JP7338409B2 - Light source device, image projection device and light source optical system - Google Patents
Light source device, image projection device and light source optical system Download PDFInfo
- Publication number
- JP7338409B2 JP7338409B2 JP2019200035A JP2019200035A JP7338409B2 JP 7338409 B2 JP7338409 B2 JP 7338409B2 JP 2019200035 A JP2019200035 A JP 2019200035A JP 2019200035 A JP2019200035 A JP 2019200035A JP 7338409 B2 JP7338409 B2 JP 7338409B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light source
- source device
- incident
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Projection Apparatus (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
Description
本発明は、光源装置、画像投射装置及び光源光学系に関する。 The present invention relates to a light source device, an image projection device, and a light source optical system.
今日、様々な映像を拡大投影するプロジェクタ(画像投射装置)が広く普及している。
プロジェクタは、光源から出射された光をデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD
)や液晶表示素子といった空間光変調素子に集光させ、映像信号により変調された空間光変調素子からの出射光をスクリーン上にカラー映像として表示させるものである。
2. Description of the Related Art Today, projectors (image projection apparatuses) that enlarge and project various images are widely used.
The projector uses a digital micromirror device (DMD
) or a liquid crystal display element, and the emitted light from the spatial light modulation element modulated by a video signal is displayed on a screen as a color image.
従来、プロジェクタには主に高輝度の超高圧水銀ランプ等が用いられてきたが、寿命が
短いため、メンテナンスを頻繁に行う必要があった。そのため、近年、超高圧水銀ランプ
に変えてレーザ光源やLED(Light Emitting Diode)光源等を使用したプロジェクタ
が増加している。これは、レーザ光源やLED光源が超高圧水銀ランプと比較して寿命が
長く、また、その単色性により色再現性も良いためである。
Conventionally, high-intensity super-high-pressure mercury lamps and the like have been mainly used for projectors, but because of their short life, frequent maintenance was required. Therefore, in recent years, the number of projectors using a laser light source, an LED (Light Emitting Diode) light source, or the like instead of an ultra-high pressure mercury lamp is increasing. This is because laser light sources and LED light sources have a longer life than ultra-high pressure mercury lamps, and also have good color reproducibility due to their monochromaticity.
プロジェクタでは、DMD等の画像表示素子に、例えば色の3原色である赤・緑・青の三色を照射することにより映像を形成している。この3色の全てをレーザ光源で生成することも可能ではあるが、緑色レーザや赤色レーザの発光効率が青色レーザに比べて低いため、好ましくはない。そのため、青色レーザを励起光として蛍光体に照射して、蛍光体で波長変換された蛍光光から赤色光と緑色光を生成する方法が用いられている。 In a projector, an image is formed by irradiating an image display element such as a DMD with, for example, three primary colors of red, green, and blue. Although it is possible to generate all of these three colors with a laser light source, it is not preferable because the luminous efficiency of a green laser or a red laser is lower than that of a blue laser. Therefore, a method of irradiating a phosphor with a blue laser as excitation light and generating red light and green light from fluorescent light wavelength-converted by the phosphor is used.
蛍光体には、数十[W]の励起光が集光及び照射されるため、焼損又は温度上昇による
効率低下及び経年変化が起きる。このため、円板上に蛍光体層を形成し、回転させること
によって、励起光の照射位置が一点に集中しないようにしている。この円板は、蛍光体ホ
イールと呼ばれる。蛍光体ホイールにおいて、蛍光体は、円板の外周に沿って、扇形状又
は円環形状に形成されている。
Since several tens of [W] of excitation light are condensed and irradiated onto the phosphor, the efficiency is lowered and the aging occurs due to burnout or temperature rise. Therefore, by forming a phosphor layer on the disk and rotating the disk, the irradiation position of the excitation light is prevented from concentrating on one point. This disk is called a phosphor wheel. In the phosphor wheel, the phosphor is formed in a fan shape or an annular shape along the outer circumference of the disk.
上述のようなDMD及び蛍光体ホイールを用いた光源装置として、装置全体を簡素化するために蛍光体ホイールの一部を透過板としている装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された技術では、蛍光体ホイールを透過した励起光をミラーで複数回反射させて、蛍光光と同じ方向に導いている。これによって励起光及び蛍光光が同一光路に合成され、DMDに照射される構成となっている。
As a light source device using a DMD and a phosphor wheel as described above, there has been proposed a device in which a part of the phosphor wheel is used as a transmission plate in order to simplify the entire device (see, for example, Patent Document 1). In the technique described in
さらに、上述のようなDMD及び蛍光体ホイールを用いた光源装置として、装置全体を小型化するために蛍光体ホイールの一部を反射板としている装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2に記載された技術では、励起光を蛍光光と同じ方向に蛍光体ホイールで反射させ、反射した励起光が励起光源に戻らないように、位相差板(1/4波長板)及び偏光分離素子を用いて光路を分離している。これによって、励起光及び蛍光光が同一光路に合成され、DMDに照射される構成となっている。
Furthermore, as a light source device using a DMD and a phosphor wheel as described above, a device has been proposed in which a part of the phosphor wheel is used as a reflector in order to reduce the size of the entire device (see, for example, Patent Document 2). ). In the technique described in
しかしながら、上述した特許文献1においては、励起光の光路が迂回しているため、装置全体が大型化してしまう。一方、上述した特許文献2においては、位相差板と偏光分離素子を用いるため、コストが高くなってしまう。また、蛍光体ホイールに向かう励起光の光路と、蛍光体ホイールから反射する励起光の光路とが位相差板や偏光分離素子における同一箇所を透過する。このため、これらの光学素子上の集光密度が上がり破損等の原因となり、信頼性が低下する事態が発生し得る。
However, in
本発明は、以上の問題意識に基づいて完成されたものであり、小型化及び低コスト化を図ることができる光源装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention was completed based on the awareness of the above problems, and an object of the present invention is to provide a light source device that can be reduced in size and cost.
本発明の光源装置は、第1の色光を出射する励起光源と、前記励起光源から出射された前記第1の色光を反射する反射面を有する光学部材と、前記光学部材で反射された前記第1の色光が入射し、前記第1の色光の少なくとも一部を前記第1の色光とは異なる波長の第2の色光に変換して出射する波長変換部材を有する波長変換ユニットと、前記光学部材と前記波長変換ユニットとの間の光路上に設けられ、前記光学部材で反射された前記第1の色光を集光し、前記波長変換ユニットから出射される第1の色光および前記第2の色光を集光する集光素子を備え、前記光学部材の前記反射面上における前記第1の色光の中心を点Pとし、前記波長変換ユニット上に集光、投影される前記第1の色光の投影像中心を点Rとし、前記波長変換ユニットから出射される第一の色光の前記集光素子によって集光される光束をQとし、前記励起光源から発する光線束の略中心と前記点Pに至る光路をLO、前記点Pから前記集光素子に至る直線(光路)をL1、前記集光素子から前記点Rに至る光路をL12、前記点Rから出射し前記集光素子に至る光路をQ1としたとき、前記点Pと前記光束Qが交わらないことと、前記光路L0と光路L1とを含む平面PL1と、光路L12と光路Q1とを含む平面PL2とは平行とならないことを特徴とする。 A light source device of the present invention comprises an excitation light source that emits a first color light, an optical member that has a reflecting surface that reflects the first color light emitted from the excitation light source, and the first color light reflected by the optical member. a wavelength conversion unit having a wavelength conversion member for converting at least part of the first color light into second color light having a wavelength different from that of the first color light and emitting the second color light; and the optical member. and the wavelength conversion unit, collects the first color light reflected by the optical member, and emits the first color light and the second color light emitted from the wavelength conversion unit. , wherein the center of the first color light on the reflecting surface of the optical member is defined as a point P, and the first color light is condensed and projected onto the wavelength conversion unit. Let R be the center of the image, let Q be the luminous flux of the first color light emitted from the wavelength conversion unit and condensed by the condensing element, and reach approximately the center of the luminous flux emitted from the excitation light source and the point P. The optical path is LO, the straight line (optical path) from the point P to the condensing element is L1, the optical path from the condensing element to the point R is L12, and the optical path from the point R to the condensing element is Q1. , the point P and the light flux Q do not intersect, and the plane PL1 including the optical paths L0 and L1 and the plane PL2 including the optical paths L12 and Q1 are not parallel. .
本発明によれば、小型化及び低コスト化を図ることができる光源装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a light source device that can be reduced in size and cost.
従来、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)及び蛍光体ホイールを用いた光源装置として、装置全体を小型化するために蛍光体ホイールの一部を反射板とするものが知られている。この光源装置では、励起光を蛍光光と同じ方向に蛍光体ホイールで反射させ、反射した励起光が励起光源に戻らないように、光路上に位相差板(1/4波長板)及び偏光分離素子を配置している。 Conventionally, as a light source device using a digital micromirror device (DMD) and a phosphor wheel, there is known one in which a part of the phosphor wheel is used as a reflector in order to downsize the entire device. In this light source device, the excitation light is reflected by the phosphor wheel in the same direction as the fluorescence light, and a retardation plate (1/4 wavelength plate) and a polarization separator are placed on the optical path so that the reflected excitation light does not return to the excitation light source. Place the elements.
このような構成を有する光源装置においては、励起光の光路上に位相差板(1/4波長板)及び偏光分離素子が配置されることから、装置の小型化の制約になるだけでなく、コストが高くなってしまう。また、蛍光体ホイールに向かう励起光の光路と、蛍光体ホイールから反射する励起光の光路とが位相差板や偏光分離素子における同一箇所を透過する。
このため、これらの光学素子上の集光密度が上がり破損等の原因となり、信頼性が低下する事態が発生し得る。
In a light source device having such a configuration, a retardation plate (quarter-wave plate) and a polarization separation element are arranged on the optical path of excitation light, which not only restricts the miniaturization of the device, Cost will be higher. Further, the optical path of the excitation light directed toward the phosphor wheel and the optical path of the excitation light reflected from the phosphor wheel pass through the same portion of the retardation plate and the polarization separation element.
As a result, the density of condensed light on these optical elements increases, causing breakage or the like, which may lead to a decrease in reliability.
本発明者らは、このような光源装置内の構造が装置本体の小型化及び低コスト化を阻害する要因になると共に、信頼性の低下の要因となっていることに着目した。そして、光源装置内にて、蛍光体ホイールに向かう励起光の光路と、蛍光体ホイールから反射する励起光の光路とが重ならないように形成することが、装置本体の小型化及び低コスト化、並びに、信頼性の向上に寄与することを見出し、本発明に想到した。 The present inventors paid attention to the fact that such a structure inside the light source device is a factor that hinders the miniaturization and cost reduction of the device main body, and that it is a factor that lowers the reliability. Further, in the light source device, the optical path of the excitation light directed toward the phosphor wheel and the optical path of the excitation light reflected from the phosphor wheel are formed so as not to overlap, thereby reducing the size and cost of the device body. In addition, the inventors have found that it contributes to the improvement of reliability and arrived at the present invention.
すなわち、本発明は、励起光を出射する光源と、光源から出射された励起光を反射する反射面を有する光学部材と、光学部材で反射された励起光が入射し、励起光の少なくとも一部を励起光とは異なる波長の第2の色光に変換して出射する波長変換ユニットと、を備えた光源装置において、光学部材と波長変換ユニットとの間の光路上に設けられ、光学部材で反射された励起光を集光し、波長変換ユニットから出射される励起光および蛍光を集光する集光素子を備え、光学部材の前記反射面上における励起光束の中心を点Pとし、波長変換ユニット上に集光、投影される励起光の投影像中心を点Rとし、前記波長変換ユニットから出射される第1の色光の前記集光素子によって集光される光束をQとし、前記励起光源から発する光線束の略中心と前記点Pに至る光路をLO、前記点Pから前記集光素子に至る直線(光路)をL1、前記集光素子から前記点Rに至る光路をL12、前記点Rから出射し前記集光素子に至る光路をQ1としたとき、前記点Pと前記光束Qが交わらないことと、前記光路L0と光路L1とを含む平面PL1と、光路L12と光路Q1とを含む平面PL2とは平行とならないことを骨子とする。 That is, the present invention includes a light source that emits excitation light, an optical member that has a reflecting surface that reflects the excitation light emitted from the light source, and the excitation light reflected by the optical member enters, and at least part of the excitation light a second color light having a wavelength different from that of the excitation light, and is provided on an optical path between the optical member and the wavelength conversion unit, and is reflected by the optical member. and a condensing element condensing the excitation light emitted from the wavelength conversion unit and the fluorescence emitted from the wavelength conversion unit. Let R be the projection image center of the excitation light condensed and projected upward, let Q be the luminous flux of the first color light emitted from the wavelength conversion unit and condensed by the condensing element, from the excitation light source The optical path extending from the approximate center of the emitted ray bundle to the point P is LO, the straight line (optical path) from the point P to the condensing element is L1, the optical path from the condensing element to the point R is L12, and the point R , the light beam Q does not intersect with the point P, the plane PL1 including the optical paths L0 and L1, and the optical path L12 and the optical path Q1 are included. The gist is that it should not be parallel to the plane PL2.
本発明によれば、波長変換ユニットから出射された励起光の光束が、光源から出射された励起光の投影像中心に交わらないことから、励起光が光学部材上の同一箇所を透過するのを防止できるので、集光密度の上昇に起因して光学部材が破損する事態を抑制でき、信頼性を向上することができる。また、波長変換ユニットから出射される励起光の光路を分離するために位相差板や偏光分離素子等の特別な光学素子を用意する必要がないので、部品点数を低減でき、製造コストを低減すると共に装置を小型化することができる。
また、光学部材に入射する励起光の光路と光学部材で反射して集光素子に向かう励起光の光路(光学部材の前後の光路)を含む平面と、集光素子と波長変換ユニットの間の励起光の光路(波長変換ユニット前後の光路)を含む平面を平行とならないようにしたので、装置の小型化にすることができる。
According to the present invention, since the luminous flux of the excitation light emitted from the wavelength conversion unit does not intersect the center of the projected image of the excitation light emitted from the light source, the excitation light is prevented from passing through the same location on the optical member. Since this can be prevented, it is possible to suppress damage to the optical member due to an increase in the density of condensed light, thereby improving reliability. In addition, since there is no need to prepare a special optical element such as a retardation plate or a polarization separation element to separate the optical path of the excitation light emitted from the wavelength conversion unit, the number of parts can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. Together with this, the device can be miniaturized.
Also, a plane including the optical path of the excitation light incident on the optical member and the optical path of the excitation light reflected by the optical member and directed to the condensing element (optical paths before and after the optical member), and between the condensing element and the wavelength conversion unit Since the plane including the optical path of the excitation light (the optical path before and after the wavelength conversion unit) is not parallel, the size of the device can be reduced.
以下、図1以下を参照して、光源装置の概要を説明する。
図1は、光源装置100の概要について説明するための模式図である。図1Aは、光源装置100の構成要素の説明図であり、図1Bは、光源装置100が有するダイクロイックミラー102の反射面102aに投影される励起光の説明図である。図1Bにおいては、光源101からの励起光の進行方向から反射面102aを示している。
The outline of the light source device will be described below with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the outline of the
図1に示すように、光源装置100は、光源(励起光源)101、光学部材の一例を構成するダイクロイックミラー102、波長変換ユニットの一例を構成する蛍光体ユニット103及び光ミキシング素子の一例を構成するロッドインテグレータ104を含んで構成される。
As shown in FIG. 1, the
なお、光源装置100の構成は、図1に示す構成に限定されず適宜変更が可能である。例えば、光源装置100は、光源101、ダイクロイックミラー102及び蛍光体ユニット103のみを備えてもよい。これらの光源101、ダイクロイックミラー102及び蛍光体ユニット103を有する光源装置100のうち、光源101を除いた構成要素によって「光源光学系」が構成される。
Note that the configuration of the
光源101は、励起光(第1の色光)を出射する。ダイクロイックミラー102は、光
源101から出射する励起光を反射して蛍光体ユニット103に導く反射面102aを有
している。ダイクロイックミラー102における反射面102a以外の部分については、
光源101から出射する励起光及び後述する蛍光体ユニット103から出射される蛍光光
を透過する光学特性を有してよい。
The
It may have an optical characteristic of transmitting excitation light emitted from the
蛍光体ユニット103は、励起光を反射(若しくは拡散反射)する第1の領域と、励起光の少なくとも一部を励起光とは異なる波長の蛍光光(第2の色光)に変換して出射する第2の領域とを有している。蛍光体ユニット103は、励起光が入射すると、励起光と蛍光光とを励起光の入射面側(図1に示す上方側)に順次切り替えて出射する。ロッドインテグレータ104は、蛍光体ユニット103から出射する励起光と蛍光光が入射するように設けられ、入射した励起光と蛍光光をミキシングして(均質化)して光源装置100の外部に出射する。
The
図1においては、光源101から出射された励起光の光路上に、蛍光体ユニット103の第1の領域が配置される場合について示している。光源101から出射された励起光は、ダイクロイックミラー102の反射面102aで蛍光体ユニット103側に反射される。反射面102aで反射した励起光は、蛍光体ユニット103の第1の領域で当該励起光の入射面側に反射される。ロッドインテグレータ104は、蛍光体ユニット103による励起光の反射先に配置される。
FIG. 1 shows the case where the first region of
このように励起光の光路が形成される光源装置100において、ダイクロイックミラー102の反射面102a上における励起光の中心を点Pとし、蛍光体ユニット103から出射する励起光の光束を光束Qとする。光源装置100においては、これらの点Pと光束Qとが交わらないようにダイクロイックミラー102、蛍光体ユニット103及びロッドインテグレータ104を配置している。
In the
ここで、反射面102a上における励起光の中心点P(投影される励起光の投影像中心
)については、以下のように定義される。
(1)反射面102a上に投影される励起光の投影範囲の光強度分布が、線対称又は点対称の場合、励起光の投影範囲の最小外接円の中心を投影像中心とする。
(2)反射面102a上に投影される励起光の投影範囲の光強度分布が、線対称又は点対称以外の場合(すなわち、上記(1)以外の場合)、図1Bに示すように、反射面102a上に投影される励起光の総エネルギーをAとし、その投影範囲を任意の半径rの円で切り出し、その円内に含まれる光の総エネルギーをBとしたとき、B/Aが93%以上であり(B/A≧93%)、且つ、円内のエネルギー密度が最大となる半径r´の円の中心を投影像中心とする。
Here, the center point P of the excitation light on the reflecting
(1) When the light intensity distribution of the projection range of the excitation light projected onto the
(2) When the light intensity distribution of the projection range of the excitation light projected onto the reflecting
なお、励起光の投影範囲とは、反射面102a上に投影される励起光のエネルギー分布において、最大エネルギーの1/e2以上のエネルギーを持つ範囲を示す。また、エネルギー密度は、「円内に含まれるエネルギー」を「円の面積」で除算することで求められる。すなわち、エネルギー密度は、以下の式により求められる。
エネルギー密度=(円内に含まれるエネルギー)/(円の面積)
なお、このように定義される励起光の投影像中心(点P)については、光源装置100
内に備えられた全ての光源101を点灯した状態で判定されるものとする。
It should be noted that the projection range of the excitation light indicates a range having energy equal to or higher than 1/e 2 of the maximum energy in the energy distribution of the excitation light projected onto the reflecting
Energy density = (energy contained in circle) / (area of circle)
Note that the projection image center (point P) of the excitation light defined in this way is
Assume that the determination is made with all the
また、蛍光体ユニット103から出射する励起光の光束(光束Q)については、励起光
の伝播方向と垂直な面上の励起光のエネルギー分布において、最大エネルギーの1/e2
以上のエネルギーを持つ範囲を通る光線の束のことをいう。
Further, the luminous flux (luminous flux Q) of the excitation light emitted from the
A bundle of light rays passing through a range with energy equal to or greater than
本発明に係る光源装置100によれば、蛍光体ユニット103から出射された励起光の
光束Qが、光源101から出射された励起光の反射面102a上における中心(励起光の
投影像中心)に交わらないことから、励起光がダイクロイックミラー102上の同一箇所
を透過する事態を防止できるので、集光密度の上昇に起因してダイクロイックミラー10
2が破損する事態を抑制することができる。また、蛍光体ユニット103から出射される
励起光の光路を分離するために位相差板や偏光分離素子等の特別な光学素子を用意する必
要がないので、部品点数を低減でき、製造コストを低減すると共に装置を小型化すること
ができる。
According to the
2 can be prevented from being damaged. In addition, since there is no need to prepare a special optical element such as a retardation plate or a polarization separation element to separate the optical path of the excitation light emitted from the
なお、図1に示す光源装置100では、蛍光体ユニット103が、励起光と蛍光光を順
次切り替えて出射する場合について説明している。すなわち、励起光と蛍光光を時分割し
て出射する場合について説明している。しかしながら、蛍光体ユニット103の構成については、これに限定されず、励起光及び蛍光光を同時に出射するように構成してもよい。
Note that the
例えば、蛍光体ユニット103は、上述した第1、第2の領域に代えて、励起光の一部
を反射すると共に、励起光の他部を励起光とは異なる蛍光光に変換する領域(第3の領域
)を有している。例えば、この領域に設けられた波長変換部材により励起光の反射及び蛍光光に対する変換が行われる。このような蛍光体ユニット103は、静止蛍光体ユニットと呼ばれることがある。静止蛍光体ユニット103は、励起光が入射すると、励起光と蛍光光とを併せて励起光の入射面側(図1に示す上方側)に出射する。このような蛍光体ユニット103を備える場合においても、時分割式の蛍光体ユニット103を使用する場合と同様の効果を得ることができる。
For example, instead of the above-described first and second regions, the
また、図1に示す光源装置100において、蛍光体ユニット103から出射される励起
光及び蛍光光の一方又は双方をロッドインテグレータ104に導く導光手段を備えるよう
にしてもよい。例えば、導光手段は、集光レンズや屈折レンズで構成され、蛍光体ユニッ
ト103とロッドインテグレータ104との間の光路上に配置される。このように導光手
段を備えることにより、蛍光体ユニット103から出射される励起光及び/又は第二の色
光をロッドインテグレータ104に効率的に導くことでき、光の利用効率を向上すること
ができる。
Further, the
さらに、光源装置100において、ロッドインテグレータ104の位置は、当該ロッドインテグレータ104に入射する励起光及び/又は蛍光光の利用効率を向上する観点から適宜変更が可能である。
図2は、本発明に係る光源装置100の概要について説明するための模式図である。図2において、図1と共通する構成については、同一の符号を付与し、その説明を省略する。なお、図2においては、ダイクロイックミラー102の表面に反射面102aを形成した場合について示している。以下に示す図面でも同様である。
Furthermore, in the
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the outline of the
図2に示すように、ダイクロイックミラー102から蛍光体ユニット103上に投影される励起光の投影像中心を点Rとした場合について考える。この場合、ロッドインテグレータ104は、蛍光体ユニット103の出射面103aにおける点Rの垂線上に配置され
ることが好ましい。このようにロッドインテグレータ104を配置することにより、蛍光光が蛍光体ユニット103の出射面103aに垂直に出射する場合、蛍光光を効率よくロッドインテグレータ104に入射させることができるので、蛍光光の光利用効率を向上させすることができる。
As shown in FIG. 2, consider the case where the projection image center of the excitation light projected onto the
また、光源装置100において、ダイクロイックミラー102と蛍光体ユニット103との間の光路上に配置され、ダイクロイックミラー102で反射された励起光を集光する一方、蛍光体ユニット103から出射する蛍光光を略平行化する集光素子を備えるようにしてもよい。例えば、集光素子は、集光レンズで構成される。
図3は、本発明に係る光源装置100の概要について説明するための模式図である。
図3において、図1と共通する構成については、同一の符号を付与し、その説明を省略する。
Further, in the
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the outline of the
In FIG. 3, the same reference numerals are given to the same components as in FIG. 1, and the description thereof will be omitted.
図3に示す光源装置100は、ダイクロイックミラー102と蛍光体ユニット103との間の光路上に集光素子としての集光レンズ105を備えている。集光レンズ105は、ダイクロイックミラー102で反射された励起光を集光する一方、蛍光体ユニット103から出射する蛍光光を略平行化する。
The
ここで、ダイクロイックミラー102の反射面102aで反射した後、集光レンズ10
5に入射する励起光が投影する、集光レンズ105の入射面105a上の投影像中心と、
上述した反射面102a上の点Pとを結ぶ直線を直線L1とする。また、集光レンズ105で集光され、蛍光体ユニット103に入射する励起光の入射面103bと直線L1との交点を点Sとする。光源装置100においては、上述した点Sと、蛍光体ユニット103上に投影される励起光の投影像中心である点Rとが異なる位置に配置されている。このように集光レンズ105を設けることにより、蛍光体ユニット103から出射した後に発散する励起光及び蛍光光が平行化されることから、これらの光をロッドインテグレータ104に効率よく入射させることができるので、光利用効率を向上することができる。
Here, after being reflected by the reflecting
5, the projected image center on the
A straight line connecting the point P on the reflecting
図3に示す光源装置100において、上述した直線L1は、蛍光体ユニット103の入
射面103bに垂直に交わることが好ましい。このように直線L1が蛍光体ユニット10
3の入射面103bに垂直に交わるように配置される構成することにより、ダイクロイッ
クミラー102と蛍光体ユニット103との間の距離を短縮でき、光源装置100全体の
寸法を小型化することができる。
In the
3, the distance between the
なお、光学素子における入射面及び出射面は、厚みをもつ光学素子を光が透過する場合、光が入射する面が入射面となり、光が出射する面が出射面である。
例えば、図3に示すように、集光レンズ105において、ダイクロイックミラー102の反射面102aから反射して入射する面が入射面105aとなり、この入射面105aから集光レンズ105内を透過し、蛍光体ユニット103側に出射する面が出射面105bとなる。
When light passes through a thick optical element, the incident surface and the exit surface of the optical element are the incident surface and the exit surface, respectively.
For example, as shown in FIG. 3, in the condensing
さらに、光源装置100において、集光レンズ105とロッドインテグレータ104との間の光路に配置され、集光素子(集光レンズ105)で平行化された励起光及び/又は蛍光光を集光してロッドインテグレータ104に導く屈折光学素子を備えるようにしてもよい。例えば、屈折光学素子は、屈折レンズで構成される。
図4は、光源装置100の概要について説明するための模式図である。図4において、図3と共通する構成については、同一の符号を付与し、その説明を省略する。
Furthermore, in the
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the outline of the
図4に示す光源装置100では、集光レンズ105とロッドインテグレータ104との
間の光路上に屈折光学素子としての屈折レンズ106を備えている。屈折レンズ106は
、集光素子(集光レンズ105)で平行化された励起光及び/又は蛍光光を集光して(屈
折させて)ロッドインテグレータ104の入射開口部104aに導く。このように屈折レ
ンズ106を設けることにより、集光レンズ105で平行化された励起光及び/又は蛍光
光を効率よくロッドインテグレータ104に入射させることができるので、光利用効率が
向上する。
The
また、図4に示す光源装置100において、ロッドインテグレータ104に入射される
励起光及び/又は蛍光光の均質化(均一化)の観点からロッドインテグレータ104の配
置を選択することが好ましい。より具体的には、ロッドインテグレータ104の内周断面
が長方形状を有する場合、ロッドインテグレータ104に入射される励起光等が長辺に対
応する内側面に入射されるように配置されることが好ましい。
Further, in the
さらに、図4に示す光源装置100において、ダイクロイックミラー102の反射面1
02aにおける励起光のケラレを抑制する観点から光源101の配置を選択することが好
ましい。より具体的には、光源101の発光面が長方形状を有する場合、励起光の幅が狭
くなるように配置されることが好ましい。
Furthermore, in the
It is preferable to select the arrangement of the
図5は、本発明に係る光源装置100の概要について説明するための模式図である。図
5において、図4と共通する構成については、同一の符号を付与し、その説明を省略する
。図5Aは、光源装置100の構成要素の説明図であり、図5Bは、光源装置100が有するロッドインテグレータ104の入射開口部104aの説明図であり、図5Cは、光源装置100が有する光源101の説明図である。図5Bにおいては、蛍光体ユニット103側からロッドインテグレータ104の入射開口部104aを示している。図5Cにおいては、ダイクロイックミラー102側から光源101の発光面を示している。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the outline of the
図5Aに示す光源装置100において、屈折レンズ106により集光(屈折)された励
起光及び/又は蛍光光が投影するロッドインテグレータ104の入射開口部104a上の
投影像中心を点Tとする。また、この点Tと、蛍光体ユニット103上に投影される励起
光の投影像中心である点Rとを結ぶ直線を直線L2とする。
一方、図5Bに示すように、ロッドインテグレータ104の入射開口部104aは、長辺LE1と短辺SE1とを有する長方形状を有するものとする。
また、図5Cに示すように、光源101の発光面101aは、長辺LE2と短辺SE2とを有する長方形状を有するものとする。
In the
On the other hand, as shown in FIG. 5B, the
Also, as shown in FIG. 5C, the
光源装置100においては、直線L1と直線L2とを含む面(すなわち、図5Aに示す
紙面を含む平面)と、ロッドインテグレータ104の入射開口部104aの短辺SE1が
略平行であることが好ましい。すなわち、図5Bに示すロッドインテグレータ104の短
辺SE1が図5Aに示す紙面と平行になるようにロッドインテグレータ104を配置することが好ましい。このようにロッドインテグレータ104を配置することにより、ロッドインテグレータ104の入射開口部104aの長辺LE1に対応する内側面に当たるように励起光等を入射させることができるので、ロッドインテグレータ104内部における励起光等の反射回数の増加に伴って励起光等を均一化でき、励起光等における色むらの発生を抑制することができる。
In the
また、光源装置100においては、直線L1と直線L2とを含む面(すなわち、図5Aに示す紙面を含む平面)と、光源101の発光面101aの短辺SE2が略平行であることが好ましい。すなわち、図5Cに示す発光面101aの短辺SE2が図5Aに示す紙面と平行になるように光源101を配置することが好ましい。このように光源101を配置することにより、直線L1と直線L2とを含む面の延在方向に延びる光束の幅を狭くできるので、ダイクロイックミラー102の反射面102aにおけるケラレを抑制でき、光利用効率の低下を抑制することができる。また、蛍光体ユニット103で反射した光がダイクロイックミラー102と干渉しないようにでき、光利用効率の低下を抑制することができる。
Further, in the
さらに、光源装置100において、ロッドインテグレータ104は、屈折レンズ106との関係で配置を選択することが好ましい。例えば、光源装置100では、ロッドインテグレータ104の入射開口部104a上に投影される励起光の投影像中心と、ロッドインテグレータ104の入射開口部104a上に投影される蛍光光の投影像中心と、屈折レンズ106の光軸とが一点で交わることが好ましい。
Furthermore, in the
図6は、このようにした光源装置100の概要について説明するための模式図である。
図6において、図5Aと共通する構成については、同一の符号を付与し、その説明を省略する。図6Aにおいては、光源装置100における励起光の光路を示し、図6Bにおいては、光源装置100における蛍光光の光路を示している。なお、図6においては、説明の便宜上、光の伝播方向に沿って配置される一対の集光レンズ1051、1052を示している。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the outline of the
In FIG. 6 , the same reference numerals are given to the configurations common to those in FIG. 5A , and the description thereof will be omitted. 6A shows the optical path of the excitation light in the
図6に示す光源装置100において、屈折レンズ106で集光された励起光におけるロ
ッドインテグレータの入射開口部104a上の投影像中心と、屈折レンズ106で集光された蛍光光におけるロッドインテグレータ104の入射開口部104a上の投影像中心とは、上述した点Tであるものとする。
また、屈折レンズ106は、その光軸LAが点Tを通過するように配置されている。このため、ロッドインテグレータ104の入射開口部104a上に投影される励起光の投影像中心と、ロッドインテグレータ104の入射開口部104a上に投影される蛍光光の投影像中心と、屈折レンズ106の光軸LAとが一点で交わっている。これにより、励起光及び蛍光光を、ロッドインテグレータ104の入射開口部104aの中心付近に入射させることができるので、ロッドインテグレータ104の入射開口部104aによる光のケラレを抑制でき、光利用効率を向上することができる。また、部品の公差により光源装置100内の光学素子同士がずれた場合においても、光利用効率の低下を抑制することができる。
In the
Further, the refracting
さらに、光源装置100において、屈折レンズ106の配置は、ロッドインテグレータ104の入射開口部104aに対して入射する励起光及び蛍光光の角度を一定範囲に設定する観点から選択することが好ましい。なお、入射開口部104aに対する光線の角度とは、入射開口部104aに平行な面の法線と光線のなす角をいう。例えば、光源装置100では、入射開口部104aに対して最も大きな角度で入射する励起光の光線の入射角が、入射開口部104aに対して最も大きな角度で入射する蛍光光の光線の入射角よりも小さく設定されることが好ましい。
Furthermore, in the
図6に示すように、入射開口部104aに対して最も大きな角度で入射する励起光の光線の入射角を角度θ1とし、入射開口部104aに対して最も大きな角度で入射する蛍光光の光線の入射角を角度θ2とする。光源装置100においては、角度θ1を角度θ2より小さく設定することが好ましい。このように励起光の入射角θ1を蛍光光の入射角θ2より小さくすることにより、光源装置100の後段に配置される光学系における光のケラレを抑制でき、光利用効率を向上することができる。
As shown in FIG. 6, the angle of incidence of the excitation light ray incident on the
なお、本発明に係る光源装置100においては、上述した励起光の入射角θ1と蛍光光の入射角θ2とを同一角度に設定してもよい。これらの励起光の入射角θ1を蛍光光の入射角θ2と同一角度とすることにより、DMDやスクリーンに投影される励起光と蛍光光の光の分布を略同じにすることができ、励起光等における色むらの発生を抑制することができる。
In addition, in the
さらに、本発明に係る光源装置100において、ロッドインテグレータ104の光学特
性は、上述した励起光の入射角θ1と蛍光光の入射角θ2との関係で選択することが好ましい。例えば、光源装置100では、ロッドインテグレータ104をガラスロッドインテグレータで構成すると共に、そのガラスロッドインテグレータの全反射条件が励起光の入射角θ1及び第二の色光の入射角θ2より大きく設定されることが好ましい。
Furthermore, in the
図7は、光源装置100が有するロッドインテグレータ104の光学特性ついて説明するための模式図である。図7に示す光源装置100において、ロッドインテグレータ104は、ガラスロッドインテグレータで構成される。また、ロッドインテグレータ104における全反射条件は、角度θglassであるものとする。この場合において、角度θglassは、励起光の入射角θ1及び蛍光光の入射角θ2よりも大きく設定される。これにより、ロッドインテグレータ104内部における励起光等の損失を防止できるので、光利用効率を向上することができる。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the optical characteristics of the
また、光源装置100において、光ミキシング素子を構成するロッドインテグレータ104は、図8に示すように、入射開口部104aが出射開口部104bよりも小さく構成されるテーパ形状とすることが好ましい。このようにロッドインテグレータ104をテーパ形状とすることにより、ロッドインテグレータ104から出射する光の出射角を小さくすることができるので、光源装置100の後段に配置される光学系におけるケラレを抑制でき、光利用効率を向上することができる。
In the
以下、複数の実施形態について説明する。なお、以下に示す複数の実施形態は、本発明に係る光源光学系、光源装置及び画像投射装置の一例を示したものであり、適宜変更が可能である。また、それぞれの実施の形態を適宜組み合わせることも可能である。 A number of embodiments are described below. It should be noted that the multiple embodiments shown below are examples of the light source optical system, the light source device, and the image projection device according to the present invention, and can be modified as appropriate. Moreover, it is also possible to combine each embodiment suitably.
(第1実施形態)
図9は、第1実施形態に係る光源装置20を備えたプロジェクタ装置(画像投射装置)
1を示す概略構成図である。図9に示すように、プロジェクタ装置1は、筐体10と、光
源装置20と、照明光学系30と、画像形成素子(画像表示素子)40と、投射光学系5
0と、冷却装置60とを有している。
(First embodiment)
FIG. 9 shows a projector device (image projection device) including the
1 is a schematic block diagram showing 1. FIG. As shown in FIG. 9, the
0 and a
筐体10は、光源装置20と、照明光学系30と、画像形成素子40と、投射光学系5
0と、冷却装置60とを収納する。光源装置20は、例えば、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色に対応する波長を含んだ光を出射する。なお、光源装置20の内部構成については、後に詳細に説明する。
The
0 and the
照明光学系30は、後述する光源装置20のライトトンネル29が均一化した光で画像
形成素子40を略均一に照明する。照明光学系30は、例えば、1枚以上のレンズや1面
以上の反射面等を有している。
The illumination
画像形成素子40は、照明光学系30により照明される光(光源装置20の光源光学系
からの光)を変調することにより画像を形成する。画像形成素子40は、例えば、デジタ
ル・マイクロミラー・デバイス(DMD)や液晶表示素子で構成される。画像形成素子4
0は、照明光学系30から照射される光(青色光、緑色光、赤色光、黄色光)と同期して
微小鏡面を駆動させ、カラー画像を生成する。
The
0 drives the minute mirror surface in synchronization with the light (blue light, green light, red light, yellow light) emitted from the illumination
投射光学系50は、画像形成素子40が形成した画像(カラー画像)を、図示を省略されたスクリーン(被投影面)に拡大投影する。投射光学系50は、例えば、1枚以上のレンズを有している。冷却装置60は、プロジェクタ装置1内の熱を帯びる各素子及び装置を冷却する。
The projection
図10は、第1実施形態に係る光源装置20を示す概略構成図である。図10Aにおい
ては、光源装置20における青色レーザ光の光路を示しており、図10Bにおいては、光
源装置20における蛍光光の光路を示している。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing the
図10Aに示すように、光源装置20は、光の伝搬方向に順に配置された、レーザ光源
(励起光源)21、カップリングレンズ22、第1の光学系23、光学部材の一例である
ダイクロイックミラー24、第2の光学系25、波長変換ユニットの一例である蛍光体ユ
ニット26、屈折光学系27、カラーホイール28及び光ミキシング素子の一例であるラ
イトトンネル29を有している。
As shown in FIG. 10A, the
なお、図10においては、説明の便宜上、カラーホイール28(図9参照)を省略している。本実施の形態では、カラーホイール28を光源装置20の構成要素として説明している。しかしながら、光源装置20の構成については、これに限定されず、カラーホイール28を含めない構成としてもよい。
10, the color wheel 28 (see FIG. 9) is omitted for convenience of explanation. In this embodiment, the
レーザ光源21は、例えば、複数のレーザ光を出射する光源がアレイ状に配置されている。レーザ光源21は、例えば、発光強度の中心が455[nm]の青色帯域の光(青色
レーザ光)を出射する。以下では、青色レーザ光を、単に青色光と称する。レーザ光源2
1から出射される青色光は、偏光方向が一定の方向である直線偏光であり、後述する蛍光
体ユニット26が有する蛍光体を励起させる励起光としても用いられる。
As for the
The blue light emitted from 1 is linearly polarized light with a constant polarization direction, and is also used as excitation light for exciting the phosphors of the
なお、レーザ光源21から出射される光は、後述する蛍光体を励起させることができる
波長の光であればよく、青色波長帯域の光に限定されるものではない。また、レーザ光源
21は、複数の光源を有するものとしたが、これに限定されるものではなく、1個の光源で構成されるものとしてもよい。また、レーザ光源21は、基板上に複数の光源がアレイ
状に配置されたものとして構成することができるが、これに限定されるものではなく、その他の配置構成であってもよい。
The light emitted from the
カップリングレンズ22は、レーザ光源21から出射された青色光を入射し、平行光(
コリメート光)に変換するレンズである。なお、以下において、平行光とは、完全にコリ
メート(平行化)された光に限らず、略平行化された光を含む概念とする。カップリング
レンズ22の数は、レーザ光源21の光源の数に対応していればよく、レーザ光源21の
光源の数の増減に応じて増減することができる。
The
collimated light). In the following description, parallel light is not limited to completely collimated light, but includes substantially parallel light. The number of
本実施形態に係る光源装置20においては、これらのレーザ光源21とカップリングレンズ22とで光源ユニットを構成する。例えば、レーザ光源21は、行及び列をなして配置される複数のレーザーダイオードで構成される。すなわち、光源ユニットは、これらのレーザーダイオードと、レーザーダイオードの出射面側に配置されたカップリングレンズ22とで構成される。
In the
図11は、第1実施形態に係る光源装置20が有する光源ユニットの要部の説明図である。図11に示すように、光源ユニットにおいて、カップリングレンズ22は、レーザーダイオード21Aに対向して配置される。光源ユニットにおいて、各レーザーダイオード
21Aから出射する青色光(励起光)の発散角のうち、行方向又は列方向のうち大きい方
向の発散角をθとし、隣り合うレーザーダイオード21AのピッチをPとし、レーザーダ
イオード21Aの発光点からカップリングレンズ22までの距離をLとした場合に、各レ
ーザーダイオード21Aの配置間隔(P/Ltanθ)は、以下に示す(式1)を満たす
ように設定される。
1 ≦ P/Ltanθ ≦ 4 ・・・(式1)
FIG. 11 is an explanatory diagram of a main part of a light source unit included in the
1 ≤ P/L tan θ ≤ 4 (Equation 1)
また、最も好ましくは、各レーザーダイオード21Aの配置間隔は、以下の(式2)を
満たすように設定される。
P/Ltanθ = 2 ・・・(式2)
(式2)を満たすことにより、レーザ光源21の発光面を小さくしつつ、各レーザーダ
イオード21Aの光を、対応するカップリングレンズ22のみに入射させることができる
ので、隣接するカップリングレンズ22に対する入射を防止でき、光の利用効率の低下を
抑制することができる。
Also, most preferably, the arrangement intervals of the
P/L tan θ = 2 (Formula 2)
By satisfying (Equation 2), the light from each
なお、光源ユニットが備える複数のレーザーダイオード21Aは、同一の基板に配置さ
れることが好ましい。複数のレーザーダイオード21Aを同一の基板に配置することによ
り、光源ユニットから出射される光の領域を小さくできるので、光路上の各種の光学素子
における光のケラレを抑制でき、光利用効率を向上することができる。
It is preferable that the plurality of
図10に示すように、第1の光学系23は、全体として正のパワーを有しており、レーザ光源21の側から蛍光体ユニット26の側に向かって順に、大口径レンズ23a及び負レンズ23bを有している。大口径レンズ23aは、大口径素子の一例を構成するものであり、正のパワーを有し、カップリングレンズ22から出射された平行光を集光及び合成するレンズで構成される。負レンズ23bは、平行化素子の一例を構成するものであり、大口径レンズ23aにより集光された青色光を平行光に変換するレンズで構成される。第1の光学系23は、カップリングレンズ22から略平行光となって入射した青色光(励起光)を縮径させてダイクロイックミラー24に導く。
As shown in FIG. 10, the first
ダイクロイックミラー24は、第1の光学系23から出射される青色光の伝播方向に対
して傾斜して配置されている。より具体的には、第1の光学系23から出射される青色光
の伝播方向に沿って前端部が下方側に傾斜した状態で配置されている。ダイクロイックミ
ラー24は、第1の光学系23により略平行光とされた青色光を反射する一方、蛍光体ユ
ニット26により変換された蛍光光(第2の色光)を透過する光学特性を有している。例
えば、ダイクロイックミラー24には、上述した光学特性を有するようなコートが施され
ている。
The
図12は、第1実施形態に係る光源装置20が有するダイクロイックミラー24の構成
の一例を示す図である。なお、図12においては、第1の光学系23側から出射される青
色光の入射方向からダイクロイックミラー24を示している。図12に示すように、ダイ
クロイックミラー24は、2つの領域24A、24Bに分割されている。以下においては
、説明の便宜上、領域24A、24Bを、それぞれ第1の領域24A、第2の領域24B
と呼ぶものとする。
FIG. 12 is a diagram showing an example of the configuration of the
shall be called
第1の領域24Aは、第1の光学系23(負レンズ23b)から出射される青色光を反
射する一方、後述する蛍光体ユニット26の蛍光体により青色光から変換された蛍光光を
透過する光学特性を有している。この第1の領域24Aは、図1に示す反射面102aを
構成する。第2の領域24Bは、これらの青色光及び蛍光光を透過する光学特性を有して
いる。
The
第1の領域24Aは、第1の光学系23の光軸上に配置される一方、第2の光学系25
の光軸上に配置されず、第2の光学系25の光軸よりも第1の光学系23(負レンズ23
b)側の位置にずれて配置されている。一方、第2の領域24Bは、第2の光学系25の
光軸上に配置されず、第2の光学系25の光軸よりも、第1の光学系23と反対側の位置
にずれて配置されている。
The
is located on the optical axis of the first optical system 23 (
b) is displaced to the side. On the other hand, the
第2の光学系25は、全体として正のパワーを有しており、レーザ光源21の側から蛍
光体ユニット26の側に向かって順に、正レンズ25Aと正レンズ25Bとを有している
。第2の光学系25は、ダイクロイックミラー24を反射した青色光を集光して蛍光体ユ
ニット26に導く。また、第2の光学系25は、蛍光体ユニット26から放出される蛍光
光を平行化する。なお、第2の光学系25は、集光素子の一例を構成する。
The second
蛍光体ユニット26には、第2の光学系25から導かれた青色光が入射する。蛍光体ユ
ニット26は、第2の光学系25から出射された青色光を反射させる機能と、青色光を励
起光として作用させて蛍光体により青色光とは異なる波長域の蛍光光に変換する機能とを
切り替えるユニットである。なお、蛍光体ユニット26で変換される蛍光光は、例えば、
発光強度の中心が550[nm]の黄色の波長域の光である。
Blue light guided from the second
It is light in a yellow wavelength region with a center of emission intensity of 550 [nm].
図13は、第1実施形態に係る光源装置20が有する蛍光体ユニット26の構成の説明
図である。図13Aにおいては、蛍光体ユニット26を青色光の入射方向から示しており
、図13Bにおいては、蛍光体ユニット26を青色光の入射方向と直交する方向から示し
ている。なお、図13に示す蛍光体ユニット26の構成は、一例を示すものであり、これ
に限定されるものではなく適宜変更が可能である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of the configuration of the
図13に示すように、蛍光体ユニット26は、円盤部材(基板)26Aと、円盤部材2
6Aの中心を通り、当該円盤部材26Aの平面に垂直な直線を回転軸26Bとして回転駆
動する駆動モータ(駆動部)26Cとを有している。円盤部材26Aは、例えば、透明基
板や金属基板(アルミニウム基板等)を用いることができるが、これに限定されるもので
はない。
As shown in FIG. 13, the
6A and a drive motor (driving section) 26C that rotates about a straight line that passes through the center of the
蛍光体ユニット26(円盤部材26A)は、周方向の大部分(第1実施形態では270
°よりも大きい角度範囲)が蛍光領域26Dに区画されており、周方向の小部分(第1実
施形態では90°よりも小さい角度範囲)が励起光反射領域26Eに区画されている。な
お、励起光反射領域26Eは、ダイクロイックミラー24で反射された励起光を反射(若
しくは拡散反射)する第1の領域の一例を構成する。蛍光領域26Dは、ダイクロイック
ミラー24で反射された励起光を変換して蛍光光を出射する領域の一例を構成する。蛍光
領域26Dは、下層側から上層側に向かって順に、反射コート26D1と、蛍光体層26
D2と、反射防止コート(ARコート)26D3とを積層して構成されている。
Most of the circumferential direction (270
) is defined by the
D2 and an antireflection coat (AR coat) 26D3 are laminated.
反射コート26D1は、蛍光体層26D2による蛍光光(発光光)の波長領域の光を反
射する特性を有している。円盤部材26Aを反射率が高い金属基板で構成した場合には、
反射コート26D1を省略することも可能である。言い換えると、円盤部材26Aに反射
コート26D1の機能を持たせることも可能である。
The reflective coat 26D1 has a property of reflecting light in the wavelength range of fluorescent light (emission light) from the phosphor layer 26D2. When the
It is also possible to omit the reflective coat 26D1. In other words, it is possible to give the
蛍光体層26D2としては、例えば、蛍光体材料を有機・無機のバインダ内に分散させ
たもの、蛍光体材料の結晶を直接形成したもの、Ce:YAG系などの希土類蛍光体を用
いることができる。なお、蛍光体層26D2は、励起光の少なくとも一部を励起光とは異
なる波長の蛍光光に変換して出射する波長変換部材の一例を構成する。蛍光体層26D2
による蛍光光(発光光)の波長帯域は、例えば、黄、青、緑、赤の波長帯域を用いることができるが、第1実施形態では、黄色の波長帯域を有する蛍光光(発光光)を用いる場合を例示して説明する。また、本実施例では波長変換素子として蛍光体を用いているが、燐光体や、非線形光学結晶などを用いてもよい。
As the phosphor layer 26D2, for example, a phosphor material dispersed in an organic/inorganic binder, a phosphor material crystal directly formed, or a rare earth phosphor such as a Ce:YAG system can be used. . The phosphor layer 26D2 constitutes an example of a wavelength conversion member that converts at least part of the excitation light into fluorescence light having a wavelength different from that of the excitation light and emits the fluorescent light. Phosphor layer 26D2
For example, yellow, blue, green, and red wavelength bands can be used for the wavelength band of the fluorescent light (emission light) from The case of use will be exemplified and explained. Further, although phosphor is used as the wavelength conversion element in this embodiment, phosphor, nonlinear optical crystal, or the like may be used.
反射防止コート26D3は、蛍光体層26D2の表面における光の反射を防止する特性
を有している。
The antireflection coating 26D3 has a property of preventing reflection of light on the surface of the phosphor layer 26D2.
励起光反射領域26Eには、第2の光学系25から導かれた青色光の波長領域の光を反
射する特性を有する反射コート(反射面)26E1が積層されている。円盤部材26Aを
反射率が高い金属基板で構成した場合には、反射コート26E1を省略することも可能で
ある。言い換えると、円盤部材26Aに反射コート26E1の機能を持たせることも可能
である。
A reflective coat (reflecting surface) 26E1 having a property of reflecting light in the wavelength region of blue light guided from the second
円盤部材26Aを駆動モータ26Cによって回転駆動することにより、蛍光体ユニット
26上における青色光の照射位置が時間とともに移動する。その結果、蛍光体ユニット2
6に入射した青色光(第1の色光)の一部分が、蛍光領域(波長変換領域)26Dで青色
光(第1の色光)とは波長の異なる蛍光光(第2の色光)に変換されて出射される。一方
、蛍光体ユニット26に入射した青色光の他部分が、励起光反射領域26Eで青色光のま
まで反射されて出射される。
By rotationally driving the
6 is converted into fluorescent light (second colored light) having a wavelength different from that of the blue light (first colored light) in the fluorescent region (wavelength conversion region) 26D. emitted. On the other hand, the other part of the blue light incident on the
なお、蛍光領域26Dと励起光反射領域26Eの数や範囲等には自由度があり、種々の
設計変更が可能である。例えば、各2つの蛍光領域と励起光反射領域とを周方向に90°
間隔となるように交互に配置してもよい。
The number and range of the
You may arrange|position alternately so that it may become a space|interval.
図10に戻り、光源装置20の構成について説明を続ける。屈折光学系27は、第2の
光学系25から出射する光(青色光及び蛍光光)を集光するレンズで構成される。蛍光体
ユニット26から出射された光(青色光及び蛍光光)は、ダイクロイックミラー24を透
過した後、屈折光学系27により集光(屈折)され、カラーホイール28に入射する(図9
参照)。カラーホイール28は、蛍光体ユニット26により生成された青色光及び蛍光光
を、所望の色に分離する部材である。
Returning to FIG. 10, the description of the configuration of the
reference). The
図14は、第1実施形態に係る光源装置20が有するカラーホイール28の概略構成の
説明図である。図14Aにおいては、カラーホイール28を青色光及び蛍光光の入射方向
から示しており、図14Bにおいては、カラーホイール28を青色光及び蛍光光の入射方
向と直交する方向から示している。図14に示すように、カラーホイール28は、円環形
状部材28Aと、回転軸28Bを中心として円環形状部材28Aを回転駆動する駆動モー
タ(駆動部)28Cとを有している。
FIG. 14 is an explanatory diagram of a schematic configuration of the
円環形状部材28Aは、円周方向に沿って複数の領域に画定されている。円環形状部材
28Aは、円周方向に区画された拡散領域28Dと、フィルタ領域28R、28G及び2
8Yとを有している。拡散領域28Dは、蛍光体ユニット26から出射された青色光を透
過及び拡散させるための領域である。フィルタ領域28Rは、蛍光体ユニット26から出
射された蛍光光のうち赤色成分の波長域を含む光を透過させる領域である。同様に、フィ
ルタ領域28G、28Yは、それぞれ蛍光体ユニット26から出射された蛍光光のうち緑
色成分及び黄色成分の波長域を含む光を透過させる領域である。
The
8Y.
なお、以上の説明では、カラーホイール28が、蛍光光のうち赤色成分、緑色成分、黄
色成分の光をそれぞれ透過させる領域を有するものとしている。しかしながら、カラーホ
イール28の構成については、これに限定されるものではなく、例えば、蛍光光のうち、
赤色成分及び緑色成分の光をそれぞれ透過させる領域を有するものとしてもよい。
In the above description, it is assumed that the
It may have regions that transmit red component light and green component light, respectively.
また、カラーホイール28における各領域の面積割合は、プロジェクタ装置1の設計仕
様に基づくものである。ただし、例えば、カラーホイール28における拡散領域28Dは
、蛍光体ユニット26から出射される青色光が透過するので、蛍光体ユニット26の円盤
部材26Aの全面積に対する励起光反射領域26Eの面積の割合と、カラーホイール28の全面積に対する拡散領域28Dの面積の割合とを一致させるものとすればよい。
Also, the area ratio of each region in the
駆動モータ28Cが回転駆動することにより、円環形状部材28Aが円周方向に回転す
る。円環形状部材28Aが円周方向に回転することによって、蛍光体ユニット26から出
射された青色光は拡散領域28Dへ入射し、蛍光体ユニット26から出射された蛍光光は
フィルタ領域28R、28G及び28Yへ順次入射することになる。蛍光体ユニット26
から出射された光(青色光および蛍光光)が、カラーホイール28を透過することによって、青色光、緑色光、赤色光及び黄色光が順次出射される。カラーホイール28の各領域を透過した光は、ライトトンネル29へ入射される。
The
Light (blue light and fluorescent light) emitted from the LED passes through the
ライトトンネル29は、4つのミラーが四角柱の内側になるように形成された光学素子
で、四角柱の一端から入射した光を内部のミラーで複数回反射させることで光の分布を均
一化する素子(光均一化素子)である。ライトトンネル29は、屈折光学系27で集光さ
れた光(青色光及び蛍光光)が入射するように配置されている。なお、第1実施形態では
、光ミキシング素子の一例としてライトトンネル29を示しているが、これに限定されず
、ロッドインテグレータやフライアイレンズ等を用いることも可能である。
The
図15は、第1実施形態に係る光源装置20が有するライトトンネル29の入射開口部
29Aを光の入射方向から見た図である。図15においては、ライトトンネル29の入射
開口部29A上の青色光の投影範囲を示している。ライトトンネル29は、図15に示す
ように、僅かに傾いて配置されている。ライトトンネル29の傾き角は、光源装置20に
求められる性能によって変わる。
FIG. 15 is a view of the entrance opening 29A of the
第1実施形態に係る光源装置20の光源ユニットにおいては、上述したように、レーザ
光源21(レーザーダイオード21A)がアレイ状に配置されている。図15Bに示すよ
うに、レーザーダイオード21Aから出射される青色光等が投影するライトトンネル29
の入射開口部29A上の投影範囲は楕円形状に構成される(図15A、図15B参照)。
例えば、入射開口部29A上の青色光等の投影範囲は、図15Aに示すように、楕円形状
の長軸が入射開口部29Aの短辺と略平行に配置される。このように入射開口部29A上
の青色光等の投影範囲を設定することにより、ライトトンネル29による青色光等のケラ
レを抑制することができる。なお、入射開口部29A上の青色光等の投影範囲は、図15Bに示すように、楕円形状の長軸が入射開口部29Aの長辺と略平行に配置してもよい。
ここでいう楕円形状は、投影範囲の縦方向の強度分布の半値全幅(FWHM)と、横方向
の強度分布の半値全幅(FWHM)とに差があるような形状のことをいう。つまり、等方
的な強度分布を持たない形状のことである。
In the light source unit of the
The projection range on the
For example, as shown in FIG. 15A, the projection range of blue light or the like on the
The elliptical shape here means a shape in which there is a difference between the full width at half maximum (FWHM) of the intensity distribution in the vertical direction of the projection range and the full width at half maximum (FWHM) of the intensity distribution in the horizontal direction. In other words, it is a shape that does not have an isotropic intensity distribution.
このような構成を有する光源装置20における青色光の光路(以下、適宜「青色光光路
」という)について、図10Aを参照して説明する。青色光光路とは、レーザ光源21が
出射した励起光のうち、蛍光体ユニット26の励起光反射領域26Eで反射する光が進行
する光路をいう。
An optical path of blue light (hereinafter referred to as a “blue light optical path” as appropriate) in the
レーザ光源21から出射された青色光は、カップリングレンズ22により平行光に変換
される。カップリングレンズ22から出射された青色光は、第1の光学系23の大口径レ
ンズ23aによって集光及び合成された後、負レンズ23bによって平行光に変換される
。負レンズ23bから出射された青色光は、ダイクロイックミラー24の第1の領域24
Aで反射され、第2の光学系25に向かう。第1の領域24Aは、レーザ光源21から出
射された青色光を反射する反射面102aを構成する(図1参照)。上述した励起光の投
影像中心の点Pは、第1の領域24Aに形成される。
Blue light emitted from the
It is reflected at A and goes to the second
上述したように、ダイクロイックミラー24の第1の領域24Aは、第2の光学系25
の光軸に対して第1の光学系23側にずれて配置されている。このため、青色光光路は、
第2の光学系25(より具体的には、正レンズ25A)の第1の光学系23側の一部に入
射する。そして、青色光は、第2の光学系25の光軸に角度を有した状態で近づくように
進み、第2の光学系25(より具体的には、正レンズ25B)から出射する。第2の光学
系25から出射した青色光は、蛍光体ユニット26に入射する。
As described above, the
is shifted toward the first
The light enters a part of the second optical system 25 (more specifically, the
ここで、蛍光体ユニット26に入射した青色光は、励起光反射領域26Eに入射するも
のとする。励起光反射領域26Eに入射した青色光は、正反射される。励起光反射領域2
6Eで正反射された青色光は、第2の光学系25(より具体的には、正レンズ25B)に
おける第1の光学系23とは反対側の一部に入射する。そして、青色光は、第2の光学系
25の光軸に角度を有した状態で遠ざかるように進み、第2の光学系25(より具体的に
は、正レンズ25A)から出射する。
Here, it is assumed that the blue light incident on the
The blue light specularly reflected by 6E enters a part of the second optical system 25 (more specifically, the
第2の光学系25(より具体的には、正レンズ25A)から出射した青色光は、ダイク
ロイックミラー24の第2の領域24Bを透過する。蛍光体ユニット26から正反射され
た青色光の光束、或いは、第2の光学系25から出射してダイクロイックミラー24の第
2の領域24Bを透過した青色光の光束は、上述した蛍光体ユニット103から出射する
励起光の光束Qを構成する。上述のように、ダイクロイックミラー24の第2の領域24
Bは、励起光(及び蛍光光)を透過する光学特性を有している。このため、青色光の光束
(光束Q)がダイクロイックミラー24と交わる場合であっても、光利用効率の低下を抑
制することができる。
Blue light emitted from the second optical system 25 (more specifically, the
B has the optical property of transmitting excitation light (and fluorescence light). Therefore, even when the blue light beam (the light beam Q) intersects the
ダイクロイックミラー24の第2の領域24Bを透過した青色光は、屈折光学系27に
入射する。そして、青色光は、屈折光学系27の光軸に角度を有した状態で近づくように
進み、カラーホイール28を介してライトトンネル29に入射する。ライトトンネル29
の内部で複数回反射され、均一化された後、光源装置20の外部に配置された照明光学系
30に入射する。
The blue light that has passed through the
After being reflected multiple times inside the
次に、本実施の形態に係る光源装置20における蛍光光の光路(以下、適宜「蛍光光路
」という)について、図10Bを参照して説明する。なお、図10Bにおいては、説明の
便宜上、蛍光光の光路の一部を省略している。蛍光光路とは、レーザ光源21が出射した
励起光のうち、蛍光体ユニット26の蛍光領域26Dで波長変換される光が進行する光路
をいう。
Next, the optical path of fluorescent light (hereinafter referred to as “fluorescent light path” as appropriate) in
レーザ光源21から出射された青色光が蛍光体ユニット26に導かれるまでは、蛍光光
路は、上述した青色光光路と同様である。ここで、蛍光体ユニット26に入射した青色光
は、蛍光領域26Dに入射するものとする。蛍光領域26Dに入射した青色光は、蛍光体
に対する励起光として作用し、蛍光体により波長変換され、例えば、黄色の波長域を含む
蛍光光になると共に、反射コート26D1及び蛍光体層26D2の作用によりランバート
反射される。
Until the blue light emitted from the
蛍光領域26Dによってランバート反射された蛍光光は、第2の光学系25によって平
行光に変換される。第2の光学系25から出射した蛍光光は、ダイクロイックミラー24
を透過し、屈折光学系27に入射する。そして、蛍光光は、屈折光学系27の光軸に角度
を有した状態で近づくように進み、カラーホイール28を介してライトトンネル29に入
射する。ライトトンネル29の内部で複数回反射され、均一化された後、光源装置20の
外部に配置された照明光学系30に入射する。
The fluorescent light Lambertianly reflected by the
and enter the refractive
このように第1実施形態に係る光源装置20においては、レーザ光源21から出射され
る青色光の光路を、蛍光体ユニット26の反射前と反射後とで異ならせている。より具体
的には、レーザ光源21からダイクロイックミラー24の第1の領域24A上に投影され
る青色光の投影像中心の点(図1に示す点P)と、蛍光体ユニット26から反射する青色
光の光束(図1に示す光束Q)とが交わらないように青色光光路を形成している。これにより、蛍光体ユニット26から出射された青色光の光束が、レーザ光源21から出射された青色光の投影像中心に交わらないことから、青色光がダイクロイックミラー24上の同一箇所を透過するのを防止できるので、集光密度の上昇に起因してダイクロイックミラー24が破損する事態を抑制でき、信頼性を向上することができる。
As described above, in the
また、蛍光体ユニット26から出射される青色光の光路を分離するために位相差板や偏
光分離素子(偏光ビームスプリッター)等の特別な光学素子を用意する必要がないので、
部品点数を低減でき、製造コストを低減すると共に光源装置20を小型化することができ
る。さらに、位相差板や偏光分離素子等の偏光を操作する光学部品を使用しないので、光
学部品の反射率、透過率及び吸収率等による光利用効率の低下を抑制することができる。
In addition, since it is not necessary to prepare a special optical element such as a retardation plate or a polarization separation element (polarization beam splitter) in order to separate the optical path of the blue light emitted from the
The number of parts can be reduced, the manufacturing cost can be reduced, and the size of the
さらに、第1実施形態に係る光源装置20において、レーザ光源21から出射される青
色光は、偏光方向が一定の方向である直線偏光である。また、複数のレーザ光源21を有
する光源ユニットは、直線偏光の向きが全て同じになるように配置されている。このため
、光源ユニットから出射する光の直線偏光の向きは揃っている。直線偏光の向きは、光源
ユニットを配置する向きで決定できる。図15のように、ライトトンネル29の傾きに合
わせて光源ユニットを傾けると直線偏光の向きが変わってしまう。このように直線偏光の
向きが変わってしまうような状況下において、偏光分離素子等により偏光を操作する構成
である場合、偏光分離素子を透過する際に光利用効率が低下し得る。第1実施形態に係る
光源装置20においては、偏光を操作する構成を採用しないため、レーザ光源21の傾き
に起因して光利用効率が低下するのを防止することができる。
Furthermore, in the
(第2実施形態)
第2実施形態に係る光源装置201は、ダイクロイックミラーの構成において第1実施
形態に係る光源装置20と相違する。以下、第2実施形態に係る光源装置201の構成に
ついて、第1実施形態に係る光源装置20との相違点を中心に説明する。図16は、第2
実施形態に係る光源装置201を示す概略構成図である。図16Aにおいては、光源装置
201における青色光の光路を示しており、図16Bにおいては、光源装置201におけ
る蛍光光の光路を示している。なお、図16において、図10と共通の構成については、
同一の符号を付与して説明を省略する。また、図16Bにおいては、説明の便宜上、蛍光
光の光路の一部を省略している。
(Second embodiment)
A
1 is a schematic configuration diagram showing a
The same reference numerals are given and the description is omitted. Also, in FIG. 16B, part of the optical path of the fluorescent light is omitted for convenience of explanation.
図16に示すように、光源装置201においては、ダイクロイックミラー241を備え
る点のみで第1実施形態に係る光源装置20と相違する。ダイクロイックミラー241は
、ダイクロイックミラー24と同様に傾斜して配置される一方、ダイクロイックミラー2
4よりも短い長さを有している。ダイクロイックミラー24の寸法が短く構成されること
から、光源装置20を小型化することができる。ダイクロイックミラー241は、ダイク
ロイックミラー24の一部(第1の領域24A)と同様の光学特性を有している。
As shown in FIG. 16, the
It has a length less than 4. Since the dimension of the
図17は、第2実施形態に係る光源装置201が有するダイクロイックミラー241の
構成の一例を示す図である。なお、図17においては、第1の光学系23側から出射され
る青色光(励起光)の入射方向からダイクロイックミラー241を示している。図17に
示すように、ダイクロイックミラー241は、単一の領域241Aのみで構成されている
。
FIG. 17 is a diagram showing an example of the configuration of the
領域241Aは、第1の領域24Aと同様に、第1の光学系23(負レンズ23b)か
ら出射される青色光を反射し、蛍光体ユニット26の蛍光体により青色光から変換された
蛍光光を透過する光学特性を有している。また、領域241Aは、第1の領域24Aと同
一の位置に配置されている。すなわち、領域241Aは、第1の光学系23の光軸上に配
置される一方、第2の光学系25の光軸上に配置されず、第2の光学系25の光軸よりも
第1の光学系23側にずれた位置に配置されている。
The
このような構成を有する光源装置201における青色光光路及び蛍光光路について、図
16A及び図16Bを参照して説明する。図16Aに示すように、レーザ光源21から出
射された青色光が、蛍光体ユニット26の励起光反射領域26Eで反射され、第2の光学
系25に出射されるまでは、第1実施形態の青色光光路と同様である。第2実施形態に係
る光源装置201では、第1実施形態と異なり、第2の光学系25から出射された青色光
がダイクロイックミラー241を透過しない。蛍光体ユニット103から出射する青色光
の光束(光束Q)は、ダイクロイックミラー24と交わらない。一方、蛍光光路について
は、図16Bに示すように、第1実施形態と同様である。
The blue light path and fluorescence light path in the
第2実施形態に係る光源装置201においては、レーザ光源21から出射される青色光
の光路を、蛍光体ユニット26の反射前と反射後とで異ならせていることから、第1実施
形態に係る光源装置20と同様に、信頼性に優れると共に、小型化及び低コスト化を図る
ことができる。
In the
特に、光源装置201では、第2の光学系25の幅よりもダイクロイックミラー241
の幅を小さくすることができるため、光源装置201のサイズを小さくすることができる
。さらに、蛍光体ユニット26で反射した青色光の光路がダイクロイックミラー241を
透過しないため、当該ダイクロイックミラー241の透過率に起因する光利用効率の低下
を抑制することができる。
In particular, in the
can be reduced, the size of the
(第3実施形態)
第3実施形態に係る光源装置202は、レーザ光源21及びカップリングレンズ22か
らなる光源ユニット(以下、適宜「第1光源ユニット」という)に加え、レーザ光源21
1及びカップリングレンズ221からなる光源ユニット(以下、適宜「第2光源ユニット
」という)を有する点、並びに、第2光源ユニットからの励起光を第1光源ユニットから
の励起光に合成する偏光光学部品を有する点で、第2実施形態に係る光源装置201と相
違する。
(Third embodiment)
A
1 and a coupling lens 221 (hereinafter referred to as a “second light source unit”), and polarization optics for synthesizing the excitation light from the second light source unit with the excitation light from the first light source unit. It differs from the
以下、第3実施形態に係る光源装置202の構成について、第2実施形態に係る光源装
置201との相違点を中心に説明する。図18は、第3実施形態に係る光源装置202を
示す概略構成図である。図18Aにおいては、第3実施形態に係る光源装置202におけ
る青色レーザ光の光路を示しており、図18Bにおいては、第3実施形態に係る光源装置
202における蛍光光の光路を示している。なお、図18において、図16と共通の構成
については、同一の符号を付与して説明を省略する。また、図18Bにおいては、説明の
便宜上、蛍光光の光路の一部を省略している。
The configuration of the
図18に示すように、光源装置202においては、第2光源ユニットを構成するレーザ
光源211及びカップリングレンズ221を有している。第2光源ユニットは、レーザ光
源211から出射されるレーザ光が、第1光源ユニットのレーザ光源21から出射される
レーザ光と直交するように配置されている。
As shown in FIG. 18, the
レーザ光源211は、レーザ光源21と同様の構成を有している。すなわち、レーザ光
源211は、複数のレーザ光を出射する光源(レーザダイオード)がアレイ状に配置され
ており、例えば、発光強度の中心が455[nm]の青色光を出射する。ここで、レーザ
光源21、211は、いずれもP偏光を出射するように構成されている。カップリングレ
ンズ221は、カップリングレンズ22と同様に、レーザ光源211から出射された青色
光を入射し、平行光(コリメート光)に変換するレンズである。
The
光源装置202においては、偏光光学部品を構成する1/2波長板222及び偏光分離
素子223を有している。1/2波長板222は、複数のカップリングレンズ221に対
向して配置されている。1/2波長板222は、レーザ光源211から出射される青色光
のP偏光成分をS偏光成分に変換する。偏光分離素子223は、レーザ光源21から出射
される青色光及びレーザ光源211から出射される青色光の光路上に配置されている。偏
光分離素子223は、青色光のS偏光成分を反射する一方、青色光のP偏光成分を透過す
る光学特性を有している。
The
レーザ光源21から出射された青色光のP偏光成分は、偏光分離素子223を透過し、
第1の光学系23の大口径レンズ23aに入射される。一方、レーザ光源211から出射
される青色光のP偏光成分は、1/2波長板222によりS偏光に変換された後、偏光分
離素子223により反射され、第1の光学系23の大口径レンズ23aに入射される。
このようにして第2光源ユニットからの励起光(青色光)が、第1光源ユニットからの励起光(青色光)に合成される。
The P-polarized component of the blue light emitted from the
The light enters the
In this way, the excitation light (blue light) from the second light source unit is combined with the excitation light (blue light) from the first light source unit.
このような構成を有する光源装置202における青色光光路及び蛍光光路について、図
18A及び図18Bを参照して説明する。図18A及び図18Bに示すように、偏光分離
素子223により合成され、第1の光学系23の大口径レンズ23aに入射された後の青
色光光路及び蛍光光路は、第2実施形態と同様である。
The blue light optical path and fluorescent light path in the
第3実施形態に係る光源装置202においては、レーザ光源21から出射される青色光
の光路を、蛍光体ユニット26の反射前と反射後とで異ならせていることから、第2実施
形態に係る光源装置201と同様に、信頼性に優れると共に、小型化及び低コスト化を図
ることができる。特に、光源装置202では、第1光源ユニットからの励起光に第2光源
ユニットからの励起光を合成することから、励起光の輝度を高めることができ、光利用効
率を向上することができる。また、偏光光学部品を構成する1/2波長板222及び偏光
分離素子223で偏光を操作することから、光源から出射される光の偏光成分の混在の有
無に関わらず、光路の分離及び合成を実現することができる。
In the
(第4実施形態)
第4実施形態に係る光源装置203は、蛍光体ユニット26に代えて、蛍光体ユニット
を有する点で、第2実施形態に係る光源装置201と相違する。以下、第4実施形態に係
る光源装置203の構成について、第2実施形態に係る光源装置201との相違点を中心
に説明する。
(Fourth embodiment)
A
図19は、第4実施形態に係る光源装置203を示す概略構成図である。図19Aにお
いては、光源装置203における青色レーザ光の光路を示しており、図19Bにおいては
、光源装置203における蛍光光の光路を示している。なお、図19において、図16と
共通の構成については、同一の符号を付与して説明を省略する。また、図19Bにおいて
は、説明の便宜上、蛍光光の光路の一部を省略している。
FIG. 19 is a schematic configuration diagram showing a
第4実施形態に係る光源装置203においては、回転駆動される蛍光体ユニット26の
代わりに、回転駆動しない蛍光体ユニット(以下、適宜「静止蛍光体ユニット」という)
261を有いている。静止蛍光体ユニット261は、レーザ光源21から出射される青色
光(励起光)の一部をそのまま反射させる一方、青色光の他部を蛍光光に変換して出射(
放出)させる。
In the
261. The
release).
図20は、第4実施形態に係る光源装置203が有する静止蛍光体ユニット261の構
成を説明する模式図である。図20においては、静止蛍光体ユニット261を青色光の入
射方向と直交する方向から示している。図20に示すように、静止蛍光体ユニット261
は、励起光を反射する反射部材261aの上に、波長変換部材である蛍光体261bが積
層されて構成されている。例えば、反射部材261a及び蛍光体261bは、平面視にて
矩形状を有している。蛍光体261bは、反射部材261a上に塗布される。
FIG. 20 is a schematic diagram for explaining the configuration of the
is configured by stacking a
蛍光体261bは、入射した青色光(励起光)のうち、例えば、80%を蛍光光に変換
するものとする。静止蛍光体ユニット261に青色光が入射した場合、青色光の80%は
、蛍光体261bに対する励起光として作用し、蛍光体261bにより波長変換される。
これにより、例えば、発光強度の中心が550[nm]の黄色の波長域を含む蛍光光とな
ると共に、蛍光体261b及び反射部材261aの作用によりランバート反射される。
The
As a result, for example, the emitted light becomes fluorescent light including a yellow wavelength region with a center of emission intensity of 550 [nm], and is Lambertian reflected by the action of the
一方、入射した青色光(励起光)のうち、例えば、青色光の20%は、励起光としては
作用せず、反射部材261aによって反射される。したがって、この静止蛍光体ユニット
261に青色光が入射すると、青色光と蛍光光が同時に出射される。
On the other hand, of the incident blue light (excitation light), for example, 20% of the blue light does not act as excitation light and is reflected by the reflecting member 261a. Therefore, when blue light is incident on this
このような構成を有する光源装置203における青色光光路及び蛍光光路について、図
19A及び図19Bを参照して説明する。図19A及び図19Bに示すように、光源装置
203における青色光光路及び蛍光光路は、静止蛍光体ユニット261における波長変換
及び反射を除き、第2実施形態と同様である。
The blue light path and fluorescent light path in the
第4実施形態に係る光源装置203においては、レーザ光源21から出射される青色光
の光路を、静止蛍光体ユニット261の反射前と反射後とで異ならせていることから、第
2実施形態に係る光源装置201と同様に、信頼性に優れると共に、小型化及び低コスト
化を図ることができる。特に、光源装置203では、静止蛍光体ユニット261により、
青色光と蛍光光とが同時に出射されることから、蛍光体ユニットを回転駆動する必要がな
く、装置の製造コストを低減することができる。また、回転駆動用のモータを省略するこ
とができるので、静音化を図ると共に、モータの寿命に起因する信頼性の低下を防止する
ことができる。
In the
Since blue light and fluorescent light are emitted at the same time, there is no need to rotationally drive the phosphor unit, and the manufacturing cost of the device can be reduced. In addition, since a motor for rotational driving can be omitted, it is possible to reduce noise and prevent deterioration in reliability due to the life of the motor.
以下、本発明の実施形態を4例、実施形態1ないし実施形態4として説明する。
実施形態1ないし4は、上に説明した第1ないし第4実施形態における励起光、蛍光光の光路を3次元的に構成した形態である。
上述したように、図5Aにおいては、直線L1と直線L2とを含む面(すなわち、図5Aに示す紙面を含む平面)と、ロッドインテグレータ104の入射開口部104aの短辺SE1が略平行であることが好ましいとしたが、必ずしも平行でなくてもよい。
即ち、直線L2を中心軸として、ロッドインテグレータ104を若干回転してもよい。
Four embodiments of the present invention, ie,
As described above, in FIG. 5A, the plane including the straight lines L1 and L2 (that is, the plane including the paper surface shown in FIG. 5A) and the short side SE1 of the
That is, the
(実施形態1)
図21に示す実施形態1の光源装置は、直線L1、L2を含む面に対してロッドインテグレータ104の入射開口部の長辺が平行である場合の形態である。
本発明は、前述の如く「光学部材に入射する励起光の光路と光学部材で反射して集光素子に向かう励起光の光路(光学部材の前後の光路)を含む平面と、集光素子と波長変換ユニットの間の励起光の光路(波長変換ユニット前後の光路)を含む平面が平行とならないようにした」点に特徴の一端がある。
(Embodiment 1)
The light source device of
As described above, the present invention includes a plane including the optical path of the excitation light incident on the optical member and the optical path of the excitation light reflected by the optical member and directed to the condensing element (optical paths before and after the optical member), and the condensing element. One of the characteristics is that the planes including the optical path of the excitation light between the wavelength conversion units (optical paths before and after the wavelength conversion unit) are not parallel.
図21Aに示す構成は、図5Aの構成と同様である。図5においては、直線L1と直線L2とを含む面が「紙面を含む面内にある」とした。即ち、直線L1の延長線に直線L2が交わる」としたが、ここで説明する実施形態1では、直線L1の延長線と直線L2が交わらない構成である。
The configuration shown in FIG. 21A is similar to the configuration in FIG. 5A. In FIG. 5, it is assumed that the plane including the straight line L1 and the straight line L2 is "inside the plane including the plane of the paper". That is, the straight line L2 intersects the extension of the straight line L1." However, in
図21Aにおける符号につき説明する。
L0は、光源101から発する光線束の略中心部を起点とし点Pに至る光路(直線)である。
L1は、集光レンズ105に入射する励起光が投影する、集光レンズ105の入射面105a上の投影像中心と、反射面102a上の点Pとを結ぶ光路(直線)である。
L12は、入射面105a上の投影像を形成する光線束の略中心点を通過する光線が集光レンズ105の出射面105bから出て反射点Rに向かう光路(直線)である。
Qは、蛍光体ユニット103から出射する励起光の光束である。
Q1は、反射点Rで反射し、集光レンズ105に向かう光路である。
Q2は、集光レンズ106で屈折されて、ロッドインテグレータ104に入射する点Tに向かう光路である。
光路Q1、Q2は、光束の中心光線を代表とする光路であり、これらを光線Q1、Q2とも称する。また、光束Qについてもその中心光線を代表光線として、この代表光線を表すものとして光線Qとも称する。また、Q、Q1、Q2を、光線Q、Q1、Q2を含む光束としてとらえて、光束Q、光束Q1、光束Q2ともいう。
Uは、光線L1と光線L2の仮想交点である。
Vは、光線Q1と光線Qの仮想交点である。
Wは、光線Qと光線Q2との仮想交点である。
Reference numerals in FIG. 21A will be explained.
L0 is an optical path (straight line) starting from the substantially central portion of the bundle of rays emitted from the
L1 is an optical path (straight line) that connects the projected image center on the
L12 is an optical path (straight line) along which a ray of light passing through the approximate center point of the ray bundle forming the projected image on the
Q is the luminous flux of excitation light emitted from the
Q1 is an optical path that is reflected at the reflection point R and directed to the
Q2 is an optical path that is refracted by the condensing
The optical paths Q1 and Q2 are optical paths represented by the central ray of the luminous flux, and are also referred to as rays Q1 and Q2. Also, the luminous flux Q is also referred to as a ray Q, with its central ray as a representative ray, representing this representative ray. Also, Q, Q1, and Q2 are regarded as light fluxes including light rays Q, Q1, and Q2, and are also referred to as light flux Q, light flux Q1, and light flux Q2.
U is the virtual intersection of the light rays L1 and L2.
V is the virtual intersection point of the ray Q1 and the ray Q;
W is the virtual intersection point of the ray Q and the ray Q2.
また、3次元的な位置関係を明確にするために、反射面102aへ入射する方向をZ軸として、右手系のXYZ座標軸を図の如く定めた。
図21Aは、YZ平面をX軸の-の側から見た図であり、図21Bは、図21Aの状態をロッドインテグレータ104の側から見た図、即ち、ZX平面をY軸の+の側から見た図である。
In order to clarify the three-dimensional positional relationship, the direction of incidence on the reflecting
21A is a view of the YZ plane viewed from the - side of the X axis, and FIG. 21B is a view of the state of FIG. 21A viewed from the side of the
図21A、図21Bに示すように、光源101から発する光線は、直接あるいは折り返されて(図は直接)ダイクロイックミラー102へ向かうが、ダイクロイックミラー102へ入射する光線が直線L0に沿って進む。直線L0そのものを光線ととらえてもよい。
光源101から発する光は「一定の幅をもって、あるいは、離散的にすすむ光線の束」として扱うものとし、この「光線の束の略中心の光路」を直線L0とする。
光源は、単一、あるいは、ある面に対してアレイ状に配列した複数の発光部から成り立ち、単一ならその中心、複数なら複数配列された発光部の略中心として、その中心の光路が直線L0となる。
直線L0が発光部、あるいは発光部群の中心であることを限定するものではなく、あくまでも光線の束の略中心の光路とする。
直線L0に沿って進む光線は、点Pで反射し集光レンズ105に入射し、集光レンズ105の屈折作用で点Rに進む。この時、蛍光体ユニット103上の点Rは、反射領域となっており、点Rで正反射し、正反射した光線Q1は再び集光レンズ105に向かう。光束Q1は集光レンズの屈折作用で屈折し光束Qとなる。光束Qは集光レンズ106の集光作用により屈折し、光束Q2となって点Tへと向かう。
As shown in FIGS. 21A and 21B, the light beam emitted from the
The light emitted from the
The light source is composed of a single light emitting part or a plurality of light emitting parts arranged in an array on a certain surface. becomes L0.
The straight line L0 is not limited to being the center of the light-emitting portion or the light-emitting portion group, but rather the optical path at the approximate center of the bundle of rays.
A light ray traveling along the straight line L0 is reflected at the point P, enters the condensing
本来は、集光レンズ105を通過する光線は、レンズの境界で屈折して集光点Rに向かうのであるが、図においては、レンズ内部の点Uで屈折しているように描いている。これは、本発明の特徴を正しく伝えるために説明を簡単にするためであり、実際はレンズ界面(図3における105aや105b)を通過する際に屈折している。
点Rで反射した光線Q1が屈折して光線Qとなる屈曲点Vも同様であり、光線Qが集光レンズ106の屈折作用で、屈曲点Wで屈折し光線Q2となる屈曲点Wも同じである。
Originally, a light ray passing through the condensing
The same applies to the inflection point V where the ray Q1 reflected at the point R is refracted to become the ray Q. The same is true for the inflection point W where the ray Q is refracted at the inflection point W by the refraction action of the condensing
本発明の光源装置は、図21Bに示すように、直線L0と直線L1とを含む平面PL1と、直線L12と光束(光線)Q1とを含む平面PL2が「平行な関係でない(互いに非平行である。)」ことを特徴としている。
さらに、「直線L1上に沿って直進する光線を含む直線(直線L1の延長)が集光レンズ105による屈折力により、直線L2(点Rの垂線)が交わらない構成」となっている。
そして、実施形態1の光源装置では、ロッドインテグレータ104の入射開口部の長辺が、平面PL1に平行になっている。
In the light source device of the present invention, as shown in FIG. 21B, the plane PL1 including the straight lines L0 and L1 and the plane PL2 including the straight line L12 and the light flux (light beam) Q1 are not in a parallel relationship (non-parallel to each other). There is.)” is characterized.
Further, "a straight line (an extension of the straight line L1) including light rays traveling straight along the straight line L1 does not intersect with a straight line L2 (perpendicular to the point R) due to the refractive power of the
In the light source device of
(実施形態2)
図22に示す実施形態2の光源装置は、上に説明した実施形態1の変形例であり、ロッドインテグレータ104の入射開口部の長辺が、平面PL1に対して時計回りに若干回転している点が実施形態1と異なり、他の点は実施形態1と同一である。
(実施形態3)
図23に示す実施形態3の光源装置も、上に説明した実施形態1の変形例であり、ロッドインテグレータ104の入射開口部の長辺が、平面PLに対して反時計回りに若干回転している点が実施形態1と異なり、他の点は実施形態1と同一である。
(Embodiment 2)
The light source device of
(Embodiment 3)
The light source device of Embodiment 3 shown in FIG. 23 is also a modification of
実施形態2、3の何れの場合も、図22、図23から明らかなように、ロッドインテグレータ104の入射開口部の長辺は、平面PL1に対して「平行に近い」ので、ロッドインテグレータ104への入射光の大部分は、ロッドインテグレータの長辺に入射する。
実施形態1ないし3の光源装置はまた、蛍光体ユニット103の回転中心軸を定めたとき、この回転中心軸と光線L0が交わらない位置関係となるように光源ユニットと蛍光体ユニットが配置されていることが特徴的ともいえる。
ここで、光源101から発する光は一定の幅、あるいは、離散的にすすむ光線の束として扱つとしたが、あくまでも、それらの光線の束の略中心の光路を直線L0としている。光線の束は、一定の幅(太さ)を有しているので、中心から外れた端部は、回転中心軸と交わることもありうる。本発明の主旨は、光源101から発する光は一定の幅で、あるいは、離散的にすすむ光線の束の略中心の光線(光路)に沿う光路(直線)をL0、L1などとしている。
In both Embodiments 2 and 3, as is clear from FIGS. most of the incident light enters the long side of the rod integrator.
In the light source devices of
Here, although the light emitted from the
なお、図21B、図22、図23では、回転中心軸と光線L0が交わらない様子を誇張して描いている。
このような構成により、ロッドインテグレータ104の入射開口部104aの長辺に対応する内側面に当たるように励起光等を入射させることができるので、ロッドインテグレータ104内部における励起光等の反射回数の増加に伴って励起光等を均一化でき、励起光等における色むらの発生を抑制することができる。
また、実施形態2、3では、点Rと、第1の色光が投影するロッドインテグレータの入射開口部上の投影像中心とを結ぶ直線を直線L2とした場合に、直線L1と直線L2とを含む面と、ロッドインテグレータ入射開口部の短辺方向とが平行な関係とならないようにしている。つまり、ロットインテグレータ104を、直線L2を軸として回転させた。
このような構成により、内部反射面での反射回数をより増やすことが可能となり、均一化に大きな効果が得られる。
Note that FIGS. 21B, 22, and 23 exaggerate how the central axis of rotation and the light ray L0 do not intersect.
With such a configuration, the excitation light or the like can be incident so as to hit the inner side surface corresponding to the long side of the entrance opening 104 a of the
Further, in
With such a configuration, it becomes possible to increase the number of times of reflection on the internal reflection surface, and a large effect of uniformity is obtained.
特に、図22の実施形態では、ロットインテグレータ104へ到達する励起光は、ロッドインテグレータ104の長辺側に位置する内部反射領域に多くの光線が当たりやすくなる。つまり、励起光線の光束幅が大きくなると、図23の実施形態3よりも、図22の実施形態2のほうが「長辺側に位置する内部反射領域が広くなる」こともわかる。したがって、図22の実施形態2がより好ましい。
一方、もし、平面PL1と平面PL2が平行となるようなレイアウトにすると、ロットインテグレータの短辺側から入射することになり、均一化がしにくくなる。
従って、平面PL1と平面PL2を、平行でなく、望ましくは45度より大きく135度より小さい、即ち「略90度となる位置関係」にすることで、平面PL1と「ロットインテグレータ104の長辺方向」が揃っている場合など、ロットインテグレータ104の配置を変えることなく、励起光線の入射方向を「略90度」偏向させ、ロッドインテグレータ104の長辺側に位置する内部反射領域に多くの光線を導くことができる。したがって、均一化に効果がある。
平面PL1と平面PL2との成す角度を僅かであっても角度をつける(すなわち平行でない)ことによって、角度をなす方向に光路を折り曲げることができるので、装置の小型化へ効果がある。
また、より装置の容積を小さくするためには、平面PL1と平面PL2の成す角度を適切に設定すればより大きな効果を得ることができるが、その角度について、平面PL1と平面PL2との成す角度を上記の如く「略90度(すくなくとも、45度より大きく135度より小さい範囲)」とすることにしたことで、より立方的に光路を折り曲げることができ、光学系をコンパクトにできる。
In particular, in the embodiment of FIG. 22, many rays of excitation light reaching the
On the other hand, if the layout is such that the plane PL1 and the plane PL2 are parallel, the light will be incident from the short side of the lot integrator, making uniformity difficult.
Therefore, the plane PL1 and the plane PL2 are not parallel, and are desirably larger than 45 degrees and smaller than 135 degrees, that is, by making them "a positional relationship of approximately 90 degrees", the plane PL1 and the "long side direction of the
Even if the angle between the plane PL1 and the plane PL2 is slightly angled (that is, they are not parallel), the optical path can be bent in the direction forming the angle, which is effective in miniaturizing the apparatus.
Further, in order to further reduce the volume of the apparatus, a greater effect can be obtained by appropriately setting the angle formed by the planes PL1 and PL2. is set to "approximately 90 degrees (at least in the range of greater than 45 degrees and less than 135 degrees)" as described above, the optical path can be bent more cubic, and the optical system can be made compact.
さらに他の実施形態を実施形態4として説明する。
図24、図25、図26は、実施形態4の説明図である。
図24は、上に説明した実施形態1である図21Aと同じ方向から見たである。
図24において、図示を省略された光源(図21Aの光源101と同一である。)から発した光線は、紙面の奥行方向であるX軸の+方向に進み、レンズLN1、LN2を透過して、折り返しミラーBMでZ方向に折り返され、ミラーDMの反射面102a(図1A参照)に向かう。折り返しミラーBMで折り返したあとの光線は、図21A、図21B、図22、図23に記載した光路L0に相当し、概略機能は同じである。
つまり、図21ないし図23の反射ミラー102は、図24、図25、図26のミラーDMに相当する。
Still another embodiment will be described as a fourth embodiment.
24, 25, and 26 are explanatory diagrams of the fourth embodiment.
FIG. 24 is viewed from the same direction as FIG. 21A, the first embodiment described above.
In FIG. 24, a light ray emitted from a light source (same as the
21 to 23 corresponds to the mirror DM in FIGS. 24, 25 and 26. In FIG.
ミラーBMで折り返された光線は、Z方向、つまり図面上の右から左へ向かってすすむ光線L1となる(図21Bとは左右逆)。
つぎに、ミラーDMで紙面の下方向に折り返され、光路L1を辿って集光レンズLN3、LN4によって集光され、光路L12を通り蛍光体ユニットPW上の点Rに集光される。PW上の反射領域では、集光された光源光は反射され高速Qとなって再びレンズLN4、レンズLN3によって集光されミラーDMとは干渉せず(紙面の手前を通過、紙面の奥行方向での位置が異なるので)、ミラーDMの近傍を通過しレンズLN5へと向かう。
そして、レンズLN5により集光された光源光(励起光)は、ロッドインテグレータLTに到達する。ここでロッドインテグレータLTはYZ平面(紙面)に平行な方向が入射面の長辺に沿った配置である。実際は点Rの垂線を中心として多少回転している場合もあるので、長辺に沿っていると表記する。また、紙面に垂直な方向に沿っている。このとき、ロッドインテグレータLTに入射する光線(励起光)は、図24では、紙面に対して奥行方向からロッドインテグレータLTへ入射する光線となる。すなわちロッドインテグレータLTの長辺へ入射する光線が多い。
The light beam folded back by the mirror BM becomes a light beam L1 traveling in the Z direction, that is, from right to left on the drawing (left-right opposite to FIG. 21B).
Next, the light is folded downward in the plane of the drawing by the mirror DM, follows the optical path L1, is collected by the condensing lenses LN3 and LN4, and is condensed at the point R on the phosphor unit PW through the optical path L12. In the reflection area on PW, the condensed light source light is reflected and becomes high-speed Q and is again condensed by lenses LN4 and LN3 without interference with mirror DM (passing in front of the paper, in the depth direction of the paper). (because the position of ) is different), it passes near the mirror DM and goes to the lens LN5.
The light source light (excitation light) condensed by the lens LN5 reaches the rod integrator LT. Here, the rod integrator LT is arranged such that the direction parallel to the YZ plane (paper surface) is along the long side of the incident surface. Actually, it may be slightly rotated around the perpendicular line of the point R, so it is written as along the long side. Also, it is along the direction perpendicular to the plane of the paper. At this time, a light beam (excitation light) incident on the rod integrator LT becomes a light beam incident on the rod integrator LT from the depth direction with respect to the plane of FIG. 24 . That is, many rays are incident on the long sides of the rod integrator LT.
図25は、図24をY軸の周りに90度回転させた図である。
ミラーDMで折り返されて下方に向かう光線は、蛍光体ユニットPWの反射面で反射されて上方へ向かうが、それぞれの光線は、図示の如く互いに干渉しないで進み、レンズLN5で集光してカラーホイールCWを介してロッドインテグレータLTへと向かう。
ここでロッドインテグレータLTはXY平面(紙面)に平行な方向が短辺に沿った配置であり、ロッドインテグレータLTに入射する光線(励起光)は、図25においては、紙面に対して平行な方向からロッドインテグレータLTへ入射する光線となる。すなわちロッドインテグレータLTの長辺へ入射する光線が多い。
FIG. 25 is a diagram of FIG. 24 rotated 90 degrees around the Y-axis.
The light beams reflected by the mirror DM and directed downward are reflected by the reflecting surface of the phosphor unit PW and directed upward. Head to the rod integrator LT via the wheel CW.
Here, the rod integrator LT is arranged such that the direction parallel to the XY plane (paper surface) is along the short side, and the light beam (excitation light) incident on the rod integrator LT is directed parallel to the paper surface in FIG. to the rod integrator LT. That is, many rays are incident on the long sides of the rod integrator LT.
図26はロッドインテグレータ側から蛍光体ユニットを見た図であり、図23等に相当する方向であり、180度向見ている向きが異なるだけである。
また、図24、図25に示した通り、平面PL1と平面PL2は略90度となるようにしている。略90度とは45度より大きく、135度より小さい範囲である。このような構成を採用することで、光線L1と蛍光体ユニットPWから発する励起光の光束Qを含む光路とを離すことが可能となる。また、光束QをミラーDMと離しやすくなる。
また、平面PL1がロッドインテグレータLTの長辺に沿っていても、ロットインテグレータLTの入射位置から見たときに、励起光の入射方向を略90度回転するので、ロッドインテグレータLTの短軸方向から、励起光を入射させることができる。
FIG. 26 is a view of the phosphor unit viewed from the rod integrator side, which corresponds to the direction shown in FIG.
Further, as shown in FIGS. 24 and 25, the plane PL1 and the plane PL2 are set at approximately 90 degrees. Approximately 90 degrees is a range larger than 45 degrees and smaller than 135 degrees. By adopting such a configuration, it is possible to separate the light beam L1 from the optical path including the light beam Q of the excitation light emitted from the phosphor unit PW. Also, it becomes easier to separate the light flux Q from the mirror DM.
Even if the plane PL1 is along the long side of the rod integrator LT, the incident direction of the excitation light is rotated by approximately 90 degrees when viewed from the incident position of the lot integrator LT. , the excitation light can be incident.
以上の構成により、従来技術で必要であったPBSや波長板などは不要となり、構成が簡易になるとともに、光路を3次元的に折り曲げるので、ロッドインテグレータに到達する際の光線の方向を、自在にかえることができるようになった。
具体的には、ロッドインテグレータ104の入射開口部104aの長辺LE1(図5B参照)に対応する内側面に当たるように励起光を入射させることができる。それにより、ロッドインテグレータ104内部における励起光等の反射回数の増加に伴って励起光等を均一化でき、励起光等における色むらの発生を抑制することができる。
The above configuration eliminates the need for the PBS and wavelength plate that were required in the prior art, simplifies the configuration, and bends the optical path three-dimensionally. It is now possible to switch to
Specifically, the excitation light can be made to enter the inner surface corresponding to the long side LE 1 (see FIG. 5B) of the entrance opening 104 a of the
上述した各実施形態では、本発明の好適な実施具体例を示したが、本発明はその内容に限定されることはない。特に、各実施形態で例示した各部の具体的形状および数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例にすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。このように、本発明は、本実施形態で説明した内容に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することができる。 Although the preferred embodiments of the present invention have been shown in each of the above-described embodiments, the present invention is not limited to the contents thereof. In particular, the specific shape and numerical values of each part exemplified in each embodiment are merely examples of specific implementations performed when carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention may not be construed as being limited by these. It should not exist. As described above, the present invention is not limited to the contents described in the present embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the scope of the invention.
1 :プロジェクタ装置
10 :筐体
20 :光源装置
21 :レーザ光源
21A :レーザーダイオード
22 :カップリングレンズ
23 :第1の光学系
23a :大口径レンズ
23b :負レンズ
24 :ダイクロイックミラー
24A :領域(第1の領域)
24B :領域(第1の領域)
25 :第2の光学系
25A、25B:正レンズ
26 :蛍光体ユニット
27 :屈折光学系
28 :カラーホイール
29 :ライトトンネル
29A :入射開口部
30 :照明光学系
40 :画像形成素子
50 :投射光学系
60 :冷却装置
100 :光源装置
101 :光源
101a :発光面
102 :ダイクロイックミラー
102a :反射面
103 :蛍光体ユニット
103a :出射面
103b :入射面
104 :ロッドインテグレータ
104a :入射開口部
104b :出射開口部
105 :集光レンズ
105a :入射面
105b :出射面
106 :屈折レンズ
201、202、203:光源装置
211 :レーザ光源
221 :カップリングレンズ
222 :1/2波長板
223 :偏光分離素子
241 :ダイクロイックミラー
241A :領域
261 :蛍光体ユニット(静止蛍光体ユニット)
261a :反射部材
261b :蛍光体
1: projector device 10: housing 20: light source device 21:
24B: area (first area)
25: Second
261a:
Claims (28)
第1の色光を出射する励起光源と、
前記励起光源から出射された前記第1の色光を反射する反射面を有する光学部材と、
前記光学部材で反射された前記第1の色光が入射し、前記第1の色光の少なくとも一部を前記第1の色光とは異なる波長の第2の色光に変換して出射する波長変換部材を有する波長変換ユニットと、
前記光学部材と前記波長変換ユニットとの間の光路上に設けられ、前記光学部材で反射された前記第1の色光を集光し、前記波長変換ユニットから出射される第一の色光および前記第2の色光を集光する集光素子を備え、
前記光学部材の前記反射面上における前記第1の色光の中心を点Pとし、
前記波長変換ユニット上に集光、投影される前記第1の色光の投影像中心を点Rとし、
前記波長変換ユニットから出射される第一の色光の前記集光素子によって集光される光束をQとし、
前記励起光源から発する光線束の略中心と前記点Pに至る光路をLO、
前記点Pから前記集光素子に至る直線(光路)をL1、
前記集光素子から前記点Rに至る光路をL12、
前記点Rから出射し前記集光素子に至る光路をQ1としたとき、
前記点Pと前記光束Qが交わらないことと、前記光路L0と光路L1とを含む平面PL1と、光路L12と光路Q1とを含む平面PL2とは平行とならないことを特徴とした光源装置。 A light source device,
an excitation light source that emits a first color light;
an optical member having a reflecting surface that reflects the first color light emitted from the excitation light source;
a wavelength conversion member that receives the first colored light reflected by the optical member, converts at least part of the first colored light into second colored light having a wavelength different from that of the first colored light, and emits the second colored light; a wavelength conversion unit having
provided on an optical path between the optical member and the wavelength conversion unit, condenses the first color light reflected by the optical member, and emits the first color light and the first color light emitted from the wavelength conversion unit; Equipped with a condensing element for condensing two colored lights,
Let the center of the first color light on the reflecting surface of the optical member be a point P,
A projection image center of the first color light condensed and projected onto the wavelength conversion unit is defined as a point R,
Let Q be the luminous flux of the first color light emitted from the wavelength conversion unit and condensed by the condensing element,
The optical path from the approximate center of the ray bundle emitted from the excitation light source to the point P is LO,
A straight line (optical path) from the point P to the condensing element is L1,
L12 is the optical path from the condensing element to the point R,
When the optical path from the point R to the condensing element is Q1,
A light source device characterized in that the point P and the light flux Q do not intersect, and a plane PL1 including the optical paths L0 and L1 and a plane PL2 including the optical paths L12 and Q1 are not parallel.
前記第1の色光が入射すると、前記第1の色光と前記第2の色光とを前記第1の色光の入射面側に順次切り替えて出射することを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の光源装置。 The wavelength conversion unit includes a first region that reflects or diffusely reflects the first color light reflected by the optical member, and the wavelength conversion member provided with the first color light reflected by the optical member. and a region that converts and emits the second color light,
When the first colored light is incident, the first colored light and the second colored light are sequentially switched to the incident surface side of the first colored light and emitted. The light source device according to any one of items.
前記第1の色光が入射すると、前記第1の色光と前記第2の色光とを併せて前記第1の色光の入射面側に出射することを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の光源装置。 The wavelength conversion unit is provided with the wavelength conversion member in a region where the first color light reflected by the optical member is incident, and the wavelength conversion member converts part of the incident first color light into the first color light. converting into two colored lights and reflecting a part of the first colored lights reflected by the optical member;
4. The apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein when the first colored light is incident, the first colored light and the second colored light are collectively emitted to the incident surface side of the first colored light. 1. The light source device according to 1.
前記波長変換ユニットから出射された前記第1の色光及び/又は前記第2の色光を前記光ミキシング素子に導く導光手段と、を更に備えることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1項に記載の光源装置。 a light mixing element for mixing the first colored light and/or the second colored light emitted from the wavelength conversion unit;
6. The apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising light guiding means for guiding the first colored light and/or the second colored light emitted from the wavelength conversion unit to the light mixing element. 1. The light source device according to 1.
前記集光素子で集光され、前記波長変換ユニットに入射する前記第1の色光の入射面と前記直線1との交点を点Sとした場合に、
前記点Rと前記点Sの位置が異なることを特徴とする請求項1から請求項7の何れか1項に記載の光源装置。 A straight line 1 is a straight line connecting the center of the projection image on the incident surface of the light collecting element projected by the first color light incident on the light collecting element after being reflected by the reflecting surface and the point P,
When the point S is the intersection of the straight line 1 and the plane of incidence of the first color light condensed by the condensing element and incident on the wavelength conversion unit,
8. The light source device according to claim 1, wherein positions of said point R and said point S are different.
前記導光手段は屈折光学素子であることを特徴とする請求項6に記載の光源装置。 The light mixing element is a rod integrator,
7. A light source device according to claim 6, wherein said light guiding means is a refractive optical element.
前記ロッドインテグレータの入射開口部に対して最も大きな角度で入射する前記第1の色光の光線の入射角をθ1とし、前記ロッドインテグレータの入射開口部に対して最も大きな角度で入射する前記第2の色光の光線の入射角をθ2とし、前記ガラスロッドインテグレータの全反射条件をθglassとした場合に、
前記θglassは、前記θ1と前記θ2より大きく設定されることを特徴とする請求項10から請求項16の何れか1項に記載の光源装置。 The rod integrator is composed of a glass rod integrator,
Let θ1 be the incident angle of the ray of the first color light incident on the incident aperture of the rod integrator at the largest angle, and the second color light incident on the incident aperture of the rod integrator at the largest angle. When the incident angle of the colored light rays is θ2 and the total reflection condition of the glass rod integrator is θ glass ,
17. The light source device according to claim 10, wherein the [theta] glass is set larger than the [theta]1 and the [theta]2.
前記レーザーダイオードから出射される前記第1の色光が投影する前記ロッドインテグレータの入射開口部上の投影範囲が楕円形状であり、
前記楕円形状の長軸が前記ロッドインテグレータの入射開口部の長辺又は短辺と略平行に配置されることを特徴とする請求項10から請求項17のいずれかに記載の光源装置。 The excitation light source includes a plurality of laser diodes arranged in an array,
a projection range on an entrance opening of the rod integrator projected by the first color light emitted from the laser diode is elliptical;
18. The light source device according to any one of claims 10 to 17, wherein the long axis of the elliptical shape is arranged substantially parallel to the long side or short side of the entrance opening of the rod integrator.
前記レーザーダイオードから出射する前記第1の色光の発散角において行方向又は列方向のうち大きい方向の発散角をθとし、
隣り合う前記レーザーダイオードのピッチをpとし、
前記レーザーダイオードの発光点から前記カップリングレンズまでの距離をLとした場合に、前記レーザーダイオードの配置間隔が以下の式を満たすことを特徴とする請求項1から請求項19のいずれかに記載の光源装置。
1 ≦ p/Ltanθ≦ 4 The excitation light source is composed of a plurality of laser diodes arranged in rows and columns, and a light source unit provided with a coupling lens on the emission surface side of the laser diode,
Let θ be the divergence angle of the first color light emitted from the laser diode in the larger direction of the row direction or the column direction,
Let p be the pitch of the adjacent laser diodes,
20. The method according to any one of claims 1 to 19, wherein the arrangement interval of the laser diodes satisfies the following formula, where L is the distance from the light emitting point of the laser diode to the coupling lens. light source device.
1 ≤ p/L tan θ ≤ 4
前記励起光源から出射された前記第1の色光は、前記大口径素子で集光された後、前記平行化素子で略平行光とされ、前記光学部材に入射することを特徴とする請求項1から請求項25のいずれか1項に記載の光源装置。 A large-diameter element having a positive power along the traveling direction of the first color light and a collimating element having a negative power are arranged on an optical path between the excitation light source and the optical member,
2. The first color light emitted from the excitation light source is condensed by the large-diameter element, converted into substantially parallel light by the collimating element, and incident on the optical member. 26. A light source device according to any one of claims 25 to 25.
前記光源装置から出射された光を画像表示素子へ導く照明光学系と、
前記照明光学系により導かれた光を用いて前記画像表示素子により生成された画像を投影する投射光学系と、を備えることを特徴とする画像投射装置。 a light source device according to any one of claims 1 to 26;
an illumination optical system for guiding light emitted from the light source device to an image display element;
and a projection optical system for projecting an image generated by the image display element using the light guided by the illumination optical system.
第1の色光を出射する励起光源と、
前記励起光源から出射された前記第1の色光を反射する反射面を有する光学部材と、
前記光学部材で反射された前記第1の色光が入射し、前記第1の色光の少なくとも一部を前記第1の色光とは異なる波長の第2の色光に変換して出射する波長変換部材を有する波長変換ユニットと、
前記光学部材と前記波長変換ユニットとの間の光路上に設けられ、前記光学部材で反射された前記第1の色光を集光し、前記波長変換ユニットから出射される第一の色光および前記第2の色光を集光する集光素子を備え、
前記光学部材の前記反射面上における前記第1の色光の中心を点Pとし、
前記波長変換ユニット上に集光、投影される前記第1の色光の投影像中心を点Rとし、
前記波長変換ユニットから出射される第一の色光の前記集光素子によって集光される光束をQとし、
前記励起光源から発する光線束の略中心と前記点Pに至る光路をLO、
前記点Pから前記集光素子に至る直線(光路)をL1、
前記集光素子から前記点Rに至る光路をL12、
前記点Rから出射し前記集光素子に至る光路をQ1としたとき、
前記点Pと前記光束Qが交わらないことと、
前記光路L0と光路L1とを含む平面PL1と、光路L12と光路Q1とを含む平面PL2は、平行でないことを特徴とした光源光学系。
A light source optical system ,
an excitation light source that emits a first color light;
an optical member having a reflecting surface that reflects the first color light emitted from the excitation light source;
a wavelength conversion member that receives the first colored light reflected by the optical member, converts at least part of the first colored light into second colored light having a wavelength different from that of the first colored light, and emits the second colored light; a wavelength conversion unit having
provided on an optical path between the optical member and the wavelength conversion unit, condenses the first color light reflected by the optical member, and emits the first color light and the first color light emitted from the wavelength conversion unit; Equipped with a condensing element for condensing two colored lights,
Let the center of the first color light on the reflecting surface of the optical member be a point P,
A projection image center of the first color light condensed and projected onto the wavelength conversion unit is defined as a point R,
Let Q be the luminous flux of the first color light emitted from the wavelength conversion unit and condensed by the condensing element,
The optical path from the approximate center of the ray bundle emitted from the excitation light source to the point P is LO,
A straight line (optical path) from the point P to the condensing element is L1,
L12 is the optical path from the condensing element to the point R,
When the optical path from the point R to the condensing element is Q1,
that the point P and the luminous flux Q do not intersect;
A light source optical system, wherein a plane PL1 including the optical paths L0 and L1 and a plane PL2 including the optical paths L12 and Q1 are not parallel.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019200035A JP7338409B2 (en) | 2019-11-01 | 2019-11-01 | Light source device, image projection device and light source optical system |
PCT/IB2020/060125 WO2021084449A1 (en) | 2019-11-01 | 2020-10-29 | Light-source device, image projection apparatus, and light-source optical system |
US17/760,768 US12066752B2 (en) | 2019-11-01 | 2020-10-29 | Light-source device, image projection apparatus, and light-source optical system |
CN202080074496.0A CN114585968A (en) | 2019-11-01 | 2020-10-29 | Light source device, image projection device, and light source optical system |
EP20803279.7A EP4052094A1 (en) | 2019-11-01 | 2020-10-29 | Light-source device, image projection apparatus, and light-source optical system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019200035A JP7338409B2 (en) | 2019-11-01 | 2019-11-01 | Light source device, image projection device and light source optical system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021071688A JP2021071688A (en) | 2021-05-06 |
JP7338409B2 true JP7338409B2 (en) | 2023-09-05 |
Family
ID=75713116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019200035A Active JP7338409B2 (en) | 2019-11-01 | 2019-11-01 | Light source device, image projection device and light source optical system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7338409B2 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013250285A (en) | 2012-05-30 | 2013-12-12 | Hitachi Media Electoronics Co Ltd | Light source device and image display unit |
WO2015104801A1 (en) | 2014-01-08 | 2015-07-16 | Necディスプレイソリューションズ株式会社 | Light source device and projection-type display device |
JP2015132665A (en) | 2014-01-10 | 2015-07-23 | 三菱電機株式会社 | Laser source device and projector |
JP2017098202A (en) | 2015-11-27 | 2017-06-01 | キヤノン株式会社 | Illumination optical system and image projection device |
JP2018040961A (en) | 2016-09-08 | 2018-03-15 | キヤノン株式会社 | Image projection device |
JP2019159287A (en) | 2018-03-16 | 2019-09-19 | 株式会社リコー | Illumination optical unit |
US20190331990A1 (en) | 2018-04-28 | 2019-10-31 | Qisda Corporation | Projector |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108802986B (en) * | 2017-05-02 | 2020-06-19 | 台达电子工业股份有限公司 | Laser projection light source |
-
2019
- 2019-11-01 JP JP2019200035A patent/JP7338409B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013250285A (en) | 2012-05-30 | 2013-12-12 | Hitachi Media Electoronics Co Ltd | Light source device and image display unit |
WO2015104801A1 (en) | 2014-01-08 | 2015-07-16 | Necディスプレイソリューションズ株式会社 | Light source device and projection-type display device |
JP2015132665A (en) | 2014-01-10 | 2015-07-23 | 三菱電機株式会社 | Laser source device and projector |
JP2017098202A (en) | 2015-11-27 | 2017-06-01 | キヤノン株式会社 | Illumination optical system and image projection device |
JP2018040961A (en) | 2016-09-08 | 2018-03-15 | キヤノン株式会社 | Image projection device |
JP2019159287A (en) | 2018-03-16 | 2019-09-19 | 株式会社リコー | Illumination optical unit |
US20190331990A1 (en) | 2018-04-28 | 2019-10-31 | Qisda Corporation | Projector |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021071688A (en) | 2021-05-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3722874B1 (en) | Light source device, image projection apparatus, light source optical system | |
US9249949B2 (en) | Lighting device and projection-type display device using the same including a color-combining prism | |
JP7543819B2 (en) | Light source device and image projection device | |
US9348206B2 (en) | Light source apparatus and projector having a light combiner with a polarization separation film | |
JP7434808B2 (en) | Light source device and image projection device | |
US10451959B2 (en) | Light source device and projector | |
JP2020024318A (en) | Light source device and projector | |
JP7413740B2 (en) | Light source device, image projection device, and light source optical system | |
CN107436529B (en) | Light source device and projection display device | |
CN112540499A (en) | Projector with a light source | |
CN108681198B (en) | Light source device and projection display device | |
WO2020135299A1 (en) | Wavelength conversion device, light-emitting device and projection device | |
JP7338409B2 (en) | Light source device, image projection device and light source optical system | |
US12066752B2 (en) | Light-source device, image projection apparatus, and light-source optical system | |
JP7338410B2 (en) | Light source device, image projection device and light source optical system | |
JP7342624B2 (en) | Light source device, image projection device, and light source optical system | |
US20230251558A1 (en) | Light source device and projection apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220914 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230522 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230530 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230719 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230725 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230807 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7338409 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |