JP2004341108A

JP2004341108A - Illuminator and projection type display device

Info

Publication number: JP2004341108A
Application number: JP2003135785A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takeda; 高司武田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: JP4281407B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illuminator capable of efficiently utilizing light source light. <P>SOLUTION: In the illuminator 5 having a light source array 10 equipped with a plurality of light sources 12r, 12g and 12b and a lens array 20 equipped with lenses 22r, 22g and 22b corresponding to the respective light sources and illuminating an optical modulation means 50 by condensing the light from the respective light sources by the lenses corresponding to the respective light sources, the optical axes of the light sources 12r and 12b corresponding to the lenses 22r and 22b arranged at the periphery part of the lens array 20 are moved and arranged on the outside in a direction where they are separated from the optical axis of the illuminator 5 with respect to the optical axes of the lenses 22r and 22b. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置および投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
照射装置から照射された光を液晶ライトバルブ等の光変調手段に入射させ、光変調手段から出射された映像光を投射レンズ等によりスクリーンに拡大投射させる、プロジェクタ等の投射型表示装置が広く知られている（例えば、特許文献１参照。）。図６（ａ）は、従来技術に係る照明装置および液晶ライトバルブの側面断面図である。図６（ａ）の照明装置９０１は、複数の光源９１２を備えた光源アレイ９１０と、複数のレンズ９２２を備えたレンズアレイ９２０とを有している。レンズアレイ９２０の各レンズ９２２は、光源アレイ９１０の各光源９１２に対応して、各光源９１２の後方に配置されている。そして、光源アレイ１０の各光源１２から放射状に出射された光が、レンズアレイ９２０によって集光され、液晶ライトバルブ９５０が照明される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１１２０３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６（ａ）の照明装置９０１では、光源アレイ９１０を構成する各光源９１２の光軸に一致させて、これに対応する各レンズ９２２の光軸が配置されている。そのため、光源アレイ９１０の周辺部に配置された光源９１２から出射され、これに対応するレンズ９２２によって集光された光は、液晶ライトバルブ９５０の周辺部に照射されることになり、光源光を効率的に利用することができない。
【０００５】
そこで、図６（ｂ）に示す照明装置９０２が検討されている。図６（ｂ）の照明装置では、レンズアレイ９２０の周辺部に位置するレンズ９２２が、レンズアレイ９２０の中央部に寄せて配置されている。これにより、光源アレイ９１０の周辺部に配置された光源９１２と、これに対応するレンズ９２２の主点９２３と、照射面である液晶ライトバルブとが一直線上に配置される。したがって、光源９１２から出射された光により、液晶ライトバルブ９５０を照明することができる。
【０００６】
ところが、図６（ｂ）に示す照明装置９０２では、レンズアレイ９２０の周辺部に位置するレンズ９２２が中央部に寄せて配置されているので、図６（ａ）に示す照明装置９０１に比べて、周辺部のレンズ９２２と中央部のレンズとのオーバーラップが大きくなり、レンズの有効径が小さくなる。そのため、図６（ｂ）に示す照明装置９０２では、各光源９１２から放射状に照射された光のうち、各レンズ９２２に飲み込まれる光の角度αが、図６（ａ）に示す照明装置９０１に比べて小さくなる。したがって、光源光を効率的に利用することができないという問題がある。なお、プロジェクタでは、表示画像の明るさの確保が大きな課題となっている。したがって、光源光の利用効率の高低は、プロジェクタの性能に重大な影響を及ぼすことになる。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、光源光を効率的に利用することが可能な照明装置および投射型表示装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、複数の光源と、前記各光源に対応するレンズを複数備えたレンズアレイとを有し、前記各光源からの光を前記各光源に対応する前記レンズにより集光して照射面を照明する照明装置であって、前記レンズアレイの中央部以外に配置された前記レンズの光軸と、前記レンズに対応する前記光源の光軸とが、前記照明装置の光軸と直交する方向に所定距離をおいて配置されていることを特徴とする。この構成によれば、周辺部の光源から照射された光も、これに対応するレンズにより集光されて、照射面に照射される。したがって、光源光を効率的に利用することができる。
【０００９】
また、複数の光源と、前記各光源に対応するレンズを複数備えたレンズアレイとを有し、前記各光源からの光を前記各光源に対応する前記レンズにより集光して照射面を照明する照明装置であって、前記レンズアレイの中央部以外に配置された前記レンズの光軸に対して、前記レンズに対応する前記光源の光軸を、前記照明装置の光軸から離隔させる方向に移動させて配置したことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、隣接するレンズ相互のオーバーラップが増加しないので、各レンズの有効径を確保することができる。これにより、各レンズは、各光源から放射状に出射された光を広範囲で飲み込むことが可能になり、光変調手段の表示領域を強く照明することができる。したがって、光源光を効率的に利用することができる。
【００１１】
なお、前記各光源がアレイ状に形成されていてもよい。この場合でも、周辺部の光源をこれに対応するレンズより外側に配置することにより、各光源が相互に間隔をおいて配置されるので、各光源の外周面に形成された電極を相互に短絡させることなく、各光源を配置することができる。
【００１２】
また、前記レンズアレイを構成する前記各レンズは、前記照明装置の光軸に向かって前記各光源を移動させ前記光源アレイの中央部に前記各光源を密集させた場合の前記各光源の光軸に、前記各レンズの光軸が一致するように配置されていることが望ましい。この構成によれば、レンズアレイを極力小さく形成することができるので、照明装置全体を小型化することができる。
【００１３】
また、前記レンズアレイを構成する前記各レンズは、前記各レンズの光軸間の距離が、前記各レンズの最小直径の８０％以上となるように配置されていることが望ましい。この構成によれば、隣接するレンズ相互のオーバーラップが小さくなるので、各レンズの有効径を確保することができる。これにより、各レンズは、各光源から放射状に出射された光を広範囲で飲み込むことが可能になり、光源光を効率的に利用することができる。
【００１４】
前記各光源の発光領域の中心点と、前記各光源に対応する前記レンズの主点とを結ぶ直線が、それぞれ前記レンズアレイの後方における一点で交わるように、前記各光源および前記各レンズが配置されていることが望ましい。この構成によれば、各光源から照射された光を各光源に対応するレンズにより集光して、照射面を照明することができる。したがって、光源光を効率的に利用することができる。
【００１５】
一方、本発明に係る投射型表示装置は、上述した照明装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、光源光を効率的に利用することが可能な投射型表示装置を提供することができる。
【００１６】
