JP2016173391A - Lighting device and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明装置およびプロジェクターに関するものである。 The present invention relates to a lighting device and a projector.
従来、レーザー等の光源から射出された励起光を蛍光体層に照射し、蛍光体層から発せられる光を照明光とする光源装置が知られている(例えば、下記特許文献1参照)。この光源装置では、スペックルノイズを解消するために、透過型拡散板によって励起光の一部である青色光を拡散させている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a light source device that irradiates a phosphor layer with excitation light emitted from a light source such as a laser and uses light emitted from the phosphor layer as illumination light is known (for example, see
しかしながら、透過型拡散板の拡散角を大きくすると、光の損失が大きくなるだけでなく、光が複数回反射することで偏光状態が大きく乱されてしまう。このように、光の偏光状態が乱されると、ダイクロイックミラーで反射される成分が少なくなってしまい、光の利用効率が低下してしまうといった問題がある。 However, when the diffusion angle of the transmission type diffusing plate is increased, not only is the loss of light increased, but the polarization state is greatly disturbed by the reflection of light multiple times. As described above, when the polarization state of light is disturbed, there is a problem that the component reflected by the dichroic mirror is reduced and the light use efficiency is lowered.
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、光利用効率が高い照明装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の照明装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。 One embodiment of the present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide an illumination device with high light use efficiency. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a projector including the above lighting device.
本発明の第1態様に従えば、光を射出する光源と、前記光源から射出された前記光の少なくとも一部が所定の偏光として入射する拡散反射素子と、前記拡散反射素子からの反射光の進行方向が時間的に変化するように、前記拡散反射素子を駆動する駆動素子と、前記反射光が入射するピックアップレンズと、前記ピックアップレンズを透過した前記反射光が入射する重畳光学系と、を備えた照明装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, a light source that emits light, a diffuse reflection element in which at least a part of the light emitted from the light source is incident as a predetermined polarization, and reflected light from the diffuse reflection element A drive element that drives the diffuse reflection element, a pickup lens that receives the reflected light, and a superposition optical system that receives the reflected light that has passed through the pickup lens, so that the traveling direction changes with time. A lighting device is provided.
この構成によれば、反射光の重畳光学系への入射領域が時間的に移動するため、時間平均した際、入射領域が固定されている場合と比較して、重畳光学系のより広い領域に反射光が入射することとなる。すなわち、比較的拡散角が小さい拡散反射素子を用いても、拡散角が大きい拡散素子を用いた場合のように、広い領域に反射光を入射させることができる。そのため、拡散角が大きい拡散素子に代えて拡散角が小さい拡散反射素子を用いることができる。したがって、反射光における偏光状態の乱れが比較的小さいので、偏光状態の乱れに伴って生じる損失が抑えられて、結果的に高い光利用効率を得ることができる。 According to this configuration, since the incident area of the reflected light on the superimposing optical system moves in time, when the time average is performed, compared to the case where the incident area is fixed, the superimposing optical system has a wider area. Reflected light is incident. That is, even if a diffuse reflection element having a relatively small diffusion angle is used, the reflected light can be incident on a wide area as in the case of using a diffusion element having a large diffusion angle. Therefore, a diffuse reflection element having a small diffusion angle can be used instead of a diffusion element having a large diffusion angle. Therefore, since the disturbance of the polarization state in the reflected light is relatively small, the loss caused by the disturbance of the polarization state is suppressed, and as a result, high light utilization efficiency can be obtained.
上記第1態様において、前記光を第1の光と第2の光とに分離する偏光分離素子と、前記第1の光を受けて蛍光を射出する蛍光体層と、前記第2の光の光路上の、前記偏光分離素子と前記拡散反射素子との間に設けられた位相差板と、をさらに備え、前記ピックアップレンズは、前記第2の光の光路上の、前記偏光分離素子と前記拡散反射素子との間に設けられ、前記反射光は、前記位相差板を介して前記偏光分離素子へ入射し、前記偏光分離素子は、前記蛍光と前記反射光とを合成して第3の光として射出し、前記重畳光学系は、前記第3の光の光路上に設けられているのが好ましい。
この構成によれば、拡散反射素子で反射されて偏光分離素子に入射する反射光は所定の偏光となっているため、反射光は偏光分離素子により高い効率で蛍光と合成される。
In the first aspect, the polarization separation element that separates the light into the first light and the second light, the phosphor layer that receives the first light and emits fluorescence, and the second light A phase difference plate provided between the polarization separation element and the diffuse reflection element on the optical path; and the pickup lens includes the polarization separation element and the optical path on the optical path of the second light. The reflection light is provided between the diffuse reflection element and the reflected light is incident on the polarization separation element via the retardation plate, and the polarization separation element combines the fluorescence and the reflection light to generate a third The light is emitted as light, and the superimposing optical system is preferably provided on the optical path of the third light.
