JP2015111244A - 光源装置及びこれを用いたプロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の光源装置は、励起光及び投射光として用いる色成分の照射光を発生する励起光源1aと、励起光路X2に配置されて照射光の照射によりこの照射光の色成分とは異なる色成分の蛍光を生成する蛍光体5と、照射光の照射により生成された蛍光が導かれる蛍光光路X3と投射光が導かれる投射光路X1とを合成する光路合成部と、照射光を励起光路X2と投射光路X1との間で切り替える光路切り替え盤3とを備え、
光路切り替え盤3は、第1反射透過領域3aと第2反射透過領域3bとを有し、第1反射透過領域3aは照射光を投射光路X1に導きかつ残りの照射光を励起光路X2に導く反射率を有し、第2反射透過領域3bは照射光を励起光路X2に導きかつ残りの照射光を投射光路X1に導く反射率を有し、第1反射透過領域3aの反射率と第2反射透過領域3bの反射率が互いに異なっている。
【選択図】図1
Description
特に、青色の光に対する人間の眼の視感度は低いため、青色レーザ光を蛍光体の励起光として用いると共に、スクリーンへの投射光として用いた場合、スクリーンに形成されるカラー画像が暗く見えるという不都合がある。
励起光路に配置されて前記照射光の照射により該照射光の色成分とは異なる色成分の蛍光を生成する蛍光体と、
前記照射光の照射により生成された蛍光が導かれる蛍光光路と前記照射光が前記投射光として導かれる投射光路とを合成する光路合成部と、
前記照射光を前記励起光路と前記投射光路との間で切り替える光路切り替え部材とを備えている。
該光路切り替え部材は、第1反射透過領域と第2反射透過領域とを少なくとも有し、前記第1反射透過領域は前記照射光を前記投射光路に導きかつ残りの照射光を前記励起光路に導く反射率又は透過率を有し、前記第2反射透過領域は前記照射光を前記励起光路に導きかつ残りの照射光を前記投射光路に導く反射率又は透過率を有し、前記第1反射透過領域の反射率と前記第2反射透過領域の反射率又は前記第1反射透過領域の透過率と前記第2反射透過領域の透過率とが互いに異ならされている。
図1は本発明の実施例1に係る光源装置を有するプロジェクタの光学系の要部構成を示す光学図である。この図1において、符号1は光源部を示す。光源部1は、レーザダイオード(LD)1aとカップリングレンズ1bと集光レンズ1cとから概略構成されている。
集光レンズ1cは、各カップリングレンズ1bにより平行光束とされたレーザ光を集光する役割を果たす。
その色成分切り替え盤20は、光路切り替え盤3と同期回転され、光路切り替え盤3の一回転中に一回転され、ライトトンネル19に導かれる色成分の光を定期的に切り替える。
図4(a)は、スクリーンSへの色成分B、R、G、Yの投射光の投射期間中に、光路切り替え盤3において反射透過されるレーザ光BPの割合を示している。
透過0はレーザ光BPの透過光の割合が「0%」であることを意味し、透過1はレーザ光BPの透過光の割合が「100%」であることを意味している。
なお、これらの説明では、蛍光の変換効率は「1」とし、光学系に配置された光学部材による光量の損失、蛍光の分離による光量損失等は無視して説明している。
なお、色成分切り替え盤20の透過領域20Bをダイクロイック膜を有する透明体から形成し、この透明体を透過する光の波長のうち特定波長域の光をカットすることによっても色味を調整することもできる。
しかしながら、この場合、光量損失が生じるので、スクリーンSへの投射光の明るさが暗くなる。
また、青色成分Bの光と赤色成分Rの光とを混色させて、色味を調整することもできる。
図5に示すように、蛍光体5に黄色成分Yの扇形状の蛍光領域5Yと緑色成分Gの扇形状の蛍光領域5Gを形成し、緑色成分Gの投射光を得る期間には、扇形状の蛍光領域5Gにレーザ光BPが照射されるようにする構成とすることもできる。
図6は、本発明の実施例2に係る光源装置を有するプロジェクタの光学系の要部構成を示す光学図である。
この実施例2では、光路切り替え盤3と色成分切り替え盤20とが一体化されている。
レーザダイオード1aは、蛍光体5を励起する励起光源として用いられると共にスクリーンSへの投射光として用いられる色成分の照射光を発生する光源として機能する。蛍光体5には、実施例1と同様に、レーザ光BPにより少なくとも2色の色成分を含む蛍光を発生する蛍光材料が形成されている。
第1反射透過領域3aは、ここでは、97%程度のレーザ光BPを透過しかつ3%程度のレーザ光BPを反射する透過率又は反射率を有する。
この第2反射透過領域3bは、赤色成分Rの蛍光を透過する扇形状の反射透過領域3bRと、緑色成分Gの蛍光を透過する扇形状の反射透過領域3bGと、黄色成分Yの蛍光(赤色成分Rの蛍光と緑色成分Gの蛍光)を透過する扇形状の反射透過領域3bYに三分割されている。
これにより、この実施例2では、光路切り替え盤3(色成分切り替え盤20)は90度毎に4個の反射透過領域に分割される。
この実施例2では、光路切り替え盤3とダイクロイックミラー17との間の光路が蛍光をライトトンネル19に導く蛍光光路X3となっている。
この実施例3において、実施例1と同一構成要素については、実施例1と同一符号を付して説明することとする。なお、この実施例3では、色成分切り替え盤20は設けられていない。
光源部1は、図8に示すように、レーザダイオード(LD)1aとカップリングレンズ1bと集光レンズ1cとから概略構成されている。
レーザダイオード1aは、実施例1と同様に青色成分Bのレーザ光BPを照射光として発生する。
第2反射透過領域3bは、97%程度のレーザ光BPを透過し、3%程度のレーザ光BPを反射する透過率又は反射率を有する。
その緑色成分Gの蛍光は集光レンズ24により集光され、平行光束とされてダイクロイックミラー23に導かれ、このダイクロイックミラー23により反射ミラー25に向けて反射される。
また、赤色成分Rの投射光の投射終了から青色成分Bの投射光までの投射開始までの回転角度θの角度範囲が、第2反射透過領域3bとなっている。
一方、赤色成分Rの投射光を生成する期間にLED30をオンさせ、レーザダイオード(LD)1aはこの期間にオフする。
なお、その青色成分Bの投射光を生成する期間、緑色成分Gの投射光を生成する期間にLED30を点灯させ、このLED30の発光量を適宜調節することにより、色味の調節を図る構成としても良い。
変形例1では、図11に示すように、青色成分Bの投射光の投射開始から赤色成分Rの投射光の投射開始までの回転角度θの角度範囲が、第1反射透過領域3aとなっている。
また、緑色成分Gの投射光の投射開始から青色成分Bの投射光の投射開始までの回転角度θの角度範囲が第2反射透過領域3bとなっている。
なお、第3反射透過領域3cの反射率、透過率は、この変形例1に限られるものではなく、レーザ光BPの一部を透過、反射させる構成であれば良い。
LED30により赤色成分Rの投射光を生成する期間にLED30をオンさせ、青色成分Bの投射光と緑色成分Gの投射光とを生成する期間に、LED30をオフする。
図13に示すように、ライトトンネル19の直前に色成分切り替え盤20を設ける構成とすることもできる。この色成分切り替え盤20によりレーザダイオード1aからのレーザ光BPの波長透過特性、LED30の波長透過特性、緑色成分Gの蛍光の波長透過特性を調節することにより、色味を調整できる。
更に、蛍光体5に黄色成分Yの蛍光を発生する蛍光領域と二色の色成分のうちの一方の色成分としての緑色成分Gの蛍光を発生する蛍光領域とを設ける構成とすることもできる。
また、LED30を用いる代わりにレーザダイオード(LD)を用いる構成としても良い。
実施例1に示すプロジェクタの光学系(図1参照)を用いて、色再現範囲の具体例1を以下に説明する。レーザ光BPの波長λは465nmとする。
ここで、照明効率とは、各色成分の光についての光源部1の照明光量を100として、スクリーンS上における各色成分R、G、B、Yの光についての照明光量の比を言う。
各色成分R、G、YについてスクリーンS上におけるスペクトルSPの強度分布を図14(A)、(B)、(C)に示す。
色成分切り替え盤20の透過領域20Bは色成分Bの光、色成分Yの光を透過する。同様に、透過領域20Yも色成分Bの光、色成分Yの光を透過する。
このようにすると、色再現範囲は図16に示すようなものとなる。すなわち、色成分Bの光を第1反射透過領域3aにおいて一部透過させ、第2反射透過領域3bにおいて一部反射させることにより、色成分Bの投射光に色成分Yの光が混色される。
なお、この具体例1では、第1反射透過領域3aの反射率Rを95%、透過率Tを5%とし、第2反射透過領域3bの透過率Tを95%、反射率Rを5%としている。
すなわち、この具体例1では、第1反射透過領域3aの透過率Tと第2反射透過領域3bの反射率Rとが共に5%であるが、これに限定されるものではなく、色味の調節は第1反射透過領域3aの透過率T、第2反射透過領域3bの反射率Rを0%よりも大きく設定すれば可能である。
また、第2反射透過領域3bの反射率Rを、0%<R<5%とし、第1反射透過領域3aの透過率Tを0%とすることもできる。これにより、青色成分Bの投射光の色味の調節は行わず、色成分R、G、Yの投射光(照明光)に色成分Bの投射光を混色させ、色味を調整することができる。
図17は図16に示す具体例1の色再現範囲に対する比較例である。この図17は、第1反射透過領域3aの反射率Rを90%、透過率Tを10%とし、第2反射透過領域3bの透過率Tを90%とし、反射率Rを10%としたときの色再現範囲を説明するための色度図を示している。
従って、色再現範囲を国際標準規格に近づけるには、第1反射透過領域3aの透過率Tを0%<T≦5%とし。かつ、第2反射透過領域3bの反射率Rを0%<R≦5%とするのが望ましい。
この図16に示す例では、青色成分Bの視感度lm/Wはlm/W=96であり、図15に示す例では視感度は50であるので、視感度lm/Wは96/50=1.2倍向上している。
具体例1では、青色成分Bの光を発生するレーザダイオード1aのレーザ光BPの波長λとして465nmのものを用いた。しかしながら、レーザダイオード1aのレーザ光BPの波長λは440nmから470nmの波長域にあっても良い。
以下、これについて図1に示す光学系を用いてその理由を説明する。
すなわち、青色成分Bの照明光をスクリーンSに投射する際に、青色成分Bの光の一部を第1反射透過領域3aを透過させて蛍光体5に導き、かつ、この蛍光体5において発生した黄色成分Yの蛍光を色成分切り替え盤20に導く構成とする。
なお、純色度とは、混色が生じていない場合の色度をいう。
レーザ光BPの波長λを380nmとし、光路切り替え盤3の第1反射透過領域3aの反射率Rを99.8%、透過率Tを0.2%にしたとき、色再現範囲は図20から図23に示すように変化する。
これにより、反射率が0.1%変化することによって、青色成分Bの色度が大きく変化することが理解できる。
この場合も、純粋な青色成分Bの色度と、蛍光成分としての黄色成分Yのうち色成分切り替え盤20により抽出した色成分の色度とを結んだ直線上で青色成分Bの色度を調整できる。
この具体例3では、青色成分のみ混色を生じさせて視感度を向上させ、図18に示すように視感度(lm/W)が低下する赤色成分R、緑色成分G、黄色成分Yについては、混色を生じさせないこととして説明する。
この図25Aに示す光学系において、図1に示す光学要素と同一光学要素については、図1に示す光学要素と同一符号を付してその詳細な説明は適宜省略して説明することとする。
この具体例3では、実施例1と同様に、光路切り替え盤3は、第1反射透過領域3aと第2反射透過領域3bとを有する。
この図25Aに示す光学系の照明効率を、赤色成分R、緑色成分G、青色成分Bの光については、それぞれ32%とし、黄色成分Yの光については、80%とする。
この具体例4では、図13に示す光学系を用いる。この図13に示す光学系の照明効率を、赤色成分R、緑色成分G、青色成分Bの光については、それぞれ32%とし、黄色成分Yの光については、80%とする。
色成分切り替え盤20の透過領域20B、20R、20G、20Yの角度範囲はそれぞれ90度とする(図3参照)。
このような構成とすると、光源30からの赤色成分Rの光には他の色成分B、G、Yの光が混色しないので、図27に示すように広い色再現範囲を確保することができる。
3…光路切り替え盤(光路切り替え部材)
3a…第1反射透過領域
3b…第2反射透過領域
5…蛍光体
X1…投射光路
X2…励起光路
X3…蛍光光路
Claims (22)
- 励起光として用いられると共に投射光として用いられる色成分の照射光を発生する励起光源と、
励起光路に配置されて前記照射光の照射により該照射光の色成分とは異なる色成分の蛍光を生成する蛍光体と、
前記照射光の照射により生成された蛍光が導かれる蛍光光路と前記照射光が前記投射光として導かれる投射光路とを合成する光路合成部と、
前記照射光を前記励起光路と前記投射光路との間で切り替える光路切り替え部材とを備え、
該光路切り替え部材は、第1反射透過領域と第2反射透過領域とを少なくとも有し、前記第1反射透過領域は前記照射光を前記投射光路に導きかつ残りの照射光を前記励起光路に導く反射率又は透過率を有し、前記第2反射透過領域は前記照射光を前記励起光路に導きかつ残りの照射光を前記投射光路に導く反射率又は透過率を有し、前記第1反射透過領域の反射率と前記第2反射透過領域の反射率又は前記第1反射透過領域の透過率と前記第2反射透過領域の透過率とが互いに異ならされていることを特徴とする光源装置。 - 前記光路切り替え部材は光路切り替え盤から構成され、前記蛍光体は回転円盤から構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記蛍光体に、前記励起光により少なくとも2色の色成分を含む蛍光を発生する蛍光材料が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の光源装置。
- 前記照射光の色成分は、赤色成分と緑色成分と青色成分とのうちのいずれかであり、前記蛍光体の2色の色成分は、前記照射光の色成分とは異なる残りの赤色成分と緑色成分と青色成分とのうちのいずれかであることを特徴とする請求項3に記載の光源装置。
- 前記2色の色成分のうちの一方の色成分を含む蛍光と前記2色の色成分のうちの他方の色成分を含む蛍光と前記2色の色成分を含む蛍光とを定期的に切り替えて前記画像形成部に導く色成分切り替え部材を備えていることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の光源装置。
- 前記色成分切り替え部材が前記光路切り替え盤と一体に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
- 前記励起光源から照射される色成分の照射光とは異なる色の色成分の照射光を発生する照射光源と、前記励起光源からの照射光の投射光路と前記照射光源からの照射光の照射光路との光路を合成する光路合成部材とを備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光源装置。
- 前記蛍光体に前記励起光源から照射される照射光の色成分と前記照射光源の色成分とは異なる色成分の蛍光を発生する蛍光材料が形成されていることを特徴とする請求項7に記載の光源装置。
- 前記蛍光体に前記励起光により少なくとも2色の色成分を含む蛍光を発生する蛍光領域と前記2色の色成分を含む蛍光のうちの一色の色成分を含む蛍光領域とが形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2又は請求項7に記載の光源装置。
- 前記励起光源は青色成分のレーザ光を発生する光源であり、前記蛍光体には緑色成分の蛍光と赤色成分の蛍光とを含む黄色成分の蛍光材料が塗布され、前記光路切り替え部材の第1反射透過領域が青色成分の照射光を前記投射光路に導きかつ残りの照射光を前記励起光路に導き、前記光路切り替え部材の前記第2反射透過領域が前記青色成分の照射光を前記励起光路に導きかつ残りの照射光を前記投射光路に導き、青色成分の投射光と赤色成分の投射光と緑色成分の投射光と黄色成分の投射光とが投射可能であることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記光路切り替え部材の第2反射透過領域が前記青色成分のレーザ光を反射させかつ赤色成分の蛍光を透過させる領域と、前記青色成分のレーザ光を反射させかつ緑色成分の蛍光を透過させる領域と、前記青色成分のレーザ光を反射させかつ黄色成分の蛍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請求項10に記載の光源装置。
- 前記蛍光体に黄色成分の蛍光を発生する蛍光領域と緑色成分の蛍光を発生する蛍光領域とが形成されていることを特徴とする請求項10に記載の光源装置。
- 前記励起光源は青色成分のレーザ光を発生する光源であり、赤色成分の照射光又は緑色成分の照射光を発生する照射光源が設けられ、前記蛍光体には緑色成分の蛍光又は赤色成分の蛍光を含む蛍光材料が塗布され、前記光路切り替え部材の第1反射透過領域が青色成分の照射光を前記投射光路に導きかつ残りの照射光を前記励起光路に導き、前記光路切り替え部材の前記第2反射透過領域が前記青色成分の照射光を前記励起光路に導きかつ残りの照射光を前記投射光路に導き、青色成分の投射光と赤色成分の投射光と緑色成分の投射光とが投射可能であることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記蛍光体に黄色成分の蛍光を発生する蛍光領域が更に設けられていることを特徴とする請求項13に記載の光源装置。
- 前記光路切り替え部材が前記第1反射透過領域と前記第2反射透過領域に加えて、前記第1反射透過領域の残りのレーザ光を透過させる透過率及び前記第2反射透過領域の残りのレーザ光を反射させる反射率を有する第3反射透過領域を有することを特徴とする請求項10に記載の光源装置。
- 前記励起光の波長が440nmから470nmの範囲であることを特徴とする請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記光路切り替え部材の第2反射透過領域の反射率Rが、0%<R≦5%であることを特徴とする請求項2ないし請求項16のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記光路切り替え部材の第1反射透過領域の透過率Tが、0%<T≦5%であることを特徴とする請求項2ないし請求項17のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記光路切り替え部材の第1反射透過領域と第2反射透過領域とのうち反射率が透過率よりも高い反射透過領域によって前記蛍光体への励起光路が形成され、前記反射率が透過率よりも高い反射透過領域に透過防止手段が設けられていることを特徴とする請求項2ないし請求項5のいずれか1項又は請求項7ないし請求項18のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記透過防止手段が増反射コートを施した金属盤であることを特徴とする請求項19に記載の光源装置。
- 前記透過防止手段が透過部材に施した墨塗りであり、反対側の面に誘電体多層膜が施されていることを特徴とする請求項19に記載の光源装置。
- 請求項1ないし請求項21のいずれか1項に記載の光源装置を有するプロジェクタ。
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