JP2012118302A - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体光源群、コリメーターレンズ群及び集光光学系80を備える光源装置であって、固体光源群として、所定の第1方向に沿って一次元的に配列された複数の第1固体光源26を有する第1固体光源アレイ22が複数配列された第1固体光源群20と、所定の第2方向に沿って一次元的に配列された複数の第2固体光源56を有する第2固体光源アレイ52が複数配列された第2固体光源群50とを備え、コリメーターレンズ群として、第1及び第2コリメーターレンズ群30,60を備え、第1コリメーターレンズ群30からの光を反射する第1反射部40と、同一の固体光源アレイから射出された光同士における光軸の間隔が狭くなるように光を反射する第2反射部70とをさらに備えることを特徴とする光源装置。
【選択図】図2
Description
従来の光源装置によれば、複数の固体光源を備えるため、高輝度の光を射出することが可能となる。
また、「それぞれ長辺と短辺との向きが互いに逆になる関係」とは、第1固体光源の光軸の向きと第2固体光源の光軸の向きとを同じ方向に向け、かつ、第1固体光源群と第2固体光源群とを同じ位置に配置した場合において、第1固体光源群における第1固体光源と第2固体光源群における第2固体光源とで短辺と長辺との向きが互いに逆となる関係のことをいう。
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に係る光源装置10を説明するために示す図である。図2(a)は第1固体光源群20(図2(a)において符号を図示せず。)から集光光学系80までの上面図であり、図2(b)は第1固体光源群20から集光光学系80までをホモジナイザー光学系90の側から見た図であり、図2(c)は第1固体光源群20から集光光学系80までの斜視図である。
図3は、実施形態1における第1固体光源群20及び第2固体光源群50を説明するために示す図である。図3(a)は第1固体光源群20を第1コリメーターレンズ群30の側から見た図であり、図3(b)は第2固体光源群50を第2コリメーターレンズ群60の側から見た図である。
図5は、実施形態1に係る光源装置10における光の強度分布を説明するために示す図である。図5(a)はホモジナイザー94に入射する光の強度分布であり、図5(b)は蛍光層124に入射する光の強度分布を示す図である。なお、図5(a)において白枠で示したのは、第1レンズアレイ96におけるレンズ分割の様子を示すものであり、後述する図8(b)も同様である。また、図5においては、白に近い色であるほど入射する光(青色光)の強度が大きい。後述する図6(c)、図6(d)、図7(b)、図7(c)、図8(b)、図8(c)及び図9(b)においても同様である。
また、各図面においては、Rは赤色光を表し、Gは緑色光を表し、Bは青色光を表す。
照明装置100は、実施形態1に係る光源装置10と、レンズインテグレーター光学系140とを備える。照明装置100は、照明光として赤色光、緑色光及び青色光を含む光(つまり、白色光として用いることができる光)を射出する。
また、「固体光源アレイの間隔」とは、隣接する2つの固体光源アレイにおいて、対応する固体光源の光軸同士の間隔のことをいう。
第1固体光源26は、発光領域の長辺がz軸方向に沿うように配置されている。このため、第1固体光源26の拡がり角は、x軸方向に沿って大きくなる(縦長の光となる。図5(a)参照。)。
第1コリメーターレンズアレイ32は、5個の第1固体光源26のそれぞれに対応して設けられている5個の第1コリメーターレンズ34(1つにのみ符号を図示)を有する。5個の第1コリメーターレンズ34は、5個の第1固体光源26に対応するように、所定の第1方向(z軸方向)に沿って一次元的に配列されている。詳しい説明は省略するが、第1コリメーターレンズ34は、入射面が非球面で、かつ、射出面が平面の非球面平凸レンズからなる。
なお、本発明の光源装置においては、第1コリメーターレンズの数は第1固体光源の数に対応していればよく、5個に限定されるものではない。また、各第1コリメーターレンズは離散的に配置されていてもよい。後述する第2コリメーターレンズにおいても同様である。
第1反射ミラー42は、ストライプ状に形成され、それぞれ複数の第1固体光源アレイ22に対応する複数の第1反射面を有する。
第1反射部40からの光は、図2(b)に示すように、第2固体光源群50における複数の第2固体光源アレイ52(後述)の間を通過して第2反射部70に入射する。
第2固体光源56は、発光領域の長辺がz軸方向に沿うように配置されている。このため、第2固体光源56の拡がり角は、y軸方向に沿って大きくなる(縦長の光となる。図5(a)参照。)。
第2コリメーターレンズアレイ62は、5個の第2固体光源56のそれぞれに対応して設けられている5個の第2コリメーターレンズ64(1つにのみ符号を図示)を有する。5個の第2コリメーターレンズ64は、5個の第2固体光源56に対応するように、所定の第2方向(z軸方向)に沿って一次元的に配列されている。詳しい説明は省略するが、第2コリメーターレンズ64は、入射面が非球面で、かつ、射出面が平面の非球面平凸レンズからなる。
第2反射ミラー72は、ストライプ状に形成され、それぞれ複数の第1固体光源アレイ22又は第2固体光源アレイ52に対応する複数の第2反射面を有する。
後段コリメーター光学系92は、集光光学系80の後段に配置され、集光光学系80からの光を略平行化する。後段コリメーター光学系92は、入射面が凸非球面、射出面が凹非球面のメニスカス非球面レンズからなる。
なお、ホモジナイザー光学系90に入射する光の形状は、集光光学系80に入射する光の形状と相似形である。
第1レンズアレイ96は、複数の第1小レンズ97を有する。複数の第1小レンズ97は、図5(a)に示すように、8行4列のマトリクス状に配置されている。第1小レンズ97は、後述する微小領域と略相似形である。第1レンズアレイ96は、後段コリメーター光学系92からの光を複数の部分光束に分割する。
後段集光光学系110は、ホモジナイザー94からの光を集光する。具体的には、第2レンズアレイ98とともに、複数の部分光束を蛍光層124の微小領域に重畳させる(図5(b)参照。)。後段集光光学系110は、第1レンズ112及び第2レンズ114を備える。第1レンズ112及び第2レンズ114は、両凸レンズからなる。
蛍光層124の微小領域内には、図5(b)に示すように、ホモジナイザー光学系90により面内光強度分布が均一化された光が入射する。
なお、蛍光の生成に関わることなく蛍光層124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124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)特性を有する光として蛍光生成部120から射出される。
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。
偏光変換素子170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。
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、赤色光成分を反射して、緑色光及び青色光成分を通過させる。
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210を青色光とともに通過した緑色光は、ダイクロイックミラー220で反射され、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を通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。
各液晶光変調装置は、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。
図6は、比較例1に係る光源装置10a(符号を図示せず。)を説明するために示す図である。図6(a)は第1固体光源群20aから集光光学系80aまでの上面図であり、図6(b)は第1固体光源群20aを第1コリメーターレンズ群30aの側から見た図であり、図6(c)は「ホモジナイザー光学系があったとした場合においてホモジナイザーに入射する光」の強度分布であり、図6(d)は蛍光層124に入射する光の強度分布を示す図である。
第1固体光源アレイ22aは、図6(a)及び図6(b)に示すように、基板24a及び25個の第1固体光源26(1つにのみ符号を図示)を有する。第1固体光源アレイ22aにおいては、25個の第1固体光源26が5行5列のマトリクス状に配置されている。
基板24aについては、形状以外は実施形態1における基板24と同様の構成を有するため、説明を省略する。
当該コリメーターレンズアレイは、図6(a)に示すように、25個の第1固体光源26のそれぞれに対応して設けられ、25個の第1固体光源26で生成された光をそれぞれ略平行化する25個の第1コリメーターレンズ34(1つにのみ符号を図示)を有する。25個の第1コリメーターレンズ34は、25個の第1固体光源26に対応するように5行5列のマトリクス状に配置されている。
また、上記のことに起因して、蛍光層124の微小領域内に入射する光の面内光強度分布は、十分に均一化されていない(図6(d)参照。)。
図7は、比較例2に係る光源装置10b(符号を図示せず。)を説明するために示す図である。図7(a)は第1固体光源群20aから集光光学系80bまでの上面図であり、図7(b)はホモジナイザー94に入射する光の強度分布であり、図7(c)は蛍光層124に入射する光の強度分布を示す図である。
第2反射ミラー72bは、実施形態1における第2反射ミラー72と基本的に同様の構成を有するが、実施形態1における第2反射ミラー72よりもy軸方向に沿う長さがやや長くなっている。
また、上記のことに起因して、蛍光層124の微小領域内に入射する光の面内光強度分布は、y軸方向に沿っては十分に均一化されていない(図7(c)参照。)。
図8は、実施形態2に係る光源装置12(符号を図示せず。)を説明するために示す図である。図8(a)は第1固体光源群21を第1コリメーターレンズ群30の側から見た図であり、図8(b)はホモジナイザー194(図示せず。)に入射する光の強度分布であり、図8(c)は蛍光層124に入射する光の強度分布を示す図である。
また、蛍光層124の微小領域内には、図8(c)に示すように、ホモジナイザー光学系90により面内光強度分布が均一化された光が入射する。
図9は、実施形態3に係る光源装置14を説明するために示す図である。図9(a)は光源装置14の平面図であり、図9(b)は第1固体光源群21から集光光学系80までの斜視図であり、図9(c)は蛍光層124に入射する光の強度分布を示す図である。
図10は、実施形態4に係るプロジェクター1006の光学系を示す平面図である。
なお、ダイクロイックプリズムの代わりにダイクロイックミラーを用いてもよい。
第3コリメーターレンズアレイ740は、比較例1における第1コリメーターレンズアレイと、集光光学系750は比較例1における集光光学系80aと、それぞれ同様の構成を有するため、説明を省略する。
後段コリメーター光学系762は後段コリメーター光学系92と、ホモジナイザー764はホモジナイザー94と、それぞれ同様の構成を有するため、説明を省略する。
後段集光光学系111は、ホモジナイザー94からの光を集光する機能に加え、蛍光生成部121からの蛍光を略平行化する機能を有する。
反射部材126は、蛍光層128を担持し、蛍光層128を通過した光(励起光や蛍光)を後段集光光学系111の方へ反射する。
蛍光層128は、基本的には実施形態1における蛍光層124と同様の構成を有するが、入射する青色光の全部を蛍光(赤色光及び緑色光)に変換する。
特に実施形態4に係る光源装置においては、蛍光層128の励起用の固体光源(第1固体光源26及び第2固体光源56)と色光用の固体光源(第3固体光源736)とを別に備えるため、以下のような構成をとることができる。すなわち、励起用の固体光源として、発光強度のピークが445nm近傍であり、可視光変換効率の高い青色光を生成する固体光源を用い、また、色光用の固体光源として、発光強度のピークが460nm近傍であり、比視感度が高く色再現性の良い青色光を生成する固体光源を用いる構成である。
Claims (10)
- 複数の固体光源を有する固体光源群と、
前記複数の固体光源からの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群とを備える光源装置であって、
前記固体光源群として、
光軸方向と垂直な所定の第1方向に沿って一次元的に配列された複数の第1固体光源を有する第1固体光源アレイが、前記所定の第1方向と垂直な方向であって、かつ、前記第1固体光源の光軸方向とも垂直な方向に沿って複数配列された第1固体光源群と、
光軸方向が前記第1固体光源の光軸方向と垂直な方向であって、かつ、当該光軸方向と垂直な所定の第2方向に沿って一次元的に配列された複数の第2固体光源を有する第2固体光源アレイが、前記所定の第2方向と垂直な方向であって、かつ、前記第2固体光源の光軸方向とも垂直な方向に沿って複数配列された第2固体光源群とを備え、
前記コリメーターレンズ群として、
前記第1固体光源からの光をそれぞれ略平行化する第1コリメーターレンズ群と、
前記第2固体光源からの光をそれぞれ略平行化する第2コリメーターレンズ群とを備え、
前記第1コリメーターレンズ群からの光を、前記第2固体光源からの光の進行方向と合うように反射する第1反射部と、
前記第1反射部からの光及び前記第2コリメーターレンズ群からの光を、同一の前記第1固体光源アレイ及び同一の前記第2固体光源アレイから射出された光同士における光軸の間隔が狭くなるように反射する第2反射部とをさらに備えることを特徴とする光源装置。 - 請求項1に記載の光源装置において、
前記第1反射部からの光は、前記第2固体光源群における前記複数の第2固体光源アレイの間又は直近を通過して前記第2反射部に入射することを特徴とする光源装置。 - 請求項1又は2に記載の光源装置において、
前記第1反射部は、ストライプ状に形成され、それぞれ前記複数の第1固体光源アレイに対応する複数の第1反射面を有し、
前記第2反射部は、ストライプ状に形成され、それぞれ前記複数の第1固体光源アレイ又は第2固体光源アレイに対応する複数の第2反射面を有することを特徴とする光源装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の光源装置において、
前記第1固体光源及び前記第2固体光源は、半導体レーザーからなることを特徴とする光源装置。 - 請求項4に記載の光源装置において、
前記半導体レーザーは、長方形形状の発光領域を有し、かつ、前記発光領域の短辺方向に沿った拡がり角が前記発光領域の長辺方向に沿った拡がり角より大きくなるように構成され、
前記第1固体光源の前記発光領域及び前記第2固体光源の前記発光領域は、それぞれ長辺と短辺との向きが互いに逆になる関係を有することを特徴とする光源装置。 - 請求項5に記載の光源装置において、
前記第1固体光源は、当該第1固体光源の前記発光領域における短辺が、前記所定の第1方向に沿う方向となるように配置され、
前記第2固体光源は、当該第2固体光源の前記発光領域における長辺が、前記所定の第2方向に沿う方向となるように配置されていることを特徴とする光源装置。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の光源装置において、
前記光源装置は、
前記第2反射部からの光を所定の集光位置に集光する集光光学系と、
前記第1固体光源及び前記第2固体光源からの光の一部又は全部から蛍光を生成する蛍光層とをさらに備えることを特徴とする光源装置。 - 請求項7に記載の光源装置において、
前記蛍光層は、前記所定の集光位置の近傍であって、前記集光光学系からの光がデフォーカス状態で入射する位置に配置されていることを特徴とする光源装置。 - 請求項7に記載の光源装置において、
前記集光光学系の後段に配置され、前記集光光学系からの光を略平行化する後段コリメーター光学系と、
前記後段コリメーター光学系からの光の面内光強度分布を均一化するホモジナイザーと、
前記ホモジナイザーからの光を集光する後段集光光学系とをさらに備え、
前記蛍光層は、前記後段集光光学系の後段に配置されていることを特徴とする光源装置。 - 請求項1〜9のいずれかに記載の光源装置を備える照明装置と、
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変調光を投写画像として投写する投写光学系とを備えることを特徴とするプロジェクター。
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