JP2011165550A

JP2011165550A - 光源装置およびプロジェクター

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Publication number: JP2011165550A
Application number: JP2010028620A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hayashi; 克彦林
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】所望の方向に光を出射することができる光源装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る光源装置１００は、第１の光Ｌ１を出射する発光素子２０と、第１の光Ｌ１により励起されて第２の光Ｌ２を発する蛍光発光部３０と、第２の光Ｌ２を反射させる鏡面１２を有する凹面鏡１０と、を含み、鏡面１２は、第１領域１２ａと、第２領域１２ｂと、を有し、第１領域１２ａは、鏡面１２と、鏡面１２の回転軸Ｒと、の交点Ｐを有し、第２領域１２ｂは、第１領域１２ａを囲んでおり、蛍光発光部３０は、第２領域１２ｂを避けて、第１領域１２ａに設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

プロジェクターや照明装置などの光源用の光源装置として、発光ダイオードや半導体レーザー等の発光素子を用いた光源装置が期待されている。例えば特許文献１には、発光ダイオードが導光板の側面に配置された構造において、発光ダイオードからの入射光を導光板内の蛍光体粒子に照射し、所定の波長光を出射する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、蛍光体粒子からの波長光が発散してしまい、光の利用効率が低下する場合がある。

特開２００９−１６２８９号公報

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、所望の方向に光を出射することができる光源装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記光源装置を有するプロジェクターを提供することにある。

本発明に係る光源装置は、
第１の光を出射する発光素子と、
前記第１の光により励起されて第２の光を発する蛍光発光部と、
前記第２の光を反射させる鏡面を有する凹面鏡と、
を含み、
前記鏡面は、第１領域と、第２領域と、を有し、
前記第１領域は、前記鏡面と、前記鏡面の回転軸と、の交点を有し、
前記第２領域は、前記第１領域を囲んでおり、
前記蛍光発光部は、前記第２領域を避けて、前記第１領域に設けられている。

このような光源装置によれば、第２の光を所望の方向に出射させることができる。さらに、鏡面の全面に蛍光発光部が設けられている場合に比べて、蛍光発光部の量を少なくできる。したがって、安価な光源装置を得ることができる。

本発明に係る光源装置において、
前記凹面鏡の材質は、金属であることができる。

このような光源装置によれば、蛍光発光部の放熱性を向上させることができる。

本発明に係る光源装置において、
前記発光素子は、前記凹面鏡に支持されていることができる。

このような光源装置によれば、発光素子の放熱性を向上させることができる。

本発明に係る光源装置において、
前記発光素子は、半導体レーザーであることができる。

このような光源装置によれば、半導体レーザーは、他の固体光源と比べて照射領域が小さいため、例えば、ピンポイントで蛍光発光部を照射することができる。

本発明に係る光源装置において、
前記第１領域の面積は、前記第２領域の面積より小さいことができる。

このような光源装置によれば、さらに、蛍光発光部の量を少なくできる。

本発明に係る光源装置において、
前記発光素子は、複数設けられていることができる。

このような光源装置によれば、光源装置の高出力化を図ることができる。

本発明に係る光源装置において、
複数の前記発光素子は、前記鏡面側から平面視して、前記蛍光発光部に対して回転対称に配置されていることができる。

このような光源装置によれば、蛍光発光部を対称性よく照射することができる。したがって、第２の光を、より均一な光強度分布とすることができる。

本発明に係るプロジェクターは、
本発明に係る光源装置と、
前記光源装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む。

このようなプロジェクターによれば、光源装置は、所望の方向に出射させることができるので、光の利用効率を向上させることができる。

本実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図。本実施形態に係る光源装置を模式的に示す平面図。本実施形態に係るプロジェクターを模式的に示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．光源装置
まず、本実施形態に係る光源装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る光源装置１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係る光源装置１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。また、図２では、便宜上、第２の光Ｌ２の図示を省略している。

光源装置１００は、図１および図２に示すように、凹面鏡１０と、発光素子２０と、蛍光発光部３０と、を含む。

凹面鏡１０の材質としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属が挙げられる。これにより、発光素子２０および蛍光発光部３０の放熱性を向上させることができる。なお、凹面鏡１０の材質は、金属に限らず、例えば、ガラスでもよい。

凹面鏡１０は、鏡面１２を有する。鏡面１２は、凹面鏡１０の内側の鏡面である。鏡面１２は、例えば、回転軸Ｒを軸として、２次曲線を回転させて得ることのできる面である。鏡面１２は、蛍光発光部３０が発する第２の光Ｌ２を反射させることができる。鏡面１２の形状は、図１に示すように、反射された第２の光Ｌ２が平行光となるような形状であってもよい。

鏡面１２は、第１領域１２ａおよび第２領域１２ｂを有している。第１領域１２ａは、鏡面１２と、鏡面１２の回転軸Ｒと、の交点Ｐを有している。第１領域１２ａの平面形状は、図２に示すように、点Ｐを中心とする円であってもよい。第２領域１２ｂは、第１領域１２ａを囲んでいる。第２領域１２ｂの平面形状は、点Ｐを中心とする円であってもよい。図示の例では、第１領域１２ａおよび第２領域１２ｂは、互いに接している。例えば、第１領域１２ａの面積は、第２領域１２ｂの面積より小さい。

発光素子２０は、第１の光Ｌ１を出射する。第１の光Ｌ１は、蛍光発光部３０を照射する。蛍光発光部３０は、第１の光Ｌ１により励起されて第２の光Ｌ２を発する。すなわち、第１の光Ｌ１は、蛍光発光部３０を励起するための励起光ともいえ、第２の光Ｌ２は、該励起光によって発せられる蛍光光ともいえる。第１の光Ｌ１は、例えば、波長変換効率のよい青色光や近紫外光などの短波長の光である。発光素子２０としては、例えば、半導体レーザーを用いることができる。半導体レーザーは、他の固体光源と比べて照射領域が小さいため、例えば、ピンポイントで蛍光発光部３０を照射することができる。そのため、光の利用効率を向上させることができる。なお、発光素子２０としては、半導体レーザーに限定されず、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いてもよい。

発光素子２０は、例えば、凹面鏡１０に支持されて設けられている。発光素子２０は、図２の例では、８つ設けられているが、その数は特に限定されない。図２に示す例では、複数の発光素子２０は、凹面鏡１０の鏡面１２側から平面視して、蛍光発光部３０に対して回転対称な位置に配置されている。すなわち、複数の発光素子２０は、凹面鏡１０の鏡面１２側から平面視して、凹面鏡１０を囲むように等間隔に配置されている。これにより、蛍光発光部３０を対称性よく照射することができる。したがって、蛍光発光部３０が発する第２の光Ｌ２を、複数の発光素子が対称に配置されていない場合に比べて、より均一な光強度分布とすることができる。

蛍光発光部３０は、第１の光Ｌ１により励起されて発光する。蛍光発光部３０を励起させて得られる第２の光Ｌ２は、鏡面１２において反射され、照明光として、外部を照明する。蛍光発光部３０は、例えば、第１の光Ｌ１により励起されて発光する蛍光体、および蛍光体を分散させるための樹脂またはガラスで構成されている。

蛍光発光部３０は、鏡面１２の第２領域１２ｂを避けて、鏡面１２の第１領域１２ａに設けられている。図２に示す例では、蛍光発光部３０の平面形状は、第１領域１２ａの平面形状と同じである。すなわち、蛍光発光部３０は、鏡面１２の回転軸Ｒ上に配置されている。図１に示す例では、蛍光発光部３０の断面形状は、略四角形であるが、特に限定されるものではない。

蛍光光である第２の光Ｌ２の色は、蛍光体を励起させる第１の光Ｌ１の色（波長）と、蛍光体の組成との組み合わせにより決定される。すなわち、第１の光Ｌ１の色（波長）に応じて蛍光体の種類を変えることで蛍光光の色を制御することができる。蛍光体の組成の一例として、以下のものを挙げることができる。

第１の光Ｌ１が青色の場合、第２の光Ｌ２が赤色となる蛍光体の組成の例としては、（Ｃａ，Ｓｒ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＣａＳｉＮ_２：Ｅｕを挙げることができる。第１の光Ｌ１が青色の場合、第２の光Ｌ２が緑色となる蛍光体の組成の例としては、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕを挙げることができる。第１の光Ｌ１が青色の場合、第２の光Ｌ２が黄色となる蛍光体の組成の例としては、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（ＹＡＧ系）、ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、ＳｒＳｉＯ_４：Ｅｕを挙げることができる。

第１の光Ｌ１が近紫外光の場合、第２の光Ｌ２が赤色となる蛍光体の組成の例としては、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２・ＧｅＯ_２：Ｍｎを挙げることができる。第１の光Ｌ１が近紫外光の場合、第２の光Ｌ２が青緑色となる蛍光体の組成の例としては、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ，Ｍｎ、ＬａＡｌ（ＳｉＡｌ）_６Ｎ_９Ｏ：Ｃｅを挙げることができる。第１の光Ｌ１が近紫外光の場合、第２の光Ｌ２が青色となる蛍光体の組成の例としては、（Ｃａ，Ｓｒ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｓｒ_２Ｐ_２Ｏ_７：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕを挙げることができる。

また、上述した組成の蛍光体を混合して蛍光発光部３０を形成することにより、複数の色の蛍光光を発光させて、所望の色の光を得てもよい。例えば、第１の光Ｌ１が近紫外光の場合、蛍光光が赤色となる蛍光体、蛍光光が青色となる蛍光体、および蛍光光が緑色となる蛍光体を所定の割合で混合して蛍光発光部３０を形成することにより、白色の光を得ることができる。

光源装置１００は、例えば、ディスプレイ、照明装置、後述するプロジェクターなどの光源に適用されることができる。

本実施形態に係る光源装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

光源装置１００によれば、上述のとおり、蛍光発光部３０が発する第２の光Ｌ２は、凹面鏡１０の鏡面１２において反射され、外部に向けて（凹面鏡１０の開口に向けて）出射される。すなわち、光源装置１００では、鏡面１２によって、第２の光Ｌ２を所望の方向に出射させることができる。

さらに、光源装置１００では、蛍光発光部３０は、第２領域１２ｂを避けて、第１領域１２ａに設けられている。そのため、鏡面の全面に蛍光発光部が設けられている場合に比べて、蛍光発光部の量を少なくできる。したがって、安価な光源装置１００を得ることができる。

光源装置１００によれば、凹面鏡１０の材質は、金属であることができる。そのため、第１領域１２ａに設けられている蛍光発光部３０の放熱性を、向上させることができる。

光源装置１００によれば、発光素子２０は、材質が金属である凹面鏡１０によって支持されていることができる。そのため、発光素子２０の放熱性を向上させることができる。

光源装置１００によれば、発光素子２０として、半導体レーザーを用いることができる。半導体レーザーは、他の固体光源と比べて照射領域が小さいため、例えば、ピンポイントで蛍光発光部３０を照射することができる。そのため、第２の光Ｌ２を得るための第１の光Ｌ１の利用効率を向上させることができる。

光源装置１００によれば、蛍光発光部３０が設けられている第１領域１２ａの面積が、第２領域１２ｂの面積より小さいことができる。そのため、さらに蛍光発光部の量を少なくできる。

光源装置１００によれば、発光素子２０は、複数設けられていることができる。そのため、光源装置１００の高出力化を図ることができる。

光源装置１００によれば、複数の発光素子２０は、鏡面１２側から平面視して、蛍光発光部３０に対して回転対称に配置されていることができる。これにより、蛍光発光部３０を対称性よく照射することができる。したがって、蛍光発光部３０が発する第２の光Ｌ２を、複数の発光素子が対称に配置されていない場合に比べて、より均一な光強度分布とすることができる。

２．プロジェクター
次に、本実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図３は、プロジェクター７００を模式的に示す図である。なお、図３では、便宜上、プロジェクター７００を構成する筐体は省略している。

プロジェクター７００は、図３に示すように、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ出射する赤色光源１００Ｒ、緑色光源１００Ｇ、青色光源１００Ｂを有する。赤色光源１００Ｒとしては、赤色光を発する（第２の光Ｌ２が赤色となる）蛍光発光部３０を備えた、本発明に係る光源装置（以下の例では、光源装置１００）を用いることができる。緑色光源１００Ｇとしては、緑色光を発する（第２の光Ｌ２が緑色となる）蛍光発光部３０を備えた光源装置１００を用いることができる。青色光源１００Ｂとしては、青色光を出射する発光素子２０を用いてもよいし、発光素子２０から出射された近紫外光（第１の光Ｌ１）によって、青色光を発する（第２の光Ｌ２が青色となる）蛍光発光部３０を備えた光源装置１００を用いてもよい。

プロジェクター７００は、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光をそれぞれ画像情報に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブ（光変調装置）７０４Ｒ，７０４Ｇ，７０４Ｂと、液晶ライトバルブ７０４Ｒ，７０４Ｇ，７０４Ｂによって形成された像を拡大してスクリーン（表示面）７１０に投射する投射レンズ（投射装置）７０８と、を備えている。また、プロジェクター７００は、液晶ライトバルブ７０４Ｒ，７０４Ｇ，７０４Ｂから出射された光を合成して投写レンズ７０８に導くクロスダイクロイックプリズム（色光合成手段）７０６を備えていることができる。

さらに、プロジェクター７００は、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから出射された光の照度分布を均一化させるため、各光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂよりも光路下流側に、均一化光学系７０２Ｒ，７０２Ｇ，７０２Ｂを設けており、これらによって照度分布が均一化された光によって、液晶ライトバルブ７０４Ｒ，７０４Ｇ，７０４Ｂを照明している。均一化光学系７０２Ｒ，７０２Ｇ、７０２Ｂは、例えば、ホログラム７０２ａおよびフィールドレンズ７０２ｂによって構成される。

各液晶ライトバルブ７０４Ｒ，７０４Ｇ，７０４Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム７０６に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投射レンズ７０６によりスクリーン７１０上に投写され、拡大された画像が表示される。

プロジェクター７００によれば、上述のように、所望の方向に出射させることができる光源装置１００を有することができる。そのため、プロジェクター７００では、光の利用効率を向上させることができる。

なお、上述の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device）が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。

なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

１０凹面鏡、１２鏡面、１２ａ第１領域、１２ｂ第２領域、２０発光素子、
３０蛍光発光部、１００光源装置、７００プロジェクター、
７０２均一化光学系、７０２ａホログラム、７０２ｂフィールドレンズ、
７０４液晶ライトバルブ、７０６クロスダイクロイックプリズム、
７０８投写レンズ、７１０スクリーン

Claims

第１の光を出射する発光素子と、
前記第１の光により励起されて第２の光を発する蛍光発光部と、
前記第２の光を反射させる鏡面を有する凹面鏡と、
を含み、
前記鏡面は、第１領域と、第２領域と、を有し、
前記第１領域は、前記鏡面と、前記鏡面の回転軸と、の交点を有し、
前記第２領域は、前記第１領域を囲んでおり、
前記蛍光発光部は、前記第２領域を避けて、前記第１領域に設けられている、光源装置。
請求項１において、
前記凹面鏡の材質は、金属である、光源装置。
請求項２において、
前記発光素子は、前記凹面鏡に支持されている、光源装置。
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記発光素子は、半導体レーザーである、光源装置。
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記第１領域の面積は、前記第２領域の面積より小さい、光源装置。
請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記発光素子は、複数設けられている、光源装置。
請求項６において、
複数の前記発光素子は、前記鏡面側から平面視して、前記蛍光発光部に対して回転対称に配置されている、光源装置。
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出射された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射装置と、
を含む、プロジェクター。