JP2019028361A - 照明装置およびプロジェクター - Google Patents
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Abstract
Description
また、アフォーカル光学系は、平行光を入射させて光束径を縮小させた平行光を射出する。したがって、第1のレンズと第2のレンズとの間に位置する偏光調整素子には、非平行光が入射する。より具体的には、偏光調整素子に入射する第1の光の入射角は、第1の光の中心軸から離れるに従い大きくなる。偏光調整素子を透過する光は、偏光調整素子内における透過距離に依存して偏光状態が変化する。すなわち、偏光調整素子に非平行光が入射すると、入射角に応じて偏光状態が変わる。より具体的には、偏光調整素子への第1の偏光成分の光の入射角が大きくなると、第2の光における第2の偏光成分の比率が増加する。したがって、上記の構成によれば、中心軸から外側に向かうに従い第2の偏光成分の比率を増加させた第2の光が形成される。これにより、拡散素子又は蛍光発光素子に入射する光として中心軸から離れるに従い強い光を入射させることができ、結果的に良好な拡散性を得ることができる。
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図4を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、半導体レーザーを用いた照明装置を備えた液晶プロジェクターの一例である。
以下の説明で用いる図面は、特徴を見やすくするために、一部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。
まず、図1に示すプロジェクター1の一例について説明する。
図1は、プロジェクター1の概略構成を示す平面図である。
なお、緑色光LGの光路中には、全反射ミラーを配置する必要はなく、緑色光LGは、第2のダイクロイックミラー7bにより光変調装置4Gに向けて反射される。
次に、照明装置2に用いられる本発明の一つの態様を適用した照明装置の具体的な実施形態について説明する。
図2は、第1実施形態の照明装置を示す概略構成図である。
後述するように、第1の第1の光ビームBL1の一部は、偏光分離素子50により分離されて蛍光体層34の励起光となる。また、第1の光ビームBL1の他の一部は、偏光分離素子50により分離され、拡散反射素子30を経て画像表示用の青色光となる。
図3に示す様に、第1の位相差板28aに入射する第1の光ビームBL1の入射角θは、第1の光ビームBL1の中心軸である光軸ax1において0°であり、光軸ax1から離れるに従い大きくなる。第1の位相差板28a内における光の透過距離は、第1の光ビームBL1の入射角θが大きくなるに従い長くなり、これに伴い第1の位相差板28aから射出される第2の光ビームBL2の偏光状態が変化する。
本実施形態の拡散反射素子30は、基材43と反射膜44とを有する。基材43は、例えばガラス等の透光性材料で構成されている。基材43は、光を入射および射出する第1の面43aと、第1の面43aの反対側に位置する第2の面43bと、を有する板である。反射膜44は、基材43の第2の面43bに形成されている。反射膜44は、例えば銀、アルミニウム等の光反射率の高い金属で形成された金属反射膜である。
ところが、実際の拡散素子は、理想的なランバート拡散を生じることはなく、所定のガウス分布に従った拡散を生じる。拡散素子の拡散特性が小さい場合、破線のグラフCで示すように、ランバート拡散とは大きくかけ離れた角度分布を示す。1点鎖線のグラフDで示すように、ランバート拡散に略一致した角度分布を得るためには、拡散素子の拡散特性を充分に大きくする必要がある。しかしながら、拡散特性が大きい拡散素子は、後方散乱が多いなどの欠点を有しており、広い角度分布を有する拡散光を得ることが困難であった。
なお、図6中の「Gauss20」、「Gauss60」等の「GaussX」の数値Xは、本発明者が行った角度分布のシミュレーション上のパラメーターである。この数値が大きい程、拡散素子の拡散特性が高いことを示している。
本実施形態によれば、偏光分離素子50で反射した光によって蛍光発光素子27を励起させ、偏光分離素子50を透過した光を拡散反射素子30に入射させる構造の照明装置2を実現できる。
第1実施形態の変形例1として、第1の光ビームBL1に含まれる第1の偏光成分が偏光分離素子50に対するP偏光成分である場合について説明する。すなわち、本変形例においては、特許請求の範囲の第1の偏光成分が偏光分離素子50に対するP偏光成分であり、特許請求の範囲の第2の偏光成分が偏光分離素子50に対するS偏光成分である。本変形例の照明装置2の構造は、アレイ光源21から射出される第1の光ビームBL1の偏光成分(第1の偏光成分)がP偏光成分である点以外は、上述の実施形態の構造と概略同じである。
本変形例によれば、上述の第1実施形態と同様に、偏光分離素子50で反射した光によって蛍光発光素子27を励起させ、偏光分離素子50を透過した光を拡散反射素子30に入射させる構造の照明装置2を実現できる。
以下、本発明の第2実施形態について図9を用いて説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態の照明装置と同様であるが、拡散反射素子と蛍光発光素子との位置関係が第1実施形態と異なる。
図9は、第2実施形態の照明装置102の概略構成図である。図9において、第1実施形態における照明装置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。
光源ユニット25は、アレイ光源21、コリメーター光学系22、アフォーカル光学系23、第1の位相差板28a、偏光調整機構28cおよびホモジナイザー光学系24を有する。本実施形態においても、第1の位相差板28aは、アフォーカル光学系23の第1のレンズ23aと第2のレンズ23bの間に位置する。
なお、本実施形態において、特許請求の範囲の第1の偏光成分は、偏光分離素子50に対するP偏光成分であり、特許請求の範囲の第2の偏光成分は、偏光分離素子50に対するS偏光成分である。
本実施形態によれば、偏光分離素子150を透過した光によって蛍光発光素子27を励起させ、偏光分離素子150で反射した光を拡散反射素子30に入射させる構造の照明装置102を実現できる。
第2実施形態の変形例2として、第1の光ビームBL1に含まれる第1の偏光成分が偏光分離素子150に対するS偏光成分である場合について説明する。すなわち、本変形例において、特許請求の範囲の第1の偏光成分が偏光分離素子150に対するS偏光成分であり、特許請求の範囲の第2の偏光成分が偏光分離素子150に対するP偏光成分である。本変形例の照明装置102の構造は、アレイ光源21から射出される第1の光ビームBL1の偏光成分(第1の偏光成分)がS偏光成分である点以外は、上述の実施形態の構造と概略同じである。
本変形例によれば、上述の第2実施形態と同様に、偏光分離素子150を透過した光によって蛍光発光素子27を励起させ、偏光分離素子150で反射した光を拡散反射素子30に入射させる構造の照明装置102を実現できる。
各実施形態において、拡散反射素子30および蛍光発光素子27は、上述の実施形態に示す様に固定されていてもよいし、回転可能に構成されていてもよい。
各実施形態では、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。
各実施形態では、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。
Claims (9)
- 第1の偏光成分を含む第1の光を射出する光源装置と、
光軸方向を一致させて配置された第1のレンズおよび第2のレンズを有し、前記第1の光の光束径を縮小するアフォーカル光学系と、
前記第1の光を通過させて、前記第1の偏光成分および前記第1の偏光成分に直交する第2の偏光成分を含む第2の光とする偏光調整素子と、
前記第2の光を前記第1の偏光成分の光と前記第2の偏光成分の光とに分離する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子で分離された光のうち一方が入射する拡散素子と、
前記偏光分離素子で分離された光のうち他方が入射する蛍光発光素子と、を備え、
前記偏光調整素子が、前記第1のレンズと前記第2のレンズとの間に位置する、
照明装置。 - 前記光源装置が射出する光は青色光であり、
前記蛍光発光素子が波長変換して射出する光は黄色光である、
請求項1に記載の照明装置。 - 前記偏光調整素子を前記第1の光の中心軸に交差する面内で回転させて前記第2の光における前記第1の偏光成分と前記第2の偏光成分との比率を調整する偏光調整機構を備える、
請求項1又は2に記載の照明装置。 - 前記偏光分離素子と前記拡散素子との間の光路中に配置される集光光学系を備え、
前記拡散素子には、前記偏光分離素子で分離された前記第2の偏光成分の光が前記集光光学系により集光されて入射する、
請求項1〜3の何れか一項に記載の照明装置。 - 前記偏光分離素子は、前記第1の偏光成分の光を反射し、前記第2の偏光成分の光を透過させ、
前記拡散素子には、前記偏光分離素子を透過した前記第2の偏光成分の光が入射し、
前記蛍光発光素子には、前記偏光分離素子で反射した前記第1の偏光成分の光が入射する、
請求項4に記載の照明装置。 - 前記偏光分離素子は、前記第1の偏光成分の光を透過し、前記第2の偏光成分の光を反射し、
前記拡散素子には、前記偏光分離素子で反射した前記第2の偏光成分の光が入射し、
前記蛍光発光素子には、前記偏光分離素子を透過した前記第1の偏光成分の光が入射する、
請求項4に記載の照明装置。 - 前記偏光調整素子が、1/2波長板である、
請求項1〜6の何れか一項に記載の照明装置。 - 前記偏光調整素子が、1/4波長板である、
請求項1〜6の何れか一項に記載の照明装置。 - 請求項1〜8の何れか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出される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。
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