JP2021120757A - Light source device and projection type display device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、小型のライトバルブ上に形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関する。 The present disclosure relates to a projection type display device that irradiates an image formed on a small light bulb with illumination light and magnifies and projects it on a screen by a projection lens.
ミラー偏向型のデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)や液晶パネルのライトバルブを用いた投写型表示装置の光源として、長寿命である半導体レーザーや発光ダイオードの固体光源を用いた光源装置が多数開示されている。その中で、特許文献1には、固体光源から出射する光の偏光特性を利用して、固体光源からの光を小型で、効率よく集光する光源装置が開示されている。
また、特許文献2には、固定光源からの光の偏光の方位を変換し、ダイクロイックミラーへ入射するP偏光成分とS偏光成分を一定比率に制御する1/2波長板を用いた小型で高効率な光源装置が開示されている。
As a light source of a projection type display device using a mirror deflection type digital micromirror device (DMD) or a light valve of a liquid crystal panel, a large number of light source devices using a long-life semiconductor laser or a solid-state light source of a light emitting diode have been disclosed. There is. Among them,
Further,
本開示は、固体光源から出射する光の偏光特性を利用し、耐久性に優れて低コストの位相差板を用いた光源装置と、その光源装置を用いた投写型表示装置を提供する。 The present disclosure provides a light source device using a retardation plate having excellent durability and low cost by utilizing the polarization characteristics of light emitted from a solid-state light source, and a projection type display device using the light source device.
固体光源と、固体光源からの光の偏光の方位を変換する第1位相差板と、第1位相差板からの光を偏光分離するダイクロイックミラーと、を備え、第1位相差板は、固体光源とダイクロイックミラーの間で、集光光または発散光が入射する位置に配置される。ロイックミラーの間で、集光光または発散光が入射する位置に配置される。 It includes a solid light source, a first retardation plate that converts the direction of polarization of light from the solid light source, and a dichroic mirror that polarized and separates the light from the first retardation plate. The first retardation plate is solid. It is placed between the light source and the dichroic mirror at a position where the focused or divergent light is incident. It is placed between the Loic mirrors at a position where the focused or divergent light is incident.
本開示によれば、光が集光する位置に位相差板を配置構成することにより、小型で安価な光源装置が構成できるため、長寿命で明るく、低コストの投写型表示装置が実現できる。 According to the present disclosure, by arranging the retardation plate at a position where light is collected, a compact and inexpensive light source device can be configured, so that a long-life, bright, and low-cost projection display device can be realized.
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
(実施の形態1)
図1は本開示の実施の形態1にかかる光源装置の構成図である。実施の形態1の光源装置40は、固体光源である半導体レーザー21、放熱板22、集光レンズ23、ヒートシンク24、レンズ26、レンズ27、第1拡散板28、ダイクロイックミラー29、第1集光素子であるコンデンサレンズ30、31、反射膜と蛍光体層32を形成したアルミニウム基板33とモーター34から構成される蛍光板35、第2集光素子であるコンデンサレンズ36、第2拡散板37、位相差板である1/4波長板38、及び反射板39から構成される。図1中には固体光源からの出射する各光束25の様相と、ダイクロイックミラー29へ入射および出射する光の偏光方向を示している。
24個(6×4)を正方配置した半導体レーザー21と集光レンズ23を放熱板上に一定の間隔で2次元上に配置している。ヒートシンク24は半導体レーザー21を冷却するためのものである。半導体レーザー21は、447nmから462nmの波長幅で青の色光を発光し、直線偏光の光を出射する。半導体レーザー21から出射する偏光はダイクロイックミラー29の入射面に対してP偏光となるように、各半導体レーザーを配置している。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed explanations of already well-known matters and duplicate explanations for substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid unnecessary redundancy of the following description and to facilitate the understanding of those skilled in the art.
It should be noted that the accompanying drawings and the following description are provided for those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and are not intended to limit the subject matter described in the claims.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a light source device according to a first embodiment of the present disclosure. The
The
複数の半導体レーザー21を出射した光は対応する集光レンズ23により、それぞれ集光され平行な光束25に変換される。光束25群は凸面のレンズ26と凹面のレンズ27により、さらに小径化され、第1拡散板28に入射する。第1拡散板28はガラス製で表面の微細な凹凸形状で光を拡散する。拡散光の最大強度の50%となる半値角度幅である拡散角度は略3度と小さく、偏光特性を保持する。第1拡散板28を出射した光はダイクロイックミラー29に入射する。
図2に、ダイクロイックミラーの分光特性を示す。分光特性は波長に対する透過率を示している。ダイクロイックミラーの分光特性は、波長447〜462nmの半導体レーザー光のP偏光を一定の比率で透過(平均18%)、反射(平均82%)し、S偏光を95%以上の高い反射率で反射させる特性である。さらに、緑および赤の色光のP偏光、S偏光はそれぞれ96%以上の高い透過率で透過する特性である。
The light emitted from the plurality of
FIG. 2 shows the spectral characteristics of the dichroic mirror. The spectral characteristics indicate the transmittance with respect to the wavelength. The spectral characteristics of the dichroic mirror are that P-polarized light of semiconductor laser light with a wavelength of 447 to 462 nm is transmitted (18% on average) and reflected (82% on average) at a constant ratio, and S-polarized light is reflected at a high reflectance of 95% or more. It is a characteristic to make it. Further, the P-polarized light and the S-polarized light of green and red colored light each have a characteristic of transmitting with a high transmittance of 96% or more.
