JP2005173625A - Lighting system and projection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空間光変調装置その他の表示デバイスを照明するための照明装置、並びにこれら空間光変調装置及び照明装置を用いて画像を投射する投射装置に関する。 The present invention relates to an illumination device for illuminating a spatial light modulation device and other display devices, and a projection device that projects an image using the spatial light modulation device and the illumination device.
発光波長が異なる複数種のLED素子を組み込んだ光源装置を利用して、LCD等のライトバルブを照明することが提案されている(特許文献1参照)。この光源装置では、発光波長の僅かに異なる一対の異種LED素子からの光束をダイクロイックミラーで合波することによって特定色の輝度を高めている。 It has been proposed to illuminate a light valve such as an LCD using a light source device incorporating a plurality of types of LED elements having different emission wavelengths (see Patent Document 1). In this light source device, the luminance of a specific color is enhanced by combining light beams from a pair of different types of LED elements having slightly different emission wavelengths with a dichroic mirror.
しかし、上記光源装置では、ダイクロイックミラーの特性に起因して、一対の異種LED素子から射出される一対の光束の中心波長を所定以上に近づけることができない。つまり、色合成用のダイクロイックミラーは、通常P偏光とS偏光とで遮断周波数が異なるため、双方の偏光に対応する一対の遮断周波数に挟まれた波長域の両外側に一対の異種LED素子の発光中心波長を設定する必要がある。このような波長域は、50nm程度に達する場合もあり、合波すべき一対の光束の中心波長差が大きくなり、合波後に得られる特定色の色純度が下がる。 However, in the light source device, due to the characteristics of the dichroic mirror, the center wavelength of the pair of light beams emitted from the pair of different types of LED elements cannot be made closer to a predetermined value or more. That is, since the dichroic mirror for color synthesis usually has different cutoff frequencies for P-polarized light and S-polarized light, a pair of dissimilar LED elements are arranged on both outer sides of a wavelength region sandwiched between a pair of cutoff frequencies corresponding to both polarized lights. It is necessary to set the emission center wavelength. Such a wavelength range may reach about 50 nm, and the center wavelength difference between a pair of light beams to be combined becomes large, and the color purity of a specific color obtained after combining decreases.
そこで、本発明は、色純度を下げることなく輝度を向上させることができる照明装置等を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an illumination device or the like that can improve luminance without lowering color purity.
上記課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、ピーク波長が異なる第1及び第2照明光をそれぞれ発生する第1及び第2光源を有する光源装置と、第1及び第2照明光が入射した場合に、これら第1及び第2照明光を合波して射出する合波手段と、第2照明光を所定方向の直線偏光に変換して合波手段に入射させる偏光変換手段とを備える。 In order to solve the above-described problems, an illumination device according to the present invention includes a light source device having first and second light sources that generate first and second illumination lights having different peak wavelengths, and first and second illumination lights. A combining unit that combines and emits the first and second illumination lights when incident, and a polarization conversion unit that converts the second illumination light into linearly polarized light in a predetermined direction and enters the combining unit. Prepare.
上記照明装置では、偏光変換手段が第2照明光を所定方向の直線偏光に変換して合波手段に入射させるので、合波手段の合波特性が第2照明光の波長に関して偏波依存性を有している場合であっても、その特性に応じた偏光光を合波手段に入射させることができる。これにより、第1及び第2照明光を効率よく合波することができ、合波によって最終的に得られる照明光の輝度向上を図ることができる。ここで、「偏波依存性」とは、合波手段による合波効率等の特性が入射光の例えば偏光方向等の偏光状態によって異なることを意味する。 In the illuminating device, since the polarization conversion means converts the second illumination light into linearly polarized light in a predetermined direction and makes it incident on the multiplexing means, the multiplexing characteristic of the multiplexing means is polarization dependent with respect to the wavelength of the second illumination light. Even if it has a property, the polarized light according to the characteristic can be entered into the multiplexing means. Thereby, the 1st and 2nd illumination light can be combined efficiently, and the brightness | luminance improvement of the illumination light finally obtained by multiplexing can be aimed at. Here, “polarization dependence” means that characteristics such as multiplexing efficiency by the multiplexing means differ depending on the polarization state of the incident light such as the polarization direction.
上記照明装置の具体的態様では、合波手段が、光の透過及び反射を利用する光合分岐素子であり、第2照明光のピーク波長が、所定方向の直線偏光に関する光合分岐素子による透過又は反射の第1エッジ波長と、所定方向に対して直交方向の直線偏光に関する光合分岐素子による透過又は反射の第2エッジ波長との間の較差発生領域に設定されている。この場合、光合分岐素子の透過反射特性においてS、Pの両偏光に対するエッジ波長の差が大きく無視できない較差発生領域が存在していても、これを補償した合波により輝度向上を図ることができる。 In a specific aspect of the illumination device, the multiplexing unit is an optical multiplexing / branching element that utilizes transmission and reflection of light, and the peak wavelength of the second illumination light is transmitted or reflected by the optical multiplexing / branching element with respect to linearly polarized light in a predetermined direction. The first edge wavelength and the second edge wavelength transmitted or reflected by the optical coupling / branching element with respect to linearly polarized light in the direction orthogonal to the predetermined direction are set in a difference generation region. In this case, even if there is a difference generation region where the difference between the edge wavelengths for both the S and P polarizations is not negligible in the transmission / reflection characteristics of the optical combining / branching element, the luminance can be improved by combining the compensation. .