また、前記各光源がそれぞれ異なる色光を出射可能に形成されている上述した照明装置と、前記照明装置における前記各光源から出射された色光を変調する光変調手段と、前記各光源から色光を出射するタイミングを制御し、前記各光源から時間順次に色光を出射させる光出射制御手段と、前記各光源から出射される色光に対応させて、前記光変調手段を時間順次に駆動する光変調手段駆動手段と、前記各光源から色光を出射するタイミングと前記光変調手段を駆動するタイミングとを同期させる同期信号を発生させ、発生した前記同期信号を前記光出射制御手段および前記光変調手段駆動手段に出力する同期信号発生手段と、を有することを特徴とする。
【００１７】
このように、光変調手段の駆動方式として色順次駆動方式を採用した単板式の投射型表示装置では、光変調手段にカラーフィルタを設けて色毎に画素を形成する必要がないので、光源光を効率的に利用することができる。さらに、上述した照明装置を採用したので、各光源から出射される各色光により、光変調手段を効率的に照明することができる。したがって、明るく均一なカラー画像を形成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１９】
［照明装置］
最初に、本発明に係る照明装置の実施形態につき、図１を用いて説明する。図１は、実施形態に係る照明装置および光変調手段の側面断面図である。第１実施形態に係る照明装置５は、複数の光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを備えた光源アレイ１０と、各光源に対応する複数のレンズ２２ｒ，２２ｇ，２２ｂを備えたレンズアレイ２０とを有し、光源アレイ１０の周辺部に配置された光源１２ｒ，１２ｂの光軸を、これに対応するレンズ２２ｒ，２２ｂの光軸に対して、外側に配置したものである。なお、本実施形態では、液晶ライトバルブ等の光変調手段５０における表示領域を照射面として照明する場合を例にして説明する。
【００２０】
光源１２として、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどの白色光源を用いてもよいが、本実施形態では、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）素子等の単色光源を用いた場合を例にして説明する。なお、光変調手段の駆動方式として色順次駆動方式を採用した単板式プロジェクタに、単色光源を用いた照明装置を採用した場合には、光変調手段にカラーフィルタを設ける必要がなくなる。したがって、光源光を効率的に利用することができる。また、単色光源としてＬＥＤを採用することにより、少ない消費電力で高輝度を確保することが可能になり、効率的な照明を実現することができる。また、ＬＥＤは耐久性能に優れている。
【００２１】
ＬＥＤは、接合部に電流が流れると光を放射するダイオードである。単純なホモ接合構造のＬＥＤは、ｐ型半導体およびｎ型半導体の結晶が同じ材料で構成されたものである。ホモ接合構造のＬＥＤに順バイアス電圧を印加すると、ｎ型半導体の電子がｐ型半導体に移動し、エネルギーの高い伝導帯からエネルギーの低い価電子帯に落ちて正孔と再結合する。その際に失われるエネルギーが光として放出され、ＬＥＤが発光する。なお、放出される光の色は伝導帯と価電子帯のエネルギー差（バンドギャップ）に左右され、バンドギャップは使用する半導体材料によって決定される。たとえば、ＡｌＧａＡｓ等を使用すれば赤色に発光し、ＧａＰ等を使用すれば緑色に発光し、ＩｎＧａＮ等を使用すれば青色に発光する。このように、ＬＥＤは単色光源となる。
【００２２】
なお、ホモ接合構造のＬＥＤでは発光効率が低いため、光源１２にはダブルへテロ接合構造や量子井戸接合構造のＬＥＤを採用するのが好ましい。ダブルへテロ接合構造のＬＥＤは、ｐ型半導体およびｎ型半導体の間に、バンドギャップの小さい活性層を挟み込んだものである。ダブルへテロ接合構造のＬＥＤに順バイアス電圧を印加すると、電子および正孔は活性層に閉じ込められて密度が高くなる。これにより、効率よく再結合が行われて高い発光効率を得ることができる。また、量子井戸接合構造のＬＥＤは、ｐ型半導体およびｎ型半導体の間に、電子の波長（約１０ｎｍ）程度に薄い複数の半導体層を挟み込んだものである。量子井戸接合構造のＬＥＤに順バイアス電圧を印加すると、所定のエネルギーを有する電子および正孔のみを接合領域に集めることができる。これにより、効率よく再結合が行われて高い発光効率を得ることができる。また、波長幅が小さく単色に近い光を得ることができる。このように発光効率の高いＬＥＤを、プロジェクタ等の投射型表示装置の光源として採用することにより、画像の明るさを向上させるとともに、消費電力を低下させることができる。
【００２３】
光源１２は、上記のように構成したＬＥＤチップ等の発光素子１４と、Ａｌ等からなるヒートシンク１５とによって構成されている。発光素子１４の一方端面は、ヒートシンク１５の前面に配置された導電部材（不図示）の表面に面接合されている。また、ヒートシンク１５の外周面からは、一対の電極１６，１６（図２参照）が突出形成されている。そして、一対の電極１６，１６のうち一方の電極と、上述した導電部材とが、ワイヤボンディング（不図示）等によって接続されている。また、一対の電極１６，１６のうち他方の電極と、発光素子１４の他方端面とが、ワイヤボンディング（不図示）等によって接続されている。これにより、一対の電極１６，１６から発光素子１４に対して通電可能となっている。
【００２４】
また、ヒートシンク１５の前面周縁部には、ヒートシンク１５の前方に向かって開口するテーパ面が形成されている。発光素子１４からヒートシンク１５の前面と平行に照射された光は、このテーパ面によって反射され、発光素子１４の前方に出射される。これにより、光源光を効率的に利用することができる。なお、発光素子１４の全体を密閉封止するため、ヒートシンク１５の上面に、樹脂等の透明材料からなるパッケージ（不図示）を形成してもよい。このパッケージは、全体をエポキシ等の熱硬化性樹脂によって形成してもよいし、固体カバーの内部にジェル等を封入して形成してもよい。
【００２５】
図２に、光源アレイ１０の正面図を示す。上記のように構成された赤色光源１２ｒ、緑色光源１２ｇおよび青色光源１２ｂは、基板等の固定部材（不図示）の表面に固定され、光源アレイ１０が形成されている。光源アレイ１０の中央部には１個の緑色（Ｇ）光源１２ｇが配置され、その周辺部には複数個の赤色（Ｒ）光源１２ｒおよび青色（Ｂ）光源１２ｂが交互に配置されている。さらに、その周辺部にも各色の光源を均等に配置してもよい。なお、隣接する光源相互間で、ヒートシンク１５の外周面から突出形成された一対の電極１６，１６が干渉しないように、各光源は一対の電極１６，１６を横方向に向けて配置されている。
【００２６】
一方、図１に示すように、各光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂに対応して、各光源の後方にレンズ２２ｒ，２２ｇ，２２ｂが配置されている。各レンズは、これに対応する各光源からの光を集光して、光変調手段の表示領域に照射するものである。この各レンズ２２ｒ，２２ｇ，２２ｂは、一体的に形成されて、レンズアレイ２０が構成されている。このレンズアレイ２０は、ガラスやプラスチック等を用いてモールド成型されている。なお、各レンズを一体形成することなく、個別のレンズを集合させて、レンズアレイ２０を構成してもよい。
【００２７】
なお、各レンズはアナモフィックレンズで構成するのが好ましい。アナモフィックレンズは、シリンドリカルレンズやトロイダルレンズ等のように、縦方向と横方向の曲率が異なるレンズである。アナモフィックレンズの各方向の曲率は、照明すべき光変調手段の表示領域の形状に合わせて決定する。これにより、光変調手段の表示領域全体が照明されるので、光源光を効率的に利用することができる。
【００２８】
本実施形態では、レンズアレイ２０により、光変調手段５０の表示領域に、光源アレイ１０の像が作成される場合を例にして説明する。具体的には、レンズアレイ２０を構成する各レンズにより、各レンズに対応する光源の発光領域の像が、それぞれ光変調手段５０の表示領域全体に作成される。したがって、各光源１２からこれに対応するレンズ２２の主点２３までの光軸方向に沿った距離（以下、単に距離という）と当該レンズ２２の主点２３から光変調手段５０までの距離との比率が、各光源１２の発光領域の幅と光変調手段５０の表示領域の幅との比率に一致するように、レンズアレイ２０が配置されている。この比率は、各光源の発光領域の幅に対する像の倍率となる。なお主点とは、光学系において横倍率が＋１になる光軸上の共役点である。すなわち、入射光線が１つの面で曲がっていると考えたときの仮想的な面と光軸との交点である。
【００２９】
なお、光変調手段５０の表示領域に各光源１２の発光領域の像を作成するには、各光源１２と光変調手段５０とが共役の関係にあることが必要である。具体的には、各光源１２からこれに対応するレンズ２２の前側焦点位置までの距離と当該レンズ２２の前側焦点位置から主点２３までの距離（焦点距離）との比率、および、当該レンズ２２の主点２３から後側焦点位置までの距離（焦点距離）と当該レンズ２２の後側焦点位置から光変調手段５０までの距離との比率を、上述した倍率と一致させる必要がある。そこで、この関係を満たすように、各レンズ２２の焦点距離が設定されている。具体的には、各レンズ２２の曲率を適当に設定することにより、各レンズ２２の焦点距離が上記の関係を満たすように設定されている。
【００３０】
