JP2017116602A - Phase difference control device, illumination device and projector - Google Patents
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Description
本発明は、位相差制御装置、照明装置、およびプロジェクターに関する。 The present invention relates to a phase difference control device, an illumination device, and a projector.
近年、プロジェクター用の照明装置として、回転蛍光板を用いた照明装置が提案されている。回転蛍光板は、蛍光体層が設けられた基板を回転させつつ、基板上の蛍光体層に励起光を照射して蛍光を発生させ、蛍光を含む照明光を生成するものである。 In recent years, an illumination device using a rotating fluorescent plate has been proposed as an illumination device for a projector. The rotating fluorescent plate rotates the substrate on which the phosphor layer is provided, irradiates the phosphor layer on the substrate with excitation light to generate fluorescence, and generates illumination light including fluorescence.
下記の特許文献1には、半導体レーザーを含む固体光源ユニットと、ダイクロイックミラーと、蛍光発光板と、第1位相差板と、反射板と、第2位相差板と、を備えた光源装置が開示されている。この光源装置において、半導体レーザーから射出された青色光は、ダイクロイックミラーにより第1偏光成分と第2偏光成分とに分離される。第1偏光成分の光は蛍光発光板に照射され、緑色および赤色の蛍光を発光する。第2偏光成分の偏光は、第1位相差板により円偏光に変換され、さらに反射板で反射して第1位相差板に再度入射する。第2位相差板は、固体光源ユニットとダイクロイックミラーとの間に配置され、ダイクロイックミラーに入射する光のP偏光成分とS偏光成分との比率を制御する。 Patent Document 1 listed below includes a light source device including a solid-state light source unit including a semiconductor laser, a dichroic mirror, a fluorescent light-emitting plate, a first retardation plate, a reflecting plate, and a second retardation plate. It is disclosed. In this light source device, blue light emitted from the semiconductor laser is separated into a first polarization component and a second polarization component by a dichroic mirror. The light of the first polarization component is irradiated onto the fluorescent light emitting plate, and emits green and red fluorescence. The polarized light of the second polarization component is converted into circularly polarized light by the first retardation plate, is further reflected by the reflection plate, and is incident again on the first retardation plate. The second retardation plate is disposed between the solid light source unit and the dichroic mirror, and controls the ratio of the P-polarized component and the S-polarized component of the light incident on the dichroic mirror.
レーザー光を励起光として蛍光体を発光させる光源装置において、レーザー光の偏光状態を制御する位相差板は、高い出力のレーザー光に耐えられる必要がある。そのため、この種の位相差板は、例えば水晶などの無機材料で構成されることがある。しかしながら、水晶などの無機材料で位相差板を構成する場合、位相差板の厚みによって偏光状態の変化が決まるため、蛍光体に入射させる光の量を適切に制御するためには位相差板の厚みの精度を高くする必要があった。 In a light source device that emits a phosphor using laser light as excitation light, a retardation plate that controls the polarization state of the laser light needs to be able to withstand high-power laser light. Therefore, this type of retardation plate may be made of an inorganic material such as quartz. However, when the retardation plate is made of an inorganic material such as quartz, the change in the polarization state is determined by the thickness of the retardation plate. Therefore, in order to appropriately control the amount of light incident on the phosphor, It was necessary to increase the accuracy of the thickness.
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って、位相差板の厚みの精度に対する許容範囲を広げることが可能な位相差制御装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の位相差制御装置を備えた照明装置を提供することを目的の一つとする。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 aspect of the present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a phase difference control device capable of widening the allowable range for the accuracy of the thickness of the phase difference plate. One. One aspect of the present invention is to provide an illumination device including the above-described phase difference control device. An object of one embodiment of the present invention is to provide a projector including the above-described lighting device.
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の位相差制御装置は、第1の面と前記第1の面に対して傾いた光学軸とを有する位相差板と、前記第1の面の面法線および前記光学軸と交差する回転軸の周りに前記位相差板を回転させる位相差板回転機構と、を備える。 In order to achieve the above object, a phase difference control device according to one aspect of the present invention includes a phase difference plate having a first surface and an optical axis inclined with respect to the first surface, and the first phase difference plate. A retardation plate rotating mechanism for rotating the retardation plate around a rotation axis intersecting the surface normal of the surface and the optical axis.
本発明の一つの態様の位相差制御装置においては、第1の面に対して傾いた光学軸を有する位相差板を、位相差板回転機構により第1の面の面法線および光学軸と交差する回転軸の周りに回転させることによって、位相差を広範囲に調整することができる。これにより、位相差板の厚みの精度に対する許容範囲を広げることができる。 In the phase difference control device according to one aspect of the present invention, the phase difference plate having the optical axis inclined with respect to the first surface is converted into the surface normal of the first surface and the optical axis by the phase difference plate rotation mechanism. By rotating around the intersecting rotation axes, the phase difference can be adjusted over a wide range. Thereby, the tolerance | permissible_range with respect to the precision of the thickness of a phase difference plate can be expanded.
本発明の一つの態様の位相差制御装置において、前記回転軸は、前記光学軸の前記第1の面への正射影と前記光学軸とを含む面と直交していてもよい。
この構成によれば、位相差板の回転角度に対する位相差の変化を大きくすることができ、位相差をより広範囲に調整することができる。
In the phase difference control device according to one aspect of the present invention, the rotation axis may be orthogonal to a plane including the orthogonal projection of the optical axis onto the first surface and the optical axis.
According to this configuration, the change in the phase difference with respect to the rotation angle of the phase difference plate can be increased, and the phase difference can be adjusted in a wider range.
本発明の一つの態様の位相差制御装置において、前記位相差板回転機構は、前記第1の面に対する前記光学軸の傾き方向が互いに逆の2つの配置が可能なように構成されていてもよい。
この構成によれば、位相差板の回転可能な角度範囲が例えば5°であったとしても、実質的には±5°の角度範囲で位相差の調整が可能となる。これにより、位相差制御装置の省スペース化を図ることができる。
In the phase difference control device according to one aspect of the present invention, the phase difference plate rotation mechanism may be configured such that two arrangement directions in which the tilt directions of the optical axis with respect to the first surface are opposite to each other are possible. Good.
According to this configuration, even if the angle range in which the phase difference plate can be rotated is, for example, 5 °, the phase difference can be substantially adjusted within an angle range of ± 5 °. Thereby, space saving of a phase difference control apparatus can be achieved.
本発明の一つの態様の照明装置は、光線束を射出する発光素子と、前記光線束が入射する本発明の一つの態様の位相差制御装置と、前記位相差制御装置を透過した前記光線束を、第1の偏光状態の第1の光線束と第2の偏光状態の第2の光線束とに分離する偏光分離素子と、前記第1の光線束が照射されることで蛍光を発する波長変換素子と、を備える。 The illumination device according to one aspect of the present invention includes a light emitting element that emits a light bundle, the phase difference control device according to one aspect of the present invention into which the light bundle is incident, and the light beam that has passed through the phase difference control device. Is separated into a first light bundle in the first polarization state and a second light bundle in the second polarization state, and a wavelength at which fluorescence is emitted when the first light bundle is irradiated. A conversion element.
本発明の一つの態様の照明装置は、本発明の一つの態様の位相差制御装置を備えているため、安価な位相差板を用いることができ、コストの低減を図ることができる。 Since the lighting device according to one aspect of the present invention includes the phase difference control device according to one aspect of the present invention, an inexpensive phase difference plate can be used, and cost can be reduced.
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置と、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光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を備える。 A projector according to an aspect of the present invention includes a lighting device according to one aspect of the present invention, a light modulation device that modulates light emitted from the lighting device in accordance with image information, and the light modulation device. A projection optical system for projecting light.
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置を備えているため、コストの低減を図ることができる。 Since the projector according to one aspect of the present invention includes the lighting device according to one aspect of the present invention, the cost can be reduced.
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図9を用いて説明する。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the following drawings, in order to make each component easy to see, the scale of the size may be varied depending on the component.
本実施形態のプロジェクターは、3つの透過型液晶ライトバルブを用いたプロジェクターの一例である。
図1は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。図2は、本実施形態の照明装置を示す概略構成図である。
図1に示すように、本実施形態のプロジェクター1は、スクリーンSCR上にカラー画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、照明装置70と、均一照明光学系40と、色分離光学系3と、赤色光用の光変調装置4R、緑色光用の光変調装置4Gおよび青色光用の光変調装置4Bと、合成光学系5と、投射光学系60と、を概略備えている。
The projector according to the present embodiment is an example of a projector using three transmissive liquid crystal light valves.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a projector according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the illumination device of the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the projector 1 of this embodiment is a projection type image display device that displays a color image on a screen SCR. The projector 1 includes an
照明装置70は、白色の照明光WLを均一照明光学系40に向けて射出する。照明装置70は、後述する本発明の光源装置を備えている。
The
均一照明光学系40は、ホモジナイザー光学系31と、偏光変換素子32と、重畳光学系33と、を備える。
ホモジナイザー光学系31は、第1のマルチレンズアレイ31aと、第2のマルチレンズアレイ31bと、から構成されている。
The uniform illumination
The homogenizer
均一照明光学系40は、照明装置70から射出された照明光WLの強度分布を被照明領域である光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bにおいて均一化する。均一照明光学系40から射出された照明光WLは、色分離光学系3に入射する。
The uniform illumination
色分離光学系3は、照明装置70から射出された照明光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と、第2のダイクロイックミラー7bと、第1の反射ミラー8aと、第2の反射ミラー8bと、第3の反射ミラー8cと、第1のリレーレンズ9aと、第2のリレーレンズ9bと、を備える。
The color separation
第1のダイクロイックミラー7aは、照明装置70から射出された照明光WLを赤色光LRと、緑色光LGおよび青色光LBを含む光と、に分離する。第1のダイクロイックミラー7aは、赤色光LRを透過し、緑色光LGおよび青色光LBを反射する。
第2のダイクロイックミラー7bは、第1のダイクロイックミラー7aで反射した光を緑色光LGと青色光LBとに分離する。第2のダイクロイックミラー7bは、緑色光LGを反射し、青色光LBを透過する。
The first
The second
第1の反射ミラー8aは、赤色光LRの光路中に配置されている。第1の反射ミラー8aは、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。第2の反射ミラー8bと第3の反射ミラー8cとは、青色光LBの光路中に配置されている。第2の反射ミラー8bと第3の反射ミラー8cとは、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で反射し、光変調装置4Gに向けて進む。
The
第1のリレーレンズ9aと第2のリレーレンズ9bとは、青色光LBの光路中における第2のダイクロイックミラー7bの光射出側に配置されている。第1のリレーレンズ9aと第2のリレーレンズ9bとは、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。
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、および光変調装置4Bには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。液晶パネルの入射側および射出側には、図示しない偏光板がそれぞれ配置されている。偏光板は、特定の偏光方向を有する直線偏光光を透過させる。
For example, a transmissive liquid crystal panel is used for the
光変調装置4Rの入射側に、フィールドレンズ10Rが配置されている。光変調装置4Gの入射側に、フィールドレンズ10Gが配置されている。光変調装置4Bの入射側に、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は、光変調装置4Rに入射する赤色光LRを平行化する。フィールドレンズ10Gは、光変調装置4Gに入射する緑色光LGを平行化する。フィールドレンズ10Bは、光変調装置4Bに入射する青色光LBを平行化する。
A
合成光学系5は、赤色光LR、緑色光LG、および青色光LBのそれぞれに対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系60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る。
The combining
投射光学系60は、複数の投射レンズを含む投射レンズ群から構成されている。投射光学系60は、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、拡大されたカラー画像が表示される。
The projection
以下、照明装置70について説明する。
図2に示すように、照明装置70は、光源装置71と、コリメーター光学系72と、アフォーカル光学系23と、ホモジナイザー光学系25と、位相差制御装置80と、偏光ビームスプリッター27と、第1のピックアップ光学系28と、蛍光体層を備えた蛍光体ホイール29と、第2の位相差板36と、第2のピックアップ光学系41と、回転拡散素子42と、を備える。以下、偏光ビームスプリッターをPBSと略記する。
本実施形態のPBS27は、特許請求の範囲の偏光分離素子に対応する。
Hereinafter, the
As shown in FIG. 2, the
The
光源装置71と、コリメーター光学系72と、アフォーカル光学系23と、ホモジナイザー光学系25と、第1の位相差板81と、PBS27と、第2の位相差板36と、第2のピックアップ光学系41とは、光軸AX0上に配置されている。第1のピックアップ光学系28は、光軸AX0と直交する光軸AX1上に配置されている。
光源装置71は、例えばアレイ状に配列された複数の半導体レーザー73を備える。ただし、半導体レーザー73の個数および配列は特に限定されない。半導体レーザー73は、例えば青色の光線BLを射出する。光源装置71は、複数の半導体レーザー73から射出された複数の光線BLからなる光線束K1を射出する。
本実施形態の半導体レーザー73は、特許請求の範囲の発光素子に対応する。
The
The
コリメーター光学系72は、複数の半導体レーザー73の各々に対応して設けられた複数のコリメーターレンズ74を備える。コリメーターレンズ74は、半導体レーザー73から射出された光線BLを平行光束に変換する。
The collimator
アフォーカル光学系23は、凸レンズ23aと、凹レンズ23bと、から構成されている。アフォーカル光学系23は、コリメーター光学系72から射出された光線束K1を縮小する。
The afocal
ホモジナイザー光学系25は、第1のマルチレンズアレイ25aと、第2のマルチレンズアレイ25bと、を備える。第1のマルチレンズアレイ25aは、等ピッチで配列された複数のレンズ25amを有する。第2のマルチレンズアレイ25bは、上記レンズ25amと同じピッチで配列された複数のレンズ25bmを有する。ホモジナイザー光学系25は、アフォーカル光学系23から射出された光線束K1sの強度分布を、被照明領域において均一にする。
The homogenizer
位相差制御装置80は、第1の位相差板81と、第1の位相差板81を回転させるための位相差板回転機構82と、を概略備えている。第1の位相差板81は、例えば水晶、サファイア、方解石などの無機材料から構成されている。位相差板回転機構82によって第1の位相差板81を回転させることにより、第1の位相差板81を透過した光を、PBS27に対するS偏光成分とP偏光成分とを所定の比率で含む光とすることができる。位相差制御装置80の詳細な構成は後述する。
The phase
PBS27は、光軸AX0および光軸AX1に対して45°の角度をなすように配置されている。PBS27は、S偏光成分の光を反射させ、P偏光成分の光を透過させる。S偏光成分の光は、PBS27で反射して蛍光体ホイール29に向かって進む。P偏光成分の光は、PBS27を透過して回転拡散素子42に向かって進む。
The
PBS27から射出されたS偏光の光線BLsは、第1のピックアップ光学系28に入射する。第1のピックアップ光学系28は、光線BLsを蛍光体ホイール29上の蛍光体層47に向けて集光させる。第1のピックアップ光学系28は、例えば第1のピックアップレンズ28aと、第2のピックアップレンズ28bと、から構成されている。
The S-polarized light beam BLs emitted from the
第1のピックアップ光学系28から射出された光は、蛍光体ホイール29に入射する。蛍光体ホイール29は、反射型の回転蛍光板であり、蛍光を発する蛍光体層47と、蛍光体層47を支持する回転板49と、蛍光体層47と回転板49との間に設けられた蛍光光を反射する反射膜(図示略)と、回転板49を駆動する駆動モーター50と、を有する。回転板49としては、例えば円板が用いられるが、回転板49の形状は円板に限定されず、平板であればよい。
本実施形態の蛍光体層47は、特許請求の範囲の波長変換素子に対応する。
The light emitted from the first pickup
The
蛍光体層47は、青色の励起光を吸収して黄色の蛍光に変換して射出する蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子としては、例えばYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体を用いることができる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、1種であってもよく、2種以上の材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いてもよい。
The
PBS27から射出されたP偏光の光線BLpは、第2の位相差板36に入射する。第2の位相差板36は、例えば1/4波長板である。P偏光の光線BLpは、第2の位相差板36を透過することによって円偏光の光線に変換される。第2の位相差板36を透過した光線BLpは、第2のピックアップ光学系41に入射する。第2のピックアップ光学系41は、入射光を回転拡散素子42に向けて集光させる。第2のピックアップ光学系41は、例えば第1のピックアップレンズ41aと、第2のピックアップレンズ41bと、から構成されている。
The P-polarized light beam BLp emitted from the
回転拡散素子42は、拡散反射板52と、拡散反射板52を回転させるための駆動モーター53と、を備える。拡散反射板52は、第2のピックアップ光学系41から射出された円偏光の光線BLpをPBS27に向けて拡散反射させる。拡散反射板52は、光線BLpをランバート反射させることが好ましい。駆動モーター50の回転軸は、光軸AX0と略平行に配置されている。これにより、拡散反射板52は、拡散反射板52に入射する光の光軸に交差する面内で回転可能となっている。拡散反射板52は、回転軸の方向から見て、例えば円形に形成されているが、拡散反射板52の形状は円板に限定されず、平板であればよい。
The
拡散反射板52によって反射され、第2のピックアップ光学系41を再び透過した円偏光の光線BLpは、再び第2の位相差板36を透過し、S偏光の光線BLs2に変換される。
蛍光体層47から射出された黄色の蛍光光と、回転拡散素子42からの光線BLs2(青色光)とは、PBS27により合成され、白色の照明光WLとなる。照明光WLは、図1に示す均一照明光学系40に入射する。
The circularly polarized light beam BLp reflected by the
The yellow fluorescent light emitted from the
図3は、本実施形態の第1の位相差板81の平面図である。図4は、図3のA’−A線に沿う断面図である。図5および図6は、図3および図4に示す第1の位相差板81を含む位相差制御装置80の平面図である。
図5および図6に示すように、位相差制御装置80は、第1の位相差板81と、回転軸83と、回転軸83を中心として第1の位相差板81を回転させる位相差板回転機構82と、使用者が第1の位相差板81の回転操作を行うための調整用つまみ84と、を備える。本実施形態の場合、第1の位相差板81は、矩形環状のフレーム85に収容されている。ただし、第1の位相差板81は、必ずしもフレーム85に収容されていなくてもよい。
FIG. 3 is a plan view of the
As shown in FIGS. 5 and 6, the phase
図3および図4に示すように、第1の位相差板81は、第1の面81a(図4における上面)と、第2の面81b(図4における下面)と、第1の面81aに対して傾いた光学軸D1と、を有する。第1の位相差板81は、第1の面81aと第2の面81bとが互いに平行な平板である。第1の面81aの法線方向から見た第1の位相差板81の平面形状は、長辺と短辺とを有する矩形状である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図3における矢印D2は、光学軸D1の第1の面81aへの正射影を示す。図3に示すように、本実施形態の場合、第1の面81aの法線方向から見て、光学軸D1の第1の面への正射影D2と第1の位相差板81の短辺に平行な直線Lとのなす角度φは、例えば34°である。以下、正射影D2と直線Lとのなす角度φを、光学軸D1の方位角φと定義する。光線BLの偏光方向は第1の位相差板81の短辺と平行である。そのため、正射影D2と光線BLの偏光方向とのなす角度も34°となる。
An arrow D2 in FIG. 3 indicates an orthogonal projection of the optical axis D1 onto the
図4に示すように、光学軸D1と第1の面81aとのなす角度θは、例えば45°である。以下、光学軸D1と第1の面81aとのなす角度θを、光学軸D1の傾斜角と定義する。
本実施形態における光学軸D1の方位角φおよび傾斜角θの数値は、PBS27に入射した光線BLのうち、80%の成分を蛍光体ホイール29側に導くことを目標とした数値であり、適宜変更が可能である。
As shown in FIG. 4, the angle θ between the optical axis D1 and the
The numerical values of the azimuth angle φ and the inclination angle θ of the optical axis D1 in the present embodiment are numerical values aiming to guide 80% of the components of the light beam BL incident on the
位相差板回転機構82は、第1の面81aの面法線および光学軸D1と交差する回転軸83の周りに第1の位相差板81を回転させる。回転軸83は、正射影D2と光学軸D1とを含む面(図4においてハッチングを施した断面)と直交している。第1の面81aが光軸AX0(図2参照)と直交する位置を第1の位相差板81の基準位置(図4の実線で示す位置)と定義したとき、第1の位相差板81が基準位置にあるときの回転角度ωを0°と定義する。
The phase difference
位相差板回転機構82は、第1の位相差板81をフレーム85ごと所定の回転角度の範囲内で回転させるものであればよい。位相差板回転機構82の具体的な構成は特に限定されず、回転角度も特に限定されない。
The retardation
図5および図6に示すように、位相差板回転機構82は、第1の位相差板81を第1の面81aに対する光学軸D1の傾き方向が互いに逆の2つの配置が可能なように構成されている。すなわち、位相差板回転機構82は、第1の位相差板81を所定の回転角度の範囲内で回転させることが可能であり、かつ、フレーム85に対して第1の位相差板81を裏返しに反転させて取り付けることが可能である。図5と図6とは、第1の位相差板81を互いに裏返しに反転させた状態を示している。
As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the retardation
以下、位相差制御装置80の作用および効果について説明する。
例えば、半導体レーザー73から射出された光線BLは、PBS27に対するP偏光であるとする。光線BLを、第1の位相差板81を備えた位相差制御装置80によって80%のS偏光成分と20%のP偏光成分とが混在した光に変換し、80%のS偏光成分をPBS27で反射させ、蛍光体層47に導く場合を考える。
Hereinafter, the operation and effect of the phase
For example, it is assumed that the light beam BL emitted from the
比較例として、第1の面と平行な光学軸を有する位相差板と、第1の面に垂直な回転軸を中心に位相差板を回転させる回転機構と、を備えた位相差制御装置を想定する。
比較例の位相差制御装置において、位相差板の厚みと蛍光体に入射する光の量との関係を図7に示す。図7において、グラフの横軸は位相差板の厚み[mm]である。グラフの縦軸は蛍光体へ入射する光線BLsの光量LA[任意単位]である。光量LAは、PBSへの入射光量に対する蛍光体への入射光量の割合[%]に対応する。この場合、位相差板の光学軸は、第1の面と平行、かつ、位相差板に入射する光の偏光方向に対して45°の角度をなしている。
As a comparative example, a phase difference control device including a phase difference plate having an optical axis parallel to the first surface, and a rotation mechanism that rotates the phase difference plate around a rotation axis perpendicular to the first surface. Suppose.
FIG. 7 shows the relationship between the thickness of the phase difference plate and the amount of light incident on the phosphor in the phase difference control device of the comparative example. In FIG. 7, the horizontal axis of the graph represents the thickness [mm] of the retardation plate. The vertical axis of the graph represents the light amount LA [arbitrary unit] of the light beam BLs incident on the phosphor. The light amount LA corresponds to the ratio [%] of the incident light amount to the phosphor with respect to the incident light amount to the PBS. In this case, the optical axis of the retardation plate is parallel to the first surface and forms an angle of 45 ° with respect to the polarization direction of the light incident on the retardation plate.
図7に示すように、位相差板の厚みを増加させることにより、光量LAが増加する傾向を示す。したがって、位相差板の厚みを調整することにより、光量LAを制御することができる。この例では、蛍光体への入射光量の割合が80%に対応する光量LA80は、位相差板の厚みが0.308mmのときに得られているとする。 As shown in FIG. 7, the light amount LA tends to increase by increasing the thickness of the retardation plate. Therefore, the light amount LA can be controlled by adjusting the thickness of the retardation plate. In this example, it is assumed that the amount of light LA80 corresponding to the ratio of the amount of light incident on the phosphor of 80% is obtained when the thickness of the phase difference plate is 0.308 mm.
位相差板の厚みが0.308と0.322mmとの間の範囲では、光量LAが光量LA80を超えている。この範囲では、回転機構を用いて位相差板を回転させ、位相差板の光学軸と入射光の偏光方向とのなす角度を45°からずらすことによって、光量LAを光量LA80まで低下させることができる。したがって、光量LAを光量LA80にするためには、位相差板の厚みを0.308〜0.322mm、すなわち0.315±0.007mmとする必要がある。このように、比較例の位相差制御装置では、位相差板の厚みの精度を高くする必要があるため、位相差板の製造コストが高くなるという問題がある。 In the range where the thickness of the retardation plate is between 0.308 and 0.322 mm, the light amount LA exceeds the light amount LA80. In this range, the light amount LA can be reduced to the light amount LA80 by rotating the phase difference plate using the rotation mechanism and shifting the angle formed by the optical axis of the phase difference plate and the polarization direction of the incident light from 45 °. it can. Therefore, in order to change the light amount LA to the light amount LA80, the thickness of the retardation plate needs to be 0.308 to 0.322 mm, that is, 0.315 ± 0.007 mm. Thus, in the phase difference control device of the comparative example, since it is necessary to increase the accuracy of the thickness of the phase difference plate, there is a problem that the manufacturing cost of the phase difference plate is increased.
本実施形態の位相差制御装置80は、第1の面81aに対して45°傾いた光学軸D1を有する第1の位相差板81を備える。本実施形態の位相差制御装置80において、第1の位相差板81の厚みと光量LAとの関係を図8に示す。図8において、グラフの横軸は第1の位相差板81の厚み[mm]である。グラフの縦軸は蛍光体へ入射する光線BLsの光量LA[任意単位]である。なお、図3に示したように、第1の位相差板81の光学軸D1の方位角φは34°であり、正射影D2と光線BLの偏光方向とのなす角度は34°である。
The phase
蛍光体への入射光量の割合の絶対値は図7の比較例とは異なるものの、図8に示すように、第1の位相差板81の厚みを増加させることにより、光量LAが増加する傾向を示す。第1の位相差板81の厚みを0.53〜0.54mm程度にすることによって、光量LAを概ね光量LA80とすることができる。さらに本実施形態の場合、第1の位相差板81が回転軸83を中心として回転可能に構成されているため、第1の位相差板81の厚みが、光量LAが光量LA80に満たないような場合であっても、第1の位相差板81の回転角度ωを変えることにより、光量LAを概ね光量LA80に調整することができる。
Although the absolute value of the ratio of the amount of light incident on the phosphor is different from that of the comparative example of FIG. 7, the amount of light LA tends to increase as the thickness of the
第1の位相差板81の回転角度ωと光量LAとの関係を図9に示す。図9において、グラフの横軸は第1の位相差板81の回転角度[°]である。グラフの縦軸は蛍光体へ入射する光線BLsの光量LA[任意単位]である。図9では、第1の位相差板81の厚みを0.487mmとした。
FIG. 9 shows the relationship between the rotation angle ω of the
図9に示すように、第1の位相差板81の回転角度を0°から増加させることにより、光量LAは増加する傾向を示す。第1の位相差板81の回転角度を5°程度に調整することによって、光量LAを概ね光量LA80とすることができる。このように、蛍光体への入射光量の割合が80%に満たないような第1の位相差板81の厚みの場合であっても、第1の位相差板81の回転角度を調整することによって、蛍光体への入射光量の割合を80%に調整することができる。また、蛍光体への入射光量の割合が80%よりも大きくなるような第1の位相差板81の厚みの場合であっても、上記と同様に蛍光体への入射光量の割合を80%に調整することができる。したがって、第1の位相差板81の厚さは、光学特性上は不問である。すなわち、従来のように、第1の位相差板81の厚さに対する高い精度は要求されない。
As shown in FIG. 9, when the rotation angle of the
図9において、蛍光体への入射光量の割合が60%に対応する光量LAを光量LA60で示した。例えば光量LAを光量LA60に調整する場合は、第1の位相差板81の回転角度が3°程度でよく、光量LAを光量LA80に調整する場合よりも第1の位相差板81の回転角度が小さくて済む。しかしながら、図9に示した曲線において、光量LAが光量LA60の点は、光量LAが光量LA80の点よりも曲線の傾斜が大きく、第1の位相差板81の回転角度に対する感度が高い。そのため、光量LAを光量LA60に調整する場合には、第1の位相差板81の回転角度調整に高い精度が要求される。さらにこの場合、第1の位相差板81に入射する光線BLの入射角に対する感度も高いため、第1の位相差板81に対して垂直に近い角度以外の方向から入射する光は、意図する偏光状態に調整できないおそれがある。
In FIG. 9, the amount of light LA corresponding to the ratio of the amount of light incident on the phosphor of 60% is indicated by the amount of light LA60. For example, when the light amount LA is adjusted to the light amount LA60, the rotation angle of the first
そこで、光量LAが意図する値になるときに第1の位相差板81の位相差がλ/2+nλ(λ:光の波長、n:自然数)となるように、光学軸D1の方位角φを設定することが望ましい。すなわち、図8のグラフの曲線の頂点が意図する光量LAの値となるように、光学軸D1の方位角φを設定することが望ましい。これにより、図9のグラフの曲線の頂点が意図する光量LAの値となる。図9のグラフの曲線の頂点近傍では傾斜が小さいため、第1の位相差板81の回転角度調整に要求される精度を低くすることができる。さらにこの場合、第1の位相差板81に入射する光の入射角に対する感度も低くなるため、第1の位相差板81に対して垂直に近い角度以外の方向から入射する光に対しても、意図する偏光状態に調整しやすくなる。
Therefore, the azimuth angle φ of the optical axis D1 is set so that the phase difference of the
図9に示した例では、所望の光量LAを得るのに必要な第1の位相差板81の回転角度は5°であった。この例に限れば、第1の位相差板81は少なくとも5°回転できる構成であれば、所望の光量LAを得ることができる。ところが、所望の光量LAが図9に示した例とは異なる場合、第1の位相差板81の厚みバラツキが大きい場合等では、第1の位相差板81を5°回転させただけでは、所望の光量LAが得られないことが考えられる。この問題に対し、本実施形態では、光学軸D1の傾き方向が互いに逆の2つの配置が可能なように位相差制御装置80が構成されているため、第1の位相差板81が5°しか回転しなくても、実質的には±5°の範囲での入射光量の調整が可能である。したがって、第1の位相差板81を回転させるための大きなスペースを必要とすることなく、光量LAの調整範囲を広げることができる。
In the example shown in FIG. 9, the rotation angle of the
以上説明したように、本実施形態の位相差制御装置80によれば、第1の位相差板81の厚みの精度に対する許容範囲を広げることができる。特に第1の位相差板81の回転軸83が、光学軸D1の第1の面81aへの正射影D2と光学軸D1とを含む面と直交しているため、第1の位相差板81の回転角度に対する位相差の変化を大きくでき、第1の位相差板81の回転角度をそれ程大きくすることなく、蛍光体への入射光量をより広範囲に調整することができる。
As described above, according to the phase
本実施形態の照明装置70は上記の位相差制御装置80を備えているため、第1の位相差板81として安価な位相差板を用いることができるため、低コストの照明装置を実現することができる。また、照明光の色バランスの調整範囲が広い照明装置を実現することができる。本実施形態のプロジェクター1は上記の照明装置70を備えているため、色再現性に優れ、低コストのプロジェクターを実現することができる。
Since the illuminating
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に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。
例えば上記実施形態では、第1の位相差板はフレームに対して裏返しに反転させて取り付けることが可能な構成となっていたが、この構成に代えて、第1の位相差板が第1の面81aの面法線と平行な回転軸を中心として180°回転できる構成となっていてもよい。また、第1の位相差板は位相差制御装置の使用時に回転可能となっている必要はなく、例えば製品出荷前に位相差の調整を行う際に回転可能となっている構成でもよく、例えば製品出荷後は第1の位相差板が固定されて回転できない状態となっていてもよい。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the first retardation plate can be reversed and attached to the frame. However, instead of this configuration, the first retardation plate is the first retardation plate. It may be configured to be able to rotate 180 ° around a rotation axis parallel to the surface normal of the
また、回転軸83と第1の位相差板81との位置関係は特に限定されない。図5および図6に示した例では、第1の面81aの面法線と平行な方向から見た平面視において、回転軸83は第1の位相差板81の略中心を通過している。しかし、回転軸83は、平面視において例えば第1の位相差板81の角を通過してもよいし、第1の位相差板81と重ならなくてもよい。
Further, the positional relationship between the
上記実施形態では、反射型の蛍光体ホイールを備えた照明装置の例を挙げたが、透過型の蛍光体ホイールを備えた照明装置であってもよい。
その他、位相差制御装置、照明装置、およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。上記実施形態では、本発明による照明装置を、液晶ライトバルブを用いた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。光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに搭載してもよい。
Although the example of the illuminating device including the reflective phosphor wheel has been described in the above embodiment, the illuminating device including the transmissive phosphor wheel may be used.
In addition, the specific description of the shape, number, arrangement, material, and the like of each component of the phase difference control device, the illumination device, and the projector is not limited to the above embodiment, and can be changed as appropriate. In the above-described embodiment, an example in which the lighting device according to the present invention is mounted on a projector using a liquid crystal light valve is shown, but the present invention is not limited to this. You may mount in the projector using a digital micromirror device as a light modulation apparatus.
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 the said embodiment, although the example which mounted the illuminating device by this invention in the projector was shown, 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.
上記実施形態では、波長変換素子として蛍光体を用いた波長変換素子の例を挙げたが、これに限られない。波長変換素子として、例えばGaN、GaAs等の化合物半導体を用いた波長変換素子であってもよい。 In the said embodiment, although the example of the wavelength conversion element which used fluorescent substance as a wavelength conversion element was given, it is not restricted to this. As the wavelength conversion element, for example, a wavelength conversion element using a compound semiconductor such as GaN or GaAs may be used.
1…プロジェクター、4R,4G,4B…光変調装置、27…偏光ビームスプリッター(偏光分離素子)、47…蛍光体層(波長変換素子)、60…投射光学系、70…照明装置、73…半導体レーザー(発光素子)、80…位相差制御装置、81…第1の位相差板(位相差板)、82…位相差板回転機構。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Projector, 4R, 4G, 4B ... Light modulation device, 27 ... Polarization beam splitter (polarization separation element), 47 ... Phosphor layer (wavelength conversion element), 60 ... Projection optical system, 70 ... Illumination device, 73 ... Semiconductor Laser (light emitting element), 80 ... phase difference control device, 81 ... first phase difference plate (phase difference plate), 82 ... phase difference plate rotation mechanism.
Claims (5)
前記第1の面の面法線および前記光学軸と交差する回転軸の周りに前記位相差板を回転させる位相差板回転機構と、を備えた位相差制御装置。 A retardation plate having a first surface and an optical axis inclined with respect to the first surface;
A phase difference control device comprising: a phase difference plate rotation mechanism configured to rotate the phase difference plate around a rotation axis intersecting the surface normal of the first surface and the optical axis.
前記光線束が入射する請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の位相差制御装置と、
前記位相差制御装置を透過した前記光線束を、第1の偏光状態の第1の光線束と第2の偏光状態の第2の光線束とに分離する偏光分離素子と、
前記第1の光線束が照射されることで蛍光を発する波長変換素子と、を備えた照明装置。 A light emitting element that emits a light beam;
The phase difference control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the light beam is incident;
A polarization separation element that separates the light bundle transmitted through the phase difference control device into a first light bundle in a first polarization state and a second light bundle in a second polarization state;
A wavelength conversion element that emits fluorescence when irradiated with the first light beam.
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光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学系と、を備えたことを特徴とするプロジェクター。 A lighting device according to claim 4;
A light modulation device that modulates light emitted from the illumination device according to image information;
A projector comprising: a projection optical system that projects light modulated by the light modulation device.
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