また、上記照明装置の別の具体的態様では、第1照明光が、較差発生領域の外側においてこの較差発生領域に近接して中心波長が設定されている。この場合、第1照明光と第2照明光との波長差を小さくすることができるので、実質的に同一色で高輝度の照明光を発生させることできる。 In another specific aspect of the illumination device, the center wavelength of the first illumination light is set in the vicinity of the difference generation region outside the difference generation region. In this case, since the wavelength difference between the first illumination light and the second illumination light can be reduced, illumination light having substantially the same color and high luminance can be generated.
また、上記照明装置のさらに別の具体的態様では、合波手段が、ダイクロイックミラーである。この場合、簡単な構造の光学素子によって効率よい合波が可能になる。 In still another specific aspect of the illumination device, the multiplexing unit is a dichroic mirror. In this case, efficient multiplexing is possible with an optical element having a simple structure.
また、上記照明装置のさらに別の具体的態様では、第1及び第2光源が、固体光源である。ここで、「固体光源」とは、LED、EL素子、LD等を含む概念である。この場合、光源制御が容易でありながら、特定波長光の輝度を高めることができる。 In still another specific aspect of the illumination device, the first and second light sources are solid light sources. Here, the “solid light source” is a concept including an LED, an EL element, an LD, and the like. In this case, the luminance of the specific wavelength light can be increased while the light source control is easy.
また、上記照明装置のさらに別の具体的態様では、偏光変換手段が、第2光源からの射出光が入射するロッドインテグレータと、このロッドインテグレータの射出端に配設される反射型偏光板と、ロッドインテグレータを通過した反射型偏光板からの戻り光をロッドインテグレータの入射端に戻す反射手段とを有する。
この場合、反射型偏光板によって反射された戻り光も反射手段等によって再利用されるので、所定方向の直線偏光である第2照明光を無駄なく効率的に取り出すことができる。
Further, in still another specific aspect of the illumination device, the polarization conversion means includes a rod integrator on which light emitted from the second light source is incident, a reflective polarizing plate disposed at an emission end of the rod integrator, Reflecting means for returning the return light from the reflective polarizing plate that has passed through the rod integrator to the incident end of the rod integrator.
In this case, since the return light reflected by the reflective polarizing plate is also reused by the reflecting means or the like, the second illumination light that is linearly polarized light in a predetermined direction can be efficiently extracted without waste.
また、上記照明装置のさらに別の具体的態様では、偏光変換手段は、第2光源からの射出光が順次入射する一対の偏光ビームスプリッタと、後段の偏光ビームスプリッタの射出側に配設される波長板とを備える。この場合、偏光度の高い第2照明光を無駄なく効率的に取り出すことができる。 In still another specific aspect of the illumination device, the polarization conversion means is disposed on the exit side of the pair of polarization beam splitters on which the light emitted from the second light source sequentially enters and the subsequent polarization beam splitter. A wave plate. In this case, the second illumination light having a high degree of polarization can be efficiently extracted without waste.
また、上記照明装置のさらに別の具体的態様では、第1及び第2照明光が、3原色のいずれか1色にともに属する。この場合、3原色のいずれかの輝度を純色度を損なうことなく簡易に高めることができる。 In still another specific aspect of the illumination device, the first and second illumination lights belong to any one of the three primary colors. In this case, the luminance of any of the three primary colors can be easily increased without degrading the pure chromaticity.
また、本発明に係る投射装置は、上述の照明装置と、照明装置によって照明される空間光変調装置と、空間光変調装置の像を投射する投射レンズとを備える。
ここで、「空間光変調装置」とは、例えば液晶ライトバルブに代表される光デバイスであり、デジタルミラーデバイス等を含む概念である。
The projection device according to the present invention includes the above-described illumination device, a spatial light modulation device illuminated by the illumination device, and a projection lens that projects an image of the spatial light modulation device.
Here, the “spatial light modulation device” is an optical device typified by, for example, a liquid crystal light valve, and has a concept including a digital mirror device and the like.
上記投射装置では、上述の照明装置を組み込んでいるので、第1及び第2照明光を効率よく合波することができ、合波によって最終的に得られる照明光の輝度向上を図ることができ、高い輝度を有する画像を投射することができる。 In the projection device, since the above-described illumination device is incorporated, the first and second illumination lights can be efficiently combined, and the luminance of the illumination light finally obtained by the combination can be improved. An image having high brightness can be projected.
また、本発明に係る別の投射装置は、3原色のうち第1及び第2照明光とは異なる他の2色にそれぞれ属する第3及び第4照明光をそれぞれ発生する第3及び第4光源をさらに有する上述の照明装置と、第1及び第2照明光と、第3照明光と、第4照明光とがそれぞれ入射した場合に、第1及び第2照明光と、第3照明光と、第4照明光とをそれぞれ個別に変調する3つの空間光変調装置と、各空間光変調装置からの変調光を合成して射出する光合成部材と、光合成部材を経て合成された3つの空間光変調装置の像を投射する投射レンズとを備える。 In addition, another projection device according to the present invention provides a third and a fourth light source that respectively generate a third and a fourth illumination light belonging to two other colors different from the first and second illumination lights among the three primary colors. The first and second illumination lights and the third illumination light when the above-described illumination device, the first and second illumination lights, the third illumination light, and the fourth illumination light respectively enter , Three spatial light modulators that individually modulate the fourth illumination light, a light combining member that combines and emits the modulated light from each of the spatial light modulators, and three spatial lights combined through the light combining member A projection lens for projecting an image of the modulation device.
