JP2009003062A - 光源装置及びそれを有する照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 装置全体の小型化を図りつつ、偏光状態を揃えて各色光を同一方向から出射することができ、被照射面を明るく、かつ各色光で均一に照明することができる光源装置及びそれを有する照明装置を得ること。
【解決手段】 第1、第2、第3色光を発する第1、第2、第3光源と、非平行に配置された第1、第2偏光分離面と、1/4位相差板と、反射面と、を有し、該第1、第2、第3色光を合成した光束を出射方向に発するとき、これらの各部材の配置を適切に設定したこと。
【選択図】図1
【解決手段】 第1、第2、第3色光を発する第1、第2、第3光源と、非平行に配置された第1、第2偏光分離面と、1/4位相差板と、反射面と、を有し、該第1、第2、第3色光を合成した光束を出射方向に発するとき、これらの各部材の配置を適切に設定したこと。
【選択図】図1
Description
本発明は光源装置及びそれを有する照明装置に関し、例えば液晶パネル(画像表示素子)に基づく投影像原画をスクリーン面上に拡大投影する液晶プロジェクターに好適なものである。
従来、液晶パネルなどの画像表示素子に基づく投影像原画をスクリーン面上に拡大投影するようにした画像投射装置(液晶プロジェクター)が種々と提案されている。
液晶プロジェクターとして、カラー液晶プロジェクターでは、R光、G光、B光の3色光の画像に基づく3つの画像表示素子を光源手段からの光(光束)を色分解した色光で各々照明している。
そして3つの画像表示素子を介したそれぞれの色光を色合成手段を介して1つの投射レンズ(投射光学系)でスクリーン面上に投射する構成が知られている。
従来、画像投射装置に対して装置全体の小型化が要望されている。それに伴い画像投射装置に用いる光源装置の小型化が強く要望されている。
そのような背景の中で光源の実装密度が高く、複数の色光を発する光源からの光束を任意の偏向方向にそろえて出射する構成の光源装置を用いた画像投射装置が提案されている(特許文献1)。
特許文献1の画像投射装置では、R、G、Bの色光を発するLED光源の中から任意の2色のLED光源(LEDランプ)を組み合わせる事で構成されている。2つのLEDランプは、各々の光軸が平行となるように同一平面上に配置されている。
発光色の異なる2種類のLEDランプを1つの組として、ダイクロイックミラー、1/4波長板、偏光ビームスプリッタと順次組合されて1個のLEDランプユニットを構成している。
1個のLEDランプユニットからは一方の偏光光に統一された2色の色光が重ねられた状態で出射される。
それぞれのLEDランプは密接して配列させることができ、2種類の発光色を出射するLEDランプユニットを所定の組合せで配置することにより所望の各発光色の出射強度を得ている。
そして各色の光束を集光光学系を用いて被照射面上で重畳するようにしている。これによって被照射面上での照射光が白色光となるようにしている。
そしてカラー表示を行うためには、各色光を順次発光させて表示パネル(液晶パネル)を照明している。
特開2005−202210号公報
近年、画像投射装置には装置全体が小型であるとともに、投射画像に色ムラがないことが要望されている。
装置全体が小型であるためには、液晶パネルを照明する照明装置を構成する光源手段の構成を適切に設定することが重要である。
又、投射画像に色ムラがないためには、光源装置から出射する各色光の出射方向を揃えて液晶パネルを照明することが重要である。
各色光で出射方向が異なると被照射面を各色光で同一状態で照明することができなく、投射画像に色ムラが発生しやすくなる。
特にカラー液晶プロジェクターの場合には、R、G、B光で液晶パネルを同一方向から照明しないと投射画像に色ムラが発生しやすくなる。
この他、光の利用効率を高めて、被照射面を明るく照明するには光源装置の構成を適切に設定し、全体の小型化を図りつつ、偏光状態を揃えて出射するのが重要である。
本発明は、装置全体の小型化を図りつつ、偏光状態を揃えて各色光を同一方向から出射することができ、被照射面を明るく、かつ各色光で均一に照明することができる光源装置及びそれを有する照明装置の提供を目的とする。
本発明の光源装置は、
第1色光を発する第1光源と、
第2色光を発する第2光源と、
第3色光を発する第3光源と、
第1の偏光分離面と、
該第1偏光分離面と非平行に配置された第2偏光分離面と、
1/4位相差板と、
反射面と、
を有し、該第1、第2、第3色光を合成した光束を出射方向に発する光源装置であって、
該第3色光のうち第1偏光光の第1部分光を、該第1偏光分離面に該第3光源側から入射させ、該第1偏光分離面によって反射されて該出射方向に導いており、
該第3色光のうち該第1偏光光と偏光方向が直交する第2偏光光の第2部分光を、該第1偏光分離面及び該第2偏光分離面を透過させ、該1/4位相差板、該反射面、再度、該1/4位相差板を経ることにより偏光方向を90度回転させた後、該第2偏光分離面の該第3光源の反対側の面に入射させ、該第2偏光分離面で反射させて該出射方向に導いており、
該第1偏光分離面が、該第1部分光と、該第1偏光分離面に該第3光源からの光束の入射方向と異なった方向から入射する該第1色光及び該第2色光とを合成した光束を該出射方向に導いており、
該第2偏光分離面が、該第2部分光と、該第2偏光分離面に該第3光源側の光束の入射方向と異なった方向から入射する該第1色光及び該第2色光とを合成した光束を該出射方向に導いていることを特徴としている。
第1色光を発する第1光源と、
第2色光を発する第2光源と、
第3色光を発する第3光源と、
第1の偏光分離面と、
該第1偏光分離面と非平行に配置された第2偏光分離面と、
1/4位相差板と、
反射面と、
を有し、該第1、第2、第3色光を合成した光束を出射方向に発する光源装置であって、
該第3色光のうち第1偏光光の第1部分光を、該第1偏光分離面に該第3光源側から入射させ、該第1偏光分離面によって反射されて該出射方向に導いており、
該第3色光のうち該第1偏光光と偏光方向が直交する第2偏光光の第2部分光を、該第1偏光分離面及び該第2偏光分離面を透過させ、該1/4位相差板、該反射面、再度、該1/4位相差板を経ることにより偏光方向を90度回転させた後、該第2偏光分離面の該第3光源の反対側の面に入射させ、該第2偏光分離面で反射させて該出射方向に導いており、