上述したように、レンズアレイ２０を構成する各レンズは、これに対応する各光源からの光を集光して、光変調手段の表示領域に照射するものである。そこで、光源アレイ１０の周辺部に配置された赤色光源１２ｒの発光領域の中心点と、これに対応するレンズ２２ｒの主点２３ｒとを結ぶ直線上に、光変調手段５０の表示領域が配置されている。同様に、周辺部に配置された青色光源１２ｂの発光領域の中心点と、これに対応するレンズ２２ｂの主点２３ｂとを結ぶ直線上に、光変調手段５０の表示領域が配置されている。このように、各光源の発光領域の中心点と、各光源に対応するレンズの主点とを結ぶ直線が、それぞれレンズアレイ２０の後方における一点で交わるように、各光源および各レンズが配置されている。そして、この交点に光変調手段の表示領域を配置すれば、各光源から照射された光を各光源に対応するレンズにより集光して、光変調手段の表示領域を照明することができる。
【００３１】
本実施形態では、レンズ２２ｒ，２２ｂの光軸に対して、これに対応する光源１２ｒ，１２ｂの光軸を、照明装置５の光軸から離隔するように外側に移動させて、上記のように配置する。具体的には、図６（ａ）に示すように、中央部に密集した各光源の光軸と、これに対応する各レンズの光軸とを一致させた状態から、各レンズの光軸に対して、これに対応する光源の光軸を外側に移動させることにより、上記のように配置する。すなわち、図１のように配置した各光源を光源アレイ１０の光軸に向かって移動させ、各光源を中央部に密集させて図６（ａ）に示す状態とした場合に、各光源の光軸とこれに対応するレンズの光軸とが一致するように、各レンズを配置してレンズアレイを形成する。その際、各レンズの光軸間の距離が、レンズ直径の８０％以上となるように各レンズを配置する。そして、このように配置した各レンズの光軸に対して、これに対応する光源の光軸を外側に移動させて、図１に示すように各光源を配置する。
【００３２】
次に、本実施形態の作用について、図１を用いて説明する。まず、緑色光源１２ｇから放射状に出射された光は、レンズ２２ｇによって集光され、光変調手段５０の表示領域に照射される。上述したように、各光源を中央部に密集させた状態で各光源の光軸とこれに対応する各レンズの光軸とが一致するように各レンズを配置するとともに、各レンズの光軸間の距離がレンズ直径の８０％以上となるように各レンズを配置したので、隣接するレンズ相互のオーバーラップが小さくなり、各レンズの有効径はレンズ直径の８０％以上となる。したがって、緑色光源１２ｇから放射状に出射された光のうち、広範囲の光がレンズ２２ｇに飲み込まれて、光変調手段５０の表示領域に照射される。なお、レンズ２２ｇによる光の飲み込み角度αは、図６（ａ）の場合とほぼ同等であり、図６（ｂ）よりも大きくなる。
【００３３】
一方、赤色光源１２ｒと、これに対応するレンズ２２ｒの主点２３ｒと、照射面である光変調手段５０とが、一直線上に配置されている。したがって、赤色光源１２ｒから放射状に出射された光は、レンズ２２ｒによって集光され、光変調手段５０の表示領域に照射される。また、上述したように隣接する各レンズ相互のオーバーラップが小さいので、レンズ２２ｒの有効径も大きくなる。なお、レンズ２２ｒはレンズアレイ２０の周辺部に配置され、隣接するレンズとのオーバーラップは片側のみとなるので、レンズ２２ｒの有効径は８０％を大きく超える。したがって、赤色光源１２ｒから放射状に出射された光のうち、広範囲の光がレンズ２２ｒに飲み込まれて、光変調手段５０の表示領域に照射される。なお、青色光源１２ｂの場合も上記と同様である。
【００３４】
以上に詳述したように、本実施形態に係る照明装置は、レンズアレイの周辺部に配置されたレンズの光軸に対して、光源アレイの周辺部に配置された光源の光軸を、外側に移動させて配置した。この構成によれば、周辺部の光源から出射された光も、これに対応するレンズによって集光され、光変調手段の表示領域に照射される。また、光源の光軸に対してレンズの光軸を内側に移動させた場合のように隣接するレンズ相互のオーバーラップが増加しないので、各レンズの有効径を確保することができる。これにより、各レンズは、各光源から放射状に出射された光を広範囲で飲み込むことが可能になり、光変調手段の表示領域を強く照明することができる。したがって、光源光を効率的に利用することができる。また、隣接する光源が間隔をおいて配置されるので、各光源の外周面に形成された電極を相互に短絡させることなく、各光源を配置することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、発光色が異なる複数の単色光源によって光源アレイが構成されている場合を例にして説明した。しかし本発明は、光源の発光色にかかわらず、複数の光源を有する場合に広く適用することが可能である。
【００３６】
また、本実施形態では、各光源と光変調手段とが共役の関係にあり、光変調手段の表示領域に各光源の発光領域の像が作成される場合について説明した。しかし、必ずしも各光源と光変調手段とが共役の関係にある必要はない。光変調手段の表示領域に各光源の発光領域の像を作成すると、かえって光変調手段の表示領域における光の均一性が確保できなくなる場合があるからである。この場合には、光変調手段の表示領域に、各光源の発光領域の像を少しぼかして作成する。具体的には、レンズの主点から当該レンズの後側焦点位置までの距離（焦点距離）と当該レンズの後側焦点位置から光変調手段までの距離との比率が、像の倍率に一致しないように、光変調手段を少しずらして配置する。これにより、光変調手段の表示領域における光の均一性を確保することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、照明装置によって照明される照射面が、液晶ライトバルブ等の光変調手段である場合を例にして説明した。しかし、光変調手段を照射面とする場合に限られず、ロッドレンズや別のレンズアレイ等を照射面とすることも可能である。なお、ロッドレンズを照明する場合には、ロッドレンズ自体により光の均一性が確保されるので、各光源とロッドレンズとを共役の関係とするのが好ましい。これにより、ロッドレンズを強く照明することが可能になり、光源光を効率的に利用することができる。
【００３８】
［単板式プロジェクタ］
次に、本実施形態に係る照明装置を備えた投射型表示装置について説明する。まず、単板式プロジェクタにつき、図３および図４を用いて説明する。図３は単板式プロジェクタの説明図であり、図４はタイミングチャートである。単板式プロジェクタとは、１個の光変調手段により光源光の変調を行うプロジェクタである。なお以下には、光変調手段の駆動方式として色順次駆動方式を採用した単板式プロジェクタについて説明する。
【００３９】
図３に示す単板式プロジェクタは、本実施形態に係る照明装置５を備えている。すなわち、複数の単色光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを備えた光源アレイ１０と、各単色光源に対応する複数のレンズを備えたレンズアレイ２０とが、単板式プロジェクタの光軸上に配置されている。また、各光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂは、光出射制御回路（光出射制御手段）７０に接続されている。この光出射制御回路７０は、各光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂから色光を出射するタイミングを制御するものであり、各光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂから時間順次に色光を出射させることが可能になっている。
【００４０】
また、レンズアレイ２０の後方には、液晶ライトバルブ等の光変調手段５０が配置されている。光変調手段５０は、入射する光源光を変調して、画像光を形成するものである。この光変調手段５０は、光変調手段駆動回路（光変調手段駆動手段）８０に接続されている。この光変調手段駆動回路８０は、光変調手段５０を駆動するタイミングを制御するものであり、各光源からの色光に対応させて光変調手段５０を時間順次に駆動することが可能になっている。
【００４１】
光源アレイ１０の各光源から放射状に出射された光は、レンズアレイ２０の各レンズによって集光され、光変調手段５０の表示領域に照射される。この場合、各光源からの光が光変調手段５０の表示領域において重畳されるので、光変調手段５０の表示領域を均一に照明することができる。なお、レンズアレイ２０と光変調手段５０との間にロッドレンズを配置して、照射面をロッドレンズとしてもよい。ロッドレンズを採用することにより、光変調手段５０に対して垂直に近い角度で光束を入射させることが可能になり、光源光を効率的に利用することができるとともに、画像のコントラスト比を確保することができる。
【００４２】
そして、光出射制御回路７０および光変調手段駆動回路８０は、同期信号発生回路（同期信号発生手段）９０に接続されている。この同期信号発生回路９０は、同期信号ＳＹＮＣを発生させて、光出射制御回路７０および光変調手段駆動回路８０に入力するものである。これにより、各光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂから色光を出射するタイミングと、光変調手段５０を駆動するタイミングとを、同期させることができるようになっている。
【００４３】
