JP2019028120A - 照明装置及びプロジェクター - Google Patents
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Abstract
【課題】波長変換効率が高い照明装置、及び該照明装置を備えたプロジェクターを提供する。
【解決手段】照明装置は、光源からの光を複数の部分光束に分割する第1のレンズアレイと、第1のレンズアレイからの複数の部分光束を受けて複数の蛍光光を射出する波長変換部と、各々が複数の蛍光光のうち対応する蛍光光を平行化する複数の平行化レンズを備えたコリメートレンズアレイと、を備えている。第1のレンズアレイは、複数の部分光束をそれぞれ波長変換部の互いに離間した領域に入射させる。
【選択図】図2
【解決手段】照明装置は、光源からの光を複数の部分光束に分割する第1のレンズアレイと、第1のレンズアレイからの複数の部分光束を受けて複数の蛍光光を射出する波長変換部と、各々が複数の蛍光光のうち対応する蛍光光を平行化する複数の平行化レンズを備えたコリメートレンズアレイと、を備えている。第1のレンズアレイは、複数の部分光束をそれぞれ波長変換部の互いに離間した領域に入射させる。
【選択図】図2
Description
本発明は、照明装置及びプロジェクターに関するものである。
近年、プロジェクターに用いられる光源装置の光源として、高輝度且つ高出力な光が得られる半導体レーザーが注目されている。例えば、下記特許文献1には、複数の半導体レーザーを2次元的に配列したアレイ光源から射出した励起光を蛍光体に入射させて蛍光を生成するプロジェクター用の光源装置が開示されている。
ところで、一般的に、温度の上昇により蛍光体の波長変換効率が低下する。しかしながら、上記光源装置では、アレイ光源から射出した励起光を集光して蛍光体に入射させるため、蛍光体の温度が上昇することで波長変換効率が低下するという問題があった。
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、波長変換効率が低下しにくい照明装置、及び該照明装置を備えたプロジェクターを提供することである。
本発明の第1態様による照明装置は、光を射出する光源と、前記光の光路上に設けられ、前記光を複数の部分光束に分割する第1のレンズアレイと、前記第1のレンズアレイからの前記複数の部分光束を受けて複数の蛍光光を射出する波長変換部と、前記波長変換部を支持する基材と、各々が前記複数の蛍光光のうち対応する蛍光光を平行化する複数の平行化レンズを備えたコリメートレンズアレイと、を備えている。第1のレンズアレイは、複数の部分光束をそれぞれ波長変換部の互いに離間した領域に入射させるように構成されている。
第1態様に係る照明装置においては、複数の部分光束がそれぞれ波長変換部の互いに離間した領域に入射する。各領域から射出された複数の蛍光光は、蛍光光束を形成する。各領域が互いに離間しているため、各領域で発生した熱が放出されやすく、波長変換部の温度の上昇が低減される。よって、波長変換部の波長変換効率の低下が低減され、照明装置は明るい蛍光光束を射出することができる。
また、複数の蛍光光はそれぞれ、コリメートレンズアレイの複数の平行化レンズのうち対応した平行化レンズに入射して平行化される。そのため、照明装置は平行度の高い複数の蛍光光を射出することができる。平行度の高い蛍光光は後段の光学系によって効率良く利用されるので、蛍光光の利用効率が高い。
また、複数の蛍光光はそれぞれ、コリメートレンズアレイの複数の平行化レンズのうち対応した平行化レンズに入射して平行化される。そのため、照明装置は平行度の高い複数の蛍光光を射出することができる。平行度の高い蛍光光は後段の光学系によって効率良く利用されるので、蛍光光の利用効率が高い。
上記第1態様において、前記波長変換部と前記基材との間に反射面をさらに備え、前記コリメートレンズアレイが前記第1のレンズアレイとしての機能を兼ねているのが好ましい。
この構成によれば、コリメートレンズアレイと第1のレンズアレイとが兼用されるので、部品点数を減らすことができる。また、コリメートレンズアレイおよび第1のレンズアレイの一方の位置合わせが不要となるので、組み立て作業が容易となる。
上記第1態様において、前記光源と前記第1のレンズアレイとの間の前記光の光路上に設けられた平行化光学系をさらに備え、前記平行化光学系によって平行化された前記光が前記第1のレンズアレイに入射するのが好ましい。
この構成によれば、部分光束は第1のレンズアレイによって所定の領域に良好に集光される。蛍光光は所定の領域から射出されるので、第1のレンズアレイによって良好に平行化される。
上記第1態様において、前記波長変換部は、前記複数の平行化レンズに対応してそれぞれ設けられた複数の波長変換層を備えるのが好ましい。
この構成によれば、例えば、複数の波長変換層として発光特性の異なる波長変換層を適宜選択することで、照明光の色味を調整することができる。よって、所望の色味の照明光を射出することができる。
上記第1態様において、前記複数の波長変換層は、前記基材の表面に設けられた複数の凹部にそれぞれ埋め込まれているのが好ましい。
この構成によれば、基材と波長変換層との接触面積を増やすことができる。これにより、波長変換層の放熱性を向上させることができる。
上記第1態様において、前記基材は金属材料からなるのが好ましい。
この構成によれば、波長変換層の放熱性を向上させることができる。
本発明の第2態様に従えば、上記第1態様の照明装置と、前記照明装置からの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。
第2態様に係るプロジェクターは、波長変換効率が高い照明装置を備えるので、明るい画像を表示できる。
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。
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。
(第一実施形態)
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。
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。
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、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。
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。
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。
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、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。
色分離光学系3は、白色光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とを備えている。
第1のダイクロイックミラー7aは、照明装置2からの白色光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、その他の光を反射する。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を透過させる。
第1の全反射ミラー8aは、赤色光LRを光変調装置4Rに向けて反射する。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。
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のダイクロイックミラー7bの後段に配置されている。
光変調装置4Rは、赤色光LRを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置4Gは、緑色光LGを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置4Bは、青色光LBを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。
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。
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。
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からの各画像光が入射する。合成光学系5は、各画像光を合成し、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。
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。
(照明装置)
続いて、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100と、第2光源装置101とを備える。
続いて、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100と、第2光源装置101とを備える。
第1光源装置100は、第1光源10と、コリメート光学系20と、ダイクロイックミラー30と、集光コリメートレンズアレイ40と、波長変換素子50と、前段レンズアレイ120と、後段レンズアレイ130と、偏光変換素子140と、重畳レンズ145と、を備える。
第1光源10は、励起光として青色のレーザー光(発光強度のピーク:約445nm)Eを射出する半導体レーザーから構成されている。第1光源10は、1つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。なお、第1光源10は、445nm以外の波長、例えば460nmの青色レーザー光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。本実施形態において、第1光源10は特許請求の範囲に記載の「光源」に相当する。
コリメート光学系20は、第1凸レンズ20aと、第2凸レンズ20bと、を備える。コリメート光学系20は、第1光源10から射出された光を略平行化する。本実施形態において、コリメート光学系20は特許請求の範囲に記載の「平行化光学系」に相当する。
ダイクロイックミラー30は、コリメート光学系20から集光コリメートレンズアレイ40に至る光路中に、第1光源10の光軸ax1と照明装置2の照明光軸ax2との各々に対して45°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー30は、青色の波長帯の光(励起光E)を反射させ、赤色光および緑色光を含む波長帯の光を透過させる。
集光コリメートレンズアレイ40は、ダイクロイックミラー30で反射された励起光Eを複数の部分光束B1に分割するための複数のレンズ40aを有する。複数のレンズ40aは、照明光軸ax2と直交する面内においてマトリクス状に配列されている。
各レンズ40aは部分光束B1を集光して波長変換素子50に入射させる機能と、波長変換素子50から射出された蛍光を略平行化する機能と、を有する。すなわち、各レンズ40aは集光レンズ及びコリメートレンズとして兼用されるので、部品点数を減らすことができる。また、集光レンズ及びコリメートレンズの一方の位置合わせが不要となるので、組み立て作業性が容易となる。
本実施形態において、集光コリメートレンズアレイ40は特許請求の範囲に記載の「第1のレンズアレイ」及び「コリメートレンズアレイ」に相当し、レンズ40aは特許請求の範囲に記載の「平行化レンズ」に相当する。
本実施形態において、集光コリメートレンズアレイ40に入射する励起光Eは、コリメート光学系20により略平行化されている。そのため、部分光束B1はそれぞれ対応するレンズ40aによって所定の領域に良好に集光される。複数の蛍光光YLはそれぞれ所定の領域から射出されるので、対応するレンズ40aによって良好に平行化される。本明細書において、複数の蛍光光YLの束を蛍光光束YL0と称する。
波長変換素子50は、基材50Aと、波長変換層51と、反射層52とを備える。本実施形態において、波長変換層51は特許請求の範囲に記載の「波長変換部」に相当する。
基材50Aは、波長変換層51を支持する。波長変換層51と基材50Aとの間には不図示の接着材が設けられている。基材50Aの材料としては、熱伝導性が高く放熱性に優れた材料を用いることが好ましく、例えば、アルミニウム、銅等の金属材料、窒化アルミ、アルミナ、サファイア、ダイヤモンド等のセラミクスが挙げられる。あるいは、ガラス、石英等の材料で構成されていてもよい。
波長変換層51は、青色の励起光Eを、赤色光および緑色光を含む蛍光光YLに変換する蛍光体粒子(不図示)を含む。波長変換層51は、光入射面51aから入射した励起光Eを蛍光光YLに変換して、光入射面51aから射出する。
蛍光体粒子として例えば、Y3Al5O12(以下、「YAG」と称する)を母材とし、Ceを賦活剤として含む、Ce:YAGを用いた。なお、蛍光体粒子の形成材料は、1種であってもよいし、2種以上の材料を用いて形成された粒子が混合されたものが用いられてもよい。波長変換層51としては、耐熱性および表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような波長変換層51として、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、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が好適に用いられる。
反射層52は、波長変換層51の光入射面51aと反対の面に設けられている。反射層52は、蛍光光YLを高い反射率で反射するように設計された反射面を有する。反射層52としては、例えば、アルミニウム、銀等の反射率の高い金属反射膜が挙げられる。これにより、反射層52は、基材50A側に向かう蛍光光YLを光入射面51a側に向けて反射する。本実施形態において、反射層52は特許請求の範囲に記載の「反射面」に相当する。
本実施形態の波長変換素子50は、励起光Eが入射する側と同じ側に向けて蛍光光YLを射出する反射型の波長変換素子を構成する。
ところで、一般的に波長変換層51の温度が上昇すると、該波長変換層51の波長変換効率が低下する。
本実施形態の第1光源装置100では、集光コリメートレンズアレイ40によって励起光Eを複数の部分光束B1に分割し、複数の部分光束B1をそれぞれ波長変換素子50(波長変換部)の互いに離間した領域に入射させる。これにより波長変換層51の温度の上昇が低減されるので、波長変換効率の低下が低減される。
以下、波長変換層51の温度の上昇を低減する原理について比較例を参照しながら説明する。比較例として、集光コリメートレンズアレイ40に代えて、従来技術で用いられているコンデンサレンズによって波長変換層上に励起光を集光する場合を例に挙げる。
図3は比較例において波長変換層51に生じる温度分布を示す図である。図4は本実施形態において波長変換層51に生じる温度分布を示す図である。なお、図4では、説明を単純にするため、励起光Eを集光コリメートレンズアレイ40により2分割する例を示した。
図3に示されるように、比較例では、波長変換層51上の1カ所に励起光E’が照射されるため、励起光E’による発熱領域HP’は波長変換層51上に1つだけ形成される。
一方、図4に示されるように、本実施形態では、励起光Eを2分割して得られた2つの部分光束B1を、波長変換層51の互いに離間した領域にそれぞれ照射するため、励起光Eによる発熱領域HPは波長変換層51上に2つ形成される。
本実施形態において各部分光束B1によって波長変換層51が照射される領域の面積の合計は、比較例において励起光E’によって波長変換層51が照射される領域の面積と同じである。さらに、励起光Eと励起光E’のパワーも互いに同じである。よって、部分光束B1及び励起光E’の光密度(単位:W/mm2)は互いに等しい。
比較例においては、図3に示したように一つの発熱領域HP’が形成されているのに対して、本実施形態においては、図4に示したように互いに離間した2つの発熱領域HPが形成されている。そのため、波長変換層51で発生した熱は、本実施形態の方が比較例よりも基材50Aの広い範囲に伝わりやすい。つまり、本実施形態の方が比較例よりも基材50Aの広い範囲から熱が放出される。そのため、本実施形態における基材50Aの最高温度T2maxは比較例における最高温度T2max’よりも低く、その結果、本実施形態における波長変換層51の温度T1は比較例における波長変換層51の温度T1’よりも低くなる。
最高温度T2max’と温度T1’との差をΔT’とし、最高温度T2maxと温度T1との差をΔTとする。ΔT’はΔTとほぼ同等である。
このように、2つの部分光束B1を、波長変換層51の互いに離間した領域にそれぞれ照射することにより、波長変換層51の熱を比較例よりも効率的に放出することができる。
本発明者は、シミュレーションによって本実施形態の効果を検証した。本シミュレーションでは、励起光の照射領域が2つの場合の蛍光体の温度と、比較例として励起光の照射領域が1つの場合の蛍光体の温度と、をそれぞれ求めた。
なお、本シミュレーションは、銅からなる基材上に配置した蛍光体(5mm角、厚み0.2mm)に対し、エネルギーが5W/mm2の励起光を照射するものとした。また、励起光を照射する領域の総面積は、いずれの場合も1.0mm2である。本実施形態において、2つの照射領域の間隔は1mmである。
図5はシミュレーション結果を示す図である。
図5の上段に示すように、励起光の照射領域が1つの場合、蛍光体の表面温度は187℃となることが分かった。一方、図5の下段に示すように、励起光の照射領域が2つの場合、蛍光体の表面温度は167℃となることが分かった。つまり、本シミュレーション結果によって、励起光Eを分割して得た複数の部分光束B1を波長変換層51(波長変換部)の互いに離間した領域にそれぞれ照射することにより、波長変換層51の温度上昇を低減できるという効果が検証された。
図5の上段に示すように、励起光の照射領域が1つの場合、蛍光体の表面温度は187℃となることが分かった。一方、図5の下段に示すように、励起光の照射領域が2つの場合、蛍光体の表面温度は167℃となることが分かった。つまり、本シミュレーション結果によって、励起光Eを分割して得た複数の部分光束B1を波長変換層51(波長変換部)の互いに離間した領域にそれぞれ照射することにより、波長変換層51の温度上昇を低減できるという効果が検証された。
以上述べたように本実施形態の第1光源装置100では、波長変換層51の温度の上昇が低減されるので、波長変換効率の低下が低減される。よって、明るい蛍光光束YL0を射出することができる。
また、波長変換層51上の複数個所で生成された蛍光光YLはそれぞれ、複数のレンズ40aのうち対応するレンズ40aに入射して平行化される。そのため、平行度の高い蛍光光束YL0を生成することができる。
図2に戻って、第2光源装置101は、第2光源110と、集光光学系160と、散乱板165と、コリメート光学系170と、を備えている。
第2光源110は、第1光源装置100の第1光源10と同一の半導体レーザーから構成されている。第2光源110は、1つの半導体レーザーで構成されていてもよいし、複数の半導体レーザーで構成されていてもよい。
集光光学系160は、第1凸レンズ162と、第2凸レンズ164と、を備えている。集光光学系160は、第2光源110から射出された青色光LBを散乱板165上もしくは散乱板165の近傍に集光させる。
散乱板165は、第2光源110からの青色光LBを散乱させ、波長変換層51から射出される蛍光光YLの配光分布に近い配光分布を青色光LBに与える。散乱板165として、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。
コリメート光学系170は、第3凸レンズ172と、第4凸レンズ174と、を備える。コリメート光学系170は、散乱板165から射出された光を略平行化する。
第2光源装置101から射出された青色光LBは、ダイクロイックミラー30により反射され、波長変換素子50から射出されダイクロイックミラー30を透過した蛍光光束YL0と合成されて白色光WLとなる。白色光WLは、前段レンズアレイ120に入射する。
前段レンズアレイ120は、白色光WLを複数の光線束に分割するための複数の第1レンズ122を有する。複数の第1レンズ122は、照明光軸ax2と直交する面内においてマトリクス状に配列されている。
後段レンズアレイ130は、前段レンズアレイ120の複数の第1レンズ122に対応する複数の第2レンズ132を有する。後段レンズアレイ130は、重畳レンズ145とともに、前段レンズアレイ120の各第1レンズ122の像を光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bの画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第2レンズ132は、照明光軸ax2に直交する面内においてマトリクス状に配列されている。前段レンズアレイ120、後段レンズアレイ130および重畳レンズ145は、均一照明光学系を構成している。
一般に、上記の均一照明光学系には平行度の高い光を入射させないと、光の損失が大きい。しかし、上述のように蛍光光束YL0は平行度が高いため、蛍光光束YL0を効率的に利用することができる。
偏光変換素子140は、後段レンズアレイ130から射出された光を直線偏光に変換する。偏光変換素子140は、例えば、偏光分離膜と位相差板と(ともに図示略)を備えている。
重畳レンズ145は、偏光変換素子140から射出された各光線束を集光して、図1に示した光変調装置4R,光変調装置4G,および光変調装置4Bの画像形成領域の近傍に重畳させる。
以上により、照明装置2は、略均一な照度分布で画像形成領域を照明することができる。
本実施形態の照明装置2は、明るい蛍光光束YL0を射出する第1光源装置100を備えるので、明るい白色光WLを射出することができる。本実施形態のプロジェクター1は、上記照明装置2を備えるので、明るい画像を表示することができる。
(第二実施形態)
続いて、本発明の第二実施形態の照明について説明する。本実施形態と第一実施形態との違いは第1光源装置の構成である。なお、上記実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図6は本実施形態の照明装置2Aの構成を示す図である。
図6に示すように、本実施形態の照明装置2Aは、第1光源装置200と、第2光源装置101とを備える。以下、第1光源装置200の構成について説明する。
第1光源装置200は、第1光源10と、コリメート光学系20と、光分割レンズアレイ60と、波長変換素子150と、コリメートレンズアレイ70と、ダイクロイックミラー30と、前段レンズアレイ120と、後段レンズアレイ130と、偏光変換素子140と、重畳レンズ145と、を備える。
続いて、本発明の第二実施形態の照明について説明する。本実施形態と第一実施形態との違いは第1光源装置の構成である。なお、上記実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図6は本実施形態の照明装置2Aの構成を示す図である。
図6に示すように、本実施形態の照明装置2Aは、第1光源装置200と、第2光源装置101とを備える。以下、第1光源装置200の構成について説明する。
第1光源装置200は、第1光源10と、コリメート光学系20と、光分割レンズアレイ60と、波長変換素子150と、コリメートレンズアレイ70と、ダイクロイックミラー30と、前段レンズアレイ120と、後段レンズアレイ130と、偏光変換素子140と、重畳レンズ145と、を備える。
光分割レンズアレイ60は、コリメート光学系20を通過した励起光Eを複数の部分光束B1に分割するための複数のレンズ60aを有する。複数のレンズ60aは、照明光軸ax2と直交する面内においてマトリクス状に配列されている。
本実施形態において、各レンズ60aは部分光束B1を集光して波長変換素子150に入射させる機能を有する。本実施形態において、光分割レンズアレイ60は特許請求の範囲に記載の「第1のレンズアレイ」に相当する。
本実施形態において、光分割レンズアレイ60に入射する励起光Eは、コリメート光学系20により略平行化されている。そのため、第1実施形態と同様に、部分光束B1はそれぞれ対応するレンズ60aによって所定の領域に良好に集光される。
波長変換素子150は、透光性を有する基材150Aと、波長変換層151と、ダイクロイック膜53とを備える。本実施形態において、波長変換素子150は特許請求の範囲に記載の「波長変換部」に相当する。
基材150Aは、波長変換層151を支持する。波長変換層151と基材150Aとの間には不図示の接着材が設けられている。基材150Aの材料としては光透過性を有する、例えばガラス、石英等が用いられる。
波長変換層151は、青色の励起光Eを、赤色光および緑色光を含む蛍光光YLに変換する蛍光体粒子(不図示)を含む。波長変換層151は、上記実施形態の波長変換層51と同様の構成からなる。
本実施形態において、波長変換層151は、光入射面151aから入射した励起光Eを蛍光光YLに変換して、光入射面151aと反対の光射出面151bから射出する。
本実施形態において、波長変換層151は、光入射面151aから入射した励起光Eを蛍光光YLに変換して、光入射面151aと反対の光射出面151bから射出する。
ダイクロイック膜53は、波長変換層151の光入射面151aに設けられている。ダイクロイック膜53は、励起光Eを透過するとともに蛍光光YLを反射する。これにより、ダイクロイック膜53は、基材150A側に向かう蛍光光YLを光射出面151b側に向けて反射する。
本実施形態の波長変換素子150は、励起光Eが入射する側と反対側に向けて蛍光光YLを射出する、所謂、透過型の波長変換素子を構成する。
第1実施形態と同様、本実施形態の第1光源装置200でも、光分割レンズアレイ60によって励起光Eを複数の部分光束B1に分割し、複数の部分光束B1をそれぞれ波長変換素子150(波長変換部)の互いに離間した領域に入射させる。これにより波長変換層51の温度の上昇が低減されるので、波長変換効率の低下が低減される。
コリメートレンズアレイ70は複数のレンズ70aを備えている。波長変換層151において複数の部分光束B1が入射した領域各々から射出された複数の蛍光光YLは、複数のレンズ70aのうち対応するレンズ70aに入射して平行化される。そのため、平行度の高い蛍光光束YL0を生成することができる。
コリメートレンズアレイ70により平行化された蛍光光束YL0は、ダイクロイックミラー30によって第2光源装置101からの青色光LBと合成されて白色光WLとなる。
本実施形態においても、第1実施形態と同様な効果が得られる。
(第三実施形態)
続いて、本発明の第三実施形態について説明する。本実施形態では、波長変換素子の別構成について説明する。本実施形態の波長変換素子は、第一実施形態の波長変換素子50と同様、反射型の波長変換素子である。なお、第一実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
続いて、本発明の第三実施形態について説明する。本実施形態では、波長変換素子の別構成について説明する。本実施形態の波長変換素子は、第一実施形態の波長変換素子50と同様、反射型の波長変換素子である。なお、第一実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図7は本実施形態の波長変換素子250の構成を示す平面図である。図7には、波長変換素子250の前段に配置される集光コリメートレンズアレイ40も図示している。
図7に示すように、本実施形態の波長変換素子250は、基材250Aと、複数の波長変換層251と、反射層252とを備える。複数の波長変換層251は互いに離間しており、集光コリメートレンズアレイ40の各レンズ40aに対応して設けられている。複数の波長変換層251は特許請求の範囲に記載の「波長変換部」に相当する。
図7に示すように、本実施形態の波長変換素子250は、基材250Aと、複数の波長変換層251と、反射層252とを備える。複数の波長変換層251は互いに離間しており、集光コリメートレンズアレイ40の各レンズ40aに対応して設けられている。複数の波長変換層251は特許請求の範囲に記載の「波長変換部」に相当する。
基材250Aは、複数の波長変換層251を支持する。基材250Aの材料としては、熱伝導性が高く放熱性に優れた材料を用いることが好ましく、例えば、アルミニウム、銅等の金属材料、窒化アルミ、アルミナ、サファイア、ダイヤモンド等のセラミクスが挙げられる。
図8は図7のA−A線矢視による断面図である。
図8に示すように、複数の波長変換層251は、基材250Aの表面255に設けられた複数の凹部256に埋め込まれている。反射層252は、各波長変換層251の側面及び底面を覆うように設けられている。反射層252としては、例えば、アルミニウム、銀等の反射率の高い金属反射膜が挙げられる。反射層252が設けられた複数の波長変換層251は、凹部256内に不図示の接着材を介して接合されている。
図8に示すように、複数の波長変換層251は、基材250Aの表面255に設けられた複数の凹部256に埋め込まれている。反射層252は、各波長変換層251の側面及び底面を覆うように設けられている。反射層252としては、例えば、アルミニウム、銀等の反射率の高い金属反射膜が挙げられる。反射層252が設けられた複数の波長変換層251は、凹部256内に不図示の接着材を介して接合されている。
ここで、基材250A内に複数の波長変換層251を埋め込むことによる効果について説明する。
比較例として、1辺1mm、厚み0.2mmの蛍光体を基材に埋め込んだモデルについて考える。また、本実施形態に対応する実施例として、例えば、1辺1mm、厚み0.2mmの蛍光体を4分割した分割蛍光体を基材にそれぞれ埋め込んだモデルについて考える。比較例及び実施例との比較結果を下記の表に示す。
比較例として、1辺1mm、厚み0.2mmの蛍光体を基材に埋め込んだモデルについて考える。また、本実施形態に対応する実施例として、例えば、1辺1mm、厚み0.2mmの蛍光体を4分割した分割蛍光体を基材にそれぞれ埋め込んだモデルについて考える。比較例及び実施例との比較結果を下記の表に示す。
上記表に示されるように、比較例において、蛍光体の底面と基材との接触面積は1mm2であり、蛍光体の側面と基材との接触面積は0.8mm2であり、蛍光体と基材との接触面積の合計は1.8mm2となる。
一方、実施例において、分割蛍光体の底面と基材との接触面積は0.25mm2であり、分割蛍光体の側面と基材との接触面積は0.4mm2であり、分割蛍光体と基材との接触面積の合計は0.65mm2となる。分割蛍光体は4つあることから、蛍光体全体と基材との接触面積の合計は2.6mm2となる。
表に示されるように、比較例の接触面積を1とした場合、実施例の接触面積は1.4となる。すなわち、1つの蛍光体層を4分割した分割蛍光体層を基材に埋め込む場合の接触面積は、1つの蛍光体層を基材内に埋め込む場合の接触面積の1.4倍となる。
なお、上記説明では、蛍光体を4分割した場合を例に挙げたが、蛍光体の分割数はこれに限定されない。接触面積は分割数が大きいほど大きい。
なお、上記説明では、蛍光体を4分割した場合を例に挙げたが、蛍光体の分割数はこれに限定されない。接触面積は分割数が大きいほど大きい。
本実施形態の波長変換素子250においても、複数の部分光束B1をそれぞれ波長変換部の互いに離間した領域に入射させる。これにより波長変換層51の温度の上昇が低減されるので、波長変換効率の低下が低減される。
波長変換層251の放熱性は、基材250Aとの接触面積が大きいほど高い。本実施形態の波長変換素子250では、波長変換層251を基材250Aの凹部256に埋め込むことによって基材250Aとの接触面積を増やして、複数の波長変換層251(波長変換部)全体としての放熱性を向上させている。これにより、各波長変換層251の温度の上昇がさらに低減されるので、波長変換効率の低下がさらに低減される。よって、明るい蛍光光束YL0を射出することができる。
(第四実施形態)
続いて、本発明の第四実施形態について説明する。本実施形態では波長変換素子の別構成について説明する。本実施形態の波長変換素子は、第三実施形態の波長変換素子250と同様、反射型の波長変換素子である。なお、第三実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
続いて、本発明の第四実施形態について説明する。本実施形態では波長変換素子の別構成について説明する。本実施形態の波長変換素子は、第三実施形態の波長変換素子250と同様、反射型の波長変換素子である。なお、第三実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図9は本実施形態の波長変換素子350の構成を示す平面図である。図9には、波長変換素子350の前段に配置される集光コリメートレンズアレイ40も図示している。
図9に示すように、本実施形態の波長変換素子350は、基材250Aと、複数の波長変換層351と、反射層252とを備える。複数の波長変換層351は互いに離間しており、集光コリメートレンズアレイ40の各レンズ40aに対応して設けられている。
図9に示すように、本実施形態の波長変換素子350は、基材250Aと、複数の波長変換層351と、反射層252とを備える。複数の波長変換層351は互いに離間しており、集光コリメートレンズアレイ40の各レンズ40aに対応して設けられている。
図10は図9のB−B線矢視による断面図である。
図9に示すように、複数の波長変換層351は、基材250Aの表面255に設けられた複数の凹部256に埋め込まれている。反射層252は、各波長変換層351の側面及び底面を覆うように設けられている。
図9に示すように、複数の波長変換層351は、基材250Aの表面255に設けられた複数の凹部256に埋め込まれている。反射層252は、各波長変換層351の側面及び底面を覆うように設けられている。
本実施形態において、複数の波長変換層351は第1波長変換層351aと第2波長変換層351bとを含む。第1波長変換層351a及び第2波長変換層351bは、それぞれ同じ数だけ設けられている。
第1波長変換層351aは、青色の励起光Eを黄色の蛍光光に変換する蛍光体層から構成される。
具体的に第1波長変換層351aを構成する蛍光体層としては、Ce:YAGを用いた。
具体的に第1波長変換層351aを構成する蛍光体層としては、Ce:YAGを用いた。
一方、第2波長変換層351bは、青色の励起光Eを赤色の蛍光光に変換する蛍光体層から構成される。
具体的に第2波長変換層351bを構成する蛍光体層としては(Ca1−x,Eux)AlSiN3を用いた。
具体的に第2波長変換層351bを構成する蛍光体層としては(Ca1−x,Eux)AlSiN3を用いた。
例えば、第1波長変換層351aを構成するCe:YAGは黄色の蛍光光を高効率で生成するものの、赤の光量が少ない状態となり易い。すなわち、Ce:YAGにより生成された蛍光光は色味として緑色寄りの黄色となり易い。
本実施形態では、複数の波長変換層351を第1波長変換層351aと該第1波長変換層351aとは発光特性の異なる第2波長変換層351bとで構成することで、波長変換素子350により生成される蛍光の色味を調整することができる。具体的に、第2波長変換層351bは、第1波長変換層351aで生成される蛍光光において不足している赤色のスペクトルを補うことができる。
以上のように、本実施形態の波長変換素子350によれば、色純度の高い白色光WLを生成することができる。
以上のように、本実施形態の波長変換素子350によれば、色純度の高い白色光WLを生成することができる。
第四実施形態では、波長変換素子350として反射型の波長変換素子を例に挙げたが、波長変換素子350は第二実施形態の波長変換素子150のような透過型の波長変換素子であってもよい。
なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
上記第三実施形態では、波長変換素子250として複数の波長変換層251を基材250Aの凹部256に埋め込む場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、複数の波長変換層251を埋め込まずに基材250Aの表面255に直接設けても良い。
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。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。
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。
1…プロジェクター、2,2A…照明装置、4B,4G,4R…光変調装置、6…投射光学系、40a,60a,70a…レンズ、50A,150A,250A…基材、51,151,251,351…波長変換層、40…集光コリメートレンズアレイ、40a…レンズ、52…反射層、70…コリメートレンズアレイ、70a…レンズ、255…表面、256…凹部、B1…部分光束、YL…蛍光光。
Claims (7)
- 光を射出する光源と、
前記光の光路上に設けられ、前記光を複数の部分光束に分割する第1のレンズアレイと、
前記第1のレンズアレイからの前記複数の部分光束を受けて複数の蛍光光を射出する波長変換部と、
前記波長変換部を支持する基材と、
各々が前記複数の蛍光光のうち対応する蛍光光を平行化する複数の平行化レンズを備えたコリメートレンズアレイと、を備え、
第1のレンズアレイは、前記複数の部分光束をそれぞれ前記波長変換部の互いに離間した領域に入射させるように構成されている
照明装置。 - 前記波長変換部と前記基材との間に反射面をさらに備え、
前記コリメートレンズアレイが前記第1のレンズアレイとしての機能を兼ねている
請求項1に記載の照明装置。 - 前記光源と前記第1のレンズアレイとの間の前記光の光路上に設けられた平行化光学系をさらに備え、
前記平行化光学系によって平行化された前記光が前記第1のレンズアレイに入射する
請求項1又は2に記載の照明装置。 - 前記波長変換部は、前記複数の平行化レンズに対応してそれぞれ設けられた複数の波長変換層を備える
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の照明装置。 - 前記複数の波長変換層は、前記基材の表面に設けられた複数の凹部にそれぞれ埋め込まれている
請求項4に記載の照明装置。 - 前記基材は金属材料からなる
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の照明装置。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置からの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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017144231A JP2019028120A (ja) | 2017-07-26 | 2017-07-26 | 照明装置及びプロジェクター |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2017144231A JP2019028120A (ja) | 2017-07-26 | 2017-07-26 | 照明装置及びプロジェクター |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2019028120A true JP2019028120A (ja) | 2019-02-21 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2017144231A Pending JP2019028120A (ja) | 2017-07-26 | 2017-07-26 | 照明装置及びプロジェクター |
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JP (1) | JP2019028120A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11630382B2 (en) | 2020-08-19 | 2023-04-18 | Seiko Epson Corporation | Optical element, light source device, image display device, and projector |
US11709416B2 (en) | 2020-08-25 | 2023-07-25 | Seiko Epson Corporation | Light source device, image display device, and projector |
-
2017
- 2017-07-26 JP JP2017144231A patent/JP2019028120A/ja active Pending
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