JP2015145975A - Light source device and projection type display device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置およびこれを用いた画像表示装置に関する発明である。特にＬＤ（レーザーダイオード）光源などを用いた光源装置と、この光源装置を用いたプロジェクターなどの投射型表示装置に関する発明である。 The present invention relates to a light source device and an image display device using the same. In particular, the invention relates to a light source device using an LD (laser diode) light source and a projection display device such as a projector using the light source device.
近年、ＬＤ光源を用いたプロジェクターにおいては、ＬＤ光源からの光の高輝度化が求められている。 In recent years, a projector using an LD light source has been required to increase the brightness of light from the LD light source.
高輝度化を実現するために、光束を細くすることが可能な構成として、特許文献１及び２がある。
特許文献１では、ＬＤ光源群から発せられた平行光束を、光束の進行方向に対して４５°に配置された複数のミラーで反射する。これにより、光束を細くし、高輝度化を実現する構成が開示されている。
In
特許文献２では、ＬＤ光源群の直後に配列されたコリメータレンズ群を、ＬＤ光源から偏心させることで、光束を細くし、高輝度化を実現する構成が開示されている。
前述の特許文献１に開示されている構成では、１つの断面においてのみ光束を細くすることが可能である。具体的には、ミラーが傾いているように見える断面においては、光束を細くすることが可能である。このため、光源が１列に並ぶように配置されている場合には、前述の特許文献１に開示されている構成は有効ではある。しかし、光源が行列をなすように配置されている場合には、複数の断面において、光束を細くすることはできない。
In the configuration disclosed in the above-described
前述の特許文献２に開示されている構成は、コリメータレンズが光源の中心から偏心している構成である。これにより、光源が行列をなすように配置されている場合に、複数の断面において、光束を細くすることが可能である。
The configuration disclosed in
一般に、コリメータレンズの偏心のみで光束を細くしようとすると、偏心量を大きくしていくことが考えられる。しかし、コリメータレンズは、偏心の無い状態を想定した非球面形状であることが多いため、偏心量を大きくしていくと、軸外収差の影響が増大し、コリメータレンズからの光の平行度が低下する。コリメータレンズからの光の平行度が低下すると、本来１か所に集光するはずの光が集光しにくくなり、輝度を損ねるおそれがある。 In general, it is conceivable to increase the amount of eccentricity when attempting to reduce the luminous flux only by the eccentricity of the collimator lens. However, collimator lenses often have aspherical shapes assuming no eccentricity, so increasing the amount of eccentricity increases the effect of off-axis aberrations, and the parallelism of light from the collimator lens increases. descend. If the parallelism of the light from the collimator lens decreases, the light that should originally be collected in one place becomes difficult to collect, and the brightness may be impaired.
すなわち、偏心量は、その大きさによっては、軸外収差の影響を増大させ、輝度を損ねるといった機能低下の一因となるおそれがあった。 That is, depending on the magnitude, the amount of decentration may increase the influence of off-axis aberrations and may contribute to functional degradation such as impairing luminance.
そこで、本発明の目的は、収差の影響をより低減しつつ、光束を細くすることが可能な光源装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a light source device capable of narrowing a light beam while further reducing the influence of aberration.
上記目的を達成するために、本発明の光源装置は、
光源ユニットの複数の光源からの複数の光束それぞれを平行光束に変換する複数のレンズセルを備える第１レンズユニットと、
前記第１レンズユニットからの複数の平行光束を反射するミラーユニットと、
前記ミラーユニットからの複数の平行光束を受光する第２レンズユニットと、
を備える光源装置であって、
前記レンズセルの光軸と平行な断面を第１断面、
前記第１断面に直交し、前記光源からの光束の放射角が前記第１断面における前記放射角よりも小さい断面を第２断面としたとき、
前記第１断面において、前記第１レンズユニットからの複数の平行光束は、前記ミラーユニットに近づくにつれて互いの距離を縮めており、
前記第２断面において、前記ミラーユニットからの複数の平行光束は、前記第２レンズユニットに近づくにつれて互いの距離を縮めており、
前記第２レンズユニットは、前記ミラーユニットからの複数の平行光束を、互いに平行な複数の平行光束に変換する、
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the light source device of the present invention comprises:
A first lens unit comprising a plurality of lens cells for converting each of a plurality of light beams from a plurality of light sources of the light source unit into a parallel light beam;
A mirror unit that reflects a plurality of parallel light beams from the first lens unit;
A second lens unit that receives a plurality of parallel light beams from the mirror unit;
A light source device comprising:
A cross section parallel to the optical axis of the lens cell is a first cross section,
When a cross section orthogonal to the first cross section and having a radiation angle of a light beam from the light source smaller than the radiation angle in the first cross section is a second cross section,
In the first cross section, the plurality of parallel light beams from the first lens unit reduce the distance from each other as they approach the mirror unit.
In the second cross section, the plurality of parallel light beams from the mirror unit reduce the distance from each other as they approach the second lens unit,
The second lens unit converts a plurality of parallel light beams from the mirror unit into a plurality of parallel light beams parallel to each other.
It is characterized by that.
本発明によると、収差の影響をより低減しつつ、光束を細くすることが可能な光源装置を提供することが可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to provide the light source device which can make a light beam thin, reducing the influence of an aberration more.
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の形状それらの相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、構成部品の形状などは、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨で規定されたものではない。 Preferred embodiments of the present invention will be illustratively described below with reference to the drawings. However, the shapes of components described in this embodiment and their relative arrangements should be changed as appropriate according to the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions. In other words, the shape of the component parts and the like are not stipulated to limit the scope of the present invention to the following embodiments.
〔投射型表示装置構成の説明〕
まず、図１を用いて、本発明の実施例で示す光源装置を搭載可能な投射型表示装置１００の構成について説明する。
[Description of Projection Display Device Configuration]
First, the configuration of a
表示装置（投射型表示装置）１００は、光源装置２１と、偏光板２０と、ダイクロイックミラー２２と、位相差板（波長選択性位相差板）２３と、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）１０（１０ａ、１０ｃ）と、を備える。
The display device (projection display device) 100 includes a
さらに、表示装置１００は、１／４λ板２４（赤色用１／４λ板２４ｒ、緑色用１／４λ板２４ｇ、青色用１／４λ板２４ｂ）を備える。
Further, the
さらに、表示装置１００は、光変調素子である液晶パネル（反射型液晶パネル）２５（赤色用液晶パネル２５ｒ、緑色用液晶パネル２５ｇ、青色用液晶パネル２５ｂ）と、を備える。
Further, the
さらに、表示装置１００は、ダイクロイックプリズム２６と、投射レンズ３０と、を備える。すなわち、表示装置１００は、いわゆる反射型液晶プロジェクターである。
Further, the
光源装置２１は、後述の本発明の実施例のいずれか１つに示す光源装置である。
The
偏光板２０は、光源装置２１からの白色光１１（赤色光１１ｒ、緑色光１１ｇ、青色光１１ｂ）のうち、ｓ偏光光１２（赤色ｓ偏光光１２ｒ、緑色ｓ偏光光１２ｇ、青色ｓ偏光光１２ｂ）のみを透過するような構成になっている。
The polarizing
ダイクロイックミラー２２は、緑色の波長帯域の光を透過し、赤色及び青色の波長帯域の光を透過するような反射率特性を持つ構成になっている。
The
位相差板２３は、青色の波長帯域の偏光光については、偏光方向を変換せずに透過させる。一方、赤色の波長帯域の偏光光については、偏光方向を９０度変換するように構成されている。
The
ＰＢＳ１０は、ｓ偏光光を反射し、ｐ偏光光を透過するような構成である。 The PBS 10 is configured to reflect s-polarized light and transmit p-polarized light.
１／４λ板２４は、斜入射光に対して往復でλ／２の位相差を与えることで、斜入射光に対するＰＢＳ１０での検光効果を上げる。 The quarter λ plate 24 gives a phase difference of λ / 2 in a reciprocating manner with respect to the oblique incident light, thereby increasing the analysis effect of the PBS 10 with respect to the oblique incident light.
液晶パネル２５は、液晶パネル２５に入射した光を画像信号に応じて偏光方向を変換する。さらに、液晶パネル２５は、液晶パネル２５によって偏光方向を変換された光である画像光１３（赤画像光１３ｒ、緑画像光１３ｇ、青画像光１３ｂ）を発する。
The liquid crystal panel 25 converts the polarization direction of the light incident on the liquid crystal panel 25 according to the image signal. Further, the liquid crystal panel 25 emits image light 13 (
ダイクロイックプリズム２６は、緑色の波長帯域の光を反射し、赤色及び青色の波長帯域の光を透過するような反射率特性を持つ構成になっている。
The
投射レンズ３０は、ダイクロイックプリズム２６で合成された光をスクリーンなどに導くように構成されている。
The
光源装置２１からの白色光１１が、投射レンズ３０に至るまでを説明する。
A process until the
光源装置２１からの白色光１１のうち、ｓ偏光光のみが偏光板２０を透過し、ダイクロイックミラー２２に導かれる。ｓ偏光光１２のうち、緑色ｓ偏光光１２ｇは反射され、ＰＢＳ１０ａに導かれ、赤色ｓ偏光光１２ｒ及び青色ｓ偏光光１２ｂはダイクロイックミラー２２を透過し、ＰＢＳ１０ｃに導かれる。
Of the
ＰＢＳ１０ａに導かれた緑色ｓ偏光光１２ｇは、ＰＢＳ１０ａによって反射され、緑色用１／４λ板２４ｇに導かれる。緑色ｓ偏光光１２ｇは、緑色用液晶パネル２５ｇによって偏光方向を変換され、反射される。緑色用液晶パネル２５ｇからの光のうち、ｐ偏光光は、緑色画像光１３ｇとして、ダイクロイックプリズム２６に導かれる。
The green s-polarized
ＰＢＳ１０ｃに導かれた赤色ｓ偏光光１２ｒ及び青色ｓ偏光光１２ｂも、前述の緑色ｓ偏光光１２ｇと同様に、赤色画像光１３ｒ及び青色画像光１３ｂとしてダイクロイックプリズム２６に導かれる。
Similarly to the green s-polarized
ダイクロイックプリズム２６に導かれた画像光１３を合成し、投射レンズ３０に、合成された画像光１３を導くことで、カラー画像をスクリーンなどに投射表示することが可能となる。
By synthesizing the image light 13 guided to the
以下、光源装置２１に適用可能な構成について説明する。
Hereinafter, a configuration applicable to the
本発明の実施例で示す光源装置は、光源群１１（光源ユニット）と、コリメータレンズ群（第１レンズユニット）２２と、ミラー群（ミラーユニット）３３と、圧縮レンズ群（第２レンズユニット）５５と、を備える。 The light source device shown in the embodiment of the present invention includes a light source group 11 (light source unit), a collimator lens group (first lens unit) 22, a mirror group (mirror unit) 33, and a compression lens group (second lens unit). 55.