該第1偏光分離面が、該第1部分光と、該第1偏光分離面に該第3光源からの光束の入射方向と異なった方向から入射する該第1色光及び該第2色光とを合成した光束を該出射方向に導いており、
該第2偏光分離面が、該第2部分光と、該第2偏光分離面に該第3光源側の光束の入射方向と異なった方向から入射する該第1色光及び該第2色光とを合成した光束を該出射方向に導いていることを特徴としている。
この他本発明の光源装置は、
互いに異なる色光を放射する3つの光源と、
該3つの光源からの各光束の偏光状態を揃え、合成する偏光変換手段と、λ/4板と、反射面とを有し、
該偏光変換手段を介した光束を出射方向に発する光源装置であって、
該偏光変換手段は、所定の色光に対しては偏光分離作用を有する第1の偏光分離面を含む第1のプリズム素子と、第2の偏光分離面を含む第2のプリズム素子と、を有しており、
第1、第2のプリズム素子は各々4つの透過面を有し、該第1、第2の偏光分離面は該第1、第2のプリズムの内部にそれぞれの透過面に対して45°の角度で配置されており、
該第1、第2のプリズムの各々の4つの透過面のうち、それぞれ1つの透過面1a、2aは該偏光変換手段の出射面を構成しており、
第1のプリズム素子と第2のプリズム素子はそれぞれの1つの透過面が近接又は接着して配置されており、
該3つの光源のうち少なくとも1つの光源は、光源光軸が該出射面の法線方向とは直交するように配置されており、
該1つの光源からの光束は該第1のプリズム素子の透過面1aとは異なる面から入射し、第1の偏光方向の光は該第1の偏光分離面において該透過面1aに向けて光が反射され、第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向の光は第2のプリズム素子に入射し、
該第2のプリズム素子に入射した第2の偏光方向の光は、第2の偏光分離面を介して、該λ/4板を透過し、該反射ミラーで反射し、再び該λ/4板を透過して、第2のプリズム素子に、第1の偏光方向の光として再入射して、該第2の偏光分離面を介して該第2のプリズム素子の透過面2aに向けて光が反射され、
該1つの光源以外の光源からの光は、該第1、第2のプリズム素子の、該1つの光源からの光が該透過面1a、2aに至る間に透過する該4つの透過面のうちの3つの透過面とは異なる透過面から入射し、それぞれ該第1、第2の偏光分離面を介して該透過面1a、2aから出射するように構成されていることを特徴としている。
互いに異なる色光を放射する3つの光源と、
該3つの光源からの各光束の偏光状態を揃え、合成する偏光変換手段と、λ/4板と、反射面とを有し、
該偏光変換手段を介した光束を出射方向に発する光源装置であって、
該偏光変換手段は、所定の色光に対しては偏光分離作用を有する第1の偏光分離面を含む第1のプリズム素子と、第2の偏光分離面を含む第2のプリズム素子と、を有しており、
第1、第2のプリズム素子は各々4つの透過面を有し、該第1、第2の偏光分離面は該第1、第2のプリズムの内部にそれぞれの透過面に対して45°の角度で配置されており、
該第1、第2のプリズムの各々の4つの透過面のうち、それぞれ1つの透過面1a、2aは該偏光変換手段の出射面を構成しており、
第1のプリズム素子と第2のプリズム素子はそれぞれの1つの透過面が近接又は接着して配置されており、
該3つの光源のうち少なくとも1つの光源は、光源光軸が該出射面の法線方向とは直交するように配置されており、
該1つの光源からの光束は該第1のプリズム素子の透過面1aとは異なる面から入射し、第1の偏光方向の光は該第1の偏光分離面において該透過面1aに向けて光が反射され、第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向の光は第2のプリズム素子に入射し、
該第2のプリズム素子に入射した第2の偏光方向の光は、第2の偏光分離面を介して、該λ/4板を透過し、該反射ミラーで反射し、再び該λ/4板を透過して、第2のプリズム素子に、第1の偏光方向の光として再入射して、該第2の偏光分離面を介して該第2のプリズム素子の透過面2aに向けて光が反射され、
該1つの光源以外の光源からの光は、該第1、第2のプリズム素子の、該1つの光源からの光が該透過面1a、2aに至る間に透過する該4つの透過面のうちの3つの透過面とは異なる透過面から入射し、それぞれ該第1、第2の偏光分離面を介して該透過面1a、2aから出射するように構成されていることを特徴としている。
この他本発明の光源装置は、
互いに異なる色光を放射する3つの光源と、
該3つの光源からの各光束の偏光状態を揃え、合成する偏光変換手段と、λ/4板と、反射面とを有し、
該偏光変換手段を介した光束を出射方向に発する光源装置であって、
該偏光変換手段は、所定の色光に対しては偏光分離作用を有する第1の偏光分離面を含む第1のプリズム素子と、第2の偏光分離面を含む第2のプリズム素子と、を有しており、
第1のプリズム素子は透過面1a、1b、1c、1dを、第2のプリズム素子は透過面2a、2b、2c、2dを有し、該第1、第2の偏光分離面は該第1、第2のプリズムの内部にそれぞれの透過面に対して45°の角度で配置されており、
前記透過面1a、2aは該偏光変換手段の出射面を構成しており、
前記透過面1b、2bは互いに対向して配置されており、
該3つの光源のうち少なくとも1つの光源は、光源光軸が該出射面の法線方向とは直交するように配置されており、
該1つの光源からの光束は該透過面1cから入射し、第1の偏光方向の光は該第1の偏光分離面において該透過面1aに向けて光が反射され、
第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向の光は前記透過面1b、2bを透過して第2のプリズム素子に入射し、該第2のプリズム素子に入射した第2の偏光方向の光は、第2の偏光分離面を介して、該透過面2c、該λ/4板を透過し、該反射ミラーで反射し、再び該λ/4板、該透過面2cを透過して、第2のプリズム素子に、第1の偏光方向の光として再入射して、該第2の偏光分離面を介して該透過面2aに向けて光が反射され、
