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JP4211969B2 - Illumination optical system and projection display device using the same - Google Patents
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JP4211969B2 - Illumination optical system and projection display device using the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光体およびリフレクタを備えた光源部を用いて被照明体を照明する照明光学系に関するもので、特に、照明光束をライトバルブにより光変調し、この投映光束によりスクリーン上に画像を拡大投映する投写型表示装置に好適な照明光学系、およびこれを用いた投写型表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
投写型表示装置の光源部としては、光源およびリフレクタからなる構成が一般的である。この光源は、発光分布が小さく発光効率の高いものが望ましく、現在では、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプなどの光源を使用することが一般的である。また、この光源からの光を反射させ前方に出射させるリフレクタは、通常、放物面鏡または楕円面鏡が用いられる。
【0003】
図17〜図19は従来よく知られた光源部の構成を示すものである。図17および図18はリフレクタ104、105の後部に発光管101を位置させたタイプである。また、図19は、多くはキセノンランプとして用いられる構成で、リフレクタ104の後部に陽極103が配置され、リフレクタ104の光出射側から陰極102が配置されるタイプである。図19(b)はこの光源部の断面図であり、図19(a)はこの光源部を光出射側から見た図である。陰極102を有する陰極部は、キセノンガス封入用の透明部材106に溶着されて、リフレクタ外周に対し保持せしめられ、透明部材106上には陰極102に電圧を負荷するための配線を有する棒状保持部材107が配されている。
【0004】
また、図17および図19においてはリフレクタ104は放物面鏡とされ、その焦点位置に光源の発光点が位置するように配されており、これらの光源部からは平行光とされた照明光束が出射される。図18においてはリフレクタ105は楕円面鏡とされ、その第1焦点位置に光源の発光点が位置するように配されており、この光源部から出射された照明光束は楕円面鏡の第2焦点位置に集光される。
【0005】
ところで、このような光源101〜103およびリフレクタ104、105からなる構成の光源部においては、その構造上、リフレクタ104、105から出射される光束の光軸近傍に、光強度の弱い空間ができてしまうことが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の図6(a)および段落番号0038に記載されるとおり、リフレクタ後部に設けられた孔部のために光が反射されない、または発光管そのものの大きさが原因となって光が遮られるためである。発光管101または陽極107を配置するためにリフレクタ最後部に鏡面化されていない範囲があり、この直径をAとすると、光源部から出射される光束の中央部に、少なくとも、図17および図19においては光軸に直交する面内で直径Aの範囲に、また、図18においてはリフレクタの第2焦点を中心に角度B°となるような範囲に、光がほとんど通過しない空間が存在することになる。
【0006】
特許文献1では、光源部より後段のマルチレンズアレイにおいて、被照明体側のマルチレンズアレイの光軸近傍のレンズセルの数を減らし、レンズセルサイズを大きくし、また、これらのレンズセルを偏心させることにより、光強度の弱い光軸近傍の光は利用せずに、光学系全体としての光利用効率を向上させようとする技術が提案されている。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−56435号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、投写型表示装置においては明るい場所での投写でも問題なく利用できるよう、明るい投写型表示装置の開発が進められている。明るさの向上に大きく寄与する要素として、ライトバルブと並び、照明光学系の光源部の構成にも新たな工夫が求められている。
【0009】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、光源とリフレクタよりなる光源部から出射される光束の光軸近傍の光量分布に着目し、従来からあるこのタイプの光源部に対し大きな設計変更を施すことなく、コンパクトでありながら、照明効率が高く、明るく均一な照明を行ない得る照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る照明光学系は、発光体およびこの発光体から出射された光を被照明体側に反射するリフレクタを備えた主要光源部と、この主要光源部から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する補助光源部とを備え、前記主要光源部からの光束の光量均一化を図る、2枚のフライアイを有する第1インテグレータ部が設けられており、
前記補助光源部から出射された光束は、前記主要光源部側の前記フライアイの前段または前記2枚のフライアイの間において前記光束低密部に導入され、
導入された前記補助光源部からの光束の光量均一化を図る、前記第1インテグレータ部とは異なる第2インテグレータ部が、前記光束低密部に配設されていることを特徴とするものである。
【0012】
また、前記第1インテグレータ部の前記2枚のフライアイのうち少なくとも一方は、前記補助光源部からの光束が通過する光軸近傍に、前記補助光源部からの光束を集光または発散させるレンズを備えていてもよい。
【0014】
また、前記第2インテグレータ部は、2枚のフライアイを有してなるものであることが好ましい。また、前記第2インテグレータ部の2枚のフライアイのうち少なくとも一方のフライアイが、前記第1インテグレータ部の2枚のフライアイのうち少なくとも一方のフライアイと同一部材上に形成されていることがより好ましい。
【0015】
また、前記第2インテグレータ部は、ロッドインテグレータを有してなるものであることが好ましい。
【0016】
また、前記主要光源部の前記発光体はランダムな偏光の光束を発生し、この光束が偏光変換光学系により直線偏光に変換されて前記被照明体の照明を行い、前記補助光源部は、前記偏光変換光学系により直線偏光に変換された前記主要光源部からの光束と略一致する偏光方向となるような、偏光方向が揃えられた光束を出射し、この補助光源部からの光束は偏光変換をされずに前記被照明体の照明を行なうように構成されていてもよい。
【0017】
また、前記主要光源部の前記発光体はランダムな偏光の光束を発生し、この光束が第1偏光変換光学系により直線偏光に変換されて前記被照明体の照明を行い、前記補助光源部の前記発光体はランダムな偏光の光束を発生し、この光束が第2偏光変換光学系により前記第1偏光変換光学系により直線偏光に変換された前記主要光源部からの光束と略一致する偏光方向となるような、直線偏光に変換されて前記被照明体の照明を行なうように構成されていてもよい。
【0018】
本発明に係る投写型表示装置は、上記照明光学系を備え、この照明光学系からの光束により、所定の画像情報に基づいて照明光束の光変調を行なう少なくとも1つのライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した光束を、投写光学系を介し投写することを特徴とするものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、後述する本発明の実施例1に係る照明光学系の概略構成を示す図1(a)を参照しつつ説明する。この照明光学系は、主要光源部1、補助光源部2、偏向ミラー3、2枚のフライアイ15、16を有する第1インテグレータ部4、および第2インテグレータ部5を備えてなる。
【0020】
主要光源部1は、キセノンランプやメタルハライドランプ等の発光管からなる光源11を備え、その発光点が放物面鏡よりなるリフレクタ12の焦点に配置されてなり、光源11から出射された光を被照明体側に反射するリフレクタ12の開口部からは、略平行な光束が出射される。
【0021】
ところで、前述のとおり、この主要光源部1から出射される光束の光軸と垂直な断面内における光量分布としては、光軸近傍の所定範囲に光強度の弱い部分(以下、光束低密部と称する)が存在する。ここに着目し、この照明光学系は、この主要光源部1から出射された光束の中心近傍の光束低密部に、光束を補うように光束を出射する補助光源部2を備えた構成とされている。図1(a)において補助光源部2は半導体レーザLDからなるレーザ光源31よりなり、コリメータレンズ35により平行光束とされた補助光源部2からの光束が偏向ミラー3により偏向されて、主要光源部1から出射された光束の光束低密部に導入される。
【0022】
主要光源部1から出射された光束の光束低密部に補助光源部2から光束を補うという構成は、単に光源部全体として光量が増加し照明光学系の明るさ向上に寄与するのみならず、光量分布においても、本来最も光強度を大きくしたい光束の中心近傍の光束低密部の光強度を増強することができることになる。また、この光束低密部に光束を補うために、例えば偏向ミラー3などの部材を配設しても、主要光源部1からの光束の光強度が弱い部分であるので、主要光源部1からの光束をほとんど遮ることなく、主要光源部1からの光束を効率よく利用することができる。また、このような構成によれば、従来一般に用いられるリフレクタを備えた光源部に対し、これを主要光源部1として、設計変更も少なくコンパクトなままで明るさを向上させることができる。
【0023】
また、この照明光学系は、光軸と垂直断面における光量分布の均一化を図る第1インテグレータ部4として2枚のフライアイ15、16を備えている。図1(a)において、主要光源部1から出射された光束は、主要光源部側から順に第2フライアイ15、第1フライアイ16が配設された第1インテグレータ部4により、光量分布の均一化を図られて、照明光束として照明光学系から出射される。すなわち、第2フライアイ15が主要光源部1からの略平行光束を第2フライアイ15のレンズセルの数と同数の部分光束に分割し、第1フライアイ16を構成する各レンズセル近傍に光源11の二次光源像を形成させることにより光量分布の均一化を図る。
【0024】
なお、本実施形態としては、上記構成に加え、さらに補助光源部2からの光束の光軸と垂直断面における光量分布の均一化を図る第2インテグレータ部5が設けられていることが好ましい。なお、以下の説明では、第1および第2インテグレータ部4、5の作用について「光量分布の均一化」と記載されている場合は、上記断面におけるものとする。
【0025】
図1(a)において、補助光源部2から出射された光束は、第2インテグレータ部5としてのロッドインテグレータ36により、光量分布の均一化を図られる。ロッドインテグレータ36は2枚のフライアイ15、16の間に配設され、補助光源部2からの光束は、第2フライアイ15を透過する際に、このフライアイ15において補助光源部2からの光束が入射する位置に設けられた集光レンズ37の作用により、所定の角度をもってロッドインテグレータ36に入射される。そのため、ロッドインテグレータ36の内壁面において複数回反射されて出射され、光量分布が均一化される。
【0026】
以下、本発明に係る照明光学系の具体的な実施例として、実施例1〜6について説明する。なお、各実施例においては、特に記載のない限り同様の構成部分には同一の符号を付しており、既出の事項に関しては詳細な説明を省略している。
【0027】
<実施例1>
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図1(a)に示す。なお、図1(a)、および以下の図2、3(a)、4(a)、5、7(a)、8、12、13、15、16において、各部材はその断面形状を重点的に記載したものであって、遠方の端面の記載を省略しているものがある。
【0028】
本実施例の構成とそれによる作用効果は上述したとおりであるが、以下、より詳細な構成について説明する。本実施例において、補助光源部2からの光束は第2フライアイ15の前段において、偏向ミラー3により主要光源部1からの光束中に導入されている。補助光源部2の光源が半導体レーザ31とされている場合、この光源は通常、冷却しつつ用いる必要があるため、このように主要光源部1からの光が直接当たらないところに配置し、偏向ミラー3のような導光手段により導入されることが好ましい。
【0029】
次に、本実施例における第1インテグレータ部4のフライアイ15、16について説明する。図1(b)は、図1(a)の第1フライアイ16を被照明体側(矢印A方向)から見たものを模式的に表したものである。このフライアイ16は、矩形状の輪郭をした微小な凸レンズによるレンズセル18が縦横に複数配列されたものであるが、中央部の、このフライアイ16において補助光源部2からの光束が入射する位置には、レンズセル18とは異なる形状の集光レンズ38が設けられている。図1(b)において、レンズセル18に相当する部分をハッチングにより示している。
【0030】
また、フライアイ15は、フライアイ16の各レンズセル18に各々対応するレンズセル17を備え、さらにフライアイ16の集光レンズ38に対応する集光レンズ37を備えた形状とされている。集光レンズ37は、光束をロッドインテグレータ36に入射させる場合に好適な方向に屈折させる屈折力を有し、また集光レンズ38は、ロッドインテグレータ36から出射された光束を所望の方向に屈折させる屈折力を有している。投写型表示装置に用いる照明光学系としては、補助光源部2からの光束が主要光源部1からの光束と同様に後段のライトバルブ上に重畳されるように屈折させることが好ましい。フライアイ15はレンズセル17の凸面を主要光源部側に向け、フライアイ16はレンズセル18の凸面を被照明体側に向けるように配置されている。なお、フライアイ15、16は、同一形状とすることがコスト上有利である。
【0031】
本実施例においては、補助光源部2から出射される光束は、主要光源部1から出射される光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うように出射される光束径の小さいものであることを利用し、この補助光源部2から出射される光束の光量分布を均一化するための第2インテグレータ部5としては、ロッドインテグレータ36を用いた簡易な構成としている。そして、このロッドインテグレータ36の配設位置としては、2枚のフライアイ15、16の間とし、スペースを有効利用しコンパクトな構成を達成している。また、補助光源部2からの光束を第2フライアイ15より主要光源部側において導入し、ロッドインテグレータ36を2枚のフライアイ15、16の間に配置することにより、フライアイ15、16において集光レンズ37、38を各々一体的に形成し、コンパクトな構成を達成している。
【0032】
なお、本実施例および以下の実施例において、ロッドインテグレータとしては、ガラス製の中実な棒状ロッドプリズムや、内面を反射コートにより鏡面とした中空プリズムや、棒状ロッドプリズムを光束入射側に配置しその光束出射側に中空プリズムを配置して両者を組み合わせた、いわゆるハイブリッド型のインテグレータを用いることができる。ロッドインテグレータに入射した光束は、棒状ロッドプリズムにおいては内壁面において複数回全反射されながら、中空プリズムにおいては内壁面の鏡面で複数回反射されながら、その光束出射端に導かれる。ロッドインテグレータから出射される光束は、ロッドインテグレータの出射端において光束密度が略均一化された光束とされている。この照明光学系を投写型表示装置に用いた場合、ロッドインテグレータの出射端と後段のライトバルブとがリレーレンズを介して互いに結像関係(共役関係)となる。
【0033】
<実施例2>
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図2に示す。本実施例は、実施例1と同様の主要光源部1、補助光源部2、第1インテグレータ部4、第2インテグレータ部5、およびコリメータレンズ35を備えた構成とされている。しかし、本実施例において偏向ミラー3は、主要光源部1からの光束を偏向させるものとされている点が実施例1と異なっている。偏向ミラー3の光軸近傍の、主要光源部からの光束の光束低密部が照射される部分が空間とされて、この空間を通して補助光源部からの光束が上記光束低密部に導入される。本実施例のように、偏向ミラー3が、主要光源部1からの光束を偏向させるものとされている場合であっても、補助光源部2から出射された光束が、主要光源部1から出射された光束の中心近傍の光束低密部に位置するように導入されるので、実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
【0034】
参考例1
参考例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図3(a)に示す。本参考例の主要光源部1は、実施例1と同様のものである。
【0035】
参考例の補助光源部2は、この補助光源部2から出射される光束は出射された状態で光量分布が略均一となっているような光源とされている。例えば、レーザ光源32を用いることができる。このような光源を備えた補助光源部2からの光束はインテグレータにより光量均一化を図る必要がないので、本参考例においては、補助光源部2からの光束の光量均一化を図る手段は省略され、より簡易な構成とされている。
【0036】
参考例の第1インテグレータ部4は、実施例1と同様に2枚のフライアイ15、16よりなる。図3(b)は、図3(a)の第1フライアイ16を被照明体側(矢印B方向)から見たものを模式的に表したものである。このフライアイ16は、実施例1と同様に、矩形状の輪郭をした微小な凸レンズによるレンズセル18が縦横に複数配列されたものであり、中央部の、このフライアイ16において補助光源部2からの光束が入射する位置には、実施例1と異なりレンズセル18と同形状の集光レンズ38が設けられている。図3(b)において、レンズセル18と同形状のレンズに相当する部分をハッチングにより示している。
【0037】
また、フライアイ15は、フライアイ16の各レンズセル18に各々対応するレンズセル17を備え、さらにフライアイ16の集光レンズ38に対応する集光レンズ37を備えた形状とされている。集光レンズ37は、補助光源部2からの光束に対し、主要光源部1からの平行光束と同様の方向に屈折させる屈折力を有し、第1フライアイ近傍に二次光源像を結像させることができる。また、集光レンズ38は、集光レンズ37により集光された補助光源部2からの光束に対し、第2フライアイ15により各部分光束に分割された主要光源部1からの光束と同様の方向に屈折させる屈折力を有している。投写型表示装置に用いる照明光学系としては、補助光源部2からの光束が主要光源部1からの光束と同様に後段のライトバルブ上に重畳されるように屈折させることが好ましい。実施例1と同様に、フライアイ15はレンズセル17の凸面を主要光源部側に向け、フライアイ16はレンズセル18の凸面を被照明体側に向けるように配置されている。なお、フライアイ15、16は、同一形状とすることがコスト上有利である。
【0038】
参考例においては、補助光源部2からの光量分布の均一な光束を、コリメータレンズ35および偏向ミラー3を介し、第2フライアイ15より主要光源部側において導入している。そのため、フライアイ15においてレンズセル17と同形状の集光レンズ37を一体的に形成し、フライアイ16においてレンズセル18と同形状の集光レンズ38を一体的に形成し、コンパクトな構成を達成している。
【0039】
<実施例4>
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図4(a)に示す。本実施例の主要光源部1は、実施例1と同様のものである。
【0040】
本実施例の補助光源部2は、放物面鏡よりなるリフレクタ34の焦点位置に光源33が配された構成とされている。本発明に係る照明光学系の補助光源部2は、レーザ光源に限られるものではなく、本実施例のようにリフレクタ34を用いたものであってもよい。この場合は、補助光源部2として低コストで光量の大きいものとすることができる。本実施例において、補助光源部2から出射された光束は、光量分布の不均一な略平行光とされている。
