JP2014077980A - 照明装置、投射装置および照明方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光透過制御ホイール15を回転制御させて、励起光を反射させ、蛍光を透過させる第1のダイクロイックフィルター15aと、励起光を透過させる第2のダイクロイックフィルター15bとを、励起光の光路中に時間的に交互に配置する。励起光の光路中に第1のダイクロイックフィルター15aが位置したとき、この第1のダイクロイックフィルター15aで励起光を反射させ、その反射光路中に配置された波長変換部材14から、励起光と異なる波長の蛍光を生じさせる。
【選択図】 図2
Description
(実施例1)
[構成]
図1は本発明の実施例1に係る照明装置を用いた投射装置(プロジェクター)の光学系を説明するための光学図、図2(a)は図1の光透過制御ホイールを盤面と垂直な方向から見た平面図である。
<投射装置の概略構成>
この図1において、1はパソコン等の情報処理装置の画像情報生成部、2は画像情報生成部1で生成される画像情報(画像データ)に基づいて画像を図示しないスクリーン等の表示画面に拡大して投射表示させる投射装置である。
本実施例では、画像形成素子5にDMD(Digital micromirror device)が用いられているが、画像形成素子5に液晶等を用いることもできる。
この制御回路3は、図1に示したように、画像情報生成部1からの画像情報(画像データ)が入力されるインターフェース3aと、インターフェース3aを介してカラー画像の画像情報のG(緑色)画像情報(G画像データ)、R(赤色)画像情報(R画像データ)、B(青色)画像情報(B画像データ)をフレーム毎に構築する画像処理部(画像処理回路)3bと、を有する。また、制御回路3は、画像処理部3bで構築されたG画像情報(G画像データ)、R画像情報(R画像データ)、B画像情報(B画像データ)に基づいて照明装置4および画像形成素子5を駆動制御する駆動制御部(駆動制御回路)3cを有する。
この駆動制御部3cは、画像情報生成部1から入力されるカラー画像のG画像情報、R画像情報、B画像情報に基づいて画像形成素子5を駆動制御することにより、G画像情報、R画像情報、B画像情報に対応するモノクロの画像をこの順に一定時間毎に画像形成素子5に形成させるようになっている。
この駆動制御部3cにより駆動制御される照明装置4は、図1、図3(a)〜図3(c)に示した固体光源(励起光源)10,11を有する(後述する補足説明の光源と固体光源との関係を参照)。この固体光源10,11には半導体レーザ(以下、「LD」と呼ぶ)やLED等の固体光源が用いられている。本実施例では、固体光源10として、青色光源(青光源)、具体的には、青色の波長領域の励起光(青色光)を発光するLD又はLEDが用いられ、固体光源11として、赤色光源(赤光源)、具体的には、赤色の波長領域の光(赤色光)を発光するLD又はLEDが用いられている。ここで、固体光源10からの青色光の光軸をOBとすると共に固体光源11からの赤色光の光軸をORとすると、固体光源10,11は光軸OB,ORが直交する位置に配置されている。
また、固体光源10が発光する青色光の波長領域としては、400nm〜460nmまたはこの範囲を含むものが好ましく、固体光源11が発光する赤色光の波長領域としては、620nm〜750nmまたはこの範囲を含むものが好ましいが、本願が必ずしもこれに限定されることはない。
そして、ダイクロイックミラーDM2は、ダイクロイックミラーDM1で反射した青色光BLおよびダイクロイックミラーDM1を透過する赤色光RLの光路中に配置されている。このダイクロイックミラーDM2を透過した青色光BLおよび赤色光RLは、照明光案内光学系6に入射するよう構成されている。このダイクロイックミラーDM2と照明光案内光学系6との間の光路が、照明装置4の光出射光路Optとなっている。つまり、ダイクロイックミラーDM1とダイクロイックミラーDM2とで、励起光である青色光BLと、後述の緑色蛍光GLと、赤色光RLとを、光出射光路Optに合流させる光路合流素子を構成している。
緑色蛍光の波長領域としては、具体的には、例えば、500nm〜600nmまたはこの範囲を含むものが好ましく、黄色蛍光の波長領域としては、500nm〜750nmまたはこの範囲を含むものが好ましい。
以下、波長変換部材14として緑色または黄色蛍光体を用いた実施例を説明する。
このように、本実施例および以降の実施例では、円形の光透過制御ホイール15を回転させることにより、第1のダイクロイックフィルター(領域1)15aと第2のダイクロイックフィルター(領域2)15bとを青色光BLの光路中に交互に配置させる構成としたが、本願が必ずしもこれに限定されることはない。光透過制御ホイール15を、光路中で往復移動させることで、第1のダイクロイックフィルター(領域1)15aと第2のダイクロイックフィルター(領域2)15bとを光路中に交互に配置させる構成としても良い。また、互いに分離した第1のダイクロイックフィルター(領域1)15aと第2のダイクロイックフィルター(領域2)15bとを、光路中に交互に配置しても良い。更には、光路分岐部材が、円形に限定されることはなく、他の形状としても良い。
この第1のダイクロイックフィルター(領域1)15aを透過した緑色光GLは、ミラーM1で反射されてダイクロイックミラーDM2に入射し、ダイクロイックミラーDM2で反射されて光出射光路Optに合流し、照明光案内光学系6側に出射されるようになっている。
この照明光案内光学系6は、図1に示したように、ダイクロイックミラーDM2からの光(青色光BL,緑色光GL,赤色光RL)が入射する集光レンズ(集光素子)L1と、集光レンズL1で集光される光(青色光BL,緑色光GL,赤色光RL)が入射するライトトンネルLTと、ライトトンネルLTから出射する光をリレーするリレーレンズ(集光素子)L2と、リレーレンズL2からの光(青色光BL,緑色光GL,赤色光RL)が入射するミラーM2と、ミラーM2で反射させられた光(青色光BL,緑色光GL,赤色光RL)を画像形成素子5側に反射させる凹面鏡(ミラー)M3と、を有する。
次に、このような構成の投射装置(プロジェクター)2の作用を他の設定条件等と共に、図面を参照して説明する。
図示しないパソコン等の情報処理装置の画像情報生成部1からカラー画像の画像情報が出力され、この画像情報が図1のインターフェース3aを介して投射装置2の画像処理部3bに入力されると、画像処理部3bはG(緑色)画像情報(G画像データ),R(赤色)画像情報(R画像データ),B(青色)画像情報(B画像データ)をこの順にフレーム毎に構築する。そして、画像処理部3bは、構築した画像情報(カラー画像)のG(緑色)画像データ,R(赤色)画像データ,B(青色)画像データをフレーム毎に駆動制御部3cに順次入力する。
このように第1のダイクロイックフィルター(領域1)15aが光路中に位置している期間、青色光BLは、第1のダイクロイックフィルター(領域1)15aにより波長変換部材14側に反射される。その後、カップリングレンズ16(CL2)により集光され、波長変換部材14に入射し、波長変換部材14の緑色または黄色蛍光体(蛍光材料)を励起する。この励起により波長変換部材14の蛍光体(蛍光材料)から緑色または黄色の蛍光が生じる。
この緑色または黄色蛍光は、カップリングレンズ16(CL2)により平行光束である緑色または黄色蛍光にされて、第1のダイクロイックフィルター(領域1)15aに入射する。第1のダイクロイックフィルター(領域1)15aは、緑色または黄色蛍光のうち、緑色蛍光(緑色光GL)を選択して透過させる。その後、緑色光GLは、ミラーM1で反射されてダイクロイックミラーDM2に入射し、このダイクロイックミラーDM2により反射されて光出射光路Optに合流する(以上、図3(a)参照)。その後、緑色光GLは、図1に示したように照明光案内光学系6の集光レンズ(集光素子)L1に入射する。
一方、駆動制御部3cは、第2のダイクロイックフィルター(領域2)15bのエリア(領域2−1)15b1が青色光BLの光路中に位置している期間は、図2(b)に示したように、固体光源10をOFFさせると共に、固体光源11をONさせる。この固体光源11がONしたときに、固体光源11から赤色光が発散して発光され、カップリングレンズ13(CL3)入射する。この発散する赤色光は、カップリングレンズ13(CL3)により平行光束である赤色光RLにされてダイクロイックミラーDM1側に出射し、ダイクロイックミラーDM1,DM2を透過して光出射光路Optに合流する(以上、図3(c)参照)。その後、赤色光RLは、図1に示したように照明光案内光学系6の集光レンズ(集光素子)L1に入射する。
また、第2のダイクロイックフィルター(領域2)15bのエリア(領域2−2)15b2が青色光BLの光路中に位置している期間、青色光BLは、このエリア(領域2−2)15b2を透過した後、ダイクロイックミラーDM1でダイクロイックミラーDM2側に反射され、このダイクロイックミラーDM2を透過して光出射光路Optに合流する(以上、図3(b)参照)。その後、青色光BLは、図1に示したように照明光案内光学系6の集光レンズ(集光素子)L1に入射する。
