JP2019191372A - 波長変換素子、光源装置および画像投射装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で色純度や輝度が良好な複数の色光を発する波長変換素子を提供する。【解決手段】波長変換素子１４は、光源１１からの入射光を、該入射光の波長域とは異なる第１の波長域の光であって、第１の波長に第１のピーク強度を有する第１の光に変換する第１の波長変換部５１と、入射光を該入射光の波長域とは異なる第２の波長域の光であって、第２の波長に第２のピーク強度を有する第２の光に変換する第２の波長変換部５２とを有する。第１の波長ｗ１と第２の波長ｗ２とが、５０５ｎｍ＜ｗ１＜ｗ２＜５８５ｎｍなる条件を満足する。第１の波長域のうち第１の光が第１のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域と第２の波長域のうち第２の光が第２のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域とが互いに異なる。【選択図】図３

Description

本発明は、画像投射装置（プロジェクタ）等に好適な光源装置に用いられる波長変換素子に関する。

プロジェクタには、特許文献１にて開示されているように、光源からの励起光を蛍光体に照射して蛍光光を発生させ、該蛍光光と励起光のうち蛍光変換（波長変換）されなかった非変換光との合成光を用いて画像を投射表示するものがある。また、特許文献２には、紫外光を励起光として用い、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光および青色（Ｂ）光をそれぞれ蛍光光として順次発する複数の蛍光体層が周方向に配置されたカラーホイールが開示されている。

特開２０１２−１３７７４４号公報 特開２００４−３４１１０５号公報

しかしながら、特許文献２にて開示されたカラーホイールを用いる場合には、合成光である投射光の色域をコントロールするためにカラーフィルタの出し入れが必要になる。すなわち、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光のいずれかの波長域の一部をそれぞれに対して用意したカラーフィルタによりカットすることで投射光の色域をコントロールすることが可能である。しかし、１台のプロジェクタに、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光のそれぞれに対応するカラーフィルタを出し入れする機構を設けることは困難である。

また、このカラーホイールを用いて波長分割方式で３Ｄ表示を行うには、鑑賞者が用いる３Ｄ鑑賞用メガネの分光特性に応じた２種類のカラーフィルタを右眼用と左眼用の２台のプロジェクタに別々に設けたり、１台のプロジェクタに切替え可能に設けたりする必要がある。さらに、波長分割方式での３Ｄ表示を行う場合には、ＲＧＢの各色域を２分割する必要があるため、表示される画像の明るさが暗くなる。

本発明は、簡易な構成でありながらも色純度や輝度が良好な複数の色光を発することが可能な波長変換素子およびこれを用いた光源装置や画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての波長変換素子は、光源からの入射光を、該入射光の波長域とは異なる第１の波長域の光であって、第１の波長に第１のピーク強度を有する第１の光に変換する第１の波長変換部と、入射光を該入射光の波長域とは異なる第２の波長域の光であって、第２の波長に第２のピーク強度を有する第２の光に変換する第２の波長変換部とを有する。第１の波長ｗ１と第２の波長ｗ２とが、５０５ｎｍ＜ｗ１＜ｗ２＜５８５ｎｍなる条件を満足し、かつ第１の波長域のうち第１の光が第１のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域と第２の波長域のうち第２の光が第２のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域とが互いに異なることを特徴とする。

なお、光源と上記波長変換素子とを有する光源装置、さらには該光源装置を用いた画像投射装置も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、簡易な構成でありながらも色純度や輝度が良好な複数の色光を発することが可能な波長変換素子およびこれを用いた光源装置や画像投射装置を実現することができる。

本発明の実施例１であるプロジェクタの構成を示す図。 実施例１における光分離素子の構成を示す図。 実施例１における波長変換素子の構成を示す図。 実施例１における波長変換素子から射出される光のスペクトルを示す図。 実施例１におけるプロジェクタからの投射光の色域を示すｘｙ座標図。 本発明の実施例２であるプロジェクタの光源装置の構成を示す図。 実施例２における波長変換素子の構成を示す図。 実施例２における波長変換素子から射出される光のスペクトルを示す図。 本発明の実施例３であるプロジェクタの構成を示す図。 実施例３における波長変換素子の構成を示す図。 本発明の実施例４であるプロジェクタの構成を示す図。 実施例４における波長変換素の構成を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１である画像投射装置としてのプロジェクタの光学系の構成を示している。プロジェクタは、光源装置としての光源ユニット１、照明光学系２、色分解合成系３および投射光学系としての投射レンズ４を有する。

光源ユニット１は、ＬＤユニット１１、光分離素子１２、コリメータレンズ１３および波長変換素子１４を有する。ＬＤユニット１１は、複数の青色レーザダイオード（ＬＤ）を含む。

図２は、光分離素子１２の構成を示す。光分離素子１２は、ＬＤユニット１１から出射した第１の青光（ピーク強度波長はｗ０）を反射して他の色光を透過するＡ領域３１と、該Ａ領域３１を囲むように設けられて可視光を透過するＢ領域３２とを有する。ＬＤユニット１１からの第１の青光は、光分離素子１２のＡ領域３１で反射され、コリメータレンズ１３により集光されて波長変換素子１４に励起光（入射光）として照射される。

図３（ａ）は、本実施例における波長変換素子１４の構成を示す。波長変換素子１４は、その中心４３回りで図１に示したモータＭにより回転駆動される。波長変換素子１４は、円板状に形成されて光反射性を有する反射基板４０と、該反射基板４０上に配置された２つの第１の領域４１および２つの第２の第２の領域４２とを有する。