【0041】
本実施例の第1インテグレータ部は、実施例1と同様に2枚のフライアイ15、16よりなる。図4(b)は、図4(a)の第1フライアイ16を被照明体側(矢印C方向)から見たものを模式的に表したものである。このフライアイ16は、実施例1と同様に、矩形状の輪郭をした微小な凸レンズによるレンズセル18が縦横に複数配列されたものであり、中央部の、このフライアイ16において補助光源部2からの光束が入射する位置には、実施例1と異なり、後述する第2インテグレータ部を構成するフライアイ41、42が設けられている。また、フライアイ15は、フライアイ16の各レンズセル18に各々対応するレンズセル17を備えている。実施例1と同様に、フライアイ15はレンズセル17の凸面を主要光源部側に向け、フライアイ16はレンズセル18の凸面を被照明体側に向けるように配置されている。
【0042】
本実施例においては、補助光源部2から出射された光束は、偏向ミラー3を介し主要光源部1から出射された光束の中心近傍の光束低密部に位置するように、2枚のフライアイ15、16の間において導入される。そのため、第2フライアイ15の中央部の、主要光源部1から出射された光束の中心近傍の光束低密部に対応する部分には、特にレンズを配設する必要はない。
【0043】
また、補助光源部2から出射された光束が2枚のフライアイ15、16の間において導入される構成とされているので、偏向ミラー3等の主要光源部1からの光束中に挿入する部材が、主要光源部1からの光を遮りにくく、光利用効率を向上させることができる。両フライアイ15、16の近傍において、特に第1フライアイ16の近傍では、主要光源部1からの光が第2フライアイ15により各部分光束として集光されている。このため、この集光された各部分光束を遮らないように、いわば各部分光束の隙間に部材を配設することができ、補助光源部2からの光を偏向させる偏向ミラー3を支持固定するための部材を、このように配設することができる。本実施例と異なり、第2フライアイ15の前段に偏向ミラー3を配置し、補助光源部2からの光を導入しようとする構成においては、偏向ミラー3の支持固定部材が主要光源部1からの光を遮ることが避けられない。
【0044】
前述の通り、本実施例において補助光源部2から出射された光束は、光量分布の不均一な略平行光とされている。そこで、補助光源部2からの光束の光量均一化を図るために2面のフライアイ41、42を有する第2インテグレータ部が設けられている。本実施例においては、第1フライアイ16の中央部の、このフライアイ16において補助光源部2からの光束が入射する位置に、第1フライアイ16の両面に、このフライアイ41、42が形成されている。
【0045】
図4(b)には、第1フライアイ16の被照明体側に形成された、補助光源部2に対応する第1フライアイ42が示されている。このフライアイ42は、レンズセル17、18とは異なる大きさの矩形状の輪郭をした微小な凸レンズによるレンズセル49が、縦横に複数配列されてなる。また、図4(a)に示されるように、第1フライアイ16の補助光源部側の面には、各レンズセル49に各々対応するレンズセル48を備えた、補助光源部2に対応する第2フライアイ41が形成されている。補助光源部2からの平行光束は、第1フライアイ16の補助光源部側に形成された、補助光源部2に対応する第2フライアイ41により、各部分光束に分割されて集光され、さらに第1フライアイ16の被照明体側に形成された、補助光源部2に対応する第1フライアイ42により所望の方向に屈折されて出射される。投写型表示装置に用いる照明光学系としては、補助光源部2からの光束が主要光源部1からの光束と同様に後段のライトバルブ上に重畳されるよう屈折されることが好ましい。
【0046】
このように本実施例は、補助光源部2から出射された光の光量分布を均一化する第2インテグレータ部の2面のフライアイ41、42が、第1インテグレータ部のフライアイ16と同一部材上に形成されていることにより、部材数を低減し簡易でコンパクトな構成を達成している。なお、本発明においては、本実施例のように同一部材の両面にフライアイが設けられている場合であっても、第2フライアイにより各部分光束に分割されて第1フライアイ近傍に二次光源像を形成するという、「2面のフライアイを有する」構成を、「2枚のフライアイを有する」ことと同等とみなすことができる。
【0047】
本実施例の変更例として、補助光源部2からの光束を、第2フライアイ15よりも前段において主要光源部1からの光束の光束低密部に導入するように構成し、第2フライアイ15の中央部の補助光源部2からの光束が通過する位置に、フライアイ15と同一部材上に補助光源部2に対応する第2フライアイ41を形成してもよい。このように、第2インテグレータ部の2面のフライアイ41、42のうち、少なくとも一方のフライアイが、第1インテグレータ部の2枚のフライアイ15、16のうち少なくとも一方のフライアイと同一部材上に形成されていることにより、部材数を低減し簡易でコンパクトな構成とすることができる。
【0048】
また、本実施例の変更例として、補助光源部2が楕円面鏡よりなるリフレクタを用いたものとされるように構成することも可能である。
【0049】
<実施例5>
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図5に示す。本実施例の主要光源部1およびレーザ光源31よりなる補助光源部2は、実施例1と同様のものである。また、第1インテグレータ部としてのフライアイ15、16の構成も、第2フライアイ15の中央部の主要光源部1からの光束の光束低密部に対応する部分、および、第1フライアイ16の中央部の補助光源部2からの光束が入射される部分を除き、実施例1と同様のものである。
【0050】
本実施例においては、補助光源部2から出射された光束が偏向ミラーにより主要光源部1からの光束中に導入されるのではなく、補助光源部2が第1インテグレータ部としての2枚のフライアイ15、16の間に配されている。主要光源部1から出射される光束の中心近傍の光束低密部に、補助光源部2を配設しているので、主要光源部1から出射される光の利用効率を悪化させる虞はない。
【0051】
本実施例は、実施例4と同様に、補助光源部2からの光束の光量均一化を図るために2枚のフライアイ41、42を有する第2インテグレータ部が設けられた構成とされている。本実施例においては、補助光源部2から出射された光束がコリメータレンズ35により平行光束とされた後、補助光源部2に対応する第2のフライアイ41により各部分光束に分割されて集光され、さらに第1フライアイ16の被照明体側の面に形成された、補助光源部2に対応する第1のフライアイ42により所望の方向に屈折されて出射される。投写型表示装置に用いる照明光学系としては、補助光源部2からの光束が主要光源部1からの光束と同様に後段のライトバルブ上に重畳されるように屈折されることが好ましい。
【0052】
2枚のフライアイ41、42の形状は実施例4と同様に、フライアイ15、16のレンズセルとは異なる大きさの矩形状の輪郭をした微小な凸レンズによるレンズセル48、49が縦横に複数配列されてなり、2枚のフライアイ41、42のレンズセル48、49は互いに1対1に対応している。本実施例においても、フライアイ42が、フライアイ16と同一部材上に形成されていることにより、部材数を低減し簡易でコンパクトな構成とすることができる。
【0053】
ところで、投写型表示装置に用いる照明光学系としては、例えば装置のライトバルブが液晶パネルとされている場合など、照明光学系から出射される光は偏光方向が揃えられた略平行光とされていることが好ましい場合がある。そこで本実施例は、第1および第2インテグレータ部の後段に、ランダムな偏光を発生する主要光源部1からの光束を直線偏光に変換するための第1偏光変換光学系6、および、ランダムな偏光を発生する補助光源部2からの光束を、第1偏光変換光学系6により直線偏光に変換された主要光源部1からの光束と略一致する偏光方向となるような、直線偏光に変換する第2偏光変換光学系7を備えた照明光学系とされている。
【0054】
図6(a)は、本実施例において一体的に形成された第1および第2偏光変換光学系6、7を被照明体側から見た図であり、図6(b)は、図6(a)の側面図である。この第1偏光変換光学系6は、第1インテグレータ部から出射された主要光源部1からの光束の偏光方向を揃えるもので、従来よく知られた、偏光ビームスプリッタアレイ、およびこのアレイの光出射面側に配設され複数のλ/2位相膜21がストライプ状に配設されたλ/2位相板からなるものである。図6(a)において、ハッチング部分はλ/2位相膜21が配された部分である。
【0055】
偏光ビームスプリッタアレイはその内部に、偏光分離膜19と反射膜20とが、光軸に対して略45度の角度を有するように交互に形成されている。ランダムな偏光である主要光源部1からの光束は、フライアイ16の対応するレンズセルから入射され、偏光分離膜19により偏光方向の異なるP偏光とS偏光の2種類の偏光に分離される。一方の偏光は偏光分離膜19を透過しプリズム面22から出射される。他方の偏光は偏光分離膜19と隣接する反射膜20とで反射されて、最終的には、偏光ビームスプリッタアレイを直進透過した光束とほぼ平行な角度で偏光ビームスプリッタアレイより出射され、λ/2位相膜21を通過する際に、偏光面の回転作用により偏光ビームスプリッタアレイを直進透過した光束と略一致する偏光方向に変換されて出射される。
【0056】
また、第2偏光変換光学系7は、第1偏光変換光学系6の中央部の、補助光源部2から出射される光束が通過する位置に形成されている。第2偏光変換光学系7は、サイズは異なるものの第1偏光変換光学系6と略同様の構成で、内部に偏光分離膜43と反射膜44とが形成された偏光ビームスプリッタアレイと、複数のλ/2位相膜45がストライプ状に配設されたλ/2位相板とからなる。プリズム面46から出射される光束と、λ/2位相膜45を通過し偏光方向が変換されて出射される光束とは、第1偏光変換光学系6により直線偏光に変換された主要光源部1の光束と、略一致する偏光方向とされて出射される。
【0057】
本実施例において、第1偏光変換光学系6は、中央部の第2偏光変換光学系7の形成を容易にするために、図6紙面上下方向に2つの部材に分割され、2つの部材は内部の偏光分離膜19と反射膜20とが、光軸に対し対称となるように配設されている。
【0058】
このように、補助光源部2の光源がランダムな偏光を発生するものとされている場合は、後段にこの光源からの光の偏光方向を揃えるための第2偏光変換光学系7を配設することが好ましい。照明光束が、第1および第2偏光変換光学系6、7により略一致する偏光方向となるように変換されて出射される照明光学系によれば、装置のライトバルブが液晶パネルとされた投写型表示装置に用いる照明光学系としても、照明効率の高いものとすることができる。
【0059】
なお、実施例4および本実施例のように、補助光源部2からの光束の光量均一化を図るために2枚のフライアイ41、42を有する第2インテグレータ部が設けられた構成において、補助光源部2の光源が偏光方向の揃えられた光束を出射するものとされている場合には、第2偏光変換光学系は不要となる。すなわち、主要光源部1の光源はランダムな偏光を発生し、この光束が第1偏光変換光学系6により直線偏光に変換されて被照明体の照明を行い、補助光源部2は、第1偏光変換光学系6により直線偏光に変換された主要光源部1からの光束と略一致する偏光方向となるような、偏光方向が揃えられた光束を出射し、この光束は偏光変換をされずに被照明体の照明を行うように構成することにより、構成の簡易化を図ることができる。
【0060】
また、本実施例の変更例として、補助光源部2およびコリメータレンズ35が、第2フライアイ15の主要光源部側に配設され、第2フライアイ15の中央部に補助光源部2に対応する第2のフライアイ41を形成することも可能である。本実施例においても、この変更例においても、偏向ミラーを配設しこれにより補助光源部2からの光束を導入するようにしてもよい。
【0061】
<実施例6>
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図7(a)に示す。本実施例の照明光学系は、実施例5と同様に、第1偏光変換光学系および第2偏光変換光学系7を備えた照明光学系とされている。第1偏光変換光学系は、後述するとおり、複屈折回折型偏光分離板26、および、複数のλ/2位相膜21がストライプ状に配設されたλ/2位相板よりなる。
【0062】
なお、偏光変換光学系以外の構成は、第2インテグレータ部がロッドインテグレータ36とされた実施例1のものと略同様であり、補助光源部2からの光束が、第1フライアイ16と第2フライアイ15との間に配された偏向ミラー3により導入されている点が異なっている。また、このため本実施例では、集光レンズ37は、実施例1のように第2フライアイ15の中央部に形成されるのではなく、単体のレンズとされ、ロッドインテグレータ36に入射させる場合に好適な方向に屈折させる屈折力を有している。補助光源部2からの光束がフライアイ15の後段において主要光源部1からの光束に導入される場合にも、主要光源部1から出射される光束の中心近傍の光束低密部に導入されるので、主要光源部1から出射される光の利用効率を悪化させる虞はない。
【0063】
本実施例の第1偏光変換光学系は、複屈折回折型偏光分離板26、および、複数のλ/2位相膜21がストライプ状に配設されたλ/2位相板よりなり、ランダムな偏光を発生する主要光源部1からの光束を直線偏光に変換する。主要光源部1からの光束は、複屈折回折型偏光分離板26を通過することにより、偏光方向に応じて互いに異なる2方向に偏向されて分離される。図7(a)において、一方の偏光光束を実線で、他方の偏光光束を点線で示す。図示のとおり、互いに異なる2方向に偏向された偏光光束は、第2フライアイ15の作用により第1フライアイ16上にフライアイ分割数の2倍の光源像を形成する。これらの光源像のうち、いずれか一方の偏光方向を有する光束による光源像付近に、偏光方向を変換するλ/2位相膜21を配置することにより、主要光源部1から出射される光束を直線偏光に変換する。図7(a)では、λ/2位相膜21が点線で示された偏光光束の偏光方向を変換させ得る位置に配されるように、λ/2位相板が第1フライアイ16の主要光源部側の平面に付設されている。
【0064】
本実施例の第2偏光変換光学系7は、プリズムよりなるブロック状の偏光変換システムであり、ランダムな偏光を発生する補助光源部2からの光束を、第1偏光変換光学系により直線偏光に変換された主要光源部1からの光束と略一致する偏光方向となるような、直線偏光に変換する。このプリズムは、内部に偏光分離膜43が形成された四角柱状のプリズムと、斜辺に反射膜44が形成された二等辺三角柱状プリズムとを、偏光分離膜43と反射膜44とが平行かつ光軸に対して略45度の角度をなすように、接合したものである。
【0065】
ランダムな偏光である補助光源部2からの光束は、ロッドインテグレータ36から、集光レンズ38を介し、偏光変換光学系7に入射される。この光束はプリズム内部の偏光分離膜43により偏光方向の異なる2種類の偏光に分離される。一方の偏光は偏光分離膜43を直進透過しプリズムの光束出射面46から出射される。他方の偏光は偏光分離膜43と反射膜44とで反射されて、最終的には、偏光分離膜43を直進透過した光束とほぼ平行な角度でプリズムの光束出射面より出射され、この光束出射面に形成されたλ/2位相膜45を通過する際に、偏光面の回転作用により偏光分離膜43を直進透過した光束と略一致する偏光方向に変換されて出射される。偏光分離膜43の分離特性およびλ/2位相膜45の配設位置を適宜設定することにより、補助光源部2からの光束を、第1偏光変換光学系により直線偏光に変換された主要光源部1からの光束と略一致する偏光方向となるような、直線偏光に変換することができる。なお、図7(b)は、図7(a)のフライアイ16および第2偏光変換光学系7を被照明体側から見たものを模式的に表したものである。図7(b)において、第2偏光変換光学系7に相当する部分をハッチングにより示している。
【0066】
このように、補助光源部2の光源がランダムな偏光を発生するものとされている場合は、後段にこの光源からの光の偏光方向を揃えるための第2偏光変換光学系7を配設することが好ましい。照明光束が、第1および第2偏光変換光学系により略一致する偏光方向となるように変換されて出射される照明光学系によれば、装置のライトバルブが液晶パネルとされた投写型表示装置に用いる照明光学系としても、照明効率の高いものとすることができる。
【0067】
なお、本実施例においても実施例5と同様に、補助光源部2の光源が偏光方向の揃えられた光束を出射するものとされている場合には、第2偏光変換光学系は不要となる。このような光源を用いて、構成の簡易化を図ることができる。
【0068】
<実施例7>
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図8に示す。本実施例の照明光学系の構成は実施例1のものと共通するところが多いが、相違点としては、第1および第2インテグレータ部の後段に偏光変換光学系6が配されている点と、補助光源部2からの光束が、第1フライアイ16と第2フライアイ15との間に配された偏向ミラー3により導入されている点がある。この相違点について説明する。
【0069】
本実施例では、補助光源部2からの光束が第1フライアイ16と第2フライアイ15との間に配された偏向ミラー3により導入されているので、集光レンズ37は、実施例1のように第2フライアイ15の中央部に形成されるのではなく、単体のレンズとされ、ロッドインテグレータ36に入射させる場合に好適な方向に屈折させる屈折力を有している。
【0070】
また、本実施例の偏光変換光学系6は、従来よく知られた、偏光ビームスプリッタアレイ、およびこのアレイの光出射面側に配設され複数のλ/2位相膜21がストライプ状に配設されたλ/2位相板からなるものである。本実施例では、実施例5および6と異なり、主要光源部1からの光束の偏光方向を揃える第1偏光変換光学系とは別に、補助光源部2からの光束の偏光方向を揃えるための第2偏光変換光学系を備えることなく、従来一般の偏光変換光学系を利用することにより低コスト化を図ることができる。
【0071】
このような偏光変換光学系6を用いた場合、補助光源部2のレーザ光源31としては、ランダムな偏光を発生するものも、偏光方向が揃えられた光束を出射する偏光特性が良好なものも、いずれを用いることも可能である。前者の光源の場合、補助光源部2からの光束は、対応する偏光変換光学系6のλ/2位相膜21およびプリズム面22の双方から、偏光変換光学系6により直線偏光に変換された主要光源部1からの光束と略一致する偏光方向とされて出射される。いわば、偏光変換光学系6が、補助光源部2からの光束の偏光方向を揃えるという実施例5および6における第2偏光変換光学系7の役割をも、果たしていることになる。
【0072】
後者の光源の場合、補助光源部2からの光束は、対応する偏光変換光学系6のλ/2位相膜21およびプリズム面22のいずれかから出射された光束のみが、偏光変換光学系6により直線偏光に変換された主要光源部1の光束と略一致する偏光方向とされて、出射される。
【0073】
また、補助光源部2のレーザ光源31が、偏光方向が揃えられた光束を出射する偏光特性が良好なものとされている場合には、偏光変換光学系6を図9〜11に示すように変更することが可能である。図9〜11において、(a)は偏光変換光学系6を被照明体側から見た図であり、(b)はその偏光変換光学系6の側面図である。各(a)図において、ハッチング部分はλ/2位相膜21が配された部分である。
【0074】
図9に示す偏光変換光学系6は、内部に偏光分離膜19と反射膜20とが、光軸に対して略45度の角度を有するように交互に形成された偏光ビームスプリッタアレイと、複数のλ/2位相膜21がストライプ状に配設されたλ/2位相板とからなり、この位相板は中央部の、補助光源部2からの光束が通過する部分だけλ/2位相膜21が削除されている。レーザ光源31からの光束が偏光分離膜19を透過する偏光特性を有するものとされているならば、この光束はほとんどがプリズム面22から出射される。そして、偏光分離膜19の分離効率によってある程度の光束が反射されたとしても、反射膜20で反射され出射される光束も、この部分だけλ/2位相膜21が削除されているので、プリズム面22から出射された光束と略一致する偏光方向のまま、プリズム面25から出射されることになる。すなわち、中央部の所定位置のλ/2位相膜21だけが削除されたλ/2位相板を偏光ビームスプリッタアレイに接着するという、低コストな手法を用いることにより、補助光源部2からの光利用効率を高くすることができる。
