TWI514003B - A light source device and a projection type display device using the same - Google Patents

Description

光源裝置及使用其的投射型顯示裝置

本發明，是有關於將LED光源和雷射光源的特定波長的光源光合成的光源光，使用影像顯示元件將影像投影在銀幕上之光源裝置及具備其的投射型顯示裝置。

近年來，因為Red/Green/Blue3色的單色LED光源、和Red/Green/Blue的半導體雷射的高輸出化，而使將這些作成光源的小型投影機市場擴大。

小型投影機所使用的影像顯示元件，已知例如反射型液晶顯示元件也就是LCOS(Liquid Crystal On Silicon)、微反射鏡型影像顯示元件也就是DMD(Digital Micromirror Device)、將MEMS(微機電系統、Micro Electro Mechanical Systems)的鏡子2次元掃描者等。

在這些的小型投影機中，將3色的單色LED和半導體雷射的輸出光合成，將此合成光藉由LCOS和DMD的影像顯示元件影像化。且，MEMS的鏡子，是將被合成在一個光路的3色的單色LED和半導體雷射的輸出光，對於各色依序掃描將影像顯示。

在專利文獻1中揭示了，將3色的單色LED和半導體雷射的光束，藉由由波長選擇性不同的面所構成的分色鏡合成的技術。

〔習知技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕美國專利第8238029號說明書

使用3色的單色光源照射在1個影像顯示元件的情況，有需要設置將Red/Green/Blue光源合成1個共通的光學系的手段。為了將3色合成而各別使用個別的光學元件的話，零件數會增加且光源裝置整體會變大，成為不利並小型化和低成本化。

依據在專利文獻1所揭示的技術的話，可使用1個分色鏡將3色合成，但是只記載投射在MEMS的鏡子的光束的合成，對於使用LCOS和DMD等的面光源的影像顯示元件未考慮。

本發明的目的，是提供一種可將使用LED和半導體雷射等的固體發光源的面光源作為照度分布均一且可小型化的光源的照明裝置及具備其的投射型顯示裝置。

為了解決上述課題，本發明的將投射影像面投射的投射型顯示裝置的光源裝置，是具備：將第1色光的面照射光輸出的第1固體光源、及將第2色光的面照射光輸出的第2固體光源、及將第3色光的面照射光輸出的第3固體光源、及將前述第1固體光源的光束反射的第1分光面及將前述第2固體光源的光束反射的第2分光面為彼此非平行地被相面對地設置且前述第3固體光源的光束是曲折透過前述第1分光面及前述第2分光面的楔型分色鏡、及將從前述楔型分色鏡入射的光束的照度分布平滑化的透鏡陣列，前述第3固體光源的光束的光軸，是藉由前述楔型分色鏡使與前述透鏡陣列的光軸一致地曲折，入射至前述透鏡陣列，前述第1固體光源的光束及前述第2固體光源的光束，是藉由前述楔型分色鏡使前述透鏡陣列的光軸成為對稱的中心的方式反射，入射至前述透鏡陣列。

進一步，前述第1固體光源及前述第2固體光源是接近地配置，具備：將前述第1固體光源及前述第2固體光源的射出光轉換成大致平行光朝前述楔型分色鏡射出的球面或是非球面的第1平行化透鏡、及將前述第3固體光源的射出光轉換成大致平行光朝前述楔型分色鏡射出的球面或是非球面的第2平行化透鏡，前述第1固體光源及前述第2固體光源，是朝與前述第1平行化透鏡的光軸上相異的位置預定量偏移地配置，前述第1固體光源的被大致平行化的光束的光軸及前述第2固體光源的被大致平行化的光束的光軸的方向，是與前述第1平行化透鏡的 光軸的方向相異，前述第3固體光源，是被配置於前述第2平行化透鏡的光軸上的位置，前述第3固體光源的被大致平行化的光束的光軸的方向，是與前述第2平行化透鏡的光軸的方向同樣。

依據本發明的話，可以提供一種可由簡潔的構成實現光源裝置的小型化及銀幕上的照度均一化兩立的光源裝置及具備其的投射型顯示裝置。

1‧‧‧LED光源

2‧‧‧LED光源

3‧‧‧LED光源

4‧‧‧光源單元

5‧‧‧攝取透鏡

6‧‧‧攝取透鏡

7‧‧‧楔型分色鏡

7a‧‧‧鏡子面

7b‧‧‧鏡子面

8‧‧‧透鏡陣列

8b‧‧‧鏡子面

9‧‧‧透鏡陣列

10‧‧‧中繼透鏡

11‧‧‧中繼透鏡

12‧‧‧影像顯示元件

13‧‧‧投射透鏡

21‧‧‧光源光軸

22‧‧‧光源光軸

23‧‧‧光源光軸

31‧‧‧波形

32‧‧‧波形

41‧‧‧波形

42‧‧‧波形

61‧‧‧光軸

62‧‧‧反射點

63‧‧‧交點

81‧‧‧鏡子

82‧‧‧三角稜鏡

83‧‧‧TIR稜鏡

83a‧‧‧全反射面

83b‧‧‧稜鏡面

83c‧‧‧稜鏡面

83c‧‧‧稜鏡面

91‧‧‧兩側透鏡陣列

100‧‧‧光學引擎

101‧‧‧複合透鏡

111‧‧‧複合稜鏡

131‧‧‧偏光轉換元件

132‧‧‧光分配器

132‧‧‧偏光光分配器

132a‧‧‧偏光膜

〔第1圖〕顯示本發明的實施例1中的光源裝置的概略構成的圖。

〔第2圖〕顯示本發明中的光源光軸的關係的圖。

〔第3圖〕顯示本發明中的透鏡陣列上的光束的光量分布的圖。

〔第4圖〕顯示本發明中的影像顯示元件上的照度分布的圖。

〔第5圖〕顯示本發明中的別的光源光軸的關係的圖。

〔第6圖〕顯示本發明中的光源光軸及透鏡陣列的光軸的關係的圖。

〔第7圖〕顯示本發明中的光源光軸及透鏡陣列的光 軸的別的關係的圖。

〔第8圖〕顯示本發明的實施例2中的光源裝置的概略構成的圖。

〔第9圖〕顯示本發明的實施例2中的光源裝置的別的概略構成的圖。

〔第10圖〕顯示本發明的實施例2中的光源裝置的別的概略構成的圖。

〔第11圖〕顯示本發明的實施例2中的光源裝置的別的概略構成的圖。

〔第12圖〕顯示本發明的實施例2中的光源裝置的別的概略構成的圖。

〔第13圖〕顯示本發明的實施例3中的光源裝置的概略構成的圖。

〔第14圖〕顯示本發明的實施例3中的光源裝置的別的概略構成的圖。

對於適用本發明的光源裝置及具備其的投射型顯示裝置的實施例的一例，使用以下圖面說明。又，本發明是不藉由以下的說明被限定者。且，在各圖中，若顯示相同作用的構成要素的情況時是一部分使用相同符號。

〔實施例1〕

第1圖，是顯示本發明中的實施例的投射型 顯示裝置的光學引擎100的一例。光學引擎100，是具有將預定的波長或是波長帶的光束射出的LED光源1、LED光源2、LED光源3。

在本實施例中，例如，LED光源1是中心波長約615nm的紅色光束，LED光源2是中心波長約460nm的藍色光束，LED光源3是中心波長約525nm的綠色光束。各波長即使不是上述的值也無妨。且即使具有預定的波長帶也無妨。且，光源，是將LED以外的可視光發光的雷射二極管等的固體發光元件的話皆可以。

本實施例的LED光源，是從光源射出的光束成為光源的中心的強度最大的對稱的光量分布。在本實施例中，將此強度最大的中心作為光源的光軸。

且實施例的LED光源1及LED光源2，是成為被並列搭載在光源單元4中的多晶片模組的構成。因為LED元件是彼此的光源接近地並列，所以可以實現光源元件的小型化。

在本實施例中，將紅色的LED光源1及藍色的LED光源2作成多晶片構成的模組，將綠色的LED光源3作成單色的模組。在實施例中，從綠色的發光效率的點雖將LED光源3作成單色構成，但是不限定於此構成。

將LED光源1射出的紅色光束及將LED光源2射出的藍色光束，是由攝取透鏡5被轉換成大致平行光。將LED光源3射出的綠色光束，是由攝取透鏡6被 轉換成大致平行光。又，攝取透鏡5及攝取透鏡6，是設想為玻璃或是塑膠的等向的球面透鏡或是非球面透鏡。

在本實施例中，其特徵為：將LED光源1及LED光源2的2個的光源由1個共通攝取透鏡轉換成大致平行光。藉由將攝取透鏡共通化，就可將零件數削減。且，可進行光學引擎100的小型化。

如上述，雖將LED光源1及LED光源2的2個光源光由1個攝取透鏡5大致平行化，但是光源光束的光軸、及攝取透鏡5的透鏡光軸是成為偏離的構成。詳細的話，LED光源1及LED光源2的光源光束的光軸，是成為以透鏡光軸為中心平行地移行的構成。

又，攝取透鏡5及攝取透鏡6，雖是由1個將光束轉換成大致平行光，但是為了獲得所期的大致平行光束在例如光束的進行方向配置2個以上也無妨。藉由配置2個以上，就可使用比1個時更小型且曲折率小的簡潔的透鏡。

楔型分色鏡7，是將通過攝取透鏡5及攝取透鏡6的紅色光束、藍色光束、綠色光束合成的光合成元件。楔型分色鏡7的攝取透鏡5側的鏡子面7a，是成為具有使紅色光束反射，使藍色光束及綠色光束透過的功能的波長選擇性鏡子面。且，攝取透鏡6側的鏡子面7b，是成為具有使藍色光束反射，使紅色光束及綠色光束透過的功能的波長選擇性鏡子面。藉由此分光功能，楔型分色鏡7，是將3色的LED光源的光束合成。楔型分色鏡7及 LED光源的光軸的關係，詳細如後述。

被合成的光束，是入射至透鏡陣列8及透鏡陣列9的2枚的透鏡陣列。透鏡陣列8及透鏡陣列9，是將積分器光學系構成，由同數的透鏡單元所構成。透鏡陣列8，入射前是將具有光量分布的光束，透鏡單元數分割地集光在透鏡陣列9上。因為各LED光源及透鏡陣列9是設計成為共軛的關係，所以在透鏡陣列9上成為透鏡單元數分的假想光源像。又，在第1圖中一邊的透鏡數雖記載為5個，但是不用說當然不限定於5個。

通過透鏡陣列9的光束，是在中繼透鏡10及中繼透鏡11傳播並被照射在影像顯示元件12。中繼透鏡10是具有將透鏡陣列9的透鏡單元的光源像重疊的功能，中繼透鏡11是具有將被重疊的光束對於影像顯示元件12轉換成大致平行光地照射的功能。

如此，藉由從透鏡陣列8至中繼透鏡11為止的照明光學系，在影像顯示元件12中可以形成照度均一的像。又，在第1圖，中繼透鏡是由2枚構成，但是只要可由影像顯示元件12獲得所期的像的話使用幾枚也無妨。