このように、蛍光の生成用の励起光源と、青色光(出射光)用の光源とを固体光源10で兼用できるようになったので、光源数の低減、光源コストの低減により装置の小型化、低コスト化を実現した。
尚、上述した実施例では、駆動制御部3cが駆動モータ14mを駆動制御して波長変換部材14を一定速度で回転させることにより、励起光(青色光)の入射位置を変えて、波長変換部材14に用いられている蛍光体が劣化しない程度に冷却させるようにしているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
更に、波長変換部材14は、駆動モータ14mにより回転制御する構成として、寿命を延ばすことができるようにしているが、必ずしも駆動モータ14mにより回転制御する構成とする必要はなく、固定タイプであっても良い。
図1には、上述したように実施例1の照明装置を投射装置に適用した実施形態を示してある。実施例1で説明した照明装置(照明光源装置)によって、時間分割された単色光の光(出射光)を画像形成素子5へと導くようになっている。
なお、投射画像の画像情報は、画像情報発生部、たとえばPC等からの画像情報が代表的である。画像情報は、インターフェース3aを介して、画像処理部3bに取り組まれる。光源(固体光源10,11)の発光制御と光透過制御ホイール15の回転制御及び画像形成素子5の制御がある。これらの制御は、インターフェース3aを介して、画像処理部3bに取り込まれる入力画像と連携するように、駆動制御部3cにより実行される。
上述した実施例1の光透過制御ホイール15は、図2(a)のように第1のダイクロイックフィルター(領域1)15aと、第2のダイクロイックフィルター(領域2)15bとの間の境界線が第1、第2境界部DL1,DL2として存在する。
また、この実施例2では、図4(a)に示したように、光透過制御ホイール15とミラーM1との間に集光レンズ(集光素子)L22が配置されている。この集光レンズ(集光素子)L22は、光透過制御ホイール15に選択されて透過し発散する緑色光GLを、平行光束にしてミラーM1に入射させる。このミラーM1に入射した緑色光GLを、ダイクロイックミラーDM2で反射させる等、この実施例2でも、実施例1と同様な制御が行われるので、その詳細な説明は省略する。
この実施例2は、固体光源10からの青色光BLを光透過制御ホイール15へ集光させる集光レンズL20を追加しているが、必ずしもこの集光レンズ(集光素子)L20を設ける必要はない。当然、カップリングレンズ12(CL1)のみで青色光BLを光透過制御ホイール15へ集光させるようにしても良い。
このように固体光源10からの励起光や波長変換部材14で励起され生じる蛍光を光透過制御ホイール15上で一度集光するようにしたので、混色の時間が減り、色純度の向上につながる。また、光透過制御ホイール15のサイズを小さくでき、装置の小型化にも寄与する。
図5は実施例3の作用を示したものである。実施例3では、図1に示した実施例1の照明装置4を用いているが、光透過制御ホイール15を、図5(a),(b)に示す光透過制御ホイール15’に代えている。図5(a)は光(LD光源である図1の固体光源10からの青色光および波長変換部材14からの緑色蛍光)が第1のダイクロイックフィルター(領域1)15a’から第2のダイクロイックフィルター(領域2)15b’へ移動する境界部DL1での作用説明図である。図5(b)は光(LD光源である図1の固体光源10の光および波長変換部材14からの緑色蛍光)が第2のダイクロイックフィルター(領域2)15b’から第1のダイクロイックフィルター(領域1)15a’へ移動する境界部DL2での作用説明図である。この図5(a),(b)に示したように、光透過制御ホイール15’には、第1のダイクロイックフィルター(領域1)15a’と第2のダイクロイックフィルター(領域2)15b’とが、周方向に、それぞれ180度の範囲に形成されている。また、図5(c)は、図5(a)、図5(b)における固体光源10,11のON・OFFタイミング、及びこのON・OFFに伴う緑色光GL(図中では「緑色」と表示。以下同様)、赤色光RL(赤色)、青色光BL(青色)の照明装置4からの出射タイミングを模式的に示した説明図である。
以上、実施例3では、色の混色を抑制することができると共に、色純度をより向上させることができる。
また、時間T1,T2の期間の両方の時間を、固体光源10をOFFさせると共に固体光源11をONさせる構成とすることもできる。
また、もっとも好適な実施例を、図6(a)を用いて説明する。図6(a)のように、固体光源11をONさせて赤色光を発光させる時間(期間)をT3とする。この時間T3は、照射スポットLspが第1境界部DL1上をよぎる時間T1を含む時間とし、時間T1より長くなるように制御する。この時間(期間)T3の間は固体光源10をOFFさせると共に固体光源11をONさせるように、固体光源10,11を制御すると良い。また、固体光源10,11を共にOFFさせる時間(期間)をT4とする。この時間T4は、照射スポットLspが第2境界部DL2上をよぎる時間T2を含む時間とし、時間T2より長くなるように制御する。
以上の構成により、色の混色は起こらなくなり、理想的な原色を作り出すことができる。装置の色純度が向上する。
図6(b)の実施例4は、実施例3および実施例3の変形例1をさらに発展させた実施例を示す。
なお、実施例4でも、時間(期間)T3の間は、固体光源10をOFFさせ、赤色光の光源である固体光源11のみをONさせて、赤色光を出射させるように制御を行っている。
このように本実施例は、第2境界部DL2のスポーク期間における時間(期間)T2の間、青色光と緑色蛍光との混色(シアン光)を積極的に利用した実施例である。つまり、時間T1(第1境界部DL1のスポーク期間)を含む時間T3ではLD光である固体光源10をOFF(消灯)させ、且つ赤色光の光源である固体光源11をON(点灯)させて赤色光の生成時間にする。一方、第2境界部DL2のスポーク期間の時間T2では、LD光である固体光源10を連続点灯させて、青色光と緑色光との混色であるシアン光の生成時間として利用する。このようにすることで、より明るい光(出射光)を得ることができる。
上述した図1〜図3の実施例1では、青色光のLD光源である固体光源(青光源)10と赤色光の固体光源(赤色光源)11の2つの固体光源を用いて緑色光(緑色蛍光)GL、赤色光RL、青色光BLをそれぞれ生成するようにした例を示した。しかし、本願が必ずしもこれに限定されるものではなく、固体光源一つで緑色光(緑色蛍光)GL、赤色光RL、青色光BLをそれぞれ生成することもできる。図7(a)〜図7(d)は、この例を実施例5として示したものである。
この図7(a)に示した実施例5の照明装置4bは、実施例1における固体光源10、カップリングレンズ12(CL1),16(CL2)、青色のレーザ光により励起されて緑色または黄色蛍光を発生する波長変換部材14、光透過制御ホイール15等は、そのまま用いられている。
この光透過制御ホイール15は、図7(b)におけるように(図2(a)と同様に)青色光を反射させ、緑色光を選択して透過させる第1のダイクロイックフィルター(領域1)15aと、青色光を透過させる第2のダイクロイックフィルター(領域2)15bとを有する。また、図7(a)の実施例では、実施例1のミラーM1を符号M31としている。更に、図7(a)の実施例では、実施例1の固体光源11を、赤色蛍光を生じる波長変換部材31に代えると共に、実施例1のダイクロイックミラーDM1を単なる全反射のミラーM32に代えている。また、実施例1のダイクロイックミラーDM2を、赤色光RLおよび緑色光GLを反射させ、青色光BLを透過させるDM22に代えている。
尚、波長変換部材31から生じさせる赤色蛍光は、例えば、その波長領域が620nm〜750nmまたはこの範囲を含むものが好ましい。
次に、このような構成の実施例5の照明装置4bの作用を、図7(d)の色生成のシーケンスに基づいて説明する。
この図7(d)の色生成のシーケンスは図1に示したような駆動制御部3cにより実行される。この駆動制御部3cは、固体光源10を常時ONさせると共に、光透過制御ホイール15,30を同期させて回転制御する。
そして、常時ONされた固体光源10は、青色の発散するレーザ光(励起光)を発生させ、カップリングレンズ12(CL1)は固体光源(LD光源)10から発散するレーザ光を平行な青色光BLにして、光透過制御ホイール15に入射させる。
この光透過制御ホイール15は、第1のダイクロイックフィルター(領域1)15aが固体光源10からの励起光(青色光BL)の光路中に位置したとき、青色光BLを波長変換部材14側に反射させる。この反射された青色光BLは、カップリングレンズ16(CL2)で波長変換部材14の位置に集光されて、波長変換部材14の蛍光体を励起させ緑色または黄色の発散する蛍光を生じさせる。この緑色または黄色の発散する蛍光は、カップリングレンズ16(CL2)で平行光束である緑色または黄色蛍光にされた後、緑色蛍光(緑色光GL)が選択されて第1のダイクロイックフィルター(領域1)15aを透過する。この透過した緑色光GLは、ミラーM31で反射されてダイクロイックミラーDM21を透過した後、ダイクロイックミラーDM22で、図1に示すような照明光案内光学系6側に反射される。