ダイクロイックミラー29で反射した82%のP偏光の青色光はコンデンサレンズ30、31により集光され、光強度がピーク強度に対して13.5%となる直径をスポット径と定義すると、スポット径が1.5mm〜2.5mmのスポット光に重畳され、蛍光板35に入射する。第1拡散板28はそのスポット光の径が所望の径となるよう光を拡散させている。
The 82% P-polarized blue light reflected by the
蛍光板35は反射膜と蛍光体層32を形成したアルミニウム基板33と中央部にモーター34を備えた回転制御可能な円形基板である。蛍光板35の反射膜は可視光を反射する金属膜もしくは誘電体膜であり、アルミニウム基板上に形成される。さらに反射膜上には蛍光体層32が形成される。蛍光体層32には青色光により励起され、緑、赤成分を含んだ黄色光を発光するCe付活YAG系黄色蛍光体を形成している。この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組織はY3Al5O12である。蛍光体層32は円環状に形成している。スポット光で励起された蛍光体層32は緑、赤成分の光を含む黄色光を発光する。蛍光板35はアルミニウム基板であり、かつ回転させることにより、励起光による蛍光体層32の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。
The
蛍光体層32に入射した光は、緑、赤成分の色光を蛍光発光し、蛍光板35を出射する。また、反射膜側に発光する光は反射膜で反射し、蛍光板35を出射する。蛍光板35から出射した緑および赤の色光は、自然光(無偏光光)となり、再びコンデンサレンズ30、31で集光され、略平行光に変換された後、ダイクロイックミラー29を透過する。
The light incident on the
一方、ダイクロイックミラー29を透過する18%のP偏光の青色光は、第2集光素子であるコンデンサレンズ36に入射して、集光され集光光となる。コンデンサレンズ36の焦点距離は集光角度が40度以下となるようにし、反射板39の近傍に集光スポットを形成する。コンデンサレンズ36で集光された集光光は第2拡散板37に入射する。第2拡散板37は入射する光を拡散させて、光強度分布を均一化するとともに、レーザー光のスペックルを解消する。第2拡散板37は薄板のガラス表面に微細な凹凸形状で拡散面を形成したものである。第2拡散板37は拡散面への1回の透過光で略4度の拡散角度を有し、偏光特性を維持するものである。第2拡散板37を透過した光は位相差板である1/4波長板38に入射する。1/4波長板38は半導体レーザー21の発光中心波長近傍で位相差が1/4波長となる位相差板である。
On the other hand, the 18% P-polarized blue light transmitted through the
1/4波長板38は、図1中のP偏光方向を0度とした場合に、光学軸を45度で配置している。1/4波長板38は、誘電体材料の斜め蒸着による複屈折を利用した薄膜位相差板(特開2012−242449公報参照)である。薄膜位相差板は無機材料で構成され、水晶などの無機光学結晶と同様に耐久性、信頼性に優れる。また、薄膜波長板は光の波長よりも十分に薄い膜厚で積層形成されているため、斜め蒸着層全体でひとつの光学軸をもつ位相差板となる。このため、入射角に対する位相差の変化が水晶などの無機光学結晶の位相差板よりも、非常に小さい。
The
図3に、薄膜位相差板(実線)と水晶位相差板(破線)での偏光透過率の角度依存性の一例を示す。位相差板に直線偏光を入射し、円偏光に変換された後の一方の直線偏光成分の透過率を偏光透過率とし、入射角に対しての偏光透過率を示したものである。入射角が0度の場合の偏光透過率を1.0として規格化している。薄膜位相差板は入射角が±30度での偏光透過率は6%の低下に対して、水晶位相差板は入射角±5度で偏光透過率は12%低下する。薄膜位相差板は入射角依存が非常に小さい位相差板であるため、集光光または発散光が入射する位置に配置しても、入射する直線偏光を高い効率で円偏光に変換できる。また、集光光または発散光が入射する位置に配置するため、1/4波長板38のサイズは、従来の平行光が入射する位置に配置した場合に比べて、1/2以下のサイズに小型化でき、1/4波長板は大幅に低コスト化できる。
FIG. 3 shows an example of the angle dependence of the polarization transmittance between the thin film retardation plate (solid line) and the crystal retardation plate (broken line). Linearly polarized light is incident on the retardation plate, and the transmittance of one linearly polarized light component after being converted into circularly polarized light is defined as the polarization transmittance, and the polarization transmittance with respect to the incident angle is shown. The polarization transmittance when the incident angle is 0 degrees is standardized as 1.0. The thin film retardation plate has a polarization transmittance reduced by 6% at an incident angle of ± 30 degrees, whereas the crystal retardation