由影像顯示元件12所形成的像，是顯示通過投射透鏡13被擴大投影在銀幕(無圖示)的影像。如以上，影像資訊裝置的光源裝置，是使用3個單色光源及1個影像顯示元件及將光傳播的光學零件，在銀幕顯示所期的影像。

接著，藉由第2圖，詳細說明楔型分色鏡7及LED光源的光軸的關係。在第2圖中，在從由第1圖所示的LED光源1至透鏡陣列8為止的光學零件中，追記了：將LED光源1射出的紅色光束的光源光軸21、及將LED光源2射出的藍色光束的光源光軸22、及將LED光源3射出的綠色光束的光源光軸23的關係的圖。紅色光束的光源光軸21是由實線，藍色光束的光源光軸22是由虛線，綠色光束的光源光軸23是由一點鎖線顯示。

在如前述本實施例中，為了將投射型顯示裝置的光源裝置小型化，將LED光源1及LED光源2的2個由光源單元4一體地形成。且，將LED光源1及LED光源2的光源光，藉由1個攝取透鏡5將雙方的光束轉換成大致平行光。因為此構成，紅色光束及藍色光束的光源光軸是由彼此之間非平行地入射至光合成元件(分色鏡)。

在此，使用與光合成元件平行平板的分色鏡的情況，紅色光束是設定成對於透鏡陣列8的光軸大致平行地入射的角度的話，藍色光束是對於透鏡陣列8的光軸大傾斜地入射。其結果，對於從透鏡陣列8朝透鏡陣列9的光的傳播效率的損失會變大，在銀幕上成為照度分布的劣化的影像。

且在光合成元件配置2枚紅色用的平行平板分色鏡及藍色用的平行平板分色鏡的情況，因為可以由紅色光束及藍色光束各別獨立地設定鏡子面的角度，所以全部的光束的光軸是成為可對於透鏡陣列8的光軸由大致平 行地入射。但是，因為使用2枚所以零件配置的空間變大而成為不利小型化、為了增加至2枚使對於安裝誤差的影響會變大、透過2枚的平行平板分色鏡的綠色光束的效率的劣化會變大等的新的問題會發生。

在此，在本實施例中，具有彼此之間非平行的相面對的鏡子面且配置了楔型分色鏡7。此情況，由例如鏡子面7a只有將紅色光束反射，由鏡子面7b只有將藍色光束反射的楔形狀的話，如第2圖所示合成後的全部的光源光軸可轉換成對於透鏡陣列8的光軸大致平行。且，因為元件是1個所以可以改善安裝誤差和透過效率劣化的課題，配置空間也可縮小。

且如第2圖所示，將LED光源3的綠色光束的光源光軸23及攝取透鏡6的光軸配置成一致。且，入射至楔型分色鏡7，由鏡子面7a及鏡子面7b曲折，朝向透鏡陣列8被射出。

此時，綠色光束的光源光軸23，是與透鏡陣列8的光軸一致。且，紅色光束的光源光軸21及藍色光束的光源光軸22，是以綠色光束的光源光軸23為中心大致平行地朝透鏡陣列8被入射。

如上述實施例的構成，紅色光束的光源光軸21及藍色光束的光源光軸22的任一皆對於攝取透鏡的光軸預定量偏移。因此，通過攝取透鏡5的光束的光量分布是成為非對稱。因此，將楔型分色鏡7的鏡子面7a反射並入射至透鏡陣列8的紅色光束的光量分布是非對稱。同 樣地，將楔型分色鏡7的鏡子面7b反射並入射至透鏡陣列8的藍色光束的光量分布也非對稱。因為綠色光束是光源光軸與攝取透鏡6的光軸一致，所以透過楔型分色鏡7的鏡子面7a及鏡子面7b並入射至透鏡陣列8的光量分布是對稱。

光量分布非對稱的紅色光束及藍色光束，是對於透鏡陣列8的光軸預定量偏移地入射。雖藉由偏移，使由透鏡陣列的各透鏡單元被分割的光量分布各別成為非對稱，但是對於將那些重疊的影像顯示元件12上的照度，對稱性被改善。

第3圖，其中一例是顯示紅色光束入射至透鏡陣列8後的光束的光量分布。橫軸是顯示透鏡陣列的位置，縱軸是顯示光束的光量分布。位於橫軸的中心的實線，是顯示透鏡陣列的光軸。波形31，是顯示光源光軸與透鏡陣列光軸一致時的光量分布。波形32是如第2圖的光源光軸21，顯示對於透鏡陣列的光軸預定量偏移時的光量分布。

且第4圖，是顯示從第3圖的光量分布所計算的影像顯示元件12上的照度分布。橫軸是顯示影像顯示元件12的位置，縱軸是顯示影像顯示元件上的照度分布。橫軸的中心中的實線，是顯示影像顯示元件的光軸。波形41，是顯示從第3圖的波形31的光量分布所獲得的照度分布。波形42，是顯示從第3圖的波形32的光量分布所獲得的照度分布。

從第3圖及第4圖，如波形31若光源光軸與透鏡陣列的光軸一致的話就如波形41成為非對稱的照度分布。但是，如波形32藉由使光源光軸對於透鏡陣列的光軸預定量偏移，就可如波形42成為對稱的照度分布。又對於藍色光束，因為與紅色光束非對稱的方向反轉，所以如第2圖的光源光軸22朝與紅色光束相反方向預定量偏移的話可以改善照度分布。