本実施例では、反射基板４０上における周方向４等分の領域に第１の領域４１と第２の領域４２が交互に配置されている。波長変換素子１４が回転することで、励起光は、第１の領域４１と第２の領域４２に交互に照射される。

図３（ｂ）は、反射基板４０（波長変換素子１４）の半径方向から見た第１の領域４１の断面を示す。第１の領域４１は、ＬＤユニット１１からの励起光が入射する側（以下、光入射側という）から順に積層された第３の量子ドット層（第３の波長変換部）５３、第１の量子ドット層（第１の波長変換部）５１および拡散層（拡散部）５６を有する。図３（ｃ）は、反射基板４０の半径方向から見た第２の領域４２の断面を示す。第２の領域４２は、光入射側から順に積層された第４の量子ドット層（第４の波長変換部）５４、第２の量子ドット層（第２の波長変換部）５２および第５の量子ドット層（第５の波長変換部）５５を有する。

第１〜第５の量子ドット層５１〜５５はそれぞれ、励起光（入射光）である第１の青光を該第１の青光とは波長域が異なる光に波長変換する複数の量子ドットまたは量子ロッドを含む。また、第１〜第５の量子ドット層５１〜５５に含まれる量子ドットまたは量子ロッドは、第１の青光を互いに異なる波長域の光に変換する。以下の説明では、各量子ドット層に含まれる量子ドットまたは量子ロッドが波長を変換することを、該量子ドット層が波長を変換するという。

第１の量子ドット層５１は、第１の青光を第１の波長域の光としての第１の緑光（第１の波長ｗ１で第１のピーク強度を有する第１の光）に変換する。第２の量子ドット層５２は、第１の青光を第２の波長域の光としての第２の緑光（第２の波長ｗ２で第２のピーク強度を有する第２の光）に変換する。第３の量子ドット層５３は、第１の青光を第３の波長域の光としての第１の赤光（第３の波長ｗ３で第３のピーク強度を有する第３の光）に変換する。

第４の量子ドット層５４は、第１の青光を第４の波長域の光としての第２の赤光（第４の波長ｗ４で第４のピーク強度を有する第４の光）に変換する。第５の量子ドット層５５は、第１の青光を第５の波長域の光としての第２の青光（第５の波長ｗ５で第５のピーク強度を有する第５の光）に変換する。

拡散層５６は、第１の領域４１に入射して第３および第１の量子ドット層５３，５１で波長変換されなかった励起光である非変換光（第１の青光）を拡散させる。反射基板４０は、第１および第２の領域４１，４２において光入射側とは反対側に進む光を光入射側に戻すように反射する。

励起光が第１の領域４１に照射されているときは、第１の緑光、第１の赤光および第１の青光（非変換光）が波長変換素子１４から出射する。第１の緑光、第１の赤光および第１の青光をまとめてスペクトルＡという。

一方、励起光が第２の領域４２に照射されているときは、第２の緑光、第２の赤光および第２の青光が波長変換素子１４から出射する。第２の緑光、第２の赤光および第２の青光をまとめてスペクトルＢという。

図４は、波長変換素子１４から出射する光のスペクトルを示す。実線は、第１の領域４１から出射する第１の緑光（ｗ１）、第１の赤光（ｗ３）および第１の青光（ｗ０）からなるスペクトルＡを示す。破線は、第２の領域４２から出射する第２の緑光（ｗ２）、第２の赤光（ｗ４）および第２の青光（ｗ５）からなるスペクトルＢを示す。図４に示す各色光のピーク強度波長ｗ１〜Ｗ５を数値例１として示す。
（数値例１）
ｗ０＝４５５ｎｍ
ｗ１＝５２５ｎｍ
ｗ２＝５６５ｎｍ
ｗ３＝６１０ｎｍ
ｗ４＝６５０ｎｍ
ｗ５＝４８０ｎｍ
波長変換素子１４から出射した複数の色光からなる白色光は、図１および図２に示した光分離素子１２のうちＡ領域３１およびＢ領域３２を透過して照明光学系２に入射する。非変換光である第１の青光のうち一部はＡ領域３１で反射されるが、その量はわずかであるので、照明光の色と光量はほとんど変化しない。

照明光学系２は、第１のフライアイレンズ１５、第２のフライアイレンズ１６および偏光変換素子１７を有する。第１のフライアイレンズ１５に入射した照明光は、複数の光束に分割されるとともに集光されて第２のフライアイレンズ１６を通過して複数の光源像を形成する。光源像が形成される位置の近傍に偏光変換素子１７が設けられている。偏光変換素子１７に入射した無偏光光としての照明光は、該偏光変換素子１７によって所定の偏光方向を有する直線偏光（ここではＳ偏光とする）に変換されて色分解合成系３に入射する。

色分解合成系３に入射した照明光のうち青光（第１および第２の青光）は、クロスダイクロイックミラー１８によって第１のミラー１９の方向に反射される。また、緑光（第１および第２の緑光）と赤光（第１および第２の赤光）は、クロスダイクロイックミラー１８によって第２のミラー２１の方向に反射される。

第１のミラー１９で反射された青光として複数の光束は、第１のコンデンサーレンズ２０で集光されるとともに、第１のＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）２４Ｂで反射されて第１の反射型液晶パネル２５Ｂ上にて重ね合わせられる。第１のＰＢＳ２４Ｂは、Ｓ偏光を反射してＰ偏光を透過する特性を有する。