光源群１１は複数の光源１を有し、コリメータレンズ群２２は複数のコリメータレンズ（第１レンズ）２を複数有し、ミラー群３３は複数のミラー３を有する。さらに、圧縮レンズ群５５は複数の圧縮レンズ５（５ａ、５ｂ）を有する。
The
コリメータレンズ群２２は、光源群１１の複数の光源からの複数の光束それぞれを平行光束に変換する複数のコリメータレンズ２（レンズセル）を備える。ここでは、このコリメータレンズ群２２に含まれる複数のレンズセルのそれぞれは、光源群１１が有する複数の光源（発光点、射出口、発光領域の重心等）１から出射する複数の発散光束のそれぞれを平行光束（略平行光束）に変換する。もちろん、完全な平行光束である必要はなく、使用に耐える範囲で若干発散していても収束していても構わない。
The
ミラー群３３は、コリメータレンズ群２２からの複数の平行光束を反射する。
The
圧縮レンズ群５５は、ミラー群３３からの複数の平行光束を受光する。
The
なお、本発明の実施例で示す光源装置の具体的な構成は以下の実施例で述べる。 The specific configuration of the light source device shown in the embodiments of the present invention will be described in the following embodiments.
〔第１実施例〕
図２は、本発明の第１実施例で示す光源装置の構成を説明する図である。
[First embodiment]
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the light source device shown in the first embodiment of the present invention.
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ図面内に図示されている座標軸にあるようにＸＺ断面、ＹＺ断面、ＹＸ断面の図になっている。なお、圧縮レンズ群５５の光軸と平行な方向をＺ軸、コリメータレンズ２の光軸と平行な方向をＹ軸、Ｚ軸及びＹ軸と直交する軸をＸ軸、と定義した。
2A, 2B, and 2C are XZ cross-section, YZ cross-section, and YX cross-section as shown in the coordinate axes shown in the drawings. A direction parallel to the optical axis of the
本実施例において、コリメータレンズ２の光軸と平行な断面をＸＹ断面（第１断面）としている。また、ＸＹ断面に直交し、光源１からの光束の放射角がＸＹ断面における光源１からの光束の放射角よりも小さい断面をＹＺ断面（第２断面）としている。言い換えれば、光源１からの光束の放射角の大きい方の断面をＸＹ断面、光源１からの光束の放射角の小さい方の断面をＹＺ断面としている。そして、ＸＹ断面及びＹＺ断面と直交する断面をＸＺ断面（第３断面）としている。
In this embodiment, a cross section parallel to the optical axis of the
光源群１１は合計１６個の光源１が行列をなすように配置されている。光源１は、光源１からの光をＹＺ断面に投影した際の放射角θ／／よりも、光源１からの光をＸＹ断面に投影した際の放射角θ⊥の方が大きいように構成されている。すなわち、光源１からの光がＸＺ断面に照射してできた面は楕円形状となっている。
The
コリメータレンズ群２２は、光源１と同じ個数である合計１６個のコリメータレンズ２で構成されている。コリメータレンズ２は、光源１からの光束を平行光束に変換し、ミラー３に導くように構成されている。
The
コリメータレンズ２は、図２（ａ）及び（ｃ）に示すように、ＸＺ断面において、光源１に対して偏心している。偏心とは、ＸＺ断面において、投影領域１ＸＺ（光源投影領域）と投影領域２ＸＺ（レンズ投影領域）との重心の座標が一致していないことを示す。ここで、投影領域１ＸＺは、光源１の発光領域を、コリメータレンズ２の光軸と直交する断面でもあるＸＺ断面に垂直に投影した投影領域である。一方、投影領域２ＸＺは、コリメータレンズ２をＸＺ断面に垂直に投影した投影領域である。
As shown in FIGS. 2A and 2C, the
ここで、光源１の発光領域とは、本実施例のように、ＬＤ光源を用いている場合には、ＬＤ光源のダブルヘテロ構造の半導体の活性層のうち、レーザー光が射出するための表面を示す。この場合、投影領域１ＸＺの重心は、活性層をＸＺ断面に垂直に投影してできた領域の重心となる。
Here, when the LD light source is used as in the present embodiment, the light emitting region of the
あるいは、光源１の発光領域は、光源１の中心軸と直交する断面に光源１からの光束を投影した領域であっても良い。この場合、投影領域１ＸＺの重心は、光源１の中心軸と直交する断面に光源１からの光束を投影した領域を、ＸＺ断面に垂直に投影してできた領域の重心となる。
Alternatively, the light emitting region of the
両投影領域の重心の座標を比較し、投影領域１ＸＺと、投影領域２ＸＺとの重心の座標が一致していないことを、偏心とする。なお、本実施例において、コリメータレンズ群２２は、ＸＹ断面及びＹＺ断面のうち、ＸＹ断面においてのみ、コリメータレンズ群２２からの複数の平行光束が、ミラー群３３に近づくにつれて互いの距離を縮めるように構成されている。具体的には、コリメータレンズ２は、光源１に対して、Ｘ軸方向（ＸＺ断面において、圧縮レンズ群５５の光軸と直交する方向）にのみ偏心している。これにより、偏心量をより小さくし、前述のような輝度を損ねるといった機能低下の発生を抑制することが可能となる。ただし、偏心量とは、ＸＺ断面における、投影領域１ＸＺと投影領域２ＸＺとの重心間の距離とする。