尚、このような動作時に駆動制御部3cは、駆動モータ14mを駆動制御して波長変換部材14を一定速度で回転させる。この回転により、青色の励起光の入射位置を変えて、波長変換部材14に用いられている蛍光体が劣化しない程度に冷却させる。
また、光透過制御ホイール15,30の矢印A1方向への回転に伴い、光透過制御ホイール15の第2のダイクロイックフィルター(領域2)15bのエリア(領域2−2)15b2が固体光源10からの青色光(励起光)BLの光路中に位置する。このとき、青色光BLは光透過制御ホイール15の第2のダイクロイックフィルター(領域2)15bを透過して、光透過制御ホイール30に入射する。これに伴い、光透過制御ホイール30の第4のダイクロイックフィルター(領域5)30bが、第2のダイクロイックフィルター15bを透過した青色光BLの光路中に位置し、青色光BLを波長変換部材31側に反射させる。この反射された青色光BLは、カップリングレンズ32(CL3)で波長変換部材31の位置に集光されて、波長変換部材31の蛍光体を励起させ、発散する赤色蛍光を生じさせる。この発散する赤色蛍光は、カップリングレンズ32(CL3)で平行光束である赤色蛍光(赤色光RL)にされて、第4のダイクロイックフィルター(領域5)30bを透過し、ダイクロイックミラーDM21で反射された後、ダイクロイックミラーDM22で、図1に示すような照明光案内光学系6側に反射される。
尚、このような動作時に駆動制御部3cは、駆動モータ31mを駆動制御して波長変換部材31を一定速度で回転させる。この回転により、青色の励起光の入射位置を変えて、波長変換部材31に用いられている蛍光体が劣化しない程度に冷却させる。
更に、光透過制御ホイール15,30の矢印A1方向への回転に伴い、光透過制御ホイール15の第2のダイクロイックフィルター(領域2)15bにおけるエリア(領域2−1)15b1が固体光源10からの青色光(励起光)BLの光路中に位置し、青色光BLがこのエリア(領域2−1)15b1を透過する。これに伴い、光透過制御ホイール30の第3のダイクロイックフィルター30aのエリア(領域4)30a2が、エリア(領域2−1)15b1を透過した青色光BLの光路中に位置する。これにより、エリア(領域2−1)15b1を透過した青色光BLは、光透過制御ホイール30のエリア(領域4)30a2を透過して、ミラーM32で反射された後、ダイクロイックミラーDM22を透過して、図1に示すような照明光案内光学系6側に導かれる。
このような構成の照明装置4bでは、光透過制御ホイール15,30が1回転する毎に、緑色光(緑色蛍光)GL、赤色光(赤色蛍光)RL、青色光BLが、この順にフレーム毎に生成(形成)されて出射される。例えば図7(d)では、n番目フレームやn+1番目フレームに示したような色生成シーケンスで、緑色光(緑色蛍光)GL、赤色光(赤色蛍光)RL、青色光BLが、この順にフレーム毎に出射される。
尚、実施例5の駆動制御部3cは、駆動モータ31mを駆動制御して波長変換部材31を一定速度で回転させる。この回転により、青色の励起光の入射位置を変えて、波長変換部材31に用いられている蛍光体が劣化しない程度に冷却させるようにしているが、本願が必ずしもこれに限定されるものではない。
更に、波長変換部材31は、駆動モータ31mにより回転制御する構成として、寿命を延ばすことができるようにしているが、必ずしも駆動モータ31mにより回転制御する構成とする必要はなく、固定タイプであっても良い。
以上説明した実施例では、固体光源10に青色の波長領域を発光する半導体レーザ(以下LD)又はLEDを用い、波長変換部材14に青色の励起光により励起されて緑または黄色蛍光を発光する緑色または黄色蛍光体を用いた例を示したが、本願が必ずしもこれに限定されるものではない。
また、第2のダイクロイックフィルター(領域2)15−1bが光源部40からの光路に配置されたときに、固体光源(紫・紫外線光源)40Vを消灯(OFF)させ、且つ固体光源(青色光源)40Bを点灯(ON)させる。これにより、青色光BLは、第2のダイクロイックフィルター15−1bを透過した後、ダイクロイックミラーDM1での反射、ダイクロイックミラーDM2での透過を経て照明光案内光学系6の集光レンズ(集光素子)L1に入射する。
赤色光の生成については、実施例1と同様であるため説明を省略する。
尚、実施例2における図4(a)及び実施例5における図7(a)の励起光源である固体光源10に代えて、実施例6の光源部40を励起光源として用いることもできる。
また、上述した実施例1〜6およびその変形例では、波長変換部材14は、光路分岐部材である光透過制御ホイール15による励起光の反射光路中に配置されている。具体的には、例えば、図4に示した実施例2では、固体光源10からの青色の励起光を光透過制御ホイール15の第1のダイクロイックフィルター(領域1)15aで反射させて波長変換部材14に入射させている。そして、波長変換部材14の蛍光体を青色の励起光で励起させて緑色または黄色蛍光を生じさせ、この緑色または黄色蛍光のうち、緑色の蛍光が選択されて第1のダイクロイックフィルター(領域1)15aを透過するように、固体光源10、光透過制御ホイール15および波長変換部材14を配置した構成としている。しかし、本願が必ずしもこれに限定されるものではない。
この構成では、図1に示した駆動制御部3cにより駆動モータ50mを駆動制御することにより、光透過制御ホイール50が駆動モータ50mで図9(b)のように矢印A1方向に回転駆動させられる。この際、光透過制御ホイール50の第1のダイクロイックフィルター(領域1)50aおよび第2のダイクロイックフィルター(領域2)50bが固体光源10からの青色光BLの光路に交互に移動配置される。
これに伴い、図1の駆動制御部3cは、第2のダイクロイックフィルター(領域2)50bおよび第1のダイクロイックフィルター(領域1)50aの周方向の半分が固体光源10からの青色光BLの光路中に移動して配置されている間は固体光源10を点灯させて、固体光源10から青色光BLを出射させると共に、固体光源11を消灯させる。この際、固体光源10から発せられた青色光BLはカップリングレンズ12(CL1)で略平行光の青色光BLにされ、集光レンズL20で集光されて、光透過制御ホイール50に入射する。
そして、第2のダイクロイックフィルター(領域2)50bが固体光源10からの青色光BLの光路中に配置されたとき、固体光源10からの青色光BLは、第2のダイクロイックフィルター(領域2)50bで反射されて迂回光路18に入射する。そして、青色光BLは、迂回光路18を介してダイクロイックミラーDM3に導かれ、ダイクロイックミラーDM3で反射された後、ダイクロイックミラーDM4を透過して図1に示すような照明光案内光学系(リレー光学系)6に導かれる。
また、第2のダイクロイックフィルター(領域2)50bに続いて第1のダイクロイックフィルター(領域1)50aの周方向の半分が固体光源10からの青色光BLの光路に移動配置され、且つ固体光源10が点灯させられているとき、固体光源10からの青色光BLは第1のダイクロイックフィルター(領域1)50aを透過する。この透過した青色光BLは、集光レンズL21で平行光束にされた後にカップリングレンズ16(CL2)で集束されて、この青色光BLの透過光路中に配置された波長変換部材14に入射する。
更に、第1のダイクロイックフィルター(領域1)50aの周方向の残りの半分が固体光源10からの青色光BLの光路中に移動配置され、且つ固体光源11が点灯されているとき、固体光源10を消灯させ、固体光源11のみを点灯させる。この固体光源11からの赤色光RLが、カップリングレンズ13(CL3)およびダイクロイックミラーDM4を介して、図1に示すような照明光案内光学系(リレー光学系)6に導かれる。
このようにして、光透過制御ホイール50が一回転する際、図1の照明光案内光学系(リレー光学系)6には、青色光BL、緑色光GL、赤色光RLが、この順に等間隔で導かれる。
また、図7(a)に示した実施例5では、青色の波長領域の青色光(励起光)を発光する半導体レーザ(以下LD)又はLEDを固体光源10に用いて緑色光や赤色光の蛍光体を有する波長変換部材14,31を励起させるようにした例を示したが、本願が必ずしもこれに限定されるものではない。
この実施例8では、紫外線を発生させる固体光源10aを用いているため、波長変換部材14−2には紫外線で励起して緑色蛍光を生じる蛍光体が用いられ、波長変換部材31−2には紫外線で励起して赤色蛍光を生じる蛍光体が用いられる。波長変換部材14−2,31−2についても、波長変換部材14,31と同様に、駆動モータ14−2m,31−2mにより回転駆動され、蛍光体の劣化防止のための制御が行われている。
この波長変換部材60には、紫外線で励起されて青色蛍光を生じる蛍光体が設けられている。この波長変換部材60から生じる青色蛍光は、例えば、その波長領域が420nm〜460nmまたはこの範囲を含むものが好ましい。
また、波長変換部材60は駆動モータ60mにより回転駆動させられるようになっており、蛍光体の劣化防止のために、波長変換部材14−2,31−2と同様な制御が行われる。
次に、このような構成の照明装置4eの作用を図10に基づいて説明する。
図1に示した駆動制御部3cは、固体光源10aを常時ONさせると共に、光透過制御ホイール15−2,30−2を同期させて回転制御する。
