JPWO2017018372A1 - Light source device and projection device - Google Patents
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Abstract
光学系の構成を簡素化できると共に、元の励起光とこれから得た照明光とをより効率的に分離でき、光の利用効率を高めた光源装置、及びかかる光源装置を組み込んだ投影装置を提供する。励起光ELを射出する励起光源であるレーザーアレイ51と、励起光ELの照射を受けて蛍光光FLを含む照明光L2を射出する被照射体41と、被照射体41から射出された照明光L2を導く照明光学系と、励起光源と被照射体との光路間に配置され、照明光L2を透過及び反射の別によって励起光ELの光路から分離する偏光分離面32aを有する偏光分離素子32とを備え、偏光分離素子32は、偏光分離面32aの法線と照明光学系の光軸SXとのなす角が50°以上80°以下となるよう配置されている。Provided are a light source device capable of simplifying the configuration of the optical system, more efficiently separating the original excitation light and the illumination light obtained therefrom, and improving the light use efficiency, and a projection device incorporating such a light source device To do. A laser array 51 that is an excitation light source that emits the excitation light EL, an irradiated object 41 that emits the illumination light L2 including the fluorescent light FL when irradiated with the excitation light EL, and an illumination light emitted from the irradiated object 41 A polarization separation element 32 having a polarization separation surface 32a disposed between the illumination optical system for guiding L2 and the optical path between the excitation light source and the irradiated object and separating the illumination light L2 from the optical path of the excitation light EL by transmission and reflection. The polarization separation element 32 is arranged so that the angle formed by the normal line of the polarization separation surface 32a and the optical axis SX of the illumination optical system is 50 ° or more and 80 ° or less.
Description
本発明は、投影装置に組み込まれる画像表示素子の照明に適する光源装置、及びかかる光源装置を組み込んだ投影装置に関する。 The present invention relates to a light source device suitable for illumination of an image display element incorporated in a projection device, and a projection device incorporating such a light source device.
近年、プロジェクターの光源に半導体レーザー(LD)や発光ダイオード(LED)が採用されることが増えてきている。 In recent years, semiconductor lasers (LDs) and light emitting diodes (LEDs) are increasingly used as light sources for projectors.
オフィス等で用いる大型のプロジェクターには、一般的には高圧水銀ランプが用いられているが、半導体レーザーで蛍光体を励起させ光源とする製品が増えてきている。例えば、半導体レーザーを励起光源として用いて、照明用の3原色を作り出す手法が公知となっている(特許文献1〜2参照)。 High-pressure mercury lamps are generally used for large projectors used in offices and the like, but an increasing number of products use a semiconductor laser to excite a phosphor as a light source. For example, a technique for creating three primary colors for illumination using a semiconductor laser as an excitation light source is known (see Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、特許文献1では、蛍光体ホイールを透過させる波長の光と蛍光体ホイールで反射させる波長の光とが混在する照明光学系となるため、光学系のレイアウトのために空間を広く確保する必要がある。さらに、蛍光体ホイールの透過後の光学系が別途必要となるため、部品点数が増加してしまい生産性も良くない。 However, in Patent Document 1, since the illumination optical system is a mixture of light having a wavelength that is transmitted through the phosphor wheel and light having a wavelength that is reflected by the phosphor wheel, it is necessary to ensure a wide space for the layout of the optical system. There is. Furthermore, since an optical system after passing through the phosphor wheel is required separately, the number of parts increases and the productivity is not good.
一方で、特許文献2のように、蛍光体ホイールで青の励起光を含む全ての波長の光を反射する光学系を採用した場合は、装置の小型化と生産性の向上との双方でメリットがある。反射型の蛍光体ホイールを光源として用いる照明光学系においては、光源から蛍光体へ入射するまでの励起光の光路と、蛍光体ホイールから表示パネルまでの照明光の光路とを偏光ビームスプリッターを用いて分離する構成がとられ、この場合、偏光ビームスプリッターは、光軸に対して45°となるように傾けて配置される。しかしながら、偏光ビームスプリッターを光軸に対して45°傾けて使用した場合、S偏光とP偏光との遮断波長の差を大きくすることができない。そのため、偏光ビームスプリッターの製造時の膜厚のバラツキによる遮断波長のずれや、光源に波長のバラツキや波長変化があった場合、励起光と照明光との分離が不十分となりやすいという問題がある。 On the other hand, when an optical system that reflects light of all wavelengths including blue excitation light is adopted by the phosphor wheel as in Patent Document 2, it is advantageous in both downsizing the apparatus and improving productivity. There is. In an illumination optical system that uses a reflective phosphor wheel as a light source, a polarization beam splitter is used for the excitation light path from the light source to the phosphor and the illumination light path from the phosphor wheel to the display panel. In this case, the polarization beam splitter is disposed so as to be inclined at 45 ° with respect to the optical axis. However, when the polarization beam splitter is used at an angle of 45 ° with respect to the optical axis, the difference in cutoff wavelength between the S-polarized light and the P-polarized light cannot be increased. For this reason, there is a problem that separation of excitation light and illumination light tends to be insufficient when there is a shift in cutoff wavelength due to film thickness variations during the manufacture of a polarizing beam splitter, or when there are wavelength variations or wavelength changes in the light source. .
また、特許文献3のように、青色ではなく紫外の励起光を用いる場合、偏光ビームスプリッターに代えてダイクロイックミラーを用いて、光源から蛍光体へ入射するまでの励起光の光路と、蛍光体ホイールから表示パネルへ入射するまでの照明光の光路とを分離する構成がとられる。この場合、偏光分離が不十分となる問題は生じないが、紫外の励起光を小型の半導体レーザーによって効率よく発生させることは容易でない。また、青色、緑色、赤色の3色の蛍光体が必要となるためコスト増になる。 In addition, as in Patent Document 3, when using excitation light that is not blue but ultraviolet, a dichroic mirror is used instead of the polarization beam splitter, and the optical path of the excitation light from the light source to the phosphor and the phosphor wheel The light path from the illumination light to the display panel is separated from the light path. In this case, there is no problem of insufficient polarization separation, but it is not easy to efficiently generate ultraviolet excitation light with a small semiconductor laser. Further, since phosphors of three colors of blue, green and red are necessary, the cost is increased.
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、光学系の構成を簡素化できると共に、元の励起光とこれから得た照明光とをより効率的に分離でき、光の利用効率を高めた光源装置、及びかかる光源装置を組み込んだ投影装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described background art, and can simplify the configuration of the optical system, can more efficiently separate the original excitation light and the illumination light obtained therefrom, and can improve the light utilization efficiency. It is an object of the present invention to provide an enhanced light source device and a projection device incorporating such a light source device.
上記目的を達成するため、本発明に係る光源装置は、励起光を射出する励起光源と、励起光の照射を受けて蛍光光を含む照明光を射出する被照射体と、被照射体から射出された照明光を導く照明光学系と、励起光源と被照射体との光路間に配置され、照明光を透過及び反射の別によって励起光の光路から分離する偏光分離面を有する偏光分離素子とを備え、偏光分離素子は、偏光分離面の法線と照明光学系の光軸とのなす角が50°以上80°以下となるよう配置されている。 In order to achieve the above object, a light source device according to the present invention includes an excitation light source that emits excitation light, an irradiated object that emits illumination light including fluorescent light upon irradiation with the excitation light, and an emitted light from the irradiated object. An illumination optical system that guides the emitted illumination light, and a polarization separation element that is disposed between the optical path of the excitation light source and the irradiated object, and has a polarization separation surface that separates the illumination light from the optical path of the excitation light by transmission and reflection The polarization separation element is arranged such that the angle formed between the normal line of the polarization separation surface and the optical axis of the illumination optical system is 50 ° or more and 80 ° or less.
上記光源装置では、偏光分離素子は、偏光分離面の法線と照明光学系の光軸とのなす角が50°以上80°以下の角度で配置されているので、S偏光とP偏光との遮断波長の差を大きく確保することができ、偏光分離素子の製造バラツキによる遮断波長のずれや、光源に波長のバラツキや波長変化があった場合でも、励起光と照明光との分離を十分効率的なものとできる。これにより、光の効率的な利用が可能となり、明るい照明光を射出させることができる。 In the above light source device, the polarization separation element is arranged at an angle of 50 ° or more and 80 ° or less between the normal line of the polarization separation surface and the optical axis of the illumination optical system. A large difference in the cutoff wavelength can be secured, and the separation of the excitation light and illumination light is sufficiently efficient even when there is a shift in the cutoff wavelength due to manufacturing variations of the polarization separation element, or when there is a wavelength variation or wavelength change in the light source. It can be done. As a result, the light can be used efficiently, and bright illumination light can be emitted.
本発明に係る投影装置は、上述の光源装置と、光源装置によって照明される画像表示素子と、画像表示素子により形成される像を投影する投影光学系と、を備える。 A projection device according to the present invention includes the above-described light source device, an image display element illuminated by the light source device, and a projection optical system that projects an image formed by the image display element.
上記投影装置では、小型ながら高い光利用効率の光源装置を組み込んでいるので、小型で高輝度の投影が可能な投影装置を提供することができる。 Since the projection device incorporates a light source device having high light utilization efficiency in spite of its small size, it is possible to provide a projection device that is compact and capable of projecting with high brightness.
〔第1実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第1実施形態の光源装置を組み込んだ投影装置について説明する。[First Embodiment]
A projection apparatus incorporating the light source device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に示すように、第1実施形態に係る投影装置2は、多様な映像信号に対応する画像の投影を可能にするものであり、光源装置21、偏光ビームスプリッター22、反射型液晶素子23、投影光学系26、及び回路部29を備える。
As shown in FIG. 1, the projection device 2 according to the first embodiment enables projection of images corresponding to various video signals, and includes a
投影装置2のうち光源装置21は、励起光ELとして機能するレーザー光L1を略平行な状態で射出するビーム形成部31と、励起光ELの光路から蛍光光FL等を含む照明光L2の光路を分離する偏光分離素子32と、レーザー光L1の偏光状態を変化させる位相差板33と、レーザー光L1を励起光ELとして被照射体41上に集光するとともに被照射体41からの蛍光光FL等を略平行な光線として取り出すコンデンサーレンズ34と、レーザー光L1から蛍光光FLを生成するとともにレーザー光L1を反射する被照射体41を有する光照射板35と、偏光分離素子32を通過した照明光L2の強度を均一化する均一化光学系36と、照明光L2の反射型液晶素子23への入射角度を調整するフィールドレンズ38とを備える。以上において、均一化光学系36、フィールドレンズ38等は、照明光学系を構成する。
The
なお、後に詳述するが、光照射板35は、レーザー光L1の照明下で照明光L2を射出するが、具体的には、その回転にともなって緑色光、赤色光、及び青色光を周期的に切り換えつつ射出する。
As will be described in detail later, the
偏光ビームスプリッター(PBS)22は、偏光方向に応じて光路を分岐する光学素子である。偏光ビームスプリッター22は、一対の直角プリズムを貼り合わせたものであり、貼合わせ面において、一方の直角プリズムの斜面には、光源装置21から入射した所定方向の直線偏光である照明光L2を選択的に透過させる偏光分離膜からなる偏光分離面22aが形成されている。この偏光ビームスプリッター22により、光源装置21から射出された照明光L2を透過させ、後述する反射型液晶素子23に入射させることができる。また、偏光ビームスプリッター22により、この反射型液晶素子23で反射された映像光L3を反射し、投影光学系26に入射させることができる。ここで、偏光分離面22aは、これを基準とするP偏光を透過させS偏光を反射するものとなっている。
The polarization beam splitter (PBS) 22 is an optical element that branches an optical path according to the polarization direction. The
反射型液晶素子23は、映像光L3を形成する表示パネルすなわち画像表示素子であり、特に空間的に反射率を変化させることによって照明光L2から映像光L3を形成する点でライトバルブ又は空間光変調素子と言える。反射型液晶素子(画像表示素子)23は、板状の電子部品である画像表示パネルからなる。この反射型液晶素子23は、LCOS(liquid crystal on silicon)とも称されるマイクロディスプレイであり、シリコンチップの表面に直接回路が形成され対向基板との間に液晶層を挟み込んだものである。反射型液晶素子23は、液晶層に対し駆動信号に応じた電圧が画素毎に印加されると、液晶分子の配列を変化させることで照明光L2を変調し、反射によって所望の画像を表示するものである。図示のように、偏光分離面22aを基準とするP偏光を照明光L2として反射型液晶素子23に入射させる構成をとる場合、偏光分離面22aを基準とするS偏光が映像光L3として反射される。
The reflective
投影光学系26は、詳細な説明を省略するが、画像表示素子である反射型液晶素子23から得られる像を拡大してスクリーンその他の被投影体(不図示)に投影する。投影光学系26は、複数のレンズ群及び/又は反射面からなり、一部のレンズ群を光軸SX方向に移動させることにより、フォーカシングや変倍を行わせることができる。
Although a detailed description is omitted, the projection
回路部29のうち、映像駆動回路25は、コンピューター等の端末機器を含む種々のコンテンツ・ソース(不図示)から入力された映像信号に基づいて反射型液晶素子23に表示動作を行わせる。光源駆動回路27は、光源装置21のビーム形成部31に設けたレーザーアレイ51に点灯動作を行わせて、蛍光体ホイールである光照射板35に対してレーザー光L1を照射させる。
Of the
制御回路28は、映像駆動回路25、光源駆動回路27等の動作を統括的に制御する。制御回路28は、光源駆動回路27を介して光源装置21を動作させてこれから照明光L2を射出させるとともに、映像駆動回路25を介して反射型液晶素子23に映像信号に対応する駆動信号を出力させ画像の表示動作を行わせる。この際、映像駆動回路25は、駆動部39を介して光照射板35の回転位置を監視しており、光照射板35の回転軸RXを中心とする回転に伴って光照射板35から順次射出される青色光、緑色光、及び赤色光に同期させて反射型液晶素子23に各色の表示動作を行わせる。
The
以下、図2Aを参照して、光源装置21の構成要素、機能、動作等について詳細に説明する。
Hereinafter, the components, functions, operations, and the like of the
まず、ビーム形成部31は、レーザーアレイ51と、コリメーターアレイであるフライアイ光学系52と、ビーム縮小レンズ53とを含む。ここで、レーザーアレイ51は、被照射体41に組み込まれた蛍光体に対する励起光源であるとともに、青色用の照明光源ともなっている。レーザーアレイ(励起光源)51は、青色のレーザー光L1を射出する発光源としてのレーザーダイオード51a(以下、LDとも呼ぶ)を2次元的に配列することによって構成されたものであり、偏光方向の揃った光を射出する。レーザーアレイ51がアレイ状に配列された複数のレーザーダイオード51aを有することにより、光源を小型化しつつ大光量の励起光ELを得ることができる。なお、レーザー光L1は、偏光分離素子32を基準とするS偏光の青色光である。フライアイ光学系52は、レーザーアレイ51を構成する多数のLD(発光源)51aに対応して多数のレンズ素子を含む。フライアイ光学系52は、レーザーアレイ51を構成する各LD(発光源)51aから射出されたレーザー光L1(青色光)を略平行光線とする。ビーム縮小レンズ53は、正及び負レンズを組み合わせたアフォーカル系であり、レーザー光L1を略平行光線のままにしてその光線径を減少させ、所望の断面積を有するレーザー光L1とする。
First, the
図2Aに示す偏光分離素子32は、平板状の光学素子であり、レーザーアレイ(励起光源)51と被照射体41との光路間である、ビーム形成部31と光照射板35との間又は光照射板35と均一化光学系36との間に配置されて、照明光L2を励起光ELの光路から分離する。より詳細には、偏光分離素子32は、青色光についてはP偏光を透過させるとともにS偏光を選択的に反射する通常の偏光分離ミラーとしての機能と、緑色光及び赤色光を選択的に透過させるダイクロイックミラーとしての機能とを有する。偏光分離素子32は、平行平板の片面に誘電体多層膜からなる偏光分離面32aを形成したものであり、S偏光である青色の励起光ELを反射し、被照射体41側から青色光のままで逆行し偏光方向を変えられてP偏光となった青色光を透過させて均一化光学系36に導く。また、偏光分離素子32は、励起光ELの照射によって被照射体41で発生し励起光ELに対して逆進する緑色及び赤色の蛍光光FLを偏光方向に関わらず透過させて均一化光学系36に導く。このように、偏光分離素子32は、レーザーアレイ51側から入射した青色光を励起光ELとして反射するとともに、被照射体41側から入射した蛍光光FL及び青色光を照明光L2として透過させる。これにより、被照射体41等の配置を簡潔なものとできる。また、偏光分離素子32が、励起光ELによる励起によって被照射体41から射出された蛍光光FLと、励起光ELを被照射体41で反射させることによって得た光とを、照明光L2として、レーザーアレイ51から被照射体41に向けての励起光ELの光路から分離することにより、蛍光光FLを無駄なく効率良く取り出すことができる。また、このように構成することで、被照射体41を励起光EL及び蛍光光FLを照明光L2として利用する反射型のものとすることができ、省スペースで簡潔な照明光学系とできる。
The
ここで、偏光分離素子32に設けた偏光分離面32aは、その法線を基準として照明光L2の光軸SXに対して50°以上であって80°以下の角度θで配置されている。見方を変えれば、偏光分離素子32の偏光分離面32aの光軸SXに対する傾き角φは、10°以上であって40°以下となっている。偏光分離面32aの角度θを50°以上80°以下とすることにより、詳細は後述するが、青色におけるS偏光の反射波長とP偏光の透過波長との差を大きくすることができ、偏光分離素子32の製造バラツキによる遮断波長のずれや、光源波長のバラツキや変化があった場合でも、励起光ELと照明光L2との分離を良くすることができ、光の利用効率を高めることができる。一方、偏光分離面32aの角度θは、50°以上70°以下とすれば、より好ましく、偏光分離面32aのサイズが照明光L2の光束断面に比較して大きくなりすぎることを防止でき、光源装置21の小型化が容易になる。なお、偏光分離素子32は、プリズムで構成されたものであってもよい。
Here, the
位相差板33は、複屈折性の材料からなる1/4波長板である。位相差板33は、偏光分離素子32で反射されたS偏光の励起光ELを透過させてS偏光から円偏光とする。また、位相差板33は、励起に利用されず被照射体41側から戻ってきた青色光(すなわち励起光ELとして用いられなかったレーザー光L1)を透過させて円偏光からP偏光とする。これにより、位相差板33を経て被照射体41側から戻ってきた青色光すなわち励起に利用されなかったレーザー光L1は、偏光分離素子32を殆ど通過し、均一化光学系36に効率的に導かれる。つまり、偏光分離素子32と位相差板33とを組み合わせることにより、青色光を励起光ELとして利用しつつ照明光L2としても効率的に利用することができる。
The
コンデンサーレンズ34は、偏光分離素子32で反射されたレーザー光L1を励起光ELとして光照射板35の被照射体41に集光する。また、コンデンサーレンズ34は、被照射体41の蛍光体で発生した緑色及び赤色の蛍光光FLを集めて偏光分離素子32に導く。コンデンサーレンズ34は、光照射板35の被照射体41において蛍光体とは別に設けられた散乱性の反射面で反射されたレーザー光L1すなわち青色光を集めて偏光分離素子32に導く役割も有する。
The
図2Bに示すように、光照射板35は、蛍光体ホイールであり、環帯状の被照射体41と、これを支持する基板42とを有する。被照射体41には、3つの領域AR1〜AR3が設けられている。被照射体41において、緑色領域AR1は、励起光ELの照射によって形成された緑色波長域の蛍光光FLを、励起光ELに対して逆行するように射出する。赤色領域AR2は、励起光ELの照射によって形成された赤色波長域の蛍光光FLを、励起光ELに対して逆行するように射出する。青色領域AR3は、レーザー光L1を若干拡散させつつ反射する。
As shown in FIG. 2B, the
図2Aに戻って、ビーム形成部31から射出され偏光分離素子32で反射されたレーザー光L1は、励起光ELとして光照射板35の被照射体41のうち緑色領域AR1や赤色領域AR2に入射した場合、緑色や赤色の蛍光光FLすなわち照明光L2を発生する。また、ビーム形成部31から射出され偏光分離素子32で反射されたレーザー光L1は、光照射板35の被照射体41のうち青色領域AR3に入射した場合、そのまま青色の照明光L2として反射される。つまり、照明光L2には、レーザー光L1から得た緑色及び赤色の蛍光光FLのほかに、レーザー光L1自体である青色光が含まれる。
Referring back to FIG. 2A, the laser light L1 emitted from the
なお、詳細な説明を省略するが、図1に示す均一化光学系36は、偏光分離素子32を通過した照明光L2を集光する集光レンズ36aと、集光レンズ36aからの照明光L2を一端で受けて均一な強度分布の光線束として他端から射出させる導光ロッド36bとを有する。フィールドレンズ38は、図示の例では複数のレンズで構成され、導光ロッド36bの他端から射出される照明光L2が適度の収束角又は発散角で反射型液晶素子23に入射するように調整する。
Although not described in detail, the homogenizing
以下、光源装置21に組み込まれている偏光分離素子32の光軸SXに対する角度の調整とその意義について説明する。
Hereinafter, adjustment of the angle of the
偏光分離素子32の偏光分離面32aにおいて、その法線と光軸SXとの角度θは、通常の用い方では、45°に設定される。しかしながら、本願発明者は、角度θを45°とした場合、青色のS偏光を反射しつつ青色のP偏光を透過させる効率が下がる傾向が生じることを確認した。そのため、本実施形態では、偏光分離素子32の光軸SXに対する角度θを50°〜80°とした。
In the
なお、ビーム形成部31から偏光分離素子32に入射させるレーザー光L1の光軸は、偏光分離素子32に対してその傾斜の角度θ(=50°〜80°)と略一致する角度となるように設定されている。つまり、ビーム形成部31と光照射板35とは、偏光分離素子32を挟んで対称的に配置されている。
It should be noted that the optical axis of the laser light L1 incident on the
図3Aは、図1等に示す偏光分離素子32として組み込まれる具体例の光透過特性を示すグラフである。ここで、偏光分離素子32の偏光分離面32aの法線と光軸SXとの角度θを60°に設定している。グラフにおいて、横軸は入射光の波長を示し、縦軸は透過率を示す。また、実線は、S偏光の透過率を示し、点線は、P偏光の透過率を示す。なお、図3Bは、同じ偏光分離素子32であって、角度θを45°に設定した場合の光透過特性を示すグラフである。一点鎖線は、S偏光の透過率を示し、二点鎖線は、P偏光の透過率を示す。
FIG. 3A is a graph showing the light transmission characteristics of a specific example incorporated as the
具体例の図3Aにおいて、実線で示すS偏光の遮断波長と点線で示すP偏光の遮断波長との差である分離波長幅Δλは、37nmとなり、一方、比較例の図3Bにおいて、分離波長幅Δλは、23nmと狭くなる。このことから、θ=60°に配置した場合、一般的なθ=45°に配置するよりもS偏光とP偏光との分離を確実なものとできることが分かる。 In FIG. 3A of the specific example, the separation wavelength width Δλ, which is the difference between the cutoff wavelength of the S-polarized light indicated by the solid line and the cutoff wavelength of the P-polarized light indicated by the dotted line, is 37 nm, whereas in FIG. Δλ is as narrow as 23 nm. From this, it can be seen that, when arranged at θ = 60 °, separation of S-polarized light and P-polarized light can be made more reliable than when arranged at a general θ = 45 °.
比較例のように分離波長幅Δλが狭い場合、例えばレーザーアレイ51の発光波長に幅がありバラツキがあると、S偏光の反射率又はP偏光の透過率のいずれかが劣化する。さらに、偏光分離面32aの製造誤差で遮断波長がずれても、S偏光の反射率又はP偏光の透過率のいずれかが劣化する。ここで、レーザーアレイ51の発光波長幅を狭め或いはバラツキを低減することは容易でない。また、偏光分離面32aの遮断波長を正確に制御することも容易でなく、仮に正確に制御しようとすると過度のコスト増加を招く。
When the separation wavelength width Δλ is narrow as in the comparative example, for example, if the emission wavelength of the
すなわち、角度θを50°〜80°とすることにより、光源の発光波長のずれやバラツキ及び、偏光分離面の製造誤差があっても、高い効率を維持したまま、確実にS偏光とP偏光との分離が可能になるということである。 That is, by setting the angle θ to 50 ° to 80 °, even if there is a deviation or variation in the light emission wavelength of the light source and a manufacturing error of the polarization separation surface, the S-polarized light and the P-polarized light are reliably maintained while maintaining high efficiency. It is possible to separate them.
図4Aは、図3A及び3Bの遮断波長及びその周辺を拡大し重ねて表示したものである。偏光分離素子32の偏光分離面32aの法線と光軸SXとの角度θが45°から60°へと大きくなると、偏光分離の効率80%を満足する帯域DBが広がる。例えば中心波長を450nmとして±10nmの範囲で偏光を分離する用途では、角度θが45°の場合、帯域DBが狭く、十分な偏光分離が確保できないおそれがあることが分かる。一方、角度θが60°の場合、帯域DBが広くなり、十分な偏光分離が確保でき、光の効率的な利用が可能になる。
FIG. 4A is an enlarged view of the cutoff wavelength and its periphery of FIGS. 3A and 3B. When the angle θ between the normal line of the
図4Bは、偏光分離効率が80%となるP偏光の波長と、偏光分離素子32の偏光分離面32aの法線及び光軸SX間の角度θとの関係をグラフ化したものである。また、図4Cは、偏光分離効率が80%となるS偏光の波長と角度θとの関係をグラフ化したものである。図4Bによれば、角度θの増加に伴ってP偏光分離効率80%に対応する波長が徐々に短波長側にシフトし、図4Cによれば、角度θの増加に伴ってS偏光分離効率80%に対応する波長が徐々に長波長側にシフトしている。以上のことから、角度θを45°よりも大きくし、60°程度であれば、P偏光分離効率80%とS偏光分離効率80%との波長差を1.5倍程度以上に大きくでき、偏光分離素子32での青色光すなわち光源光の損失を低減することができる。
FIG. 4B is a graph showing the relationship between the wavelength of P-polarized light having a polarization separation efficiency of 80%, the normal line of the
以上で説明したように、第1実施形態に係る光源装置21では、偏光分離素子32の偏光分離面32aの法線が照明光学系の光軸SXに対して50°以上の角度で配置されているので、S偏光とP偏光との遮断波長の差である分離波長幅Δλを大きく確保することができ、励起光ELと照明光L2との分離を十分効率的なものとできる。これにより、光の効率的な利用が可能となるので、省スペースで簡潔な光学系を有する明るい光源を提供することができる。
As described above, in the
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態に係る光源装置について説明する。なお、第2実施形態の光源装置は第1実施形態の光源装置を変形したものであり、特に説明しない事項は第1実施形態と同様である。[Second Embodiment]
The light source device according to the second embodiment will be described below. The light source device according to the second embodiment is a modification of the light source device according to the first embodiment, and matters not specifically described are the same as those in the first embodiment.
図5に示すように、第2実施形態の光源装置21は、偏光分離素子32の反射及び透過の特性を反転させ、光照射板35の配置を変更したものとなっている。具体的には、偏光分離素子32は、青色光であるレーザー光L1についてはP偏光を選択的に透過させるとともにS偏光を反射する偏光分離ミラーとしての機能と、青色より長波長の蛍光光FLである緑色光及び赤色光を選択的に反射するダイクロイックミラーとしての機能とを有する。すなわち、偏光分離素子32は、P偏光である励起光ELを透過させ、被照射体41側から青色光のままで逆行し偏光方向を変えられてS偏光となったレーザー光L1や、励起光ELを照射されて被照射体41で発生した緑色及び赤色の蛍光光FLを反射して均一化光学系36に導く。
As shown in FIG. 5, the
図6Aは、図5に示す偏光分離素子32として組み込まれる具体例の光透過特性を示すグラフである。ここで、偏光分離素子32の偏光分離面32aの法線と光軸SXとの角度θは60°に設定している。グラフにおいて、実線は、S偏光の透過率を示し、点線は、P偏光の透過率を示す。なお、図6Bは、同じ偏光分離素子32であって、角度θを45°に設定した場合の光透過特性を示すグラフである。一点鎖線は、S偏光の透過率を示し、二点鎖線は、P偏光の透過率を示す。
6A is a graph showing the light transmission characteristics of a specific example incorporated as the
図6Aに示す具体例における分離波長幅Δλは、図6Bに示す比較例における分離波長幅Δλよりも十分広くなっている。これにより、例えば波長450nmの青色のP偏光であるレーザー光L1を偏光分離素子32において高い効率で殆ど透過させて光照射板35に導きつつ、光照射板35で反射されて戻ってきた青色のS偏光であるレーザー光L1を偏光分離素子32において高い効率で殆ど反射させて均一化光学系36に導くことができる。
The separation wavelength width Δλ in the specific example shown in FIG. 6A is sufficiently wider than the separation wavelength width Δλ in the comparative example shown in FIG. 6B. Thus, for example, the blue P-polarized laser beam L1 having a wavelength of 450 nm is transmitted through the
以上、実施形態に係る光源装置等について説明したが、本発明に係る光源装置等は、上記のものには限られない。例えば、光源装置21、投影光学系26等の具体的な構成は、図示のものに限らず用途等に応じて適宜変更することができる。
The light source device according to the embodiment has been described above, but the light source device according to the present invention is not limited to the above. For example, the specific configurations of the
また、画像表示素子として、反射型液晶素子23に代えてデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を用いることができる。この場合、偏光ビームスプリッター22に代えてDMDに照明光を入射させ、DMDからの反射光を投影光学系26に導くプリズムを配置すればよい。さらに、画像表示素子として、反射型液晶素子23に代えて透過型の液晶素子又は液晶パネルを用いてもよい。
Further, a digital micromirror device (DMD) can be used as an image display element instead of the reflective
ビーム形成部31において、レーザーアレイ51に代えてLEDアレイを用いることもできるが、この際、LEDアレイからの光の偏光方向を偏光分離素子32への入射前に揃えることが望ましい。
In the
上記実施形態では、光照射板35の被照射体41で緑色及び赤色の蛍光光FLを発生させているが、被照射体41で緑色の蛍光光FLのみを発生させることができる。この場合において、3原色の表示を可能にするには、図1の光学系において、例えばダイクロイックミラー等を適所に組み込んで赤色光を照明光L2の光路に導くことができ、或いは偏光分離素子32を挟んでビーム形成部31の反対側に赤色の光源を配置するとともに偏光分離素子32の光学特性を変更し、赤色光を偏光分離素子32で反射させて照明光L2の光路に導くことができる。
In the embodiment described above, the green and red fluorescent lights FL are generated by the
例えば図1の光学系において、ダイクロイックミラーとしての機能を有する偏光分離素子32に代えて一般的な偏光ビームスプリッターを用いることができる。この場合、緑色及び赤色の蛍光光FLの特定偏光成分(具体的にはS成分)が偏光分離素子32によって予めカットされる。
For example, in the optical system of FIG. 1, a general polarization beam splitter can be used instead of the
均一化光学系36は、導光ロッド36b等を用いるものに限らず、フライアイレンズ等を用いるものとできる。また、均一化光学系36に設けた導光ロッド36bの前段、例えば集光レンズ36aと導光ロッド36bとの間に、緑色及び赤色の蛍光の偏光方向を揃える偏光変換素子を配置することもできる。
The homogenizing
反射型液晶素子23は、偏光ビームスプリッター22の反射特性の切り換えや光源装置21に対する配置関係の変更によって、偏光ビームスプリッター22を挟んで投影光学系26の反対側に配置することができる。この場合、偏光ビームスプリッター22により、光源装置21から射出された照明光L2を反射させ、反射型液晶素子23に入射させることができるとともに、反射型液晶素子23で反射された映像光L3を透過させ、投影光学系26に入射させることができる。
The reflective
Claims (7)
励起光の照射を受けて蛍光光を含む照明光を射出する被照射体と、
前記被照射体から射出された照明光を導く照明光学系と、
前記励起光源と前記被照射体との光路間に配置され、照明光を透過及び反射の別によって励起光の光路から分離する偏光分離面を有する偏光分離素子と、
を備え、
前記偏光分離素子は、前記偏光分離面の法線と前記照明光学系の光軸とのなす角が50°以上80°以下となるよう配置されている光源装置。An excitation light source that emits excitation light;
An irradiated body that emits illumination light including fluorescent light upon irradiation with excitation light;
An illumination optical system for guiding illumination light emitted from the irradiated body;
A polarization separation element that is disposed between the excitation light source and the irradiation target and has a polarization separation surface that separates illumination light from the excitation light path by transmission and reflection; and
With
The polarization separation element is a light source device arranged such that an angle formed between a normal line of the polarization separation surface and an optical axis of the illumination optical system is 50 ° or more and 80 ° or less.
前記被照射体は青色光を反射する領域と、青色光による励起によって前記青色光と異なる可視域の蛍光光を発する領域とを有し、
前記偏光分離素子は、位相差板と組み合わせて用いられ、前記励起光源からの特定方向の偏光である青色光を前記被照射体に導くとともに、前記被照射体で反射され前記位相差板で偏光の方向を変えられた青色光と前記蛍光光とを、それぞれ照明光の光路に導く、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光源装置。The excitation light source emits blue light as excitation light,
The irradiated object has a region that reflects blue light, and a region that emits fluorescent light in a visible range different from the blue light by excitation with blue light,
The polarization separation element is used in combination with a retardation plate, guides blue light, which is polarized light in a specific direction, from the excitation light source to the irradiated body, and is reflected by the irradiated body and polarized by the retardation plate. The light source device according to claim 1, wherein the blue light and the fluorescent light whose directions are changed are guided to an optical path of illumination light, respectively.
前記光源装置によって照明される画像表示素子と、
前記画像表示素子により形成される像を投影する投影光学系と、
を備える投影装置。The light source device according to any one of claims 1 to 6,
An image display element illuminated by the light source device;
A projection optical system for projecting an image formed by the image display element;
A projection apparatus comprising:
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