The coordinates of the center of gravity of both projection areas are compared, and the fact that the coordinates of the center of gravity of the projection area 1XZ and the projection area 2XZ do not match is determined to be eccentric. In the present embodiment, the
ミラー群３３は、合計４枚のミラー３で構成されている。ミラー３は、コリメータレンズ２からの光を反射し、圧縮レンズ５ａに導くように構成された短冊形状のミラーである。また、ミラー群３３は、ＸＹ断面及びＹＺ断面のうち、ＹＺ断面においてのみ、ミラー群３３からの複数の平行光束が、圧縮レンズ５５に近づくにつれて互いの距離を縮めるように構成されている。具体的には、ＹＺ断面において、複数のミラー３のうち少なくとも一つのミラー３は、それ以外のミラー３と異なる角度になるように配置されている。これにより、ＸＹ断面において、コリメータレンズ群２２からの複数の平行光束は、圧縮レンズ群５５に近づくにつれて互いの距離を縮めることが可能となる。
The
圧縮レンズ群５５は、ミラー群３３に近い方の圧縮レンズ５ａと、遠い方の圧縮レンズ５ｂの合計２枚の圧縮レンズで構成されている。圧縮レンズ群５５は、ミラー群３３からの複数の平行光束を、互いに平行な複数の平行光束に変換する。本実施例において圧縮レンズ群５５は、負の屈折力を有し、ミラー群３３からの光束を、光源群１１からの光束よりも光束径が細い平行光とするように構成されている。なお、本実施例において、圧縮レンズ５ｂからの光の進行方向には、蛍光体（不図示）が配置されている。本実施例における蛍光体は、青色光の一部を青色光と波長が異なる蛍光光に変換し、その蛍光光と、青色光と波長が同じ非変換光と、を射出する。
The
光源１からの光がミラー３に導かれるまでを、図２を用いて説明する。光源１からの光は、コリメータレンズ２に入射し、コリメータレンズ２によって平行光束に変換される。前述のように、コリメータレンズ２は、光源１に対して偏心している。コリメータレンズ２が偏心していない場合には、光源１とコリメータレンズ２の光軸が一致し、コリメータレンズ２からの光はコリメータレンズ２の光軸と平行な方向に進む。一方、コリメータレンズ２が偏心している場合には、コリメータレンズ群２２からの複数の平行光束は、図２（ｃ）に示すように、ミラー群３３に近づくにつれて互いの距離を縮める。言い換えれば、コリメータレンズ群２２からの複数の平行光束は、コリメータレンズ群２２の中心軸に近づくように、ミラー群３３に導かれる。このように、コリメータレンズ２が、光源１に対して偏心していることで、光束をより細くし、輝度をより高くすることが可能になる。
The process until the light from the
次に、ミラー群３３からの光が圧縮レンズ群５５に導かれ、圧縮レンズ群５５からの光が蛍光体に至るまでを説明する。前述のように、ＹＺ断面において、ミラー群３３のうち少なくとも一つのミラー３は、その他と異なる角度になるように配置されている。このように配置することで、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ミラー３からの光を、圧縮レンズ群５５が無い場合に、集光点４に集光させることが可能になる。ここで、集光点４は、もちろん厳密に面積を全く持たない点である必要はない。集光点４は、ミラー群３３からの複数の光束それぞれの光束径と同じ径を持つ円状の領域であっても良い。さらに、集光点４は、使用に耐えうる範囲で、集光点４の径が、ミラー群３３からの複数の光束それぞれの光束径よりも大きくなっても良い。
Next, a description will be given of the process from when the light from the
本実施例と異なり、ミラー３が、ＹＺ断面において、全て同じ角度で配置され、ミラー群３３からの光が平行光として、圧縮レンズ５ａに入射した場合を考える。
Unlike the present embodiment, consider a case where the
ミラー群３３からの光が平行光の場合、図４に示すように、圧縮レンズ５ａは屈折角θ２分だけミラー群３３からの光を光軸に近づく方向に屈折させる必要がある。一方、本実施例のように、ミラー群３３からの光が、圧縮レンズ群５５が無い場合に、１点（集光点４）に集光する場合を考える。この場合には、屈折角θ２よりも角度が小さい屈折角θ１分だけミラー群３３からの光を光軸に近づく方向に屈折させれば良い。
When the light from the
屈折角を大きくするためには、レンズの屈折力を強くする必要がある。レンズの屈折力は、焦点距離の逆数に等しく、例えば、レンズがより厚いと焦点距離はより小さくなる。従って、レンズの屈折力を強くし、屈折角を大きくするためには、レンズをより厚くすることが考えられる。しかし、レンズを厚くすると、光源装置及び光源装置を搭載する投射型表示装置が大型化してしまうおそれがある。 In order to increase the refraction angle, it is necessary to increase the refractive power of the lens. The refractive power of the lens is equal to the reciprocal of the focal length. For example, the thicker the lens, the smaller the focal length. Therefore, in order to increase the refractive power of the lens and increase the refraction angle, it is conceivable to make the lens thicker. However, if the lens is made thick, the light source device and the projection display device on which the light source device is mounted may be increased in size.
そこで、本実施例においては、ミラー群３３からの光を、圧縮レンズ群５５が無い場合に、集光点４に集光させることで、屈折角及びレンズの屈折力をより小さくし、レンズをより薄くすることが可能となる。これにより、ミラー３が、ＹＺ断面において、全て同じ角度である場合に比べて、光源装置及び光源装置を搭載する投射型表示装置をより小型にすることができる。
Therefore, in this embodiment, the light from the
ミラー群３３からの光は、前述のように正の屈折力を持つ圧縮レンズ５ａに入射し、圧縮レンズ群５５の光軸に近づくように屈折し、圧縮レンズ５ａから圧縮レンズ５ｂに向かう。圧縮レンズ５ａからの光は、圧縮レンズ５ｂによって平行光束に変換され、圧縮レンズ５ｂからの光の進行方向にある蛍光体に至る。
The light from the
このように、本実施例においては、コリメータレンズ２の偏心のみで光束を細くするのではなく、ミラー３によっても光束を細くすることが可能である。このため、コリメータレンズ２の偏心のみで光束を細くする構成と比較して、本実施例の方が、偏心量をより小さくすることが可能である。具体的には、本実施例においては、偏心方向がＸ方向の１方向に限定されているため、偏心量を小さくすることができる。前述のように、偏心量が大きいと、コリメータレンズからの光の平行度が低下してしまう。平行度が低下すると、光が集光しにくくなり、輝度を損ねる恐れがある。これに対して、本実施例においては、前述のように、偏心量を小さくすることが可能なため、光が集光しにくくなることを抑制し、光束をより細くすることが可能である。
As described above, in this embodiment, the light beam can be thinned not only by the eccentricity of the
また、本実施例においては、断面によって光束を細くする構成が異なっている。前述のように、光源１は、光源１からの光をＹＺ断面に投影した放射角θ／／よりも、光源１からの光をＸＹ断面に投影した放射角θ⊥の方が大きいように構成されている。本実施例においては、放射角の大きい方の断面であるＸＹ断面においては、コリメータレンズ２の偏心によって、光束を細くしている。一方、放射角の小さい方の断面であるＹＺ断面においては、ミラー３の反射によって、光束を細くしている。
In the present embodiment, the configuration for narrowing the luminous flux differs depending on the cross section. As described above, the
仮に、本実施例とは逆に、放射角の大きい方の断面であるＸＹ断面において、ミラー３の反射によって、光束を細くすることを考える。この場合、ＸＹ断面においては、光源１からの光の放射角に合わせて、コリメータレンズ２からの光の光束径が、本実施例と比較して大きくなる。ミラー３の反射面の面積は、コリメータレンズ２からの光束の光束径に合わせて調節する必要がある。したがって、コリメータレンズ２からの光束の光束径が大きくなれば、ミラー３の反射面の面積を大きくする必要がある。ミラー３の反射面の面積が大きくなると、光源装置が大型になってしまい、光源装置を搭載する投射型表示装置も大型になってしまう。
Contrary to the present embodiment, let us consider that the light flux is made narrower by the reflection of the
すなわち、本実施例に示す構成によって、光源装置及び投射型表示装置の大型化を抑制し、より小型な光源装置及び投射型表示装置を提供することが可能になる。 That is, with the configuration shown in this embodiment, it is possible to suppress the increase in size of the light source device and the projection display device and to provide a smaller light source device and projection display device.