第5圖，是顯示光源光軸21及光源光軸22及光源光軸23的與第2圖不同關係的圖。綠色光束的光源光軸23，是第2圖同樣被轉換成與透鏡陣列8的光軸大致一致。但是，紅色光束的光源光軸21，是被轉換成對於透鏡陣列8的光軸預定的角度傾斜。藍色光束的光源光軸22，也對於透鏡陣列8的光軸被轉換成預定的角度傾斜。如此，沒有必要將全部的光源光軸轉換成對於透鏡陣列8的光軸大致平行，只預定的角度傾斜也可以。由此楔型分色鏡7的鏡子面7a及鏡子面7b的角度的限制被緩和，楔型分色鏡7的製造成為容易，零件的低成本成為可能。

第6圖，是顯示第5圖的光源光軸及透鏡陣列的光軸的關係的詳細的圖。代表地說明：由實線顯示的紅色光束的光源光軸21、及由一點鎖線顯示的透鏡陣列8的光軸61的關係。在第6圖中，紅色光束的光源光軸21的鏡子面7a中的反射點62、及透鏡陣列8的光軸61及鏡子面7a的交點63，是假定為一致。

如第6圖，鏡子面7a反射後的紅色光束的光源光軸21、及透鏡陣列8的光軸61的形成角度為θ。且，從透鏡陣列8的光軸61及鏡子面7a的交點63朝透鏡陣列8下降的垂線的距離為L。且，透鏡陣列的透鏡單元的一邊的長度為W。

此時，其特徵為：滿足tan θ<(W/2)/L……(數式1)的關係。由數式1，光源光軸是由預定的角度朝透鏡陣列的中心的透鏡單元入射。

在滿足數式1的角度θ之中，藉由入射至預定的位置的方式進行轉換，即使光量分布是非對稱的光束的情況，也可以改善使影像顯示元件的照度分布對稱。又，不用說對於藍色光束的光源光軸22及透鏡陣列8的光軸61的形成角度當然也滿足同樣的關係。

第7圖，是顯示如第6圖紅色光束的光源光軸21的鏡子面7a中的反射點62、及透鏡陣列8的光軸61及鏡子面7a的交點63是不一致的情況時的光源光軸21及透鏡陣列8的光軸61的關係的圖。

如第7圖，紅色光束的光源光軸21、及透鏡陣列8的光軸61的形成角度為θ。且，從紅色光束的光源光軸21的鏡子面7a中的反射點62朝透鏡陣列8下降的垂線的距離為L。且，透鏡陣列的透鏡單元的一邊的長度設為W。且，從紅色光束的光源光軸21的鏡子面7a中的反射點62朝透鏡陣列8的光軸61下降的垂線的距離為D。

此時，其特徵為：滿足tan θ<(W/2-D)/L……(數式2)的關係。且，其特徵為：此時D的絕對值是比W/2更小。由數式2，光源光軸是由預定的角度朝透鏡陣列的中心的透鏡單元入射。

在滿足數式2的角度θ之中，藉由入射至預定的位置的方式進行轉換，即使光量分布是非對稱的光束的情況，也可以改善使影像顯示元件的照度分布對稱。又，不用說對於藍色光束的光源光軸22及透鏡陣列8的光軸61的形成角度當然也滿足同樣的關係。

又，將投影機的光源裝置尺寸小型化的話因為入射光束徑會變小，所以透鏡陣列的透鏡單元數會相對地變大。因此，因為透鏡單元數變少，被整合的數變少，所以光量分布是非對稱的話影像顯示元件的照度分布的非對稱性會成為顯著。對於入射光束成為有效的預定的方向的透鏡陣列的數是例如5個以下的較少的情況，如本發明將具有非對稱的分布的光束對於透鏡陣列預定量偏移入射的構成作為將照度分布均一化手段，是更有效果。

且為了將光路長縮短而減小了透鏡陣列8及影像顯示元件12的倍率設計的情況時，透鏡陣列8的透鏡單元的尺寸因為變大，所以如本構成的非對稱的光束對於透鏡陣列預定量偏移地入射的構成作為將照度分布均一化手段，是更有效果。

且透鏡單元的曲率半徑是例如1mm以下的較小的設計時，透鏡單元的交界的通過率劣化等的透鏡陣列 性能的劣化容易產生。因此為了由曲率半徑1mm以上小型化，成為需要減小倍率，透鏡單元的尺寸會變大。這種的情況時，如本構成的非對稱的光束對於透鏡陣列預定量偏移地入射的構成作為將照度分布均一化手段，是更有效果。

且使用在小型投影機的搭載了LED光源1及LED光源2的光源單元4，例如光源中的光軸間距離是例如1.5mm以下較佳。該情況，不需將楔型分色鏡7的鏡子面7a及鏡子面7b間隔變寬，就可作成小型的楔型分色鏡7。

且為了減小透鏡陣列8中的預定的偏移量，或是使紅色光束及藍色光束成為對稱，LED光源1及LED光源2光軸的中點，是與攝取透鏡5的光軸一致較佳。

且因為楔型分色鏡7的製造上的限制，所以使鏡子面7a及鏡子面8b之間的邊之中短方的邊成為0.3mm以上的方式決定鏡子面7a及鏡子面7b的角度較佳。

且對於綠色光束的光源光軸，因為通過攝取透鏡6的光束的光量分布是對稱，所以只有將綠色光源及攝取透鏡6預定的角度旋轉，使通過楔型分色鏡7時的光源光軸與透鏡陣列8的光軸一致的方式調整較佳。

使彼此的光源光軸一致的構成，是具有非對稱的分布的光束的情況，由透鏡陣列將光束重疊時影像資訊元件的照度分布成為非對稱，會成為問題。但是，透鏡 陣列的透鏡單元對於入射至透鏡陣列的光束充分小時，影像資訊元件的照度分布的非對稱變不顯著。因此，透鏡單元充分小的情況時是將彼此的光源光軸一致的構成也可以。