そして、固体光源10aは、常時ONして発散する紫外線のレーザ光(励起光)を発生させ、カップリングレンズ12(CL1)は固体光源(LD光源)10aから発散するレーザ光を平行な励起光にして、光透過制御ホイール15−2に入射させる。
実施例8では、光透過制御ホイール15−2の第1のダイクロイックフィルター(領域1)15−2aが励起光(紫外線)の光路中に位置したとき、紫外線を波長変換部材14−2側に反射させる。この反射された紫外線は、カップリングレンズ16(CL2)で波長変換部材14−2の位置に集光されて、波長変換部材14−2の蛍光体を励起させ、発散する緑色の蛍光を生じさせる。この発散する緑色の蛍光は、カップリングレンズ16(CL2)で平行光束である緑色光GLにされる。その後、緑色光GL、第1のダイクロイックフィルター(領域1)15−2aを透過し、ミラーM31で反射され、ダイクロイックミラーDM21を透過した後、ダイクロイックミラーDM22で、図1に示すような照明光案内光学系6側に反射される。
また、光透過制御ホイール15−2,30−2の矢印A1方向への回転に伴い、光透過制御ホイール15−2の第2のダイクロイックフィルター(領域2)15−2bのエリア(領域2−2)15−2b2が励起光(紫外線)の光路中に位置する。このとき、紫外線は光透過制御ホイール15−2の第2のダイクロイックフィルター(領域2)15−2bを透過して、光透過制御ホイール30−2に入射する。これに伴い、光透過制御ホイール30−2の第4のダイクロイックフィルター(領域5)30−2bが、第2のダイクロイックフィルター15−2bを透過した紫外線の光路中に位置し、紫外線を波長変換部材31−2側に反射させる。この反射された紫外線は、カップリングレンズ32(CL3)で波長変換部材31−2の位置に集光されて、波長変換部材31−2の蛍光体を励起させ、発散する赤色蛍光を生じさせる。この発散する赤色蛍光は、カップリングレンズ32(CL3)で平行光束である赤色蛍光(赤色光RL)にされて、第4のダイクロイックフィルター(領域5)30−2bを透過し、ダイクロイックミラーDM21で反射された後、ダイクロイックミラーDM22で、図1に示すような照明光案内光学系6側に反射される。
更に、光透過制御ホイール15−2,30−2の矢印A1方向への回転に伴い、光透過制御ホイール15−2の第2のダイクロイックフィルター(領域2)15−2bにおけるエリア(領域)15−2b1が紫外線の光路中に位置し、紫外線がこのエリア(領域2−1)15−2b1を透過する。これに伴い、光透過制御ホイール30−2における第3のダイクロイックフィルター30−2aのエリア(領域4)30−2a2が、エリア(領域2−1)15−2b1を透過した紫外線の光路中に位置する。これにより、エリア(領域2−1)15−2b1を透過した紫外線は、光透過制御ホイール15−2の第2のダイクロイックフィルター15−2bおよび光透過制御ホイール30−2のエリア(領域4)30−2a2を透過して、波長変換部材60に照射される。この紫外線により、波長変換部材60は青色蛍光を青色光BLとして発光し、この発光した青色光BLが、ダイクロイックミラーDM23で反射された後に、ダイクロイックミラーDM22を透過して図1に示すような照明光案内光学系6側に導かれる。
上記実施例1〜実施例8およびその変形例では、1つの波長変換部材から緑色(または黄色)蛍光を生じさせ、1つの光透過制御ホイールで、緑色蛍光を選択して反射または透過させることで、緑色蛍光を生成している。また、緑色蛍光以外の蛍光、例えば、赤色蛍光や青色蛍光を生成するため、実施例5、実施例8では、波長変換部材や光透過制御ホイールを複数用いている。したがって、上記各実施例では、1つの光透過制御ホイールで、1種類の蛍光を生成している。しかし、本願が必ずしもこれに限定されるものではなく、1つの光透過制御ホイールで、複数の蛍光を生成するようにしても良い。
この実施例9は、1つの光透過制御ホイールおよび1つの波長変換部材を用いて、複数の蛍光(緑色蛍光と赤色蛍光)を生成するようにした実施例である。以下、実施例9について、図11、図12を用いて説明する。図11(a)は実施例9の照明装置4fにおける赤色光または緑色光の光出射光路を示す光学図であり、図11(b)は青色光の光出射光路を示す光学図である。図12(a)は実施例9の光透過制御ホイールを盤面と垂直な方向から見た平面図であり、図12(b)は実施例9の照明装置4fでの発光タイミングの一例を示すシーケンスの説明図である。
この図11(a),(b)に示した実施例9の照明装置4fは、実施例1における固体光源10、カップリングレンズ12(CL1),16(CL2)、ミラーM1等は、そのまま用いられている。実施例9では、光透過制御ホイール15を、図12(a)に示したような光透過制御ホイール15−3に代え、波長変換部材14を、緑色蛍光と赤色蛍光とを含む黄色蛍光を生じる黄色蛍光体を設けた波長変換部材14−3に代えている。また、実施例9では赤色光源である固体光源11を使用せず、実施例1のダイクロイックミラーDM1を、実施例9では単なる全反射のミラーM32に代えている。また、実施例1のダイクロイックミラーDM2を、実施例9では赤色光RLおよび緑色光GLを反射させ、青色光BLを透過させるダイクロイックミラーDM22に代えている。
次に、このような構成の実施例9の照明装置4fの作用を、図12(b)の色生成のシーケンスに基づいて説明する。
この図12(b)の色生成のシーケンスは、図1に示したような駆動制御部3cにより実行される。この駆動制御部3cは、固体光源10を常時ONさせると共に、光透過制御ホイール15−3を回転制御する。
固体光源10は青色の発散するレーザ光(励起光)を発生させ、カップリングレンズ12(CL1)は固体光源(LD光源)10から発散するレーザ光を平行な青色光BLにして、光透過制御ホイール15−3に入射させる(図11参照)。
この光透過制御ホイール15−3は、第1のダイクロイックフィルター15−3aのエリア(領域1)15−3a1が固体光源10からの励起光(青色光BL)の光路中に位置したとき、図11(a)のように、青色光を波長変換部材14−3側に反射させる。この反射された青色光BLは、カップリングレンズ16(CL2)で波長変換部材14−3の位置に集光されて、波長変換部材14−3の蛍光体を励起させ発散する黄色蛍光YLを生じさせる。この発散する黄色蛍光YLは、カップリングレンズ16(CL2)で平行光束の黄色蛍光YLにされた後、第1のダイクロイックフィルター15−3aのエリア(領域1)15−3a1に入射する。このとき、黄色蛍光YLのうち、赤色蛍光(赤色光RL)のみがエリア(領域1)15−3a1を透過し、それ以外の波長領域の光(緑色蛍光)を反射する。そのため、赤色光RLのみを取り出すことができる。この透過した赤色光RLは、ミラーM1で反射された後、ダイクロイックミラーDM22で、図1に示すような照明光案内光学系6側に反射される(以上、図11(a)の光路図参照)。
尚、このような動作時に駆動制御部3cは、駆動モータ14−3mを駆動制御して波長変換部材14−3を一定速度で回転させる。この回転により、青色の励起光の入射位置を変えて、波長変換部材14−3に用いられている蛍光体が劣化しない程度に冷却させる。
また、光透過制御ホイール15−3の矢印A1方向への回転に伴い、光透過制御ホイール15−3における第1のダイクロイックフィルター15−3aのエリア(領域2)15−3a2が固体光源10からの青色光(励起光)BLの光路中に位置する。この場合も青色光BLは、図12(a)に示すエリア(領域2)15−3a2により反射され、カップリングレンズ16(CL2)で波長変換部材14−3の位置に集光され、波長変換部材14−3の蛍光体を励起させ発散する黄色蛍光YLを生じさせる。この発散する黄色蛍光YLは、カップリングレンズ16(CL2)で平行光束の黄色蛍光YLにされた後、第1のダイクロイックフィルター15−3aのエリア(領域2)15−3a2に入射する。このとき、黄色蛍光YLのうち、緑色蛍光(緑色光GL)のみがエリア(領域2)15−3a2を透過し、それ以外の波長領域の光(赤色蛍光)を反射する。そのため、緑色光GLのみを取り出すことができる。この緑色光GLは、ミラーM1で反射された後、ダイクロイックミラーDM22で、図1に示すような照明光案内光学系6側に反射される(以上、図11(a)の光路図参照)。
更に、光透過制御ホイール15−3の矢印A1方向への回転に伴い、光透過制御ホイール15−3の第2のダイクロイックフィルター(領域3)15−3bが固体光源10からの青色光(励起光)BLの光路中に位置する。このとき、青色光BLが図12(a)に示す第2のダイクロイックフィルター(領域3)15−3bを透過する。この透過した青色光BLは、ミラーM32で反射された後、ダイクロイックミラーDM22を透過して、図1に示すような照明光案内光学系6側に導かれる(以上図11(b)の光路図参照)。
このように、蛍光の生成用の励起光源と、青色光用の光源とを固体光源10で兼用できると共に、1つの光透過制御ホイール15−3で赤色蛍光と緑色蛍光とを生成できるので、光源数の低減、光源コストの低減により装置の小型化、低コスト化を実現した。