また、前述のように、光源１は行列をなすように配置されているが、光源１同士の間隔が、断面によって異なるように、光源１が配置されていても良い。具体的には、光源１は、ＸＹ断面における間隔よりも、ＹＺ断面における間隔の方が大きくなるように配置されている。その理由として、本実施例における光源１であるＬＤ光源は、温度が上昇すると発光効率が低下する性質を持つ。従って、発光効率の低下の抑制のみを考えると、光源１同士の間隔は可能な限り広いことが望ましい。しかし、光源１同士の間隔を広げることにより、光源装置及び光源装置を搭載する投射型表示装置が大型になってしまう。すなわち、装置の小型化のみを考えると、光源１同士の間隔は可能な限り狭いことが望ましい。
Further, as described above, the
一方、光源１同士の間隔を広げた場合に、光源１からの光の光束をより細くしようとすると、より強い集光作用が必要となる。本実施例において、ＹＺ断面ではミラー３によってミラー３からの光を集光させている。一方、ＸＹ断面ではコリメータレンズ２が光源１に対して偏心することで、光源１からの光を集光させている。ミラー３によってミラー３からの光を、圧縮レンズ群５５の光軸により近づくように射出するためには、ミラー３の角度や配置を調整することが考えられる。一方、コリメータレンズ２の偏心によって、光源１からの光を、コリメータレンズ２の光軸により近づくように射出するためには、偏心量を大きくすることが考えられる。しかし、前述のように、偏心量は、その大きさによっては、輝度を損ねるといった機能低下の一因となるおそれがあった。すなわち、機能低下を抑制するためには、ミラー３の角度や配置を調整することの方が望ましい。そこで、本実施例においては、光源１同士は、ミラー３の角度や配置を調整しているＹＺ断面における間隔の方が、ＸＹ断面における間隔よりも大きくなるように配置されている。
On the other hand, when the interval between the
また、図１（ｃ）に示すように、少なくとも一対の光源１とコリメータレンズ２とのＹ軸方向（コリメータレンズ２の光軸と平行な方向）の間隔が、その他と異なるように、コリメータレンズ２と光源１のＹ軸方向の間隔を個別に調整しても良い。光源群１１のうち外周部にある光源１からの光は、圧縮レンズ５ｂの有効径周辺部に入射する。圧縮レンズ５ｂの有効径外周部に入射する光は圧縮レンズ５ｂの曲面形状によって、圧縮レンズ５ｂの中心に入射する光よりも、圧縮レンズ５ｂの光軸に近づくように射出されてしまう。圧縮レンズ５ｂの有効径外周部に入射する光は、圧縮レンズ５ｂの中心に入射する光よりも、圧縮レンズ５ｂに近い位置に集光してしまい、像面湾曲が生じるおそれがある。このため、本実施例においては、コリメータレンズ２と光源１のＹ軸方向の間隔は、光源群１１の中心部よりも外周部において小さくなるように、光源１を配置している。
Further, as shown in FIG. 1C, the collimator lens is set so that the distance between at least the pair of
このように光源１を配置することで、圧縮レンズ５ｂの有効径外周部に入射する光の集光する位置を圧縮レンズ５ｂから遠ざけ、像面湾曲を改善することが可能となる。像面湾曲の改善は、コリメータレンズ群２２のうち外周部にあるコリメータレンズ２は、中心部にあるコリメータレンズ２よりも、焦点距離が長くなるようにすることでも実現可能である。
By arranging the
さらに、外周部にあるコリメータレンズ２の偏心量を個別に調整することでも、像面湾曲を改善可能である。前述のように、圧縮レンズ５ｂの有効径外周部に入射する光によって、像面湾曲が生じるおそれがある。さらに前述のように、偏心量を大きくしていくと、コリメータレンズからの光の平行度が低下する。そこで、コリメータレンズ群２２のうち、外周部にコリメータレンズ２の偏心量を少し小さくする。このように偏心量を調整することで、圧縮レンズ５ｂの有効径外周部に入射する光が、圧縮レンズ５ｂの光軸に近づくように射出されることを抑制し、像面湾曲を改善することが可能となる。
Further, the field curvature can be improved by individually adjusting the amount of eccentricity of the
また、図２（ａ）に示すように、偏心量が、光源群１１の中心部よりも外周部の方が大きいように調整しても良い。このように調整することで、ＸＹ断面において、コリメータレンズ群２２からの複数の平行光束をより、ミラー群３３に近づくにつれて互いの距離をより縮めることが可能となる。
Further, as shown in FIG. 2A, the amount of eccentricity may be adjusted so that the outer peripheral portion is larger than the central portion of the
〔第２実施例〕
図５は、本発明の第２実施例で示す光源装置の構成を説明する図である。本実施例と、前述の第１実施例との違いは、光源１の光軸とコリメータレンズ２の光軸との位置関係、ミラー３の配置及び角度である。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the light source device shown in the second embodiment of the present invention. The difference between the present embodiment and the first embodiment described above is the positional relationship between the optical axis of the
前述の第１実施例に示す構成は、ＸＹ断面において、光源１とコリメータレンズ２の光軸をずらすことで、光源群１１からの光を集光させている。一方、本実施例においては、図５（ａ）に示すように、光源１の光軸とコリメータレンズ２の光軸は一致している。本実施例は、前述の第１実施例のように光軸をずらす代わりに、図５（ａ）に示すように、光源１及びコリメータレンズ２の光軸を傾けることで、光源群１１からの光を集光させている。
In the configuration shown in the first embodiment, light from the
また、図５（ｂ）に示すように、本実施例においては、ＹＺ断面においても、光源１及びコリメータレンズ２の光軸を傾けている。さらに、本実施例においては、ミラー群３３を構成する複数のミラー３は、ＹＺ断面においてミラー３と圧縮レンズ群５５の光軸のなす角度が全て４５度になるように配置されている。すなわち、本実施例においては、前述の第１実施例と異なり、ミラー３の角度ではなく、位置を調整することで、ミラー群３３からの光が一点に集光することを可能にしている。
Further, as shown in FIG. 5B, in this embodiment, the optical axes of the
〔他の実施形態〕
前述した実施例では、本発明の実施例で示す光源装置を搭載可能な画像表示装置の構成として、反射型液晶プロジェクターの構成を例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。画像表示装置であれば、例えば、透過型液晶パネルを用いたプロジェクターやテレビなどであっても良い。
[Other Embodiments]
In the above-described embodiments, the configuration of the reflection type liquid crystal projector is exemplified as the configuration of the image display apparatus in which the light source device shown in the embodiments of the present invention can be mounted. However, the present invention is not limited to this. As long as it is an image display device, for example, a projector or a television using a transmissive liquid crystal panel may be used.