【0075】
このように、補助光源部2の光源が、偏光が揃えられたものとされている場合は、この光束をさらに偏光変換する必要性はないが、この光束が、主要光源部1からの光を偏光変換する偏光変換光学系6を介して照明光学系から出射されても不都合ではない。
【0076】
図10および図11は、補助光源部2のレーザ光源31が、偏光方向が揃えられた光束を出射する偏光特性が良好なものとされていることから、偏光変換光学系6においてこの光束が通過する部分を空間とし、偏光変換光学系6のプリズムを透過させずに光量を最大限利用しようとするものである。偏光変換光学系6の中央部にこの空間を形成するために、例えば、図10に示すように、同形状の2つの偏光変換光学系6a(一方を実線で示し、他方を点線で示している)を組み合わせる構成とすることで、製造コストを低減することができる。また、図11に示すように、同形状の2つの偏光変換光学系6bと同形状の2つの偏光変換光学系6c(いずれも一方を実線で示し、他方を点線で示している)という4つの部材を組み合わせる構成としても、製造コストを低減することができる。なお、偏光変換光学系6の中央部に空間を形成する方法としては、上記のものに限られない。
【0077】
本実施例のように照明光束が、偏光変換光学系6により略一致する偏光方向となるように変換されて出射される照明光学系によれば、装置のライトバルブが液晶パネルとされた投写型表示装置に用いる照明光学系としても、照明効率の高いものとすることができる。
【0078】
<実施例8>
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図12に示す。本実施例の特徴は、補助光源部が複数の光源からなることにある。その他の構成は既に説明した実施例と略同様のものである。例えば、主要光源部1は実施例1と同様である。また、第1インテグレータ部は2枚のフライアイ15、16により構成され、第2インテグレータ部はロッドインテグレータ36により構成されており、実施例6と略同様の構成とされている。偏向変換光学系6は実施例7の変更例として図9に示した、中央部のみλ/2位相膜が削除されたものと同様である。
【0079】
本実施例の照明光学系は、補助光源部として、分光分布が同様な2つの光源31a、31bを備えている。これらの光源31a、31bからの光束は、コリメータレンズ35a、35b、および両光束を反射させ合成させる偏向ミラー3を介し、主要光源部1から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うようにこの光束中に導入される。その後、光源31a、31bからの光束は、レンズ37を介し、第2インテグレータ部としてのロッドインテグレータ36に入射されて光量分布の均一化を図られ、レンズ38を介して偏向変換光学系6に入射される。なお、レンズ38は実施例7のものと異なり、第1フライアイ16のレンズセルとは別のレンズとされ、第1フライアイ16において補助光源部からの光束が通過する位置に設けられた空間部に配設されているが、その作用は実施例6のものと同様である。
【0080】
本実施例においては、偏向変換光学系6は、図9に示した中央部のみλ/2位相膜が削除されたものを用いている。したがって、補助光源部の光源31a、31bは、偏向変換光学系6により直線偏光に変換された主要光源部1からの光束と略一致する偏光方向となるような、偏光方向が揃えられた光束を出射するものであることが好ましい。この場合、偏向変換光学系6からは、補助光源部2からの光束も、直線偏光に変換された主要光源部1からの光束と略一致する偏光方向とされた照明光束として出射され、照明効率を良好とすることができる。しかし、補助光源部が複数の光源からなる構成において、必ずしも上述のように偏光方向が揃えられた光束を出射する光源としなければならないわけではない。また、偏光変換光学系6の構成としても、光源特性やその他の構成に応じて適宜選択することができる。
【0081】
なお、本実施例では補助光源部として2つの光源を用いているが、2つ以上の光源を用いることも可能である。補助光源部として複数の光源を備えていることにより、主要光源部1の光束低密部に補う光量を増加させることができる。
【0082】
<実施例9>
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図13に示す。本実施例は、補助光源部を構成する複数の光源が、分光分布が異なる2種類の光源31a、31bからなる点が実施例8と異なり、その他の点では実施例8と同様である。
【0083】
本実施例では、分光分布が異なる2種類の光源31a、31bを用いているので、これらの光源31a、31bから出射された光束を合成する手段としてクロスプリズムが配されている。光源31a、31bからの光束は、コリメータレンズ35a、35bを介し、クロスプリズム内のダイクロイック膜51a、51bにより反射されて偏向され、主要光源部1から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うようにこの光束中に導入される。その後、光源31a、31bからの光束は、レンズ37を介し、第2インテグレータ部としてのロッドインテグレータ36に入射されて光量分布の均一化を図られ、レンズ38を介して偏向変換光学系6に入射される。
【0084】
本実施例においても実施例8と同様に、補助光源部の光源31a、31bは、偏向変換光学系6により直線偏光に変換された主要光源部1からの光束と略一致する偏光方向となるような、偏光方向が揃えられた光束を出射するものであることが好ましい。この場合、偏向変換光学系6からは、補助光源部2からの光束も、直線偏光に変換された主要光源部1からの光束と略一致する偏光方向とされた照明光束として出射され、照明効率を良好とすることができる。補助光源部が分光分布が異なる光源からなる構成において、実施例8と同様に、必ずしも上述のように偏光方向が揃えられた光束を出射する光源としなければならないわけではない。また、偏光変換光学系6の構成としても、光源特性やその他の構成に応じて適宜選択することができる。
【0085】
なお、本実施例では補助光源部として2つの光源を用いているが、2つ以上の光源を用いることも可能である。補助光源部として複数の光源を備えていることにより、主要光源部1の光束低密部に補う光量を増加させることができる。また、本実施例ではクロスプリズムにより補助光源部の光束の合成を行なうことにより、実施例8の偏向ミラー3を配置する場合に比べ、主要光源部1からの光束を遮光する範囲が小さい。
【0086】
さらに、補助光源部として分光分布が異なる少なくとも2種類の光源を用いた照明光学系は、カラー投写型表示装置の照明光学系として用いられた場合に有用である。例えば、3原色光のうちの異なる2色光を、一方を光源31aから、他方を光源31bから出射させて合成し、主要光源部1からの光束低密部に光束を補うように構成することができる。
【0087】
以上、本発明に係る照明光学系の具体的な実施例として、実施例1〜9について説明した。各実施例とも、主要光源部1から出射された光束の光束低密部に補助光源部2から光束を補うという構成とされているので、明るくコンパクトな照明光学系とされており、第1インテグレータ部として2枚のフライアイを備えているので、光量分布の均一化された照明光束を出射することができる。
【0088】
ところで、本発明に係る照明光学系の主要光源部に用いられる光源としては、例えば超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプなどがあるが、これらの光源は各々種類により固有の分光分布を有しており、可視光領域において一様な光量分布を持っているわけではない。本発明に係る照明光学系の主用途である投写型表示装置に関しては、明るさの要望以外に、色再現性が良い画像が要求されるが、色再現性を良好とするためには、この光源の分光分布のばらつきが問題となる場合がある。光源によっては、色再現性を良好とするために必要な波長域の光量が不足していたり、また、不必要な波長域の光量が過剰であったりするためである。
【0089】
例えば、図14は超高圧水銀灯の可視領域における波長の分光分布を示す図であり、縦軸が光強度を示すものである。図示のとおりこの光源では、3原色光のうち赤色波長域が、他の色成分に対応する波長域に比べ光量が少なく、その一方、黄色波長域に光強度のピークを有するため、そのままの光源光を使用すると、全体として黄色味を帯びたカラー画像が形成されてしまう。そのため、従来、装置の色再現性を良好とする方策としては、光源から出射された光のうち580nm近辺の波長域の光を取り除いて照明を行っていたが、その分の光量損失は明るさ向上の要望とは反するものとなってしまう。
【0090】
本発明に係る照明光学系によれば、主要光源部から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する補助光源部を備え、主要光源部から出射される光束の分光分布において増加させたい波長域に強度ピークを有する光束を前記補助光源部から出射させるように構成することができる。例えば、主要光源部の発光体が上記超高圧水銀灯とされた場合に、補助光源部から、赤色波長域に強度ピークを有する光束を出射させる構成とすることである。この補助光源部の光源としては、例えば、安価で小型な赤色半導体レーザを用いることができる。このような構成によれば、照明光束全体として赤色波長域の光強度が増加し、従来は色再現性に悪影響を及ぼしていた超高圧水銀灯からの580nm近辺の光も、排除することなく利用できるようになる。この、これまで排除していた光量は、超高圧水銀灯の全光量の20%にも相当し、これ程の光量が増加する効果は高い。
【0091】
主要光源部から出射される光束の分光分布において増加させたい波長域に強度ピークを有する光束を、補助光源部から出射させるように構成することにより、単に補助光源部からの光量分が増加するのみならず、色再現性のためにこれまで排除していた主要光源部からの光束も色再現性の低下を招くことなく取り込むことができ、明るく色再現性の良いコンパクトな照明光学系を得ることができる。なお、補助光源部から出射させる光束の強度ピークは赤色波長域に限られるものではなく、主要光源部の光源の分光分布に応じその波長域を適宜設定することができる。
【0092】
本発明の照明光学系としては、上述したものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能である。例えば、実施例1〜9中に用いられた主要光源部、補助光源部、偏向手段、第1インテグレータ部、第2インテグレータ部、偏光変換光学系等をそれぞれ取出して組合わせた構成としてもよい。また、上記各実施例は、実施例2と同様に、偏向ミラーが主要光源部からの光束を偏向させるものとされ、この偏向ミラーの、主要光源部からの光束の光束低密部が照射される部分が空間とされて、この空間を通して補助光源部からの光束が上記光束低密部に導入されるような構成に変更することができる。
【0093】
また、補助光源部からの光束を、主要光源部からの光束中に導入する位置としては、第1および第2インテグレータ部の前段、後段、また第1インテグレータ部を構成する2枚のフライアイの中間も含め、いずれとされていてもよい。また、補助光源部からの光束を主要光源部からの光束の光束低密部中に導入するための偏向ミラーは、必須ではない。実施例5として示したような、光束低密部に補助光源部を配設する構成がいずれの場合にも可能である。
【0094】
また、主要光源部は、各実施例に図示された発光管を備えた構成だけでなく、図19に示された電極を配設する構成のものとされていてもよい。また、補助光源部は、リフレクタを備えた構成やレーザ光源を用いることができ、さらに、光量分光の均一な光源としたり、偏光特性の良好な光源とすることができる。補助光源部は、照明光学系の光量増加、光量分布の均一化、色再現性の適正化(所定の色味を強くしたい、弱くしたい等の場合を含む)等の所期の目的を達成し得るものとすることが好ましい。また、各フライアイのレンズセルや、主要光源部および補助光源部からの光束の光路中に配される各レンズの形状は、適宜設定することができる。
【0095】
なお、付言すれば、本発明に係る照明光学系は、従来多数提案されている、単に総量としての光量を増加させるために複数の光源を備えた照明光学系とは、その目的も作用効果も異なるものである。従来の複数光源を備えた照明光学系は、本発明の主要光源部に相当するような大きさの光源部を複数個配設することにより、総量としての光量を増加させることを目的としている。これらは、本発明のような、リフレクタを備えた光源部から出射された光束の光束低密部に別の光源から光束を補う、という発想を有するものではない。
【0096】
また、前述の投写型表示装置の色再現性の問題を解決するべく、発光分布の異なる光源部を複数使用した照明光学系も既に提案されている(例えば特開2001−166383号公報参照)。しかしこの場合も、上記複数光源を備えた照明光学系と同様に、本発明のような、リフレクタを備えた光源部から出射された光束の光束低密部に別の光源から光束を補う、という発想を有するものではない。本発明に係る照明光学系によれば、この従来例よりも格段にコンパクトな照明光学系により、高い色再現性を達成することができる。
【0097】
次に、本発明に係る投写型表示装置の具体的な実施例として、実施例10および実施例11について説明する。
【0098】
<実施例10>
本実施例に係る投写型表示装置の概略構成を図15に示す。この装置は、本発明に係る照明光学系を代表したものとしての、上記実施例1に係る照明光学系を用いた装置とされている。なお、この照明光学系の偏光変換光学系6は、実施例7(図8)に示された、従来よく知られたものとされている。
【0099】
この装置は、照明光学系からの照明光束により、所定の画像情報に基づいて照明光束の光変調を行なう透過型画像表示素子よりなるライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した光束を、投写光学系67を介し投写するものである。照明光束は、第1および第2インテグレータ部4、5により光量分布が均一化され、偏光変換光学系6により偏光方向が揃えられた状態で、本発明の照明光学系から出射される。そしてこの照明光束は、以下に示すとおり、3原色光に分解され、各色光用の透過型画像表示素子である液晶パネル64a〜cにより光変調されて、これらの投映光束が合成された後、投写光学系67により投写されて、スクリーン(不図示)上にフルカラー画像が結像される。なお、以下に示す第1〜第3色光成分とは、青色、緑色、赤色の3原色光を任意の順に対応させることができる。
【0100】
すなわち、照明光学系から出射された照明光束は、ダイクロイックミラー62a、62bにより色光分解され、それぞれ第1〜第3色光成分用の画像が表示される液晶パネル64a〜cに照射される。ダイクロイックミラー62aは、照明光束を第1色光成分光束と第2、第3色光成分の合成光束とに分離し、ダイクロイックミラー62bは、ダイクロイックミラー62aにより分離された第2、第3色光成分の合成光束を、第2色光成分と第3色光成分とに分離するものである。照明光束の光路上には、偏向のための全反射ミラー63a〜dと、集光レンズ61a〜fとが配され、液晶パネル64a〜c上には、第1インテグレータ部4のフライアイから出射された各部分光束、および第2インテグレータ部5から出射された補助光源部2からの光束が重畳される。液晶パネル64a〜cを透過し、所定の画像情報に基づいて光変調された投映光束である第1〜第3色光成分光束は、内部に、第1色光成分を反射するダイクロイック膜65aと第3色光成分を反射するダイクロイック膜65bとを有する、クロスプリズム66により合成される。
【0101】
本実施例によれば、本発明に係る照明光学系を備えていることにより、コンパクトでありながら、照明効率が高く明るく均一な照明を行ない得る投写型表示装置を得ることができる。
【0102】
また、前述したとおり、本発明に係る照明光学系は、主要光源部1から出射される光束の分光分布において増加させたい波長域に強度ピークを有する光束を、補助光源部2から出射させるように構成することができる。例えばこの場合のように、補助光源部2からの光束が白色光でなく特定の波長域に光強度が偏っている場合には、補助光源部2からの光束は、照明光束を色光分解し各色光ごとに各々ライトバルブにより画像情報を担持させた後に色合成を行なう構成の装置の、複数のライトバルブのうち一部のライトバルブのみを照明するように構成してもよい。例えば、主要光源部1が白色光を出射し、補助光源部2の光源が赤色半導体レーザとされている場合、補助光源部2からの光は赤色成分用のライトバルブのみを照明するように構成されていてもよい。
【0103】
参考例2
参考例に係る投写型表示装置の概略構成を図16に示す。この装置は、照明光学系からの照明光束により、所定の画像情報に基づいて照明光束の光変調を行なう反射型画像表示素子よりなるライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した光束を、投写光学系88を介し投写するものである。この装置は、上参考例1に係る照明光学系を用いた装置とされている。
【0104】
照明光束は、第1インテグレータ部4により光量分布が均一化され、偏光変換光学系6により偏光方向が揃えられた状態で、上記参考例1の照明光学系から出射される。そしてこの照明光束は、集光レンズ81a、81bおよび偏向のための全反射ミラー82を介し、以下に示すとおり、カラークワッド89に入射され、このカラークワッド89において3原色光に分解され、各色光用の画像表示素子である反射型液晶パネル(以下、LCOSと称する)85a〜cにより光変調されて、これらの投映光束が合成された後カラークワッド89から出射され、投写光学系88により投写されて、スクリーン(不図示)上にフルカラー画像が結像される。なお、以下に示す第1〜第3色光成分とは、青色、緑色、赤色の3原色光を任意の順に対応させることができる。
【0105】
カラークワッド89は、内部の偏光分離膜84a〜dがX字型になるように配列された第1〜第4PBS83a〜d、第1〜第3色光成分に各々対応する第1〜第3LCOS85a〜c、第1〜第4特定波長偏光変換素子86a〜d、および第1〜第2偏光板87a、87bを備えてなる。偏光板87aは入射する照明光束の偏光方向を揃え(以下の説明においては、この偏光方向をS偏光とする。)、偏光板87bは投映光束の偏光方向をP偏光に揃えるために配され、投写画像のコントラスト向上を図る。また、特定波長偏光変換素子86a〜dは、所定の色光を所定角度だけ回転させS偏光をP偏光に変換する素子である。特定波長偏光変換素子86a、86dは、第1の色光をS偏光からP偏光に変換し、特定波長偏光変換素子86b、86cは、第3の色光をS偏光からP偏光に変換する。
【0106】
これらの作用により、第1の色光はPBS83a、83bを透過して第1の色光を光変調させるLCOS85aを照射し、第2の色光はPBS83a、83cの各々の内部で反射されて第2の色光を光変調させるLCOS85bを照射し、第3の色光はPBS83a内部で反射され、PBS83cを透過して第3の色光を光変調させるLCOS85cを照射する。そして、第1の色光は第1のLCOS85aのONに対応する投映光束がS偏光に変換されて反射され、PBS83b、83dの内部で反射され、第2の色光は第2のLCOS85bのONに対応する投映光束がP偏光に変換されて反射され、PBS83c、83dを透過し、第3の色光は第3のLCOS85cのONに対応する投映光束がS偏光に変換されて反射され、PBS83c内部で反射され、PBS83dを透過して、3色光成分が合成されてカラークワッド89から出射される。
【0107】
参考例によれば、上記参考例1に係る照明光学系を備えていることにより、コンパクトでありながら、照明効率が高く明るく均一な照明を行ない得る投写型表示装置を得ることができる。また、実施例10と同様に、本参考例においても、補助光源部2からの光束が白色光でなく特定の波長域に光強度が偏っている場合には、補助光源部2からの光束は、照明光束を色光分解し各色光ごとに各々ライトバルブにより画像情報を担持させた後に色合成を行なう構成の装置の、複数のライトバルブのうち一部のライトバルブのみを照明するように構成してもよい。
【0108】
なお、本発明の投写型表示装置としては上述した実施例のものに限られず、種々の態様の変更が可能である。例えば、本発明の投写型表示装置としては、本発明の照明光学系を任意に用いることができる。第2インテグレータ部がフライアイであるか、ロッドインテグレータであるか、あるいは設けられていないかによって、後段の装置構成が限定されるものではない。ただし、これらの組み合わせは任意であるが装置全体としての整合性は必要である。
【0109】
また、本発明の投写型表示装置においてライトバルブは実施例のものに限られない。例えば、ライトバルブとしてデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた装置構成とすることも可能である。この場合にも、本発明に係る照明光学系を備えることにより、コンパクトでありながら、照明効率が高く明るく均一な照明を行ない得る投写型表示装置を得ることができる。
【0110】
また、本発明の投写型表示装置は必ずしもカラー画像表示装置に限られず、モノクロ画像表示装置とされていてもよい。
【0111】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置によれば、光源とリフレクタよりなる主要光源部から出射された光束の、中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する補助光源部を備え、2枚のフライアイを有する第1インテグレータ部が設けられていることにより、コンパクトでありながら、照明効率が高く、明るく均一な照明を行ない得る照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係る照明光学系の概略構成図
【図2】本発明の実施例2に係る照明光学系の概略構成図
【図3】 本発明の参考例1に係る照明光学系の概略構成図
【図4】本発明の実施例4に係る照明光学系の概略構成図
【図5】本発明の実施例5に係る照明光学系の概略構成図
【図6】図5の第1および第2偏光変換光学系の概略構成図
【図7】本発明の実施例6に係る照明光学系の概略構成図
【図8】本発明の実施例7に係る照明光学系の概略構成図
【図9】図8の偏光変換光学系の第1変更例の概略構成図
【図10】図8の偏光変換光学系の第2変更例の概略構成図
【図11】図8の偏光変換光学系の第3変更例の概略構成図
【図12】本発明の実施例8に係る照明光学系の概略構成図
【図13】本発明の実施例9に係る照明光学系の概略構成図
【図14】超高圧水銀灯の可視領域における波長の分光分布図
【図15】本発明の実施例10に係る照明光学系の概略構成図
【図16】 本発明の参考例2に係る照明光学系の概略構成図
【図17】リフレクタを備えた第1の従来の光源部の概略構成図
【図18】リフレクタを備えた第2の従来の光源部の概略構成図
【図19】リフレクタを備えた第3の従来の光源部の概略構成図
【符号の説明】
1 主要光源部
2 補助光源部
3 偏向ミラー
4 第1インテグレータ部
5 第2インテグレータ部
6 偏光変換光学系
第2偏光変換光学系
、66 クロスプリズム
11、33 光源
12、34、104 放物面リフレクタ
15 第2フライアイ
16 第1フライアイ
17、18、48、49 レンズセル
19、43、84 偏光分離膜
20、44 反射膜
21、45 λ/2位相膜
22、25、46 プリズム面
26 複屈折回折型偏光分離板
31、32 半導体レーザ
35 コリメータレンズ
36 ロッドインテグレータ
37、38、61、81 集光レンズ
41 補助光源部に対応する第2フライアイ
42 補助光源部に対応する第1フライアイ
51、65 ダイクロイック膜
62 ダイクロイックミラー
63、82 全反射ミラー
64 透過型液晶パネル
67、88 投写光学系
83 PBS
85 反射型液晶パネル(LCOS)
86 特定波長偏光変換素子
87 偏光板
89 カラークワッド
101 発光管
102 陰極
103 陽極
105 楕円面リフレクタ
106 透明部材
107 棒状保持部材
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an illumination optical system that illuminates an object to be illuminated using a light source unit that includes a light emitter and a reflector, and in particular, modulates an illumination light beam with a light valve and uses the projected light beam to image an image on a screen. The present invention relates to an illumination optical system suitable for a projection display device that performs enlarged projection, and a projection display device using the illumination optical system.
[0002]
[Prior art]
As a light source unit of a projection display device, a configuration including a light source and a reflector is generally used. This light source preferably has a small light emission distribution and high light emission efficiency. At present, a light source such as an ultrahigh pressure mercury lamp, a metal halide lamp, or a xenon lamp is generally used. In addition, a parabolic mirror or an ellipsoidal mirror is usually used as the reflector that reflects the light from the light source and emits the light forward.
[0003]
17 to 19 show the structure of a well-known light source unit. 17 and 18 show a type in which the arc tube 101 is positioned at the rear part of the reflectors 104 and 105. Further, FIG. 19 shows a configuration in which the anode 103 is disposed at the rear part of the reflector 104 and the cathode 102 is disposed from the light emitting side of the reflector 104 in a configuration often used as a xenon lamp. FIG. 19B is a cross-sectional view of the light source unit, and FIG. 19A is a diagram of the light source unit viewed from the light emitting side. The cathode part having the cathode 102 is welded to a transparent member 106 for enclosing xenon gas and held on the outer periphery of the reflector, and a rod-like holding member having wiring for applying a voltage to the cathode 102 on the transparent member 106 107 is arranged.
[0004]
In FIG. 17 and FIG. 19, the reflector 104 is a parabolic mirror, and is arranged so that the light emitting point of the light source is located at the focal position. Is emitted. In FIG. 18, the reflector 105 is an ellipsoidal mirror, and is arranged so that the light emitting point of the light source is positioned at the first focal position. The illumination light beam emitted from the light source unit is the second focal point of the ellipsoidal mirror. Focused on the position.
[0005]
By the way, in the light source unit composed of the light sources 101 to 103 and the reflectors 104 and 105, a space with low light intensity is formed in the vicinity of the optical axis of the light beam emitted from the reflectors 104 and 105 due to its structure. (For example, refer to Patent Document 1). As described in FIG. 6A of Patent Document 1 and paragraph number 0038, light is not reflected due to the hole provided in the rear part of the reflector, or light is blocked due to the size of the arc tube itself. Because it is. In order to arrange the arc tube 101 or the anode 107, there is a range that is not mirror-finished at the rearmost part of the reflector. If this diameter is A, at least in the central part of the light beam emitted from the light source part, FIG. 17 and FIG. In FIG. 18, there is a space through which light hardly passes in the range of the diameter A in the plane orthogonal to the optical axis, and in FIG. 18, in the range of the angle B ° around the second focal point of the reflector. become.
[0006]
In Patent Document 1, in the multi-lens array downstream from the light source unit, the number of lens cells near the optical axis of the multi-lens array on the illuminated object side is reduced, the lens cell size is increased, and these lens cells are decentered. Thus, there has been proposed a technique for improving the light utilization efficiency of the entire optical system without using light in the vicinity of the optical axis having a low light intensity.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-56435 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, development of bright projection display devices has been advanced so that projection display devices can be used without problems even in projection in a bright place. As an element that greatly contributes to the improvement of brightness, along with the light valve, a new device is also required for the configuration of the light source part of the illumination optical system.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and pays attention to the light amount distribution in the vicinity of the optical axis of the light beam emitted from the light source unit composed of the light source and the reflector, and has a large design compared to the conventional light source unit of this type. It is an object of the present invention to provide an illumination optical system that can perform bright and uniform illumination with high illumination efficiency and a projection display device using the illumination optical system, without being changed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  An illumination optical system according to the present invention includes a main light source unit including a light emitter and a reflector that reflects light emitted from the light emitter toward the illuminated body, and a light beam near the center of the light beam emitted from the main light source unit. An auxiliary light source unit that emits a light beam so as to supplement the light beam in the low-density part, and a first integrator unit having two fly-eyes is provided to achieve uniform light quantity of the light beam from the main light source unit.And
  The light beam emitted from the auxiliary light source unit is introduced into the light beam low-density part before the fly eye on the main light source unit side or between the two fly eyes,
  A second integrator unit different from the first integrator unit is provided in the light beam low-density unit to equalize the amount of light from the introduced auxiliary light source unit.It is characterized by this.
[0012]
In addition, at least one of the two fly eyes of the first integrator unit includes a lens that collects or diverges the light beam from the auxiliary light source unit in the vicinity of the optical axis through which the light beam from the auxiliary light source unit passes. You may have.
[0014]
  Also, the aboveThe second integrator section2 fly eyesIt is madeIt is preferable. Further, at least one fly eye of the two fly eyes of the second integrator section is formed on the same member as at least one fly eye of the two fly eyes of the first integrator section. Is more preferable.
[0015]
  Also, the aboveThe second integrator sectionHas a rod integratorIt is madeIt is preferable.
[0016]
Further, the light emitter of the main light source unit generates a randomly polarized light beam, and the light beam is converted into linearly polarized light by a polarization conversion optical system to illuminate the object to be illuminated. A light beam with a polarization direction that is substantially the same as the light beam from the main light source unit that has been converted to linearly polarized light by the polarization conversion optical system is emitted, and the light beam from the auxiliary light source unit is polarized The illumination target may be illuminated without being illuminated.
[0017]
Further, the light emitter of the main light source unit generates a randomly polarized light beam, which is converted into linearly polarized light by the first polarization conversion optical system to illuminate the illuminated body, and the auxiliary light source unit The luminous body generates a randomly polarized light beam, and the polarization direction substantially coincides with the light beam from the main light source unit converted into linearly polarized light by the first polarization conversion optical system by the second polarization conversion optical system. It may be configured to illuminate the object to be illuminated after being converted into linearly polarized light.
[0018]
A projection display device according to the present invention includes the illumination optical system, and illuminates at least one light valve that performs light modulation of the illumination light beam based on predetermined image information with the light beam from the illumination optical system. A light beam carrying image information from a light valve is projected through a projection optical system.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1A showing a schematic configuration of an illumination optical system according to Example 1 of the present invention described later. The illumination optical system includes a main light source unit 1, an auxiliary light source unit 2, a deflection mirror 3, a first integrator unit 4 having two fly eyes 15 and 16, and a second integrator unit 5.
[0020]
The main light source unit 1 includes a light source 11 made of an arc tube such as a xenon lamp or a metal halide lamp, and the light emitting point is arranged at the focal point of a reflector 12 made of a parabolic mirror, and the light emitted from the light source 11 is emitted. A substantially parallel light beam is emitted from the opening of the reflector 12 that reflects toward the illuminated body.
[0021]
By the way, as described above, the light amount distribution in the cross section perpendicular to the optical axis of the light beam emitted from the main light source unit 1 is a portion having a low light intensity (hereinafter referred to as a light beam low-density portion) in a predetermined range near the optical axis. Present). Paying attention to this, the illumination optical system is configured to include an auxiliary light source unit 2 that emits a light beam so as to supplement the light beam in a light beam dense portion near the center of the light beam emitted from the main light source unit 1. ing. In FIG. 1A, the auxiliary light source unit 2 is composed of a laser light source 31 made of a semiconductor laser LD, and the light beam from the auxiliary light source unit 2 made into a parallel light beam by the collimator lens 35 is deflected by the deflecting mirror 3, and the main light source unit. 1 is introduced into the low-density portion of the light beam emitted from 1.
[0022]
The configuration of supplementing the light beam from the auxiliary light source unit 2 to the light beam low density portion of the light beam emitted from the main light source unit 1 not only increases the light amount as the entire light source unit, but also contributes to the improvement of the brightness of the illumination optical system, Even in the light amount distribution, it is possible to enhance the light intensity of the light-dense portion in the vicinity of the center of the light beam that should originally have the highest light intensity. Further, even if a member such as a deflecting mirror 3 is provided in order to supplement the light flux in the light flux density portion, since the light intensity of the light flux from the main light source portion 1 is weak, the main light source portion 1 The light beam from the main light source unit 1 can be used efficiently without substantially blocking the light beam. Moreover, according to such a structure, with respect to the light source part provided with the reflector generally used conventionally, this can be made into the main light source part 1, and a brightness can be improved with few design changes and compactness.
[0023]
In addition, this illumination optical system includes two fly eyes 15 and 16 as the first integrator section 4 for uniformizing the light amount distribution in a cross section perpendicular to the optical axis. In FIG. 1A, the luminous flux emitted from the main light source unit 1 is distributed in light quantity distribution by the first integrator unit 4 in which the second fly eye 15 and the first fly eye 16 are arranged in order from the main light source unit side. It is made uniform and emitted from the illumination optical system as an illumination light beam. That is, the second fly eye 15 divides the substantially parallel light beam from the main light source unit 1 into the same number of partial light beams as the number of lens cells of the second fly eye 15, and in the vicinity of each lens cell constituting the first fly eye 16. By forming a secondary light source image of the light source 11, the light quantity distribution is made uniform.
[0024]
In the present embodiment, in addition to the above-described configuration, it is preferable that a second integrator unit 5 for further uniforming the light amount distribution in a cross section perpendicular to the optical axis of the light beam from the auxiliary light source unit 2 is preferably provided. In the following description, when the action of the first and second integrator sections 4 and 5 is described as “uniform light quantity distribution”, it is assumed to be in the above cross section.
[0025]
In FIG. 1A, the light flux emitted from the auxiliary light source unit 2 can be made uniform in light quantity distribution by the rod integrator 36 as the second integrator unit 5. The rod integrator 36 is disposed between the two fly eyes 15 and 16, and the light beam from the auxiliary light source unit 2 is transmitted from the auxiliary light source unit 2 in the fly eye 15 when passing through the second fly eye 15. The light is incident on the rod integrator 36 at a predetermined angle by the action of the condenser lens 37 provided at the position where the light beam is incident. Therefore, the light is reflected and emitted a plurality of times on the inner wall surface of the rod integrator 36, and the light quantity distribution is made uniform.
[0026]
Examples 1 to 6 will be described below as specific examples of the illumination optical system according to the present invention. In each embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals unless otherwise specified, and detailed description of the matters already described is omitted.
[0027]
<Example 1>
A sectional view of a schematic configuration of the illumination optical system according to the present embodiment is shown in FIG. In FIG. 1 (a) and the following FIGS. 2, 3 (a), 4 (a), 5, 7 (a), 8, 12, 13, 15, and 16, each member emphasizes its cross-sectional shape. In some cases, the description of the far end face is omitted.
[0028]
The configuration of the present embodiment and the operational effects thereof are as described above, but a more detailed configuration will be described below. In the present embodiment, the light beam from the auxiliary light source unit 2 is introduced into the light beam from the main light source unit 1 by the deflection mirror 3 in the front stage of the second fly eye 15. When the light source of the auxiliary light source unit 2 is the semiconductor laser 31, this light source usually needs to be used while being cooled, so that the light source from the main light source unit 1 is arranged and deflected in this way. It is preferably introduced by light guiding means such as a mirror 3.
[0029]
Next, the fly eyes 15 and 16 of the first integrator unit 4 in this embodiment will be described. FIG. 1B schematically shows the first fly's eye 16 of FIG. 1A viewed from the illuminated object side (in the direction of arrow A). The fly eye 16 has a plurality of lens cells 18 formed by minute convex lenses having a rectangular outline arranged vertically and horizontally. The light beam from the auxiliary light source unit 2 is incident on the fly eye 16 at the center. A condensing lens 38 having a shape different from that of the lens cell 18 is provided at the position. In FIG. 1B, the portion corresponding to the lens cell 18 is indicated by hatching.
[0030]
Further, the fly eye 15 has a shape including a lens cell 17 corresponding to each lens cell 18 of the fly eye 16 and a condenser lens 37 corresponding to the condenser lens 38 of the fly eye 16. The condensing lens 37 has a refractive power that refracts the light beam in a direction suitable for entering the rod integrator 36, and the condensing lens 38 refracts the light beam emitted from the rod integrator 36 in a desired direction. Has refractive power. The illumination optical system used in the projection display device is preferably refracted so that the light beam from the auxiliary light source unit 2 is superimposed on the subsequent light valve in the same manner as the light beam from the main light source unit 1. The fly eye 15 is disposed so that the convex surface of the lens cell 17 faces the main light source unit, and the fly eye 16 faces the convex surface of the lens cell 18 toward the illuminated body. It is advantageous in terms of cost that the fly eyes 15 and 16 have the same shape.
[0031]
In the present embodiment, the light beam emitted from the auxiliary light source unit 2 has a small beam diameter emitted so as to supplement the light beam in the light beam dense portion near the center of the light beam emitted from the main light source unit 1. Therefore, the second integrator unit 5 for making the light quantity distribution of the light beam emitted from the auxiliary light source unit 2 uniform has a simple configuration using a rod integrator 36. The arrangement position of the rod integrator 36 is between the two fly eyes 15 and 16, and a compact configuration is achieved by effectively using space. Further, the light beam from the auxiliary light source unit 2 is introduced on the main light source unit side from the second fly eye 15, and the rod integrator 36 is disposed between the two fly eyes 15, 16, so that the fly eyes 15, 16 The condenser lenses 37 and 38 are integrally formed to achieve a compact configuration.
[0032]
In this embodiment and the following embodiments, the rod integrator includes a solid rod rod prism made of glass, a hollow prism whose inner surface is a mirror surface by a reflective coating, and a rod rod prism arranged on the light beam incident side. A so-called hybrid integrator in which a hollow prism is arranged on the light beam exit side and both are combined can be used. The light beam incident on the rod integrator is guided to the light beam output end of the rod-shaped rod prism while being totally reflected a plurality of times on the inner wall surface and reflected by the mirror surface of the inner wall surface a plurality of times on the hollow prism. The light beam emitted from the rod integrator is a light beam having a substantially uniform light beam density at the emission end of the rod integrator. When this illumination optical system is used in a projection display device, the exit end of the rod integrator and the subsequent light valve are in an imaging relationship (conjugate relationship) with each other via a relay lens.
[0033]
<Example 2>
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a schematic configuration of the illumination optical system according to the present embodiment. The present embodiment is configured to include a main light source unit 1, an auxiliary light source unit 2, a first integrator unit 4, a second integrator unit 5, and a collimator lens 35 similar to those of the first embodiment. However, the present embodiment is different from the first embodiment in that the deflecting mirror 3 deflects the light beam from the main light source unit 1. A portion near the optical axis of the deflecting mirror 3 where the light flux from the main light source is irradiated is a space, and the light from the auxiliary light source is introduced into the light flux through the space. . Even when the deflecting mirror 3 deflects the light beam from the main light source unit 1 as in this embodiment, the light beam emitted from the auxiliary light source unit 2 is emitted from the main light source unit 1. Since the light beam is introduced so as to be located in the light beam low density portion in the vicinity of the center of the light beam, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[0034]
<Reference example 1>
  BookreferenceA cross-sectional view of a schematic configuration of an illumination optical system according to an example is shown in FIG. BookreferenceThe example main light source unit 1 is the same as that of the first embodiment.
[0035]
  BookreferenceThe auxiliary light source unit 2 in the example is a light source in which the luminous flux emitted from the auxiliary light source unit 2 is emitted and the light amount distribution is substantially uniform. For example, a laser light source 32 can be used. Since the light flux from the auxiliary light source unit 2 having such a light source does not need to be uniformed by the integrator,referenceIn the example, the means for making the light amount of the light flux from the auxiliary light source unit 2 uniform is omitted, and the configuration is simpler.
[0036]
  BookreferenceThe first integrator unit 4 in the example includes two fly eyes 15 and 16 as in the first embodiment. FIG. 3B schematically shows the first fly eye 16 of FIG. 3A as viewed from the illuminated body side (in the direction of arrow B). Similar to the first embodiment, the fly eye 16 has a plurality of lens cells 18 each having a rectangular outline and a minute convex lens arrayed vertically and horizontally, and the auxiliary light source unit 2 in the fly eye 16 at the center. Unlike in the first embodiment, a condensing lens 38 having the same shape as the lens cell 18 is provided at a position where the light beam from the light beam enters. In FIG. 3B, a portion corresponding to a lens having the same shape as the lens cell 18 is indicated by hatching.
[0037]
Further, the fly eye 15 has a shape including a lens cell 17 corresponding to each lens cell 18 of the fly eye 16 and a condenser lens 37 corresponding to the condenser lens 38 of the fly eye 16. The condenser lens 37 has a refractive power that refracts the light beam from the auxiliary light source unit 2 in the same direction as the parallel light beam from the main light source unit 1, and forms a secondary light source image in the vicinity of the first fly's eye. Can be made. The condensing lens 38 is similar to the light beam from the main light source unit 1 divided into the partial light beams by the second fly eye 15 with respect to the light beam from the auxiliary light source unit 2 collected by the condensing lens 37. It has a refractive power that refracts in the direction. The illumination optical system used in the projection display device is preferably refracted so that the light beam from the auxiliary light source unit 2 is superimposed on the subsequent light valve in the same manner as the light beam from the main light source unit 1. Similar to the first embodiment, the fly eye 15 is arranged so that the convex surface of the lens cell 17 faces the main light source unit, and the fly eye 16 faces the convex surface of the lens cell 18 toward the illuminated body. It is advantageous in terms of cost that the fly eyes 15 and 16 have the same shape.
[0038]
  BookreferenceIn the example, a light beam having a uniform light amount distribution from the auxiliary light source unit 2 is introduced to the main light source unit side from the second fly eye 15 through the collimator lens 35 and the deflection mirror 3. Therefore, a condensing lens 37 having the same shape as that of the lens cell 17 is integrally formed in the fly eye 15, and a condensing lens 38 having the same shape as that of the lens cell 18 is integrally formed in the fly eye 16. Have achieved.
[0039]
<Example 4>
FIG. 4A is a cross-sectional view of a schematic configuration of the illumination optical system according to the present example. The main light source unit 1 of this embodiment is the same as that of the first embodiment.
[0040]
The auxiliary light source unit 2 of the present embodiment has a configuration in which a light source 33 is disposed at a focal position of a reflector 34 formed of a parabolic mirror. The auxiliary light source unit 2 of the illumination optical system according to the present invention is not limited to a laser light source, and may use a reflector 34 as in this embodiment. In this case, the auxiliary light source unit 2 can be made at low cost and with a large amount of light. In the present embodiment, the light beam emitted from the auxiliary light source unit 2 is substantially parallel light having a nonuniform light amount distribution.
[0041]
The first integrator unit of the present embodiment includes two fly eyes 15 and 16 as in the first embodiment. FIG. 4B schematically shows the first fly eye 16 of FIG. 4A viewed from the illuminated object side (in the direction of arrow C). Similar to the first embodiment, the fly eye 16 has a plurality of lens cells 18 each having a rectangular outline and a minute convex lens arrayed vertically and horizontally, and the auxiliary light source unit 2 in the fly eye 16 at the center. Unlike the first embodiment, fly eyes 41 and 42 constituting a second integrator section to be described later are provided at the positions where the light beams from the first and second beams are incident. The fly eye 15 includes a lens cell 17 corresponding to each lens cell 18 of the fly eye 16. Similar to the first embodiment, the fly eye 15 is arranged so that the convex surface of the lens cell 17 faces the main light source unit, and the fly eye 16 faces the convex surface of the lens cell 18 toward the illuminated body.
[0042]
In the present embodiment, the two fly eyes are arranged such that the light beam emitted from the auxiliary light source unit 2 is positioned in the light beam dense portion near the center of the light beam emitted from the main light source unit 1 via the deflection mirror 3. 15 and 16 are introduced. For this reason, it is not necessary to provide a lens in the portion corresponding to the light beam low density portion in the vicinity of the center of the light beam emitted from the main light source unit 1 in the center portion of the second fly eye 15.
[0043]
In addition, since the light beam emitted from the auxiliary light source unit 2 is introduced between the two fly eyes 15 and 16, a member inserted into the light beam from the main light source unit 1 such as the deflection mirror 3 or the like. However, it is difficult to block the light from the main light source unit 1, and the light use efficiency can be improved. In the vicinity of both the fly eyes 15, 16, particularly in the vicinity of the first fly eye 16, the light from the main light source unit 1 is collected as each partial light beam by the second fly eye 15. For this reason, a member can be arranged in the gap between the partial light beams so as not to block the condensed partial light beams, and the deflection mirror 3 for deflecting the light from the auxiliary light source unit 2 is supported and fixed. A member for this can be arranged in this way. Unlike the present embodiment, in the configuration in which the deflection mirror 3 is arranged in front of the second fly eye 15 and light from the auxiliary light source unit 2 is to be introduced, the support fixing member of the deflection mirror 3 is separated from the main light source unit 1. It is inevitable to block the light.
[0044]
As described above, in the present embodiment, the light beam emitted from the auxiliary light source unit 2 is substantially parallel light having a nonuniform light amount distribution. Therefore, in order to make the light quantity of the light flux from the auxiliary light source unit 2 uniform, a second integrator unit having two fly eyes 41 and 42 is provided. In the present embodiment, the fly eyes 41 and 42 are provided on both sides of the first fly eye 16 at a position where the light beam from the auxiliary light source unit 2 is incident on the fly eye 16 at the center of the first fly eye 16. Is formed.
[0045]
FIG. 4B shows a first fly eye 42 corresponding to the auxiliary light source unit 2 formed on the illuminated body side of the first fly eye 16. The fly eye 42 is formed by arranging a plurality of lens cells 49 each having a rectangular contour having a size different from that of the lens cells 17 and 18 and formed by a minute convex lens. Further, as shown in FIG. 4A, the surface of the first fly eye 16 on the auxiliary light source unit side includes lens cells 48 corresponding to the lens cells 49 respectively, and corresponds to the auxiliary light source unit 2. A second fly eye 41 is formed. The parallel light beam from the auxiliary light source unit 2 is divided into each partial light beam and condensed by the second fly eye 41 corresponding to the auxiliary light source unit 2 formed on the auxiliary light source unit side of the first fly eye 16. Further, the light is refracted in a desired direction and emitted by the first fly eye 42 corresponding to the auxiliary light source unit 2 formed on the illuminated body side of the first fly eye 16. As an illumination optical system used in the projection display device, it is preferable that the light beam from the auxiliary light source unit 2 is refracted so as to be superimposed on the light valve at the rear stage in the same manner as the light beam from the main light source unit 1.
[0046]
As described above, in this embodiment, the fly eyes 41 and 42 on the two surfaces of the second integrator unit that equalize the light quantity distribution of the light emitted from the auxiliary light source unit 2 are the same members as the fly eyes 16 of the first integrator unit. By being formed above, the number of members is reduced and a simple and compact configuration is achieved. In the present invention, even if fly eyes are provided on both surfaces of the same member as in the present embodiment, each of the partial light beams is divided by the second fly eye so that the second fly eye is in the vicinity of the first fly eye. The configuration of “having two fly eyes” that forms the next light source image can be regarded as equivalent to “having two fly eyes”.
[0047]
As a modification of the present embodiment, the light beam from the auxiliary light source unit 2 is configured to be introduced into the light beam low-density part of the light beam from the main light source unit 1 before the second fly eye 15, and the second fly eye You may form the 2nd fly eye 41 corresponding to the auxiliary light source part 2 on the same member as the fly eye 15 in the position where the light beam from the auxiliary light source part 2 of 15 center part passes. As described above, at least one of the two fly eyes 41 and 42 of the second integrator section is the same member as at least one of the two fly eyes 15 and 16 of the first integrator section. By being formed above, the number of members can be reduced and a simple and compact configuration can be obtained.
[0048]
As a modification of the present embodiment, the auxiliary light source unit 2 may be configured to use a reflector made of an ellipsoidal mirror.
[0049]
<Example 5>
FIG. 5 shows a cross-sectional view of a schematic configuration of the illumination optical system according to the present embodiment. The auxiliary light source unit 2 including the main light source unit 1 and the laser light source 31 of the present embodiment is the same as that of the first embodiment. In addition, the configuration of the fly eyes 15 and 16 as the first integrator unit is also the portion corresponding to the light flux density portion of the light beam from the main light source unit 1 at the center of the second fly eye 15, and the first fly eye 16. Except for the portion where the light beam from the auxiliary light source unit 2 in the central part is incident, it is the same as in the first embodiment.
[0050]
In the present embodiment, the light beam emitted from the auxiliary light source unit 2 is not introduced into the light beam from the main light source unit 1 by the deflecting mirror, but the auxiliary light source unit 2 has two fly as the first integrator unit. Arranged between the eyes 15 and 16. Since the auxiliary light source unit 2 is disposed in the light beam dense portion near the center of the light beam emitted from the main light source unit 1, there is no possibility of deteriorating the utilization efficiency of the light emitted from the main light source unit 1.
[0051]
As in the fourth embodiment, the present embodiment is configured such that a second integrator section having two fly eyes 41 and 42 is provided in order to make the amount of light from the auxiliary light source section 2 uniform. . In this embodiment, the light beam emitted from the auxiliary light source unit 2 is converted into a parallel light beam by the collimator lens 35, and then divided into individual partial light beams by the second fly eye 41 corresponding to the auxiliary light source unit 2. Further, the light is refracted and emitted in a desired direction by the first fly eye 42 corresponding to the auxiliary light source unit 2 formed on the surface of the first fly eye 16 on the illuminated body side. As an illumination optical system used in the projection display device, it is preferable that the light beam from the auxiliary light source unit 2 is refracted so as to be superimposed on the light valve at the subsequent stage in the same manner as the light beam from the main light source unit 1.
[0052]
Similarly to the fourth embodiment, the two fly eyes 41 and 42 have lens cells 48 and 49 formed by minute convex lenses having a rectangular outline having a size different from the lens cells of the fly eyes 15 and 16 vertically and horizontally. A plurality of the lens cells 48 and 49 of the two fly's eyes 41 and 42 are in a one-to-one correspondence with each other. Also in the present embodiment, since the fly eye 42 is formed on the same member as the fly eye 16, the number of members can be reduced and a simple and compact configuration can be achieved.
[0053]
By the way, as an illumination optical system used in a projection display device, for example, when the light valve of the device is a liquid crystal panel, the light emitted from the illumination optical system is substantially parallel light with the polarization direction aligned. In some cases, it may be preferable. Therefore, in the present embodiment, the first polarization conversion optical system 6 for converting the light beam from the main light source unit 1 that generates random polarized light into linearly polarized light, and the random number after the first and second integrator units. The light beam from the auxiliary light source unit 2 that generates polarized light is converted into linearly polarized light that has a polarization direction substantially coincident with the light beam from the main light source unit 1 converted into linearly polarized light by the first polarization conversion optical system 6. The illumination optical system includes the second polarization conversion optical system 7.
[0054]
FIG. 6A is a view of the first and second polarization conversion optical systems 6 and 7 formed integrally in the present embodiment as viewed from the illuminated body side, and FIG. It is a side view of a). The first polarization conversion optical system 6 aligns the polarization direction of the light beam from the main light source unit 1 emitted from the first integrator unit. The well-known polarization beam splitter array and the light emission of this array are well-known. A plurality of λ / 2 phase films 21 arranged on the surface side are composed of λ / 2 phase plates arranged in stripes. In FIG. 6A, the hatched portion is a portion where the λ / 2 phase film 21 is disposed.
[0055]
In the polarization beam splitter array, the polarization separation film 19 and the reflection film 20 are alternately formed so as to have an angle of about 45 degrees with respect to the optical axis. A light beam from the main light source unit 1 that is randomly polarized light is incident from a corresponding lens cell of the fly eye 16 and is separated into two types of polarized light of P-polarized light and S-polarized light having different polarization directions by the polarization separation film 19. One polarized light passes through the polarization separation film 19 and is emitted from the prism surface 22. The other polarized light is reflected by the polarization separation film 19 and the reflection film 20 adjacent thereto, and finally is emitted from the polarization beam splitter array at an angle substantially parallel to the light beam that has been transmitted through the polarization beam splitter array in a straight line. When passing through the two-phase film 21, the light is converted into a polarization direction substantially coincident with the light beam that has been transmitted straight through the polarization beam splitter array by the rotating action of the polarization plane, and is emitted.
[0056]
In addition, the second polarization conversion optical system 7 is formed at the center of the first polarization conversion optical system 6 at a position where the light beam emitted from the auxiliary light source unit 2 passes. The second polarization conversion optical system 7 has substantially the same configuration as the first polarization conversion optical system 6 although the size is different, and includes a polarization beam splitter array in which a polarization separation film 43 and a reflection film 44 are formed, and a plurality of polarization beam splitter arrays The λ / 2 phase film 45 is composed of a λ / 2 phase plate arranged in a stripe shape. The light source emitted from the prism surface 46 and the light beam that passes through the λ / 2 phase film 45 and is emitted after the polarization direction is converted are converted into linearly polarized light by the first polarization conversion optical system 6. Is emitted with the polarization direction substantially coincident with the luminous flux of.
[0057]
In the present embodiment, the first polarization conversion optical system 6 is divided into two members in the vertical direction of FIG. 6 in order to facilitate the formation of the second polarization conversion optical system 7 at the center. The internal polarization separation film 19 and the reflection film 20 are disposed so as to be symmetric with respect to the optical axis.
[0058]
As described above, when the light source of the auxiliary light source unit 2 generates random polarized light, the second polarization conversion optical system 7 for aligning the polarization direction of light from the light source is disposed in the subsequent stage. It is preferable. According to the illumination optical system in which the illumination light beam is converted and emitted so that the polarization directions are substantially matched by the first and second polarization conversion optical systems 6 and 7, the projection in which the light valve of the apparatus is a liquid crystal panel The illumination optical system used in the type display device can also have high illumination efficiency.
[0059]
In the configuration in which the second integrator unit having two fly eyes 41 and 42 is provided in order to make the light amount of the light beam from the auxiliary light source unit 2 uniform as in the fourth embodiment and the present embodiment, the auxiliary In the case where the light source of the light source unit 2 emits a light beam having a uniform polarization direction, the second polarization conversion optical system is not necessary. That is, the light source of the main light source unit 1 generates random polarized light, and this light beam is converted into linearly polarized light by the first polarization conversion optical system 6 to illuminate the object to be illuminated, and the auxiliary light source unit 2 receives the first polarized light. A light beam having a polarization direction that is substantially the same as the light beam from the main light source unit 1 converted into linearly polarized light by the conversion optical system 6 is emitted, and this light beam is subjected to polarization conversion without being subjected to polarization conversion. By configuring the illumination body to illuminate, the configuration can be simplified.
[0060]
Further, as a modification of the present embodiment, the auxiliary light source unit 2 and the collimator lens 35 are disposed on the main light source unit side of the second fly eye 15 and correspond to the auxiliary light source unit 2 in the center of the second fly eye 15. It is also possible to form the second fly eye 41 to be formed. In this embodiment as well as in this modified example, a deflecting mirror may be provided so that the light beam from the auxiliary light source unit 2 may be introduced.
[0061]
<Example 6>
FIG. 7A shows a cross-sectional view of a schematic configuration of the illumination optical system according to the present example. The illumination optical system according to the present embodiment is an illumination optical system including the first polarization conversion optical system and the second polarization conversion optical system 7 as in the fifth embodiment. As will be described later, the first polarization conversion optical system includes a birefringence diffraction type polarization separation plate 26 and a λ / 2 phase plate in which a plurality of λ / 2 phase films 21 are arranged in a stripe shape.
[0062]
The configuration other than the polarization conversion optical system is substantially the same as that of the first embodiment in which the second integrator unit is the rod integrator 36, and the light flux from the auxiliary light source unit 2 is the first fly eye 16 and the second one. The difference is that it is introduced by the deflection mirror 3 arranged between the fly eye 15. For this reason, in this embodiment, the condensing lens 37 is not formed at the center of the second fly's eye 15 as in the first embodiment, but is a single lens and is incident on the rod integrator 36. It has a refractive power that refracts in a suitable direction. Even when the light beam from the auxiliary light source unit 2 is introduced into the light beam from the main light source unit 1 in the subsequent stage of the fly eye 15, the light beam is introduced into the light beam dense portion near the center of the light beam emitted from the main light source unit 1. Therefore, there is no possibility that the utilization efficiency of the light emitted from the main light source unit 1 is deteriorated.
[0063]
The first polarization conversion optical system according to the present embodiment includes a birefringence diffraction type polarization separation plate 26 and a λ / 2 phase plate in which a plurality of λ / 2 phase films 21 are arranged in a stripe shape. Is converted into linearly polarized light. The light beam from the main light source unit 1 passes through the birefringence diffraction type polarization separation plate 26 and is deflected and separated in two different directions according to the polarization direction. In FIG. 7A, one polarized light beam is indicated by a solid line, and the other polarized light beam is indicated by a dotted line. As shown in the figure, the polarized light beams deflected in two different directions form a light source image twice the number of fly-eye divisions on the first fly eye 16 by the action of the second fly eye 15. Of these light source images, a λ / 2 phase film 21 that changes the polarization direction is disposed in the vicinity of the light source image of a light beam having one of the polarization directions, so that the light beam emitted from the main light source unit 1 is linear. Convert to polarized light. In FIG. 7A, the λ / 2 phase plate is the main light source of the first fly's eye 16 so that the λ / 2 phase film 21 is arranged at a position where the polarization direction of the polarized light beam indicated by the dotted line can be changed. It is attached to the plane on the part side.
[0064]
The second polarization conversion optical system 7 of this embodiment is a block-shaped polarization conversion system composed of prisms, and the light beam from the auxiliary light source unit 2 that generates random polarization is converted into linearly polarized light by the first polarization conversion optical system. The light is converted into linearly polarized light that has a polarization direction substantially coinciding with the converted light flux from the main light source unit 1. This prism includes a prismatic prism having a polarization separation film 43 formed therein, an isosceles triangular prism having a reflection film 44 formed on a hypotenuse, and the polarization separation film 43 and the reflection film 44 are parallel and light. They are joined so as to form an angle of about 45 degrees with respect to the axis.
[0065]
A light beam from the auxiliary light source unit 2, which is randomly polarized light, enters the polarization conversion optical system 7 from the rod integrator 36 via the condenser lens 38. This light beam is separated into two types of polarized light having different polarization directions by the polarization separation film 43 inside the prism. One polarized light travels straight through the polarization separation film 43 and is emitted from the light beam exit surface 46 of the prism. The other polarized light is reflected by the polarization separation film 43 and the reflection film 44, and finally is emitted from the light beam emission surface of the prism at an angle substantially parallel to the light beam that has been transmitted through the polarization separation film 43 in a straight line. When passing through the λ / 2 phase film 45 formed on the surface, the light is converted into a polarization direction substantially coincident with the light beam that has been transmitted through the polarization separation film 43 by the rotating action of the polarization surface, and is emitted. The main light source unit in which the light beam from the auxiliary light source unit 2 is converted into linearly polarized light by the first polarization conversion optical system by appropriately setting the separation characteristics of the polarization separation film 43 and the arrangement position of the λ / 2 phase film 45 1 can be converted into linearly polarized light that has a polarization direction substantially coincident with the luminous flux from 1. FIG. 7B schematically shows the fly eye 16 and the second polarization conversion optical system 7 of FIG. 7A as viewed from the illuminated body side. In FIG. 7B, the portion corresponding to the second polarization conversion optical system 7 is indicated by hatching.
[0066]
As described above, when the light source of the auxiliary light source unit 2 generates random polarized light, the second polarization conversion optical system 7 for aligning the polarization direction of light from the light source is disposed in the subsequent stage. It is preferable. According to the illumination optical system in which the illumination light beam is converted and emitted so as to have the polarization directions substantially coincident with each other by the first and second polarization conversion optical systems, the projection display device in which the light valve of the device is a liquid crystal panel The illumination optical system used in the above can also have high illumination efficiency.
[0067]
In the present embodiment, similarly to the fifth embodiment, when the light source of the auxiliary light source unit 2 emits a light beam having the same polarization direction, the second polarization conversion optical system is not necessary. . By using such a light source, the configuration can be simplified.
[0068]
<Example 7>
FIG. 8 shows a cross-sectional view of a schematic configuration of the illumination optical system according to the present embodiment. Although the configuration of the illumination optical system of the present embodiment is often the same as that of the first embodiment, the difference is that the polarization conversion optical system 6 is disposed after the first and second integrator sections, and The light beam from the auxiliary light source unit 2 is introduced by the deflection mirror 3 disposed between the first fly eye 16 and the second fly eye 15. This difference will be described.
[0069]
In the present embodiment, since the light beam from the auxiliary light source unit 2 is introduced by the deflection mirror 3 disposed between the first fly eye 16 and the second fly eye 15, the condenser lens 37 is used in the first embodiment. In this way, the lens is not formed at the center of the second fly eye 15 but is formed as a single lens and has a refractive power that refracts in a direction suitable for incidence on the rod integrator 36.
[0070]
In addition, the polarization conversion optical system 6 of the present embodiment is a well-known polarization beam splitter array, and a plurality of λ / 2 phase films 21 are arranged in a stripe pattern on the light exit surface side of the array. The λ / 2 phase plate is made. In the present embodiment, unlike the fifth and sixth embodiments, the first polarization converting optical system that aligns the polarization direction of the light beam from the main light source unit 1 is used to align the polarization direction of the light beam from the auxiliary light source unit 2. Cost reduction can be achieved by using a conventional polarization conversion optical system without providing a two-polarization conversion optical system.
[0071]
When such a polarization conversion optical system 6 is used, the laser light source 31 of the auxiliary light source unit 2 may generate random polarized light or may have good polarization characteristics for emitting a light beam with a uniform polarization direction. Any of them can be used. In the former light source, the light beam from the auxiliary light source unit 2 is converted into linearly polarized light by the polarization conversion optical system 6 from both the λ / 2 phase film 21 and the prism surface 22 of the corresponding polarization conversion optical system 6. The direction of polarization is approximately the same as the luminous flux from the light source unit 1 and is emitted. In other words, the polarization conversion optical system 6 also plays the role of the second polarization conversion optical system 7 in Examples 5 and 6 in which the polarization direction of the light beam from the auxiliary light source unit 2 is aligned.
[0072]
In the case of the latter light source, the light beam from the auxiliary light source unit 2 is only the light beam emitted from either the λ / 2 phase film 21 or the prism surface 22 of the corresponding polarization conversion optical system 6 by the polarization conversion optical system 6. The polarization direction is substantially the same as the luminous flux of the main light source unit 1 converted into linearly polarized light, and is emitted.
[0073]
In addition, when the laser light source 31 of the auxiliary light source unit 2 has good polarization characteristics for emitting a light beam with a uniform polarization direction, the polarization conversion optical system 6 is as shown in FIGS. It is possible to change. 9-11, (a) is the figure which looked at the polarization conversion optical system 6 from the to-be-illuminated body side, (b) is the side view of the polarization conversion optical system 6. FIG. In each figure (a), the hatched portion is a portion where the λ / 2 phase film 21 is disposed.
[0074]
The polarization conversion optical system 6 shown in FIG. 9 includes a polarization beam splitter array in which a polarization separation film 19 and a reflection film 20 are alternately formed so as to have an angle of about 45 degrees with respect to the optical axis. The λ / 2 phase film 21 is composed of a λ / 2 phase plate arranged in a stripe shape, and this phase plate has a λ / 2 phase film 21 only in the central portion where the light beam from the auxiliary light source unit 2 passes. Has been deleted. If the light beam from the laser light source 31 has a polarization characteristic that transmits the polarization separation film 19, most of the light beam is emitted from the prism surface 22. Even if a certain amount of light beam is reflected by the separation efficiency of the polarization separation film 19, the λ / 2 phase film 21 is deleted from this portion of the light beam reflected and emitted from the reflection film 20 as well. The light is emitted from the prism surface 25 with the polarization direction substantially coincident with the light beam emitted from the light beam 22. That is, the light from the auxiliary light source unit 2 is obtained by using a low-cost method of bonding a λ / 2 phase plate from which only the λ / 2 phase film 21 at a predetermined position in the center is deleted to the polarization beam splitter array. Utilization efficiency can be increased.
[0075]
In this way, when the light source of the auxiliary light source unit 2 is made to have the same polarization, there is no need for further polarization conversion of this light beam. It is not inconvenient if the light is emitted from the illumination optical system via the polarization conversion optical system 6 that performs polarization conversion.
[0076]
FIGS. 10 and 11 show that the laser light source 31 of the auxiliary light source unit 2 has good polarization characteristics for emitting a light beam with a uniform polarization direction, so that this light beam passes through the polarization conversion optical system 6. The space to be used is a space, and the light quantity is to be utilized to the maximum without being transmitted through the prism of the polarization conversion optical system 6. In order to form this space in the central portion of the polarization conversion optical system 6, for example, as shown in FIG. 10, two polarization conversion optical systems 6a having the same shape (one is indicated by a solid line and the other is indicated by a dotted line). ) Can be combined to reduce the manufacturing cost. Further, as shown in FIG. 11, two polarization conversion optical systems 6b having the same shape and two polarization conversion optical systems 6c having the same shape (one is shown by a solid line and the other is shown by a dotted line). Even when the members are combined, the manufacturing cost can be reduced. The method for forming the space in the central portion of the polarization conversion optical system 6 is not limited to the above.
[0077]
According to the illumination optical system in which the illumination light beam is converted and emitted by the polarization conversion optical system 6 so as to have substantially the same polarization direction as in the present embodiment, the projection type in which the light valve of the apparatus is a liquid crystal panel The illumination optical system used for the display device can also have high illumination efficiency.
[0078]
<Example 8>
A cross-sectional view of a schematic configuration of the illumination optical system according to the present embodiment is shown in FIG. The feature of the present embodiment is that the auxiliary light source unit is composed of a plurality of light sources. Other configurations are substantially the same as those of the embodiment already described. For example, the main light source unit 1 is the same as that of the first embodiment. Further, the first integrator part is constituted by two fly eyes 15 and 16, and the second integrator part is constituted by a rod integrator 36, which is substantially the same as that of the sixth embodiment. The deflection conversion optical system 6 is the same as that shown in FIG. 9 as a modification of the seventh embodiment, except that the λ / 2 phase film is deleted only at the center.
[0079]
The illumination optical system of the present embodiment includes two light sources 31a and 31b having similar spectral distributions as auxiliary light source units. The light beams from these light sources 31a and 31b pass through the collimator lenses 35a and 35b and the deflecting mirror 3 that reflects and synthesizes both light beams, and the light beams enter the light beam dense part near the center of the light beam emitted from the main light source unit 1. It is introduced into this luminous flux so as to compensate. Thereafter, the light beams from the light sources 31a and 31b are incident on the rod integrator 36 as the second integrator section via the lens 37 to make the light quantity distribution uniform, and are incident on the deflection conversion optical system 6 via the lens 38. Is done. The lens 38 is different from the lens of the seventh embodiment, and is a lens different from the lens cell of the first fly's eye 16, and is a space provided in the first fly's eye 16 at a position where the light beam from the auxiliary light source unit passes. The operation is the same as that of the sixth embodiment.
[0080]
In the present embodiment, the deflection conversion optical system 6 uses the one in which the λ / 2 phase film is deleted only in the central portion shown in FIG. Therefore, the light sources 31a and 31b of the auxiliary light source unit emit light beams having the same polarization direction so as to have a polarization direction substantially coincident with the light beam from the main light source unit 1 converted into linearly polarized light by the deflection conversion optical system 6. It is preferable to emit light. In this case, the light beam from the auxiliary light source unit 2 is also emitted from the deflection conversion optical system 6 as an illumination light beam having a polarization direction substantially coincident with the light beam from the main light source unit 1 converted into linearly polarized light. Can be good. However, in a configuration in which the auxiliary light source unit is composed of a plurality of light sources, it is not always necessary to use a light source that emits a light beam with the polarization direction aligned as described above. Also, the configuration of the polarization conversion optical system 6 can be appropriately selected according to the light source characteristics and other configurations.
[0081]
In this embodiment, two light sources are used as the auxiliary light source unit, but it is also possible to use two or more light sources. By providing a plurality of light sources as the auxiliary light source unit, it is possible to increase the amount of light supplemented to the light flux density portion of the main light source unit 1.
[0082]
<Example 9>
FIG. 13 shows a cross-sectional view of a schematic configuration of the illumination optical system according to the present embodiment. The present embodiment is different from the eighth embodiment in that the plurality of light sources constituting the auxiliary light source unit are composed of two types of light sources 31a and 31b having different spectral distributions, and is the same as the eighth embodiment in other points.
[0083]
  In this embodiment, since two types of light sources 31a and 31b having different spectral distributions are used, a cross prism is used as a means for combining light beams emitted from these light sources 31a and 31b.8Is arranged. The light flux from the light sources 31a and 31b passes through the collimator lenses 35a and 35b and is a cross prism.8The light is reflected and deflected by the dichroic films 51a and 51b, and is introduced into the light flux so as to supplement the light flux in the light flux density portion near the center of the light flux emitted from the main light source section 1. Thereafter, the light beams from the light sources 31a and 31b are incident on the rod integrator 36 as the second integrator section via the lens 37 to make the light quantity distribution uniform, and are incident on the deflection conversion optical system 6 via the lens 38. Is done.
[0084]
Also in the present embodiment, as in the eighth embodiment, the light sources 31a and 31b of the auxiliary light source section have a polarization direction substantially coincident with the light beam from the main light source section 1 converted into linearly polarized light by the deflection conversion optical system 6. In addition, it is preferable to emit a light beam having a uniform polarization direction. In this case, the light beam from the auxiliary light source unit 2 is also emitted from the deflection conversion optical system 6 as an illumination light beam having a polarization direction substantially coincident with the light beam from the main light source unit 1 converted into linearly polarized light. Can be good. In the configuration in which the auxiliary light source unit is composed of light sources having different spectral distributions, it is not always necessary to use a light source that emits light beams having the same polarization direction as described above, as in the eighth embodiment. Also, the configuration of the polarization conversion optical system 6 can be appropriately selected according to the light source characteristics and other configurations.
[0085]
  In this embodiment, two light sources are used as the auxiliary light source unit, but it is also possible to use two or more light sources. By providing a plurality of light sources as the auxiliary light source unit, it is possible to increase the amount of light supplemented to the light flux density portion of the main light source unit 1. In this embodiment, the cross prism8By combining the light beams of the auxiliary light source unit, the range in which the light beam from the main light source unit 1 is shielded is smaller than in the case where the deflection mirror 3 of the eighth embodiment is arranged.
[0086]
Furthermore, an illumination optical system using at least two types of light sources having different spectral distributions as an auxiliary light source unit is useful when used as an illumination optical system of a color projection display device. For example, two different color lights of the three primary color lights may be combined by emitting one from the light source 31a and the other from the light source 31b, and supplementing the light flux from the main light source unit 1 with a light-dense portion. it can.
[0087]
As described above, Examples 1 to 9 have been described as specific examples of the illumination optical system according to the present invention. In each of the embodiments, since the light beam from the auxiliary light source unit 2 is supplemented to the light beam low-density portion of the light beam emitted from the main light source unit 1, a bright and compact illumination optical system is provided. Since two fly eyes are provided as a part, it is possible to emit an illumination light beam with a uniform light amount distribution.
[0088]
By the way, examples of the light source used in the main light source unit of the illumination optical system according to the present invention include an ultra-high pressure mercury lamp, a metal halide lamp, and a xenon lamp. These light sources each have a specific spectral distribution depending on the type. Therefore, it does not have a uniform light amount distribution in the visible light region. For the projection display device that is the main application of the illumination optical system according to the present invention, an image with good color reproducibility is required in addition to the request for brightness. Variations in the spectral distribution of the light source may be a problem. This is because, depending on the light source, the amount of light in the wavelength range necessary for good color reproducibility is insufficient, or the amount of light in the unnecessary wavelength range is excessive.
[0089]
For example, FIG. 14 is a diagram showing the spectral distribution of wavelengths in the visible region of an ultra-high pressure mercury lamp, and the vertical axis shows the light intensity. As shown in the figure, in this light source, the red wavelength region of the three primary color lights has a smaller amount of light than the wavelength region corresponding to the other color components, while the light source has a light intensity peak in the yellow wavelength region. When light is used, a yellowish color image is formed as a whole. Therefore, conventionally, as a measure for improving the color reproducibility of the apparatus, illumination was performed by removing light in the wavelength region near 580 nm from the light emitted from the light source. It becomes contrary to the demand for improvement.
[0090]
The illumination optical system according to the present invention includes the auxiliary light source unit that emits the light beam so as to supplement the light flux density portion near the center of the light beam emitted from the main light source unit, and is emitted from the main light source unit. A light beam having an intensity peak in a wavelength range desired to be increased in the spectral distribution of the light beam can be emitted from the auxiliary light source unit. For example, when the light emitter of the main light source unit is the ultra-high pressure mercury lamp, the auxiliary light source unit emits a light beam having an intensity peak in the red wavelength region. As a light source of the auxiliary light source unit, for example, an inexpensive and small red semiconductor laser can be used. According to such a configuration, the light intensity in the red wavelength region as a whole of the illumination light beam increases, and the light in the vicinity of 580 nm from the ultra-high pressure mercury lamp, which conventionally had an adverse effect on the color reproducibility, can be used without being excluded. It becomes like this. The amount of light that has been excluded so far corresponds to 20% of the total amount of light from the ultra-high pressure mercury lamp, and the effect of increasing this amount of light is high.
[0091]
By configuring the light source having an intensity peak in the wavelength range to be increased in the spectral distribution of the light beam emitted from the main light source unit to be emitted from the auxiliary light source unit, the amount of light from the auxiliary light source unit only increases. In addition, the luminous flux from the main light source, which has been excluded for color reproducibility, can be captured without degrading the color reproducibility, and a bright illumination system with good color reproducibility can be obtained. Can do. The intensity peak of the light beam emitted from the auxiliary light source unit is not limited to the red wavelength region, and the wavelength region can be set as appropriate according to the spectral distribution of the light source of the main light source unit.
[0092]
The illumination optical system of the present invention is not limited to the one described above, and various modifications can be made. For example, the main light source unit, the auxiliary light source unit, the deflection unit, the first integrator unit, the second integrator unit, the polarization conversion optical system, etc. used in Examples 1 to 9 may be taken out and combined. In each of the above embodiments, similarly to the second embodiment, the deflecting mirror deflects the light beam from the main light source unit, and the light beam low-density part of the light beam from the main light source unit is irradiated on the deflecting mirror. It is possible to change to a configuration in which a portion is formed as a space, and a light beam from the auxiliary light source unit is introduced into the light beam low-density portion through this space.
[0093]
The positions where the light beam from the auxiliary light source unit is introduced into the light beam from the main light source unit are the front and rear stages of the first and second integrator units, and the two fly eyes that constitute the first integrator unit. It may be any, including the middle. In addition, a deflection mirror for introducing the light beam from the auxiliary light source unit into the light beam low-density part of the light beam from the main light source unit is not essential. The configuration in which the auxiliary light source unit is disposed in the light beam low density portion as shown in the fifth embodiment is possible in any case.
[0094]
In addition, the main light source unit may be configured not only to have the arc tube shown in each example but also to have the configuration in which the electrodes shown in FIG. 19 are disposed. In addition, the auxiliary light source unit can use a configuration including a reflector or a laser light source, and can also be a light source with uniform light intensity spectroscopy or a light source with good polarization characteristics. The auxiliary light source unit achieves its intended purpose, such as increasing the amount of light in the illumination optical system, making the light amount distribution uniform, and optimizing the color reproducibility (including when you want to strengthen or weaken the specified color). It is preferable to obtain. Moreover, the shape of each lens arranged in the optical path of the light beam from the lens cell of each fly eye and the main light source unit and the auxiliary light source unit can be set as appropriate.
[0095]
In addition, the illumination optical system according to the present invention has a number of conventionally proposed illumination optical systems simply having a plurality of light sources in order to increase the light amount as a total amount. Is different. A conventional illumination optical system including a plurality of light sources is intended to increase the amount of light as a total amount by disposing a plurality of light source portions having a size corresponding to the main light source portion of the present invention. These do not have the idea of supplementing the light beam from another light source to the light beam low density portion of the light beam emitted from the light source unit including the reflector as in the present invention.
[0096]
In order to solve the above-described problem of color reproducibility of the projection display device, an illumination optical system using a plurality of light source portions having different light emission distributions has already been proposed (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-166383). However, in this case as well, as in the illumination optical system including the plurality of light sources, the light flux from another light source is supplemented to the low-density portion of the light flux emitted from the light source portion including the reflector as in the present invention. It has no idea. According to the illumination optical system according to the present invention, high color reproducibility can be achieved by the illumination optical system that is much more compact than the conventional example.
[0097]
Next, examples 10 and 11 will be described as specific examples of the projection display apparatus according to the present invention.
[0098]
<Example 10>
FIG. 15 shows a schematic configuration of the projection display apparatus according to the present embodiment. This apparatus is an apparatus using the illumination optical system according to the first embodiment as a representative of the illumination optical system according to the present invention. The polarization conversion optical system 6 of the illumination optical system is well known in the past as shown in Example 7 (FIG. 8).
[0099]
This apparatus illuminates a light valve composed of a transmissive image display element that performs light modulation of an illumination light beam based on predetermined image information with an illumination light beam from an illumination optical system, and carries image information from the light valve. The light beam is projected through the projection optical system 67. The illumination light beam is emitted from the illumination optical system of the present invention in a state where the light quantity distribution is made uniform by the first and second integrator sections 4 and 5 and the polarization direction is made uniform by the polarization conversion optical system 6. Then, as shown below, the illumination light beam is decomposed into three primary color lights, light-modulated by the liquid crystal panels 64a to 64c which are transmissive image display elements for the respective color lights, and after the projection light beams are synthesized, The projection optical system 67 projects and forms a full color image on a screen (not shown). The first to third color light components shown below can correspond to the three primary color lights of blue, green and red in any order.
[0100]
That is, the illumination light beam emitted from the illumination optical system is subjected to color light decomposition by the dichroic mirrors 62a and 62b, and irradiated to the liquid crystal panels 64a to 64c on which images for the first to third color light components are displayed, respectively. The dichroic mirror 62a separates the illumination light beam into the first color light component light beam and the combined light beam of the second and third color light components, and the dichroic mirror 62b combines the second and third color light components separated by the dichroic mirror 62a. The light beam is separated into a second color light component and a third color light component. On the optical path of the illumination light beam, total reflection mirrors 63a to 63d for deflection and condensing lenses 61a to 61f are arranged, and emitted from the fly eye of the first integrator unit 4 on the liquid crystal panels 64a to 64c. Each of the partial light fluxes and the light flux from the auxiliary light source unit 2 emitted from the second integrator unit 5 are superimposed. The first to third color light component light beams, which are projection light beams that are transmitted through the liquid crystal panels 64a to 64c and are light-modulated based on predetermined image information, are internally reflected by the dichroic film 65a and the third color light components that reflect the first color light component. It is synthesized by a cross prism 66 having a dichroic film 65b that reflects color light components.
[0101]
According to the present embodiment, by including the illumination optical system according to the present invention, it is possible to obtain a projection display apparatus that is compact and can perform bright and uniform illumination with high illumination efficiency.
[0102]
Further, as described above, the illumination optical system according to the present invention emits a light beam having an intensity peak in the wavelength region to be increased in the spectral distribution of the light beam emitted from the main light source unit 1 from the auxiliary light source unit 2. Can be configured. For example, in this case, when the light beam from the auxiliary light source unit 2 is not white light but the light intensity is biased to a specific wavelength region, the light beam from the auxiliary light source unit 2 color-decomposes the illumination light beam to each color An apparatus configured to perform color composition after image information is carried by each light valve for each light may be configured to illuminate only some of the light valves. For example, when the main light source unit 1 emits white light and the light source of the auxiliary light source unit 2 is a red semiconductor laser, the light from the auxiliary light source unit 2 is configured to illuminate only the red component light valve. May be.
[0103]
<Reference example 2>
  BookreferenceFIG. 16 shows a schematic configuration of a projection display apparatus according to an example. This apparatus illuminates a light valve composed of a reflective image display element that performs light modulation of an illumination light beam based on predetermined image information with an illumination light beam from an illumination optical system, and carries image information from the light valve. The light beam is projected through the projection optical system 88. This deviceOnRecordReference example 1It is set as the apparatus using the illumination optical system concerning.
[0104]
  The illumination light flux is in a state where the light quantity distribution is made uniform by the first integrator unit 4 and the polarization direction is aligned by the polarization conversion optical system 6.Reference example 1 aboveFrom the illumination optical system. Then, this illumination light beam is incident on a color quad 89 through condensing lenses 81a and 81b and a total reflection mirror 82 for deflection as shown below, and is split into three primary color lights in this color quad 89, and each color light Light is modulated by reflection type liquid crystal panels (hereinafter referred to as LCOS) 85a to 85c, which are image display elements for use, and these projected light beams are synthesized and then emitted from the color quad 89 and projected by the projection optical system 88. Thus, a full color image is formed on a screen (not shown). The first to third color light components shown below can correspond to the three primary color lights of blue, green and red in any order.
[0105]
The color quad 89 has first to fourth LCOSs 85a to 85c corresponding to the first to fourth PBSs 83a to 83d and the first to third color light components arranged so that the polarization separation films 84a to 84d therein are X-shaped. , First to fourth specific wavelength polarization conversion elements 86a to 86d, and first to second polarizing plates 87a and 87b. The polarizing plate 87a is arranged to align the polarization direction of the incident illumination light beam (in the following description, this polarization direction is S-polarized light), and the polarizing plate 87b is arranged to align the polarization direction of the projected light beam to P-polarized light, To improve the contrast of projected images. The specific wavelength polarization conversion elements 86a to 86d are elements that rotate predetermined color light by a predetermined angle and convert S-polarized light into P-polarized light. The specific wavelength polarization conversion elements 86a and 86d convert the first color light from S polarization to P polarization, and the specific wavelength polarization conversion elements 86b and 86c convert the third color light from S polarization to P polarization.
[0106]
By these actions, the first color light is transmitted through the PBSs 83a and 83b to irradiate the LCOS 85a that modulates the first color light, and the second color light is reflected inside each of the PBSs 83a and 83c to be the second color light. The third color light is reflected inside the PBS 83a, passes through the PBS 83c, and is irradiated with the LCOS 85c that modulates the third color light. The first color light is reflected after the projection light beam corresponding to the ON state of the first LCOS 85a is converted into S-polarized light and reflected inside the PBS 83b and 83d, and the second color light corresponds to the ON state of the second LCOS 85b. The projected luminous flux is converted to P-polarized light and reflected, passes through the PBSs 83c and 83d, and the third color light is reflected and converted to S-polarized light corresponding to ON of the third LCOS 85c, and reflected inside the PBS 83c. Then, the three color light components are combined and emitted from the color quad 89 through the PBS 83d.
[0107]
  BookreferenceAccording to the exampleReference example 1 aboveBy providing the illumination optical system according to the above, it is possible to obtain a projection display device that is compact and can perform bright and uniform illumination with high illumination efficiency. In addition, as in Example 10, thisreferenceAlso in the example, when the light beam from the auxiliary light source unit 2 is not white light but the light intensity is biased to a specific wavelength range, the light beam from the auxiliary light source unit 2 color-separates the illumination light beam for each color light. An apparatus configured to perform color composition after image information is carried by each light valve may be configured to illuminate only some of the light valves.
[0108]
The projection display device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, as the projection display device of the present invention, the illumination optical system of the present invention can be arbitrarily used. The apparatus configuration at the subsequent stage is not limited depending on whether the second integrator unit is a fly eye, a rod integrator, or not provided. However, these combinations are arbitrary, but consistency as the whole apparatus is necessary.
[0109]
In the projection display device of the present invention, the light valve is not limited to that of the embodiment. For example, an apparatus configuration using a digital micromirror device as a light valve may be employed. Also in this case, by providing the illumination optical system according to the present invention, it is possible to obtain a projection display device that is compact and can perform bright and uniform illumination with high illumination efficiency.
[0110]
The projection display device of the present invention is not necessarily limited to a color image display device, and may be a monochrome image display device.
[0111]
【The invention's effect】
As described above, according to the illumination optical system and the projection display apparatus using the illumination optical system according to the present invention, the light beam emitted from the main light source unit composed of the light source and the reflector, The auxiliary light source unit that emits the light beam so as to supplement the light beam is provided, and the first integrator unit having two fly eyes is provided, so that the illumination efficiency is high and the illumination is bright and uniform. An illumination optical system to be obtained and a projection display device using the illumination optical system can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 of the present inventionReference example 1Schematic configuration diagram of illumination optical system according to
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system according to Example 4 of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system according to a fifth embodiment of the present invention.
6 is a schematic configuration diagram of the first and second polarization conversion optical systems in FIG. 5;
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system according to Example 6 of the present invention.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system according to Example 7 of the present invention.
9 is a schematic configuration diagram of a first modification of the polarization conversion optical system in FIG. 8;
10 is a schematic configuration diagram of a second modification of the polarization conversion optical system in FIG. 8. FIG.
11 is a schematic configuration diagram of a third modification of the polarization conversion optical system in FIG. 8;
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system according to Example 8 of the present invention.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system according to Example 9 of the present invention.
FIG. 14 is a spectral distribution diagram of wavelengths in the visible region of an ultra-high pressure mercury lamp.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of an illumination optical system according to Example 10 of the present invention.
FIG. 16 shows the present invention.Reference example 2Schematic configuration diagram of illumination optical system according to
FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a first conventional light source unit including a reflector.
FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a second conventional light source unit including a reflector.
FIG. 19 is a schematic configuration diagram of a third conventional light source unit including a reflector.
[Explanation of symbols]
  1 Main light source
  2 Auxiliary light source
  3 Deflection mirror
  4 First integrator section
  5 Second integrator section
  6 Polarization conversion optical system
  7    Second polarization conversion optical system
  8, 66 Cross prism
11, 33 Light source
12, 34, 104 Parabolic reflector
15 Second Fly Eye
16 First fly eye
17, 18, 48, 49 Lens cell
19, 43, 84 Polarization separation membrane
20, 44 Reflective film
21, 45 λ / 2 phase film
22, 25, 46 Prism surface
26 Birefringence diffractive polarization separator
31, 32 Semiconductor laser
35 Collimator lens
36 Rod Integrator
37, 38, 61, 81 Condensing lens
41 Second fly eye corresponding to the auxiliary light source
42 First fly eye corresponding to the auxiliary light source
51, 65 Dichroic membrane
62 Dichroic Mirror
63, 82 Total reflection mirror
64 transmissive LCD panel
67, 88 Projection optical system
83 PBS
85 Reflective liquid crystal panel (LCOS)
86 Specific wavelength polarization conversion element
87 Polarizing plate
89 Color Quad
101 arc tube
102 cathode
103 anode
105 Ellipsoidal reflector
106 Transparent member
107 Rod holding member

Claims (8)

発光体およびこの発光体から出射された光を被照明体側に反射するリフレクタを備えた主要光源部と、この主要光源部から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する補助光源部とを備え、前記主要光源部からの光束の光量均一化を図る、2枚のフライアイを有する第1インテグレータ部が設けられており、
前記補助光源部から出射された光束は、前記主要光源部側の前記フライアイの前段または前記2枚のフライアイの間において前記光束低密部に導入され、
導入された前記補助光源部からの光束の光量均一化を図る、前記第1インテグレータ部とは異なる第2インテグレータ部が、前記光束低密部に配設されていることを特徴とする照明光学系。
A main light source unit including a light emitter and a reflector that reflects the light emitted from the light emitter toward the illuminated body, and a light flux density portion near the center of the light beam emitted from the main light source unit so as to supplement the light flux An auxiliary light source unit that emits a light beam, and a first integrator unit having two fly-eyes for achieving uniform light quantity of the light beam from the main light source unit is provided ,
The light beam emitted from the auxiliary light source unit is introduced into the light beam low-density part before the fly eye on the main light source unit side or between the two fly eyes,
An illumination optical system characterized in that a second integrator unit different from the first integrator unit is provided in the light beam low-density unit for uniformizing the amount of light beam from the introduced auxiliary light source unit. .
前記第1インテグレータ部の前記2枚のフライアイのうち少なくとも一方は、前記補助光源部からの光束が通過する光軸近傍に、前記補助光源部からの光束を集光または発散させるレンズを備えてなることを特徴とする請求項1記載の照明光学系。At least one of the two fly eyes of the first integrator unit includes a lens for condensing or diverging the light beam from the auxiliary light source unit in the vicinity of the optical axis through which the light beam from the auxiliary light source unit passes. claim 1 Symbol placement illumination optical system characterized by comprising. 前記第2インテグレータ部は、2枚のフライアイを有してなるものであることを特徴とする請求項1または2記載の照明光学系。 The second integrator unit, according to claim 1 or 2 illumination optical system according to, characterized in that formed by perforated two fly-eye. 前記第2インテグレータ部の2枚のフライアイのうち少なくとも一方のフライアイが、前記第1インテグレータ部の2枚のフライアイのうち少なくとも一方のフライアイと同一部材上に形成されていることを特徴とする請求項記載の照明光学系。At least one fly eye of the two fly eyes of the second integrator section is formed on the same member as at least one fly eye of the two fly eyes of the first integrator section. The illumination optical system according to claim 3 . 前記第2インテグレータ部は、ロッドインテグレータを有してなるものであることを特徴とする請求項1または2記載の照明光学系。 The second integrator unit, according to claim 1 or 2 Symbol placement illumination optical system, characterized in that it is made by have a rod integrator. 前記主要光源部の前記発光体はランダムな偏光の光束を発生し、この光束が偏光変換光学系により直線偏光に変換されて前記被照明体の照明を行い、前記補助光源部は、前記偏光変換光学系により直線偏光に変換された前記主要光源部からの光束と略一致する偏光方向となるような、偏光方向が揃えられた光束を出射し、この補助光源部からの光束は偏光変換をされずに前記被照明体の照明を行なうことを特徴とする請求項1〜のうちいずれか1項記載の照明光学系。The light emitter of the main light source unit generates a randomly polarized light beam, which is converted into linearly polarized light by a polarization conversion optical system to illuminate the illuminated body, and the auxiliary light source unit is the polarization conversion A light beam having a polarization direction that is substantially the same as the light beam from the main light source unit converted into linearly polarized light by the optical system is emitted, and the light beam from the auxiliary light source unit is subjected to polarization conversion. The illumination optical system according to any one of claims 1 to 5 , wherein the illumination object is illuminated. 前記主要光源部の前記発光体はランダムな偏光の光束を発生し、この光束が第1偏光変換光学系により直線偏光に変換されて前記被照明体の照明を行い、前記補助光源部の前記発光体はランダムな偏光の光束を発生し、この光束が第2偏光変換光学系により前記第1偏光変換光学系により直線偏光に変換された前記主要光源部からの光束と略一致する偏光方向となるような、直線偏光に変換されて前記被照明体の照明を行なうことを特徴とする請求項1〜のうちいずれか1項記載の照明光学系。The luminous body of the main light source unit generates a randomly polarized light beam, which is converted into linearly polarized light by a first polarization conversion optical system to illuminate the illuminated body, and the light emission of the auxiliary light source unit The body generates a randomly polarized light beam, and the light beam has a polarization direction substantially coincident with the light beam from the main light source unit converted into linearly polarized light by the first polarization conversion optical system by the second polarization conversion optical system. such illumination optical system of any one of claims 1-5, characterized in that it is converted into linearly polarized light to illuminate the object to be illuminated. 請求項1〜のうちいずれか1項記載の照明光学系を備え、この照明光学系からの光束により、所定の画像情報に基づいて照明光束の光変調を行なう少なくとも1つのライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した光束を、投写光学系を介し投写することを特徴とする投写型表示装置。An illumination optical system according to any one of claims 1 to 7 , wherein at least one light valve that performs light modulation of the illumination light beam based on predetermined image information is illuminated by the light beam from the illumination optical system. A projection display device that projects a light beam carrying image information from the light valve through a projection optical system.
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JP5587120B2 (en) * 2010-09-30 2014-09-10 富士フイルム株式会社 Endoscope light source device
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CN102411205B (en) * 2011-08-29 2015-04-08 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 Light source, light combination device and projection device with the light source
JP2018060223A (en) * 2017-12-15 2018-04-12 カシオ計算機株式会社 Light source device and projector
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