例えば、波長変換部材14−3として、波長領域500nm〜750nmまたはこの範囲を含む黄色蛍光YLを生じさせる蛍光体を使用した場合、エリア(領域1)15−3a1で、赤色光RLとして、620nm〜700nmの波長領域またはこの範囲を含む波長領域を透過させることが好ましい。また、エリア(領域2)15−3a2で、緑色光GLとして、510nm〜575nmの波長領域またはこの範囲を含む波長領域を透過させることが好ましい。
また、これらの波長領域の中から、各エリアで特定範囲の波長領域を透過させるようにしてもよく、黄色味を帯びた赤色から紫味を帯びた赤色まで、幅広い色合いの赤色から、所望の色合いの赤色光RLを取り出すことができる。また、青味を帯びた緑色から赤味や黄色味を帯びた緑色まで、幅広い色合いの緑色から、所望の色合いの緑色光GLを取り出すことができる。
更に、赤色光RLを取り出すエリア(領域1)15−3a1で620nm付近の狭い波長領域を透過させ、緑色光GLを取り出すエリア(領域2)15−3a2で、550nm付近の狭い波長領域を透過させても良い。これにより、より色純度の高い赤色光RLや緑色光GLを取り出すことができる。
また、各エリアで異なる波長領域を透過させるようにしても良いし、一部が重複する波長領域を透過させるようにしても良い。波長領域が重複する一例として、エリア(領域1)15−3a1で、570nm〜700nmの波長領域またはこの範囲を含む波長領域を透過させて、エリア(領域2)15−3a2で490nm〜600nmの波長領域またはこの範囲を含む波長領域を透過させる。この構成によっても、所望の色合いの赤色光RLや緑色光GLを取り出すことができる。
以上のように、光透過制御ホイールで光を透過または反射させて、赤色光RLや緑色光GLを生成する場合に、反射または透過させる波長領域を変化させることで、所望の色合いの緑色光GLや赤色光RLを生成することができ、出射光の色の自由度を向上させることができる。
以下、図13を用いて実施例10の照明装置4gについて説明する。図13(a)は、実施例10の照明装置4gの構成を示し、図13(b)は、実施例10で用いる光透過制御ホイール15−3を盤面と垂直な方向から見た平面図である。
実施例10は、光透過制御ホイール15−3に青色光BLや黄色蛍光YLを入射させるときに、これらの光を集光させた実施例である。図13(a)に示す実施例10の照明装置4gは、カップリングレンズ12(CL1)と光透過制御ホイール15−3との間に青色光BLを集光させる集光レンズL20を配置し、カップリングレンズ16(CL2)と光透過制御ホイール15−3との間に黄色蛍光YLを集光させる集光レンズL21を配置したこと以外は、図11に示した実施例9の照明装置4fと同一の基本構成を有している。また、青色光BL、緑色光GL、赤色光RLを生成するときの作用も実施例9と同様である。そのため、実施例9と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
以下、図14を用いて実施例11の照明装置について説明する。図14(a)は、実施例11で用いる光透過制御ホイール15−4を盤面と垂直な方向から見た平面図であり、図14(b)は実施例11における発光タイミングの一例を示すシーケンスの説明図である。
実施例11の照明装置は、実施例10の光透過制御ホイール15−3を、図14(a)に示した光透過制御ホイール15−4に代えたこと以外は、図13(a)に示した実施例10の照明装置4gと同様の基本構成を有している。そのため、実施例10と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
また、第1のダイクロイックフィルター15−4aは、周方向に3等分に分割され、青色光および緑色蛍光を反射させ、赤色蛍光を透過させるエリア(領域1)15−4a1と、青色光を反射させ、赤色光および緑色光(黄色光)を透過させるエリア(領域2)15−4a2と、青色光および赤色光を反射させ、緑色光を透過させるエリア(領域3)15−4a3と、を有する。また、実施例11では、第2のダイクロイックフィルター15−4bを、領域4とする。
また、実施例11では、光透過制御ホイール15−4の360度の円周のうち、約120度を第2のダイクロイックフィルター(領域4)15−4bとし、残りの約240度を第1のダイクロイックフィルター15−4aのエリア(領域1)15−4a1、エリア(領域2)15−4a2、エリア(領域3)15−4a3とで3つに等分割している。
光透過制御ホイール15−4の矢印A1方向への回転に伴い、光透過制御ホイール15−4の第1のダイクロイックフィルター15−4aのエリア(領域2)15−4a2が固体光源10からの青色光(励起光)BLの光路中に位置する。この場合、青色光BLはエリア(領域2)15−4a2により反射され、図13に示すようなカップリングレンズ16(CL2)で波長変換部材14−3の位置に集光され、波長変換部材14−3の蛍光体を励起させ、発散する黄色蛍光を生じさせる。この発散する黄色蛍光は、カップリングレンズ16(CL2)で平行光束の黄色蛍光YLにされた後、第1のダイクロイックフィルター15−4aのエリア(領域2)15−4a2に入射する。このエリア(領域2)15−4a2では、緑色光と赤色光とを透過するように設定されているため、これらの混色である黄色蛍光YLがエリア(領域2)15−4a2を透過する。そのため、黄色光YLを取り出すことができる。この黄色光YLは、ミラーM1で反射された後、ダイクロイックミラーDM22で、図1に示すような照明光案内光学系6側に反射される。
このように、出射光として、赤色光RL、緑色光GL、青色光BLに、更に、黄色光YLが加わったため、より明るい画像が得られるとともに、色再現範囲を広げることが可能となる。
上記実施例9〜11では、光透過制御ホイールを等分割して各色形成用のエリア(領域1〜4)をほぼ同一サイズとし、各色の光を時分割で出射する際の時間を等間隔としているが、本願が必ずしもこれに限定されることはない。各色の発光効率は異なるので、全体で白色となるように、エリア(領域1〜4)のサイズを調整し、色毎に出射時間を調整しても良い。または、実施例9〜11では、LD光源(固体光源)のパワーをすべての色で同じとしているが、色毎にLD光源のパワーを調整しても構わない。この場合も、各色の発光効率に応じた光の出射が可能となる。
以下、図15を用いて、実施例12の照明装置4hについて説明する。図15(a)は実施例12の照明装置4hの光学図であり、図15(b)は実施例12の光透過制御ホイール50−2を盤面と垂直な方向から見た平面図である。
上記実施例9〜11は、波長変換部材14−3を、固体光源10からの励起光(青色光BL)の反射光路中に配置した実施例である。これに対して、実施例12は、波長変換部材14−3を、固体光源10からの励起光(青色光BL)の透過光路中に配置し、青色光BLの反射光路中に迂回路18を設けた実施例である。
また、第1のダイクロイックフィルター50−2aは、周方向に3つに等分割され、青色光BLおよび緑色光GLを透過させ、赤色光RLを反射させるエリア(領域1)50−2a1と、青色光BLを透過させ、赤色光RLおよび緑色光GL(即ち、黄色光YL)を反射させるエリア(領域2)50−2a2と、青色光BLおよび赤色光RLを透過させ、緑色光GLを反射させるエリア(領域3)50−2a3と、を有する。また、実施例9では、第2のダイクロイックフィルター50−2bを、領域4とする。
実施例12では、光透過制御ホイール50−2の矢印A1方向への回転に伴い、固体光源10からの青色光BLの光路中に、エリア(領域1)50−2a1が位置すると、青色光BLがエリア(領域1)50−2a1を透過して波長変換部材14−3に入射する。この青色光BLの入射により波長変換部材14−3から黄色光YLが生じ、この黄色光YLがエリア(領域1)50−2a1に入射して、赤色光RLが選択されて反射された後、この赤色光RLがダイクロイックミラーDM33を透過して、図1に示すような照明光案内光学系6側に導かれる。
また、青色光BLの光路中に、エリア(領域2)50−2a2が位置すると、青色光BLがエリア(領域2)50−2a2を透過して波長変換部材14−3に入射する。この波長変換部材14−3から生じた黄色光YLは、エリア(領域1)50−2a1に入射し、赤色光RLおよび緑色光GL、即ち、黄色光YLが選択されて反射される。その後、黄色光YLがダイクロイックミラーDM33を透過して、図1に示すような照明光案内光学系6側に導かれる。
次に、青色光BLの光路中に、エリア(領域3)50−2a3が位置すると、青色光BLがエリア(領域3)50−2a3を透過して波長変換部材14−3に入射する。この波長変換部材14−3から生じた黄色光YLは、エリア(領域3)50−2a3に入射し、緑色光GLが選択されて反射される。その後、緑色光GLがダイクロイックミラーDM33を透過して、図1に示すような照明光案内光学系6側に導かれる。
そして、青色光BLの光路中に、第2のダイクロイックフィルター(領域4)50−2bが位置すると、青色光BLが第2のダイクロイックフィルター(領域4)50−2bに反射されて、迂回光路18に入射する。この迂回光路18を介して、青色光BLはダイクロイックミラーDM33に導かれた後、このダイクロイックミラーDM33で反射され、図1に示すような照明光案内光学系6側に導かれる。