第１の反射型液晶パネル２５Ｂは、入射した青光（Ｓ偏光）をプロジェクタに入力された映像信号に応じて変調する。第１の反射型液晶パネル２５Ｂにより変調された青光（変調光としてのＰ偏光）は、第１のＰＢＳ２４Ｂを透過して、クロスダイクロプリズム２６により反射されて投射レンズ４に導かれる。

一方、第２のミラー２１で反射された緑光と赤光は、第１のコンデンサーレンズ２２により集光される。そして、緑光はダイクロイックミラー２３で反射され、赤光はダイクロイックミラー２３を透過する。ダイクロイックミラー２３で反射された緑光として複数の光束は、第２のＰＢＳ２４Ｇで反射され、上述した第１のコンデンサーレンズ２２の集光作用によって第２の反射型液晶パネル２５Ｇ上にて重ね合わせられる。

第２のＰＢＳ２４Ｇも、Ｓ偏光を反射してＰ偏光を透過する特性を有する。第２の反射型液晶パネル２５Ｇは、入射した緑光（Ｓ偏光）を上記映像信号に応じて変調する。第２の反射型液晶パネル２５Ｇにより変調された青光（変調光としてのＰ偏光）は、第２のＰＢＳ２４Ｇを透過し、クロスダイクロプリズム２６を透過して投射レンズ４に導かれる。

さらにダイクロイックミラー２３を透過した赤光としての複数の光束は、第３のＰＢＳ２４Ｒで反射され、上述した第１のコンデンサーレンズ２２の集光作用によって第３の反射型液晶パネル２５Ｒ上にて重ね合わせられる。第３のＰＢＳ２４Ｒも、Ｓ偏光を反射してＰ偏光を透過する特性を有する。第３の反射型液晶パネル２５Ｒは、入射した赤光（Ｓ偏光）を上記映像信号に応じて変調する。第３の反射型液晶パネル２５Ｒにより変調された赤光（変調光としてのＰ偏光）は、第３のＰＢＳ２４Ｒを透過し、クロスダイクロプリズム２６で反射されて投射レンズ４に導かれる。

クロスダイクロプリズム２６での透過および反射により合成された緑、青および赤光は、投射光（合成光）として投射レンズ４から不図示のスクリーン等の被投射面に投射される。これにより、投射画像が表示される。

以上のように構成されたプロジェクタにおいて、第１〜第３の反射型液晶パネル２５Ｂ，２５Ｇ，２５Ｒにより光を変調する周期（つまりは投射画像の切替え周期）を１２０Ｈｚとする。この場合に、１２０Ｈｚで第１〜第３の反射型液晶パネル２５Ｂ，２５Ｇ，２５Ｒに入射する光としてのスペクトルＡ，Ｂを切り替えれば、投射画像とこれを形成するスペクトルとを同期させることが可能である。

本実施例の波長変換素子１４には周方向に４等分された第１および第２の領域４１，４２が配置されているので、波長変換素子１４を毎秒３０回転させることで、１２０ＨｚでスペクトルＡとスペクトルＢが出射される。

このような構成のプロジェクタとともに、鑑賞者が掛ける色分離メガネの右眼フィルタにスペクトルＡを透過してスペクトルＢを反射する特性を与え、左眼フィルタにスペクトルＢを透過してスペクトルＡを反射する特性を与える。そして、波長変換素子１４からスペクトルＡが出射しているときは右眼用投射画像を表示し、スペクトルＢが出射しているときは右眼用投射画像に対して視差を有する左眼用投射画像を表示する。これにより、本実施例のプロジェクタは、これ１台で波長分割方式の３Ｄ表示を実現することができる。

なお、色分離メガネの右眼フィルタと左眼フィルタが有する特性は上記と逆であってもよく、その場合は、波長変換素子１４からスペクトルＡが出射しているときは左眼用投射画像を表示し、スペクトルＢが出射しているときは右眼用投射画像を表示する。

また、３Ｄ表示を行わない場合は、波長変換素子１４からのスペクトルの切替え周期と各反射型液晶パネルでの変調周期とを同期させる必要がないため、１２０Ｈｚ以上の高速でスペクトルＡとスペクトルＢを切り替えてもよい。高速でスペクトルを切り替えることで、人間の目にはスペクトルＡとスペクトルＢとを平均化したスペクトルとして認識される。このため、スペクトルＡとスペクトルＢとを平均化したスペクトルで所望の画質が達成できるようにプロジェクタを設計することが望ましい。

また、本実施例の波長変換素子１４は、第１の領域４１に第１の量子ドット層５１、第３の量子ドット層５３および拡散層５６を積層し、第２の領域４２に第２の量子ドット層５２、第４の量子ドット層５４および第５の量子ドット層５５を積層した構成を有する。

しかし、第１の領域４１に、第１および第３の量子ドット層のそれぞれに用いられる量子ドットまたは量子ロッドと拡散層に用いられる光拡散材とを混合した１つの混合層を設けてもよい。同様に、第２の領域４２に、第２の量子ドット層、第４の量子ドット層および第５の量子ドット層に用いられる量子ドットまたは量子ロッドを混合した１つの混合層を設けてもよい。

また、本実施例の波長変換素子１４には、第１および第２の領域４１,４２が周方向に計４つ設けられているが、計２つ以上の第１および第２の領域が設けられていればよい。

また、本実施例の波長変換素子１４は、反射基板４０を有する反射型波長変換素子である。しかし、反射基板に代えて光透過性を有する透過基板を用いた透過型波長変換素子であってもよい。この場合、透過基板としては、光透過率が高くて熱伝導率の高い材料、例えばサファイアが望ましい。

また、本実施例における色分解合成系３は、光変調素子として反射型液晶パネルを用いるが、透過型液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイスを用いてもよい。

以下、本実施例において満足することが望ましい条件について説明する。各色光のピーク強度波長は、以下の条件を満足することが望ましい。
５０５ｎｍ＜ｗ１＜ｗ２＜５８５ｎｍ
５８５ｎｍ＜ｗ３＜ｗ４＜６７０ｎｍ
４１０ｎｍ＜ｗ０＜ｗ５＜５０５ｎｍ
望ましい画質の投射画像を表示するためにはＲ,ＧおよびＢの三原色光が必要である。このため、上記条件を逸脱すると、スペクトルＡまたはスペクトルＢにより投射画像が表示されているときの画質が問題なる。

さらに、
５１０ｎｍ＜ｗ１＜５４０ｎｍ＜ｗ２＜５８０ｎｍ
５９０ｎｍ＜ｗ３＜６３０ｎｍ＜ｗ４＜６７０ｎｍ
４３０ｎｍ＜ｗ０＜４７０ｎｍ＜ｗ５＜５００ｎｍ
を満足することがより望ましい。

本実施例では、スペクトルＡとスペクトルＢとが重なり合わないように設定している。ただし、第１の緑光の波長域（第１の波長域）のうち該第１の緑光が第１のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域と第２の緑光の波長域（第２の波長域）のうち該第２の緑光が第２のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域とが互いに異なる（重ならない）ことが望ましい。

また、第１の赤光の波長域（第３の波長域）のうち該第１の赤光が第３のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域と第２の赤光の波長域（第４の波長域）のうち該第２の赤光が第４のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域とが互いに異なる（重ならない）ことが望ましい。

さらに、第２の青光の波長域（第５の波長域）のうち該第２の青光が第５のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域と第１の青光の波長域のうち第１の青光がそのピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域とが互いに異なる（重ならない）ことが望ましい。

これらの条件を逸脱すると、波長分割方式の３Ｄ表示において観察者の右眼に左眼用投射画像を形成するスペクトルＢの光が混入し、左眼に右眼用投射画像を形成するスペクトルＡの光が混入する。すなわち、クロストークが生じ、立体感が損なわれる。

さらに望ましくは、第１から第５の波長域の光がそれらのピーク強度の１０％以上の強度を有する波長域と、励起光（入射光）がピーク強度の１０％以上の強度を有する波長域とが互いに異なることが望ましい。

３Ｄ表示を行っている場合に、励起光が第１の領域４１と第２の領域４２との境界部に照射されているとき、スペクトルＡとスペクトルＢとが混在したスペクトルが投射される。このため、観察者の右眼に左眼用投射画像を形成するスペクトルＢの光が混入するか、左眼に右眼用投射画像を形成するスペクトルＡの光が混入して、クロストークが生じ、立体感が損なわれる。

したがって、励起光が第１の領域４１と第２の領域４２との境界部に照射される時間においては、光源の電源をＯＦＦ（光源ユニットからの発光を停止）することが望ましい。または、液晶パネルが高速駆動可能である場合は、該液晶パネルを黒表示にしてもよい。

光源の電源のＯＮとＯＦＦを制御することで、照明光（つまりは投射光）の色域を変えることも可能である。図５は、励起光を第２の領域４２に照射する時間を変えた場合の投射光（言い換えれば、プロジェクタからの投影画像が再現できる色の範囲）の色域を示す。

色域１は、第１の領域４１と第２の領域４２のそれぞれへの励起光の照射時間を１００％とした場合の色域を示す。色域２は、第１の領域４１への照射時間を１００％とし、第２の領域４２への照射時間を５０％とした場合の色域を示す。色域３は、第１の領域４１への照射時間を１００％とし、第２の領域４２に励起光を照射しない場合の色域を示す。

このように第２の領域４２への励起光の照明時間を制御することで、投射画像に応じて投射光の色域を変えることができる。同様に、第１の領域４１への励起光の照射時間を変えても投射光の色域を変えることができる。

図６は、本発明の実施例２であるプロジェクタに用いられる光学装置１０１の構成を示す。光源装置１０１は、ＬＤユニット１１１、光分離素子１１２、コリメータレンズ１１３および波長変換素子１１４を有する。ＬＤユニット１１１は、複数の紫外光ＬＤを含む光分離素子１１２は、ＬＤユニット１１１から出射した紫外光を反射して可視光を透過する特性を有する。

ＬＤユニット１１１から出射した近紫外光（波長ｗ０でピーク強度を有する）は、光分離素子１１２により反射され、コリメータレンズ１１３により集光されて波長変換素子１１４に励起光として照射される。

図７（ａ）は、本実施例における波長変換素子１１４の構成を示す。波長変換素子１１４は、その中心１４３回りで図６に示したモータＭにより回転駆動される。波長変換素子１１４は、円板状に形成されて光反射性を有する反射基板１４０と、該反射基板１４０上に配置された２つの第１の領域１４１および２つの第２の領域１４２とを有する。本実施例では、反射基板１４０上における周方向４等分の領域に第１の領域１４１と第２の領域１４２が交互に配置されている。波長変換素子１１４が回転することで、励起光は、第１の領域１４１と第２の領域１４２に交互に照射される。

図７（ｂ）は、反射基板１４０（波長変換素子１１４）の半径方向から見た第１の領域１４１の断面を示す。第１の領域１４１は、光入射側から順に積層された第３の量子ドット層（第３の波長変換部）１５３、第１の量子ドット層（第１の波長変換部）１５１および第５の量子ドット層（第５の波長変換部）１５５を有する。図７（ｃ）は、反射基板１４０の半径方向から見た第２の領域１４２の断面を示す。第２の領域１４２は、光入射側から順に積層された第４の量子ドット層（第４の波長変換部）１５４、第２の量子ドット層（第２の波長変換部）１５２および第６の量子ドット層（第６の波長変換部）１５６を有する。

第１〜第６の量子ドット層１５１〜１５６はそれぞれ、励起光（入射光）である近紫外光をこれとは波長域が異なる光に波長変換する複数の量子ドットまたは量子ロッドを含む。また、第１〜第６の量子ドット層１５１〜１５６（に含まれる量子ドットまたは量子ロッド）は、近紫外光をそれぞれ異なる波長域の光に変換する。

第１の量子ドット層１５１は、近紫外光を第１の波長域の光としての第１の緑光（第１の波長ｗ１で第１のピーク強度を有する第１の光）に変換する。第２の量子ドット層１５２は、近紫外光を第２の波長域の光としての第２の緑光（第２の波長ｗ２で第２のピーク強度を有する第２の光）に変換する。第３の量子ドット層１５３は、近紫外光を第３の波長域の光としての第１の赤光（第３の波長ｗ３で第３のピーク強度を有する第３の光）に変換する。

第４の量子ドット層１５４は、近紫外光を第４の波長域の光としての第２の赤光（第４の波長ｗ４で第４のピーク強度を有する第４の光）に変換する。第５の量子ドット層１５５は、近紫外光を第５の波長域の光としての第１の青光（第５の波長ｗ５で第５のピーク強度を有する第５の光）に変換する。第６の量子ドット層１５６は、近紫外光を第５の波長域の光としての第２の青光（第６の波長ｗ６で第６のピーク強度を有する第６の光）に変換する。

反射基板１４０は、第１および第２の領域１４１，１４２において光入射側とは反対側に進む光を光入射側に戻すように反射する。

励起光が第１の領域１４１に照射されているときは、第１の緑光、第１の赤光および第１の青光が波長変換素子１１４から出射する。第１の緑光、第１の赤光および第１の青光をまとめてスペクトルＡという。

一方、励起光が第２の領域１４２に照射されているときは、第２の緑光、第２の赤光および第２の青光が波長変換素子１１４から出射する。第２の緑光、第２の赤光および第２の青光をまとめてスペクトルＢという。

図８は、波長変換素子１１４から出射する光のスペクトルを示す。実線は、第１の領域１４１から出射する第１の緑光（ｗ１）、第１の赤光（ｗ３）および第１の青光（ｗ５）からなるスペクトルＡを示す。破線は、第２の領域１４２から出射する第２の緑光（ｗ２）、第２の赤光（ｗ４）および第２の青光（ｗ６）からなるスペクトルＢを示す。図８に示す各色光のピーク強度波長ｗ０〜ｗ６を数値例２として示す。
（数値例２）
ｗ０＝４００ｎｍ
ｗ１＝５２５ｎｍ
ｗ２＝５６５ｎｍ
ｗ３＝６１０ｎｍ
ｗ４＝６５０ｎｍ
ｗ５＝４４５ｎｍ
ｗ６＝４８０ｎｍ

図９は、本発明の実施例３であるプロジェクタの光学系の構成を示している。プロジェクタは、光源ユニット２０１、照明光学系２０２および投射光学系としての投射レンズ２０４を有する。

光源ユニット２０１は、ＬＤユニット２１１、光分離素子２１２、コリメータレンズ２１３および波長変換素子２１４を有する。ＬＤユニット２１１は、複数の紫外光ＬＤを含む。光分離素子２１２は、紫外光を反射して可視光を透過する特性を有する。

ＬＤユニット２１１から出射した近紫外光（波長ｗ０でピーク強度を有する）は、光分離素子２１２により反射され、コリメータレンズ２１３により集光されて波長変換素子２１４に励起光として照射される。

図１０は、本実施例における波長変換素子２１４の構成を示す。波長変換素子２１４は、その中心２４７回りで図９に示したモータＭにより回転駆動される。波長変換素子２１４は、円板状に形成されて光反射性を有する反射基板２４０を有する。また、反射基板２４０上に周方向に不等分配置された第１の量子ドット層（第１の波長変換部）２４１、第２の量子ドット層（第２の波長変換部）２４２、第３の量子ドット層（第３の波長変換部）２４３、第４の量子ドット層（第４の波長変換部）２４４、第５の量子ドット層（第５の波長変換部）２４５および第６の量子ドット層（第６の波長変換部）２４６を有する。第１〜第６の量子ドット層２４１〜２４６がそれぞれ、第１〜第６の領域に相当する。

波長変換素子２１４が回転することで、励起光は、第１〜第６の量子ドット層２４１〜２４６に順次（循環的に）照射される。

第１〜第６の量子ドット層２４１〜２４６はそれぞれ、励起光（入射光）である近紫外光をこれとは波長域が異なる光に波長変換する複数の量子ドットまたは量子ロッドを含む。また、第１〜第６の量子ドット層２４１〜２４６（に含まれる量子ドットまたは量子ロッド）は、近紫外光をそれぞれ異なる波長域の光に変換する。

第１の量子ドット層２４１は、近紫外光を第１の波長域の光としての第１の緑光（第１の波長ｗ１で第１のピーク強度を有する第１の光）に変換する。第２の量子ドット層２４２は、近紫外光を第２の波長域の光としての第２の緑光（第２の波長ｗ２で第２のピーク強度を有する第２の光）に変換する。第３の量子ドット層２４３は、近紫外光を第３の波長域の光としての第１の赤光（第３の波長ｗ３で第３のピーク強度を有する第３の光）に変換する。

第４の量子ドット層２４４は、近紫外光を第４の波長域の光としての第２の赤光（第４の波長ｗ４で第４のピーク強度を有する第４の光）に変換する。第５の量子ドット層２４５は、近紫外光を第５の波長域の光としての第１の青光（第５の波長ｗ５で第５のピーク強度を有する第５の光）に変換する。第６の量子ドット層２４６は、近紫外光を第５の波長域の光としての第２の青光（第６の波長ｗ６で第６のピーク強度を有する第６の光）に変換する。

反射基板２４０は、第１〜第６の量子ドット層２４１〜２４６において光入射側とは反対側に進む光を光入射側に戻すように反射する。

励起光が第１の量子ドット層２４１に照射されているときは第１の緑光が波長変換素子２１４から出射し、励起光が第２の量子ドット層２４２に照射されているときは第２の緑光が波長変換素子２１４から出射する。励起光が第３の量子ドット層２４３に照射されているときは第１の赤光が波長変換素子２１４から出射し、励起光が第４の量子ドット層２４４に照射されているときは第２の赤光が波長変換素子２１４から出射する。励起光が第５の量子ドット層２４５に照射されているときは第１の青光が波長変換素子２１４から出射し、励起光が第６の量子ドット層２４６に照射されているときは第２の青が波長変換素子２１４から出射する。

波長変換素子２１４から出射した光は、コリメータレンズ２１３で平行化され、光分離素子２１２を透過して照明光学系２０２に入射する。照明光学系２０２に入射した光は、集光レンズ２２１によってロッドインテグレータ２２２の入射面に向けて集光され、ロッドインテグレータ２２２の内部で全反射されながらその出射面から出射する。ロッドインテグレータ２２２から出射した光は、第１レンズ２２３および第２レンズ２２４を通過し、デジタルマイクロミラーデバイス２２５の変調面に入射する。第１および第２レンズ２２３,２２４は、ロッドインテグレータ２２２の出射面とデジタルマイクロミラーデバイス２２５の変調面とを共役な関係とする。デジタルマイクロミラーデバイス２２５により変調された光は、投射レンズ２０４により被投射面に投射される。

本実施例のプロジェクタは、デジタルマイクロミラーデバイス２２５に入射する緑光、赤光および青光を高速で切り替えてカラー画像を投射する時分割方式のプロジェクタである。プロジェクタに入力される映像信号の色は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の３原色である。このため、励起光が第１および第２の量子ドット層２４１，２４２に照射されている時間にＧ画像を投射させ、励起光が第３および第４の量子ドット層２４３，２４４に照射されている時間にＲ画像を投射させる。さらに、励起光が第５および第６の量子ドット層２４５，２４６に照射されている時間にＢ画像を投射させる。

３Ｄ表示を行う場合は、例えば励起光が第１の量子ドット層２４１に照射されている時間は右眼画像として第１の緑光によるＧ画像を表示させ、励起光が第２の量子ドット層２４２に照射されている時間は左眼画像として第２の緑光によるＧ画像を表示させる。また、励起光が第３の量子ドット層２４３に照射されている時間は右眼画像として第１の赤光によるＲ画像を表示させ、励起光が第４の量子ドット層２４４に照射されている時間は左眼画像として第２の赤光によるＲ画像を表示させる。さらに励起光が第５の量子ドット層２４５に照射されている時間は右眼画像として第１の青光によるＢ画像を表示させ、励起光が第６の量子ドット層２４６に照射されている時間は左眼画像として第２の青光によるＢ画像を表示させる。これにより、１台のプロジェクタで波長分割方式の３Ｄ表示を行うことができる。

本実施例では励起光として近紫外光を用いたが、実施例１のように青色光を用いてもよい。この場合、第５の領域に第５の量子ドット層２４５に代えて拡散層を設け、光分離素子２１２に代えて図２に示した光分離素子１２を用いる。

図１１は、本発明の実施例４であるプロジェクタの光学系の構成を示している。プロジェクタは、光源ユニット３０１、照明光学系３０２、色分離合成系３０３および投射光学系としての投射レンズ３０４を有する。

光源ユニット３０１は、ＬＤユニット３１１、光分離素子３１２、コリメータレンズ３１３および波長変換素子３１４を有する。ＬＤユニット３１１は、複数の紫外光ＬＤを含む。光分離素子２１２は、紫外光を反射して可視光を透過する特性を有する。

ＬＤユニット３１１から出射した近紫外光（波長ｗ０でピーク強度を有する）は、光分離素子３１２により反射され、コリメータレンズ３１３により集光されて波長変換素子３１４に励起光として照射される。

図１２（ａ）は、本実施例における波長変換素子３１４の構成を示す。波長変換素子３１４は、その中心３４５回りで図１１に示したモータＭにより回転駆動される。波長変換素子３１４は、円板状に形成されて光反射性を有する反射基板３４０を有する。また、反射基板３４０上に周方向に不等分配置された第１の領域３４１、第２の領域３４２、第３の領域３４３および第４の領域３４４を有する。

図１２（ｂ）は、反射基板３４０（波長変換素子３１４）の半径方向から見た第１の領域３４１の断面を示す。第１の領域３４１は、光入射側から順に積層された第３の量子ドット層１５３および第１の量子ドット層３５１を有する。図１２（ｃ）は、反射基板３４０の半径方向から見た第２の領域３４２の断面を示す。第２の領域３４２は、光入射側から順に積層された第４の量子ドット層３５４および第２の量子ドット層３５２を有する。第３の領域３４３は第５の量子ドット層３５５を有し、第４の領域３４４は第６の量子ドット層３５６を有する。

第１〜第６の量子ドット層３５１〜３５６はそれぞれ、励起光（入射光）である近紫外光をこれとは波長域が異なる光に波長変換する複数の量子ドットまたは量子ロッドを含む。また、第１〜第６の量子ドット層３５１〜３５６（に含まれる量子ドットまたは量子ロッド）は、近紫外光をそれぞれ異なる波長域の光に変換する。

第１の量子ドット層３５１は、近紫外光を第１の波長域の光としての第１の緑光（第１の波長ｗ１で第１のピーク強度を有する第１の光）に変換する。第２の量子ドット層３５２は、近紫外光を第２の波長域の光としての第２の緑光（第２の波長ｗ２で第２のピーク強度を有する第２の光）に変換する。第３の量子ドット層３５３は、近紫外光を第３の波長域の光としての第１の赤光（第３の波長ｗ３で第３のピーク強度を有する第３の光）に変換する。第４の量子ドット層３５４は、近紫外光を第４の波長域の光としての第２の赤光（第４の波長ｗ４で第４のピーク強度を有する第４の光）に変換する。第５の量子ドット層３５５は、近紫外光を第５の波長域の光としての第１の青光（第５の波長ｗ５で第５のピーク強度を有する第５の光）に変換する。第６の量子ドット層３５６は、近紫外光を第５の波長域の光としての第２の青光（第６の波長ｗ６で第６のピーク強度を有する第６の光）に変換する。

反射基板３４０は、第１から第４の領域３４１〜３４４において光入射側とは反対側に進む光を光入射側に戻すように反射する。

励起光が第１の領域３４１に照射されているときは第１の緑光および第１の赤光が波長変換素子３１４から出射し、励起光が第２の領域３４２に照射されているときは第２の緑光および第２の赤光が波長変換素子３１４から出射する。励起光が第３の領域３４３に照射されているときは第１の青光が波長変換素子３１４から出射し、励起光が第４の領域３４４に照射されているときは第２の青光が波長変換素子３１４から出射する。

波長変換素子３１４から出射した光は、コリメータレンズ３１３で平行化され、光分離素子３１２を透過して照明光学系３０２に入射する。照明光学系３０２に入射した光は、集光レンズ３２１によってロッドインテグレータ３２２の入射面に向けて集光され、ロッドインテグレータ３２２の内部で全反射されながらその出射面から出射する。ロッドインテグレータ３２２から出射した光は、第１レンズ３２３および第２レンズ３２４を通過して、色分離合成系３０３に入射する。第１および第２レンズ３２３,３２４は、ロッドインテグレータ３２２の出射面と後述する各デジタルマイクロミラーデバイスの変調面とを共役な関係とする。

色分離合成系３０３に入射した光のうち赤光と青光はダイクロイックミラー３３１で反射され、緑光は透過する。透過した緑光は、第１のＴＩＲプリズム３３２Ｇで全反射され、第１のデジタルマイクロミラーデバイス３３３Ｇに入射する。第１のデジタルマイクロミラーデバイス３３３Ｇで変調された光は、ダイクロプリズム３３４で反射されて投射レンズ３０４により被投射面に投射される。

一方、ダイクロイックミラー３３１で反射された赤光と青光は、第２のＴＩＲプリズム３３２ＲＢで全反射され、第２のデジタルマイクロミラーデバイス３３３ＲＢに入射する。第２のデジタルマイクロミラーデバイス３３３ＲＢで変調された光は、ダイクロプリズム３３４を透過して投射レンズ３０４により被投射面に投射される。

本実施例のプロジェクタでは、励起光が第１の領域３４１および第２の領域３４２に照射されている時間において、第１のデジタルマイクロミラーデバイス３３３Ｇを介してＧ画像を表示させ、第２のデジタルマイクロミラーデバイス３３３ＲＢを介してＲ画像を表示させる。また、励起光が第３の領域３４３および第４の領域３４４に照射されている時間において、第１のデジタルマイクロミラーデバイス３３３Ｇを介して黒画像を表示させ、第２のデジタルマイクロミラーデバイス３３３ＲＢを介してＢ画像を表示させる。

本実施例では励起光として近紫外光を用いたが、実施例１のように青色光を用いてもよい。この場合、第３の領域３４３に第５の量子ドット層３５５に代えて拡散層を設け、光分離素子３１２に代えて図２に示した光分離素子１２を用いる。

以上説明した各実施例によれば、簡易な構成でありながらも色純度や輝度が良好な複数の色光を発することが可能な波長変換素子を実現することができ、高画質の画像を投射可能なプロジェクタを実現することができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１１, １１１, ２１１, ３１１ ＬＤユニット
１４, １４０, ２４０, ３４０ 波長変換素子
５１ 第１の量子ドット層（第１の波長変換部）
５２ 第２の量子ドット層（第２の波長変換部）
５３ 第３の量子ドット層（第３の波長変換部）
５４ 第４の量子ドット層（第４の波長変換部）
５５ 第５の量子ドット層（第５の波長変換部）
５６ 拡散層

Claims (15)

1. 光源からの入射光を、該入射光の波長域とは異なる第１の波長域の光であって、第１の波長に第１のピーク強度を有する第１の光に変換する第１の波長変換部と、
   前記入射光を該入射光の波長域とは異なる第２の波長域の光であって、第２の波長に第２のピーク強度を有する第２の光に変換する第２の波長変換部とを有し、
   前記第１の波長ｗ１と前記第２の波長ｗ２とが、
   ５０５ｎｍ＜ｗ１＜ｗ２＜ ５８５ｎｍ
   なる条件を満足し、かつ前記第１の波長域のうち前記第１の光が前記第１のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域と前記第２の波長域のうち前記第２の光が前記第２のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域とが互いに異なることを特徴とする波長変換素子。
2. 前記入射光を該入射光の波長域とは異なる第３の波長域の光であって、第３の波長に第３のピーク強度を有する第３の光に変換する第３の波長変換部と、
   前記入射光を該入射光の波長域とは異なる第４の波長域の光であって、第４の波長に第４のピーク強度を有する第４の光に変換する第４の波長変換部とを有し、
   前記第３の波長ｗ３と前記第４の波長ｗ４とが、
   ５８５ｎｍ＜ｗ３＜ｗ４＜６７０ｎｍ
   なる条件を満足し、かつ前記第３の波長域のうち前記第３の光が前記第３のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域と前記第４の波長域のうち前記第４の光が前記第４のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域とが互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。
3. 前記入射光を該入射光の波長域とは異なる第５の波長域の光であって、第５の波長に第５のピーク強度を有する第５の光に変換する第５の波長変換部と、
   前記入射光を拡散する拡散部とを有し、
   前記入射光がピーク強度を有する波長をｗ０とするとき、
   ４１０ｎｍ＜ｗ０＜ｗ５＜５０５ｎｍ
   なる条件を満足し、かつ前記第５の波長域のうち前記第５の光が前記第５のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域と前記入射光の波長域のうち該入射光が前記ピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域とが互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の波長変換素子。
4. 前記波長変換素子のうち第１の領域に前記第１の波長変換部および前記第３の波長変換部が積層または混合されて設けられ、第２の領域に前記第２の波長変換部および前記第４の波長変換部が積層または混合されて設けられていることを特徴とする請求項３に記載の波長変換素子。
5. 前記第１の領域に前記第１の波長変換部、前記第３の波長変換部および前記拡散部が積層または混合されて設けられ、前記第２の領域に前記第２の波長変換部、前記第４の波長変換部および前記第５の波長変換部が積層または混合されて設けられていることを特徴とする請求項４に記載の波長変換素子。
6. 前記波長変換素子のうち第３の領域に前記拡散部が設けられ、第４の領域に前記第５の波長変換部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の波長変換素子。
7. 前記波長変換素子のうち第１の領域に前記第１の波長変換部が設けられ、第２の領域に前記第２の波長変換部が設けられ、第３の領域に前記第３の波長変換部が設けられ、第４の領域に前記第４の波長変換部が設けられ、第５の領域に前記拡散部が設けられ、第６の領域に前記第５の波長変換部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の波長変換素子。
8. 前記入射光を該入射光の波長域とは異なる第５の波長域の光であって、第５の波長に第５のピーク強度を有する第５の光に変換する第５の波長変換部と、
   前記入射光を該入射光の波長域とは異なる第６の波長域の光であって、第６の波長に第６のピーク強度を有する第６の光に変換する第６の波長変換部とを有し、
   前記第５の波長ｗ５と前記第６の波長ｗ６とが、
   ４１０ｎｍ＜ｗ５＜ｗ６＜５０５ｎｍ
   を満足し、かつ前記第５の波長域のうち前記第５の光が前記第５のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域と前記第６の波長域のうち前記第６の光が前記第６のピーク強度の３０％以上の強度を有する波長域とが互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の波長変換素子。
9. 前記波長変換素子のうち第１の領域に前記第１の波長変換部および前記第３の波長変換部が積層または混合されて設けられ、第２の領域に前記第２の波長変換部および前記第４の波長変換部が積層または混合されて設けられていることを特徴とする請求項８に記載の波長変換素子。
10. 前記第１の領域に前記第１の波長変換部、前記第３の波長変換部および前記第５の波長変換部が積層または混合されて設けられ、前記第２の領域に前記第２の波長変換部、前記第４の波長変換部および前記第６の波長変換部が積層または混合されて設けられていることを特徴とする請求項９に記載の波長変換素子。
11. 前記波長変換素子のうち第３の領域に前記５の波長変換部が設けられ、第４の領域に前記第６の波長変換部が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の波長変換素子。
12. 前記第１の領域に前記第１の波長変換部が設けられ、前記第２の領域に前記第２の波長変換部が設けられ、前記第３の領域に前記第３の波長変換部が設けられ、前記第４の領域に前記第４の波長変換部が設けられ、
    前記波長変換素子のうち第５の領域に前記第５の波長変換部が設けられ、第６の領域に前記第６の波長変換部が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の波長変換素子。
13. 前記波長変換部は、量子ドットおよび量子ロッドのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の波長変換素子。
14. 光源と、
    請求項１から１３のいずれか一項に記載の波長変換素子とを有することを特徴とする光源装置。
15. 請求項１４に記載の光源装置と、
    該光源装置からの光を変調する光変調素子とを有し、
    前記光変調素子からの変調光を被投射面に投射することで画像を表示することを特徴とする画像投射装置。