各光源および光変調手段の具体的な駆動方法について、図４を用いて説明する。まず、微小時間を１フレームに設定し、さらに１フレームを３つに時分割して動作単位時間とする。同期信号発生回路９０は、各動作単位時間ごとに同期信号ＳＹＮＣを発生させ、光出射制御回路７０および光変調手段駆動回路８０に出力する。光出射制御回路７０は、同期信号ＳＹＮＣに合わせて、各光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを順次発光させる。なお、１フレーム中に各光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂが１回ずつ発光することになる。一方、光変調手段駆動回路８０は、同期信号ＳＹＮＣに合わせて、各画像信号Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂを順次出力し、光変調手段５０を駆動する。なお、光源の発光色に対応した画像信号が出力されるように、最初の発光色および発光色の切り換えの順番をあらかじめ設定しておく。以上により、光源の発光に同期して光変調手段が駆動され、各動作単位時間ごとに画像光が形成される。また、１フレームの間に各色光に対応した画像光が１回ずつ作成され、１フレームごとにカラー画像が形成される。
【００４４】
そして、光変調手段５０により形成されたカラー画像は、投射レンズ等からなる投射光学系６０を介してスクリーン６５に拡大投影される。以上により、画像表示が行われる。
【００４５】
以上に詳述した単板式プロジェクタでは、光変調手段５０の駆動方式として色順次駆動方式を採用した。この場合、光変調手段５０にカラーフィルタを設けて色毎に画素を形成する必要がないので、光源光を効率的に利用して画像表示を行うことが可能となり、表示画像の明るさを確保することができる。また、光変調手段５０の高精細化を図ることが可能になり、表示品質の優れた投射型表示装置を提供することができる。
【００４６】
さらに、実施形態に係る照明装置を採用したので、各光源から出射される各色光により、光変調手段の表示領域全体を効率的に照明することができる。したがって、明るく均一なカラー画像を形成することができる。また、各色光を光変調手段に導くためのクロスダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー等を設ける必要がないので、投射型表示装置のコストを低減することができる。
【００４７】
［三板式プロジェクタ］
次に、三板式プロジェクタにつき、図５を用いて説明する。図５は、三板式プロジェクタの説明図である。図５において、５，６は照明装置、８１３、８１４はダイクロイックミラー、８１５、８１６、８１７は反射ミラー、８２２、８２３、８２４は光変調手段、８２５はダイクロイックプリズム、８２６は投射光学系を示す。三板式プロジェクタとは、三原色に対応した３個の光変調手段により光源光の変調を行うものである。
【００４８】
図５に示す三板式プロジェクタは、本実施形態に係る照明装置５を備えている。すなわち、複数の単色光源１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを備えた光源アレイ１０と、各単色光源に対応する複数のレンズを備えたレンズアレイ２０とが、三板式プロジェクタの光軸上に配置されている。なお、レンズアレイ２０の後方にロッドレンズを配置して、照射面をロッドレンズとしてもよい。ロッドレンズを採用することにより、光変調手段に対して垂直に近い角度で光束を入射させることが可能になり、光源光を効率的に利用することができるとともに、画像のコントラスト比を確保することができる。
【００４９】
ダイクロイックミラー８１３は、光源１２ｒからの赤色光を透過するとともに、光源１２ｂからの青色光および光源１２ｇからの緑色光を反射する。そして、ダイクロイックミラー８１３を透過した赤色光は、反射ミラー８１７で反射されて、赤色光変調手段８２２に入射する。また、ダイクロイックミラー８１４は、青色光を透過するとともに、緑色光を反射する。そして、ダイクロイックミラー８１４によって反射された緑色光は、緑色光変調手段８２３に入射する。さらに、ダイクロイックミラー８１４を透過した青色光は、反射ミラー８１５、８１６で反射されて、青色光変調手段８２４に入射する。
【００５０】
各液晶ライトバルブ８２２，８２３，８２４によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム５２５に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて構成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。合成された光は投写光学系である投写レンズ８２６により投写スクリーン８２７上に投写され、拡大された画像が表示される。
【００５１】
以上のように構成された三板式プロジェクタは、本実施形態に係る照明装置を備えているので、光源光を効率的に利用して画像表示を行うことができる。したがって、表示画像の明るさを確保することができる。
【００５２】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る照明装置および光変調手段の側面断面図である。
【図２】光源アレイの正面図である。
【図３】時分割駆動方式を採用した単板式プロジェクタの説明図である。
【図４】時分割駆動方式を採用した単板式プロジェクタのタイミングチャートである。
【図５】三板式プロジェクタの説明図である。
【図６】従来技術に係る照明装置および液晶ライトバルブの側面断面図である。
【符号の説明】
５照明装置１０光源アレイ１２ｒ赤色光源１２ｇ緑色光源１２ｂ青色光源２０レンズアレイ２２ｒレンズ２２ｇレンズ２２ｂレンズ５０光変調手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a lighting device and a projection display device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Projection display devices such as projectors are widely known, in which light emitted from an irradiation device is made incident on light modulation means such as a liquid crystal light valve, and image light emitted from the light modulation means is enlarged and projected on a screen by a projection lens or the like. (See, for example, Patent Document 1). FIG. 6A is a side sectional view of a lighting device and a liquid crystal light valve according to the related art. 6A includes a light source array 910 having a plurality of light sources 912, and a lens array 920 having a plurality of lenses 922. Each lens 922 of the lens array 920 is arranged behind each light source 912 corresponding to each light source 912 of the light source array 910. Then, light emitted radially from each light source 12 of the light source array 10 is collected by the lens array 920, and the liquid crystal light valve 950 is illuminated.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2000-112031 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the illumination device 901 of FIG. 6A, the optical axis of each lens 922 corresponding to the optical axis of each light source 912 constituting the light source array 910 is arranged. Therefore, light emitted from the light source 912 disposed in the peripheral portion of the light source array 910 and condensed by the corresponding lens 922 is irradiated to the peripheral portion of the liquid crystal light valve 950, and the light source light is emitted. It cannot be used efficiently.
[0005]
Therefore, a lighting device 902 shown in FIG. In the lighting device of FIG. 6B, a lens 922 located at a peripheral portion of the lens array 920 is arranged near a central portion of the lens array 920. As a result, the light source 912 arranged in the peripheral portion of the light source array 910, the principal point 923 of the lens 922 corresponding to the light source 912, and the liquid crystal light valve as the irradiation surface are arranged on a straight line. Therefore, the liquid crystal light valve 950 can be illuminated with the light emitted from the light source 912.
[0006]
However, in the lighting device 902 shown in FIG. 6B, since the lens 922 located at the peripheral portion of the lens array 920 is arranged near the center, the lighting device 902 is compared with the lighting device 901 shown in FIG. The overlap between the peripheral lens 922 and the central lens is increased, and the effective diameter of the lens is reduced. Therefore, in the lighting device 902 shown in FIG. 6B, the angle α of the light swallowed by each lens 922 out of the light radiated from each light source 912 is changed by the lighting device 901 shown in FIG. It is smaller than that. Therefore, there is a problem that the light source light cannot be used efficiently. In projectors, securing the brightness of a displayed image is a major issue. Therefore, the degree of the use efficiency of the light source light has a significant influence on the performance of the projector.
[0007]
The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a lighting device and a projection display device capable of efficiently using light from a light source.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an illumination device according to the present invention includes a plurality of light sources and a lens array including a plurality of lenses corresponding to the respective light sources, and light from the respective light sources corresponds to the respective light sources. An illumination device that collects light by the lens and illuminates an irradiation surface, wherein an optical axis of the lens disposed outside the center of the lens array, and an optical axis of the light source corresponding to the lens, The lighting device is characterized by being arranged at a predetermined distance in a direction orthogonal to an optical axis of the lighting device. According to this configuration, the light emitted from the light source in the peripheral portion is also condensed by the corresponding lens and is emitted to the irradiation surface. Therefore, the light source light can be used efficiently.
[0009]
In addition, it has a plurality of light sources and a lens array having a plurality of lenses corresponding to the respective light sources, and illuminates an irradiation surface by condensing light from the respective light sources by the lenses corresponding to the respective light sources. An illumination device, wherein an optical axis of the light source corresponding to the lens is moved in a direction away from an optical axis of the illumination device with respect to an optical axis of the lens disposed at a position other than the center of the lens array. It is characterized by being arranged so as to be arranged.
[0010]
According to this configuration, since the overlap between the adjacent lenses does not increase, the effective diameter of each lens can be secured. Accordingly, each lens can swallow light emitted radially from each light source in a wide range, and can strongly illuminate the display area of the light modulation unit. Therefore, the light source light can be used efficiently.
[0011]
The light sources may be formed in an array. Even in this case, since the light sources in the peripheral portion are arranged outside the corresponding lens, the light sources are arranged at intervals from each other, so that the electrodes formed on the outer peripheral surface of each light source are short-circuited to each other. Each light source can be arranged without causing the light source to emit light.
[0012]
Further, the respective lenses constituting the lens array are arranged such that the respective light sources are moved toward the optical axis of the illumination device, and the respective light sources are densely arranged at a central portion of the light source array. Preferably, the lenses are arranged so that the optical axes of the lenses coincide with each other. According to this configuration, since the lens array can be formed as small as possible, the size of the entire lighting device can be reduced.
[0013]
In addition, it is preferable that the lenses constituting the lens array are arranged such that the distance between the optical axes of the lenses is 80% or more of the minimum diameter of each lens. According to this configuration, the overlap between adjacent lenses is reduced, so that the effective diameter of each lens can be secured. Thereby, each lens can swallow light emitted radially from each light source in a wide range, and the light source light can be used efficiently.
[0014]
Each light source and each lens are arranged such that a straight line connecting the center point of the light emitting region of each light source and the principal point of the lens corresponding to each light source intersects at one point behind the lens array. It is desirable to have been. According to this configuration, the light emitted from each light source can be collected by the lens corresponding to each light source to illuminate the irradiation surface. Therefore, the light source light can be used efficiently.
[0015]
On the other hand, a projection type display device according to the present invention includes the above-described lighting device. According to this configuration, it is possible to provide a projection display device capable of efficiently using light from the light source.
[0016]
In addition, the above-described lighting device in which each of the light sources is formed so as to be able to emit different color light, a light modulation unit that modulates the color light emitted from each of the light sources in the lighting device, and emits the color light from each of the light sources. Light emission control means for controlling the timing of the light emission and sequentially emitting color light from the light sources, and driving the light modulation means for driving the light modulation means in time sequence in accordance with the color light emitted from each light source Means for generating a synchronization signal for synchronizing the timing of emitting color light from each of the light sources and the timing of driving the light modulation means, and transmitting the generated synchronization signal to the light emission control means and the light modulation means driving means. And a synchronizing signal generating means for outputting.
[0017]
As described above, in the single-panel projection display device employing the color sequential driving method as the driving method of the light modulating means, it is not necessary to provide a color filter in the light modulating means to form pixels for each color. Can be used efficiently. Further, since the above-described lighting device is employed, the light modulating means can be efficiently illuminated by each color light emitted from each light source. Therefore, a bright and uniform color image can be formed.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing used in the following description, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
[0019]
[Lighting device]
First, an embodiment of a lighting device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a side sectional view of a lighting device and a light modulation unit according to the embodiment. The illumination device 5 according to the first embodiment includes a light source array 10 including a plurality of light sources 12r, 12g, and 12b, and a lens array 20 including a plurality of lenses 22r, 22g, and 22b corresponding to each light source. The optical axes of the light sources 12r and 12b arranged on the periphery of the light source array 10 are arranged outside the optical axes of the corresponding lenses 22r and 22b. In the present embodiment, a case will be described as an example where the display area in the light modulation unit 50 such as a liquid crystal light valve is illuminated as an irradiation surface.
[0020]
As the light source 12, a white light source such as a halogen lamp, a metal halide lamp, or a high-pressure mercury lamp may be used. In the present embodiment, a case in which a monochromatic light source such as a light emitting diode (hereinafter, referred to as an LED) element is used will be described. explain. In the case where an illumination device using a monochromatic light source is employed in a single-panel projector employing a color sequential driving method as a driving method of the light modulating means, it is not necessary to provide a color filter in the light modulating means. Therefore, the light source light can be used efficiently. In addition, by employing an LED as the monochromatic light source, it is possible to secure high luminance with low power consumption, and to realize efficient illumination. In addition, LEDs have excellent durability performance.
[0021]
LEDs are diodes that emit light when current flows through the junction. In an LED having a simple homojunction structure, p-type semiconductor and n-type semiconductor crystals are made of the same material. When a forward bias voltage is applied to an LED having a homojunction structure, electrons of the n-type semiconductor move to the p-type semiconductor, fall from a high-energy conduction band to a low-energy valence band, and recombine with holes. The energy lost at that time is emitted as light, and the LED emits light. Note that the color of emitted light depends on the energy difference (band gap) between the conduction band and the valence band, and the band gap is determined by the semiconductor material used. For example, red light is emitted when AlGaAs or the like is used, green light is emitted when GaP or the like is used, and blue light is emitted when InGaN or the like is used. Thus, the LED is a monochromatic light source.