該1つの光源以外の光源からの光は、該透過面1d、2dを透過して前記第1、2のプリズム素子に入射し、それぞれ該第1、第2の偏光分離面を介して該透過面1a、2aから出射するように構成されていることを特徴としている。
互いに異なる色光を放射する3つの光源と、
該3つの光源からの各光束の偏光状態を揃え、合成する偏光変換手段と、λ/4板と、反射面とを有し、
該偏光変換手段を介した光束を出射方向に発する光源装置であって、
該偏光変換手段は、所定の色光に対しては偏光分離作用を有する第1の偏光分離面を含む第1のプリズム素子と、第2の偏光分離面を含む第2のプリズム素子と、を有しており、
第1のプリズム素子は透過面1a、1b、1c、1dを、第2のプリズム素子は透過面2a、2b、2c、2dを有し、該第1、第2の偏光分離面は該第1、第2のプリズムの内部にそれぞれの透過面に対して45°の角度で配置されており、
前記透過面1a、2aは該偏光変換手段の出射面を構成しており、
前記透過面1b、2bは互いに対向して配置されており、
該3つの光源のうち少なくとも1つの光源は、光源光軸が該出射面の法線方向とは直交するように配置されており、
該1つの光源からの光束は該透過面1cから入射し、第1の偏光方向の光は該第1の偏光分離面において該透過面1aに向けて光が反射され、
第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向の光は前記透過面1b、2bを透過して第2のプリズム素子に入射し、該第2のプリズム素子に入射した第2の偏光方向の光は、第2の偏光分離面を介して、該透過面2c、該λ/4板を透過し、該反射ミラーで反射し、再び該λ/4板、該透過面2cを透過して、第2のプリズム素子に、第1の偏光方向の光として再入射して、該第2の偏光分離面を介して該透過面2aに向けて光が反射され、
該1つの光源以外の光源からの光は、該透過面1d、2dを透過して前記第1、2のプリズム素子に入射し、それぞれ該第1、第2の偏光分離面を介して該透過面1a、2aから出射するように構成されていることを特徴としている。
本発明によれば、装置全体の小型化を図りつつ、偏光状態を揃えて各色光を同一方向から出射することができ、被照射面を明るく、かつ各色光で均一に照明することができる光源装置及びそれを有する照明装置が得られる。
図1は、本発明の光源装置を有する照明装置からの光束で照明された画像表示素子(液晶パネル)を投射光学系を用いて所定面上に投射する画像投射装置の実施例1の要部概略図である。
図1において、22は各色光の出射方向を揃えて合成して白色光として出射する光源装置である。18、20は偏光板、19は液晶パネル(画像表示素子)、15は投射光学系である。
本発明の光源装置22は、第1色光を発する第1光源1と、第2色光を発する第2光源2と、第3色光を発する第3光源3を有している。更に第1の偏光分離面と、第1偏光分離面と非平行に配置された第2偏光分離面と、1/4位相差板(λ/4板)5と、反射面6と、を有し、第1、第2、第3色光を合成した光束を出射方向に発している。
光源装置22は赤色(第1色光)を発するLED光源(R光源、第1光源)1、緑色(第2色光)を発するLED光源(G光源、第2光源)2、青色(第3色光)を発するLED光源(B光源、第3光源)3を有している。更に分離膜(偏光分離面)7〜12を含むプリズム素子42〜47、λ/4板(1/4位相差板)5、反射ミラー(反射面)6を有している。
光源装置22における光学作用は次のとおりである。
17は、光源装置22から液晶パネル19に放射される照明光の方向(出射方向)であり、投射光学系15の光軸に相当している。
赤色(R光)を発するLED光源(R光源)1は、LED光源1の光が放射する方向である光軸14Rが照明光の方向(照明方向)17に対して直交するように配置されている。
LED光源1から発せられた赤色のランダム偏光Rはプリズム素子42に入射し、分離膜7に入射する。
分離膜7は図2に示す光学特性(模式化して示している。以下同じである。)をしており,赤光(波長600nm〜波長700nm)に対しては偏光分離作用を有する。
よって、入射した光のS偏光光(第1偏光光)Rs1は分離膜7で反射し、照明光の方向17に向かう。
分離膜7を反射したS偏光光Rs1はプリズム素子44に入射し、分離膜9に入射する。
分離膜9は図3に示す光学特性をしており、赤色のS偏光光Rs1は透過する。分離膜9を透過したS偏光光Rs1はプリズム素子46に入射し、分離膜11に入射する。分離膜11は図4に示す光学特性をしており、赤色のS偏光光Rs1は透過する。
分離膜9は図3に示す光学特性をしており、赤色のS偏光光Rs1は透過する。分離膜9を透過したS偏光光Rs1はプリズム素子46に入射し、分離膜11に入射する。分離膜11は図4に示す光学特性をしており、赤色のS偏光光Rs1は透過する。
これによりS偏光光Rs1は光源手段22の出射面である面13から放射する。
また、分離膜7を透過した赤色のP偏光(第2偏光光)Rp1は分離膜7を透過して、プリズム素子43に入射し、分離膜8に入射する。
分離膜8は図2の光学特性をしており、赤色のP偏光Rp1は分離膜8も透過し、λ/4板5に入射する。
λ/4板5は、偏光の振動方向に対して進相軸をほぼ45°傾けており、P偏光光Rp1は円偏光に変換され、反射ミラー6で反射され、再度λ/4板5に入射し、S偏光に変換されS偏光光Rs2となる。S偏光光Rs2は分離膜8で反射し、照明光の方向17に向かう。
分離膜8を反射したS偏光光Rs2はプリズム素子45に入射し、分離膜10に入射する。分離膜10は図3に示す光学特性をしており、赤色のS偏光光Ps2は透過する。分離膜10を透過したS偏光光Rs2はプリズム素子47に入射し、分離膜12に入射する。
分離膜12は図4に示す光学特性をしており、赤色のS偏光光Rs2は透過する。これによりS偏光光Rs2は光源装置22の出射面である面13から放射する。
緑色(G光)(波長500nm〜波長600nm)を発するLED光源(G光源)2は、LED光源2の光が放射する方向である光軸14Gが照明光の方向17に対して直交するように配置されている。
LED光源2から発せられた緑色のランダム偏光Gはプリズム素子44に入射し、分離膜9に入射する。
分離膜9は図3に示す光学特性をしており,緑光に対しては偏光分離作用を有する。よって、入射した光のS偏光光Gs1は分離膜9で反射し,照明光の方向17に向かう。
分離膜9を反射したS偏光光Gs1はプリズム素子46に入射し、分離膜11に入射する。
分離膜11は図4に示す光学特性をしており、緑色のS偏光Gs1光は透過する。これによりS偏光光Gs1光源装置22の出射面である面13から放射する。
また、分離膜9を透過した緑色のP偏光Gp1は分離膜9を透過して、プリズム素子45に入射し、分離膜10に入射する。
分離膜10は図3の光学特性をしており、緑色のP偏光Gp1は分離膜10も透過し、λ/4板5に入射する。
λ/4板5は、偏光の振動方向に対して進相軸をほぼ45°傾けており、偏光光Gp1は円偏光に変換され、反射ミラー6で反射され、再度λ/4板5に入射し、S偏光に変換されS偏光光Gs2となる。S偏光光Gs2は分離膜10で反射し、照明光の方向17に向かう。
分離膜10を反射したS偏光光Gs2はプリズム素子47に入射し、分離膜12に入射する。分離膜12は図4に示す光学特性をしており、緑色のS偏光光Gs2は透過する。
これによりS偏光光Gs2は光源装置22の出射面である面13から放射する。青色(B光)(波長400nm〜波長500nm)を発するLED光源(B光源)3は、LED光源3の光が放射する方向である光軸14Bが照明光の方向17に対して直交するように配置されている。
LED光源3から発せられた青色のランダム偏光Bはプリズム素子46に入射し、分離膜(第1偏光分離面)11に入射する。
分離膜11は図4に示す光学特性をしており,青光に対しては偏光分離作用を有する。よって、入射した光のS偏光光(第1偏光光)Bs1の第1部分光は分離膜11で反射し、照明光の方向(出射方向)17に向かう。
これにより光源装置22の出射面である面13から放射する。また、分離膜11を透過した青色のP偏光(第2偏光光)Bp1の第2部分光は分離膜11を透過して、プリズム素子47に入射し、分離膜(第2偏光分離面)12に入射する。
偏光変換手段を構成する第1偏光分離面11と第2偏光分離面12とは直交している。
分離膜12は図4の光学特性をしており、青色のP偏光Bp1は分離膜12も透過し、λ/4板5に入射する。
λ/4板5は、偏光の振動方向に対して進相軸をほぼ45°傾けており、光は円偏光に変換され、反射ミラー6で反射され、再度λ/4板5に入射し、S偏光に変換されS偏光光Bs2となる。S偏光光Bs2は分離膜12で反射し、照明光の方向17に向かう。
これによりS偏光光Bs2は光源装置22の出射面である面13から放射する。
このとき出射方向17から出射する第1、第2、第3色光の偏光状態は同じである。
以上のように本実施例では、第3光源3からの第3色光のうち第1偏光光の第1部分光は、第1偏光分離面11に第3光源側3から入射し、第1偏光分離面11によって反射されて出射方向に導かれる。
第3色光のうち第1偏光光と偏光方向が直交する第2偏光光の第2部分光は、第1偏光分離面11及び第2偏光分離面12を透過し、1/4位相差板5、反射面6、再度、1/4位相差板5を経る。
これにより偏光方向を90度回転される。その後、第2偏光分離面12に第3光源3の反対側から入射し、第2偏光分離面12で反射されて出射方向17に導かれる。
第1偏光分離面11が、第1部分光と、第1偏光分離面11に第1光源3からの光束の入射方向と異なった方向から入射する第1色光及び第2色光とを合成した光束を出射方向17に導いている。
第2偏光分離面12が、第2部分光と、第2偏光分離面12に第3光源3側の光束の入射方向と異なった方向から入射する第1色光及び第2色光とを合成した光束を出射方向17に導いている。
次に光源1、2、3の構成について図12を用いて説明する。
図12は光源1、2、3のうちの1つを光源部40として示している。
光源部40は発光部41および平行化レンズ42を有している。発光部41からの発光光束に含まれる拡散光を平行化レンズ42によって光源光軸(14R、14G、14B)に平行な光として出射している。各実施例の説明に用いる図では簡単のため光束を細線で表記してある。
ここで、プリズム素子46、47等を有する偏光変換部(偏光変換手段)で偏光変換される色光を発する光源(本実施例では青色のLED光源3)の光軸(光源光軸)14Bは、照明光の放射方向17に対して直交している。
さらに、図14に示すようにこの偏光変換部を構成するプリズム素子(第1のプリズム素子)46には4つの透過面が設けられている。一つ目が青色光が入射する面46a(透過面1c)であり、二つ目が青色光の第1の偏光光(S偏光光)及び他の色光が出射する面46b(透過面1a)である。三つ目は、プリズム素子(第2のプリズム素子)47と対向し、青色光の第2の偏光光(P偏光光)が出射する面46c(透過面1b)である。四つ目が、青色光以外の赤、緑色光が入射する面46d(透過面1d)である。これらの4つの透過面46a、46b、46c、46d(透過面1c、透過面1a、透過面1b、透過面1d)は、プリズム素子46(第1のプリズム素子)のそれぞれ異なる面であり、ある直線(図14の紙面に垂直な直線)に対して平行な面である。
さらに、プリズム素子(第2のプリズム素子)47にも4つの透過面が設けられている。一つ目がプリズム素子46(第1のプリズム素子)と対向して配置され、第2の偏光光(P偏光光)の青色光が入射する面47a(透過面2b)である。二つ目が青色光の第1の偏光光(S偏光光)及び他の色光が出射する面47c(透過面2a)である。三つ目は、第2の偏光光(P偏光光)の青色光が出射して、λ/4板5、ミラー6を経て再び入射する透過面47b(透過面2c)である。四つ目が、青色以外の赤、緑色光が入射する面47d(透過面2d)である。これらの4つの透過面47a、47b、47c、47d(透過面2b、透過面2c、透過面2a、透過面2d)は、プリズム素子47(第2のプリズム素子)のそれぞれ異なる面であり、ある直線(図14の紙面に垂直な直線)に対して平行な面である。
尚、本実施例において、これらのプリズム素子46、47において対向する面同士は接着されているが、その限りでは無く、近接させるだけでも良いし、接着していなくても密接させていればそれで足りる。
このように複数個のプリズム素子46,47に入射した赤、緑色光は、照明光の出射面13から照明光が放射する方向17に放射されるので、3色の光は重なるように合成される事になる。
この実施例では偏光変換手段を構成するプリズム素子46、47を異なる素子として表わしているが、図13のようにプリズム素子46とプリズム素子47の隣接する面(46c、46d)を一体化した構成としても良い。
このときは、分離膜11の部分を一つのプリズム素子とし、分離膜12の部分を1つのプリズム素子と考えれば本実施例の作用は同じように得られる。
カラー表示を行うためにRGB光源1、2、3を順次、時分割で発光させる。液晶パネル19は照射される色光に応じた信号と同期させて時分割で駆動する。
時分割の設定や発光させる色の組み合せは任意であり、例えば1/240s毎にR、G、B、光とW(白色)光を発光させるサイクルでも可能な構成となっている。
W(白色)光はR、G、B光源1、2、3を同時に発光させる事で実現できる。
本実施例では光源1、2、3から出射される光はR、G、B光が同一方向から出射して、同一条件で液晶パネルを照射できる。又これらの色光は完全に重なった状態の光(白色光)であるため、液晶パネル19に重ね合わせて照射するための光学系を設けなくても良い。かつ光源装置22の幅が小型であるため簡単で小型な画像投射装置を提供することができる。
本実施例では以上の構成により液晶パネル19に基づく画像を被照射面、例えばスクリーン面に投射光学系15によって投射している。
実施例中の位相板(λ/4板)5は、光路ごとに異なる仕様のλ/4板を用いても良い。
図5は本発明の実施例2の画像投射装置の要部概略図である。
本実施例の照明光学系は任意の2色光の偏光分離および色合成を1種類の膜で行う構成の光源手段を用いている。図5において図1に示す部材と同一の部材には同符番を付している。
図5において34は光源装置である。記述しない点においては実施例1同様である。
実施例2は、実施例1に対して、λ/4板23、反射ミラー24、光源装置34の出射面13側に特定波長だけ90°位相を回転させる偏光回転素子25をさらに設けている。
本実施例における各部材の光学特性について説明する。
赤色(R光)を発するLED光源1は、LED光源1の光が放射する方向である光軸14Rが照明光の方向17に対して平行になるように配置されている。
LED光源1から発せられた赤色のランダム偏光Rはプリズム素子44に入射し、分離膜7に入射する。
分離膜7は図2に示す光学特性をしており,赤光に対しては偏光分離作用を有する。
よって、入射した光のP偏光光Rp1は分離膜7を透過し,照明光の方向17に向かう。
分離膜7を透過したP偏光光Rp1はプリズム素子46に入射し、分離膜(第1偏光分離面)11に入射する。
分離膜11は図4に示す光学特性をしており、赤色のP偏光光Rp1は透過し、偏光回転素子25に入射する。前記偏光回転素子はR光に対しては偏光方向を90°回転させる作用を有する。
よって、入射した光のP偏光光Rp1は偏光回転素子25でS偏光光Rs1となり照明光の方向17に向かう。
これにより光源装置34の出射面である面48から放射する。
また、プリズム44に入射した光のS偏光光Rs1は分離膜7で反射し,プリズム素子45に入射し、分離膜8に入射する。分離膜8は図2に示す光学特性をしており、赤色のS偏光光Rs1は反射し、λ/4板23に入射する。
λ/4板23は、偏光の振動方向に対して進相軸をほぼ45°傾けており、光は円偏光に変換され、反射ミラー24で反射され、再度λ/4板23に入射し、P偏光に変換されP偏光光Rp2となる。
P偏光光Rp2は分離膜8を透過し、照明光の方向17に向かう。
分離膜8を透過したP偏光光Rp2はプリズム素子47に入射し、分離膜(第2偏光分離面)12に入射する。
分離膜12は図4に示す光学特性をしており、赤色のP偏光光Rp2は透過し、偏光回転素子25に入射する。前記偏光回転素子25はR光に対しては偏光方向を90°回転させる作用を有する。
よって、入射した光のP偏光光Rp2は偏光回転素子25でS偏光光Rs2となり照明光の方向17に向かう。
これによりS偏光光Rs2は光源装置34の出射面である面48から放射する。
G光源2、B光源3からの光は実施例1と同様の構成の部材を介して、光源装置34からS偏光で出射される。
この形態では実施例1に対してさらに光源装置34が小さくできるため、画像投射装置の更なる小型化が容易となる。
図6は本発明の実施例3の画像投射装置の要部概略図である。
本実施例は照明装置の一部にダイクロイックミラーとλ/4板からなる偏光変換手段を有する光源装置を用いている。
図6において図1に示す部材と同一部材には同符番を付している。35は光源装置である。記述しない点においては実施例1同様である。
実施例3は実施例1の構成に対して、G(G光)反射ダイクロ26、λ/4板27、28、R(R光)反射ダイクロ29、光源装置35の出射面13側に特定波長(B光)だけ90°位相を回転させる偏光回転素子16をさらに設けている。
本実施例は液晶パネル19に入射する光はP偏光光である。
本実施例における各部材の光学特性について説明する。
赤色(R光)を発するLED光源1は、LED光源1の光が放射する方向である光軸14Rが照明光の方向(出射方向)17に対して平行になるように配置されている。
LED光源1から発せられた赤色のランダム偏光RはG反射ダイクロイックミラー26に入射する。G反射ダイクロイックミラー26は図7に示す光学特性をしており、赤光に対しては透過作用を有する。
よって、R光はG反射ダイクロイックミラー26を透過してさらにλ/4板27を透過してプリズム素子46に入射し、分離膜(第1偏光分離面)7に入射する。
分離膜7は図2に示す光学特性をしており,赤光に対しては偏光分離作用を有する。
よって、入射した光のP偏光光Rp1は分離膜7を透過し,偏光回転素子16を透過して照明光の方向17に向かう。
これによりP偏光光Rp1は光源装置35の出射面である面48から放射する。
また、入射した光のS偏光光Rs1は分離膜7で反射し、プリズム素子47に入射し、分離膜(第2偏光分離面)8に入射する。分離膜8は図2に示す光学特性をしており、赤色のS偏光光Rs1は反射し、λ/4板28に入射する。
λ/4板28は、偏光の振動方向に対して進相軸をほぼ45°傾けており、光は円偏光に変換され、R反射ダイクロイックミラー29に入射する。R反射ダイクロイックミラー29は図8に示す光学特性をしており、赤光に対しては反射作用を有する。
よって、R光はR反射ダイクロイックミラー29で反射され、再度λ/4板28に入射し、P偏光に変換されP偏光光Rp2となる。
P偏光光Rp2は分離膜8を透過し、偏光回転素子16を透過して照明光の方向17に向かう。
これによりP偏光光Rp2は光源装置35の出射面である面48から放射する。
緑色(G光)を発するLED光源2は、LED光源2の光が放射する方向である光軸14Gが照明光の方向17に対して平行になるように配置されている。
LED光源2から発せられた緑色のランダム偏光GはR反射ダイクロイックミラー29に入射する。R反射ダイクロイックミラー29は図8に示す光学特性をしており,緑光に対しては透過作用を有する。よって、G光はR反射ダイクロイックミラー29を透過してさらにλ/4板28を透過してプリズム素子47に入射し、分離膜8に入射する。
分離膜8は図2に示す光学特性をしており,緑光に対しては偏光分離作用を有する。
よって、入射した光のP偏光光Gp1は分離膜8を透過し,偏光回転素子16を透過して照明光の方向(出射方向)17に向かう。
これによりP偏光光Gp1は、光源装置35の出射面である面48から放射する。
また、入射した光のS偏光光Gs1は分離膜8で反射し,プリズム素子46に入射し、分離膜7に入射する。分離膜7は図2に示す光学特性をしており、緑色のS偏光光は反射し、λ/4板27に入射する。
λ/4板27は、偏光の振動方向に対して進相軸をほぼ45°傾けており、光は円偏光に変換され、G反射ダイクロイックミラー26に入射する。G反射ダイクロイックミラー26は図7に示す光学特性をしており、緑光に対しては反射作用を有する。
よって、G光はG反射ダイクロイックミラー26で反射され、再度λ/4板27に入射し、P偏光に変換されP偏光光Gp2となる。
P偏光光Gp2は分離膜7を透過し、偏光回転素子16を透過して照明光の方向17に向かう。
これによりP偏光光Gp2は光源装置35の出射面である面48から放射する。
青色(B光)を発するLED光源(第3光源)3は、LED光源3の光が放射する方向である光軸14Bが照明光の方向17に対して直交するように配置されている。
LED光源3から発せられた青色のランダム偏光Bはプリズム素子46に入射し、分離膜(第1偏光分離面)7に入射する。
分離膜7は図2に示す光学特性をしており,青光に対しては偏光分離作用を有する。
よって、入射した光のS偏光光(第1偏光光)Bs1の第1部分光は分離膜7で反射し、偏光回転素子16に入射する。前記偏光回転素子16はB光に対しては偏光方向を90°回転させる作用を有する。
よって、入射した光のS偏光光Bs1は偏光回転素子16でP偏光光Bp1となり照明光の方向17に向かう。
これによりP偏光光Bp1は、光源装置35の出射面である面48から放射する。
また、分離膜7を透過した青色のP偏光(第2偏光光)Bp1は分離膜7を透過して、プリズム素子47に入射し、分離膜(第2偏光分離面)8に入射する。
分離膜8は図2の光学特性をしており、青色のP偏光Bp1は分離膜8も透過し、λ/4板5に入射する。
λ/4板5は、偏光の振動方向に対して進相軸をほぼ45°傾けており、光は円偏光に変換され、反射ミラー6で反射され、再度λ/4板5に入射し、S偏光に変換されS偏光光Bs2となる。
S偏光光Bs2は分離膜8で反射し、偏光回転素子16に入射する。偏光回転素子はB光に対しては偏光方向を90°回転させる作用を有する。
よって、入射した光のS偏光光Bs2は偏光回転素子16でP偏光光Bp2となり照明光の方向17に向かう。
これによりP偏光光Bp2は光源装置35の出射面である面48から放射する。
偏光回転素子16は本実施例の構成を限定するものではなく、必要に応じて任意に光源手段35から出射される色光の偏光方向を制御することができる。
この形態では実施例1に対してガラス部材を減らし、かつ光源装置35を小型化できるため画像投射装置の小型軽量化が容易となる。
以上のように実施例1、3では第3光源3は、第1、第2光源2、3が光を発する方向に対して直交する方向又は平行方向に光を発している。
第1光源1は、第3光源3が光を発する方向に対して直交する方向に光を発し、前記第2光源は、前記第1光源が光を発する方向に対して平行方向に光を発している。
以上のように実施例1〜3の光源装置では、互いに異なる色光を放射する3つの光源1、2、3と、3つの光源1、2、3からの各光束の偏光状態を揃え、合成する偏光変換手段とλ/4板と、反射面とを有している。偏光変換手段を介した光束を出射方向に発する光源装置である。
これによって、被照射面を異なった色光で同一方向から照射して、被照射面に配置した画像表示素子に基づく画像を投射するとき、投射画像に色ムラが少なくなるようにしている。
偏光変換手段は、所定の色光に対しては偏光分離作用を有する第1の偏光分離面(11、7)を含む第1のプリズム素子46と、第2の偏光分離面(12、8)を含む第2のプリズム素子47と、を有している。
第1、第2のプリズム素子は各々4つの透過面を有し、第1、第2の偏光分離面は第1、第2のプリズムの内部にそれぞれの透過面に対して45°の角度で配置されている。
第1、第2のプリズム46、47の各々の4つの透過面のうち、それぞれ1つの透過面1a、2aは偏光変換手段の出射面を構成している。
第1のプリズム素子46と第2のプリズム素子47はそれぞれの1つの透過面が近接又は接着して配置されている。
3つの光源1、2、3のうち少なくとも1つの光源3は、光源光軸が出射面の法線方向とは直交するように配置されている。
1つの光源3からの光束は第1のプリズム素子46の透過面1aとは異なる面から入射し、第1の偏光方向の光は該第1の偏光分離面において該透過面1aに向けて光が反射され、第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向の光は第2のプリズム素子に入射する。
第2のプリズム素子47に入射した第2の偏光方向の光は、第2の偏光分離面を介して、該λ/4板を透過し、該反射ミラーで反射し、再び該λ/4板を透過して、第2のプリズム素子47に、第1の偏光方向の光として再入射する。そして第2の偏光分離面を介して第2のプリズム素子47の透過面2aに向けて光が反射される。
光源3の1つの光源以外の光源1、2からの光は、第1、第2のプリズム素子46、47中の、1つの光源3からの光が該透過面1a、2aに至る間に透過する3つの透過面とは異なる透過面から入射している。そして、それぞれ第1、第2の偏光分離面を介して透過面1a、2aから出射する。
尚、各実施例における偏光変換手段は、3つの光源からの光のうち、任意の2色光の偏光分離および色合成を行っている。
各実施例の光源装置は、以上の構成を有している。
これによって装置全体の小型化を図りつつ、偏光状態を揃えて各色光を同一方向から出射することができ、被照射面を明るく、かつ各色光で均一に照明することができる光源装置を達成している。
図9は本発明の実施例4の画像投射装置に係る光源装置の要部概略図である。
本実施例は照明光の方向(出射方向)(Z方向)17および光源1、2、3の光軸14R、14G、14B(X方向)を含平面として定義される平面をXZ面とする。このXZ面に対して垂直である軸方向(Y方向)32に光源装置を複数個(図9では2個)22a、22b並べたことを特徴としている。記述しない点においては実施例1同様である。
図9において1aa、1bb、2aa、2bb、3aa、3bbは光源である。
本実施例では光源装置から出射される光束の出射方向と1つの光源の光源光軸を含む平面に対して垂直方向に前記光源装置が複数個並べられている。
本実施例の構成の光源装置22a、22bを用いることで光源装置から出射される光束の出射面33を液晶パネルの大きさやアスペクト比等に合わせて任意の幅の光束にする事ができ、光利用効率が高い画像投射装置を提供することができる。
光源手段の数は2以上いくつあっても良い。
本実施例において光源手段として実施例2の光源手段34および実施例3の光源手段35を用いてもよい。
図10は本発明の実施例5の画像投射装置に係る光源装置の要部概略図である。
本実施例は、実施例1の光源装置22が反射ミラー6を介して対称に向き合って対向する位置している。このように2つの光源装置22c、22dを配置することを特徴としている。記述しない点においては実施例1同様である。
図10では反射ミラー6を中心として左右反転させた位置に実施例1と同様の光源装置22c、22dを1組配置し、照明を効果的に行っている。
光源装置22c、22dから出射される光束の出射面33を液晶パネル19の大きさやアスペクト比等に合わせて任意の幅の光束にする事ができ、光利用効率が高い画像投射装置を提供することができる。
このときミラー6は両平面を反射面として1枚で構成する事も可能である。また、実施例4と同様に垂直方向の軸32に沿って複数個の光源装置を並べても良い。
また、光源装置として実施例2の光源装置34および実施例3の光源装置35を用いてもよい。
図11は本発明の実施例6の画像投射装置に係る照明装置の要部概略図である。
本実施例は図1の光源装置の光出射側にさらにインテグレーター照明部36を設けたことを特徴としている。記述しない点においては実施例1同様である。
本実施例では光源装置22の出射面である面13と入射側の偏光板18の間にインテグレーター照明部36を配置している。
インテグレーター照明部36は第一インテグレータレンズ37、第二インテグレータレンズ38、コンデンサーレンズ39を有している。
光源装置22から出射される光束に輝度むらがある場合でもインテグレーター照明部36により、液晶パネル19面上では均一に照明することができる。このため品質の高い画像投射装置を提供することができる。
ここで、第一インテグレータレンズ37、第二インテグレータレンズ38のレンズセル数は任意に設定することができる。
1 :赤色光源(第1光源)
2 :緑色光源(第2光源)
3 :青色光源(第3光源)
5、23、27、28 :λ/4板
6、24 :反射ミラー
7、8 :分離膜
9、10 :分離膜
11、12:分離膜
13 :光源装置の光出射部
14 :光源の光軸方向
15 :投射光学系
16 :B偏光回転素子
17 :光源手段の光軸方向
18 :入射側偏光板
19 :液晶パネル
20 :出射側偏光板
22 :第1の実施例の光源装置
25 :R偏光回転素子
26 :G反射ダイクロイックミラー
29 :R反射ダイクロイックミラー
32 :実施例4の任意の軸
33 :光源の光束出射面
34 :第2の実施例の光源装置
35 :第3の実施例の光源装置
36 :インテグレーター照明光学系
37 :第1インテグレータレンズ
38 :第2インテグレータレンズ
39 :コンデンサーレンズ
40 :光源部
41 :発光部
42 :平行化レンズ
42〜47 :プリズム素子
2 :緑色光源(第2光源)
3 :青色光源(第3光源)
5、23、27、28 :λ/4板
6、24 :反射ミラー
7、8 :分離膜
9、10 :分離膜
11、12:分離膜
13 :光源装置の光出射部
14 :光源の光軸方向
15 :投射光学系
16 :B偏光回転素子
17 :光源手段の光軸方向
18 :入射側偏光板
19 :液晶パネル
20 :出射側偏光板
22 :第1の実施例の光源装置
25 :R偏光回転素子
26 :G反射ダイクロイックミラー
29 :R反射ダイクロイックミラー
32 :実施例4の任意の軸
33 :光源の光束出射面
34 :第2の実施例の光源装置
35 :第3の実施例の光源装置
36 :インテグレーター照明光学系
37 :第1インテグレータレンズ
38 :第2インテグレータレンズ
39 :コンデンサーレンズ
40 :光源部
41 :発光部
42 :平行化レンズ
42〜47 :プリズム素子
Claims (14)
- 第1色光を発する第1光源と、
第2色光を発する第2光源と、
第3色光を発する第3光源と、
第1の偏光分離面と、
該第1偏光分離面と非平行に配置された第2偏光分離面と、
1/4位相差板と、
反射面と、
を有し、該第1、第2、第3色光を合成した光束を出射方向に発する光源装置であって、
該第3色光のうち第1偏光光の第1部分光を、該第1偏光分離面に該第3光源側から入射させ、該第1偏光分離面によって反射されて該出射方向に導いており、
該第3色光のうち該第1偏光光と偏光方向が直交する第2偏光光の第2部分光を、該第1偏光分離面及び該第2偏光分離面を透過させ、該1/4位相差板、該反射面、再度、該1/4位相差板を経ることにより偏光方向を90度回転させた後、該第2偏光分離面の該第3光源の反対側の面に入射させ、該第2偏光分離面で反射させて該出射方向に導いており、
該第1偏光分離面が、該第1部分光と、該第1偏光分離面に該第3光源からの光束の入射方向と異なった方向から入射する該第1色光及び該第2色光とを合成した光束を該出射方向に導いており、
該第2偏光分離面が、該第2部分光と、該第2偏光分離面に該第3光源側の光束の入射方向と異なった方向から入射する該第1色光及び該第2色光とを合成した光束を該出射方向に導いていることを特徴とする光源装置。 - 前記出射方向から出射する前記第1、第2、第3色光の偏光状態は同じであることを特徴とする請求項1記載の光源装置。
- 前記第1偏光分離面と第2偏光分離面とは直交していることを特徴とする請求項1又は2記載の光源装置。
- 前記第3光源は、前記第1、第2光源が光を発する方向に対して直交する方向又は平行方向に光を発していることを特徴とする請求項1、2又は3記載の光源装置。
- 前記第1光源は、前記第3光源が光を発する方向に対して直交する方向に光を発し、前記第2光源は、前記第1光源が光を発する方向に対して平行方向に光を発していることを特徴とする請求項1、2又は3記載の光源装置。
- 互いに異なる色光を放射する3つの光源と、
該3つの光源からの各光束の偏光状態を揃え、合成する偏光変換手段と、λ/4板と、反射面とを有し、
該偏光変換手段を介した光束を出射方向に発する光源装置であって、
該偏光変換手段は、所定の色光に対しては偏光分離作用を有する第1の偏光分離面を含む第1のプリズム素子と、第2の偏光分離面を含む第2のプリズム素子と、を有しており、
第1、第2のプリズム素子は各々4つの透過面を有し、該第1、第2の偏光分離面は該第1、第2のプリズムの内部にそれぞれの透過面に対して45°の角度で配置されており、
該第1、第2のプリズムの各々の4つの透過面のうち、それぞれ1つの透過面1a、2aは該偏光変換手段の出射面を構成しており、
第1のプリズム素子と第2のプリズム素子はそれぞれの1つの透過面が近接又は接着して配置されており、
該3つの光源のうち少なくとも1つの光源は、光源光軸が該出射面の法線方向とは直交するように配置されており、
該1つの光源からの光束は該第1のプリズム素子の透過面1aとは異なる面から入射し、第1の偏光方向の光は該第1の偏光分離面において該透過面1aに向けて光が反射され、第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向の光は第2のプリズム素子に入射し、
該第2のプリズム素子に入射した第2の偏光方向の光は、第2の偏光分離面を介して、該λ/4板を透過し、該反射ミラーで反射し、再び該λ/4板を透過して、第2のプリズム素子に、第1の偏光方向の光として再入射して、該第2の偏光分離面を介して該第2のプリズム素子の透過面2aに向けて光が反射され、
該1つの光源以外の光源からの光は、該第1、第2のプリズム素子の、該1つの光源からの光が該透過面1a、2aに至る間に透過する該4つの透過面のうちの3つの透過面とは異なる透過面から入射し、それぞれ該第1、第2の偏光分離面を介して該透過面1a、2aから出射するように構成されていることを特徴とする光源装置。 - 互いに異なる色光を放射する3つの光源と、
該3つの光源からの各光束の偏光状態を揃え、合成する偏光変換手段と、λ/4板と、反射面とを有し、
該偏光変換手段を介した光束を出射方向に発する光源装置であって、
該偏光変換手段は、所定の色光に対しては偏光分離作用を有する第1の偏光分離面を含む第1のプリズム素子と、第2の偏光分離面を含む第2のプリズム素子と、を有しており、
第1のプリズム素子は透過面1a、1b、1c、1dを、第2のプリズム素子は透過面2a、2b、2c、2dを有し、該第1、第2の偏光分離面は該第1、第2のプリズムの内部にそれぞれの透過面に対して45°の角度で配置されており、
前記透過面1a、2aは該偏光変換手段の出射面を構成しており、
前記透過面1b、2bは互いに対向して配置されており、
該3つの光源のうち少なくとも1つの光源は、光源光軸が該出射面の法線方向とは直交するように配置されており、
該1つの光源からの光束は該透過面1cから入射し、第1の偏光方向の光は該第1の偏光分離面において該透過面1aに向けて光が反射され、
第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向の光は前記透過面1b、2bを透過して第2のプリズム素子に入射し、該第2のプリズム素子に入射した第2の偏光方向の光は、第2の偏光分離面を介して、該透過面2c、該λ/4板を透過し、該反射ミラーで反射し、再び該λ/4板、該透過面2cを透過して、第2のプリズム素子に、第1の偏光方向の光として再入射して、該第2の偏光分離面を介して該透過面2aに向けて光が反射され、
該1つの光源以外の光源からの光は、該透過面1d、2dを透過して前記第1、2のプリズム素子に入射し、それぞれ該第1、第2の偏光分離面を介して該透過面1a、2aから出射するように構成されていることを特徴とする光源装置。 - 前記偏光変換手段は、前記3つの光源からの光のうち、任意の2色光の偏光分離および色合成を行うことを特徴とする請求項6又は7記載の光源装置。
- 前記光源装置は、ダイクロイックミラーを有することを特徴とする請求項6又は7記載の光源装置。
- 前記光源装置から出射される光束の出射方向と前記1つの光源の光源光軸を含む平面に対して垂直方向に前記光源装置が複数個並べられていることを特徴とする請求項6乃至9のいずれか1項記載の光源装置。
- 前記光源装置が前記反射ミラーに対し、対称に2つ設けられていることを特徴とする請求項6乃至9記載のいずれか1項の光源装置。
- 請求項1乃至11記載のいずれか1項の光源装置からの光束で被照射面を照射することを特徴とする照明装置。
- 前記光源装置の光出射側にインテグレーター照明部を有することを特徴とする請求項12記載の照明装置。
- 請求項12又は13記載の照明装置と該照明装置からの光束で照明された画像表示素子を、所定面上に投射する投射光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。
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2007
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