在本發明中，搭載在光源單元4的LED光源1及LED光源2，是各別使用1個晶片。但是，各色的光源的晶片數不限定於1個，2個以上也無妨。例如，由2個及2個合計4個的晶片光源單元時，由田字的配置交互地將不同的LED光源配置的情況時，各色的光源的光軸是與攝取透鏡的光軸大致一致。一般，將2色不同的LED光源晶片複數並列時，其配置是成為點對稱的關係時是將彼此的光源光軸作成一致的構成，在線對稱和不成為對稱的關係時是使彼此的光源光軸不一致的構成較佳。

但是各色的光源的輝度分布因為是在各LED光源各具有尖峰，如本實施例，使各LED光源的光軸與攝取透鏡的光軸成為對稱的方式設置各LED光源，並且各LED光源的光軸，是成為與透鏡陣列的光軸對稱的方式，選擇LED光源的設置間隔及楔型分色鏡7的形狀較佳。

且在本實施例的光學引擎100中，將電源部、及電路部、及訊號處理手段組合的影像顯示裝置，是由簡潔的構成就可實現使小型化及銀幕上的照度均一兩立。

將上述的實施例更概念地說明的話，本發明 的光源裝置，是至少具備：將第1波長或是波長帶的光射出的第1光源及第2波長或是將波長帶的光射出的第2光源為彼此並列配置的光源單元、及將第3波長或是波長帶的光射出的第3光源、及將來自該光源的3個波長或是波長帶的光合成的光合成元件、及將前述光的分布平均化的光學元件，前述第1波長或是波長帶的光、及前述第2波長或是波長帶的光、及前述第3波長或是波長帶的光之入射至前述光學元件的光軸，是至少2個以上彼此不一致的方式構成者。

〔實施例2〕

接著，對於將本發明適用於在影像顯示元件使用微反射鏡型影像顯示元件也就是DMD的投射型顯示裝置時的構成例，使用第8圖說明。

光學引擎100，是具有將預定的波長或是波長帶的光束射出的LED光源1、LED光源2、LED光源3。在本實施例中，例如LED光源1是中心波長約615nm的紅色光束，LED光源2是中心波長約460nm的藍色光束，LED光源3是中心波長約525nm的綠色光束。各波長即使不是上述的值也無妨。且即使具有預定的波長帶也無妨。且，從LED光源射出的光束，是光源的中心的強度是成為最大的對稱的光量分布，將強度最大的中心作為光的光軸。

LED光源1及LED光源2，是在光源單元4 中被並列地搭載。因為彼此的光源是接近地並列，所以可以實現光源元件的小型化。

將LED光源1射出的紅色光束及將LED光源2射出的藍色光束，是由攝取透鏡5被轉換成大致平行光。將LED光源3射出的綠色光束，是由攝取透鏡6被轉換成大致平行光。又，攝取透鏡5及攝取透鏡6，是設想為玻璃或是塑膠的等向的球面透鏡或是非球面透鏡。且，在第8圖攝取透鏡4、5，是雖由1枚的透鏡顯示，但是為了獲得所期的大致平行光束即使例如設置2枚以上也無妨。

楔型分色鏡7，是將通過攝取透鏡5及攝取透鏡6的紅色光束、藍色光束、綠色光束合成的光合成元件。楔型分色鏡7之中，攝取透鏡5側的鏡子面7a，是具有將紅色光束反射，使藍色光束及綠色光束透過的功能的波長選擇性鏡子面。且，攝取透鏡6側的鏡子面7b，是具有將藍色光束反射，使紅色光束及綠色光束透過的功能的波長選擇性鏡子面。藉由此功能，將3色的光束合成。

在此，紅色光束的光源光軸，是對於透鏡陣列8的光軸由大致平行或是預定的角度從透鏡陣列的光軸預定量偏移地入射的方式，設定鏡子面7a的角度。且，藍色光束的光源光軸也同樣地，對於透鏡陣列8的光軸由大致平行或是預定的角度從透鏡陣列的光軸預定量偏移地入射的方式，設定鏡子面7b的角度。且，綠色光束的光 源光軸，是對於透鏡陣列8的光軸大致一致地入射的方式，設定LED光源3及攝取透鏡6的角度。

如此，藉由使用楔型分色鏡7將入射至透鏡陣列的3個的光束的光源光軸使彼此不一致地入射，光束的光量分布是非對稱的情況時在銀幕上可使照度分布均一。

入射至透鏡陣列8的光束是入射至透鏡陣列9，成為設在透鏡陣列的透鏡單元數分的假想光源像。又，在第8圖中一邊的透鏡數雖記載為5個，但是不用說當然不限定於5個。

通過透鏡陣列9的光束，是在通過中繼透鏡10之後藉由鏡子81由預定的角度被反射。其後通過中繼透鏡11、三角稜鏡82、TIR(全內反射、Total Internal Reflection)稜鏡83的全反射面83a及稜鏡面83b，由預定的角度朝微反射鏡型影像顯示元件也就是DMD84入射。中繼透鏡10，是具有將透鏡陣列9的透鏡單元的光源像重疊的功能。鏡子81，因為可以將光路曲折，所以可在保持長的光路長的狀態下將光學引擎100小型化。中繼透鏡11，是具有將被重疊的光束對於影像顯示元件12轉換成大致平行光地照射的功能。三角稜鏡82，是具有修正由配置於隨後的TIR稜鏡83所發生的光路差的功能。TIR稜鏡83，是具有將從三角稜鏡82入射的光束朝DMD84傳播，將被DMD84反射的光束由全反射面83a全反射朝投射透鏡13傳播的功能。又，三角稜鏡82及TIR稜鏡 83之間，是設有預定的間隔的空氣間隔。

