JP5842162B2 - 光源装置及びそれを用いた画像表示装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施形態に係る光源装置20の構成を、図1に示す。
図1に示す第1の実施形態に係る光源装置20は、第1のホイール21と、第2のホイール22と、励起光源206と、コリメートレンズアレイ207と、ダイクロイックミラー208と、4分の1波長板209と、集光レンズ210及び211と、ロッドインテグレータ212とを備えている。この光源装置20の出力光は、周期的に切り替わる赤色光、緑色光、及び青色光の3つの時間セグメントの光によって構成されており、画像表示装置などの照明光として使用することが可能である。
図2Aに示す第1のホイール21では、蛍光体層201が3つのセグメントにより構成されている。3つのセグメントは、赤色蛍光体が塗布された赤色蛍光体層2011、緑色蛍光体が塗布された緑色蛍光体層2012、及び何も塗布されていない蛍光体未塗布面2013であり、基板200の円周360度を空間的に3つに分割してなる。本実施形態では、赤色蛍光体層2011が144度、緑色蛍光体層2012が144度、及び蛍光体未塗布面2013が72度となる分割角度としたが、この角度配分は蛍光体の波長変換特性や出力光のターゲット色度などによって適宜設定できることは言うまでもない。
図3Aにおいて、実線がS偏光の透過率を、破線がP偏光の透過率を示す。ダイクロイックミラー208は、紫色の波長帯域において透過率が90%以上と高透過であり、青色〜赤色の波長帯域において反射率が90%以上と高反射である。図3Aに示すように、透過率が50%になるカットオフ波長は、S偏光が434nmで、P偏光が456nmであり、S偏光に比べてP偏光の方が約22nm長い。
図2Bに示す第2のホイール22では、ダイクロイックフィルター204が3つのセグメントにより構成されている。3つのセグメントは、赤色選択フィルター2041、緑色選択フィルター2042、及び青色選択フィルター2043であり、基板203の円周360度を空間的に3つに分割してなる。
図3B(a)は、赤色選択フィルター2041の透過スペクトルである。カットオフ波長(透過率=50%)は約580nmであり、カットオフ波長より長波長側は高透過、短波長側は高反射の特性を有している。図3B(b)は、緑色選択フィルター2042の透過スペクトルである。カットオフ波長は約480nmと約600nmであり、両カットオフ波長間の波長帯の光だけが高透過となっている。図3B(c)は、青色選択フィルター2043の透過スペクトルである。カットオフ波長(透過率=50%)は約500nmであり、カットオフ波長より短波長側は高透過、長波長側は高反射の特性を有している。ただし、本実施形態における青色セグメントでは、ダイクロイックフィルター204への入射光には青色レーザー光しか含まれないため、青色選択フィルター2043として、可視全域で高透過となるような反射防止コートが施された透明ガラスを使用してもよい。
蛍光体による波長変換では、全ての励起光が蛍光へと変換されるわけではなく、一部の励起光は未変換光として残留する。未変換の励起光は、蛍光体層201によって前方及び後方に散乱されるが、z≦0の空間に発される前方散乱光はダイクロイックコート面で反射され、結果的にz≧0の後方散乱成分に集約され、集光レンズ210へと再入射される。
本発明の第2の実施形態に係る光源装置30の構成を、図5に示す。
図5に示す第2の実施形態に係る光源装置30は、第1のホイール21と、第2のホイール22と、励起光源306と、コリメートレンズアレイ207と、ダイクロイックミラー308と、4分の1波長板209と、集光レンズ210及び211と、ロッドインテグレータ212とを備えている。第1の実施形態と同様に、光源装置30の出力光は、周期的に切り替わる赤色光、緑色光、青色光の3つの時間セグメントの光によって構成されており、画像表示装置などの照明光として使用することが可能である。
ダイクロイックミラー308は、紫色〜青色の波長帯域において反射率が90%以上と高反射であり、青色〜赤色の波長帯域において透過率が90%以上と高透過である。図6に示すように、透過率が50%になるカットオフ波長は、S偏光が456nmで、P偏光が434nmであり、S偏光に比べてP偏光の方が約22nm短い。
本発明の第3の実施形態に係る光源装置40の構成を、図7に示す。
図7に示す第3の実施形態に係る光源装置40は、第1のホイール41と、第2のホイール22と、励起光源206及び306と、2つのコリメートレンズアレイ207と、偏光ビームスプリッター410と、ダイクロイックミラー411及び416と、コリメートレンズ413と、反射ミラー414及び415と、集光レンズ210及び211と、ロッドインテグレータ212とを備えている。第1及び第2の実施形態と同様に、光源装置40の出力光は、周期的に切り替わる赤色光、緑色光、青色光の3つの時間セグメントの光によって構成されており、画像表示装置などの照明光として使用することが可能である。
本発明の第4の実施形態に係る光源装置50の構成を、図8に示す。
図8に示す第4の実施形態に係る光源装置50は、ホイール51と、励起光源206と、コリメートレンズアレイ207と、ダイクロイックミラー208と、反射ミラー509と、4分の1波長板209と、集光レンズ210及び211と、ロッドインテグレータ212とを備えている。第1の実施形態と同様に、光源装置50の出力光は、周期的に切り替わる赤色光、緑色光、青色光の3つの時間セグメントの光によって構成されており、画像表示装置などの照明光として使用することが可能である。
図9に示すホイール51では、蛍光体層501が、赤色蛍光体が塗布された赤色蛍光体層5011、緑色蛍光体が塗布された緑色蛍光体層5012、及び何も塗布されていない蛍光体未塗布面5013の3つのセグメントにより構成されている。赤色蛍光体及び緑色蛍光体は、表面が鏡面状に加工された基板500上に塗布されており、蛍光体未塗布面5013は、金属鏡面となっている。使用した赤色蛍光体及び緑色蛍光体の材料は、第1の実施形態と同一である。
第5の実施形態は、上記第4の実施形態に係る光源装置50のホイール51に形成される蛍光体層501及びダイクロイックフィルター502を、蛍光体層601及びダイクロイックフィルター602に代えた実施例である。よって、第5の実施形態に係る光源装置の全体配置及び蛍光体層601及びダイクロイックフィルター602以外の構成要素は、第4の実施形態に係る光源装置50と同一であるため、説明は省略する。
本発明の第4の実施形態に係る光源装置50を用いた画像表示装置の構成例を、図11に示す。なお、この例では、第4の実施形態に係る光源装置50を用いた画像表示装置を示しているが、その他の実施形態に係る光源装置を用いても画像表示装置を構成することが可能である。
21、22、41、51 ホイール
200、203、500 基板
201、401、501、601 蛍光体層
202、205、503 回転制御部
204、502、602 ダイクロイックフィルター
206、306 励起光源
207 コリメートレンズアレイ
209 4分の1波長板
208、308、411、416 ダイクロイックミラー
210、211 集光レンズ
212 ロッドインテグレータ
2011、5011、6011 赤色蛍光体層
2012、5012、6012、6013 緑色蛍光体層
2013、5013、6014 蛍光体未塗布面
2041、5021、6021 赤色選択フィルター
2042、5022、6022 緑色選択フィルター
2043、5023、6024 青色選択フィルター
410 偏光ビームスプリッター
413 コリメートレンズ
414、415、509 反射ミラー
6023 可視全域高透過板
701 リレーレンズ
702 フィールドレンズ
703 全反射プリズム
704 DMD
705 投射レンズ
Claims (19)
- レーザー光源によって構成される励起光源と、
回転制御可能に構成され、前記励起光源から出射された励起光によって励起される蛍光体層からなる、少なくとも赤色蛍光を発する赤色セグメントと、少なくとも緑色蛍光を発する緑色セグメントとが、基板に設けられると共に、前記励起光が前記蛍光体層で波長変換されて得られる蛍光、及び前記励起光が前記蛍光体層で波長変換されない未変換の励起光を、前記励起光源から出射された前記励起光が入射した方向へ反射するように構成された第1のホイールと、
前記第1のホイールと前記励起光源との間に設けられ、前記蛍光と前記未変換の励起光とを照明光学系へ導光するダイクロイックミラーと、
回転制御可能に構成され、前記ダイクロイックミラーと前記照明光学系との間に設けられ、前記蛍光及び前記未変換の励起光のそれぞれについて所望の波長成分の光を前記照明光学系へ導光するダイクロイックフィルターが設けられた第2のホイールと、を備え、
前記第2のホイールのダイクロイックフィルターは、前記第1のホイールの赤色セグメントに対応した赤色選択フィルターと、緑色セグメントに対応した緑色選択フィルターとを備え、
前記赤色選択フィルターは、前記未変換の励起光と前記赤色蛍光の短波長側の蛍光成分を除去し、前記緑色選択フィルターは、前記未変換の励起光と前記緑色蛍光の長波長側の蛍光成分を除去するカットオフ波長を有することを特徴とする、光源装置。 - 前記励起光源は、青色の波長帯で発振する半導体レーザー光源であることを特徴とする、請求項1に記載の光源装置。
- 前記第1のホイールにおける前記蛍光体層は、3つ以上のセグメントに分割されていることを特徴とする、請求項1に記載の光源装置。
- 前記セグメントのうち、少なくとも2つのセグメントに、それぞれ異なる種類の蛍光体層が設けられていることを特徴とする、請求項3に記載の光源装置。
- 前記蛍光体層に含まれる蛍光体は、赤色、黄色、あるいは緑色の波長帯の光を主たる成分として蛍光を発することを特徴とする、請求項4に記載の光源装置。
- 前記セグメントのうち、少なくとも1つのセグメントは、蛍光体層が形成されず、前記励起光を反射することを特徴とする、請求項3に記載の光源装置。
- 前記第1のホイールと前記ダイクロイックミラーとの間に設けられ、前記励起光の偏向方向を変える偏光変換素子が配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の光源装置。
- 前記偏光変換素子は4分の1波長板であることを特徴とする、請求項7に記載の光源装置。
- 前記励起光源は、主たる偏光成分を前記ダイクロイックミラーに対してP偏光となる励起光を出射し、
前記ダイクロイックミラーは、前記励起光源からの励起光を透過して前記第1のホイールへ導光すると共に前記第1のホイールによって反射された光を反射して前記照明光学系へ導光することを特徴とする、請求項8に記載の光源装置。 - 前記励起光源は、主たる偏光成分を前記ダイクロイックミラーに対してS偏光となる励起光を出射し、
前記ダイクロイックミラーは、前記励起光源からの励起光を反射して前記第1のホイールへ導光すると共に前記第1のホイールによって反射された光を透過して前記照明光学系へ導光することを特徴とする、請求項8に記載の光源装置。 - 前記ダイクロイックミラーは、前記励起光の波長においては、P偏光成分の光の50%以上を透過し、S偏光成分の光の50%以上を反射することを特徴とする、請求項1に記載の光源装置。
- 前記励起光源は、主たる偏光成分を前記ダイクロイックミラーに対してP偏光となる励起光を出射し、
前記ダイクロイックミラーは、前記励起光を透過して前記第1のホイールへ導光することを特徴とする、請求項11に記載の光源装置。 - 前記励起光源は、主たる偏光成分を前記ダイクロイックミラーに対してS偏光となる励起光を出射し、
前記ダイクロイックミラーは、前記励起光を反射して前記第1のホイールへ導光することを特徴とする、請求項11に記載の光源装置。 - 前記第2のホイールにおける前記ダイクロイックフィルターは、2つ以上のセグメントに分割されており、
当該2つ以上のセグメントは、それぞれスペクトル特性が異なることを特徴とする、請求項1に記載の光源装置。 - 前記スペクトル特性は、赤色選択性、緑色選択性、青色選択性、あるいは可視全域透過性のいずれかの特性からなることを特徴とする、請求項14に記載の光源装置。
- 前記第2のホイールにおける2つ以上のセグメントのうち、少なくとも1つのセグメントの表面には、前記励起光に対する拡散機能が設けられていることを特徴とする、請求項14に記載の光源装置。
- 前記第1のホイールと前記第2のホイールとは、同一の回転数で同期制御されていることを特徴とする、請求項1に記載の光源装置。
- 前記第1のホイールと前記第2のホイールとは、同一の回転軸を有する回転体に設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の光源装置。
- 光を出力する光源装置と、
映像信号に応じて信号光を形成する空間光変調素子と、
前記光源装置からの光を前記空間光変調素子へと導光する照明光学系と、
前記空間光変調素子によって形成された信号光をスクリーンに投射する投射光学系と、を備え、
前記光源装置は、
レーザー光源によって構成される励起光源と、
回転制御可能に構成され、前記励起光源から出射された励起光によって励起される蛍光体層からなる、少なくとも赤色蛍光を発する赤色セグメントと、少なくとも緑色蛍光を発する緑色セグメントとが、基板に設けられると共に、前記励起光が前記蛍光体層で波長変換されて得られる蛍光、及び前記励起光が前記蛍光体層で波長変換されない未変換の励起光を、前記励起光源から出射された前記励起光が入射した方向へ反射するように構成された第1のホイールと、
前記第1のホイールと前記励起光源との間に設けられ、前記蛍光と前記未変換の励起光とを照明光学系へ導光するダイクロイックミラーと、
回転制御可能に構成され、前記ダイクロイックミラーと前記照明光学系との間に設けられ、前記蛍光及び前記未変換の励起光のそれぞれについて所望の波長成分の光を前記照明光学系へ導光するダイクロイックフィルターが設けられた第2のホイールと、を備え、
前記第2のホイールのダイクロイックフィルターは、前記第1のホイールの赤色セグメントに対応した赤色選択フィルターと、緑色セグメントに対応した緑色選択フィルターとを備え、
前記赤色選択フィルターは、前記未変換の励起光と前記赤色蛍光の短波長側の蛍光成分を除去し、前記緑色選択フィルターは、前記未変換の励起光と前記緑色蛍光の長波長側の蛍光成分を除去するカットオフ波長を有することを特徴とする、画像表示装置。
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