plate has a polarization transmittance reduction of 12% at an incident angle of ± 5 degrees. Since the thin film retardation plate is a retardation plate having a very small dependence on the angle of incidence, even if it is arranged at a position where condensed light or divergent light is incident, the incident linearly polarized light can be converted into circularly polarized light with high efficiency. Further, since the size of the 1/4
1/4波長板38を透過して円偏光に変換された光は、アルミニウムや誘電体多層膜などの反射膜を形成した反射板39で位相が反転され、逆回りの円偏光で発散光となり、1/4波長板38を透過してS偏光に変換される。さらに、1/4波長板38と反射板39との間には、偏光を乱す部材を配置しないため、高効率でP偏光からS偏光に変換できる。
The light transmitted through the 1/4
1/4波長板38で変換されたS偏光は、再び、第2拡散板37で拡散された後、コンデンサレンズ36で平行光に変換され、ダイクロイックミラー29で反射する。
The S-polarized light converted by the 1/4
このようにして、蛍光板35からの蛍光光と、効率よく偏光変換された青色光とが、ダイクロイックミラー29で合成され、白色光として出射される。蛍光発光の緑、赤成分を含む黄色光と半導体レーザー21の青色光により、良好なホワイトバランスの発光特性を得ることができる。この発光スペクトル特性は、投写型表示装置の光学系で青、緑、赤の3原色光に分離しても、所望の色度座標の単色光を得ることができる。
In this way, the fluorescent light from the
1/4波長板には薄膜位相差板を用いて説明したが、光の波長と同等以下の微細周期構造で生じる複屈折を利用した微細構造性位相差板を用いてもよい。微細構造性位相差板は、光の波長と同等以下の微細構造のため、図3に示す薄膜位相差板と同様に、偏光透過率の入射角度依存特性が小さく、集光光が入射する位置に配置できる。 Although a thin film retardation plate has been used for the 1/4 wave plate, a microstructured retardation plate using birefringence generated in a microperiodic structure equal to or less than the wavelength of light may be used. Since the fine structure retardation plate has a fine structure equal to or less than the wavelength of light, the incident angle-dependent characteristic of the polarization transmittance is small like the thin film retardation plate shown in FIG. 3, and the position where the focused light is incident. Can be placed in.
以上のように、本開示の光源装置は、複数の半導体レーザーからの光をダイクロイックミラーにより分離し、分離した一方の光で励起発光する緑、赤の色光と、集光光が入射する位置に配置された小型の位相差板により偏光変換されたもう一方の光である青色光とを、効率よく集光、合成して白色光を得るため、小型、高効率で安価な光源装置が構成できる。
(実施の形態2)
図4は本開示の実施の形態2にかかる光源装置の構成図である。
As described above, in the light source device of the present disclosure, the light from a plurality of semiconductor lasers is separated by a dichroic mirror, and the green and red colored lights that are excited and emitted by one of the separated lights and the condensed light are incident at a position where they are incident. Since blue light, which is the other light polarized by the arranged small retardation plate, is efficiently collected and combined to obtain white light, a small, highly efficient, and inexpensive light source device can be configured. ..
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a configuration diagram of the light source device according to the second embodiment of the present disclosure.
実施の形態2の光源装置72は、半導体レーザー51、放熱板52、集光レンズ53、ヒートシンク54、コンデンサレンズ56,59、ミラー57、第1位相差板である1/2波長板58、第1拡散板60、ダイクロイックミラー61、第1集光素子であるコンデンサレンズ62、63、蛍光板67、第2集光素子であるコンデンサレンズ68、第2拡散板69、第2位相差板である1/4波長板70、及び反射板71からなる。図中には固体光源からの出射する各光束55の様相と、ダイクロイックミラー61へ入射および出射する光の偏光方向を示している。蛍光板67は、反射膜と蛍光体層64を形成したアルミニウム基板65とモーター66から構成される。
The
本開示の実施の形態1の光源装置40と同様な構成は、半導体レーザー51、放熱板52、集光レンズ53、ヒートシンク54、第1拡散板60、コンデンサレンズ62、63、蛍光板67、コンデンサレンズ68、第2拡散板69、第2位相差板である1/4波長板70、反射板71である。
The same configuration as the
24個(6×4)を正方配置した半導体レーザー51と集光レンズ53を放熱板52上に一定の間隔で2次元上に配置している。ヒートシンク54は半導体レーザー51を冷却するためのものである。半導体レーザー51は、447nmから462nmの波長幅で青の色光を発光し、直線偏光を出射する。図4では半導体レーザー51から出射する偏光は、位相差板を介さない状態で、ダイクロイックミラー61の入射面に対してP偏光となるように、各半導体レーザーを配置している。複数の半導体レーザー51を出射した光は対応する集光レンズ53により、それぞれ集光され平行な光束55に変換される。光束55群は凸面のコンデンサレンズ56で集光され、ミラー57で反射する。反射した集光光は集光後、発散光となり第1位相差板である1/2波長板58に入射する。1/2波長板58への光の入射角は40度以下である。1/2波長板58は半導体レーザー51の発光中心波長近傍で位相差が1/2波長となる位相差板である。1/2波長板58は、図4中のP偏光方向を0度とした場合に、光学軸を32.5度で配置したものである。1/2波長板58は回転方向に調整機構を設けて、その光学軸の配置角度を調整できるようにしている。
The
半導体レーザー51からのP偏光は、1/2波長板58により偏光の方位が65度に変換され、P偏光成分の光強度が18%、S偏光成分の光強度が82%となる。
In the P-polarized light from the
1/2波長板58は、誘電体材料の斜め蒸着による複屈折を利用した薄膜位相差板である。薄膜位相差板は無機材料で構成され、水晶などの無機光学結晶と同様に耐久性、信頼性に優れる。また、薄膜波長板は光の波長よりも十分に薄い膜厚で積層形成されているため、光の入射角に対する位相差の変化が水晶などの無機光学結晶の位相差板よりも、非常に小さい。このため、集光または発散する光が入射する位置に配置した場合であっても、半導体レーザー51からのP偏光の方位を、高効率で、回転変換することができる。また、1/2波長板58を集光光が入射する位置に配置するため、1/2波長板58のサイズは、従来の平行光が入射する位置に配置した場合に比べて、1/2以下に小型化でき、1/2波長板は大幅に低コスト化できる。
The 1/2
1/2波長板58を透過した光は、コンデンサレンズ59で略平行光に変換され、第1拡散板60に入射し、拡散されダイクロイックミラー61に入射する。
The light transmitted through the 1/2
図5に、ダイクロイックミラー61の分光透過率特性を示す。ダイクロイックミラー61は、透過率が50%となる波長がS偏光で465nm、P偏光で442nmという特性で、青色光を透過、反射し、緑、赤成分を含む色光については96%以上で透過する特性である。ダイクロイックミラー61へ入射する光のS偏光成分は反射され、P偏光成分は透過する。1/2波長板58の光学軸を32.5度に配置するため、入射光の偏光の方位が65度となり、S偏光成分とP偏光成分の光強度は、それぞれ82%、18%となる。
FIG. 5 shows the spectral transmittance characteristics of the
ダイクロイックミラー61で反射したS偏光の光はコンデンサレンズ62、63により集光され、光強度がピーク強度に対して13.5%となる直径が1.5mm〜2.5mmのスポット光に重畳され、蛍光板67に入射する。第1拡散板60はそのスポット光の径が所望の径となるよう光を拡散させる。蛍光板67は反射膜と蛍光体層64を形成したアルミニウム基板65と中央部にモーター66を備えた回転制御可能な円形基板である。蛍光板67の反射膜は可視光を反射する金属膜もしくは誘電体膜であり、アルミニウム基板上に形成される。さらに反射膜上には蛍光体層64が形成される。蛍光体層64には青色光により励起され、緑、赤成分を含んだ黄色光を発光するCe付活YAG系黄色蛍光体を形成している。この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組織はY3Al5O12である。蛍光体層64は円環状に形成している。
The S-polarized light reflected by the
スポット光で励起された蛍光体層64は緑、赤成分の光含む黄色光を発光する。蛍光板67はアルミニウム基板であり、かつ回転させることにより、励起光による蛍光体層64の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。蛍光体層64に入射した光は、緑、赤成分の色光を蛍光発光し、蛍光板67を出射する。また、反射膜側に発光する光は反射膜で反射し、蛍光板67を出射する。蛍光板67から出射した緑および赤の色光は、自然光となり、再びコンデンサレンズ62、63で集光され、略平行光に変換された後、ダイクロイックミラー61を透過する。
The