[0022]
In addition, since the light emitting efficiency is low in the LED having the homo-junction structure, it is preferable to use the LED having the double hetero junction structure or the quantum well junction structure as the light source 12. An LED having a double hetero junction structure has an active layer with a small band gap sandwiched between a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. When a forward bias voltage is applied to an LED having a double hetero junction structure, electrons and holes are confined in the active layer and the density increases. Thereby, recombination is performed efficiently and high luminous efficiency can be obtained. In addition, an LED having a quantum well junction structure has a plurality of semiconductor layers that are thin at about the wavelength of electrons (about 10 nm) between a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. When a forward bias voltage is applied to an LED having a quantum well junction structure, only electrons and holes having a predetermined energy can be collected in the junction region. Thereby, recombination is performed efficiently and high luminous efficiency can be obtained. Further, light with a small wavelength width and close to a single color can be obtained. By employing an LED having a high luminous efficiency as a light source of a projection display device such as a projector, the brightness of an image can be improved and the power consumption can be reduced.
[0023]
The light source 12 includes a light emitting element 14 such as an LED chip configured as described above, and a heat sink 15 made of Al or the like. One end surface of the light emitting element 14 is surface-bonded to a surface of a conductive member (not shown) arranged on the front surface of the heat sink 15. Further, a pair of electrodes 16, 16 (see FIG. 2) is formed so as to protrude from the outer peripheral surface of the heat sink 15. Then, one of the pair of electrodes 16, 16 and the above-described conductive member are connected by wire bonding (not shown) or the like. The other electrode of the pair of electrodes 16 and 16 and the other end surface of the light emitting element 14 are connected by wire bonding (not shown) or the like. As a result, electricity can flow from the pair of electrodes 16 to the light emitting element 14.
[0024]
In addition, a tapered surface that opens toward the front of the heat sink 15 is formed at the peripheral edge of the front surface of the heat sink 15. Light emitted from the light emitting element 14 in parallel with the front surface of the heat sink 15 is reflected by the tapered surface and emitted to the front of the light emitting element 14. As a result, the light from the light source can be used efficiently. Note that a package (not shown) made of a transparent material such as a resin may be formed on the upper surface of the heat sink 15 in order to hermetically seal the entire light emitting element 14. This package may be formed entirely of a thermosetting resin such as epoxy, or may be formed by enclosing a gel or the like inside a solid cover.
[0025]
FIG. 2 shows a front view of the light source array 10. The red light source 12r, the green light source 12g, and the blue light source 12b configured as described above are fixed to the surface of a fixing member (not shown) such as a substrate, and the light source array 10 is formed. One green (G) light source 12g is arranged at the center of the light source array 10, and a plurality of red (R) light sources 12r and blue (B) light sources 12b are alternately arranged at the periphery. Further, the light sources of the respective colors may be arranged evenly around the periphery. Each light source is arranged so that the pair of electrodes 16, 16 is laterally oriented between adjacent light sources so that the pair of electrodes 16, 16 protruding from the outer peripheral surface of the heat sink 15 does not interfere with each other. .
[0026]
On the other hand, as shown in FIG. 1, lenses 22r, 22g, and 22b are arranged behind each light source corresponding to each of the light sources 12r, 12g, and 12b. Each lens collects light from each corresponding light source and irradiates the display area of the light modulating means. The lenses 22r, 22g, and 22b are integrally formed to form the lens array 20. The lens array 20 is molded using glass, plastic, or the like. Note that the lens array 20 may be configured by assembling individual lenses without integrally forming the lenses.
[0027]
It is preferable that each lens is constituted by an anamorphic lens. An anamorphic lens is a lens such as a cylindrical lens or a toroidal lens having different curvatures in the vertical and horizontal directions. The curvature of each direction of the anamorphic lens is determined according to the shape of the display area of the light modulation unit to be illuminated. This illuminates the entire display area of the light modulation means, so that light from the light source can be used efficiently.
[0028]
In the present embodiment, a case where an image of the light source array 10 is created in the display area of the light modulation unit 50 by the lens array 20 will be described as an example. Specifically, an image of the light emitting area of the light source corresponding to each lens is created in the entire display area of the light modulating unit 50 by each lens constituting the lens array 20. Therefore, the distance (hereinafter simply referred to as distance) along the optical axis direction from each light source 12 to the corresponding principal point 23 of the lens 22 and the distance from the principal point 23 of the lens 22 to the light modulating means 50 are described. The lens array 20 is arranged so that the ratio matches the ratio between the width of the light emitting area of each light source 12 and the width of the display area of the light modulation unit 50. This ratio is the magnification of the image with respect to the width of the light emitting area of each light source. The principal point is a conjugate point on the optical axis where the lateral magnification becomes +1 in the optical system. In other words, it is the intersection of the virtual axis and the optical axis when the incident light beam is considered to be bent on one surface.
[0029]
In order to form an image of the light emitting area of each light source 12 in the display area of the light modulating means 50, it is necessary that each light source 12 and the light modulating means 50 have a conjugate relationship. Specifically, the ratio between the distance from each light source 12 to the front focal position of the corresponding lens 22 and the distance (focal distance) from the front focal position of the lens 22 to the principal point 23, and the ratio of the lens 22 The ratio between the distance (focal length) from the principal point 23 of the lens 22 to the rear focal position and the distance from the rear focal position of the lens 22 to the light modulating means 50 needs to match the magnification described above. Therefore, the focal length of each lens 22 is set so as to satisfy this relationship. Specifically, the focal length of each lens 22 is set so as to satisfy the above relationship by appropriately setting the curvature of each lens 22.
[0030]
As described above, each lens constituting the lens array 20 condenses light from each corresponding light source and irradiates the display area of the light modulating means. Therefore, the display area of the light modulating means 50 is arranged on a straight line connecting the central point of the light emitting area of the red light source 12r arranged at the periphery of the light source array 10 and the corresponding principal point 23r of the lens 22r. ing. Similarly, the display area of the light modulating means 50 is arranged on a straight line connecting the center point of the light emitting area of the blue light source 12b arranged in the peripheral part and the corresponding principal point 23b of the lens 22b. In this way, each light source and each lens are arranged such that the straight line connecting the center point of the light emitting region of each light source and the principal point of the lens corresponding to each light source intersects at one point behind the lens array 20. ing. If the display area of the light modulating means is arranged at the intersection, light emitted from each light source can be condensed by a lens corresponding to each light source, and the display area of the light modulating means can be illuminated.
[0031]
In the present embodiment, with respect to the optical axes of the lenses 22r and 22b, the optical axes of the corresponding light sources 12r and 12b are moved outward so as to be separated from the optical axis of the lighting device 5 as described above. Deploy. More specifically, as shown in FIG. 6A, the optical axis of each light source densely arranged at the center and the optical axis of each corresponding lens are matched with each other, On the other hand, by moving the optical axis of the corresponding light source outward, the light source is arranged as described above. That is, when the light sources arranged as shown in FIG. 1 are moved toward the optical axis of the light source array 10 and the light sources are densely arranged at the center to obtain the state shown in FIG. Each lens is arranged to form a lens array such that the axis coincides with the optical axis of the corresponding lens. At this time, the lenses are arranged such that the distance between the optical axes of the lenses is 80% or more of the lens diameter. Then, the optical axis of the corresponding light source is moved outward with respect to the optical axis of each lens thus arranged, and each light source is arranged as shown in FIG.
[0032]
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. First, the light radially emitted from the green light source 12g is condensed by the lens 22g and is applied to the display area of the light modulation unit 50. As described above, in a state where the light sources are densely arranged at the center, the lenses are arranged so that the optical axis of each light source coincides with the optical axis of the corresponding lens. Are arranged so that the distance between them is 80% or more of the lens diameter, the overlap between adjacent lenses is reduced, and the effective diameter of each lens is 80% or more of the lens diameter. Therefore, of the light radially emitted from the green light source 12g, a wide range of light is swallowed by the lens 22g and is applied to the display area of the light modulation unit 50. The swallowing angle α of the light by the lens 22g is almost the same as in the case of FIG. 6A, and is larger than that of FIG. 6B.
[0033]
On the other hand, the red light source 12r, the corresponding principal point 23r of the lens 22r, and the light modulating means 50 as the irradiation surface are arranged on a straight line. Therefore, the light radially emitted from the red light source 12r is condensed by the lens 22r and is applied to the display area of the light modulation unit 50. Further, as described above, since the overlap between the adjacent lenses is small, the effective diameter of the lens 22r also increases. Note that the lens 22r is arranged in the peripheral portion of the lens array 20 and overlaps with an adjacent lens on only one side, so that the effective diameter of the lens 22r greatly exceeds 80%. Therefore, of the light radially emitted from the red light source 12r, a wide range of light is swallowed by the lens 22r and is applied to the display area of the light modulation unit 50. The same applies to the case of the blue light source 12b.
[0034]
As described in detail above, the lighting device according to the present embodiment is configured such that the optical axis of the light source arranged at the peripheral portion of the light source Moved and placed. According to this configuration, the light emitted from the light source in the peripheral portion is also condensed by the corresponding lens, and is applied to the display area of the light modulation unit. Further, since the overlap between adjacent lenses does not increase as in the case where the optical axis of the lens is moved inward with respect to the optical axis of the light source, the effective diameter of each lens can be ensured. Accordingly, each lens can swallow light emitted radially from each light source in a wide range, and can strongly illuminate the display area of the light modulation unit. Therefore, the light source light can be used efficiently. Further, since the adjacent light sources are arranged at intervals, each light source can be arranged without short-circuiting the electrodes formed on the outer peripheral surface of each light source.
[0035]
In the present embodiment, an example has been described in which the light source array is configured by a plurality of monochromatic light sources having different emission colors. However, the present invention can be widely applied to a case where a plurality of light sources are provided, regardless of the emission colors of the light sources.
[0036]
Further, in the present embodiment, a case has been described in which each light source and the light modulating unit have a conjugate relationship, and an image of the light emitting region of each light source is created in the display region of the light modulating unit. However, it is not always necessary that each light source and the light modulating means have a conjugate relationship. This is because, if an image of the light emitting area of each light source is created in the display area of the light modulating means, light uniformity in the display area of the light modulating means may not be ensured. In this case, the image of the light emitting area of each light source is slightly blurred in the display area of the light modulating means. Specifically, the ratio between the distance (focal length) from the principal point of the lens to the rear focal position of the lens and the distance from the rear focal position of the lens to the light modulating means does not match the magnification of the image. As described above, the light modulating units are slightly shifted. Thereby, uniformity of light in the display area of the light modulation means can be secured.
[0037]
Further, in the present embodiment, an example has been described in which the irradiation surface illuminated by the illumination device is a light modulation unit such as a liquid crystal light valve. However, the present invention is not limited to the case where the light modulating means is used as the irradiation surface, and it is also possible to use a rod lens, another lens array, or the like as the irradiation surface. When illuminating the rod lens, it is preferable that each light source and the rod lens have a conjugate relationship because the rod lens itself ensures uniformity of light. Thus, the rod lens can be strongly illuminated, and the light from the light source can be used efficiently.
[0038]
[Single-plate projector]
Next, a projection display device including the illumination device according to the present embodiment will be described. First, a single-panel projector will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an explanatory diagram of a single-plate projector, and FIG. 4 is a timing chart. A single-panel projector is a projector that modulates light from a light source using a single light modulator. Hereinafter, a single-panel projector that employs a color sequential driving method as a driving method of the light modulation unit will be described.
[0039]
The single-panel projector shown in FIG. 3 includes the lighting device 5 according to the present embodiment. That is, the light source array 10 including the plurality of monochromatic light sources 12r, 12g, and 12b, and the lens array 20 including the plurality of lenses corresponding to the respective monochromatic light sources are arranged on the optical axis of the single-panel projector. Each of the light sources 12r, 12g, and 12b is connected to a light emission control circuit (light emission control means) 70. The light emission control circuit 70 controls the timing of emitting the color light from each of the light sources 12r, 12g, and 12b, and can emit the color light from each of the light sources 12r, 12g, and 12b sequentially. .
[0040]
A light modulating unit 50 such as a liquid crystal light valve is disposed behind the lens array 20. The light modulator 50 modulates the incident light source light to form image light. The light modulating means 50 is connected to a light modulating means driving circuit (light modulating means driving means) 80. The light modulating means driving circuit 80 controls the timing for driving the light modulating means 50, and can drive the light modulating means 50 in time sequence in accordance with the color light from each light source. .
[0041]
Light emitted radially from each light source of the light source array 10 is condensed by each lens of the lens array 20 and illuminated on the display area of the light modulation unit 50. In this case, since the light from each light source is superimposed on the display area of the light modulation means 50, the display area of the light modulation means 50 can be uniformly illuminated. Note that a rod lens may be disposed between the lens array 20 and the light modulation unit 50, and the irradiation surface may be a rod lens. By adopting the rod lens, it becomes possible to make the light flux incident on the light modulating means 50 at an angle close to the vertical, so that the light source light can be used efficiently and the contrast ratio of the image is secured. be able to.
[0042]
The light emission control circuit 70 and the light modulation means driving circuit 80 are connected to a synchronization signal generation circuit (synchronization signal generation means) 90. The synchronization signal generation circuit 90 generates a synchronization signal SYNC and inputs it to the light emission control circuit 70 and the light modulation means driving circuit 80. This makes it possible to synchronize the timing of emitting the color light from each of the light sources 12r, 12g, and 12b with the timing of driving the light modulation unit 50.
[0043]
A specific driving method of each light source and light modulating means will be described with reference to FIG. First, the short time is set to one frame, and one frame is further divided into three times to obtain an operation unit time. The synchronizing signal generation circuit 90 generates a synchronizing signal SYNC for each operation unit time, and outputs it to the light emission control circuit 70 and the light modulation means driving circuit 80. The light emission control circuit 70 causes the light sources 12r, 12g, and 12b to sequentially emit light in accordance with the synchronization signal SYNC. Each light source 12r, 12g, 12b emits light once in one frame. On the other hand, the light modulation means driving circuit 80 sequentially outputs the image signals Sr, Sg, Sb in accordance with the synchronization signal SYNC, and drives the light modulation means 50. The first emission color and the order of switching the emission colors are set in advance so that an image signal corresponding to the emission color of the light source is output. As described above, the light modulating means is driven in synchronization with the light emission of the light source, and image light is formed for each operation unit time. In addition, image light corresponding to each color light is generated once during one frame, and a color image is formed for each frame.
[0044]
Then, the color image formed by the light modulating unit 50 is enlarged and projected on a screen 65 via a projection optical system 60 including a projection lens and the like. As described above, an image is displayed.
[0045]
In the single-panel projector described in detail above, a color sequential driving method was employed as a driving method of the light modulating means 50. In this case, since it is not necessary to provide a color filter in the light modulating unit 50 and form pixels for each color, an image can be displayed using light from the light source efficiently, and the brightness of the displayed image can be secured. can do. Further, the definition of the light modulating means 50 can be improved, and a projection display device with excellent display quality can be provided.
[0046]
Furthermore, since the illumination device according to the embodiment is employed, the entire display area of the light modulation unit can be efficiently illuminated with each color light emitted from each light source. Therefore, a bright and uniform color image can be formed. Further, since it is not necessary to provide a cross dichroic prism or a dichroic mirror for guiding each color light to the light modulating means, the cost of the projection display device can be reduced.
