, wherein the first reflecting element has a longitudinal direction in a direction in which the plurality of light beams are arranged.
前記光路変更部と前記集光レンズとの間の光路中に設けられた第3の位相差素子と、
前記第3の位相差素子と前記集光レンズとの間の光路中に設けられた第3の偏光分離素子と、をさらに備える
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の照明装置。 The light bundle further includes a fifth light beam train made of linearly polarized light,
A third phase difference element provided in an optical path between the optical path changing unit and the condenser lens;
The illumination device according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a third polarization separation element provided in an optical path between the third phase difference element and the condenser lens.
前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調して画像光を生成する光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
プロジェクター。 The lighting device according to any one of claims 1 to 4,
A light modulation device for generating image light by modulating light from the illumination device according to image information;
A projection optical system that projects the image light.
Priority Applications (1)
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