上記投射装置では、上述の照明装置を組み込んでいるので、第1及び第2照明光を効率よく合波することができ、合波によって最終的に得られる3原色の照明光の輝度向上を図ることができ、3つの空間光変調装置を利用して高い輝度を有するカラー画像を投射することができる。 Since the above-described illumination device is incorporated in the projection device, the first and second illumination lights can be efficiently combined, and the luminance of the three primary colors of illumination light finally obtained by the combination is improved. It is possible to project a color image having high luminance using three spatial light modulators.
また、上記投射装置の具体的態様では、空間光変調装置が、液晶ライトバルブである。この場合、小型の装置によって高輝度で高精細の画像を投射することができる。 In a specific aspect of the projection apparatus, the spatial light modulation device is a liquid crystal light valve. In this case, a high-definition and high-definition image can be projected by a small device.
〔第1実施形態〕
図1は、第1実施形態に係る投射装置の構造を概念的に説明するブロック図である。この投射装置、すなわちプロジェクタ10は、照明装置20と、光変調装置30と、投射レンズ40とを備える。ここで、照明装置20は、G光照明装置21と、B光照明装置23と、R光照明装置25とを有する。また、光変調装置30は、空間光変調装置である3つの液晶ライトバルブ31,33,35と、光合成部材であるクロスダイクロイックプリズム37とを有する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram conceptually illustrating the structure of the projection apparatus according to the first embodiment. The projection device, that is, the projector 10 includes an
照明装置20において、G光照明装置21は、中心波長が極めて近似する一対の照明光を発生する第1及び第2光源21a,21bと、これら光源21a,21bからの照明光を集光する凹面反射鏡21dと、両光源21a,21bからの照明光を合波する合波手段であるダイクロイックミラーDMと、第2光源21bからの照明光を所定の偏光光に変換するための偏光変換手段である偏光変換部PCとを備える。ここにおいて、両光源21a,21b及び一対の凹面反射鏡21dは、光源装置を構成する。
In the
第1及び第2光源21a、21bは、ともに固体光源とも呼ばれるLEDであり、3原色のうち緑(G)の範疇に含まれるが中心波長がわずかに異なるG1光及びG2光をそれぞれ発生する。第1光源21aからの第1照明光IG1は、凹面反射鏡21dによって無駄なく回収されてダイクロイックミラーDMに入射し、このダイクロイックミラーDMで反射されてロッドレンズ21fに入射する。
一方、第2光源21bからの第2照明光IG2は、凹面反射鏡21dによって無駄なく回収されて偏光変換部PCに入射する。この偏光変換部PCによってほぼP偏光のみに変換された第2照明光IG2は、ダイクロイックミラーDMに入射してこれを透過し、第1照明光IG1と合波された状態でロッドレンズ21fに入射する。ロッドレンズ21fに入射した第1及び第2照明光IG1,IG2は、ロッドレンズ21fで均一化されて光変調装置30を構成するG光用の液晶ライトバルブ31に入射する。なお、ロッドレンズ21fは、ロッドインテグレータとも呼ばれ、側面を反射面とした円柱又は角柱であり、これに入射した各種入射角度の光束を波面分割し重畳させることによって均一化して出力する。
The first and
On the other hand, the second illumination light IG2 from the
図2は、偏光変換部PCの構造を説明する図である。この偏光変換部PCは、偏光状態を変更するための1/4波長板52と、特定偏光成分を抽出するための反射型偏光板53とを備える。ここで反射型偏光板53は、グリッド型偏光子とも呼ばれ、光透過性の基板上にAl等のストライプを数百nm程度のピッチで周期的に形成したものであり、入射光のうち所定方向の偏光光のみを選択的に透過させるとともに残りを反射させることができ、吸収によるロスがほとんどない。
FIG. 2 is a diagram illustrating the structure of the polarization conversion unit PC. This polarization conversion unit PC includes a quarter-
第2光源21bから正面方向に射出した第2照明光IG2は、1/4波長板52にその一端P1から入射する。また、第2光源21bから側面方向に射出した第2照明光IG2も、反射手段である凹面反射鏡21dで反射されて1/4波長板52の一端P1に入射する。一端P1から入射した光は次に反射型偏光板53を通過する。1/4波長板52を通過することによって、第2照明光IG2のうち直線偏光成分は円偏光に変換される。また、反射型偏光板53を通過することにより、第2照明光IG2のうちP偏光のみが選択的に通過する。なお、反射型偏光板53で反射された第2照明光IG2は、主にS偏光のみとなっているが、1/4波長板52を通過することによって円偏光に変換されて凹面反射鏡21dに戻される。凹面反射鏡21dで反射した第2照明光IG2は、再度1/4波長板52及び反射型偏光板53に入射する。このような再入射光は、1/4波長板52によって円偏光からP偏光に変換されて効率よく反射型偏光板53を通過する。以上の説明から明らかなように、反射型偏光板53からダイクロイックミラーDMに入射する第2照明光IG2は、第2光源21bからの光を高い効率でP偏光にのみ変換したものとなっている。
The second illumination light IG2 emitted in the front direction from the
ここで、ダイクロイックミラーDMは、以下に詳述するが、第1照明光IG1をほぼ100%反射し、P偏光の第2照明光IG2も高い効率で透過するので、結果的に、両光源21a,21bからの両照明光IG1,IG2を極めて低損失で合波することができる。この際、両照明光IG1,IG2の波長が近いので、高い純色度で高輝度の固体G色光源を提供することができる。また、両光源21a,21bがともに光軸上に配置されるので、両光源21a,21bからの照明光の特性をそろえて液晶ライトバルブ31に入射させることができ、液晶ライトバルブ31による照明光の利用効率を高めることができる。
Here, although the dichroic mirror DM will be described in detail below, the first illumination light IG1 is reflected almost 100%, and the P-polarized second illumination light IG2 is also transmitted with high efficiency. , 21b can be combined with extremely low loss. At this time, since the wavelengths of both illumination lights IG1 and IG2 are close, it is possible to provide a solid G light source with high purity and high brightness. Further, since both the
図3は、図2等に示すダイクロイックミラーDMの特性を説明するグラフである。グラフにおいて、横軸は波長(nm)を示し、縦軸は透過率(%)を示す。
このダイクロイックミラーDMは、ハイパスフィルタであるが、その主面が光軸に対して45゜傾いているため、透過率が偏波依存性を有する。つまり、P偏光の透過端に相当する第1エッジ波長λE1(10%透過)は約490nmであり、S偏光の透過端に相当する第2エッジ波長λE2(10%透過)は約525nmである。なお、このグラフには、第1及び第2光源21a,21bからの第1及び第2照明光IG1,IG2の輝度分布が任意単位(縦軸)で重ねて表示されている。グラフからも明らかなように、第1照明光IG1の中心波長λG1は、第1エッジ波長λE1よりも短波長側に設定されている。また、第2照明光IG2の中心波長λG2は、第1エッジ波長λE1と第2エッジ波長λE2との間、すなわちP偏光及びS偏光間で透過率が異なる較差発生領域に設定されている。これにより、第1光源21aからの第1照明光IG1は、ダイクロイックミラーDMでほぼ100%反射される。一方、第2光源21bからの第2照明光IG2は、偏光変換部PCを経て高効率でP偏光に変換されているので、ダイクロイックミラーDMを高い割合で透過する。
FIG. 3 is a graph for explaining the characteristics of the dichroic mirror DM shown in FIG. In the graph, the horizontal axis indicates the wavelength (nm) and the vertical axis indicates the transmittance (%).
Although this dichroic mirror DM is a high-pass filter, its main surface is inclined by 45 ° with respect to the optical axis, so that the transmittance has polarization dependency. That is, the first edge wavelength λE1 (10% transmission) corresponding to the transmission end of P-polarized light is about 490 nm, and the second edge wavelength λE2 (10% transmission) corresponding to the transmission end of S-polarized light is about 525 nm. In this graph, the luminance distributions of the first and second illumination lights IG1 and IG2 from the first and second
なお、第1光源21aからの第1照明光IG1がダイクロイックミラーDMを透過するとともに、第2光源21bからの第2照明光IG2がダイクロイックミラーDMで反射されるといった構成によって、第1及び第2照明光の合波を行うこともできる。この場合、第2照明光IG2の中心波長λG2は、一対のエッジ波長λE1,λE2の間に設定されたままとするが、第1照明光IG1'の中心波長λG1'は、第2エッジ波長λE2よりも長波長側に設定される。これにより、第1光源21aからの第1照明光IG1'は、ダイクロイックミラーDMを高い割合で透過する。一方、第2光源21bからの第2照明光IG2は、配置方向を変更した偏光変換部PCを経てP偏光ではなくS偏光に変換され、ダイクロイックミラーDMでほぼ100%反射される。この結果、両光源21a,21bからの両照明光IG1',IG2を極めて低損失で合波することができ、G光用の液晶ライトバルブ31を高輝度で照明することができる。
The first and second illumination lights IG1 from the first
図1に戻って、B光照明装置23は、第3光源23aと、凹面反射鏡23dと、ロッドレンズ23fとを備える。第3光源23aは、3原色のうち青(B)の範疇に含まれるB光を発生するLEDである。第3光源23aからの第3照明光IBは、凹面反射鏡23dによって無駄なく回収されてロッドレンズ23fに入射する。ロッドレンズ23fに入射した第3照明光IBは、ロッドレンズ23fで均一化されて光変調装置30のうちB光用の液晶ライトバルブ33に入射する。
Returning to FIG. 1, the B
R光照明装置25は、第4光源25aと、凹面反射鏡25dと、ロッドレンズ25fとを備える。第4光源25aは、3原色のうち赤(R)の範疇に含まれるR光を発生するLEDである。第4光源25aからの第4照明光IRは、凹面反射鏡25dによって無駄なく回収されてロッドレンズ25fに入射する。ロッドレンズ25fに入射した第4照明光IRは、ロッドレンズ25fで均一化されて光変調装置30のうちR光用の液晶ライトバルブ35に入射する。
The R
各液晶ライトバルブ31,33,35にそれぞれ入射した各照明装置21,23,25からの光は、これら液晶ライトバルブ31,33,35によってそれぞれ2次元的に変調される。各液晶ライトバルブ31,33,35を通過した各色の光は、クロスダイクロイックプリズム37で合成されて、その一側面から射出する。クロスダイクロイックプリズム37から射出した合成光の像は、投射レンズ40に入射してプロジェクタ10外部に設けたスクリーン(不図示)に適当な拡大率で投影される。つまり、プロジェクタ10によって、各液晶ライトバルブ31,33,35に形成された各RGB色の画像を合成した画像が、スクリーン上に動画又は静止画として投射される。なお、図示を省略しているが、各液晶ライトバルブ31,33,35の周辺の適所には、これらの液晶ライトバルブ31,33,35を偏光光で照明し読み出すため、適当な偏光板が適当な状態で配置されている。
Light from each of the illuminating
以上説明した第1実施形態のプロジェクタ10によれば、ダイクロイックミラーDM及び偏光変換部PCを用いて第1及び第2照明光IG1,IG2を効率よく合波するので、合波によって最終的に得られるG色照明光の純色度を保ちつつ輝度向上を図ることができる。 According to the projector 10 of the first embodiment described above, the first and second illumination lights IG1 and IG2 are efficiently combined using the dichroic mirror DM and the polarization conversion unit PC. The luminance can be improved while maintaining the pure chromaticity of the G color illumination light.