[0047]
[Three-panel projector]
Next, a three-panel projector will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram of a three-panel projector. In FIG. 5, reference numerals 5 and 6 denote illumination devices, reference numerals 813 and 814 denote dichroic mirrors, reference numerals 815, 816 and 817 denote reflection mirrors, reference numerals 822, 823 and 824 denote light modulation means, reference numeral 825 denotes a dichroic prism, and reference numeral 826 denotes a projection optical system. The three-plate type projector modulates light from a light source by three light modulating means corresponding to three primary colors.
[0048]
The three-panel projector shown in FIG. 5 includes the illumination device 5 according to the present embodiment. That is, the light source array 10 including the plurality of monochromatic light sources 12r, 12g, and 12b and the lens array 20 including the plurality of lenses corresponding to the respective monochromatic light sources are arranged on the optical axis of the three-panel projector. Note that a rod lens may be disposed behind the lens array 20 and the irradiation surface may be a rod lens. By adopting a rod lens, it is possible to make a light flux incident on the light modulating means at an angle close to vertical, and it is possible to efficiently use light from the light source and to secure a contrast ratio of an image. Can be.
[0049]
The dichroic mirror 813 transmits the red light from the light source 12r, and reflects the blue light from the light source 12b and the green light from the light source 12g. Then, the red light transmitted through the dichroic mirror 813 is reflected by the reflection mirror 817 and enters the red light modulation unit 822. The dichroic mirror 814 transmits blue light and reflects green light. Then, the green light reflected by the dichroic mirror 814 enters the green light modulation unit 823. Further, the blue light transmitted through the dichroic mirror 814 is reflected by the reflection mirrors 815 and 816, and enters the blue light modulation unit 824.
[0050]
The three color lights modulated by the liquid crystal light valves 822, 823, and 824 enter the cross dichroic prism 525. This prism is formed by bonding four right angle prisms, and a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are formed in a cross shape on the inner surface. The three color lights are combined by these dielectric multilayer films to form light representing a color image. The combined light is projected on a projection screen 827 by a projection lens 826 which is a projection optical system, and an enlarged image is displayed.
[0051]
Since the three-panel projector configured as described above includes the illumination device according to the present embodiment, an image can be displayed by efficiently using the light from the light source. Therefore, the brightness of the display image can be ensured.
[0052]
Note that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications of the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific materials and configurations described in the embodiments are merely examples, and can be appropriately changed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a lighting device and a light modulation unit according to a first embodiment.
FIG. 2 is a front view of a light source array.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a single-panel projector employing a time-division driving method.
FIG. 4 is a timing chart of a single-panel projector employing a time-division driving method.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a three-panel projector.
FIG. 6 is a side sectional view of a lighting device and a liquid crystal light valve according to the related art.
[Explanation of symbols]
5 lighting device 10 light source array 12r red light source 12g green light source 12b blue light source 20 lens array 22r lens 22g lens 22b lens 50 light modulating means

Claims

複数の光源と、前記各光源に対応するレンズを複数備えたレンズアレイとを有し、前記各光源からの光を前記各光源に対応する前記レンズにより集光して照射面を照明する照明装置であって、
前記レンズアレイの中央部以外に配置された前記レンズの光軸と、前記レンズに対応する前記光源の光軸とが、前記照明装置の光軸と直交する方向に所定距離をおいて配置されていることを特徴とする照明装置。An illumination device, comprising: a plurality of light sources; and a lens array including a plurality of lenses corresponding to the light sources, and condensing light from the light sources by the lenses corresponding to the light sources to illuminate an irradiation surface. And
The optical axis of the lens disposed outside the center of the lens array and the optical axis of the light source corresponding to the lens are arranged at a predetermined distance in a direction orthogonal to the optical axis of the lighting device. A lighting device, comprising:

複数の光源と、前記各光源に対応するレンズを複数備えたレンズアレイとを有し、前記各光源からの光を前記各光源に対応する前記レンズにより集光して照射面を照明する照明装置であって、
前記レンズアレイの中央部以外に配置された前記レンズの光軸に対して、前記レンズに対応する前記光源の光軸を、前記照明装置の光軸から離隔させる方向に移動させて配置したことを特徴とする照明装置。An illumination device, comprising: a plurality of light sources; and a lens array including a plurality of lenses corresponding to the light sources, and condensing light from the light sources by the lenses corresponding to the light sources to illuminate an irradiation surface. And
The optical axis of the light source corresponding to the lens is moved and arranged in a direction away from the optical axis of the lighting device with respect to the optical axis of the lens arranged at a position other than the center of the lens array. Lighting device characterized by the following.

前記各光源がアレイ状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。The lighting device according to claim 1, wherein each of the light sources is formed in an array.

前記レンズアレイを構成する前記各レンズは、
前記照明装置の光軸に向かって前記各光源を移動させ前記光源アレイの中央部に前記各光源を密集させた場合の前記各光源の光軸に、前記各レンズの光軸が一致するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の照明装置。Each lens constituting the lens array,
Each of the light sources is moved toward the optical axis of the lighting device, and the optical axes of the respective lenses are aligned with the optical axes of the respective light sources when the respective light sources are densely arranged at the center of the light source array. The lighting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the lighting device is arranged.

前記レンズアレイを構成する前記各レンズは、
前記各レンズの光軸間の距離が、前記各レンズの最小直径の８０％以上となるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の照明装置。Each lens constituting the lens array,
The lighting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the distance between the optical axes of the respective lenses is arranged so as to be 80% or more of the minimum diameter of the respective lenses.

前記各光源の発光領域の中心点と、前記各光源に対応する前記レンズの主点とを結ぶ直線が、それぞれ前記レンズアレイの後方における一点で交わるように、前記各光源および前記各レンズが配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の照明装置。Each light source and each lens are arranged such that a straight line connecting the center point of the light emitting area of each light source and the principal point of the lens corresponding to each light source intersects at one point behind the lens array. The lighting device according to any one of claims 1 to 5, wherein the lighting device is provided.

請求項１ないし６のいずれかに記載の照明装置を備えたことを特徴とする投射型表示装置。A projection display device comprising the lighting device according to claim 1.

前記各光源がそれぞれ異なる色光を出射可能に形成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の照明装置と、
前記照明装置における前記各光源から出射された色光を変調する光変調手段と、
前記各光源から色光を出射するタイミングを制御し、前記各光源から時間順次に色光を出射させる光出射制御手段と、
前記各光源から出射される色光に対応させて、前記光変調手段を時間順次に駆動する光変調手段駆動手段と、
前記各光源から色光を出射するタイミングと前記光変調手段を駆動するタイミングとを同期させる同期信号を発生させ、発生した前記同期信号を前記光出射制御手段および前記光変調手段駆動手段に出力する同期信号発生手段と、
を有することを特徴とする投射型表示装置。The lighting device according to any one of claims 1 to 6, wherein each of the light sources is formed so as to emit a different color light.
Light modulation means for modulating the color light emitted from each of the light sources in the lighting device,
A light emission control unit that controls the timing of emitting color light from each of the light sources, and emits color light in time sequence from each of the light sources,
Light modulation means driving means for driving the light modulation means in time sequence in accordance with the color light emitted from each of the light sources,
Synchronization for generating a synchronization signal for synchronizing the timing of emitting color light from each of the light sources with the timing of driving the light modulation means, and outputting the generated synchronization signal to the light emission control means and the light modulation means driving means Signal generating means;
A projection display device comprising: