JP3629951B2 - 照明装置およびそれを用いた投写型表示装置 - Google Patents
照明装置およびそれを用いた投写型表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3629951B2 JP3629951B2 JP15948098A JP15948098A JP3629951B2 JP 3629951 B2 JP3629951 B2 JP 3629951B2 JP 15948098 A JP15948098 A JP 15948098A JP 15948098 A JP15948098 A JP 15948098A JP 3629951 B2 JP3629951 B2 JP 3629951B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- hologram element
- illumination device
- source lamp
- light source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源ランプからの発散光をリフレクタによって反射することにより略平行な出射光として出射する照明装置に関するものである。更に詳しくは、照明装置の光の利用効率を向上するための技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
メタルハライドランプ、キセノンランプ等の光源ランプは投写型表示装置の光源として広く利用されている。これらの光源ランプは、放物面リフレクタ等のリフレクタと共に使用され、ユニット形式の照明装置として投写型表示装置に組付けられる。
【0003】
図9には従来の一般的な照明装置の概略構成を示してある。この図に示すように、照明装置100は、メタルハライドランプ等の光源ランプ2と、この光源ランプ2が取り付けられたリフレクタ3とから基本的に構成されている。この照明装置100では、光源ランプ2からの発散光はリフレクタ3の反射面11で反射し、リフレクタ3の前面開口4からランプ光軸Lに略平行な光として出射する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
投写型表示装置に用いる照明装置としては、平行性の高い照明光を出射できる照明装置が望ましいため、リフレクタで反射し略平行な光となった反射出射光成分L2のみが照明光として使われる場合が多い。しかし、図9に示した照明装置100では、光源ランプ2からの発散光のうち、リフレクタ3で反射されることなく前面開口4からそのまま出射される光成分(直接出射光成分)L1は、照明装置100の出射光としては利用されていない。この直接出射光成分も出射光として利用できれば、照度の高い照明装置を実現でき、投写型表示装置の投写画像を明るくできる。
【0005】
本発明の課題は、上記の点に鑑みて、光源ランプからの発散光のうち、反射出射光成分に加えて直接出射光成分をも有効利用できる照明装置を提供することにある。
【0006】
また、本発明の課題は、この新規な照明装置を備え、明るい画像を投写可能な投写型表示装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の照明装置では、光源ランプと、この光源ランプの発散光の一部を反射して略平行な出射光として前面開口から出射するリフレクタとを有する照明装置において、前記リフレクタの前記前面開口の出射側に配置されたホログラム素子を有し、当該ホログラム素子は、前記光源ランプの発散光のうち、反射されることなく前記前面開口から直接に出射する直接出射光成分の少なくとも一部を前記光源ランプの光軸に略平行な方向に回折することを特徴としている。
【0008】
本発明の照明装置では、光源ランプの発散光のうち、直接出射光成分の少なくとも一部はホログラム素子によって回折されてランプ光軸に略平行な光に変換される。従って、直接出射光成分を照明装置の出射光として利用できる。このため、従来利用されていない直接出射光成分を利用できる分、照明装置の光の利用効率を高めることができ、明るい出射光を得ることができる。また、本発明の照明装置を投写型表示装置に組み込むことにより、明るい投写画像を投写可能な投写型表示装置を実現できる。
【0009】
ホログラム素子としては、表面(光入射面)が凹凸となったレリーフ型のホログラム素子を採用できる。また、屈折率などが周期的に変化した光学的な構造を内部に有する体積変調型のホログラム素子を用いることが可能である。この体積変調型のホログラム素子は入射角依存性が大きい。すなわち、十分に高い回折効率が得られる光の入射角の範囲が狭い。このため、体積変調型のホログラム素子を用いれば、その入射角依存性を適切に設置することにより、リフレクタで反射されて平行化された入射角の小さな光成分には回折作用を与えず、入射角の大きな直接出射光成分にのみ回折作用を与えることが容易となる。このようにすれば、従来の照明装置の出射光として利用していた光成分を回折させることなくそのまま有効に利用できる。
【0010】
また、ホログラム素子に波長依存性を持たせて、所定の波長帯の色光成分のみを前記ランプ光軸に略平行な方向に回折するようにして、所望の色光成分のみの利用効率を高めても良い。一般的に、光源ランプの各波長帯における光(色光成分)の発光強度は不均一である。このため、光源ランプのある波長帯の光の強度が他の波長帯の光に比べて低い場合には、その波長帯の光に対してのみホログラム素子の回折作用が生じるようにすれば、照明装置からの出射光の色バランスをほぼ均一にできる。
【0011】
ここで、1つの波長帯の光のみの発光強度を高めるだけでなく、複数の波長帯の光の発光強度を高めるようにすれば、照明装置からの出射光の色バランスをより均一化できる。すなわち、第1の波長帯の第1の色光成分のみを光源ランプの光軸に略平行な方向に回折する第1の偏向部分と、第1の波長帯とは異なる第2の波長帯の第2の色光成分のみを光源ランプの光軸に略平行な方向に回折する第2の偏向部分とから構成したホログラム素子を使用すれば良い。第1および第2の偏向部分は光学的特性の異なる少なくとも2つの偏向部から構成されるのが一般的である。このようなホログラム素子の例としては、第1の偏向部分に対応するホログラム素子(第1の偏向部分)と第2の偏向部分に対応するホログラム素子(第2の偏向部分)を積層して一体化したものが挙げられる。また、複数のホログラム材料を積層して第1および第2の偏向部分を構成したものが挙げられる。