According to this configuration, since the reflected light that is reflected by the diffuse reflection element and enters the polarization separation element has a predetermined polarization, the reflected light is combined with the fluorescence with high efficiency by the polarization separation element.
上記第1態様において、前記拡散反射素子は、前記ピックアップレンズの焦点位置に設けられているのが好ましい。
この構成によれば、拡散反射素子の反射角度によらず、反射光の進行方向は、ピックアップレンズによって所定の方向に変換される。これにより、反射光は重畳光学系に適切な角度で入射する。
In the first aspect, it is preferable that the diffuse reflection element is provided at a focal position of the pickup lens.
According to this configuration, the traveling direction of the reflected light is converted into a predetermined direction by the pickup lens regardless of the reflection angle of the diffuse reflection element. Thereby, the reflected light enters the superimposing optical system at an appropriate angle.
本発明の第2態様に従えば、上記第1態様に係る照明装置と、前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。 According to the second aspect of the present invention, the illumination device according to the first aspect, a light modulation device that forms image light by modulating light emitted from the illumination device according to image information, and the image A projection optical system that projects light is provided.
第2態様に係るプロジェクターは、上記第1態様に係る照明装置を備えているので、高出力の蛍光を用いて表示品質に優れたプロジェクターを実現できる。 Since the projector according to the second aspect includes the illumination device according to the first aspect, it is possible to realize a projector with excellent display quality using high-output fluorescence.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
(第1実施形態)
まず、本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。本実施形態のプロジェクターは、スクリーン(被投射面)SCR上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター1は、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した3つの光変調装置を用いている。プロジェクターは、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー(レーザー光源)を用いている。
(First embodiment)
First, an example of a projector according to the present embodiment will be described. The projector of this embodiment is a projection type image display device that displays a color image on a screen (projected surface) SCR. The
(プロジェクター)
図1は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。プロジェクター1は、図1に示すように、照明装置2と、色分離光学系3と、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bと、合成光学系5と、投射光学系6とを備えている。
(projector)
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
色分離光学系3は、照明光WLを赤色光LRと、緑色光LGと、青色光LBとに分離する。色分離光学系3は、第1のダイクロイックミラー7a及び第2のダイクロイックミラー7bと、第1の全反射ミラー8a、第2の全反射ミラー8b及び第3の全反射ミラー8cと、第1のリレーレンズ9a及び第2のリレーレンズ9bとを概略備えている。
The color separation
第1のダイクロイックミラー7aは、照明装置2からの照明光WLを赤色光LRと、その他の光(緑色光LG及び青色光LB)とに分離する。第1のダイクロイックミラー7aは、分離された赤色光LRを透過すると共に、その他の光(緑色光LG及び青色光LB)を反射する。一方、第2のダイクロイックミラー7bは、緑色光LGを反射すると共に青色光LBを透過することによって、その他の光を緑色光LGと青色光LBとに分離する。
The first
第1の全反射ミラー8aは、赤色光LRの光路中に配置されて、第1のダイクロイックミラー7aを透過した赤色光LRを光変調装置4Rに向けて反射する。一方、第2の全反射ミラー8b及び第3の全反射ミラー8cは、青色光LBの光路中に配置されて、第2のダイクロイックミラー7bを透過した青色光LBを光変調装置4Bに導く。緑色光LGは、第2のダイクロイックミラー7bから光変調装置4Gに向けて反射される。