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態に係るプロジェクタについて説明する。このプロジェクタの構造は、図1に示す第1実施形態のものとほぼ同様であるが、ダイクロイックミラーの特性がローパスフィルタとなっている。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the projector according to the second embodiment will be described. The structure of this projector is almost the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, but the characteristic of the dichroic mirror is a low-pass filter.
図4は、第2実施形態に係るプロジェクタ10に組み込まれるダイクロイックミラーDMの特性を説明するグラフである。このダイクロイックミラーDMも、透過率が偏波依存性を有し、P偏光の透過端に相当する第1エッジ波長λE1(10%透過)は約520nmであり、S偏光の透過端に相当する第2エッジ波長λE2(10%透過)は約490nmである。このグラフには、第1及び第2光源21a,21bからの第1及び第2照明光IG1,IG2の輝度分布が任意単位(縦軸)で重ねて表示されている。グラフからも明らかなように、第1照明光IG1の中心波長λG1は、第1エッジ波長λE1よりも長波長側に設定されている。また、第2照明光IG2の中心波長λG2は、第1エッジ波長λE1と第2エッジ波長λE2との間に設定されている。これにより、第1光源21aからの第1照明光IG1は、ダイクロイックミラーDMでほぼ100%反射される。一方、第2光源21bからの第2照明光IG2は、偏光変換部PCを経て高効率でP偏光に変換されるので、ダイクロイックミラーDMを高い割合で透過する。
FIG. 4 is a graph illustrating the characteristics of the dichroic mirror DM incorporated in the projector 10 according to the second embodiment. This dichroic mirror DM also has a polarization dependency on the transmittance, the first edge wavelength λE1 (10% transmission) corresponding to the transmission end of P-polarized light is about 520 nm, and the first edge wavelength corresponding to the transmission end of S-polarized light. The two edge wavelength λE2 (10% transmission) is about 490 nm. In this graph, the luminance distributions of the first and second illumination lights IG1 and IG2 from the first and second
以上の説明では、第1照明光IG1がダイクロイックミラーDMで反射され、第2照明光IG2がダイクロイックミラーDMを透過するといった構成によって、第1及び第2照明光IG1,IG2の合波を行っているが、図3でも説明したように、第1光源21aからの第1照明光IG1'がダイクロイックミラーDMを透過するとともに、第2光源21bからの第2照明光IG2がダイクロイックミラーDMで反射されるといった構成によっても、第1及び第2照明光IG1',IG2の合波を行うことができる。この場合、照明光IG2の中心波長λG2は、一対のエッジ波長λE1,λE2の間に設定されたままとするが、照明光IG1'の中心波長λG1'は、第2エッジ波長λE2よりも短波長側に設定される。これにより、第1光源21aからの第1照明光IG1'は、ダイクロイックミラーDMを高い割合で透過する。一方、第2光源21bからの第2照明光IG2は、偏光変換部PCを経てP偏光ではなくS偏光に変換され、ダイクロイックミラーDMでほぼ100%反射される。この結果、両光源21a,21bからの両照明光IG1,IG2を極めて低損失で合波することができる。
In the above description, the first and second illumination lights IG1 and IG2 are combined by a configuration in which the first illumination light IG1 is reflected by the dichroic mirror DM and the second illumination light IG2 is transmitted through the dichroic mirror DM. However, as described in FIG. 3, the first illumination light IG1 ′ from the first
〔第3実施形態〕
以下、第3実施形態に係るプロジェクタについて説明する。このプロジェクタの構造は、図1に示す第1実施形態のものとほぼ同様であるが、偏光変換部の構造が異なっている。
[Third Embodiment]
Hereinafter, the projector according to the third embodiment will be described. The structure of this projector is almost the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, but the structure of the polarization converter is different.
図5は、第3実施形態のプロジェクタにおける偏光変換部PCの構造を説明する図である。この偏光変換部PCは、偏光成分を抽出するための一対の偏光ビームスプリッタ151a、151bと、偏光状態を変更するための1/2波長板152とを備える。第2光源21bから正面方向に射出した第2照明光IG2は、正面の偏光ビームスプリッタ151aに入射する。また、第2光源21bから側面方向に射出した第2照明光IG2も、凹面反射鏡21dで反射されて正面の偏光ビームスプリッタ151aに入射する。偏光ビームスプリッタ151aに入射した第2照明光IG2は、偏光面PPを通過してS偏光に変換される。一方、偏光面PPで反射されたP偏光は、隣接する偏光ビームスプリッタ151bの偏光面PPで反射されて1/2波長板152に入射する。1/2波長板152に入射したP偏光は、S偏光に変換されるので、結果的に偏光変換部PCから射出される第2照明光IG2はほぼ完全にS偏光のみとなる。なお、図面では簡単のために、偏光変換部PCのみを便宜的に側方から見た状態を描いているので、実際にダイクロイックミラーDMに入射する第2照明光IG2は、P偏光のみとなる。
FIG. 5 is a diagram illustrating the structure of the polarization conversion unit PC in the projector according to the third embodiment. The polarization conversion unit PC includes a pair of
以上のように、偏光変換部PCを経てダイクロイックミラーDMに入射する第2照明光IG2は、第2光源21bからの光を効率よくP偏光にのみ変換したものとなっている。つまり、両光源21a,21bからの両照明光IG1,IG2を極めて低損失で合波することができる。この際、両照明光IG1,IG2の波長が近いので、高い純色度で高輝度の固体G色光源を提供することができる。
As described above, the second illumination light IG2 that enters the dichroic mirror DM via the polarization conversion unit PC is obtained by efficiently converting the light from the second
〔第4実施形態〕
以下、第4実施形態に係るプロジェクタについて説明する。このプロジェクタの構造は、図1に示す第1実施形態のものと類似するが、G光照明装置として、中心波長が異なる3つの光源を備え、これら3つの光源からの照明光を一対のダイクロイックミラーで合波する。
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, the projector according to the fourth embodiment will be described. The structure of this projector is similar to that of the first embodiment shown in FIG. 1, but the G light illumination device includes three light sources having different central wavelengths, and the illumination light from these three light sources is paired with a pair of dichroic mirrors. Combine.
図6(a)は、G光照明装置の第1の構成例を説明するブロック図であり、図6(b)は、G光照明装置の第2の構成例を説明するブロック図である。 FIG. 6A is a block diagram illustrating a first configuration example of the G light illumination device, and FIG. 6B is a block diagram illustrating a second configuration example of the G light illumination device.
図6(a)に示すG光照明装置221の場合、LED光源及び凹面反射鏡からなる光源装置261aからの中心波長λ1の照明光をダイクロイックミラーDM2で反射させる。また、同様の構造であるがP偏光に変換するための偏光変換素子をさらに有する光源装置261bからの中心波長λ2の照明光をダイクロイックミラーDM1で反射させるとともにダイクロイックミラーDM2に対して透過させる。さらに、P偏光変換用の偏光変換素子をさらに有する光源装置261cからの中心波長λ3の照明光をダイクロイックミラーDM1及びダイクロイックミラーDM2に対して透過させる。以上により、ダイクロイックミラーDM2から射出される照明光は、各光源装置261a,261b,261cからの照明光を合波した結果として高い輝度を有することになる。なお、一対のダイクロイックミラーDM1,DM2は、以下に説明する反射透過特性を有し、上述の中心波長λ1,λ2,λ3の照明光の合波を可能にする。
In the case of the G
図7は、第4実施形態に係るプロジェクタで用いるダイクロイックミラーDM1,DM2の透過特性を説明するグラフである。グラフからも明らかなように、両ダイクロイックミラーDM1,DM2はハイパスフィルタとなっているが、ダイクロイックミラーDM1のエッジ波長の方が、ダイクロイックミラーDM2のエッジ波長よりも長くなっている。また、両ダイクロイックミラーDM1,DM2において、点線で示すP偏光のエッジ波長は、実線で示すS偏光のエッジ波長よりも短波長側にシフトしている。そして、光源装置261aからの照明光の中心波長λ1は、ダイクロイックミラーDM2のP偏光のエッジ波長よりも短波長側に設定されている。また、光源装置261bからの照明光の中心波長λ2は、ダイクロイックミラーDM2のP偏光及びS偏光のエッジ波長間であって、ダイクロイックミラーDM1のP偏光のエッジ波長よりも短波長側に設定されている。さらに、光源装置261cからの照明光の中心波長λ3は、ダイクロイックミラーDM1のP偏光及びS偏光のエッジ波長間であって、ダイクロイックミラーDM2のS偏光のエッジ波長よりも長波長側に設定されている。
FIG. 7 is a graph for explaining the transmission characteristics of the dichroic mirrors DM1, DM2 used in the projector according to the fourth embodiment. As is apparent from the graph, both dichroic mirrors DM1 and DM2 are high-pass filters, but the edge wavelength of the dichroic mirror DM1 is longer than the edge wavelength of the dichroic mirror DM2. In both dichroic mirrors DM1 and DM2, the edge wavelength of the P-polarized light indicated by the dotted line is shifted to the shorter wavelength side than the edge wavelength of the S-polarized light indicated by the solid line. The center wavelength λ1 of the illumination light from the light source device 261a is set to a shorter wavelength side than the edge wavelength of the P-polarized light of the dichroic mirror DM2. The central wavelength λ2 of the illumination light from the light source device 261b is set between the P-polarized and S-polarized edge wavelengths of the dichroic mirror DM2 and shorter than the edge wavelength of the P-polarized light of the dichroic mirror DM1. Yes. Further, the center wavelength λ3 of the illumination light from the
図6(b)に示す第2の構成例におけるG光照明装置321の場合、LED光源、凹面反射鏡、及び偏光変換素子からなる光源装置aからの中心波長λ2でS偏光の照明光をダイクロイックミラーDM2で反射させる。また、同様の構造を有する光源装置361bからの中心波長λ3でS偏光の照明光をダイクロイックミラーDM1で反射させるとともにダイクロイックミラーDM2に対して透過させる。さらに、偏光変換素子を有しない光源装置361cからの中心波長λ4の照明光をダイクロイックミラーDM1及びダイクロイックミラーDM2に対して透過させる。以上により、ダイクロイックミラーDM2から射出される照明光は、各光源装置361a,361b,361cからの照明光を合波した結果として高い輝度を有することになる。なお、一対のダイクロイックミラーDM1,DM2は、図7に示す反射透過特性を有し、特に、光源装置361cからの照明光の中心波長λ4は、ダイクロイックミラーDM1のS偏光のエッジ波長よりも長波長側に設定されている。
In the case of the G
以上説明した第4実施形態のプロジェクタでは、3つの異なる光源装置261a,261b,261c(又は光源装置361a,361b,361c)からの照明光を同軸で結合することができるので、高輝度の単色固体光源を提供することができる。
In the projector according to the fourth embodiment described above, illumination light from three different
〔第5実施形態〕
図8は、第5実施形態のプロジェクタを説明するブロック図である。第5実施形態のプロジェクタ410は、第1実施形態のプロジェクタ10を変形したものであり、液晶ライトバルブの代わりにデジタルミラーデバイス(DMD)を用いている。
[Fifth Embodiment]
FIG. 8 is a block diagram illustrating a projector according to the fifth embodiment. A
このプロジェクタ410は、照明装置420と、光変調装置でありティルトミラーデバイスとも呼ばれるデジタルミラーデバイス430と、投射レンズ40とを備える。ここで、照明装置420は、G光用光源装置421と、B光用光源装置423と、R光用光源装置425と、クロスダイクロイックプリズム427と、ロッドレンズ428とを有する。
The
この照明装置420において、G光用光源装置421は、中心波長が近似する一対の照明光を発生する第1及び第2光源21a,21bと、これら光源21a,21bからの照明光を集光する凹面反射鏡21dと、両光源21a,21bからの照明光を合波する合波手段であるダイクロイックミラーDMと、第2光源21bからの照明光を所定の偏光光に変換する偏光変換手段である偏光変換部PCとを備える。第1光源21aからの第1照明光IG1は、凹面反射鏡21dによって無駄なく回収されてダイクロイックミラーDMに入射し、このダイクロイックミラーDMで反射されてクロスダイクロイックプリズム427に入射する。一方、第2光源21bからの第2照明光IG2は、凹面反射鏡21dによって無駄なく回収されて偏光変換部PCに入射する。偏光変換部PCによってほぼP偏光に変換された第2照明光IG2は、ダイクロイックミラーDMに入射してこれを透過し、第1照明光IG1と合波された状態でクロスダイクロイックプリズム427に入射する。
In this
B光用光源装置423は、第3光源23aと、凹面反射鏡23dとを備える。第3光源23aからの第3照明光IBは、凹面反射鏡23dによって無駄なく回収されてクロスダイクロイックプリズム427に入射する。
The light source device for
R光用光源装置425は、第4光源25aと、凹面反射鏡25dとを備える。第4光源25aからの第4照明光IRは、凹面反射鏡25dによって無駄なく回収されてクロスダイクロイックプリズム427に入射する。
The R
クロスダイクロイックプリズム427では、各光源装置421,423,425からの照明光IG1,IG2,IB,IRが合波され、ロッドレンズ428では、照明光IG1,IG2,IB,IRが均一化される。
In the cross
ロッドレンズ428から射出されたRGBの合成光は、レンズ429a及びミラー429bを経てデジタルミラーデバイス430上に均一に投射される。この際、レンズ429aの位置及び焦点距離を適宜調節することにより、デジタルミラーデバイス430を均一に照明することができる。
The RGB combined light emitted from the
デジタルミラーデバイス430は、公知の構造を有し、2次元マトリックス状に配列され画素を構成する多数のマイクロミラーと、これらマイクロミラーの姿勢を個別に調節するアクチュエータと、アクチュエータの動作を制御する制御回路とを基板上に一体的に形成したものである。このデジタルミラーデバイス430に適当な画像信号を入力することにより、各画素に対応するマイクロミラーからの反射光が投射レンズ40の瞳に入射したりしなかったりするので、投射レンズ40によってデジタルミラーデバイス430に入力された画像信号に対応する画像がスクリーン(不図示)上に投射される。
The
図9は、第5実施形態のプロジェクタ410における1フレームの動作を説明する図である。図9(a)はフレーム期間を示し、図9(b)はG階調表現信号を示し、図9(c)はB階調表現信号を示し、図9(d)はR階調表現信号を示し、図9(e)はクロック信号を示す。図9(b)のG階調表現信号は、G階調表現期間GKに対応し、この間だけ図8に示す第1及び第2光源21a,21bが点灯する。また、図9(c)のB階調表現信号は、B階調表現期間BKに対応し、この間だけ図8の第3光源23aが点灯する。また、図9(d)のR階調表現信号は、R階調表現期間RKに対応し、この間だけ図8の第4光源25aが点灯する。図9(b)に示すG階調表現期間GKは、nビットの画像強度に対応してn個の単位時間(20,21,22,…,2(n−1))に分割されている。例えばG光の特定画素の画像信号が最大値であるとき、n個の単位時間の全て、つまりG階調表現期間GKのほぼ全期間でデジタルミラーデバイス430の特定マイクロミラーをON状態とする。一方、G光の特定画素の画像信号が最小値であるとき、n個の単位時間の全て、つまりG階調表現期間GKのほぼ全期間で対応するマイクロミラーをOFF状態とする。このような手法により、G階調表現期間GK中、各画素におけるG色の強度信号に応じてマイクロミラーをON・OFF時間が調節される。同様に、B階調表現期間BKやR階調表現期間RKも、n個の単位時間に分割され、各色の強度信号に応じてマイクロミラーのON・OFF時間が調節される。
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of one frame in the
以上のプロジェクタ410によれば、G色に対応する両光源21a,21bからの両照明光IG1,IG2を極めて低損失で合波してデジタルミラーデバイス430に入射させることができるので、投射される画像の輝度を高めることができるだけでなく、G色、B色、及びR色の各階調表現期間GK,BK,RKを比較的近似した値とすることができ、デジタルミラーデバイス430の制御が比較的簡単でバランスの良いものとなる。
According to the
なお、以上説明した第5実施形態において、ダイクロイックミラーDMは、ハイパスフィルタに限らずローパスフィルタとすることができる。また、第1照明光IG1を反射させ第2照明光IG2を透過させて両者を合波するものに限らず、第1照明光IG1を透過させ第2照明光IG2を反射させて両者を合波することも可能である。 In the fifth embodiment described above, the dichroic mirror DM is not limited to a high-pass filter but can be a low-pass filter. In addition, the first illumination light IG1 is reflected and the second illumination light IG2 is transmitted to combine the two, but the first illumination light IG1 is transmitted and the second illumination light IG2 is reflected to combine the two. It is also possible to do.