【0012】
一方、ホログラム素子に、ランプ光軸を中心とする中心領域を設け、この中心領域では光をそのまま透過させるようにしても良い。例えば、中心領域が貫通孔となった円環状のホログラム素子や、中心領域のみがガラス等の光をそのまま透過させる材質から形成されたホログラム素子を採用することができる。直接出射光成分のうち、ランプ光軸付近を通過する光成分はホログラム素子の光入射面に対する入射角は小さく、実質的にランプ光軸に略平行な光となっている。上記のような中心領域を有するホログラム素子を用いれば、実質的にランプ光軸に略平行な直接出射光成分を回折させることなくそのまま透過させることができるので、不要な回折による光損失を防止できる。
【0013】
また、リフレクタの前面開口から出射される光の強度分布は、一般的にランプ光軸近傍が最も大きく、ランプ光軸から遠ざかるにつれて急激に低下する。すなわち、周辺部では光強度は小さい。上記のような中心領域を有するホログラム素子を用いれば、ランプ光軸近傍の光強度を不要な回折によって低下させることがなく、しかも周辺部の光強度をホログラム素子により確実に高めることができる。これにより、照明装置の出射光の照度ムラを低減できる。
【0014】
次に、本発明の照明装置は、投写型表示装置の光源として適用可能である。すなわち、照明装置と、当該照明装置からの出射光を変調する光変調素子と、この光変調素子によって変調された変調光を投写面上に拡大投写する投写光学系とを有する投写型表示装置において、その照明装置として、前述した本発明の照明装置を採用できる。本発明の照明装置は、光の利用効率が高く、明るい出射光を出射できるので、本発明の投写型表示装置によれば、明るい投写画像を投写可能である。なお、光変調素子は透過型であっても良く、また、反射型であっても良い。
【0015】
なお、本発明の照明装置は、投写型表示装置の光源としてだけでなく、車のヘッドライト等に対して適用できるのは勿論である。
【0016】
【発明の実施の形態】
(照明装置)
以下に図面を参照して本発明を適用した照明装置を説明する。図1は照明装置の概略断面構成図である。図1に示す照明装置1は、基本的には、光源ランプ2からの発散光をリフレクタ3によって反射して、ランプ光軸Lに略平行な出射光として出射する形式のものである。また、照明装置1は、リフレクタ3の前面開口4の出射側に配置されたホログラム素子5を有している。
【0017】
光源ランプ2としては、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ等を使用できる。光源ランプ2の発光管6は、石英ガラス製であり、その中央には断面が楕円形状をした球状の発光部7が形成されている。この発光部7の両側には外側に細長く直線的に伸びる封止部8、9が一体形成されている。発光部7の内部には、電極芯棒が所定の位置に配置されている。また、例えば、沃化ジスプロシウム、沃化ネオジム、沃化セシウム等の金属ハロゲン化物が封入されている。
【0018】
リフレクタ3には、放物面状の反射面11が備わっており、この反射面11の前端縁によって前面開口4が規定されている。反射面11に照射した光源ランプ2からの発散光はランプ光軸Lに略平行な反射出射光成分L2として反射される。この反射出射光成分L2の出射方向とランプ光軸Lがなす角度(反射出射光成分L2の拡がり角)は約10°以下程度である。反射面11の底部中央からはその背面側に向けて筒型のランプ取付け部12が延びている。このランプ取付け部12に、光源ランプ2の一方の封止部9が挿入されている。
【0019】
なお、光源ランプ2は、封止部9に口金が取り付けられ、この口金を介してランプ取付け部12に挿入された後、耐熱性の接着剤等によって固定される。また、光源ランプ2は、管軸とランプ光軸Lが略平行となるようにリフレクタ3に取り付けられ、発光部7が取付け部の底部中央から所定の量だけ前方に突き出た状態で固定される。
【0020】
ホログラム素子5は、その光入射面5aおよび光出射面5bが平坦で、屈折率等が周期的に変化した光学的な内部構造を有する体積変調型の素子である。このホログラム素子5は、ランプ光軸Lに直交する姿勢でその光入射面5aがリフレクタ3の前面開口4から僅かに離れた位置に対峙するように配置されている。本例のホログラム素子5は、前面開口4よりも一回り大きな円形をしている。また、ホログラム素子5は、光源ランプ2の発散光のうち、その光入射面5aに対して所定の角度範囲で入射する光だけを回折し、ランプ光軸Lに略平行な方向に出射する。
【0021】
図2には、ホログラム素子5に入射する光の入射角θとホログラム素子5の回折効率の関係を示してある。この図から分かるように、本例のホログラム素子5は、入射角θがθ1からθ2(10°<θ1<θ2)の範囲の光に対する回折効率が高くなるように設定されている。このようなホログラム素子5では、入射する光のうち、θ1以下の入射角θで入射する光は、ホログラム素子5の回折作用をほとんど受けずに、実質的にホログラム素子5をそのまま透過する。また、θ1〜θ2の入射角θで入射する光は、ホログラム素子5の回折作用によってランプ光軸Lに略平行な光に変換されることになる。
【0022】
このため、照明装置1では、図3(A)および図4に示すように、リフレクタ3の反射面11で反射されることなく、前面開口4から出射された発散状態の直接出射光成分L1のうち、ホログラム素子5のランプ光軸Lを中心とする中心領域5cに入射する光成分L12は、その入射角θがθ1以下となるので、回折作用を受けることなく、ホログラム素子5をそのまま透過する。この光成分L12は、光入射面5aに対する入射角θが小さいので、実質的にランプ光軸Lに略平行な光である。従って、光成分L12は回折による光損失を伴うことなく、そのまま照明装置1からの出射光Hとして利用される。
【0023】
また、直接出射光成分L1のうち、中心領域5c以外の領域5dに入射する光成分L11は、その入射角θがθ1より大きくなる。このため、光成分L11のうち、ホログラム素子5に対する入射角θがθ1〜θ2の範囲に含まれている成分、すなわち、光成分L11の全成分あるいは一部がホログラム素子5の回折作用を受けてランプ光軸Lに略平行な光に変換され、ホログラム素子5の光出射面5bから出射する。そして、照明装置1の出射光Hとして利用される。
【0024】
一方、図3(B)に示すように、反射出射光成分L2は、ホログラム素子5に対する入射角がθ1より小さいので、入射する領域に関係なくその全成分が回折作用をほとんど受けずに当該ホログラム素子5を透過し、照明装置1の出射光Hとして利用される。
【0025】
このように照明装置1では、リフレクタ3の前面開口4の出射側にホログラム素子5を配置して、光源ランプ2からの発散光のうち、従来利用されていなかった直接出射光成分L1を照明装置1の出射光Hとして利用している。従って、照明装置1の光の利用効率を高めることができ、明るい出射光Hを得ることができる。
【0026】
また、照明装置1においては、体積変調型のホログラム素子5を採用している。体積変調型ホログラム素子は、レリーフ型のホログラム素子に比べて入射角依存性が大きく、回折作用が発揮される光の入射角の範囲(θ1〜θ2)が狭い。このため、リフレクタ3で反射されて平行化された反射出射光成分L2には回折作用をほとんど与えず、直接出射光成分L1の一部(光成分L11)にのみ確実に回折作用を与えることができる。
【0027】
ここで、リフレクタ3の前面開口4から出射される光の強度分布は、一般的にランプ光軸近傍が最も大きく、ランプ光軸Lから遠ざかるにつれて急激に低下する傾向にある。すなわち、ホログラム素子5の中心領域5cに入射する光の強度は、その他の領域5dに入射する光の強度に比べて大きい。照明装置1では、領域5cに入射する光はホログラム素子5を実質的にそのまま透過するので、ランプ光軸Lの近傍を通過する光の強度はほとんど低下することがない。また、前述のように、領域5dに入射する直接出射光成分(光成分L11)を回折して照明装置1の出射光Hとして利用しているので、ランプ光軸Lから離れた周辺部を通過する光の強度は高まる。このため、照明装置1の出射光Hの光強度分布が均一化され、出射光Hの照度ムラを低減できる。
【0028】
なお、ホログラム素子としては、体積変調型のホログラム素子の代わりに、レリーフ型のホログラム素子を採用することも可能である。このようなレリーフ型のホログラム素子を用いる場合には、図5(A)および(B)に示すように、ホログラム素子5Aの中心領域5cをガラス等の透明な材質から形成することが望ましい。中心領域5cは貫通孔としても良い。レリーフ型のホログラム素子は体積変調型のホログラム素子に比べて入射角依存性が低いので、光軸中心に沿って略平行に進む出射光が回折作用を受けてしまう恐れが高い。しかし、本例の構成のホログラム素子を用いれば、そのような不要な回折による光損失が発生しないという利点がある。
【0029】
また、本例のホログラム素子5Aを用いれば、それがレリーフ型、体積変調型のいずれであっても中心領域5cに入射する反射出射光成分L2は回折されずにそのまま透過するので、ランプ光軸Lの近傍を通過する光の強度の低下をより確実に防止でき、同時に照明装置1の出射光Hの照度ムラも一層低減できる。
【0030】
(投写型表示装置)
次に、上述した照明装置1が組み込まれた投写型表示装置の一例を説明する。図6にはその投写型表示装置の光学系の概略構成を示してある。この図に示す投写型表示装置20は、本発明を適用した照明装置1からの出射光Hを赤、緑、青の各色光R、G、Bに分離し、分離された各色光R、G、Bに対して反射型の液晶ライトバルブにより各色の画像信号に応じた変調を施し、変調後の各色光(変調光束)を再合成して投写面上に拡大投写する形式のものである。
【0031】
詳細に説明すると、照明装置1からの出射光Hは、出射光Hに含まれるP偏光成分PおよびS偏光成分Sを空間的に分離する偏光ビームスプリッタ21に入射する。この偏光ビームスプリッタ21は、ランプ光軸Lに対して45度傾斜した偏光分離膜21aを備えており、出射光Hに含まれるP偏光光Pを透過し、S偏光光Sを直交する方向に向けて反射することにより、2種類の偏光光を空間的に90度の角度で分離する。
【0032】
この偏光ビームスプリッタ21におけるP偏光光Pの出射面31に対峙させて、ダイクロイックプリズム22が配置されている。このダイクロイックプリズム22は上記の偏光分離膜21aと略平行に赤色・青色反射膜22aが形成されている。
【0033】
ダイクロイックプリズム22に入射したP偏光光Pに含まれる緑色光Gは赤色・青色反射膜22aを透過して当該ダイクロイックプリズム22の出射面41から出射する。この出射面41に対峙させて、出射した緑色光Gの光路に直交する状態で、反射型の液晶ライトバルブ23Gが配置されている。従って、P偏光光Pから分離された緑色光Gは当該液晶ライトバルブ23Gに入射して、緑色画像信号に対応した変調が施される。P偏光光Pに含まれる赤色光Rおよび青色光Bはダイクロイックプリズム22の赤色・緑色反射膜22aで反射される。
【0034】
一方、偏光ビームスプリッタのS偏光光Sの出射面32側には、ダイクロイックプリズム24と、ダイクロイックプリズム24における偏光ビームスプリッタ21からS偏光光Sが入射する入射面42に形成された緑色反射ダイクロイックフィルタ25とが設けられている。偏光ビームスプリッタ21から出射されたS偏光光Sは、緑色反射ダイクロイックフィルタ25を通過する際に緑色成分が除去される。
【0035】
そして、ダイクロイックプリズム24に入射したS偏光光Sは、偏光分離膜21aとは直交する方向に形成された青色反射膜24aによって青色光Bが反射されて出射面43から出射する。この出射面43に対峙させて、出射した青色光Bの光路に直交する状態で、反射型の青色用液晶ライトバルブ23Bが配置されている。従って、S偏光光Sから分離された青色光Bは当該液晶ライトバルブ23Bに入射して青色画像信号に対応する変調が施される。青色反射膜24aを透過した赤色光Rは出射面44から出射する。この出射面44に対峙させて、出射した赤色光Rの光路に直交する状態で、反射型の赤色用液晶ライトバルブ23Rが配置されている。従って、S偏光光Sから分離された赤色光Rは当該液晶ライトバルブ23Rに入射して赤色画像信号に対応する変調が施される。
【0036】
反射型の液晶ライトバルブ23R、23G、23Bに入射した各色光R、G、Bは、それぞれに供給されている各色の画像信号の画素信号に応じて各画素電極毎に偏光面の回転を受けた光が反射光(変調光)として得られる。このようにして得られた変調光は、再度、同一光路に沿って戻り、ダイクロイックプリズム22、24を通り、偏光ビームスプリッタ21に至る。
【0037】
ここで、P偏光光Pが入射した緑色用液晶ライトバルブ23Gからの反射光は偏光面の回転作用を受けて部分的にS偏光光となっており、このS偏光成分のみが、当該偏光ビームスプリッタ21の偏光分離膜21aで反射されて、投写光学系を構成している投写レンズ26に供給され、変調されなかった光は偏光面の回転作用を受けずにP偏光光のままであるので、その残りのP偏光成分は光源の側に向けて戻っていく。
【0038】
一方、S偏光光Sが入射した青色用および赤色用の液晶ライトバルブ23B、23Rからの変調光は、偏光面の回転作用を受けて部分的にP偏光光となっており、このP偏光成分のみが、当該偏光ビームスプリッタ21の偏光分離膜21aを透過して、投写レンズ26に供給され、残りのS偏光成分は反射されて光源の側に戻っていく。
【0039】
この結果、偏光ビームスプリッタ21の出射面32からは各色の画像信号に応じて変調が施された各色光(変調光)が再度合成されて出力される。この合成光は投写レンズ26を介して、投写面27の上に拡大投写される。
【0040】
このように構成された投写型表示装置20は、本発明を適用した照明装置1を有している。照明装置1は、上述したように光の利用効率に優れ、明るい出射光Hを出射可能である。このため、投写型表示装置20によれば、明るい投写画像を表示可能である。
【0041】
(投写型表示装置の別の例)
上述した投写型表示装置20は反射型液晶ライトバルブを光変調素子として用いたものであるが、本発明の照明装置は透過型液晶ライトバルブを光変調素子として用いたものに対しても適用可能である。
【0042】
次に、透過型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の一例を説明する。図7はその投写型表示装置の光学系の要部を示した概略構成図であり、XZ平面における構成を示している。また、図8には照明装置の周辺部分を取り出して示してある。なお、以下の説明においては、特にことわりのない限り、互いに直交する3方向を便宜的にX方向(横方向)、Y方向(縦方向)、Z方向(ランプ光軸Mの方向)とする。
【0043】
投写型表示装置20Aは、前述した照明装置1と、この照明装置1から出射された光束を複数の中間光束に分割する第1の光学要素61と、中間光束が集光する位置付近に配置された第2の光学要素62と、この第2の光学要素62から出射された光を画像情報に基づいて変調する3枚の透過型液晶ライトバルブ80R、80G、80Bと、透過型液晶ライトバルブ80R、80G、80によって変調された光束を投写面27上に拡大投写する投写光学系(投写レンズ)26とを有している。
【0044】
照明装置1は、ランプ光軸Mがシステム光軸Nに対して一定の距離DだけX方向に平行シフトした状態となるように配置されている。照明装置1から出射された光束は、第1の光学要素61に入射する。
【0045】
第1の光学要素61は、XY平面上で矩形状の外形を有する複数の光束分割レンズ61aがマトリクス状に配列して構成されており、ランプ光軸Mが第1の光学要素61の中心に来るように、照明装置1と第1の光学要素61との位置関係が設定されている。第1の光学要素61に入射した光は、光束分割レンズ61aにより複数の中間光束61bに分割され、同時に光束分割レンズ61aの集光作用により、システム光軸Nと垂直な平面内(XY平面内)の中間光束が集束する位置に光束分割レンズの数と同数の集光像61cを形成する。光束分割レンズ61aのXY平面上における外形形状は、照明領域90の形状と相似形をなすように設定される。本例では、XY平面上でX方向に長い横長の照明領域90を想定しているため、光束分割レンズ61aのXY平面上における外形形状も横長である。なお、この照明領域90は、図7の液晶ライトバルブ80R、80G、80Bにおける画像形成領域に相当する。
【0046】
集光像61cが形成される位置の近傍には、システム光軸Nに対して垂直な平面内(XY平面内)に第2の光学要素62が配置されている。この第2の光学要素62は、集光レンズアレイ63、遮光板64、偏光変換装置68および結合レンズ67から大略構成される複合体である。なお、第1の光学要素61に入射する光束の平行性が極めて良い場合には、第2の光学要素62から集光レンズアレイ63を省略した構成としても良い。この第2の光学要素62は、中間光束61bのそれぞれをP偏光光束とS偏光光束とに空間的に分離した後、一方の偏光光束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃え、偏光方向がほぼ揃ったそれぞれの光束を照明領域に導くような機能を有している。
【0047】
集光レンズアレイ63は、第1の光学要素61とほぼ同様な構成となっており、即ち、第1の光学要素61を構成する光束分割レンズ61aと同数の集光レンズ63aをマトリクス状に配列したものであり、それぞれの中間光束61bを後述する偏光変換装置68の偏光分離ユニットアレイ65の特定の場所に集光しながら導く機能を有している。従って、第1の光学要素61により形成された中間光束61bの特性に合わせて、また、偏光分離ユニットアレイ65に入射する光はその主光線の傾きがシステム光軸Nと平行であることが理想的である点を考慮して、各集光レンズ63aのレンズ特性は各々最適化されることが望ましい。ただし、一般的には、光学系の低コスト化および設計の容易さを考慮して、第1の光学要素61と全く同じものを集光レンズアレイ63として用いるか、或いは、光束分割レンズ61aとXY平面での形状が相似形である集光レンズを用いて構成した集光レンズアレイを用いても良いことから、本例の場合には、第1の光学要素61を集光レンズアレイ63として用いている。なお、集光レンズアレイ63は遮光板64や偏光変換装置68から離れた位置(第1の光学要素61に近い側)に配置してもよい。
【0048】
遮光板64は複数の遮光面64aと複数の開口面64bが配列して構成されたものであり、遮光面64aと開口面64bの配列の仕方は後述する偏光分離ユニットの配列の仕方に対応している。遮光板64の遮光面64aに入射した光束は遮られ、開口面64bに入射した光束は遮光板64をそのまま透過する。従って、遮光板64は、遮光板64上の位置に応じて透過する光束を制御する機能を有しており、遮光面64aと開口面64bの配列の仕方は、第1の光学要素61による集光像61cが後述する偏光分離ユニットの偏光分離面上のみに形成されるように設定されている。遮光板64としては、ガラス板等の平板状の透明体に、クロムやアルミニウム等からなる遮光性の膜を部分的に形成したものや、アルミニウム板のような遮光性の平板に開口部を設けたもの等を使用することができる。特に、遮光性を有する膜を利用する場合には、遮光性を有する膜を集光レンズアレイ63や後述する偏光分離ユニットアレイ65上に直接形成しても同様の機能を発揮させることができる。
【0049】
次に、偏光変換装置68は偏光分離ユニットアレイ65と、この偏光分離ユニットアレイ65の出射面の側に取り付けられた選択位相差板66とを有している。
【0050】
偏光分離ユニットアレイ65は、複数の偏光分離ユニット65aがマトリクス状に配列した構成をなしている。偏光分離ユニット65aの配列の仕方は、第1の光学要素61を構成する光束分割レンズ61aのレンズ特性およびそれらの配列の仕方に対応している。本例においては、全て同じレンズ特性を有する同心系の光束分割レンズ61aを用いて、それらの光束分割レンズ61aを直交マトリクス状に配列することで第1の光学要素61を構成しているため、偏光分離ユニットアレイ65も全て同じ偏光分離ユニット65aを全て同じ向きに直交マトリクス状に配列することにより構成されている。なお、Y方向に並ぶ同一列の偏光分離ユニットが全て同じ偏光分離ユニットである場合には、Y方向に細長い偏光分離ユニットをX方向に配列して構成した偏光分離ユニットアレイ65を用いた方が、偏光分離ユニット間の界面における光損失を低減できると共に偏光分離ユニットアレイの製造コストを低減できるという利点がある。
【0051】
偏光分離ユニット65aは内部に偏光分離面65bと反射面65cを備えた四角柱状の構造体であり、偏光分離ユニット65aに入射する中間光束61bのそれぞれをP偏光光束とS偏光光束とに空間的に分離する機能を有している。偏光分離ユニット65aのXY平面上における外観形状は、光束分割レンズ61aのXY平面上における外観形状と相似形をなしており、即ち、横長の矩形状である。従って、偏光分離面65bと反射面65cとは横方向(X方向)に並ぶように配置されている。ここで、偏光分離面65bと反射面65cとは、偏光分離面65bがシステム光軸Nに対して約45度の傾きをなし、且つ、反射面65cが偏光分離面と平行な状態をなし、さらに、偏光分離面65bがXY平面上に投影する断面積(後述するP出射面の面積に等しい)と反射面65cがXY平面上に投影する断面積(後述するS出射面の面積に等しい)とが等しくなるように配置されている。従って、本例では、偏光分離面65bが存在する領域のXY平面上での横幅と反射面が存在する領域のXY平面上での横幅とは等しくなり、且つ、それぞれが偏光分離ユニットのXY平面上での横幅の半分になるように設定されている。なお、一般的に、偏光分離面65bは誘電体多層膜で、また、反射面65cは誘電体多層膜或いはアルミニウム膜で形成することができる。
【0052】
偏光分離ユニット65aに入射した光は、偏光分離面65bにおいて、進行方向を変えずに偏光分離面65bを透過するP偏光光束と、偏光分離面65bで反射され隣接する反射面65cの方向に進行方向を変えるS偏光光束とに分離される。P偏光光束はそのままP出射面65dを経て偏光分離ユニットから出射され、S偏光光束は再び反射面65cで進行方向を変え、P偏光光束とほぼ平行な状態となって、S出射面65eを経て偏光分離ユニットから出射される。従って、偏光分離ユニットに入射したランダムな偏光光束は偏光分離ユニットにより偏光方向が異なるP偏光光束とS偏光光束の二種類の偏光光束に分離され、偏光分離ユニットの異なる場所(P出射面65dとS出射面65e)からほぼ同じ方向に向けて出射される。偏光分離ユニット65aは上記のような機能を有することから、それぞれの偏光分離ユニット65aの偏光分離面65bが存在する領域にそれぞれの中間光束61bを導く必要があり、そのため、偏光分離ユニット内の偏光分離面65bの中央部に中間光束61bが入射するように、それぞれの偏光分離ユニット65aとそれぞれの集光レンズ63aの位置関係やそれぞれの集光レンズ63aのレンズ特性は設定されている。特に、本例の場合には、それぞれの偏光分離ユニット内の偏光分離面65bの中央部にそれぞれの集光レンズの中心軸が来るように配置するため、集光レンズアレイ65は、偏光分離ユニットの横幅の1/4に相当する距離Dだけ、偏光分離ユニットアレイ65に対してX方向にずらした状態で配置されている。
【0053】
尚、偏光分離ユニットアレイにおいては、その内部に上述した偏光分離面と反射面が規則的に形成されたものであれば良く、上述した偏光分離ユニットを基本的な構成単位として用いる必要は必ずしもない。ここでは、偏光分離ユニットアレイの機能を説明し易くするために、偏光分離ユニットという構成単位を導入したに過ぎない。
【0054】
遮光板64は偏光分離ユニットアレイ65と集光レンズアレイ63との間にあって、遮光板64のそれぞれの開口面64bの中心とそれぞれの偏光分離ユニット65aの偏光分離面65bの中心がほぼ一致するように配置され、また、開口面64bの開口横幅(X方向の開口幅)は偏光分離ユニット65aの横幅の約半分の大きさに設定されている。この結果、偏光分離面65bを経ずして反射面65cに直接入射する中間光束61bは、予め遮光板64の遮光面64aで遮られるためほとんど存在せず、遮光板64の開口面64bの通過した光束はそのほとんど全てが偏光分離面65bに入射することになる。従って、遮光板64の設置により、偏光分離ユニット65aにおいて、直接反射面65cに入射し、反射面65cを経て隣接する偏光分離面65bに入射する光束はほとんど存在しないことになる。
【0055】
偏光分離ユニットアレイ65の出射面側には、λ/2位相差板66aが規則的に配置された選択位相差板66が設置されている。即ち、偏光分離ユニットアレイ65を構成する偏光分離ユニット65aのP出射面65dの部分にのみλ/2位相差板66aが配置され、S出射面65eの部分にはλ/2位相差板66aは設置されていない。この様なλ/2位相差板66aの配置状態により、偏光分離ユニット65aから出射されたP偏光光束は、λ/2位相差板66aを通過する際に偏光方向の回転作用を受けS偏光光束へと変換される。一方、S出射面65eから出射されたS偏光光束はλ/2位相差板66aを通過しないので、偏光方向は変化せず、S偏光光束のまま選択位相差板66を通過する。以上をまとめると、偏光分離ユニットアレイ65と選択位相差板66により、偏光方向がランダムな中間光束61bは一種類の偏光光束(この場合はS偏光光束)に変換されたことになる。
【0056】
選択位相差板66の出射面の側には、結合レンズ67が配置されており、選択位相差板66によりS偏光光束に揃えられた光束は、結合レンズ67により照明領域(液晶ライトバルブ80R、80G、80Bの画像形成領域)90へと導かれ、照明領域上で重畳結合される。ここで、結合レンズ67は1つのレンズ体である必要はなく、第1の光学要素61のように、複数のレンズの集合体であっても良い。
【0057】
第2の光学要素62の機能をまとめると、第1の光学要素61により分割された中間光束61b(つまり、光束分割レンズ61aにより切り出されたイメージ面)は、第2の光学要素62により照明領域上で重畳結合される。これと同時に、途中の偏光変換装置68により、ランダムな偏光光束である中間光束は偏光方向が異なる二種類の偏光光束に空間的に分離され、その分離された二種類の偏光光束が一種類の偏光光束に変換される。ここで、偏光変換装置68の偏光分離ユニットアレイ65の入射側には遮光板64が配置され、偏光分離ユニット65aの偏光分離面65bにだけ中間光束が入射する構成となっているため、反射面65cを経て偏光分離面65bに入射する中間光束61bはほとんどなく、偏光分離ユニットアレイ65から出射される偏光光束の種類はほぼ一種類に限定される。従って、照明領域は殆ど一種類の偏光光束でほぼ均一に照明されることになる。
【0058】
このような第2の光学要素62から出射された一種類の偏光光束は、まず青光緑光反射ダイクロイックミラー71において、赤色光Rが透過し、青色光Bおよび緑色光Gが反射する。赤色光Rは、反射ミラー72で反射され、赤色用の透過型液晶ライトバルブ80Rに達する。一方、青色光Bおよび緑色光Gのうち、緑色光Gは、緑光反射ダイクロイックミラー73によって反射され、緑光用の透過型液晶ライトバルブ80Gに達する。
【0059】
ここで、青色光Bは、各色光のうちでその光路の長さが最も長いので、青色光Bに対しては、入射レンズ74、リレーレンズ75、および出射レンズ76からなるリレーレンズ系で構成された導光手段79を設けてある。即ち、青色光Bは、緑光反射ダイクロイックミラー73を透過した後に、まず、入射レンズ74を経て反射ミラー77により反射されてリレーレンズ75に導かれ、このリレーレンズ75に集束された後、反射ミラー78によって出射レンズ76に導かれ、しかる後に、青光用の透過型液晶ライトバルブ80Bに達する。ここで、3ヶ所の透過型液晶ライトバルブ80R、80G、80Bは、それぞれの色光を変調し、各色光に対応した画像情報を含まれた後に、変調した色光をクロスダイクロイックプリズム85に入射する。クロスダイクロイックプリズム85には、赤光反射の誘電体多層膜と青光反射の誘電体多層膜とがX字状に形成されており、それぞれの変調光束を合成しカラー画像を形成する。ここで形成されたカラー画像は、投写光学系である投写レンズ26により投写面27上に拡大投影され、投写画像を形成する。
【0060】
このように構成された投写型表示装置20Aは、本発明を適用した照明装置1を有しているので、上述した反射型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置20と同様に、明るい投写画像を表示可能である。
【0061】
ここで、照明装置1の構成要素である光源ランプ2の各色の発光バランスは一般的に不均一であるので、照明装置1からの出射光Hの色バランスも整っていない。このため、上述した投写型表示装置20、20Aでは、分離された各色光R、G、Bの光強度は一致しておらず、例えば、所定の色光の光強度のみがその他の色光より弱くなる場合がある。
【0062】
このような場合には、照明装置1のホログラム素子5に波長依存性を持たせて、光源ランプ2からの直接光L1のうち、所定の波長帯の色光のみに回折作用が働くように設定し、所定の波長帯の色光の強度を効果的に強めるようにすれば良い。このようにすれば、照明装置1からの出射光Hの色バランスを向上でき、投写型表示装置20、20Aにおける各色光R、G、Bの光強度をほぼ一致させることができる。また、投写型表示装置20、20Aにおいて、光路中における所定の色光の損失がその他の色光に比べて多い場合にも、ホログラム素子5に波長依存性を持たせて、光源ランプ2からの直接光L1のうち、所定の波長帯の色光のみに回折作用が働くようにすることが有効である。
【0063】
さらに、2色の色光の強度を高める場合には、それぞれの色光に対応した2つのホログラム素子(第1および第2の偏向部分)を積層したものを使用すれば良い。また、複数のホログラム材料を積層することにより、第1および第2の偏向部分を構成したホログラム素子を使用することも可能である。
【0064】
なお、本発明の照明装置は、投写型表示装置の光源に限らず、車のヘッドライト等に対して適用可能である。
【0065】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、リフレクタの前面開口の出射側にホログラム素子を配置して、光源ランプからの発散光のうち、直接出射光成分の少なくとも一部をこのホログラム素子の回折作用によってランプ光軸に略平行な光に変換して照明装置の出射光として利用している。
【0066】
従って、従来では利用されていない直接出射光成分を照明装置の出射光として利用できるので、その分、光の利用効率を高め、明るい出射光を得ることができる。また、本発明の照明装置を投写型表示装置に組み込むことにより、明るい投写画像を投写可能な投写型表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した照明装置の概略断面構成図である。
【図2】ホログラム素子の光の入射角に対する回折効率の関係を示す図である。
【図3】(A)は、図1に示す照明装置における直接出射光成分の回折状態を示す図、(B)は、ホログラム素子から出射される直接出射光成分の各光成分の分布を示す図である。
【図4】図1に示す照明装置における反射出射光成分の出射状態を示す図である。
【図5】(A)は図1に示すホログラム素子とは異なる例のホログラム素子の平面図、(B)はその断面図である。
【図6】図1に示す照明装置を備えた投写型表示装置の光学系の概略構成図である。
【図7】図1に示す照明装置を備えた投写型表示装置の異なる光学系の例を示す概略構成図である。
【図8】図7に示す投写型表示装置の光学系における照明装置の周辺部分の拡大図である。
【図9】従来の照明装置の概略断面構成図である。
【符号の説明】
1 照明装置
2 光源ランプ
3 リフレクタ
4 前面開口
5、5A ホログラム素子
5a 光入射面
5b 光出射面
7 発光部
11 放物面反射面
20、20A 投写型表示装置
23R、23G、23B 反射型液晶ライトバルブ
80R、80G、80B 透過型液晶ライトバルブ
26 投写レンズ
51 透明部分
L ランプ光軸
L1 直接出射光成分
L2 反射出射光成分
Claims (6)
- 投射型表示装置に用いる照明装置において、
光源ランプと、この光源ランプの発散光の一部を反射して略平行な出射光として前面開口から出射するリフレクタとを有する照明装置において、
前記リフレクタの前記前面開口の出射側に配置されたホログラム素子を有し、当該ホログラム素子は、前記光源ランプの発散光のうち、該ホログラム素子の光入射面に対して所定の範囲で入射する光成分を前記光源ランプの光軸に略平行な方向に回折し、
前記ホログラム素子は、所定の波長帯の色光成分の光を、主に、前記光源ランプの光軸に略平行な方向に回折可能であり、
前記色光成分は、前記光源ランプの発散光の色光成分のうち、発光強度が他の色光成分に比べて低いものであることを特徴とする照明装置。 - 請求項1において、前記ホログラム素子は、体積変調型のホログラム素子であることを特徴とする照明装置。
- 請求項1または2において、前記ホログラム素子は、第1の波長帯の第1の色光成分を前記光源ランプの光軸に略平行な方向に回折する第1の偏向部分と、前記第1の波長帯とは異なる第2の色光成分を前記光源ランプの光軸に略平行な方向に回折する第2の偏向部分とを備え、前記第1および第2の偏向部分は光学特性の異なる少なくとも2つの偏向部から構成されていることを特徴とする照明装置。
- 請求項1乃至3のいずれかの項において、前記ホログラム素子は、前記光源ランプの光軸を中心とする中心領域を有し、この中心領域では光をそのまま透過させることを特徴とする照明装置。
- 請求項1に記載の照明装置と、当該照明装置からの出射光を変調する透過型の光変調素子と、この光変調素子によって変調された変調光を投写面上に拡大投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。
- 請求項1に記載の照明装置と、当該照明装置からの出射光を変調する反射型の光変調素子と、この光変調素子によって変調された変調光を投写面上に拡大投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15948098A JP3629951B2 (ja) | 1998-06-08 | 1998-06-08 | 照明装置およびそれを用いた投写型表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15948098A JP3629951B2 (ja) | 1998-06-08 | 1998-06-08 | 照明装置およびそれを用いた投写型表示装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11352588A JPH11352588A (ja) | 1999-12-24 |
JP3629951B2 true JP3629951B2 (ja) | 2005-03-16 |
Family
ID=15694700
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15948098A Expired - Fee Related JP3629951B2 (ja) | 1998-06-08 | 1998-06-08 | 照明装置およびそれを用いた投写型表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3629951B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1415480A1 (en) * | 2001-07-06 | 2004-05-06 | Explay Ltd. | An image projecting device and method |
JP4737880B2 (ja) * | 2001-07-26 | 2011-08-03 | 株式会社リコー | 照明装置および映像装置 |
CN113589629B (zh) * | 2020-04-30 | 2022-12-27 | 华为技术有限公司 | 投影显示装置及其校准方法 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04173440A (ja) * | 1990-11-07 | 1992-06-22 | Nissan Motor Co Ltd | 車両用前照灯 |
JP2678860B2 (ja) * | 1992-06-30 | 1997-11-19 | 日産自動車株式会社 | 灯 具 |
JPH0618710A (ja) * | 1992-06-30 | 1994-01-28 | Dainippon Printing Co Ltd | 回折波長範囲の広い回折格子の作製方法 |
JPH0676618A (ja) * | 1992-08-28 | 1994-03-18 | Shimadzu Corp | 照明装置 |
JPH08106804A (ja) * | 1994-10-03 | 1996-04-23 | Nippondenso Co Ltd | 車両用灯具 |
JPH08138407A (ja) * | 1994-11-09 | 1996-05-31 | Nippondenso Co Ltd | 照明装置 |
JPH09127610A (ja) * | 1995-10-30 | 1997-05-16 | Sony Corp | プロジェクタ装置とその光源 |
JP3931208B2 (ja) * | 1995-11-09 | 2007-06-13 | 大日本印刷株式会社 | ホログラムカラーフィルター及びその作製方法 |
JP3460456B2 (ja) * | 1996-07-23 | 2003-10-27 | セイコーエプソン株式会社 | 投写型表示装置 |
JP2002159642A (ja) * | 2001-10-22 | 2002-06-04 | Sanyo Product Co Ltd | パチンコ機 |
-
1998
- 1998-06-08 JP JP15948098A patent/JP3629951B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11352588A (ja) | 1999-12-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100472816B1 (ko) | 조명 광학계 및 이를 구비한 프로젝터 | |
KR101001451B1 (ko) | 조명 광학계 | |
JP3471001B2 (ja) | 照明光学系およびこれを用いた投射型表示装置 | |
EP1577697A1 (en) | Illuminating device and porjection type image display unit | |
JPH11212023A (ja) | 照明光学系および投写型表示装置 | |
JPH10177151A (ja) | 光学素子、偏光照明装置および投写型表示装置 | |
JPH11271744A (ja) | カラー液晶表示装置 | |
JPH11183848A (ja) | 偏光照明装置および投写型表示装置 | |
JP3408202B2 (ja) | 照明装置および投写型映像表示装置 | |
JP3635979B2 (ja) | 照明光学系および投写型表示装置 | |
KR19990076930A (ko) | 투사형 표시장치 및 그를 위한 조명광학계 | |
JP2002023105A (ja) | 照明光学系及びこれを用いたプロジェクタ | |
JP4148490B2 (ja) | 偏光ビームスプリッタを用いた投射型表示装置 | |
JPH10170869A (ja) | 偏光照明装置および投写型表示装置 | |
WO2004006000A1 (ja) | 液晶プロジェクタ | |
JP3629951B2 (ja) | 照明装置およびそれを用いた投写型表示装置 | |
JP3986136B2 (ja) | 偏光光源装置 | |
JP3642190B2 (ja) | 偏光照明装置および投写型表示装置 | |
JP2008268243A (ja) | 照明光学系および投写型表示装置 | |
US20230244131A1 (en) | Light source device and projector | |
JP2000193926A (ja) | 光源ユニット及び照明光学系、並びに投写型表示装置 | |
JP3669051B2 (ja) | 投写型表示装置 | |
JP2005284307A (ja) | 画像表示装置 | |
JPH10319349A (ja) | 偏光変換素子及びそれを用いた投影装置 | |
US11543743B2 (en) | Light source apparatus and projector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040816 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040831 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041015 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041124 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041207 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081224 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091224 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101224 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101224 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111224 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111224 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121224 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |