JP2017215570A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents
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Abstract
Description
第1実施形態に係るプロジェクターについて、図1〜図8を用いて説明する。
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。プロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した3つの液晶光変調装置を備えている。プロジェクターは、照明装置の光源として、レーザーダイオードを備えている。
図1に示すように、プロジェクター1は、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、色合成光学系5と、投射光学系6と、を備えている。
次に、上記照明装置2の構成について説明する。
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、第1光源装置11と、第2光源装置12と、均一化照明光学系13と、を備えている。
第1実施形態の第1光源装置11は、特許請求の範囲の光源装置に相当する。
図2において、照明装置2における照明光軸100axと平行な方向がX軸方向である。第1光源装置11の光軸ax1と平行な方向がY軸方向である。X軸方向およびY軸方向にそれぞれ直交する方向がZ軸方向である。
本実施形態の第1コリメート光学系70は、特許請求の範囲の第2の光ビーム変換光学系に対応する。
図5に示すように、発光素子25は、光ビームLを射出する光射出領域251を有する。光射出領域251の平面形状は、光ビームLの主光線Lcの方向から見て、長手方向W1と短手方向W2とを有する略矩形状である。
第1のレンズアレイ21は、第1の光源ユニット15から射出された複数の光ビームLの各々に対応した複数の第1レンズ41を備えている。複数の第1レンズ41は、X軸方向に並んでいる。第1レンズ41は、アナモフィックレンズで構成されている。図2に示すように、第1レンズ41は、入射した光ビームLを、複数の第1レンズ41の配列方向(X軸方向)と光ビームLの主光線の方向(Y軸方向)とに平行な面(XY平面)内において収束させる。また、図4に示すように、第1レンズ41は、入射した光ビームLを、XY平面と直交する面(YZ平面)内において平行化する。
図6に示すように、光線合成部18は、光透過性を有する基板44と、複数の反射部材45と、を備える。複数の反射部材45は、基板44の一面上に所定の間隔をおいて設けられている。反射部材45は、例えば金属膜、誘電体多層膜等からなる反射膜で構成される。基板44の一面のうち、反射部材45が設けられた領域が反射領域18rであり、反射部材45が設けられていない領域が光透過領域18tである。すなわち、光線合成部18は、複数の反射領域18rと、複数の光透過領域18tと、を備える。Z軸方向から見た平面視において、反射領域18rと光透過領域18tとは、交互に配置されている。本明細書において、Z軸方向から見た平面視のことを単に平面視と称する。
図3は、図2の要部の拡大図である。
光線合成部18において、第2の光ビームL2が入射する反射領域18rを第2の領域18r2とし、第3の光ビームL3が入射する反射領域18rを第3の領域18r3とする。また、第2の領域18r2と第3の領域18r3との間に位置し、第1の光ビームL1が入射する光透過領域18tを第1の領域18t1とする。さらに、第2の領域18r2と第3の領域18r3とが並んでいる方向を第3の方向Qとする。このとき、第3の方向Qは、X軸方向(第2の方向)およびY軸方向(第1の方向)のそれぞれに対して45°の角度をなす。
以下、第1実施形態の変形例について、図7および図8を用いて説明する。
本変形例の照明装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、第1光源装置の第1の光源ユニットの構成が第1実施形態と異なる。そのため、第1光源装置全体の説明は省略し、第1の光源ユニットについてのみ説明する。
図7は、第1実施形態の変形例の照明装置の平面図である。図8は、図7の要部の拡大図である。
図7および図8において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図8は、図7における1個の発光素子25aから光線合成部18までの光路の拡大図である。
発光素子25aから射出された光ビームLが折れ曲がっている場合は、図8に示すように、発光素子25aから射出された光ビームLの主光線LCを直線状に延ばした仮想的な配置を考える。仮想的な配置において、第1レンズ41は、第1の光ビームL1が光線合成部18に入射したときの第1の光ビームL1の第3の方向の寸法w1dを、第1の光ビームL1が第1レンズ41から射出したときの第1の光ビームL1の第3の方向の寸法w1cよりも小さくするように、第1の光ビームL1を収束光ビームに変換する。光ビームLが90°以外の角度に折れ曲がっている場合も同様である。
以下、本発明の第2実施形態について、図9および図10を用いて説明する。
第2実施形態の光源装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、光ビーム変換光学系の構成が第1実施形態と異なる。そのため、光源装置全体の説明は省略し、光ビーム変換光学系についてのみ説明する。
図9は、第2実施形態の照明装置の平面図である。図10は、発光素子および光ビーム変換光学系の側面図である。
図9および図10において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図9に示すように、第1光源装置61が備えている光ビーム変換光学系62は、第1の光源ユニット15に対応した第1のシリンドリカルレンズ63および第1のレンズアレイ64と、第2の光源ユニット16に対応した第2のシリンドリカルレンズ65および第2のレンズアレイ66と、を備える。
その他の構成は第1実施形態と同じである。
以下、本発明の第3実施形態について、図11を用いて説明する。
図11は、第3実施形態の第1光源装置の要部の平面図である。
第3実施形態の第1光源装置の基本構成は第1実施形態と共通であり、第1コリメート光学系よりも下段側の構成が第1実施形態と異なる。よって、図11では、第1実施形態と共通な部分の図示を省略する。
図11において、第1実施形態で用いた図2と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
以下、本発明の第4実施形態について、図12〜図15を用いて説明する。
第4実施形態の第1光源装置の基本構成は第1実施形態と概略同じであり、ダイクロイックミラー80よりも下段側の構成は第1実施形態と共通である。よって、ダイクロイックミラー80よりも下段側の部材の図示を省略する。
図12は、第4実施形態の第1光源装置の斜視図である。図13は、第1光源装置の平面図である。図14は、第1光源装置を第2の方向(X軸方向)から見た側面図である。図15は、第1光源装置を第1の方向(Y軸方向)から見た側面図である。
図12〜図15において、第1実施形態で用いた図2と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態の第1コリメート光学系165は、特許請求の範囲の第2の光ビーム変換光学系に対応する。
図16は、光線合成部の第1の例を示す正面図である。図17は、光線合成部の第2の例を示す正面図である。
上記実施形態の光源装置は、第1の光源ユニットの複数の発光素子から射出された全ての光ビームと、第2の光源ユニットの複数の発光素子から射出された全ての光ビームと、を収束光ビームに変換する光ビーム変換光学系を備えていた。この構成に代えて、本発明の光源装置は、第1のレンズアレイ21と第2のレンズアレイ22のうち一方のみを備えた光ビーム変換光学系を備えてもよい。
例えば、光源装置が第1のレンズアレイ21のみを備えている場合、第2のレンズアレイ22に代えて、第2の光源ユニットから射出された複数の光ビーム各々を平行化する光学系を用いればよい。
光ビーム変換光学系は、一つの光源ユニットの複数の発光素子から射出された複数の光ビームのうち、一部の光ビームのみを収束光ビームに変換してもよい。例えば、第1の発光素子から射出された第1の光ビーム、第2の発光素子から射出された第2の光ビーム、および第3の発光素子から射出された第3の光ビームのうち、第2の光ビームのみを収束光ビームに変換する光ビーム変換光学系を備えていてもよい。この構成によれば、第2の発光素子と第3の発光素子とのピッチが小さかったとしても、第2の光ビームのけられを低減できるので、光ビームの損失を低減できるとともに、装置の大型化を回避できる光源装置を実現することができる。
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。本発明による光源装置は、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。
Claims (17)
- 第1の光ビームを射出する第1の発光素子を含み、前記第1の光ビームを含む第1の光線束を第1の方向に射出する第1の光源ユニットと、
第2の光ビームを射出する第2の発光素子と第3の光ビームを射出する第3の発光素子とを含み、前記第2の光ビームと前記第3の光ビームとを含む第2の光線束を前記第1の方向と交差する第2の方向に射出する第2の光源ユニットと、
前記第1の光ビーム、前記第2の光ビーム、および前記第3の光ビームのうちの一つを特定光ビームとしたとき、前記特定光ビームの寸法を変化させる第1の光ビーム変換光学系と、
前記第1の光ビーム変換光学系の下段に設けられ、前記第1の光線束と前記第2の光線束とのうちのいずれか一方の光線束を反射させることにより、前記第1の光線束と前記第2の光線束とを含む合成光線束を生成する光線合成部と、を備え、
前記光線合成部は、前記第2の光ビームが入射する第2の領域と、前記第3の光ビームが入射する第3の領域と、前記第2の領域と前記第3の領域との間に位置し、前記第1の光ビームが入射する第1の領域と、を有し、
前記第2の領域と前記第3の領域とが並んでいる方向を第3の方向としたとき、前記第1の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームが前記光線合成部に入射したときの前記特定光ビームの前記第3の方向の寸法を、前記特定光ビームが前記第1の光ビーム変換光学系から射出したときの前記特定光ビームの前記第3の方向の寸法よりも小さくするように、前記特定光ビームを変換する、光源装置。 - 前記第3の方向は、前記第1の方向と前記第2の方向とに垂直な方向から見た平面視において、前記第1の方向と前記第2の方向との間の方向であり、
前記第2の発光素子と前記第3の発光素子とは、前記第1の方向において互いに異なる位置に配置されており、
前記第1の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームを、前記平面視において収束する収束光ビームに変換して射出し、
前記平面視において、前記合成光線束において、前記第1の光ビームは、前記第2の光ビームと前記第3の光ビームとの間に位置している、請求項1に記載の光源装置。 - 前記合成光線束の光路中に設けられ、前記特定光ビームを前記平面視において平行化する第2の光ビーム変換光学系をさらに備えた、請求項2に記載の光源装置。
- 前記第1の光ビーム、前記第2の光ビーム、および前記第3の光ビームの各々は、前記特定光ビームに相当し、
前記第1の光ビーム、前記第2の光ビーム、および前記第3の光ビームが前記第2の光ビーム変換光学系に入射するとき、前記平面視において、前記第2の光ビームと前記第3の光ビームとが並んでいる方向における前記第1の光ビームの寸法が前記第2の光ビームと前記第3の光ビームとの間の間隔よりも小さい、請求項3に記載の光源装置。 - 前記第1の光源ユニットは、前記第1の発光素子を含むとともに前記第2の方向において互いに異なる位置に配置された複数の発光素子を備え、
前記第2の光源ユニットは、前記第2の発光素子と前記第3の発光素子とを含むとともに前記第1の方向において互いに異なる位置に配置された複数の発光素子を備え、
前記光線合成部は、複数の反射領域と複数の光透過領域とを備え、
前記複数の反射領域と前記複数の光透過領域とは、前記平面視において交互に配置されている、請求項3または請求項4に記載の光源装置。 - 前記第1の光ビーム変換光学系は、前記第1の光源ユニットから射出された複数の光ビームの各々に対応した複数の第1レンズを備えた第1のレンズアレイと、前記第2の光源ユニットから射出された複数の光ビームの各々に対応した複数の第2レンズを備えた第2のレンズアレイと、を備え、
前記第2の光ビーム変換光学系は、複数のコリメーターレンズを備えたコリメーターレンズアレイを備え、
前記平面視において、前記複数のコリメーターレンズのピッチは、前記第1の光源ユニットから射出された前記複数の光ビームのピッチの1/2である、請求項5に記載の光源装置。 - 前記第1の光源ユニットが備える前記複数の発光素子の各々は、前記第2の方向と交差する短手方向を有する光射出領域を備えたレーザーダイオードで構成され、
前記第2の光源ユニットが備える前記複数の発光素子の各々は、前記第1の方向と交差する短手方向を有する光射出領域を備えたレーザーダイオードで構成された、請求項5または請求項6に記載の光源装置。 - 前記第1の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームを、前記平面視において収束させるとともに、前記第1の方向と前記第2の方向とを含む面と直交する面内においては平行化する、請求項2から請求項7までのいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記第3の方向は、前記第1の方向および前記第2の方向と直交しており、
前記第1の発光素子と前記第2の発光素子と前記第3の発光素子とは、前記第3の方向において互いに異なる位置に配置されており、
前記第1の方向から見たとき、前記合成光線束において、前記第1の光ビームは、前記第2の光ビームと前記第3の光ビームとの間に位置している、請求項1に記載の光源装置。 - 前記第1の光源ユニットは、前記第1の発光素子を含むとともに前記第3の方向において互いに異なる位置に配置された複数の発光素子を備え、
前記第2の光源ユニットは、前記第2の発光素子と前記第3の発光素子とを含むとともに前記第3の方向において互いに異なる位置に配置された複数の発光素子を備え、
前記第1の光源ユニットの前記複数の発光素子と前記第2の光源ユニットの前記複数の発光素子とからの複数の光ビーム各々は、前記特定光ビームに相当し、
前記第1の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームが前記光線合成部に入射したときの前記特定光ビームの前記第3の方向の寸法を、前記特定光ビームが前記第1の光ビーム変換光学系から射出したときの前記特定光ビームの前記第3の方向の寸法よりも小さくするように、前記特定光ビームを変換する、請求項9に記載の光源装置。 - 前記合成光線束の光路中に設けられた第2の光ビーム変換光学系をさらに備え、
前記第2の光ビーム変換光学系は、前記第3の方向と直交する方向から見たとき、前記特定光ビームを平行光として射出する、請求項9または請求項10に記載の光源装置。 - 前記第2の光源ユニットが備える前記複数の発光素子は、前記第3の方向に配列された複数の光源列をなすように設けられており、
前記複数の光源列のうち、前記第2の発光素子を含む光源列は、前記第1の方向において前記第2の発光素子とは異なる位置に配置されて第4の光ビームを射出する第4の発光素子を含み、
前記光線合成部は、前記第4の光ビームが入射する第4の領域をさらに有し、
前記光線合成部は、前記第1の光ビーム変換光学系と前記第2の光ビーム変換光学系との間の前記第2の光ビームの光路中で前記第2の光ビームの前記第3の方向の寸法が最も小さい位置において前記第2の光ビームを受光し、かつ、前記第1の光ビーム変換光学系と前記第2の光ビーム変換光学系との間の前記第4の光ビームの光路中で前記第4の光ビームの前記第3の方向の寸法が最も小さい位置において前記第4の光ビームを受光するように設けられている、請求項11に記載の光源装置。 - 前記第2の方向に沿った前記第2の発光素子と前記光線合成部との距離は、前記第2の方向に沿った前記第4の発光素子と前記光線合成部との距離と等しい、請求項12に記載の光源装置。
- 前記第1の光ビーム変換光学系は、前記特定光ビームが入射するアナモフィックレンズを備える、請求項9から請求項13までのいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記第3の方向と垂直な面における前記特定光ビームの拡がり角は、前記特定光ビームの主光線と前記第3の方向とを含む面における前記特定光ビームの拡がり角よりも大きく、
前記特定光ビームは、前記アナモフィックレンズの前記第3の方向と垂直な面における焦点位置から射出され、
前記第3の方向から見たとき、前記アナモフィックレンズは前記特定光ビームを平行化する、請求項14に記載の光源装置。 - 前記合成光線束の少なくとも一部を蛍光に変換する蛍光体層をさらに備えた、請求項1から請求項15までのいずれか一項に記載の光源装置。
- 請求項1から請求項16までのいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源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、プロジェクター。
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