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば第1実施形態のプロジェクタ10では、光変調装置30が透過型の液晶ライトバルブ31,33,35で構成されているが、反射型の液晶素子で構成することもできる。また、液晶ライトバルブは、光書き込み型の液晶ライトバルブとすることもできる。
Although the present invention has been described based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the projector 10 according to the first embodiment, the
また、上記実施形態では、波長が近似する一対のG1光とG2光とを合波してG光の輝度を高める場合について説明しているが、他の色R、Bについても、波長が近似する一対の光源光を合波して1つの照明光とすることができる。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the brightness | luminance of G light was raised by combining a pair of G1 light and G2 light with which a wavelength approximates, wavelength is also approximated about the other colors R and B. A pair of light source lights can be combined into one illumination light.
10 プロジェクタ、 20 照明装置、 21 G光照明装置、 21a 第1光源、 21b 第2光源、 23 B光照明装置、 23a 第3光源、 25 R光照明装置、 25a 第4光源、 30 光変調装置、 31,33,35 液晶ライトバルブ、 37 クロスダイクロイックプリズム、 40 投射レンズ、 52 波長板、 53 反射型偏光板、 DM ダイクロイックミラー、
PC 偏光変換素子、 λE1 第1エッジ波長、 λE2 第2エッジ波長、
λG1,λG2 中心波長
10 projector, 20 illumination device, 21 G light illumination device, 21a first light source, 21b second light source, 23 B light illumination device, 23a third light source, 25 R light illumination device, 25a fourth light source, 30 light modulation device, 31, 33, 35 Liquid crystal light valve, 37 Cross dichroic prism, 40 projection lens, 52 wavelength plate, 53 reflective polarizing plate, DM dichroic mirror,
PC polarization conversion element, λE1 first edge wavelength, λE2 second edge wavelength,
λG1, λG2 Center wavelength
Claims (11)
前記第1及び第2照明光が入射した場合に、当該第1及び第2照明光を合波して射出する合波手段と、
前記第2照明光を所定方向の直線偏光に変換して合波手段に入射させる偏光変換手段とを備えることを特徴とする照明装置。 A light source device having first and second light sources that respectively generate first and second illumination lights having different peak wavelengths;
A multiplexing means for combining and emitting the first and second illumination lights when the first and second illumination lights are incident;
An illuminating device comprising: a polarization conversion unit configured to convert the second illumination light into linearly polarized light in a predetermined direction and to enter the combining unit.
前記照明装置によって照明される空間光変調装置と、
前記空間光変調装置の像を投射する投射レンズと
を備えることを特徴とする投射装置。 The lighting device according to any one of claims 1 to 8,
A spatial light modulator illuminated by the illumination device;
A projection apparatus comprising: a projection lens that projects an image of the spatial light modulator.
前記第1及び第2照明光と、前記第3照明光と、前記第4照明光とがそれぞれ入射した場合に、前記第1及び第2照明光と、前記第3照明光と、前記第4照明光とをそれぞれ個別に変調する3つの空間光変調装置と、
各空間光変調装置からの変調光を合成して射出する光合成部材と、
前記光合成部材を経て合成された前記3つの空間光変調装置の像を投射する投射レンズと
を備えることを特徴とする投射装置。 The illumination device according to claim 8, further comprising third and fourth light sources that respectively generate third and fourth illumination lights belonging to the other two colors different from the first and second illumination lights among the three primary colors. ,
When the first and second illumination light, the third illumination light, and the fourth illumination light are respectively incident, the first and second illumination light, the third illumination light, and the fourth Three spatial light modulators for individually modulating the illumination light;
A light combining member that combines and emits the modulated light from each spatial light modulator;
A projection apparatus comprising: a projection lens that projects images of the three spatial light modulators synthesized through the light synthesizing member.
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