JP2019140117A - 光源光学系およびこれを用いた投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
複数の第1のレンズ面を備える第1のレンズ面アレイと、
複数の第2のレンズ面を備え、前記第1のレンズ面アレイからの光束を受光する第2のレンズ面アレイと、
前記第2のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子に導くとともに、正のパワーを有する集光光学系と、
前記第2のレンズ面アレイからの光束を、前記集光光学系を介して前記波長変換素子に導く導光面と、を備え、
前記集光光学系の焦点距離を前記第2のレンズ面アレイから前記導光面に導かれる光束の光束径で除した値を励起光路のFナンバーF LD とし、前記波長変換素子上に形成される光源スポットの1辺の長さをd phos とするとき、
を満足することを特徴とする。
(光源光学系および光源装置の構成)
図1は、本発明の第1実施例としての光源装置の構成を示す構成図である。図1において後述の集光レンズユニット8の光軸と平行な方向をX軸方向とし、X軸方向および後述のダイクロイックミラー7の法線に平行な面がXZ断面になるような方向をZ軸方向とし、X軸方向およびZ軸方向と直交する方向をY軸方向とする。つまり、図1は、図面内に図示されている座標軸にあるようにXZ断面の図になっている。
光源1は青色光を発するLDである。光源1から射出された光束は発散光束であり、光源1からの光束の進行方向には光源1と同数のコリメータレンズ2が設けられている。コリメータレンズ2は光源1からの発散光束を平行光束にする正レンズである。
ダイクロイックミラー7の詳細な構成は図2に示すとおりである。図1に示したダイクロイックミラー7は図2(a)に示す構成になっている。具体的には、光源1からの青色光を反射して緑色光および赤色光を含む蛍光光を透過させる導光面であるダイクロイック面71のy軸方向左右に、波長に依らずに光を透過させる透過面72が設けられた構成になっている。
ここで、図3を用いてマイクロレンズアレイ63を設けることで蛍光体9の光変換効率の低下を抑制することが可能な理由について説明する。
蛍光体9に入射した光源1からの青色光は、赤色光および緑色光のスペクトルを主とする蛍光光(変換光)に変換される。蛍光体9は、高反射率のアルミ基板上に蛍光体層を塗布して形成されており、青色光から蛍光変換された蛍光光はアルミ基板で集光レンズユニット8へ向かって反射される。また、一部の青色光は蛍光変換されることなく同じ波長のままアルミ基板で反射される。
幅Ddを幅Dcよりも狭くすることは、光束径を用いてマイクロレンズアレイ63から射出する励起光の光束径DLDを集光レンズユニット8からの白色光束の光束径Dphosよりも小さくすることと言い換えることができる。ここでいう光束径の定義について図4を用いて説明する。
ここで、前述のダイクロイックミラー7が大きいことによる青色光の減損を抑制するために、ダイクロイックミラー7の面積を更に小さくすることを考える。ダイクロイックミラーの面積を更に小さくする場合には第2のレンズ面アレイ62から射出される励起光の光束径を更に小さくする必要がある。しかしながら、励起光の光束径を小さくすると次のような課題が生じる。以下、図5および図6を用いてその課題について説明する。
図6を用いてその原理を説明する。図6は光源1から凹レンズ5までの各光学素子の光学的関係を簡略化して示した図である。1’は光源1、2’および3’は正のパワーを持つ素子でそれぞれコリメータレンズ2と放物ミラーアレイ3の各ミラーに対応している。5’は負のパワーを持つ素子で凹レンズ5を示している。
このような損失を抑制しつつ本実施例の構成をとるためには、励起光路の光束径と蛍光体9上の光源スポットの大きさが下記の条件であることが望ましい。なお、下記の説明では集光レンズユニット8の焦点距離fcを光束径で除した値をFナンバーとし、光束径をFナンバーで代用して説明しているが、その理由は次のとおりである。
ここで条件式(5)の右辺をさらに単純化させる。光源スポットの面積はレンズセルのセルピッチdLA、レンズセルの焦点距離fLA及び集光レンズユニット8の焦点距離f−cを用いて表わすことができ、条件式(5)の右辺は下記のように変換できる。
前述の通り本実施例では計32個のLDを用いているが、もちろんLDはもっと少なくても良い。8個のLDをユニット化したものを1ユニットのみ、つまりLDを計8個用いる場合には、式(7)および(8)中のSLDの項を1/4に減じることができるので条件式(9)の下限値を以下のように緩和できる。
図8は本発明の第2実施例としての光源装置の構成を示す図である。前述の第1実施例と本実施例との違いは、ダイクロイックミラー7の構成と、ダイクロイックミラー7に対する集光レンズユニット8および蛍光体9の位置関係である。
図9は第1実施例で示した光源光学系および光源装置を搭載したプロジェクター(投射型表示装置)の構成を示す図である。
前述の各実施例においては、マイクロレンズアレイ63の凹レンズ5側の面が第1のレンズ面アレイ61であり、ダイクロイックミラー7側の面が第2のレンズ面アレイ62である構成を例示した。このような構成は、両レンズ面アレイの相対的なズレを抑制することができるために好ましい。
8 集光レンズユニット(集光光学系)
9 蛍光体(波長変換素子)
61 第1のレンズ面アレイ
62 第2のレンズ面アレイ
71 ダイクロイック面(導光面)
Claims (9)
- 光源からの光束を波長変換素子に導く光源光学系であって、
複数の第1のレンズ面を備える第1のレンズ面アレイと、
複数の第2のレンズ面を備え、前記第1のレンズ面アレイからの光束を受光する第2のレンズ面アレイと、
前記第2のレンズ面アレイからの光束を前記波長変換素子に導くとともに、正のパワーを有する集光光学系と、
前記第2のレンズ面アレイからの光束を、前記集光光学系を介して前記波長変換素子に導く導光面と、を備え、
前記集光光学系の焦点距離を前記第2のレンズ面アレイから前記導光面に導かれる光束の光束径で除した値を励起光路のFナンバーF LD とし、前記波長変換素子上に形成される光源スポットの1辺の長さをd phos とするとき、
を満足することを特徴とする光源光学系。 - 前記集光光学系の焦点距離を前記集光光学系から前記導光面に導かれる光束の光束径で除した値を蛍光光路のFナンバーとするとき、
前記励起光路のFナンバーは前記蛍光光路のFナンバーよりも大きい、
ことを特徴とする請求項1に記載の光源光学系。 - 前記蛍光光路のFナンバーをFphosとし、前記励起光路のFナンバーをFLDとするとき、
を満足することを特徴とする請求項2に記載の光源光学系。 - 前記第2のレンズ面の数をNとし、前記第2のレンズ面の焦点距離をfLAとし、前記第2のレンズ面の面積をSLAとするとき、
を満足することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光源光学系。 - 前記導光面と、前記波長変換素子からの光束を波長に依らずに透過させる透過面とを有する導光素子をさらに備え、
前記導光面は、前記光源からの光束を反射して前記波長変換素子に導くとともに、前記波長変換素子からの光束のうち前記光源からの光束とは波長が異なる光束を前記光源とは異なる方向に透過させるダイクロイック面である、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光源光学系。 - 前記導光面と、前記波長変換素子からの光束を波長に依らずに反射する反射面とを有する導光素子をさらに備え、
前記導光面は、前記光源からの光束を透過させて前記波長変換素子に導くとともに、前記波長変換素子からの光束のうち前記光源からの光束とは波長が異なる光束を反射して前記光源とは異なる方向に導くダイクロイック面である、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光源光学系。 - 前記導光面の法線と平行で前記集光光学系の光軸を含む断面での前記集光光学系の光軸と直交する方向において、前記導光面の幅は前記集光光学系の幅よりも狭い、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光源光学系。 -
をさらに満足する、
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光源光学系。 - 前記光源と、
前記光源からの光束の進行方向に設けられた正レンズと、
前記波長変換素子と、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の光源光学系と、
光変調素子と、
前記光源光学系からの光束を用いて前記光変調素子を照明する照明光学系と、
前記光源光学系からの光束を前記光変調素子に導くとともに、前記光変調素子からの光束を投射光学系に導く色分離合成系と、を備える、
ことを特徴とする投射型表示装置。
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JP2013114980A (ja) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | Seiko Epson Corp | 光源装置及びプロジェクター |
JP2014191248A (ja) * | 2013-03-28 | 2014-10-06 | Seiko Epson Corp | 照明装置及びプロジェクター |
JP2015145976A (ja) * | 2014-02-03 | 2015-08-13 | キヤノン株式会社 | 光源装置およびこれを用いた投射型表示装置 |
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