專利名稱：照明裝置及投射型影像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將來自光源的光轉(zhuǎn)換為多種顏色的光而將其依次射出的照明裝置及使用了這種照明裝置的投射型影像顯示裝置。
背景技術(shù)：
以往，存在使用了由簡稱為DMD (數(shù)字微鏡裝置(Digital Micromirror Device)) 的微鏡元件構(gòu)成的反射型顯示元件的投射型影像顯示裝置。另外，在該投射型影像顯示裝置中使用了將來自光源的白色光依次色時分割(日文原文色時分割)成紅色波長區(qū)域的光(以下簡稱為紅色光)、綠色波長區(qū)域的光(以下簡稱為綠色光)、藍(lán)色波長區(qū)域的光(以下簡稱為藍(lán)色光)，并將色時分割后的照明光依次射出的照明裝置。使用了這種照明裝置的投射型影像顯示裝置例如以圖9所示的方式構(gòu)成。該投射型影像顯示裝置使用將來自光源的作為全方位光的白色光色時分割而以均勻的亮度射出的照明裝置110。此外，該投射型影像顯示裝置包括照明裝置110、將從照明裝置Iio依次射出的各色光的光束向目標(biāo)物引導(dǎo)的引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)120、對從引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)120依次照射的彩色照明光進(jìn)行光調(diào)制的調(diào)制裝置130、投影調(diào)制后的影像光的投射透鏡 140。對于照明裝置110而言，作為光源111使用具備產(chǎn)生作為全方位光的白色光的氙氣燈或超高壓水銀燈等放電燈Illa的白色光源。該光源111在具有旋轉(zhuǎn)拋物面狀的鏡面的反射器Illb的焦點(diǎn)位置設(shè)置有放電燈111a。此外，從放電燈Illa放射的光被反射器Illb 反射，從而作為白色點(diǎn)光Illc從光源111射出。另外，對于該照明裝置110而言，作為將從光源111射出的白色點(diǎn)光Illc色時分割的裝置使用色輪112。色輪112是構(gòu)成為以輪中心為旋轉(zhuǎn)中心而旋轉(zhuǎn)的圓盤狀物體，在該圓盤狀物體的固定圓周上朝向旋轉(zhuǎn)方向依次配置有透過紅色光的濾光器(R濾光器)112R、 透過綠色光的濾光器(G濾光器)112G及透過藍(lán)色光的濾光器(B濾光器)112B。所述濾光器112R、112G、112B由玻璃構(gòu)件構(gòu)成。另外，該色輪112構(gòu)成為，當(dāng)從光源111射出的白色光作為點(diǎn)光照射到排列在規(guī)定半徑上的濾光器112R、112G、112B時，利用各濾光器112R、 112GU12B的透過作用而依次抽出透過紅色光、綠色光及藍(lán)色光。另外，在該照明裝置110中，為了使從色輪112透過的光束成為具有均勻亮度分布的色光，設(shè)置有由玻璃等方棒體構(gòu)成的柱狀積分器113。從色輪112向該柱狀積分器113導(dǎo)入的色光在柱狀積分器113的內(nèi)表面反復(fù)反射成為亮度分布均勻的光而射出。另外，在具備上述照明裝置110的投射型影像顯示裝置中，對從照明裝置110射出的光進(jìn)行引導(dǎo)的引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)120包括聚光透鏡121、123及全反射鏡122等設(shè)備，通過這些設(shè)備向調(diào)制裝置130照射從照明裝置110射出的光。調(diào)制裝置130使用簡稱為DMD131的微鏡元件及吸收器(吸收體)132，以進(jìn)行數(shù)字光調(diào)制。另外，調(diào)制裝置130對經(jīng)由引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)120從照明裝置110依次照射的紅色光、 綠色光及藍(lán)色光同步提供影像信號，分別按照每個色光根據(jù)影像信號控制DMD131的ON、OFF，并且控制開關(guān)比例而進(jìn)行光調(diào)制。S卩，通過所謂PWM控制來進(jìn)行光調(diào)制。另外，在該投射型影像顯示裝置中，如此光調(diào)制后的彩色影像光作為被人眼合成的影像而經(jīng)由投射透鏡140投影到屏幕等上。圖9所示的照明裝置及使用其的投射型影像顯示裝置為上述那樣的裝置。將此技術(shù)稱為由現(xiàn)有技術(shù)A，該技術(shù)A例如記載在專利文獻(xiàn)1 中。另外，作為類似于上述照明裝置及使用其的投射型影像顯示裝置的裝置，作為光源使用激發(fā)熒光體的激發(fā)用光源，作為色輪，具有被來自光源的出射光激發(fā)而產(chǎn)生紅色光、 綠色光及藍(lán)色光的熒光體層在固定半徑上沿周向排列使用的色輪裝置。這種照明裝置及使用其的投射型影像顯示裝置稱為現(xiàn)有技術(shù)B。這種現(xiàn)有技術(shù)B例如記載在專利文獻(xiàn)2中。(在先技術(shù)文獻(xiàn))(專利文獻(xiàn))專利文獻(xiàn)1 日本特開2004-85813號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2004-325874號公報、段落0057-0064另外，現(xiàn)有技術(shù)六中的照明裝置110構(gòu)成為通過濾光器1121 、1126、1128從由光源 111射出的白色光抽出透過紅色光、綠色光及藍(lán)色光。因此，照明裝置110存在如下問題， 即，若要提高色純度，則從光源111射出的光量中的被利用的光量變少，反之，若為了提高亮度而要增加光量，則必須犧牲色純度。即，色純度與光量存在平衡選擇的關(guān)系。另外，對于該現(xiàn)有技術(shù)A而言，色純度與光量的平衡依存于色輪112的規(guī)格，尤其是原色的色純度唯一決定于構(gòu)成色輪112的濾光器112R、112G、112B的濾光特性。因此，為了變更色純度與光量的平衡，必須要變更為具備不同的濾光特性的色輪，而這會帶來使應(yīng)對變得復(fù)雜的問題。需要說明的是，作為改善色純度與光量的平衡的方法，存在除了原色的紅色光、綠色光及藍(lán)色光用的濾光器112R、112G、112B以外還加入黃色或青色(cyan)等的方法，在這種情況下，對于色輪112旋轉(zhuǎn)一圈而言，原色(紅色光、綠色光及藍(lán)色光)所占的比例減少， 所以存在多用原色的影像變暗的問題。另外，為了變更色純度與光量的平衡，存在必須變更為具備不同的濾光特性的色輪的問題，對于這一點(diǎn)該方法沒有給出任何解決措施。另一方面，現(xiàn)有技術(shù)B構(gòu)成為從光源射出的光通過排列在色輪上的熒光體層而轉(zhuǎn)換為紅色光、綠色光及藍(lán)色光，所以，在要提高色純度則需降低光量這一關(guān)系方面與現(xiàn)有技術(shù)A大致相同。另外，由于色純度與光量的平衡也唯一決定于排列在色輪上的熒光體層的特性，所以對于為了變更該平衡而不得不變更為排列有不同特性的熒光體層的色輪這一方面，也存在與現(xiàn)有技術(shù)A同樣的問題。然而，近年來，在諸如重視顏色再現(xiàn)性、重視亮度的用途等這樣用途方面出現(xiàn)了多樣化現(xiàn)象，對應(yīng)于此，需求也出現(xiàn)了多樣化。與此相對，對于現(xiàn)有技術(shù)A及B而言，如上述那樣由于色純度與光量的平衡唯一決定于色輪的特性，所以存在逐漸難以應(yīng)對這種多樣化需求的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于這種背景完成，其目的在于提供通過使色純度與光量的平衡可變而能夠應(yīng)對多樣化需求的照明裝置及使用該照明裝置的投射型影像顯示裝置。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的照明裝置的特征在于，具備光源，其射出偏振方向統(tǒng)一成一個方向的偏振光；光分割構(gòu)件，其能夠以可調(diào)整分割比率的方式將從光源射出的偏振光分割成多種偏振光；多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件，其用于將從光分割構(gòu)件射出的多種偏振光分別轉(zhuǎn)換成預(yù)先設(shè)定的不同的多種色光；切換裝置，其通過所述多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件的排列和切換將入射的多種偏振光同時按照預(yù)先確定的順序進(jìn)行色轉(zhuǎn)換；合成裝置，其將從切換裝置同時射出的被色轉(zhuǎn)換成不同色的多種色光合成并射出。若如此構(gòu)成，能夠通過光分割構(gòu)件以任意的比率將從光源照射的偏振光分割成多種偏振光。另外，被分割的多種偏振光通過排列在切換裝置上的光轉(zhuǎn)換構(gòu)件同時且以預(yù)先設(shè)定的順序被色轉(zhuǎn)換成不同的色光，并且在合成裝置中被合成而射出。因此，該照明裝置能夠通過對光分割構(gòu)件的偏振光的分割比率進(jìn)行調(diào)節(jié)而使射出的照明光的色度成為被合成的多種色光的色度的中間的任意色度。具體而言，多種偏振光通過多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件例如同時轉(zhuǎn)換成不同色度的紅色光系，然后轉(zhuǎn)換成不同色度的綠色光系，接下來轉(zhuǎn)換成不同色度的藍(lán)色光系，以后重復(fù)上述動作。另外，由于以這種方式被切換裝置同時色轉(zhuǎn)換的多種色光通過合成裝置合成，從而被合成而射出的照明光成為位于多種色光的色度的中間的色度。另外，由于該色度根據(jù)合成的色光的光量而變化，所以若能夠預(yù)先對光分割構(gòu)件的分割比率進(jìn)行任意地調(diào)節(jié)，則能夠使合成光的色度可變。因此，該照明裝置能夠依次射出紅色光系、綠色光系及藍(lán)色光系的單色的色光，并且通過對光分割構(gòu)件的分割比率進(jìn)行任意地調(diào)節(jié)能夠使單色色純度動態(tài)地變化。因此，該照明裝置適合作為投射型影像顯示裝置。另外，優(yōu)選所述光源通過半導(dǎo)體激光器構(gòu)成。若如此構(gòu)成，能夠簡化射出作為偏振方向統(tǒng)一為一個方向的偏振光的光源的結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明可以構(gòu)成為，所述光分割構(gòu)件通過一個或多個偏振旋轉(zhuǎn)元件以及一個或多個偏振分光器組合而成，所述一個或多個偏振旋轉(zhuǎn)元件能夠調(diào)整地使從光源射出的一個方向的偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)而射出，所述一個或多個偏振分光器根據(jù)入射的偏振光的偏振方向而以不同的比率將其分離成兩種偏振光。若以這種方式構(gòu)成，則能夠通過偏振旋轉(zhuǎn)元件來變更偏振光的偏振方向的旋轉(zhuǎn)角度，由此能夠容易地變更偏振分光器的兩種偏振光的分割光量。在將來自光源的偏振光分割成兩個部分的情況下，通過一個偏振旋轉(zhuǎn)元件和一個偏振分光器能夠?qū)崿F(xiàn)，但是若為了使其進(jìn)一步分支，只要對于分支的偏振光再附加所述設(shè)備的一對組合即可。優(yōu)選所述偏振旋轉(zhuǎn)元件由具有旋光性的液晶元件構(gòu)成，且能夠通過調(diào)整對液晶元件施加的電壓而調(diào)整偏振方向。若以這種方式構(gòu)成，由于能夠?qū)ζ窆獾钠穹较虻男D(zhuǎn)角度進(jìn)行電調(diào)整，所以能夠使該照明裝置和使用該照明裝置的應(yīng)用設(shè)備的控制裝置簡化。優(yōu)選所述光源為發(fā)出紫外光的光源，所述光轉(zhuǎn)換構(gòu)件由熒光體層構(gòu)成，該熒光體層通過被照射紫外光而被激發(fā)從而發(fā)出預(yù)先設(shè)定的色度的色光，所述切換裝置具備透明基板且形成為旋轉(zhuǎn)輪狀，而且，由用于發(fā)出不同色度的色光的熒光體層構(gòu)成的多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件以預(yù)先設(shè)定的順序沿圓周方向排列在透明基板的出射側(cè)表面上。若以這種方式構(gòu)成，則通過從光源被分割導(dǎo)入的偏振光照射切換裝置，從而利用各偏振光依次激發(fā)以預(yù)先設(shè)定的順序排列在圓周方向上的構(gòu)成光轉(zhuǎn)換構(gòu)件的熒光體層，從而射出規(guī)定色度的色光。另外，切換裝置形成為旋轉(zhuǎn)輪狀，從而能夠容易地將光進(jìn)行色時分割。另外，優(yōu)選所述切換裝置構(gòu)成為，旋轉(zhuǎn)輪被劃分為外周側(cè)區(qū)域和內(nèi)周側(cè)區(qū)域，外周側(cè)區(qū)域被分割成排列有由紅色光、綠色光及藍(lán)色光的原色用的熒光體層構(gòu)成的光轉(zhuǎn)換構(gòu)件，內(nèi)周側(cè)區(qū)域構(gòu)成為排列有由對該原色進(jìn)行色調(diào)整的熒光體層構(gòu)成的光轉(zhuǎn)換構(gòu)件。若以這種方式構(gòu)成，則相對于色輪旋轉(zhuǎn)一圈而言，紅色光、綠色光及藍(lán)色光的原色所占的比率不會減少，因此即使是多用原色影像也能夠使其明亮。另外，在這樣的各照明裝置中，合成裝置是將從所述切換裝置依次射出的不同色度的色光合成且使其亮度分布均勻化的導(dǎo)光構(gòu)件。通過具備這種合成裝置，從切換裝置依次射出的不同色度的色光被合成，且作為亮度分布均勻的照明光射出。另外，本發(fā)明的投射型影像顯示裝置具備上述的照明裝置、根據(jù)影像信號對從該照明裝置照射的色光進(jìn)行光調(diào)制的調(diào)制裝置、對由調(diào)制裝置光調(diào)制后的影像光進(jìn)行放大投射的投射透鏡。若以這種方式構(gòu)成，由于使用能夠使單色色純度與光量的平衡動態(tài)變化的照明裝置，因此能夠提高投射影像的顏色的再現(xiàn)性。另外，通過變更照明裝置的色純度和光量的平衡，能夠快速地應(yīng)對色純度優(yōu)選的用途和光量優(yōu)先的用途。另外，若使用應(yīng)答速度快的變更旋轉(zhuǎn)元件，則能夠按照每幀變更單色色純度，從而能夠以xy色度圖上的廣闊的區(qū)域顯示影像。另外，在所述投射型影像顯示裝置中，可以構(gòu)成為所述偏振旋轉(zhuǎn)元件由具有旋光性的液晶元件構(gòu)成，并且構(gòu)成為能夠通過調(diào)整對液晶元件施加的電壓來調(diào)整入射的偏振光的偏振方向，而且，根據(jù)影像信號通過偏振旋轉(zhuǎn)元件調(diào)節(jié)入射的偏振光的偏振方向的旋轉(zhuǎn)角度。若這樣構(gòu)成，則能夠通過根據(jù)影像信號的調(diào)節(jié)動態(tài)地調(diào)節(jié)色純度與光量的平衡，從而能夠提高顏色再現(xiàn)性高的影像。此外，在所述投射型影像顯示裝置中，可以構(gòu)成為所述偏振旋轉(zhuǎn)元件由具有旋光性的液晶元件構(gòu)成，并且構(gòu)成為能夠通過調(diào)整對液晶元件施加的電壓來調(diào)整入射的偏振光的偏振方向，而且，根據(jù)手輸入的信號調(diào)節(jié)入射的偏振光的偏振方向的旋轉(zhuǎn)角度。若這樣構(gòu)成，則操作者能夠根據(jù)自己的喜好或用途的特性隨時變更色純度和光量的平衡。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的照明裝置，通過對光分割構(gòu)件的偏振光的分割比率進(jìn)行調(diào)節(jié)，出射的照明光能夠成為合成的多種偏振光的色度的中間的任意色度。因此，該照明裝置能夠依次射出紅色光系、綠色光系及藍(lán)色光系的單色的色光，并且能夠通過對光分割構(gòu)件的分割比率進(jìn)行任意地調(diào)節(jié)而使單色色純度動態(tài)地變化，因此適合用作投射型影像顯示裝置的照明裝置。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的照明裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖2是該照明裝置的光分割作用的說明圖。
圖3是該照明裝置的熒光體色輪的說明圖。圖4是該照明裝置所表現(xiàn)的xy色度圖。圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式2的投射型影像顯示裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式3的投射型影像顯示裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖7是該投射型影像顯示裝置的熒光體色輪的出射側(cè)表面圖。圖8是變形例的熒光體色輪的側(cè)視圖。圖9是以往的照明裝置及投射型影像顯示裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。符號說明α 旋轉(zhuǎn)角度1 照明裝置2 光源2a、32a、32b、32bl、32b2 偏振光2b、3 Ia 偏振方向3光分割構(gòu)件4、4Ra、4Ga、4Ba、4Rb、4Gb、4Bb、4Rc、4Gc、4Bc 光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4a、4b 色光5切換裝置6合成裝置8調(diào)制裝置9投射透鏡31、37偏振旋轉(zhuǎn)元件32、38偏振分光器54透明基板56 熒光體層57 內(nèi)周側(cè)區(qū)域58 外周側(cè)區(qū)域
具體實(shí)施例方式(實(shí)施方式1)以下，根據(jù)圖1至圖4對本發(fā)明的實(shí)施方式1的照明裝置1進(jìn)行說明。如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施方式1的照明裝置1具備光源2 ；光分割構(gòu)件3，其能夠以任意的比率分割從光源2射出的偏振光；多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4，其用于將從光分割構(gòu)件3 射出的兩種偏振光轉(zhuǎn)為多種顏色；切換裝置5，其構(gòu)成為依次切換多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4。另外， 照明裝置1具備合成裝置6，該合成裝置6將從切換裝置5依次射出的不同顏色的光合成而實(shí)現(xiàn)亮度的均勻化。光源2采用作為偏振方向統(tǒng)一為一個方向的偏振光加放出紫外線的半導(dǎo)體激光器。另外，作為光源2，可以使用排列有多列半導(dǎo)體激光器的陣列狀的裝置(未圖示)。如圖1及圖2所示，光分割構(gòu)件3由偏振旋轉(zhuǎn)元件31和偏振分光器32構(gòu)成，所述偏振旋轉(zhuǎn)元件31使從光源2射出的一個方向的偏振光加即直線偏振光向任意的偏振方向旋轉(zhuǎn)而射出。作為偏振旋轉(zhuǎn)元件31使用具有旋光性的液晶元件，例如由TN模式(扭曲相列相模式)的液晶層構(gòu)成的液晶偏振旋轉(zhuǎn)元件。對于液晶偏振旋轉(zhuǎn)元件，以偏振光的偏振方向 2b與液晶分子的指向矢(director)平行的方式入射來自光源2的偏振光2a。如圖2所示， 對于入射的偏振光而言，利用液晶層的回旋性使偏振光的偏振方向31a旋轉(zhuǎn)而射出。該旋轉(zhuǎn)角度α最大為90度，但是能夠通過施加到液晶層的電壓而進(jìn)行調(diào)整。在圖2中，示出旋轉(zhuǎn)后的偏振光的偏振方向31a。偏振分光器32將入射的光分離為P偏振光和S偏振光。如圖1及圖2所示，偏振分光器32的兩個棱鏡33、34形成為陣列狀，對于光入射這一方的棱鏡33通過涂敷施加有 P偏振光透過而S偏振光反射的薄膜35，對于另一方的棱鏡34安裝使反射的S偏振光向出射側(cè)反射的反射鏡36。因此，在該偏振分光器32中，若入射的偏振光的偏振方向31a不同， 則入射的偏振光P偏振光成分與S偏振光成分不同，所以作為出射的P偏振光的偏振光3 與作為S偏振光的偏振光32b的比率也發(fā)生變化。因此，若如上述那樣形成作為使直線偏振光向任意的偏振方向31a旋轉(zhuǎn)而射出的偏振旋轉(zhuǎn)元件31的液晶偏振旋轉(zhuǎn)元件和偏振分光器32組合的結(jié)構(gòu)，則能夠通過偏振分光器32將入射的偏振光分割成作為P偏振光的偏振光3 和作為S偏振光的偏振光32b。另外，利用液晶偏振旋轉(zhuǎn)元件的直線偏振光的旋轉(zhuǎn)角度α，能夠改變其分割比率。需要說明的是，該旋轉(zhuǎn)角度α的調(diào)整可以通過調(diào)整對液晶偏振旋轉(zhuǎn)元件施加的電壓來進(jìn)行。接下來說明光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4，但由于其與切換裝置5 —體構(gòu)成，因此以下同時對兩者進(jìn)行說明。切換裝置5構(gòu)成為依次切換光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4，具體而言，其由所謂熒光體色輪51構(gòu)成。如圖1所示，切換裝置5構(gòu)成為在中心處具備旋轉(zhuǎn)軸52，該旋轉(zhuǎn)軸52通過電動機(jī)53而旋轉(zhuǎn)。在此，光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4被稱為將偏振光轉(zhuǎn)換為規(guī)定色光的構(gòu)件，其表示包含由選擇性地透過規(guī)定波長的色光的玻璃構(gòu)件形成的所謂彩色濾光器或者當(dāng)照射紫外光等激發(fā)光時被激發(fā)產(chǎn)生的不同的規(guī)定色光的熒光體層等。需要說明的是，該實(shí)施方式的光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4由后者的部件構(gòu)成。以下說明其詳細(xì)內(nèi)容。如圖1所示，熒光體色輪51具備透明基板Μ、形成在透明基板M的入射側(cè)表面上的可見光反射膜55、形成在透明基板M的出射側(cè)的熒光體層56。所述的透明基板M由具有相對于來自成為光源2的半導(dǎo)體激光器的紫外光透明的光學(xué)特性的材料構(gòu)成，例如使用定相硅(phased silica)或石英玻璃等。可見光反射膜55透過紫外光而反射可見光，其使用帶有紫外線反射特性的冷光鏡或由介電多層膜構(gòu)成的帶通濾波器。熒光體層56是使紫外光轉(zhuǎn)換為預(yù)先設(shè)定的顏色的可見光的波長轉(zhuǎn)換層，其被劃分為內(nèi)周側(cè)區(qū)域57和外周側(cè)區(qū)域58。此外，如圖3所示，其構(gòu)成為向外周側(cè)區(qū)域58照射來自切換裝置5的被射出的偏振光32a，并且向內(nèi)周側(cè)區(qū)域57照射作為點(diǎn)光的偏振光32b。 需要說明的是，圖3的熒光體色輪51僅示意性地示出出射側(cè)的熒光體層56的結(jié)構(gòu)。另外，被點(diǎn)光照射的內(nèi)周側(cè)區(qū)域57及外周側(cè)區(qū)域58被同一角度的半徑方向的分隔線分別三等分，熒光體層56被劃分為共計6個區(qū)域。如此被劃分的各區(qū)域的熒光體層 56形成本發(fā)明的光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4的各個部分，即形成多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4妝、4(^、483、4此、4(^、4Bb。各光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4Ra、4fet、4Ba、4Rb、4(ib、4m3以使各種熒光物質(zhì)成為規(guī)定的濃度、規(guī)定的配合比的方式在合成樹脂溶液中含有各種熒光物質(zhì)，并且將其在透明基板M的出射側(cè)表面上涂敷并干燥規(guī)定厚度，從而能夠?qū)碜怨庠?的激發(fā)光分別轉(zhuǎn)換為規(guī)定的色光。另外，熒光體層56對應(yīng)成在以內(nèi)周側(cè)區(qū)域57和外周側(cè)區(qū)域58成對的區(qū)域發(fā)出同一系的色度的色光。即，光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4Ra、4Rb形成于紅色光系，光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4Ga、4(ib形成于綠色光系，而光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4Ba、4m3形成于藍(lán)色光系。另外，通過這些區(qū)域的光轉(zhuǎn)換構(gòu)件轉(zhuǎn)換的色度設(shè)定為圖4的xy色度圖所示的刺激值，在外周側(cè)區(qū)域58的光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4Ra、4(ia、4Ba 排列有紅色光、綠色光及藍(lán)色光的原色用的熒光體層，在內(nèi)周側(cè)區(qū)域57的光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4Rb、 4Gb,4Bb排列有對這些原色進(jìn)行色調(diào)整的熒光體層。由于光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4及切換裝置5以上述方式構(gòu)成，所以通過光分割構(gòu)件3分割的偏振光32a、32b向切換裝置5的外周側(cè)區(qū)域58及內(nèi)周側(cè)區(qū)域57入射，依次色轉(zhuǎn)換為紅色光系的色光、綠色光系的色光、藍(lán)色光系的色光，從而成為色時分割后的色光^、4b而向合成裝置6射出。合成裝置6對從切換裝置5色時分割而射出的不同色的色光4a、4b進(jìn)行合成。需要說明的是，基于能夠使亮度分布均勻的角度考慮，該實(shí)施方式中的合成裝置6通過由玻璃等透明的方棒體構(gòu)成的柱狀積分器形成。如前述那樣，從切換裝置5將轉(zhuǎn)換成預(yù)先設(shè)定的色度的色光的兩種色光^、4b色時分割而同時向該合成裝置6導(dǎo)入。然后，被導(dǎo)入的兩種色光^、4b被柱狀積分器的內(nèi)表面反復(fù)反射而合成，并且成為亮度分布均勻的光而射出。 因此，從本實(shí)施方式的照明裝置1射出的出射光被時間分割成圖4的xy色度圖中的6R、6G、 6B所示的刺激值的色度的色光。以如上方式構(gòu)成的實(shí)施方式1的照明裝置以如下的方式進(jìn)行工作。從光源2射出的一個方向的偏振光加即白色激光通過構(gòu)成光分割構(gòu)件3的偏振旋轉(zhuǎn)元件31而使偏振方向2b旋轉(zhuǎn)。根據(jù)旋轉(zhuǎn)后的偏振方向31a的旋轉(zhuǎn)角度α，使被導(dǎo)入到構(gòu)成光分割構(gòu)件3的偏振分光器32的光的P偏振光成分的光量及S偏振光成分的光量發(fā)生變化，由偏振分光器32分割的P偏振光成分的偏振光3 和S偏振光成分的偏振光32b 的分割比率發(fā)生變化。另外，通過根據(jù)該照明裝置1的控制信號使向液晶層施加的電壓變化來調(diào)整偏振旋轉(zhuǎn)元件31的偏振方向31a的旋轉(zhuǎn)角度α。該控制信號在照明裝置1用于投射型影像顯示裝置的情況下為影像信號。另外，也可以構(gòu)成為通過手動使施加到液晶層的電壓變化，從而使照明光的色度成為期望的水平。如此，被光分割構(gòu)件3分割成兩部分的偏振光32a、32b作為點(diǎn)光而向熒光體色輪 51的內(nèi)周側(cè)區(qū)域57及外周側(cè)區(qū)域58的規(guī)定位置導(dǎo)入，所述熒光體色輪51作為以多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4即光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4Ra、4fet、4Ba、4Rb、4(ib、4m3依次被切換的方式構(gòu)成的切換裝置5。 然后，該點(diǎn)光透過透明基板M及可見光反射膜55并向構(gòu)成多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4Ra、4(ia、4Ba、 4Rb.4Gb.4Bb的熒光體層56照射，熒光體層56被激發(fā)而發(fā)出規(guī)定顏色的全方位的可見光。 另外，在熒光體層56發(fā)出的色光中的、朝向入射側(cè)發(fā)出的色光通過可見光反射膜55向出射側(cè)反射，從而幾乎所有的轉(zhuǎn)換光都向出射側(cè)射出。需要說明的是，入射到該切換裝置5的兩種偏振光32a、32b所照射的光轉(zhuǎn)換構(gòu)件 4通過熒光體色輪51的旋轉(zhuǎn)而依次向發(fā)出紅色光系的色光的光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4Ra、4Rb、發(fā)出綠色光系的色光的光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4Ga、4(ib、發(fā)出藍(lán)色光系的色光的光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4Ba、4m3切換。伴隨于此，從切換裝置5射出的兩種色光4a、4b依次被切換為兩種紅色光系的色光GRa、4Rb 的刺激值)、兩種綠色光系的色光Gfe、4(ib的刺激值)、兩種藍(lán)色光系的色光GBa、4m3的刺激值)，即被色時分割而向合成裝置6射出。然后，向合成裝置6射出的兩種色光^、4b通過構(gòu)成合成裝置6的柱狀積分器合成，在其色度依次轉(zhuǎn)換成xy色度圖中的6R、6G、6B所表示的部位的刺激值的同時射出。另外，該出射光在柱狀積分器作為亮度分布均勻的色光射出。根據(jù)以上方式構(gòu)成的實(shí)施方式1的照明裝置1，能夠?qū)崿F(xiàn)如下的效果。(1)通過對光分割構(gòu)件3的偏振光的分割比率進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠使從該照明裝置1的射出的照明光的色度成為被合成的多種色光如、仙的色度的中間的任意色度。因此，該照明裝置1能夠?qū)⒓t色光系、綠色光系及藍(lán)色光系的單色的色光色時分割而依次射出，并且通過對光分割構(gòu)件3的分割比率進(jìn)行調(diào)節(jié)而使單色色純度動態(tài)地變化，因此適合作為投射型影像顯示裝置的照明裝置。(2)另外，由于光源2通過半導(dǎo)體激光器構(gòu)成，所以能夠簡單地構(gòu)成作為射出偏振方向2b統(tǒng)一成一個方向的偏振光加的光源。(3)另外，光分割構(gòu)件3由使從光源2射出的一個方向的偏振光加向任意的偏振方向31a旋轉(zhuǎn)而射出的偏振旋轉(zhuǎn)元件31和根據(jù)入射的偏振光的偏振方向31a而以不同的比率分離成兩種偏振光的偏振分光器32組合而成。因此，通過利用偏振旋轉(zhuǎn)元件31來變更偏振光的偏振方向31a的選擇角度α，從而能夠容易地變更偏振分光器32的兩種偏振光 32a、32b的分割比率。(4)另外，由于偏振旋轉(zhuǎn)元件31由具有旋光性的例如TN模式的液晶元件構(gòu)成， 且構(gòu)成為能夠通過調(diào)整施加于液晶元件的電壓來調(diào)整偏振方向31a，所以能夠?qū)ζ穹较?31a的旋轉(zhuǎn)角度α進(jìn)行電調(diào)整。因此，能夠簡化該照明裝置1及使用了該照明裝置1的應(yīng)用設(shè)備中的控制裝置。(5)另外，光源2為發(fā)出紫外光的光源，光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4由通過照射紫外光而激發(fā)的熒光體層56構(gòu)成。另外，切換裝置5具備透明基板M且形成為旋轉(zhuǎn)輪狀，而且，在透明基板M的出射側(cè)表面以預(yù)先設(shè)定的順序排列有由用于發(fā)出不同的色光的熒光體層構(gòu)成的多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4。因此，當(dāng)從光源2被分割而導(dǎo)入的偏振光32a、32b照射到切換裝置5時， 各偏振光32a、32b將以預(yù)先設(shè)定的順序排列的多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4Ra、4fet、4Ba、4Rb、4(ib、4m3 的熒光體層依次激發(fā)，從而依次射出規(guī)定色度的色光。另外，切換裝置5由于形成為旋轉(zhuǎn)輪狀，所以構(gòu)成為能夠容易地將光色時分割的裝置。(6)另外，切換裝置5將旋轉(zhuǎn)輪的出射側(cè)表面大致分成外周側(cè)區(qū)域58和內(nèi)周側(cè)區(qū)域57，并且分割成在外周側(cè)區(qū)域58排列有紅色光、綠色光及藍(lán)色光的原色用的熒光體層， 而在內(nèi)周側(cè)區(qū)域57排列有對該原色進(jìn)行色調(diào)整的熒光體層。因此，由于相對于旋轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)一圈而言紅色光、綠色光及藍(lán)色光的原色所占的比率未減少，因此對于即使多用原色的影像而言也能夠使其明亮。(7)另外，由于合成裝置6是將從切換裝置5依次射出的不同色度的色光^、4b合成并使其亮度分布均勻化的導(dǎo)光構(gòu)件，從而可射出具有均勻亮度分布的照明光。(實(shí)施方式2)接下來，根據(jù)圖5對實(shí)施方式2進(jìn)行說明。
實(shí)施方式2是使用了實(shí)施方式1的照明裝置的投射型影像顯示裝置。需要說明的是，對于該實(shí)施方式1的照明裝置，賦予與實(shí)施方式1的符號相同的符號，并省略對其的說明。該實(shí)施方式的投射型影像顯示裝置具備實(shí)施方式1的照明裝置1、將從照明裝置 1照射的色光向調(diào)制裝置引導(dǎo)的引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)7、根據(jù)影像信號進(jìn)行光調(diào)制的調(diào)制裝置8、 將由調(diào)制裝置8調(diào)制的影像光放大投射的投射透鏡9。引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)7由聚光透鏡71、72和全反射鏡73等構(gòu)成，將從照明裝置1射出的色光向光調(diào)制裝置8引導(dǎo)。調(diào)制裝置8 一般使用簡稱為DMD (數(shù)字微鏡裝置)81的微鏡元件及吸收器(吸收體)82，以進(jìn)行數(shù)字光調(diào)制。DMD81是大約50至130萬個微鏡元件鋪設(shè)成矩陣狀而形成的半導(dǎo)體集成光開關(guān)， 并且圖像幀中的像素與DMD81的微鏡元件對應(yīng)地排列。DMD81的微鏡元件以在0N/0FF的狀態(tài)下發(fā)生10度左右的傾斜變化的方式安裝在支柱上，在ON狀態(tài)下，從微鏡元件反射的光以通過投射透鏡9并向屏幕(未圖示)投影的方式反射。另外，DMD81的微鏡元件在OFF狀態(tài)下，從微鏡元件反射的光以被配置在從ON狀態(tài)下的光線大約傾斜20度的方向上的吸收器82所吸收的方式被反射。如此構(gòu)成的DMD81通過所謂的PWM控制來進(jìn)行光調(diào)制，所謂的PWM控制是指，與從使用了熒光體色輪51的照明裝置1依次入射的紅色光系的色光、綠色光系的色光及藍(lán)色光系的色光同步地使微鏡元件ON、OFF且控制開關(guān)比例。投射透鏡9使DMD81的微鏡元件成為ON狀態(tài)而被反射的出射光的光束擴(kuò)大并將其投射到屏幕等投射面(未圖示)上，為了減小透鏡像差而組合多片透鏡。另外，實(shí)際上， 該投射透鏡9配置成，根據(jù)微鏡元件的ON狀態(tài)的光線向正面方向的射出的情況而使其光軸與從微鏡元件射出的光的光軸統(tǒng)一。以上述方式構(gòu)成的投射型影像顯示裝置以如下的方式進(jìn)行動作。從照明裝置1射出的照明光經(jīng)由聚光透鏡71、72、全反射鏡73向構(gòu)成調(diào)制裝置8 WDMDSl引導(dǎo)，并根據(jù)輸入的影像信號被實(shí)施光調(diào)制。在此，熒光體色輪51和DMD81被同步控制，熒光體色輪51旋轉(zhuǎn)而各光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4Ra、4fei、4Ba、4(;b、4m3進(jìn)行切換，從而各色光向DMD81照射，而與此配合地，DMD81也依次切換為各色光的影像而進(jìn)行顯示。另外，對于由液晶偏振旋轉(zhuǎn)元件構(gòu)成的偏振旋轉(zhuǎn)元件31也進(jìn)行同步控制，從而與各影像模式或各場景相應(yīng)地成為最佳的色純度。此外，經(jīng)由DMD81得到的調(diào)制光(即各色影像光)通過投射透鏡9而放大，從而向未圖示的屏幕上投影。根據(jù)以如上方式構(gòu)成的實(shí)施方式2的投射型影像顯示裝置，能夠獲得如下的效(8)由于使用了能夠使單色色純度和光量間的平衡動態(tài)地變化的照明裝置1，所以能夠提高投射影像的顏色的再現(xiàn)性。(9)通過影像信號來調(diào)整成為偏振旋轉(zhuǎn)元件31的液晶偏振旋轉(zhuǎn)元件的施加電壓， 從而變更照明裝置的色純度與光量間的平衡，由此，能夠以xy色度圖上的廣闊區(qū)域顯示影像。由此，能夠提高顏色再現(xiàn)性高的影像。(實(shí)施方式3)
實(shí)施方式3是在實(shí)施方式1的基礎(chǔ)上，以任意的比率將從光源射出的偏振光加分割成三部分的照明裝置。以下，根據(jù)圖6和圖7對其進(jìn)行說明。需要說明的是，對于與實(shí)施方式1相同的構(gòu)成要件賦予相同的符號，并省略對其的說明。在這種情況下，如圖6所示，光分割構(gòu)件3與實(shí)施方式1的情況同樣具有偏振旋轉(zhuǎn)元件31，其使從光源2射出的一個方向的偏振光加向任意的偏振方向旋轉(zhuǎn)而射出；偏振分光器32，其將通過該偏振旋轉(zhuǎn)元件31變更了偏振方向的偏振光分割成兩部分。此外，對于該實(shí)施方式而言，為了以任意的比率將從偏振分光器32射出的兩種偏振光32a、32b中的一方的偏振光32b (這種情況下為S偏振光)分割成兩部分，在偏振光32b的光路上設(shè)置有偏振旋轉(zhuǎn)元件37和偏振分光器38。若這樣構(gòu)成，則根據(jù)與實(shí)施方式1同樣的原理，能夠以任意的比率將一方的偏振光32b分割成偏振光32bl和偏振光32 這兩部分。由此，能夠以任意的比率將從光源2 射出的一個方向的偏振光加分割成三個部分。另外，為了將如此分割成三個部分的偏振光32a、32bl、32l32分別轉(zhuǎn)換為不同的色光，如圖7及圖8所示，將實(shí)施方式1的熒光體色輪51的熒光體層56沿徑向劃分為3層。 另外，形成將這3層分別沿圓周方向3等分所得的區(qū)域并且以各區(qū)域分別作為光轉(zhuǎn)換構(gòu)件 4Ra、4fei、4Ba、4Rb、4(;b、4mK4Rc、4Gc、4Bc，且它們構(gòu)成為將光轉(zhuǎn)換成各不相同的色光。由于實(shí)施方式3的照明裝置以如上的方式構(gòu)成，所以能夠獲得如下的效果。(10)與實(shí)施方式1的情況相比，由于能夠利用更多的色度的色光，所以能夠射出更加細(xì)膩的色純度的照明光。因此，使用其的投射型影像顯示裝置能夠提供顏色再現(xiàn)性更高的影像。(變形例)對于光源2而言，在所述實(shí)施方式中，使用了射出單一波長的偏振光的半導(dǎo)體激光器，但是不局限于此，可以使用具備發(fā)出全方位光即白色光的放電燈的白色光源。但是， 在這種情況下，需要通過偏振光轉(zhuǎn)換元件使從光源射出的光成為變更成一個方向的偏振光。偏振旋轉(zhuǎn)元件31不限于液晶旋轉(zhuǎn)顯示元件，也可以使用其他元件。在上述實(shí)施方式中，描述了將從光源2射出的偏振光加分割成兩部分或分割成三部分的例子，但是可以基于同樣的原理分割成四部分以上。關(guān)于光轉(zhuǎn)換構(gòu)件4，在上述實(shí)施方式中雖然使用了熒光體層，但是，也可以使用如前述那樣由選擇性地透過規(guī)定波長的色光的玻璃構(gòu)件形成的所謂彩色濾光器。在熒光體色輪51中，也可以構(gòu)成為可見光反射膜55不形成在透明基板M的入射側(cè)表面，而是如圖8所示那樣形成在透明基板M的出射側(cè)表面，在該可見光反射膜55的出射側(cè)表面形成熒光體層56。這樣構(gòu)成也能夠獲得與前面的實(shí)施方式的情況同樣的作用效^ ο關(guān)于合成裝置6，可以替代柱狀積分器而采用截面為四邊形且內(nèi)表面形成為反射鏡的筒狀的光通道。使用該光通道也能夠獲得同樣的效果。另外，合成裝置6也包括僅對多種色光進(jìn)行合成而不進(jìn)行色光的亮度分布均勻化作業(yè)的情況。另外，關(guān)于本發(fā)明的照明裝置也可以表示在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上包括實(shí)施方式 2中所必要的引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)7的概念。
在上述的實(shí)施方式中，作為調(diào)制裝置8使用了作為反射型顯示元件的DMD81，但是也可以通過透過型的液晶顯示元件等進(jìn)行光調(diào)制。在上述實(shí)施方式2中，雖然描述了根據(jù)影像信號調(diào)整施加于液晶偏振旋轉(zhuǎn)元件上的電壓而按照每個畫面控制色純度與光量的平衡的情況，但是也可以通過操作者對操作部進(jìn)行操作的方式以手動作業(yè)來對其進(jìn)行變更。于是，能夠根據(jù)用途和使用者的喜好來調(diào)整色再現(xiàn)性和亮度。(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)本發(fā)明的投射型顯示裝置可用作家庭影院、會議室、研討室、教室、娛樂場所、各種展覽室、演播室等多方面設(shè)施中的影像顯示系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種照明裝置，其特征在于，具備.光源，其射出偏振方向統(tǒng)一為一個方向的偏振光；光分割構(gòu)件，其能夠以可調(diào)整分割比率的方式將從光源射出的偏振光分割成多種偏振光；多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件，其用于將從光分割構(gòu)件射出的多種偏振光分別轉(zhuǎn)換成預(yù)先設(shè)定的不同的多種色光；切換裝置，其通過所述多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件的排列和切換將入射的多種偏振光同時按照預(yù)先確定的順序進(jìn)行色轉(zhuǎn)換；合成裝置，其將從切換裝置同時射出的被色轉(zhuǎn)換成不同色的多種色光合成并射出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于，所述光源通過半導(dǎo)體激光器構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的照明裝置，其特征在于，所述光分割構(gòu)件通過一個或多個偏振旋轉(zhuǎn)元件以及一個或多個偏振分光器組合而成， 所述一個或多個偏振旋轉(zhuǎn)元件能夠調(diào)整地使從光源射出的一個方向的偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)而射出，所述一個或多個偏振分光器根據(jù)入射的偏振光的偏振方向而以不同的比率將其分離成兩種偏振光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明裝置，其特征在于，所述偏振旋轉(zhuǎn)元件由具有旋光性的液晶元件構(gòu)成，且能夠通過調(diào)整對液晶元件施加的電壓而調(diào)整偏振方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于，所述光源為發(fā)出紫外光的光源，所述光轉(zhuǎn)換構(gòu)件由熒光體層構(gòu)成，該熒光體層通過被照射紫外光而被激發(fā)從而發(fā)出預(yù)先設(shè)定的色度的色光，所述切換裝置具備透明基板且形成為旋轉(zhuǎn)輪狀，而且，由用于發(fā)出不同色度的色光的熒光體層構(gòu)成的多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件以預(yù)先設(shè)定的順序沿圓周方向排列在透明基板的出射側(cè)表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的照明裝置，其特征在于，旋轉(zhuǎn)輪被劃分為外周側(cè)區(qū)域和內(nèi)周側(cè)區(qū)域，外周側(cè)區(qū)域被分割成排列有由紅色光、綠色光及藍(lán)色光的原色用的熒光體層構(gòu)成的光轉(zhuǎn)換構(gòu)件，內(nèi)周側(cè)區(qū)域構(gòu)成為排列有由對該原色進(jìn)行色調(diào)整的熒光體層構(gòu)成的光轉(zhuǎn)換構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的照明裝置，其特征在于，所述合成裝置是將從所述切換裝置依次射出的不同色度的色光合成且使其亮度分布均勻化的導(dǎo)光構(gòu)件。
8.一種投射型影像顯示裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的照明裝置；根據(jù)影像信號對從該照明裝置照射的色光進(jìn)行光調(diào)制的調(diào)制裝置；對由調(diào)制裝置光調(diào)制后的影像光進(jìn)行放大投射的投射透鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的投射型影像顯示裝置，其特征在于，所述偏振旋轉(zhuǎn)元件由具有旋光性的液晶元件構(gòu)成，并且構(gòu)成為能夠通過調(diào)整對液晶元件施加的電壓來調(diào)整入射的偏振光的偏振方向，而且，根據(jù)影像信號通過偏振旋轉(zhuǎn)元件調(diào)節(jié)入射的偏振光的偏振方向的旋轉(zhuǎn)角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的投射型影像顯示裝置，其特征在于， 所述偏振旋轉(zhuǎn)元件由具有旋光性的液晶元件構(gòu)成，并且構(gòu)成為能夠通過調(diào)整對液晶元件施加的電壓來調(diào)整入射的偏振光的偏振方向，而且，根據(jù)手輸入的信號調(diào)節(jié)入射的偏振光的偏振方向的旋轉(zhuǎn)角度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過使色純度與光量的平衡可變而能夠應(yīng)對多樣化需求的照明裝置及使用其的投射型影像顯示裝置。本發(fā)明的照明裝置(1)從光源(2)射出偏振方向統(tǒng)一為一個方向的偏振光(2a)，通過光分割構(gòu)件(3)以任意的比率將其分割成多種偏振光(32a、32b)。然后，對于該被分割成多種的偏振光(32a、32b)，通過構(gòu)成為能夠按照規(guī)定切換多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件(4)的切換裝置(5)，邊切換多個光轉(zhuǎn)換構(gòu)件(4)邊射出多種色光(4a、4b)，并將其合成，從而使色純度與光量的平衡變化。另外，本發(fā)明的投射型影像顯示裝置為使用了這種照明裝置(1)的投射型影像顯示裝置。
文檔編號G02B27/28GK102566231SQ201110361238
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者石井孝治 申請人:三洋電機(jī)株式會社