一方、ダイクロイックミラー61を透過する18%のP偏光の青色光は、第2集光素子であるコンデンサレンズ68に入射して、集光する。コンデンサレンズ68の焦点距離は集光角度が40度以下となるようにし、反射板71の近傍に集光スポットを形成する。コンデンサレンズ68で集光された集光光は第2拡散板69に入射する。第2拡散板69は入射する光を拡散させて、光強度分布を均一化するとともに、レーザー光のスペックルを解消する。第2拡散板69は薄板のガラス表面に微細な凹凸形状で拡散面を形成したものである。第2拡散板69は拡散面への1回の透過光で略4度の拡散角度を有し、偏光特性を維持するものである。
On the other hand, 18% P-polarized blue light transmitted through the
第2拡散板69を透過した光は第2位相差板である1/4波長板70に入射する。1/4波長板70は半導体レーザー51の発光中心波長近傍で位相差が1/4波長となる位相差板である。1/4波長板70は、図4中のP偏光方向を0度とした場合に、光学軸を45度で配置している。1/4波長板70は、誘電体材料の斜め蒸着による複屈折を利用した薄膜位相差板である。薄膜位相差板は無機材料で構成され、水晶などの無機光学結晶と同様に耐久性、信頼性に優れる。
The light transmitted through the
1/4波長板70を透過して円偏光に変換された光は、アルミニウムや誘電体多層膜などの反射膜を形成した反射板71で位相が反転され、逆回りの円偏光で発散光となり、1/4波長板70を透過してS偏光に変換される。さらに、1/4波長板70と反射板71との間には、偏光を乱す部材を配置しないため、高効率でP偏光からS偏光に変換できる。
The light transmitted through the 1/4
1/4波長板70で変換されたS偏光は、再び、第2拡散板69で拡散された後、コンデンサレンズ68で平行光に変換され、ダイクロイックミラー61で反射する。
The S-polarized light converted by the 1/4
このようにして、蛍光板67からの蛍光光と、効率よく偏光変換された青色光とが、ダイクロイックミラー61で合成され、白色光として出射される。蛍光発光の緑、赤成分を含む黄色光と半導体レーザー51の青色光により、良好なホワイトバランスの発光特性を得ることができる。この発光スペクトル特性は、投写型表示装置の光学系で青、緑、赤の3原色光に分離しても、所望の色度座標の単色光を得ることができる。
In this way, the fluorescent light from the
本開示の実施の形態1では、ダイクロイックミラー29の青色波長帯の透過率特性で、青色光の分離比率が決まり、やや分離比率にばらつきを生じる。一方、本開示の実施の形態2では、光学軸の配置角度調整可能な1/2波長板58を用いて、ダイクロイックミラー61を透過、反射する青色光の分離比率を制御するため、分離比率のばらつきが非常に小さい。このため、ホワイトバランス特性のばらつきが非常に小さくなる。
In the first embodiment of the present disclosure, the separation ratio of blue light is determined by the transmittance characteristic of the blue wavelength band of the
1/2波長板58には薄膜位相差板を用いて説明したが、光の波長と同等以下の微細周期構造で生じる複屈折を利用した微細構造性位相差板を用いてもよい。
Although the thin film retardation plate has been described for the 1/2
実施の形態2では、第1位相差板として1/2波長板58を用いたが、半導体レーザー51から出射する偏光がS偏光となるように配置して、第1位相差板として1/4波長板を用い、透過後の青色光のS偏光成分とP偏光成分とが所定の比率となるように、光学軸の配置角度を調整してもよい。
In the second embodiment, the 1/2
また、実施の形態2では、図4に示すように、発散光が入射する位置に1/2波長板58を配置する構成を説明したが、集光光が入射する位置に1/2波長板58を配置してもよい。例えば、ミラー57で反射した集光光が集光する手前に、1/2波長板58を配置してもよい。
Further, in the second embodiment, as shown in FIG. 4, the configuration in which the 1/2
以上のように、本開示の光源装置は、複数の半導体レーザーからの光を、集光光または発散光が入射する位置に配置した小型の1/2波長板と、ダイクロイックミラーにより一定の比率で偏光分離し、偏光分離した一方の光で励起発光する緑、赤を含む黄色光と、もう一方の青色光を効率よく集光、合成して白色光を得るため、ホワイトバランスのばらつきが小さく、小型、高効率で安価な光源装置が構成できる。 As described above, the light source device of the present disclosure uses a small 1/2 wavelength plate in which light from a plurality of semiconductor lasers is arranged at a position where condensed light or divergent light is incident, and a dichroic mirror at a constant ratio. White light is obtained by efficiently condensing and synthesizing yellow light including green and red, which is polarized and emitted by one of the polarized light, and blue light of the other, so that the variation in white balance is small. A compact, highly efficient and inexpensive light source device can be configured.