The first
第1のリレーレンズ9a及び第2のリレーレンズ9bは、青色光LBの光路中における第2の全反射ミラー8bの光射出側に配置されている。第1のリレーレンズ9a及び第2のリレーレンズ9bは、青色光LBの光路長が赤色光LRや緑色光LGの光路長よりも長くなることに起因した青色光LBの光損失を補償する機能を有している。
The
光変調装置4Rは、赤色光LRを画像情報に応じて変調し、赤色光LRに対応した画像光を形成する。光変調装置4Gは、緑色光LGを画像情報に応じて変調し、緑色光LGに対応した画像光を形成する。光変調装置4Bは、青色光LBを画像情報に応じて変調し、青色光LBに対応した画像光を形成する。
The
光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側及び射出側各々には、偏光板(図示せず。)が配置されている。
For example, a transmissive liquid crystal panel is used for the
また、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bの入射側には、それぞれフィールドレンズ10R,フィールドレンズ10G,フィールドレンズ10Bが配置されている。フィールドレンズ10R,フィールドレンズ10G,フィールドレンズ10Bは、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bそれぞれに入射する赤色光LR,緑色光LG,青色光LBそれぞれを平行化する。
Further, a
合成光学系5には、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bからの画像光が入射する。合成光学系5は、各々が赤色光LR,緑色光LG,青色光LBに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系6に向けて射出する。合成光学系5には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。
Image light from the
投射光学系6は、投射レンズ群からなり、合成光学系5により合成された画像光をスクリーンSCRに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンSCR上には、拡大されたカラー映像が表示される。
The projection
(照明装置)
続いて、本発明の一実施形態に係る照明装置2について説明する。図2は照明装置2の概略構成を示す図である。図2に示すように、照明装置2は、アレイ光源(光源)21Aと、コリメーター光学系22と、アフォーカル光学系23と、ホモジナイザー光学系24と、偏光分離素子50Aを含む光学素子25Aと、第1の集光光学系26と、蛍光発光素子27と、位相差板28と、第2の集光光学系29と、拡散反射素子30と、インテグレーター光学系31と、偏光変換素子32と、重畳レンズ33aとを備えている。本実施形態において、インテグレーター光学系31は重畳レンズ33aと協同して重畳光学系33を構成している。
(Lighting device)
Then, the illuminating
アレイ光源21Aと、コリメーター光学系22と、アフォーカル光学系23と、ホモジナイザー光学系24と、光学素子25Aと、位相差板28と、第2の集光光学系29と、拡散反射素子30とは、光軸ax1上に順次並んで配置されている。一方、蛍光発光素子27と、第1の集光光学系26と、光学素子25Aと、インテグレーター光学系31と、偏光変換素子32と、重畳レンズ33aとは、光軸ax2上に順次並んで配置されている。光軸ax1と光軸ax2とは、同一面内にあり、互いに直交する。
An array
アレイ光源21Aは、特許請求の範囲における光源に相当する。アレイ光源21Aは、第1の半導体レーザー211と、第2の半導体レーザー212とを備えている。複数の第1の半導体レーザー211及び複数の第2の半導体レーザー212は、光軸ax1と直交する一平面内において、アレイ状に並んで配置されている。
The array
第1の半導体レーザー211は、青色光BL’を射出する。第1の半導体レーザー211は、青色光BL’として、例えばピーク波長が460nmのレーザー光を射出する。第2の半導体レーザー212は、励起光BLを射出する励起光用のレーザー光源である。第2の半導体レーザー212は、励起光BLとして、例えばピーク波長が440nmのレーザー光を射出する。
The
励起光BL及び青色光BL’は、アレイ光源21Aから偏光分離素子50Aに向けて射出される。
The excitation light BL and the blue light BL ′ are emitted from the array
アレイ光源21Aから射出された励起光BL及び青色光BL’は、コリメーター光学系22に入射する。コリメーター光学系22は、アレイ光源21Aから射出された励起光BL及び青色光BL’各々を平行光束に変換する。コリメーター光学系22は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ22aから構成されている。複数のコリメーターレンズ22aは、複数の第1の半導体レーザー211及び複数の第2の半導体レーザー212にそれぞれ対応して配置されている。
Excitation light BL and blue light BL ′ emitted from the array light source 21 </ b> A enter the collimator
コリメーター光学系22を通過した各励起光BL及び青色光BL’は、アフォーカル光学系23に入射する。アフォーカル光学系23は、励起光BL及び青色光BL’の光束径を調整する。アフォーカル光学系23は、例えば凸レンズ23a,凹レンズ23bから構成されている。
Each excitation light BL and blue light BL ′ that has passed through the collimator
アフォーカル光学系23を通過した励起光BL及び青色光BL’は、ホモジナイザー光学系24に入射する。ホモジナイザー光学系24は、第1のマルチレンズアレイ24aと、第2のマルチレンズアレイ24bとから構成されている。第1のマルチレンズアレイ24aは複数の小レンズ24amを備え、第2のマルチレンズアレイ24bは、複数の小レンズ24amに対応する複数の小レンズ24bmを備えている。
The excitation light BL and blue light BL ′ that have passed through the afocal
ホモジナイザー光学系24を透過した励起光BL及び青色光BL’は、光学素子25Aに入射する。光学素子25Aは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸ax1に対して45°の角度をなす傾斜面Kを有している。傾斜面Kは、光軸ax2に対しても45°の角度をなしている。
The excitation light BL and blue light BL ′ that have passed through the homogenizer
傾斜面Kには、波長選択性を有する偏光分離素子50Aが設けられている。偏光分離素子50Aは、励起光BL及び青色光BL’を、この偏光分離素子50Aに対するS偏光成分とP偏光成分とに分離する。
On the inclined surface K, a
また、偏光分離素子50Aは、後述する励起光BLと青色光BL’とは波長帯が異なる蛍光YLを、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。
Further, the
ここで、励起光BL及び青色光BL’は、コヒーレントな直線偏光である。また、励起光BLと青色光BL’とは、偏光分離素子50Aに入射するときの互いの偏光方向が異なっている。
Here, the excitation light BL and the blue light BL ′ are coherent linearly polarized light. Further, the excitation light BL and the blue light BL 'have different polarization directions when entering the
具体的に、励起光BLの偏光方向は、偏光分離素子50Aで反射されるS偏光成分の偏光方向と一致している。一方、青色光BL’の偏光方向は、偏光分離素子50Aを透過するP偏光成分の偏光方向と一致している。
Specifically, the polarization direction of the excitation light BL coincides with the polarization direction of the S polarization component reflected by the
したがって、励起光BLは、S偏光の励起光BLsとして、偏光分離素子50Aで蛍光発光素子27に向けて反射される。一方、青色光BL’は、P偏光の青色光BL’pとして、偏光分離素子50Aを拡散反射素子30に向けて透過する。S偏光の励起光BLsは特許請求の範囲における第1の光に相当し、P偏光の青色光BL’pは特許請求の範囲における第2の光に相当する。
Therefore, the excitation light BL is reflected toward the fluorescent
偏光分離素子50Aから射出されたS偏光の励起光BLsは、第1の集光光学系26に入射する。第1の集光光学系26は、第2のマルチレンズアレイ24bから射出された複数の光束(励起光BLs)を、蛍光体層34に向けて集光させるとともに、蛍光体層34の上で互いに重畳させる。
The S-polarized excitation light BLs emitted from the
第1の集光光学系26は、例えば第1レンズ26a,第2レンズ26bから構成されている。第1の集光光学系26から射出された励起光BLsは、蛍光発光素子27に入射する。蛍光発光素子27は、蛍光体層34と、この蛍光体層34を支持する基板35と、蛍光体層34を基板35に固定する固定部材36とを有している。
The first condensing
本実施形態において、蛍光体層34は、蛍光体層34の側面と基板35との間に設けられた固定部材36により、基板35に固定されている。蛍光体層34の励起光BLsが入射する側とは反対側の面は基板35に接触している。
In the present embodiment, the
蛍光体層34は、波長440nmの励起光BLsを吸収して励起される蛍光体を含む。この励起光BLsにより励起された蛍光体は、例えば500〜700nmの波長域にピーク波長を有する蛍光(黄色光)YLを射出する。
The
蛍光体層34には、耐熱性及び表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような蛍光体層34としては、例えば、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層や、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などを好適に用いることができる。
It is preferable to use a material having excellent heat resistance and surface processability for the
蛍光体層34の励起光BLsが入射する側とは反対側には、第1の反射素子としての反射部37が設けられている。反射部37は、蛍光体層34で生成された蛍光YLのうち、基板35に向かって進む成分を反射する。
On the side of the
基板35の蛍光体層34を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク38が配置されている。蛍光発光素子27では、このヒートシンク38を介して放熱できるため、蛍光体層34の熱劣化を防ぐことができる。
A
蛍光体層34で生成された蛍光YLのうち、一部の蛍光YLは、反射部37によって反射され、蛍光体層34の外部へと射出される。また、蛍光体層34で生成された蛍光YLのうち、他の一部の蛍光YLは、反射部37を介さずに蛍光体層34の外部へと射出される。このようにして、蛍光YLが蛍光体層34から射出される。
Among the fluorescence YL generated in the
蛍光体層34から射出された蛍光YLは、非偏光光である。蛍光YLは、第1の集光光学系26を通過した後、偏光分離素子50Aに入射する。そして、この蛍光YLは、偏光分離素子50Aからインテグレーター光学系31に向けて進む。
The fluorescence YL emitted from the
偏光分離素子50Aから射出されたP偏光の青色光BL’pは、位相差板28に入射する。位相差板28は、偏光分離素子50Aと拡散反射素子30との間の光路(第2の光の光路)中に配置された1/4波長板から構成されている。したがって、偏光分離素子50Aから射出されたP偏光の青色光BL’pは、この位相差板28によって、例えば、右回り円偏光の青色光BLc1に変換された後、第2の集光光学系29に入射する。
The P-polarized blue light BL′p emitted from the
第2の集光光学系29は、例えばピックアップレンズ29aから構成されており、青色光BLc1を拡散反射素子30に向けて集光させる。
The second condensing
拡散反射素子30は、第2の集光光学系29から射出された青色光BLc1(アレイ光源21Aから射出された光の一部)を偏光分離素子50Aに向けて拡散反射させる。拡散反射素子30によって拡散反射された光を青色光BLc2と称する。
The diffuse
ところで、プロジェクター1において色ムラの発生を防止するには、重畳レンズ33aとともに重畳光学系33を構成するレンズアレイ31aの光入射面における青色光BL’sの強度分布を蛍光YLの強度分布と等しくするとよい。ここで、蛍光体層34から射出された蛍光YLは、ランバート反射した光の配光分布と同様な配光分布を持っている。なお、本明細書では、ランバート反射した光の配光分布のことを、ランバート的な配光分布と称する。拡散反射素子30で反射した青色光BLc2も、ランバート的な配光分布を持つとよい。
By the way, in order to prevent the occurrence of color unevenness in the
しかしながら、例えば、拡散反射素子30の拡散角を大きくすると、後述のように光の偏光状態が乱されてしまい、光利用効率が低下するおそれがある。
本実施形態において、拡散反射素子30は、第2の集光光学系29から入射する所定の偏光(右回り円偏光の青色光BLc1)を拡散反射している。
However, for example, when the diffusion angle of the diffuse
In the present embodiment, the diffuse
右回り円偏光の青色光BLc1は、拡散反射素子30で1回反射されれば、左回り円偏光の青色光BLc2として反射され、さらに位相差板28によってS偏光の青色光BL’sに変換される。この場合、拡散反射素子30で拡散反射されたS偏光の青色光BL’sは、偏光分離素子50Aによってインテグレーター光学系31に向けて反射される。
The clockwise circularly polarized blue light BLc1 is reflected as the counterclockwise circularly polarized blue light BLc2 once reflected by the diffuse
しかしながら、拡散反射素子30の拡散角が大きい場合、青色光BLc1が拡散反射素子30で2回反射されてしまうことがあり得る。すると、右回り円偏光の青色光BLc1は、1度目の反射で左回り円偏光となるものの、2度目の反射で再度右回りの円偏光となってしまい、結果的に、右回り円偏光の青色光BLc2として位相差板28に入射する。右回り円偏光の青色光BLc2は位相差板28によってP偏光の青色光に変換される。この場合、拡散反射素子30で拡散反射されたP偏光の青色光は、偏光分離素子50Aでインテグレーター光学系31に向けて反射することができず、偏光分離素子50Aを透過してしまう。そのため、アレイ光源21Aからの光を効率良く利用することが出来ない。
However, when the diffusion angle of the diffuse
これに対し、本実施形態では、拡散反射素子30として、青色光BLc1を1回反射させる程度の拡散角を有したものを用いている。
On the other hand, in the present embodiment, a diffuse
本実施形態によれば、拡散反射素子30による青色光BLc1の2回反射が抑制されるので、青色光BLc1は拡散反射素子30で反射されることで左回り円偏光の青色光BLc2に良好に変換される。左回り円偏光の青色光BLc2は位相差板28によってS偏光の青色光BL’sに変換される。そのため、拡散反射素子30で反射した青色光BLc2は高い効率で偏光分離素子50Aによってインテグレーター光学系31に向けて反射される。
According to the present embodiment, the double reflection of the blue light BLc1 by the diffuse
青色光BL’s及び蛍光YLは、偏光分離素子50Aによって合成され、照明光(白色光)WLが生成される。照明光WLは、インテグレーター光学系31に向けて射出される。照明光WLは、特許請求の範囲の「第3の光」に相当する。
The blue light BL's and the fluorescence YL are combined by the
偏光分離素子50Aから射出された照明光WLは、インテグレーター光学系31に入射する。インテグレーター光学系31は、例えば、レンズアレイ31a,レンズアレイ31bから構成されている。レンズアレイ31a,31bは、複数の小レンズがアレイ状に配列されたものからなる。
The illumination light WL emitted from the
インテグレーター光学系31を透過した照明光WLは、偏光変換素子32に入射する。偏光変換素子32は、偏光分離膜と位相差板とから構成されている。偏光変換素子32は、非偏光の蛍光YLをS偏光に変換する。
The illumination light WL that has passed through the integrator
偏光変換素子32を透過した照明光WLは、重畳レンズ33aにより被照明領域において重畳される。
The illumination light WL transmitted through the
上述のように、本実施形態の拡散反射素子30は拡散角(拡散能力)が比較的小さい。そのため、青色光BL’sは、図3に示すように、レンズアレイ31a上の一部に、例えばレンズアレイ31aの中央部にスポットSAを形成する。一方で、蛍光YLはランバート的な配光分布を持っているため、レンズアレイ31aの全体にわたって比較的均一な照度分布を形成する。
As described above, the diffuse
このようにレンズアレイ31aの全体にわたって青色光BL’sの照度に大きな偏りがあると、重畳光学系33を用いたとしても被照明領域での青色光BL’sの照度と蛍光YLの照度が一致しないため、色ムラが生じてしまう。
As described above, when the illuminance of the blue light BL's is largely biased over the
これに対し、本実施形態においては、レンズアレイ31a上に形成されるスポットSAの位置を時間的に移動させることで、時間平均した際、レンズアレイ31a上での青色光BL’sによる照度の偏りを小さくしている。これによって、被照明領域での色ムラを低減している。
On the other hand, in the present embodiment, the position of the spot SA formed on the
具体的に本実施形態の照明装置2は、青色光BLc2の進行方向が時間的に変化するように、拡散反射素子30を駆動する駆動素子110を備えている。駆動素子110は、例えば、ピエゾ素子やアクチュエーター等から構成される。駆動素子110は、拡散反射素子30を所定方向に傾斜させることで反射光の進行方向を変更する。
Specifically, the illuminating
図4(a)〜(d)は拡散反射素子30の駆動方向(反射光の進行方向)の変化とスポットSAの位置の変化との関係を示した図である。具体的に、図4(a)は拡散反射素子30を傾斜させない場合において、レンズアレイ31a上に形成されるスポットSAを示す図である。図4(b)〜(d)各々は拡散反射素子30を傾斜させた場合において、レンズアレイ31a上に形成されるスポットSAを示す図である。
4A to 4D are diagrams showing the relationship between the change in the driving direction of the diffuse reflection element 30 (the traveling direction of the reflected light) and the change in the position of the spot SA. Specifically, FIG. 4A is a diagram showing spots SA formed on the
なお、図4(a)〜(d)において、説明を分かりやすくするため、XYZ座標系を用いて説明する。図4(a)に示したように、拡散反射素子30を傾斜させない場合において、XY平面は拡散反射素子30の反射面30aと平行な面を規定し、Z方向は反射面30aと直交する方向を規定する。また、図4(a)〜(d)においては、説明を簡略化するため、レンズアレイ31aの表面(光入射面)はXY平面と平行であるとした。
4A to 4D, description will be made using an XYZ coordinate system for easy understanding. As shown in FIG. 4A, when the diffuse
図4(a)に示すように、駆動素子110は、反射面30aがXY平面と平行となるように拡散反射素子30を保持した場合、反射面30aによる反射光は、Z方向に射出される。そして、レンズアレイ31aの表面の中央の領域にスポットSAが形成される。
As shown in FIG. 4A, when the driving
図4(b)は、駆動素子110が反射面30aをY軸の周りに時計方向に回転させるとともに、反射面30aをX軸の周りに時計方向に回転させた状態を示している。この場合、反射面30aによる反射光は、Y軸方向から見ればZ軸方向に対して+X方向に傾斜し、X軸方向から見ればZ軸方向に対して+Y方向に傾斜した方向に進む。そして、レンズアレイ31aの表面の右上の領域にスポットSAが形成される。
FIG. 4B shows a state in which the
また、図4(c)は、駆動素子110が反射面30aをY軸の周りに時計方向に回転させるとともに、反射面30aをX軸の周りに反時計方向に回転させた状態を示している。この場合、反射面30aによる反射光は、Y軸方向から見ればZ軸方向に対して+X方向に傾斜し、X軸方向から見ればZ軸方向に対して−Y方向に傾斜した方向に進む。そして、レンズアレイ31aの表面の右下の領域にスポットSAが形成される。
FIG. 4C shows a state in which the
また、図4(d)は、駆動素子110が反射面30aをY軸の周りに反時計方向に回転させるとともに、反射面30aをX軸の周りに反時計方向に回転させた状態を示している。この場合、反射面30aによる反射光は、Y軸方向から見ればZ軸方向に対して−X方向に傾斜し、X軸方向から見ればZ軸方向に対して−Y方向に傾斜した方向に進む。そして、レンズアレイ31aの表面の左下の領域にスポットSAが形成される。
FIG. 4D shows a state in which the
このような構成に基づき、駆動素子110は、反射面30aを傾斜させることで、青色光BLc2の進行方向を時間的に変化させ、レンズアレイ31a上に形成されるスポットSAの位置を時間的に移動させることが可能である。
Based on such a configuration, the driving
本実施形態では、図5に示すように、スポットSAによってレンズアレイ31aの光入射面の略全面が走査されるように、駆動素子110が拡散反射素子30を駆動する。この状態は、時間平均すれば、レンズアレイ31aの光入射面の略全面に青色光BL’sが入射していることと等価である。時間平均すれば、レンズアレイ31aの光入射面に略均一な照度分布が形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the driving
ところで、レンズアレイ31aは複数の第1小レンズを備えており、レンズアレイ31bは複数の第2小レンズを備えている。複数の第1小レンズと複数の第2小レンズはそれぞれ1対1で対応している。青色光BL’sは複数の第1小レンズによって複数の小光束に分割される。第1小レンズに対応した小光束は、第1小レンズに対応した第2小レンズに入射し、さらに偏光変換素子32の所定の領域に入射する。レンズアレイ31aに入射した青色光BL’sが高い効率で偏光変換素子32に入射するためには、第1小レンズに対応した小光束が、第1小レンズに対応した第2小レンズに適切な角度で入射したほうがよい。そのためには、反射面30aの傾きによらず、青色光BL’sは一定の角度でレンズアレイ31aに入射した方がよい。
Incidentally, the
図4(b)〜(d)のように反射面30aが傾いている場合、青色光BLc2はZ軸方向から傾いた方向に射出される。また、反射面30aの傾き方向によって、青色光BLc2が進む方向が変化する。本実施形態では、反射面30aへ青色光BLc1の主光線が入射する位置が、第2の集光光学系29の焦点位置に設けられているため、反射面30aの傾き方向によらず、青色光BLc2が進む方向は第2の集光光学系29によって所定の方向に調整されている。具体的には、青色光BLc2は第2の集光光学系29の焦点位置から射出されるため、第2の集光光学系29を透過した後は、反射面30aの傾き方向によらず、第2の集光光学系29の光軸と平行(Z軸方向)に進む。従って、偏光分離素子50Aで反射した青色光BL’sは、反射面30aの傾き方向によらず、一定の角度でレンズアレイ31aに入射する。そのため、第2の光である青色光BL’pは高い効率で照明光WLとして利用される。
When the reflecting
本実施形態によれば、下記のような効果が得られる。
比較的小さい拡散角の拡散反射素子30を用いても、インテグレーター光学系31の光入射面での青色光BL’sの照度の偏りを小さくすることができる。また、蛍光YLはランバート的な配光分布を持っているため、インテグレーター光学系31の光入射面での蛍光YLの照度の偏りも小さい。よって、被照明領域における色むらは充分低減されている。円偏光である青色光BLc1が拡散反射素子30によって逆回りの円偏光の青色光BLc2へ良好に変換されるため、青色光BL’pは高い効率で照明光WLとして利用される。
反射面30aへ青色光BLc1の主光線が入射する位置が、第2の集光光学系29の焦点位置に設けられているため、青色光BL’pは高い効率で照明光WLとして利用される。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
Even when the diffuse
Since the position where the chief ray of the blue light BLc1 enters the reflecting
(第2実施形態)
図6は、第2実施形態に係るプロジェクター1Aの概略構成を示す図である。第1実施形態に係るプロジェクター1と共通する部材には同じ符号を付し、説明を省略する。プロジェクター1Aは、照明装置2の代わりに第1照明装置2Aおよび第2照明装置2Bを備える。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector 1A according to the second embodiment. Members common to the
本実施形態において、第1照明装置2Aは赤色光及び緑色光を含む光を射出し、第2照明装置2Bは青色光を射出する。
第1照明装置2Aは、図6に示すように、光源装置10、集光光学系20、回転蛍光板230、モーター50、インテグレーター光学系131、偏光変換素子32及び重畳光学系133を備える。
In the present embodiment, the
As shown in FIG. 6, the
光源装置10は、励起光BL1を射出する励起用のレーザー光源からなる。集光光学系20は、第1レンズ122および第2レンズ124を含み、励起光BL1を回転蛍光板230の蛍光体層46に集光させる。モーター50は、回転蛍光板230を回転させることで蛍光体層46の温度上昇を抑制している。
The
回転蛍光板230が備える蛍光体層46は、光源装置10からの励起光BL1を赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光YLに変換する。蛍光体層46の基板側には励起光BL1を透過させるとともに蛍光YLを反射させるダイクロイックミラー47が形成されている。本実施形態において、蛍光体層46に入射した励起光BL1は蛍光体層46を通過することなく蛍光YLに変換される。
The
第2照明装置2Bは、光源装置121、拡散反射素子30、駆動素子110、ピックアップレンズ126、インテグレーター光学系31、重畳レンズ33aを含む。
The
光源装置121は、直線偏光の青色光Bを射出するレーザー光源である。青色光Bは拡散反射素子30に入射する。
The
第1実施形態と同様、駆動素子110により拡散反射素子30を駆動することで、該拡散反射素子30で反射した青色光Bの進行方向を時間的に変化させている。これにより、レンズアレイ131a上に形成されるスポットSA(図3参照)の位置が時間的に変化する。
As in the first embodiment, the traveling direction of the blue light B reflected by the diffuse
また、第1実施形態と同様、拡散反射素子30は、ピックアップレンズ126の焦点位置に設けられている。具体的には、拡散反射素子30の反射面30aへ青色光Bの主光線が入射する位置が、ピックアップレンズ126の焦点位置に設けられている。これにより、第1実施形態と同様、拡散反射素子30で反射した青色光Bはレンズアレイ31aに一定の角度で入射する。
Further, similarly to the first embodiment, the diffuse
青色光Bは、重畳レンズ33aによって第3の全反射ミラー8cおよびフィールドレンズ10Bを介して被照明領域(光変調装置4Bの画素形成領域近傍)に重畳される。これにより、被照明領域は略均一な照度分布で照明される。
The blue light B is superimposed on the illuminated area (near the pixel formation area of the
また、本実施形態において、拡散反射素子30は、青色光Bを1回反射させる程度の弱い拡散角を持っている。これにより、青色光Bの反射時に生じる偏光状態の乱れを抑制している。
In the present embodiment, the diffuse
そのため、本実施形態によれば、光変調装置4Bに偏光状態の乱れが抑制された直線偏光(青色光B)が入射するので、該光変調装置4Bにおける入射側偏光板を無くすことができる。よって、入射側偏光板によって青色光Bがカットされることがないので、光変調装置4Rにおいて青色光Bを効率良く利用することができる。
仮に入射側偏光板を設けたとしても、青色光Bは入射側偏光板を透過することができるので、光変調装置4Rにおいて青色光Bを効率良く利用することができる。
したがって、本実施形態のプロジェクター1Aにおいても、高い光利用効率を実現することができる。
Therefore, according to the present embodiment, linearly polarized light (blue light B) in which the polarization state disturbance is suppressed is incident on the
Even if an incident-side polarizing plate is provided, the blue light B can be transmitted through the incident-side polarizing plate, so that the blue light B can be efficiently used in the
Therefore, high light utilization efficiency can be realized also in the projector 1A of the present embodiment.
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 In addition, this invention is not necessarily limited to the thing of the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
例えば、上記第1実施形態においては、蛍光体層34を基板35上に固定配置していたが、回転する基板上に蛍光体層を配置しても良い。
For example, although the
また、上記第1実施形態では、励起光用のレーザー光源にピーク波長が440nmのレーザー光を射出する第2の半導体レーザー212を用い、青色光用のレーザー光源にピーク波長が460nmのレーザー光を射出する第1の半導体レーザー211を用いる場合を例示したが、励起光BL及び青色光BL’のピーク波長については、このような例に必ずしも限定されるものではない。
In the first embodiment, the
また、上記実施形態では、3つの光変調装置4R,4G,4Bを備えるプロジェクター1を例示したが、1つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。
Moreover, in the said embodiment, although the
その他、照明装置およびプロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料等については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。
また、上記実施形態では本発明による照明装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による照明装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。
In addition, the shape, number, arrangement, material, and the like of the various components of the lighting device and the projector are not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate.
Moreover, although the example which mounted the illuminating device by this invention in the projector was shown in the said embodiment, it is not restricted to this. The lighting device according to the present invention can also be applied to lighting fixtures, automobile headlights, and the like.
1,1A…プロジェクター、4R,4G,4B…光変調装置、5…合成光学系、6…投写光学系、21A…アレイ光源(光源)、28…位相差板、29a,126…ピックアップレンズ、30,130…拡散反射素子、33…重畳光学系、34…蛍光体層、50A…偏光分離素子、110…駆動素子。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記光源から射出された前記光の少なくとも一部が所定の偏光として入射する拡散反射素子と、
前記拡散反射素子からの反射光の進行方向が時間的に変化するように、前記拡散反射素子を駆動する駆動素子と、
前記反射光が入射するピックアップレンズと、
前記ピックアップレンズを透過した前記反射光が入射する重畳光学系と、
を備えた照明装置。 A light source that emits light;
A diffuse reflection element on which at least a part of the light emitted from the light source is incident as predetermined polarized light;
A driving element for driving the diffuse reflection element so that the traveling direction of the reflected light from the diffuse reflection element changes with time;
A pickup lens on which the reflected light is incident;
A superimposing optical system on which the reflected light transmitted through the pickup lens is incident;
A lighting device comprising:
前記第1の光を受けて蛍光を射出する蛍光体層と、
前記第2の光の光路上の、前記偏光分離素子と前記拡散反射素子との間に設けられた位相差板と、をさらに備え、
前記ピックアップレンズは、前記第2の光の光路上の、前記偏光分離素子と前記拡散反射素子との間に設けられ、
前記反射光は、前記位相差板を介して前記偏光分離素子へ入射し、
前記偏光分離素子は、前記蛍光と前記反射光とを合成して第3の光として射出し、
前記重畳光学系は、前記第3の光の光路上に設けられている
請求項1に記載の照明装置。 A polarization separation element that separates the light into first light and second light;
A phosphor layer that emits fluorescence in response to the first light;
A retardation plate provided between the polarization separation element and the diffuse reflection element on the optical path of the second light;
The pickup lens is provided between the polarization separation element and the diffuse reflection element on the optical path of the second light,
The reflected light is incident on the polarization separation element through the retardation plate,
The polarization separation element combines the fluorescence and the reflected light and emits them as third light,
The illumination device according to claim 1, wherein the superimposing optical system is provided on an optical path of the third light.
請求項1又は2に記載の照明装置。 The illumination device according to claim 1, wherein the diffuse reflection element is provided at a focal position of the pickup lens.
前記照明装置から射出された光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
プロジェクター。 The illumination device according to any one of claims 1 to 3,
A light modulation device that forms image light by modulating light emitted from the illumination device according to image information; and
A projection optical system that projects the image light.
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