JP2012014045A - プロジェクター - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の固体光源24を有する固体光源アレイ20と、複数のコリメーターレンズ32を有するコリメーターレンズアレイ30と、光を所定の集光位置に集光する集光光学系40と、集光光学系40からの光が入射する入射領域において発散光を生成する発散光生成部50とを備える光源装置10を備える照明装置100と、光変調領域において照明装置100からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置400R,400G,400Bと、光を投写する投写光学系600とを備えるプロジェクターであって、発散光生成部50における入射領域の面積は、光変調装置400R,400G,400Bにおける光変調領域の面積の102分の1以下であることを特徴とするプロジェクター1000。
【選択図】図1
Description
また、半導体レーザーが集光性の良いレーザー光を射出するため、発散光生成部における入射領域の面積を容易に、光変調装置における光変調領域の面積の102分の1以下とすることができる。
また、汚れの付着しやすい射出面が平面であるため、汚れの除去を容易なものとすることが可能となる。
図1は、実施形態1に係るプロジェクター1000の光学系を示す平面図である。
図2は、実施形態1における固体光源アレイ20及び発散光生成部50を説明するために示す図である。図2(a)は固体光源アレイ20をコリメーターレンズアレイ30側から見た図であり、図2(b)は発散光生成部50をコリメーター光学系60側から見た図である。
図3は、実施形態1における固体光源24の発光強度特性及び蛍光体の発光強度特性を示すグラフである。図3(a)は固体光源24の発光強度特性を示すグラフであり、図3(b)は蛍光層52が含有する蛍光体の発光強度特性を示すグラフである。発光強度特性とは、光源であれば電圧を印加したときに、蛍光体であれば蛍光を生成可能な光(励起光)が入射したときに、どのような波長の光をどの位の強度で射出するのかという特性のことをいう。グラフの縦軸は相対発光強度を表し、発光強度が最も強い波長における発光強度を1としている。グラフの横軸は波長を表す。
本明細書及び図面においては、光学系に直接関わらない構成要素(筐体や構成要素を固定するための固定具等)については記載及び図示を省略する。
光源装置10は、固体光源アレイ20と、コリメーターレンズアレイ30と、集光光学系40と、発散光生成部50と、コリメーター光学系60とを備える。光源装置10は、全体として白色光を射出する。
なお、本発明のプロジェクターにおいては、固体光源の数は25個に限定されず、複数、つまり2個以上であればよい。
蛍光層52は、集光光学系40からの青色光のうち一部を赤色光(発光強度のピーク:約610nm)及び緑色光(発光強度のピーク:約550nm)を含む蛍光に変換して射出する(図3(b)参照。)。
なお、青色光のうち、蛍光の生成に関わることなく蛍光層52を通過する一部の青色光は、蛍光とともに射出される。このとき、青色光は蛍光層52中で散乱又は反射されるため、蛍光とほぼ同様の分布(いわゆるランバーシャン分布)特性を有する発散光として蛍光層52から射出される。
蛍光層52の集光光学系40側には、集光光学系40からの青色光を通過させ蛍光を反射する層(いわゆるダイクロイックコート)が形成されていてもよい。
実施形態1に係るプロジェクター1000は、図示による詳しい説明は省略するが、集光光学系40からの光が、デフォーカス状態で入射領域Aの全域に渡って入射するように構成されている。
偏光変換素子140は、光源装置10からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過し、他方の直線偏光成分を照明光軸100axに垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸100axに平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板とを有している。
なお、レンズインテグレーター光学系の代わりにインテグレーターロッドを備えるロッドインテグレーター光学系を用いることもできる。
色分離導光光学系200と、液晶光変調装置400R,400G,400Bとの間には、集光レンズ300R,300G,300Bが配置されている。
ダイクロイックミラー210は、緑色光成分及び青色光成分を反射して、赤色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
ダイクロイックミラー220は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
反射ミラー230は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。
反射ミラー240,250は青色光成分を反射する反射ミラーである。
ダイクロイックミラー210で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー220でさらに反射され、集光レンズ300Gを通過して緑色光用の液晶光変調装置400Gの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー220を通過した青色光は、リレーレンズ260、入射側の反射ミラー240、リレーレンズ270、射出側の反射ミラー250、集光レンズ300Bを経て青色光用の液晶光変調装置400Bの画像形成領域に入射する。リレーレンズ260,270及び反射ミラー240,250は、ダイクロイックミラー220を透過した青色光成分を液晶光変調装置400Bまで導く機能を有する。
液晶光変調装置400R,400G,400Bは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した光変調領域を有する透過型の液晶光変調装置であり、例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板から射出された1種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
上記のように発散光生成部50における入射領域の面積は0.64mm2であるため、プロジェクター1000においては、発散光生成部50における入射領域の面積は、液晶光変調装置400R,400G,400Bにおける光変調領域の面積の102分の1(約1mm2)以下となり、また、400分の1(0.256mm2)以上となる。
ここで、試験例1及び試験例2を用いて、本発明のプロジェクターの効果を説明する。
試験例1及び試験例2においては、入射領域の面積を変化させたときに、プロジェクターの輝度がどのように変化するのかについてシミュレーションを行った。試験例1及び試験例2に係るプロジェクターの構成は、基本的には実施形態1に係るプロジェクター1000と同様であるが、第1レンズアレイ及び第2レンズアレイがそれぞれ56個の第1小レンズ及び第2小レンズを有し、偏光変換素子のピッチが2.2mmであり、投写レンズのF値が1.5であるとして上記シミュレーションを行った。
試験例1の結果
条件 入射領域のサイズ 入射領域の面積 面積の比 相対輝度
1 0.75mm 0.5625mm2 1/182 100.00%
2 0.80mm 0.6400mm2 1/160 99.97%
3 0.85mm 0.7225mm2 1/142 99.95%
4 0.90mm 0.8100mm2 1/126 99.90%
5 0.95mm 0.9025mm2 1/114 99.75%
6 1.00mm 1.0000mm2 1/102 99.44%
7 1.05mm 1.1025mm2 1/93 98.73%
8 1.10mm 1.2100mm2 1/85 97.70%
9 1.15mm 1.3225mm2 1/77 96.23%
10 1.20mm 1.4400mm2 1/71 93.74%
11 1.25mm 1.5625mm2 1/66 89.68%
12 1.30mm 1.6900mm2 1/61 84.72%
13 1.35mm 1.8225mm2 1/56 79.62%
14 1.40mm 1.9600mm 2 1/52 74.79%
試験例2の結果
条件 入射領域のサイズ 入射領域の面積 面積の比 相対輝度
1 1.00mm 1.0000mm2 1/160 100.00%
2 1.05mm 1.1025mm2 1/145 99.95%
3 1.10mm 1.2100mm2 1/132 99.92%
4 1.15mm 1.3225mm2 1/121 99.84%
5 1.20mm 1.4400mm2 1/111 99.72%
6 1.25mm 1.5625mm2 1/102 99.46%
7 1.30mm 1.6900mm2 1/95 98.94%
8 1.35mm 1.8225mm2 1/88 98.23%
9 1.40mm 1.9600mm2 1/82 97.29%
10 1.45mm 2.1025mm2 1/76 95.97%
11 1.50mm 2.2500mm2 1/71 93.98%
12 1.55mm 2.4025mm2 1/67 90.93%
13 1.60mm 2.5600mm2 1/63 87.20%
14 1.65mm 2.7225mm 2 1/59 83.11%
図4は、実施形態2に係るプロジェクター1002の光学系を示す平面図である。
図5は、実施形態2における発散光生成部70をコリメーター光学系60側から見た図である。
蛍光層72は、図5に示すように、発散光生成部70の回転に応じて移動する入射領域の位置に対応して、環状に形成されている。蛍光層72は、形状以外は実施形態1における蛍光層52と同様の構成を有する。
透明部材74は、透明な円形回転板からなる。透明部材74は、形状以外は実施形態1における透明部材74と同様の構成を有する。
図6は、実施形態3に係るプロジェクター1004の光学系を示す平面図である。
図7は、実施形態3における固体光源24Rの発光強度特性、固体光源24Gの発光強度特性及び固体光源24Bの発光強度特性を示すグラフ。図7(a)は固体光源24Rの発光強度特性を示すグラフであり、図7(b)は固体光源24Gの発光強度特性を示すグラフであり、図7(c)は固体光源24Bの発光強度特性を示すグラフである。
固体光源アレイ20Bは、青色光を生成する固体光源24B(発光強度のピーク:約460nm、図7(c)参照。)を有し、実施形態1における固体光源アレイ20と同様の構成を有する。
なお、散乱層を有する発散光生成部としては、散乱層としての回折素子を有する発散光生成部や、散乱層としての散乱性塗料(例えば、シリカ粒子やガラスビーズを含有する塗料)が塗布された発散光生成部等も用いることができる。また、透明基材の中に散乱性の粒子を含有し、全体が散乱層としての機能を有する発散光生成部を用いることもできる。
Claims (14)
- 複数の固体光源を有する固体光源アレイと、前記複数の固体光源に対応して設けられ、前記複数の固体光源で生成された光をそれぞれ略平行化する複数のコリメーターレンズを有するコリメーターレンズアレイと、前記コリメーターレンズアレイからの光を所定の集光位置に集光する集光光学系と、前記集光位置の近傍に位置し、前記集光光学系からの光が入射する入射領域において発散光を生成する発散光生成部とを備える光源装置を備える照明装置と、
光変調領域において前記照明装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置からの光を投写する投写光学系とを備えるプロジェクターであって、
前記発散光生成部における前記入射領域の面積は、前記光変調装置における前記光変調領域の面積の102分の1以下であることを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1に記載のプロジェクターにおいて、
前記発散光生成部における入射領域の面積は、前記光変調装置における前記光変調領域の面積の400分の1以上であることを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1又は2に記載のプロジェクターにおいて、
前記固体光源は、半導体レーザーからなることを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
前記コリメーターレンズは、入射面が双曲面で、かつ、射出面が平面の非球面平凸レンズからなることを特徴とするプロジェクター。 - 請求項4に記載のプロジェクターにおいて、
前記コリメーターレンズの入射面を構成する双曲面の円錐定数をKs1とするとき、
円錐定数Ks1は、−4<Ks1<−2の条件を満たすことを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
前記コリメーターレンズは、入射面が平面で、かつ、射出面が楕円面の非球面平凸レンズからなることを特徴とするプロジェクター。 - 請求項6に記載のプロジェクターにおいて、
前記コリメーターレンズの射出面を構成する楕円面の円錐定数をKd1とするとき、
円錐定数Kd1は、−1<Kd1<−0.55の条件を満たすことを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1〜7のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
前記集光光学系は、入射面が平面で、かつ、射出面が双曲面の非球面平凸レンズからなることを特徴とするプロジェクター。 - 請求項8に記載のプロジェクターにおいて、
前記集光光学系の射出面を構成する双曲面の円錐定数をKs2とするとき、
円錐定数Ks2は、−4<Ks2<−2の条件を満たすことを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1〜7のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
前記集光光学系は、入射面が楕円面で、かつ、射出面が平面の非球面平凸レンズからなることを特徴とするプロジェクター。 - 請求項10に記載のプロジェクターにおいて、
前記集光光学系の入射面を構成する楕円面の円錐定数をKd2とするとき、
円錐定数Kd2は、−1<Kd2<−0.55の条件を満たすことを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1〜11のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
前記発散光生成部は、前記集光光学系からの光の一部又は全部から蛍光を生成する蛍光層を有することを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1〜11のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
前記発散光生成部は、前記集光光学系からの光を散乱して散乱光を生成する散乱層を有することを特徴とするプロジェクター。 - 請求項1〜13のいずれかに記載のプロジェクターにおいて、
前記発散光生成部は、所定の回転軸の周りを回転可能であり、
前記発散光生成部における前記入射領域の位置が前記発散光生成部の回転に応じて、かつ、前記発散光生成部の回転方向に沿って移動するように構成されていることを特徴とするプロジェクター。
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