(実施の形態3)
図6は、本開示の実施の形態3にかかる第1の投写型表示装置の構成を示す図である。画像形成素子として、TNモードもしくはVAモードであって、画素領域に薄膜トランジスタを形成したアクティブマトリクス方式の透過型の液晶パネルを用いている。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a first projection type display device according to a third embodiment of the present disclosure. As the image forming element, an active matrix type transmissive liquid crystal panel in which a thin film transistor is formed in a pixel region in a TN mode or a VA mode is used.
光源装置40は、青色の半導体レーザー21と、放熱板22と、集光レンズ23、ヒートシンク24、レンズ26、27、第1拡散板28、ダイクロイックミラー29、コンデンサレンズ30、31、反射膜と蛍光体層32を形成したアルミニウム基板33とモーター34から構成される蛍光板35、コンデンサレンズ36、第2拡散板37、1/4波長板38、反射板39で構成される。以上は本開示の実施の形態1の光源装置40であるので、その重複説明は省略する。
The
実施の形態3の投写型表示装置80は、さらに、第1のレンズアレイ板200、第2のレンズアレイ板201、偏光変換素子202、重畳用レンズ203、青反射のダイクロイックミラー204、緑反射のダイクロイックミラー205、反射ミラー206、207、208、リレーレンズ209、210、フィールドレンズ211、212、213、入射側偏光板214、215、216、液晶パネル217、218、219、出射側偏光板220、221、222、赤反射のダイクロイックミラーと青反射のダイクロイックミラーから構成される色合成プリズム223、及び投写レンズ224を含む。
The projection
光源装置40からの白色光は、複数のレンズ素子から構成される第1のレンズアレイ板200に入射する。第1のレンズアレイ板200に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第2のレンズアレイ板201に収束する。第1のレンズアレイ板200のレンズ素子は液晶パネル217、218、219と相似形の開口形状である。第2のレンズアレイ板201のレンズ素子は第1のレンズアレイ板200と液晶パネル217、218、219とが略共役関係となるようにその焦点距離を決めている。
The white light from the
第2のレンズアレイ板201から出射した光は偏光変換素子202に入射する。偏光変換素子202は、偏光分離プリズムと1/2波長板により構成され、光源からの自然光を一つの偏光方向の光に変換する。蛍光光は自然光であるため、一つの偏光方向に偏光変換されるが、青色光はS偏光の光で入射し、偏光変換されずに、S偏光で出射する。
The light emitted from the second
偏光変換素子202からの光は重畳用レンズ203に入射する。重畳用レンズ203は第2のレンズアレイ板201の各レンズ素子からの出射した光を液晶パネル217、218、219上に重畳照明するためのレンズである。第1のレンズアレイ板200、及び第2のレンズアレイ板201と、偏光変換素子202と、重畳用レンズ203を照明光学系としている。
The light from the
重畳用レンズ203からの光は、色分離素子である青反射のダイクロイックミラー204、緑反射のダイクロイックミラー205により、青、緑、赤の色光に分離される。緑の色光はフィールドレンズ211、入射側偏光板214を透過して、液晶パネル217に入射する。青の色光は反射ミラー206で反射した後、フィールドレンズ212、入射側偏光板215を透過して液晶パネル218に入射する。赤の色光はリレーレンズ209、210や反射ミラー207、208を透過屈折および反射して、フィールドレンズ213、入射側偏光板216を透過して、液晶パネル219に入射する。
The light from the superimposing
3枚の液晶パネル217、218、219は映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により入射する光の偏光状態を変化させ、それぞれの液晶パネル217、218、219の両側に透過軸が互いに直交するようにそれぞれ配置された入射側偏光板214、215、216と出射側偏光板220、221、222との組み合わせにより光を変調し、緑、青、赤の画像を形成する。出射側偏光板220、221、222を透過した各色光は色合成プリズム223により、赤、青の各色光がそれぞれ赤反射のダイクロイックミラー、青反射のダイクロイックミラーによって反射し、緑の色光と合成され、投写レンズ224に入射する。投写レンズ224に入射した光は、スクリーン(図示せず)上に拡大投写される。
The three
光源装置は、複数の固体光源で小型に構成され、高効率で良好なホワイトバランスの白色光を出射するため、長寿命で、高輝度な投写型表示装置を実現できる。また、画像形成素子には、時分割方式ではなく偏光を利用する3枚の液晶パネルを用いているため、カラーブレイキングがなく色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。また、3つのDMD素子を用いた場合よりも、全反射プリズムが不要で、色合成用のプリズムが45度入射の小型プリズムになるため、投写型表示装置が小型に構成できる。 Since the light source device is compactly composed of a plurality of solid-state light sources and emits white light with high efficiency and good white balance, it is possible to realize a projection type display device having a long life and high brightness. Further, since the image forming element uses three liquid crystal panels that utilize polarized light instead of the time division method, there is no color breaking, the color reproduction is good, and a bright and high-definition projected image can be obtained. Further, as compared with the case of using three DMD elements, a total reflection prism is not required, and the prism for color synthesis becomes a small prism having a 45-degree incident, so that the projection type display device can be configured to be smaller.
以上のように、本開示の第1の投写型表示装置は、半導体レーザーである固体光源と、ダイクロイックミラーによって、半導体レーザー光からのP偏光の光を一定の強度比率で分離し、分離した一方の光で励起発光する緑および赤成分を含む黄色光と、分離したもう一方の光を小型の1/4波長板によって、効率よく偏光変換された青色光とを、合成して白色光を得ることができる光源装置を用いる。このため、小型で安価な投写型表示装置が構成できる。光源装置として図1に示す光源装置40を用いているが、図4に示す光源装置72を用いてよい。この場合、光源装置は、出射する白色光のホワイトバランスのばらつきが非常に小さく、安価な光源装置および投写型表示装置が構成できる。
As described above, in the first projection type display device of the present disclosure, the P-polarized light from the semiconductor laser light is separated and separated at a constant intensity ratio by a solid-state light source which is a semiconductor laser and a dichroic mirror. White light is obtained by synthesizing yellow light containing green and red components that are excited by the light of the above and blue light that is efficiently polarized by converting the other separated light with a small 1/4 wavelength plate. Use a light source device that can. Therefore, a small and inexpensive projection type display device can be configured. Although the
画像形成素子として、透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶パネルを用いて構成してもよい。反射型の液晶パネルを用いることにより、より小型で高精細な投写型表示装置が構成できる。
(実施の形態4)
図7は、本開示の実施の形態4にかかる第2の投写型表示装置である。第2の投写型表示装置90は、画像形成素子として、3つのDMDを用いている。
Although a transmissive liquid crystal panel is used as the image forming element, a reflective liquid crystal panel may be used. By using a reflective liquid crystal panel, a smaller and higher-definition projection type display device can be configured.
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a second projection type display device according to the fourth embodiment of the present disclosure. The second projection
光源装置40は、青色の半導体レーザー21と、放熱板22と、集光レンズ23、ヒートシンク24、レンズ26、27、第1拡散板28、ダイクロイックミラー29、コンデンサレンズ30、31、反射膜と蛍光体層32を形成したアルミニウム基板33とモーター34から構成される蛍光板35、コンデンサレンズ36、第2拡散板37、1/4波長板38、反射板39で構成される。以上は本開示の実施の形態1の光源装置40である。
The
光源装置40から出射した白色光は、集光レンズ100に入射し、ロッド101へ集光する。ロッド101への入射光はロッド内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化され出射する。ロッド101からの出射光はリレーレンズ102により集光され、反射ミラー103で反射した後、フィールドレンズ104を透過し、全反射プリズム105に入射する。ここで、集光レンズ100、ロッド101、リレーレンズ102、反射ミラー103、およびフィールドレンズ104は、照明光学系の一例である。
The white light emitted from the
全反射プリズム105は2つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層106を形成している。空気層106は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。フィールドレンズ104からの光は全反射プリズム105の全反射面で反射されて、カラープリズム107に入射する。
The
カラープリズム107は3つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反射のダイクロイックミラー108と赤反射のダイクロイックミラー109が形成されている。カラープリズム107の青反射のダイクロイックミラー108と赤反射のダイクロイックミラー109により、青、赤、緑の色光に分離され、それぞれDMD110、111、112に入射する。DMD110、111、112は映像信号に応じてマイクロミラーを偏向させ、投写レンズ113に入射する光と、投写レンズ113の有効外へ進む光とに反射させる。DMD110、111、112により反射された光は、再度、カラープリズム107を透過する。カラープリズム107を透過する過程で、分離された青、赤、緑の各色光は合成され、全反射プリズム105に入射する。
The
全反射プリズム105に入射した光は空気層106に臨海角以下で入射するため、透過して、投写レンズ113に入射する。このようにして、DMD110、111、112により形成された画像光がスクリーン(図示せず)上に拡大投写される。
Since the light incident on the
光源装置は、複数の固体光源で構成され、高効率で良好なホワイトバランスの白色光を出射するため、長寿命で、高輝度な投写型表示装置を実現できる。また、画像形成素子にDMDを用いているため、液晶を用いた画像形成素子と比べて、耐光性、耐熱性が高い投写型表示装置が構成できる。さらに、3つDMDを用いているため、色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。 Since the light source device is composed of a plurality of solid-state light sources and emits white light with high efficiency and good white balance, it is possible to realize a projection type display device having a long life and high brightness. Further, since DMD is used as the image forming element, a projection type display device having higher light resistance and heat resistance than the image forming element using liquid crystal can be configured. Further, since three DMDs are used, color reproduction is good and a bright and high-definition projected image can be obtained.
以上のように、本開示の第2の投写型表示装置は、半導体レーザーである固体光源と、ダイクロイックミラーによって、半導体レーザー光からのP偏光の光を一定の強度比率で分離し、分離した一方の光で励起発光する緑および赤成分を含む黄色光と、分離したもう一方の光を小型の1/4波長板によって、効率よく偏光変換された青色光とを、合成して白色光を得ることができる光源装置を用いる。このため、小型で安価な投写型表示装置が構成できる。光源装置として図1に示す光源装置40を用いているが、図4に示す光源装置72を用いてよい。この場合、光源装置は、出射する白色光のホワイトバランスのばらつきが非常に小さく、安価な光源装置および投写型表示装置が構成できる。
As described above, in the second projection type display device of the present disclosure, the P-polarized light from the semiconductor laser light is separated and separated at a constant intensity ratio by the solid-state light source which is a semiconductor laser and the dichroic mirror. White light is obtained by synthesizing yellow light containing green and red components that are excited by the light of the above and blue light that is efficiently polarized by converting the other separated light with a small 1/4 wavelength plate. Use a light source device that can. Therefore, a small and inexpensive projection type display device can be configured. Although the
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1〜4を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。
As described above,
本開示は、画像形成素子を用いた投写型表示装置の光源装置に適用できる。 The present disclosure can be applied to a light source device of a projection type display device using an image forming element.
21,51 半導体レーザー
22,52 放熱板
23,53 集光レンズ
24,54 ヒートシンク
25,55 光束
26,27 レンズ
28,60 第1拡散板
29,61 ダイクロイックミラー
30,31,36,56,59,62,63,68 コンデンサレンズ
32,64 蛍光体層
33,65 アルミニウム基板
34,66 モーター
35,67 蛍光板
37,69 第2拡散板
38 1/4波長板
39,71 反射板
40,72 光源装置
57 ミラー
58 1/2波長板
70 1/4波長板
80,90 投写型表示装置
100 集光レンズ
101 ロッド
102,209,210 リレーレンズ
103,206,207,208 反射ミラー
104,211,212,213 フィールドレンズ
105 全反射プリズム
106 空気層
107 カラープリズム
108,204 青反射のダイクロイックミラー
109 赤反射のダイクロイックミラー
110,111,112 DMD
113,224 投写レンズ
200 第1のレンズアレイ板
201 第2のレンズアレイ板
202 偏光変換素子
203 重畳用レンズ
205 緑反射のダイクロイックミラー
214,215,216 入射側偏光板
217,218,219 液晶パネル
220,221,222 出射側偏光板
223 色合成プリズム
21,51
113,224 Projection lens 200 First
Claims (12)
前記固体光源からの光の偏光の方位を変換する第1位相差板と、
前記第1位相差板からの光を偏光分離するダイクロイックミラーと、を備え、
前記第1位相差板は、前記固体光源と前記ダイクロイックミラーの間で、集光光または発散光が入射する位置に配置される、光源装置。 With a solid light source
A first retardation plate that changes the direction of polarization of light from the solid-state light source,
A dichroic mirror that polarizes and separates the light from the first retardation plate is provided.
The first retardation plate is a light source device arranged at a position where condensed light or divergent light is incident between the solid light source and the dichroic mirror.
前記ダイクロイックミラーと前記反射板との間に配置され、直線偏光を円偏光に変換する第2位相差板と、を備える、請求項1から5のいずれかに記載の光源装置。 A reflector on which one of the light polarized by the dichroic mirror is incident,
The light source device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a second retardation plate that is arranged between the dichroic mirror and the reflector and converts linearly polarized light into circularly polarized light.
前記光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明光学系と、
映像信号に応じて画像を形成する画像形成素子と、
前記画像形成素子で形成された画像を拡大投写する投写レンズと、を備え、
前記光源が請求項1から10のいずれかに記載の光源装置である、投写型表示装置。 Light source and
An illumination optical system that collects light from the light source and illuminates the illuminated area.
An image forming element that forms an image according to a video signal,
A projection lens for magnifying and projecting an image formed by the image forming element is provided.
A projection type display device in which the light source is the light source device according to any one of claims 1 to 10.
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