また、前述した実施例では、光源としてＬＤを用いる構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。投射型表示装置の光源として用いることができるものであれば、例えば、ＬＥＤなどであっても良い。 In the above-described embodiment, the configuration using the LD as the light source is exemplified, but the present invention is not limited to this. Any LED may be used as long as it can be used as a light source of a projection display device.
また、前述した実施例では、合計１６個の光源を備える構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。光源の個数は、例えば、投射型表示装置及び光源のサイズなどに応じて適宜変更しても良い。また、合計１６個の光源から構成される光源群ではない構成であっても良い。すなわち、光源ユニットが光源群ではなく、１つの光源であるような構成であっても良い。具体的には、例えば、１つの光源からの光を反射率特性の異なるミラーによって分割する構成などであっても良い。光源ユニットが１つの光源であるような構成の場合には、コリメータレンズは１枚であっても良い。すなわち、コリメータレンズユニットはコリメータレンズ群ではなく、１枚のコリメータレンズであっても良い。 In the above-described embodiment, the configuration including a total of 16 light sources is illustrated, but the present invention is not limited to this. The number of light sources may be appropriately changed according to, for example, the projection display device and the size of the light source. Moreover, the structure which is not a light source group comprised from a total of 16 light sources may be sufficient. That is, the light source unit may be a single light source instead of the light source group. Specifically, for example, a configuration in which light from one light source is divided by mirrors having different reflectance characteristics may be used. When the light source unit is configured as one light source, the number of collimator lenses may be one. That is, the collimator lens unit may be a single collimator lens instead of the collimator lens group.
また、前述した実施例では、合計１６個の光源同士の間隔が、断面によって異なる構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。光源同士の間隔は、光源装置を搭載する投射型表示装置の大きさや、光源の耐熱性などに合わせて適宜変更しても良い。そして、適宜変更の結果、光源同士の間隔が、断面によらず一定になっても良い。 Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the distance between the 16 light sources in total differs depending on the cross section, but the present invention is not limited to this. The interval between the light sources may be changed as appropriate in accordance with the size of the projection display device on which the light source device is mounted, the heat resistance of the light source, and the like. As a result of appropriate changes, the distance between the light sources may be constant regardless of the cross section.
また、前述した実施例では、合計４枚のミラーを備える構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。ミラーの枚数は、例えば、光源の個数などに応じて適宜変更しても良い。 In the above-described embodiment, the configuration including a total of four mirrors is illustrated, but the present invention is not limited to this. The number of mirrors may be appropriately changed according to the number of light sources, for example.
また、前述した実施例では、短冊形状のミラーを備える構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。ミラーの形状は、光束をより細くし、より輝度を高くすることが可能な構成であれば、例えば、光源の個数と同じ枚数の正方形状のレンズや、凹面形状のミラーなどであっても良い。 In the above-described embodiment, the configuration including the strip-shaped mirror is illustrated, but the present invention is not limited to this. The shape of the mirror may be, for example, a square lens having the same number as the number of light sources, a concave mirror, or the like as long as the light beam can be made thinner and the luminance can be increased. .
また、前述した実施例では、負の屈折力を持つ圧縮レンズ群として、２枚のレンズからなる圧縮レンズ群の構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。圧縮レンズ群全体として負の屈折力を持つような構成であれば、１枚あるいは３枚以上の枚数のレンズを備える構成であっても良い。すなわち、圧縮レンズが１枚の場合には、圧縮レンズ群は１枚の圧縮レンズを示す。また、正の屈折力を持つ圧縮レンズ群であっても良い。正の屈折力を持つ圧縮レンズユニットの場合には、ミラーと圧縮レンズ群の間に、ミラーからの光が集光する点がある構成であっても良い。 In the above-described embodiments, the configuration of the compression lens group including two lenses is exemplified as the compression lens group having negative refractive power, but the present invention is not limited to this. As long as the entire compression lens group has a negative refractive power, it may have a configuration including one lens or three or more lenses. That is, when there is one compression lens, the compression lens group shows one compression lens. Further, it may be a compression lens group having a positive refractive power. In the case of a compression lens unit having a positive refractive power, there may be a configuration in which the light from the mirror is condensed between the mirror and the compression lens group.