この発明の実施の形態の照明装置は、励起光を発光する励起光源(固体光源10,10a、40)と、前記励起光により励起されて前記励起光と異なる波長の蛍光を生じさせる波長変換部材14,14−1,14−2,14−3と、を備えている。また、この照明装置は、前記励起光または前記蛍光の一方の波長領域を反射させ他方の波長領域を透過させる第1フィルター(第1のダイクロイックフィルター15a,15a’,15−1a,15−2a,50a,50−2a)および前記第1フィルターで反射させる波長領域を透過させるかまたは前記第1フィルターで透過させる波長領域の光を反射させる第2フィルター(第2のダイクロイックフィルター15b,15b’,15−1b,15−2b,50b,50−2b)が前記励起光の光路中に時間的に交互に配置される光路分岐部材(光透過制御ホイール15,15’,15−1,15−2,15−3,15−4,50,50−2)を備え、前記波長変換部材は、前記励起光の反射光路中または透過光路中に配置されている。
しかも、この波長の異なる光をカラー三原色のうちの赤色、青色、緑色の光の少なくとも二つに適用して、カラーの投射装置の光源として利用できる。
また、励起光が蛍光体(波長変換部材)に照射されて蛍光体が励起光により励起されることにより、この蛍光体から励起光の波長領域とは異なる波長領域の波長に波長変換された光が発生させられる。この蛍光体から発生する波長変換された光を「蛍光」または「被励起光」という。
また、この発明の実施の形態の照明装置では、前記励起光の光出射光路と、前記蛍光の光出射光路とを合流させる光路合流素子(ミラーM1,M31,M32,18M1,18M2,18M3、ダイクロイックミラーDM1,DM2,DM3,DM4,DM21,DM22,DM23,DM33)を、さらに備えている。
この構成によれば、波長の異なる励起光および蛍光を、時分割にDMD等の画像形成素子5に導いて、各色に対応するモノクロ画像を形成させることができる。
また、この発明の実施の形態の照明装置では、前記波長変換部材14,14−1,14−2,14−3,31,31−2,60から生じた前記蛍光を、前記光路分岐部材(光透過制御ホイール15,15’,15−1,15−2,15−3,15−4,50,50−2)に向けて出射させる光学素子(カップリングレンズ(CL2,CL3)16,32を、前記波長変換部材と前記光路分岐部材との間に設けている。
この構成によれば、波長変換部材から発散して生じる蛍光を、光路分岐部材に向けて、効率よく入射させることができる。
また、この発明の実施の形態の照明装置では、前記励起光源には青色の波長領域の青色光を励起光および光として発生する励起光源(固体光源10)が用いられている。しかも、前記波長変換部材は青色の励起光に励起されて緑色を含む光を前記被励起光(蛍光)として発生させる緑色を含む蛍光体が設けられた波長変換部材14である。また、前記光路分岐部材の前記第1フィルター(第1のダイクロイックフィルター15a)は、前記青色光を反射させて前記蛍光を透過させ、前記第2フィルター(第2のダイクロイックフィルター15b)は、前記青色光を透過させるように構成されている。そして、前記波長変換部材14は、前記青色光を反射させる前記第1フィルターの前記反射光路中に配置されている。
この構成によれば、少なくとも前記青色光と前記緑色とを含む光を時間的に分割して光出射光路Optから被照射部に出射せることができる。そのため、カラー三原色のうちの青色、緑色の光を少なくとも生成でき、投射装置の光源として利用できる。特に、プロジェクター装置の、励起光源と、青色光源を兼用できるで、光源数の低減、光源コストの低減により装置の小型化、低コスト化を実現できる。
また、この発明の実施の形態の照明装置では、前記励起光源には青色の波長領域の青色光を励起光および光として発生する励起光源(固体光源10)が用いられている。また、前記波長変換部材は青色の励起光に励起されて緑色を含む光を前記被励起光として発生させる緑色を含む蛍光体が設けられた波長変換部材14−1,14−3である。
また、前記光路分岐部材は、前記第1フィルター(第1のダイクロイックフィルター50a,50−2a)で前記青色光を透過させて前記蛍光を反射させ、前記第2フィルター(第2のダイクロイックフィルター50b,50−2b)で前記青色光を反射させるように構成され、前記波長変換部材は、前記青色光を透過させる前記第1フィルターの前記透過光路中に配置されている。
この構成において、前記第2フィルターで反射する前記青色光を前記光出射光路Optに導く案内光路(迂回光路18)を設けることで、青色光を出射させることができる。更に、第1フィルターを透過した青色光により波長変換部材から緑色を含む蛍光を生じさせ、この緑色光を含む蛍光のうち、緑色を選択して第1フィルターで反射させ、出射光路Optから出射させることができる。これにより、少なくとも青色光と緑色光とを時間的に分割して前記光出射光路Optから出射させることができる。
この構成によれば、カラー三原色のうちの青色、緑色の光を生成でき、投射装置の光源として利用できる。特に、プロジェクター装置の、励起光源と、青色光源とを兼用できるので、光源数の低減、光源コストの低減により装置の小型化、低コスト化を実現できる。
また、この発明の実施の形態の照明装置では、前記第1フィルター(第1のダイクロイックフィルター15−3a,15−4a)は、前記蛍光の所定の波長領域の光をそれぞれ透過させる少なくとも2以上の領域(エリア15−3a1,15−3a2,15−4a1,15−4a2,15−4a3)に分割されている。
この構成によれば、カラー三原色のうちの青色、緑色の光だけでなく、青、緑以外の光をさらに生成でき、投射装置の光源として利用できる。特に、プロジェクター装置の、励起光源と、青色光源とを兼用できるので、光源数の低減、光源コストの低減により装置の小型化、低コスト化を実現できる。
また、この発明の実施の形態の照明装置では、前記第1フィルター(第1のダイクロイックフィルター15−3a,15−4a,50−2a)は、少なくとも前記蛍光の緑色を含む光を透過させる領域(エリア15−3a2,15−4a3)と、赤色を含む光を透過させる領域(エリア15−3a1,15−4a1)とに分割されている。更に、黄色を含む光を透過させる領域(エリア15−4a2)をも備えている。
この構成によれば、カラー三原色の青色、緑色、赤色の光を生成でき、投射装置の光源として利用できる。更に、黄色の光を生成することで、より明るい画像を生成できると共に、色再現範囲を広げることが可能となる。特に、プロジェクター装置の、励起光源と、青色光源とを兼用できるので、光源数の低減、光源コストの低減により装置の小型化、低コスト化を実現できる。
また、この発明の実施の形態の照明装置では、前記励起光源(固体光源10)からの前記青色光に励起されて、前記波長変換部材14から生じる前記蛍光(例えば、緑色を含む蛍光)とは異なる第2の蛍光(例えば、赤色蛍光)を生じさせる第2の蛍光体が設けられた第2の波長変換部材31と、前記光路分岐部材15の第2フィルター(第2のダイクロイックフィルター15b)を透過した前記青色光を前記第2の波長変換部材31に向けて反射させ、且つ前記第2の波長変換部材31からの前記第2の蛍光を透過させる第3フィルター(第4のダイクロイックフィルター30b)を少なくとも有する第2の光路分岐部材30と、を備えている。
この構成によれば、1つの光源(固体光源10)のみで、カラー三原色の青色、緑色、赤色の光を生成でき、投射装置の光源として利用できる。特に、プロジェクター装置の、励起光源と、青色光源とを兼用できるので、光源数の低減、光源コストの低減により装置の小型化、低コスト化を実現できる。
また、この発明の実施の形態の照明装置において、青色の波長領域の青色光を励起光として発生する前記励起光源が第1の光源(固体光源10)として設けられ、前記励起光と異なる波長の光(赤色光)を発させる第2の光源(固体光源11)が設けられている。そして、前記励起光源を点灯させている間の少なくとも一定期間、前記第2の光源を消灯させて、前記励起光または前記波長変換部材から生じた前記蛍光を光出射光路に出射させている。これにより、第1の光源の光(青色光)、第2の光源の光(赤色光)、蛍光(緑色個)の3色の光を得ることができる。
この構成によれば、カラー三原色の赤色、青色、緑色の光を生成でき、投射装置の光源として利用できる。特に、プロジェクター装置の、励起光源と、青色光源を兼用できるので、光源数の低減、光源コストの低減により装置の小型化、低コスト化を実現できる。
また、この発明の実施の形態の照明装置において、前記励起光の光路中で、前記第1フィルター(第1のダイクロイックフィルター15a’)と前記第2フィルター(第1のダイクロイックフィルター15b’)とが切り替わるときに、前記励起光源(固体光源10)を消灯させ、且つ前記第2の光源(固体光源11)を点灯させる。
この構成によれば、色の混色は起こらなくなり、理想的な原色を作り出すことができる。装置の色純度が向上する。
また、この発明の実施の形態の照明装置において、前記励起光の光路中で、前記第1フィルターと前記第2フィルターとが切り替わるときに、前記励起光源を点灯させると共に、前記第2の光源を点灯させる。
この構成によれば、前記第1フィルターと前記第2フィルターとが切り替わるときに、第1、第2の光源を点灯させて、光の混色を生じさせることにより、混色期間を積極的に利用したので、この混色期間を設けない場合に比べて、より明るい光量を光透過制御ホイールの1回転で得ることができる。
また、この発明の実施の形態の照明装置において、前記励起光源(固定光源10a)は紫外線を前記励起光として発光し、前記波長変換部材として、前記紫外線により励起されて前記紫外線と異なる波長の第1の蛍光(例えば、緑色蛍光)を生じさせる第1の蛍光体が設けられた第1の波長変換部材14−2と、前記紫外線により励起されて前記紫外線および前記第1の蛍光と異なる波長の第2の蛍光(例えば、赤色蛍光)を生じさせる第2の蛍光体が設けられた第2の波長変換部材31−2と、を備えると共に、前記光路分岐部材として、前記第1の波長変換部材に向けて前記紫外線を反射させ、且つ前記第1の波長変換部材からの前記第1の蛍光を透過させる第1フィルター(第1のダイクロイックフィルター15−2a)および前記紫外線を透過させる第2フィルター(第2のダイクロイックフィルター15−2b)が前記紫外線の前記光路中に時間的に交互に配置される第1の光路分岐部材(光透過制御ホイール15−2)と、前記第1の光路分岐部材の前記第2フィルターを透過した前記紫外線を前記第2の波長変換部材に向けて反射させ、且つ前記第2の波長変換部材からの前記第2の蛍光を透過させる第2の光路分岐部材(光透過制御ホイール30−2)と、を備えている。
この構成によれば、カラー三原色のうちの青色、緑色の光を1つの光源で生成でき、投射装置の光源として利用できる。このようにカラー三原色のうちの青色、緑色の光を1つの光源で生成できるので、青色、緑色の光源を別々に設けた場合に比べて、光源数の低減、光源コストの低減により装置の小型化、低コスト化を実現できる。
また、この発明の実施の形態の照明装置は前記第2の光路分岐部材(光透過制御ホイール30−2)は、前記紫外線を透過させる第3フィルター(第3のダイクロイックフィルター30−2a)および前記紫外線を反射させる第4フィルター(第4のダイクロイックフィルター30−2b)を有し、前記第3フィルターおよび前記第4フィルターが、前記第1の光路分岐部材(光透過制御ホイール15−2)の前記第2フィルター(第2のダイクロイックフィルター15−2b)を透過した前記紫外線の前記光路中に時間的に交互に配置され、前記第2の光路分岐部材(光透過制御ホイール30−2)の前記第3フィルターを透過した前記紫外線の前記光路中に、前記紫外線により励起されて前記紫外線および第1の蛍光(例えば、緑色蛍光)並びに前記第2の蛍光(例えば、赤色蛍光)と異なる波長の第3の蛍光(例えば、青色蛍光)を生じさせる第3の蛍光体が設けられた第3の波長変換部材60を、さらに備えている。
この構成によれば、カラー三原色の青色、緑色、赤色の光を1つの光源で生成でき、投射装置の光源として利用できる。このようにカラー三原色の全ての青色、緑色、赤色の光を1つの光源で生成できるので、青色、緑色、赤色の光源を別々に設けた場合に比べて、光源数の低減、光源コストの低減により装置の小型化、低コスト化を実現できる。
また、この発明の実施の形態の照明装置は、前記励起光源(固体光源10,10a)から発光する前記励起光を、前記光路分岐部材(光透過制御ホイール15,50,15−3,50−2)上で集光させる集光素子(集光レンズL20)を、前記励起光源と前記光路分岐部材との間に設けている。
この構成によれば、光透過制御ホイール上で、一度集光するようにしたので、混色の時間が減り、色純度の向上ができる。また、光透過制御ホイールのサイズを小さくでき、装置の小型化にも寄与する。
また、この発明の実施の形態の照明装置は、前記波長変換部材から生じた前記蛍光を、前記光路分岐部材(光透過制御ホイール15,50,15−3,50−2)上で集光させる集光素子(集光レンズL21)を、前記波長変換部材14,14−3と前記光路分岐部材との間に設けている。
この構成によれば、光透過制御ホイール上で、緑色と赤色とを含む光を一度集光するようにしたので、混色の時間が減り、色純度の向上ができる。また、光透過制御ホイールのサイズを小さくでき、装置の小型化にも寄与する。
この発明の実施の形態の投射装置は、照明装置(照明装置4.4a,4b,4c,4d,4e,4f,4g,4h)で得られた光が照射される画像生成装置(画像形成素子5)と、該画像生成装置(画像形成素子5)で光変調された画像情報を拡大投射する投射レンズ7と、を備えている。このような照明装置を用いた投射装置として、例えば、スクリーン等の投影面に画像を投影して拡大表示する投影装置(プロジェクター)や、半導体デバイスの制作工程でウェハー上に回路パターンを露光する露光装置としての投影装置等が挙げられる。
また、青色帯域波長を有する光源から発する青色光を励起光として利用し、波長変換された蛍光を被励起光として利用する照明装置において、前記光源から発する光を、光透過制御ホイールによって、反射光と透過光とに時間的に分割し、反射光、あるいは、透過光いずれか一方の光を、青色光とし、他方を波長変換材料に照射する励起光とし、前記波長変換材料から生成された光を被励起光とした場合には、複数の励起光源を必要とせず、励起光源と光照射用の光源とを兼用できるので、確実に光源の数を低減できる。
また、この発明の実施の形態の照明方法は、励起光源(固体光源10,10a,40)から発光される励起光と、前記励起光により励起されて波長変換部材14,14−1,14−2,14−3,31,31−2,60から生じた前記励起光と異なる波長の蛍光とを、被照明部に照射する。
そして、前記励起光または前記蛍光の一方の波長領域を反射させ他方の波長領域を透過させる第1フィルター(第1のダイクロイックフィルター15a,15a’,15−1a,15−2a,15−3a,15−4a,50a,50−2a)および前記第1フィルターで反射させる波長領域を透過させるかまたは前記第1フィルターで透過させる波長領域の光を反射させる第2フィルター(第2のダイクロイックフィルター15b,15b’,15−1b,15−2b,15−3b,15−4b,50b,50−2b)を、前記励起光の光路中に時間的に交互に配置させ、前記励起光の反射光路中または透過光路中に配置された前記波長変換部材14,14−1,14−2,14−3,31,31−2,60に、前記励起光を照射して、前記励起光と異なる波長の前記蛍光を生じさせるようになっている。
しかも、複数の異なる波長の光をカラー三原色のうちの赤色、青色、緑色の光の少なくとも二つに適用して、カラーの投射装置の光源として利用できる。この場合、青色、緑色、赤色の光源を別々に設けた場合に比べて、光源数の低減、光源コストの低減により装置の小型化、低コスト化を実現できる。
また、この発明の実施の形態の照明方法において、前記励起光源(固体光源10,40)は、青色の波長領域の青色光を前記励起光として発光させ、前記波長変換部材14,14−1,14−2,14−3は、前記青色光により励起されて緑色を含む蛍光を生じさせ、前記励起光源とは異なる第2の光源(固体光源11)から、赤色の波長領域の赤色光を発光させるようになっている。
そして、前記励起光源を点灯させている間の少なくとも一定期間、前記第2の光源を消灯して、前記青色光または前記波長変換部材から生じた緑色を含む前記蛍光を光出射光路Optに出射させ、前記励起光源を消灯させている間の少なくとも一定期間、前記第2の光源を点灯させ、該第2の光源からの前記赤色光を前記光出射光路に出射させるようになっている。
4,4a,4b,4c,4d,4e,4f,4g,4h 照明装置
5 画像形成素子(画像生成装置)
14 波長変換部材
10,10a 固体光源(励起光源、青色光源、LD光源)
11 固体光源(光源、赤色光源、LD光源、LED光源)
14,14−1,14−2,14−3,31,31−2,60 波長変換部材
15,15’,15−1,15−2,15−3,15−4 光透過制御ホイール(光路分岐部材)
15a,15a’,15−1a,15−2a 第1のダイクロイックフィルター(領域1、第1フィルター)
15b,15b’,15−1b,15−2b 第2のダイクロイックフィルター(領域2、第2フィルター)
15b1,15−2b1 エリア(領域2−1)
15b2,15−2b2 エリア(領域2−2)
15−3a 第1のダイクロイックフィルター(第1フィルター)
15−3a1 エリア(領域1)
15−3a2 エリア(領域2)
15−3b 第2のダイクロイックフィルター(領域3、第2フィルター)
15−4a 第1のダイクロイックフィルター(第1フィルター)
15−4a1 エリア(領域1)
15−4a2 エリア(領域2)
15−4a3 エリア(領域3)
15−4b 第2のダイクロイックフィルター(領域4、第2フィルター)
16 カップリングレンズ(CL2、集光素子)
18 迂回光路
30 光透過制御ホイール(第2の光路分岐部材)
30a 第3のダイクロイックフィルター
30a1 エリア(領域3)
30a2 エリア(領域4)
30b 第4のダイクロイックフィルター(領域5、第3フィルター)
30−2 光透過制御ホイール(第2の光路分岐部材)
30−2a 第3のダイクロイックフィルター(第3フィルター)
30−2a1 エリア(領域3)
30−2a2 エリア(領域4)
30−2b 第4のダイクロイックフィルター(領域5、第4フィルター)
31 波長変換部材
31−2 波長変換部材
32 カップリングレンズ(CL3、集光素子)
40 光源部(励起光源)
40V 固体光源
50 光透過制御ホイール
50a 第1のダイクロイックフィルター(領域1、第1フィルター)
50b 第2のダイクロイックフィルター(領域2、第2フィルター)
50−2 光透過制御ホイール(光路分岐部材)
50−2a 第1のダイクロイックフィルター(第1フィルター)
50−2a1 エリア(領域1)
50−2a2 エリア(領域2)
50−2a3 エリア(領域3)
50−2b 第2のダイクロイックフィルター(領域4、第2フィルター)
DM1,DM2,DM3,DM4,DM21,DM22,DM23,DM33 ダイクロイックミラー(光路合流素子)
M1,M31,M32,18M1,18M2,18M3 ミラー(光路合流素子)
L20 集光レンズ(集光素子)
L21 集光レンズ(集光素子)
Claims (18)
- 励起光を発光する励起光源と、
前記励起光により励起されて前記励起光と異なる波長の蛍光を生じさせる波長変換部材と、を備える照明装置において、
前記励起光または前記蛍光の一方の波長領域を反射させ他方の波長領域を透過させる第1フィルターおよび前記第1フィルターで反射させる波長領域を透過させるかまたは前記第1フィルターで透過させる波長領域の光を反射させる第2フィルターが前記励起光の光路中に時間的に交互に配置される光路分岐部材を備え、
前記波長変換部材は、前記励起光の反射光路中または透過光路中に配置されたことを特徴とする照明装置。 - 請求項1に記載の照明装置において、
前記励起光の光出射光路と、前記蛍光の光出射光路とを合流させる光路合流素子を、さらに備えたことを特徴とする照明装置。 - 請求項1または2に記載の照明装置において、
前記波長変換部材から生じた前記蛍光を、前記光路分岐部材に向けて出射させる光学素子を、前記波長変換部材と前記光路分岐部材との間に設けたことを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の照明装置において、
前記励起光源は、青色の波長領域の青色光を前記励起光として発光し、前記波長変換部材には、前記青色光に励起されて緑色を含む光を前記蛍光として生じさせる蛍光体が設けられ、
前記光路分岐部材の前記第1フィルターは、前記青色光を反射させて前記蛍光を透過させ、前記第2フィルターは、前記青色光を透過させるように構成され、
前記波長変換部材は、前記青色光を反射させる前記第1フィルターの前記反射光路中に配置されたことを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の照明装置において、
前記励起光源は、青色の波長領域の青色光を前記励起光として発光し、前記波長変換部材には、前記青色光に励起されて緑色を含む光を前記蛍光として生じさせる蛍光体が設けられ、
前記光路分岐部材は、前記第1フィルターで前記青色光を透過させて前記蛍光を反射させ、前記第2フィルターで前記青色光を反射させるように構成され、
前記波長変換部材は、前記青色光を透過させる前記第1フィルターの前記透過光路中に配置されたことを特徴とする照明装置。 - 請求項4または5に記載の照明装置において、
前記第1フィルターは、前記蛍光の所定の波長領域の光をそれぞれ透過させる少なくとも2以上の領域に分割されていることを特徴とする照明装置。 - 請求項4または5に記載の照明装置において、
前記第1フィルターは、少なくとも前記蛍光の緑色を含む光を透過させる領域と、赤色を含む光を透過させる領域とに分割されていることを特徴とする照明装置。 - 請求項4〜7のいずれか一項に記載の照明装置において、
前記励起光源からの前記青色光に励起されて、前記波長変換部材から生じる前記蛍光とは異なる第2の蛍光を生じさせる第2の蛍光体が設けられた第2の波長変換部材と、前記光路分岐部材の第2フィルターを透過した前記青色光を前記第2の波長変換部材に向けて反射させ、且つ前記第2の波長変換部材からの前記第2の蛍光を透過させる第3フィルターを少なくとも有する第2の光路分岐部材と、を備えたことを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の照明装置において、
前記励起光と異なる波長の光を発光する第2の光源を、さらに備え、
前記励起光源を点灯させている間の少なくとも一定期間、前記第2の光源を消灯させて、前記励起光または前記波長変換部材から生じた前記蛍光を光出射光路に出射させ、
前記励起光源を消灯させている間の少なくとも一定期間、前記第2の光源を点灯させ、該第2の光源からの前記光を前記光出射光路に出射させることを特徴とした照明装置。 - 請求項9に記載の照明装置において、
前記励起光の光路中で、前記第1フィルターと前記第2フィルターとが切り替わるときに、前記励起光源を消灯させ、且つ前記第2の光源を点灯させることを特徴とする照明装置。 - 請求項9または10に記載の照明装置において、
前記励起光の光路中で、前記第1フィルターと前記第2フィルターとが切り替わるときに、前記励起光源を点灯させると共に、前記第2の光源を点灯させることを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の照明装置において、
前記励起光源は紫外線を前記励起光として発光し、前記波長変換部材として、前記紫外線により励起されて前記紫外線と異なる波長の第1の蛍光を生じさせる第1の蛍光体が設けられた第1の波長変換部材と、前記紫外線により励起されて前記紫外線および前記第1の蛍光と異なる波長の第2の蛍光を生じさせる第2の蛍光体が設けられた第2の波長変換部材と、を備えると共に、前記光路分岐部材として、前記第1の波長変換部材に向けて前記紫外線を反射させ、且つ前記第1の波長変換部材からの前記第1の蛍光を透過させる第1フィルターおよび前記紫外線を透過させる第2フィルターが前記紫外線の前記光路中に時間的に交互に配置される第1の光路分岐部材と、前記第1の光路分岐部材の前記第2フィルターを透過した前記紫外線を前記第2の波長変換部材に向けて反射させ、且つ前記第2の波長変換部材からの前記第2の蛍光を透過させる第2の光路分岐部材と、を備えたことを特徴とする照明装置。 - 請求項12に記載の照明装置において、
前記第2の光路分岐部材は、前記紫外線を透過させる第3フィルターおよび前記紫外線を反射させる第4フィルターを有し、前記第3フィルターおよび前記第4フィルターが、前記第1の光路分岐部材の前記第2フィルターを透過した前記紫外線の前記光路中に時間的に交互に配置され、
前記第2の光路分岐部材の前記第3フィルターを透過した前記紫外線の前記光路中に、前記紫外線により励起されて前記紫外線および第1の蛍光並びに前記第2の蛍光と異なる波長の第3の蛍光を生じさせる第3の蛍光体が設けられた第3の波長変換部材を、さらに備えたことを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜13のいずれか一項に記載の照明装置において、
前記励起光源から発光する前記励起光を、前記光路分岐部材上で集光させる集光素子を、前記励起光源と前記光路分岐部材との間に設けたことを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜14のいずれか一項に記載の照明装置において、
前記波長変換部材から生じた前記蛍光を、前記光路分岐部材上で集光させる集光素子を、前記波長変換部材と前記光路分岐部材との間に設けたことを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜15のいずれか一項に記載の照明装置で得られた光が照射される画像生成装置と、該画像生成装置で光変調された画像情報を投射する投射レンズと、を備える投射装置。
- 励起光源から発光される励起光と、前記励起光により励起されて波長変換部材から生じた前記励起光と異なる波長の蛍光とを、被照明部に照射する照明方法において、
前記励起光または前記蛍光の一方の波長領域を反射させ他方の波長領域を透過させる第1フィルターおよび前記第1フィルターで反射させる波長領域を透過させるかまたは前記第1フィルターで透過させる波長領域の光を反射させる第2フィルターを、前記励起光の光路中に時間的に交互に配置させ、
前記励起光の反射光路中または透過光路中に配置された前記波長変換部材に、前記励起光を照射して、前記励起光と異なる波長の前記蛍光を生じさせることを特徴とする照明方法。 - 請求項17に記載の照明方法において、
前記励起光源は、青色の波長領域の青色光を前記励起光として発光させ、前記波長変換部材は、前記青色光により励起されて緑色を含む蛍光を生じさせ、前記励起光源とは異なる第2の光源から、赤色の波長領域の赤色光を発光させ、
前記励起光源を点灯させている間の少なくとも一定期間、前記第2の光源を消灯して、前記青色光または前記波長変換部材から生じた緑色を含む前記蛍光を光出射光路に出射させ、
前記励起光源を消灯させている間の少なくとも一定期間、前記第2の光源を点灯させ、該第2の光源からの前記赤色光を前記光出射光路に出射させることを特徴とした照明方法。
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