如此，藉由從透鏡陣列8至TIR稜鏡83為止的照明光學系，就可以在DMD84中形成照度均一的像。又，在第8圖中繼透鏡雖是由2枚構成，但是只要可將所期的像由DMD84獲得的話使用幾枚也無妨。

被DMD84反射的反射光束的主軸，是對於稜鏡面83b大致垂直地入射。通過稜鏡面83b後，由全反射面83a全反射，通過稜鏡面83c。如前述，TIR稜鏡83的全反射面83a及三角稜鏡82間因為設有空氣間隔，所以利用這使反射光束的入射角成為比全反射的臨界角更大的方式，設定TIR稜鏡83的曲折率。

通過稜鏡面83c的反射光束，是顯示通過投射透鏡13被擴大投影在銀幕(無圖示)的影像。如以上，藉由使用在照明光學系使用鏡子81及三角稜鏡82、TIR稜鏡83，由預定的角度將光束入射所需要的影像顯示元件也就是DMD84的構成，就可以實現小型且照度分布均一的光源裝置。

第9圖，是顯示使用DMD84的投射型顯示裝置的光學引擎100的別的例的圖。與第8圖相異，可取代2枚的透鏡陣列將兩側透鏡陣列91設在透鏡陣列的位置。其以外因為是與第8圖相同構成，所以省略說明。

兩側透鏡陣列91，是如圖在光束的入射面及射出面的雙方設有透鏡陣列的元件。兩側透鏡陣列91，因為是由1枚就具有透鏡陣列2枚分的功能，所以可以減 少零件數量，可達成安裝過程時間的短縮。且，2枚的透鏡陣列雖由安裝時的相對位置偏離會影響通過率和照度分布的劣化，但是因為是1枚所以可減少其影響。

第10圖，是顯示使用DMD84的投射型顯示裝置的光學引擎100的別的例的圖。與第8圖相異，設置將透鏡陣列9及中繼透鏡10合為1個複合透鏡101。其以外因為是與第8圖相同構成，所以省略說明。

複合透鏡101，是如圖在光束的入射面設有透鏡陣列，在射出面設有透鏡面的元件。因為透鏡陣列隨後的中繼透鏡的曲率半徑大，所以由透鏡面1面也可具有將充分光源像重疊的功能。且，因為由1枚就具有透鏡陣列及中繼透鏡2枚分的功能，所以可以減少零件數量，可達成安裝過程時間的短縮。且，因為可以縮短從透鏡陣列至中繼透鏡為止的距離，所以可達成光源裝置的小型化。

第11圖，是顯示使用DMD84的投射型顯示裝置的光學引擎100的別的例的圖。與第8圖相異，設置將中繼透鏡10及三角稜鏡82合一的複合稜鏡111。其以外因為是與第8圖相同構成，所以省略說明。

複合稜鏡111，是如圖在三角稜鏡82的入射面設有具有中繼透鏡的功能的透鏡面的元件。因為由1枚就具有透鏡陣列2枚分的功能，所以可以減少零件數量，可達成安裝過程時間的短縮。且，因為可以將從中繼透鏡至三角稜鏡為止的距離縮短，所以可達成光源裝置的小型化。

第12圖，是顯示使用DMD84的投射型顯示裝置的光學引擎100的別的例的圖。與第8圖~第11圖相異，是未使用三角稜鏡82及TIR稜鏡83的構成。鏡子81，是配置於被DMD84反射的光束未入射的位置。鏡子81在圖中雖成為平板鏡子，但是為了修正由光路差所產生的像差，球面鏡子、非球面鏡子、自由曲面鏡子等的球面形狀的鏡子也無妨。因為零件數被減少2個，所以可達成安裝過程時間的短縮和低成本化。且，藉由將投射透鏡13設計成小型，就可達成光學引擎100的小型化。

又，使用DMD84的光學引擎100，不用說當然不限定於第8圖~第12圖的構成。

且在本實施例的光學引擎100中，將電源部、及電路部、及訊號處理手段組合的影像顯示裝置，是由簡潔的構成就可實現使小型化及銀幕上的照度均一兩立。

〔實施例3〕

將本發明適用於在影像顯示元件使用反射型液晶顯示元件也就是LCOS的影像顯示裝置時的實施例，是依據第13圖所示的構成例說明。

第13圖，是顯示本發明中的實施例2的投射型顯示裝置的光學引擎100的一例。光學引擎100，是具有將預定的波長或是波長帶的光束射出的LED光源1、LED光源2、LED光源3。在本實施例中，例如LED光源 1是中心波長約615nm的紅色光束，LED光源2是中心波長約460nm的藍色光束，LED光源3是中心波長約525nm的綠色光束。各波長即使不是上述的值也無妨。且即使具有預定的波長帶也無妨。且，從LED光源射出的光束，是光源的中心的強度成為最高的對稱的光量分布，將強度最大的中心作為光的光軸。

LED光源1及LED光源2，是在光源單元4中被並列地搭載。因為彼此的光源是接近地並列，所以可以實現光源元件的小型化。

將LED光源1射出的紅色光束及將LED光源2射出的藍色光束，是由攝取透鏡5被轉換成大致平行光。將LED光源3射出的綠色光束，是由攝取透鏡6被轉換成大致平行光。又，攝取透鏡5及攝取透鏡6，是設想為玻璃或是塑膠的等向的球面透鏡或是非球面透鏡。且，在第13圖攝取透鏡4、5，是雖由1枚的透鏡顯示，但是為了獲得所期的大致平行光束即使例如設置2枚以上也無妨。

楔型分色鏡7，是將通過攝取透鏡5及攝取透鏡6的紅色光束、藍色光束、綠色光束合成的光合成元件。楔型分色鏡7之中，攝取透鏡5側的鏡子面7a，是具有將紅色光束反射，使藍色光束及綠色光束透過的功能的波長選擇性鏡子面。且，攝取透鏡6側的鏡子面7b，是具有將藍色光束反射，使紅色光束及綠色光束透過的功能的波長選擇性鏡子面。藉由此功能，將3色的光束合 成，入射至兩側透鏡陣列91。

在此，紅色光束的光源光軸，是對於透鏡陣列的光軸由大致平行或是預定的角度從透鏡陣列的光軸預定量偏移地入射的方式，設定鏡子面7a的角度。且，藍色光束的光源光軸也同樣地，對於透鏡陣列的光軸由大致平行或是預定的角度從透鏡陣列的光軸預定量偏移地入射的方式，設定鏡子面7b的角度。且，綠色光束的光源光軸，是對於透鏡陣列的光軸大致一致入射的方式，設定LED光源3及攝取透鏡6的角度。

如此，藉由使用楔型分色鏡7將入射至透鏡陣列的3個的光束的光源光軸使彼此不一致地入射，光束的光量分布是非對稱的情況時在銀幕上可使照度分布均一。

入射至兩側透鏡陣列91的光束是成為設在射出面的透鏡陣列的透鏡單元數分的假想光源像。又，在第13圖中雖記載一邊的透鏡數量為5個，但是不用說當然不限定於5個。且，可取代兩側透鏡陣列91，即使將單面透鏡陣列配置2枚，也無妨。

通過兩側透鏡陣列91的光束，是入射至偏光轉換元件131。偏光轉換元件131，是將隨機偏光轉換成所期的偏光的元件。在本構成中，將射出LED光源的隨機偏光的光束，由雙面透鏡陣列91轉換成集光在偏光轉換元件131的各偏光膜上。由各偏光膜分離成P偏光及S偏光之後，例如藉由在P偏光的射出部設置1/2波長板 使成為S偏光，而具有將隨機光束朝S偏光轉換的功能。由此，可去除由偏光光分配器132所產生的光量的損失，可實現高效率的光學系。

通過偏光轉換元件131的光束，是通過中繼透鏡10，將偏光光分配器132的偏光膜132a反射。偏光光分配器132，是具有讓預定的方向的偏光通過，將與該方向垂直的方向的偏光反射的功能的光分岐元件。在本構成中，具有將S偏光反射，讓P偏光通過的功能。

通過偏光光分配器132的光束，是在通過中繼透鏡11之後由1/4波長板133被轉換成圓偏光，入射至反射型液晶顯示元件也就是LCOS134。如此，藉由從兩側透鏡陣列91至1/4波長板133為止的光學系，在LCOS134中可以形成照度均一且高效率的像。又，在第13圖中繼透鏡雖是由2枚構成，但是只要可將所期的像由LCOS134獲得的話使用幾枚也無妨。且，為了提高光束的效率，例如中繼透鏡10及偏光光分配器132之間、或中繼透鏡10及1/4波長板133之間，設置相位補償板也無妨。

反射LCOS134的反射光束，是再度由1/4波長板133被轉換成P偏光，通過偏光光分配器132的偏光膜132a。通過偏光光分配器132的反射光束，是顯示通過投射透鏡13被擴大投影在銀幕(無圖示)的影像。由以上的構成，在使用反射型液晶顯示元件也就是LCPS134的構成，可以實現照度分布均一的光學引擎100。且，藉 由將投射透鏡13設計成小型，就可達成光學引擎100的小型化。

第14圖，是顯示使用LCOS134的投射型顯示裝置的光學引擎100的別的例的圖。與第14圖相異，將中繼透鏡11設在偏光光分配器132之前，在中繼透鏡10及中繼透鏡11之間設置鏡子81。其以外因為是與第13圖相同構成，所以省略說明。

因為藉由將中繼透鏡11設在偏光光分配器132之前，就可以成為只有朝LCOS134的入射光束功能的元件，所以可成為簡單的形狀。且，藉由設置鏡子81將光路曲折，就可將光學引擎100整體的尺寸輕小化。

又，使用LCOS134的光學引擎100，不用說當然不限定於第13圖和第14圖的構成。

且在本實施例的光學引擎100中，將電源部、及電路部、及訊號處理手段組合的影像顯示裝置，是由簡潔的構成就可實現使小型化及銀幕上的照度均一兩立。

又，本發明不限定於上述的實施例，可包含各式各樣的變形例。例如，上述的實施例是為了容易了解本發明而詳細說明者，不限定於具備所說明的全部的構成者。且，可將某實施例的構成的一部分置換成其他實施例的構成，且，在某實施例的構成加上其他實施例的構成也可以。

且上述的實施例，雖說明了將投射影像面投 射的投射型顯示裝置的光源裝置，但是使用面投射的光源光的裝置，例如，也可適用在光學顯微鏡的照明單元的技術。尤其是，將擴散光發光的點光源作為光源，在具有達成照度的均一性的透鏡陣列的照明單元成為有用的構成。

1‧‧‧LED光源

2‧‧‧LED光源

3‧‧‧LED光源

4‧‧‧光源單元

5‧‧‧攝取透鏡

6‧‧‧攝取透鏡

7‧‧‧楔型分色鏡

7a‧‧‧鏡子面

7b‧‧‧鏡子面

8‧‧‧透鏡陣列

9‧‧‧透鏡陣列

10‧‧‧中繼透鏡

11‧‧‧中繼透鏡

12‧‧‧影像顯示元件

13‧‧‧投射透鏡

100‧‧‧光學引擎

Claims (11)

1. 一種光源裝置，是將投射影像面投射的投射型顯示裝置的光源裝置，其特徵為，具備：將第1色光的面照射光輸出的第1固體光源、及將第2色光的面照射光輸出的第2固體光源、及將第3色光的面照射光輸出的第3固體光源、及將前述第1固體光源的光束反射的第1分光面及將前述第2固體光源的光束反射的第2分光面是由彼此非平行地被相面對地設置且前述第3固體光源的光束是曲折透過前述第1分光面及前述第2分光面的楔型分色鏡、及將從前述楔型分色鏡入射的光束的照度分布平滑化的透鏡陣列，前述第3固體光源的光束的光軸，是藉由前述楔型分色鏡使與前述透鏡陣列的光軸一致地曲折，入射至前述透鏡陣列，前述第1固體光源的光束及前述第2固體光源的光束，是藉由前述楔型分色鏡使前述透鏡陣列的光軸成為對稱的中心的方式反射，入射至前述透鏡陣列，前述第1固體光源的光束及前述第2固體光源的光束，是以前述透鏡陣列的光軸為對稱的中心，朝前述透鏡陣列大致平行地預定量移行地入射。
2. 如申請專利範圍第1項的光源裝置，其中，前述第1色光是紅色光，前述第2色光是藍色光，前述第3色 光是綠色光。
3. 如申請專利範圍第1項的光源裝置，其中，前述第1固體光源及前述第2固體光源的第1光源是配設於1個基板上的多晶片模組。
4. 一種投射型顯示裝置，至少具備：如申請專利範圍第1項的光源裝置、及將前述光源裝置所射出的光重疊的第1中繼透鏡、及將前述光的光路朝預定的方向曲折的鏡子、及將前述光轉換成大致平行光的第2中繼透鏡、及修正前述光的光路長差的光學稜鏡、及對應前述光的入射角讓光全反射或是透過的TIR稜鏡、及接受前述光且形成對應影像訊號的影像光的微反射鏡型影像顯示元件、及將該影像光投影在銀幕上的投影透鏡。
5. 一種光源裝置，是將投射影像面投射的投射型顯示裝置的光源裝置，其特徵為，具備：將第1色光的面照射光輸出的第1固體光源、及將第2色光的面照射光輸出的第2固體光源、及將第3色光的面照射光輸出的第3固體光源、及將前述第1固體光源的光束反射的第1分光面及將前述第2固體光源的光束反射的第2分光面是由彼此非平行地被相面對地設置且前述第3固體光源的光束是曲折透過 前述第1分光面及前述第2分光面的楔型分色鏡、及將從前述楔型分色鏡入射的光束的照度分布平滑化的透鏡陣列，前述第3固體光源的光束的光軸，是藉由前述楔型分色鏡使與前述透鏡陣列的光軸一致地曲折，入射至前述透鏡陣列，前述第1固體光源的光束及前述第2固體光源的光束，是藉由前述楔型分色鏡使前述透鏡陣列的光軸成為對稱的中心的方式反射，入射至前述透鏡陣列，前述第1固體光源的光束及前述第2固體光源的光束，是以前述透鏡陣列的光軸為對稱的中心，朝前述透鏡陣列預定的角度傾斜地入射。
6. 如申請專利範圍第5項的光源裝置，其中，前述第1固體光源的光束或是前述第2固體光源的光束的光軸，是通過前述透鏡陣列的光軸及前述第1分光面的交點，前述交點及前述透鏡陣列的垂直距離為L，前述透鏡陣列的一個透鏡面的一邊為W，入射至前述透鏡陣列的前述第1固體光源的光束或是前述第2固體光源的光束的光軸及前述透鏡陣列的光軸的形成角度為θ時，滿足tan θ<(W/2)/L的關係。
7. 如申請專利範圍第5項的光源裝置，其中，前述第1固體光源的光束或是前述第2固體光源的光 束的光軸，是通過從前述透鏡陣列的光軸及前述第1分光面的交點預定量偏離的位置，以前述透鏡陣列的光軸為對稱的中心，朝前述透鏡陣列預定的角度傾斜地入射。
8. 如申請專利範圍第7項的光源裝置，其中，前述第1固體光源的光束或是前述第2固體光源的光束的光軸的前述第1分光面的通過位置之從前述透鏡陣列的光軸的距離為D，前述交點及前述透鏡陣列的垂直距離為L，前述透鏡陣列的一個透鏡面的一邊為W，入射至前述透鏡陣列的前述第1固體光源的光束或是前述第2固體光源的光束的光軸及前述透鏡陣列的光軸的形成角度為θ時，滿足tan θ<(W/2-D)/L的關係。
9. 如申請專利範圍第5項的光源裝置，其中，前述第1色光是紅色光，前述第2色光是藍色光，前述第3色光是綠色光。
10. 如申請專利範圍第5項的光源裝置，其中，前述第1固體光源及前述第2固體光源的第1光源是配設於1個基板上的多晶片模組。
11. 一種投射型顯示裝置，至少具備：如申請專利範圍第5項的光源裝置、及將前述光源裝置所射出的光重疊的第1中繼透鏡、及將前述光的光路朝預定的方向曲折的鏡子、及 將前述光轉換成大致平行光的第2中繼透鏡、及修正前述光的光路長差的光學稜鏡、及對應前述光的入射角讓光全反射或是透過的TIR稜鏡、及接受前述光且形成對應影像訊號的影像光的微反射鏡型影像顯示元件、及將該影像光投影在銀幕上的投影透鏡。