また、前述した実施例では、光源からの光が照明光学系に導かれる構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、光源からの光がダイクロイックミラー、偏光ビームスプリッター、蛍光体、フライアイレンズなどを含む照明光学系、投射光学系などに導かれる構成であっても良い。 In the above-described embodiment, the configuration in which the light from the light source is guided to the illumination optical system is illustrated, but the present invention is not limited to this. For example, a configuration in which light from a light source is guided to an illumination optical system including a dichroic mirror, a polarizing beam splitter, a phosphor, a fly-eye lens, a projection optical system, or the like may be used.
また、前述した実施例では、コリメータレンズが光源に対して偏心している方向が、１方向のみである構成を例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。偏心の方向は、例えば、許容される収差の大きさなどによって、２方向であっても良い。 In the above-described embodiments, the configuration in which the collimator lens is decentered with respect to the light source is exemplified by only one direction. However, the present invention is not limited to this. The direction of decentration may be two directions depending on, for example, the size of the allowable aberration.
また、前述した実施例では、焦点距離の異なるコリメータレンズを用いたが、焦点距離を異ならせるためには、例えば、レンズの肉厚、曲率半径、屈折率などを調整しても良い。 In the above-described embodiments, collimator lenses having different focal lengths are used. However, in order to make the focal lengths different, for example, the lens thickness, the radius of curvature, and the refractive index may be adjusted.
１ 光源
１１ 光源群（光源ユニット）
２ コリメータレンズ（レンズセル）
２２ コリメータレンズ群（第１レンズユニット）
３３ ミラー群（ミラーユニット）
５５ 圧縮レンズ群（第２レンズユニット）
1
2 Collimator lens (lens cell)
22 Collimator lens group (first lens unit)
33 Mirror group (mirror unit)
55 Compression lens group (second lens unit)
Claims (12)
前記第１レンズユニットからの複数の平行光束を反射するミラーユニットと、
前記ミラーユニットからの複数の平行光束を受光する第２レンズユニットと、
を備える光源装置であって、
前記レンズセルの光軸と平行な断面を第１断面、
前記第１断面に直交し、前記光源からの光束の放射角が前記第１断面における前記放射角よりも小さい断面を第２断面としたとき、
前記第１断面において、前記第１レンズユニットからの複数の平行光束は、前記ミラーユニットに近づくにつれて互いの距離を縮めており、
前記第２断面において、前記ミラーユニットからの複数の平行光束は、前記第２レンズユニットに近づくにつれて互いの距離を縮めており、
前記第２レンズユニットは、前記ミラーユニットからの複数の平行光束を、互いに平行な複数の平行光束に変換する、
ことを特徴とする光源装置。 A first lens unit comprising a plurality of lens cells for converting each of a plurality of light beams from a plurality of light sources of the light source unit into a parallel light beam;
A mirror unit that reflects a plurality of parallel light beams from the first lens unit;
A second lens unit that receives a plurality of parallel light beams from the mirror unit;
A light source device comprising:
A cross section parallel to the optical axis of the lens cell is a first cross section,
When a cross section orthogonal to the first cross section and having a radiation angle of a light beam from the light source smaller than the radiation angle in the first cross section is a second cross section,
In the first cross section, the plurality of parallel light beams from the first lens unit reduce the distance from each other as they approach the mirror unit.
In the second cross section, the plurality of parallel light beams from the mirror unit reduce the distance from each other as they approach the second lens unit,
The second lens unit converts a plurality of parallel light beams from the mirror unit into a plurality of parallel light beams parallel to each other.
A light source device characterized by that.
前記第１レンズを前記第３断面に垂直に投影した領域をレンズ投影領域、
前記光源の発光領域を前記第３断面に垂直に投影した領域を光源投影領域としたとき、
前記第３断面において、前記レンズ投影領域の重心は、前記光源投影領域の重心から偏心していることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。 A cross section perpendicular to the first cross section and the second cross section is a third cross section;
An area obtained by projecting the first lens perpendicularly to the third cross section is a lens projection area,
When an area obtained by projecting the light emitting area of the light source perpendicularly to the third cross section is a light source projection area,
2. The light source device according to claim 1, wherein the center of gravity of the lens projection region is decentered from the center of gravity of the light source projection region in the third cross section.
前記偏心量は、前記光源ユニットの中心部よりも外周部の方が大きいことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。 In the third cross section, when the distance between the center of gravity of the lens projection area and the center of gravity of the light source projection area is an eccentric amount,
The light source device according to claim 2, wherein the amount of eccentricity is greater in an outer peripheral portion than in a central portion of the light source unit.
前記複数のミラーのうち、少なくとも１つは、前記第２断面において、その他と角度が異なるように設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光源装置。 The mirror unit has a plurality of mirrors,
8. The light source device according to claim 1, wherein at least one of the plurality of mirrors is provided so as to have an angle different from the others in the second cross section. 9.
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光源装置からの光束を前記光変調素子に導く照明光学系と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。 A light modulation element;
An illumination optical system for guiding a light beam from the light source device according to any one of claims 1 to 11 to the light modulation element;
An image display device comprising:
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|---|---|---|---|---|
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