JP2020134896A - Light source device and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置及びプロジェクターに関する。 The present invention relates to a light source device and a projector.
従来、プロジェクターに採用される光源装置として、青色光と蛍光(黄色光)とを含む白色光を射出する光源装置が知られている(例えば、特許文献1,2を参照)。このようなプロジェクターに用いられる光源装置は、一般的に、多数の固体光源がマトリクス状に配列されて構成されている。各々の固体光源から射出された青色光は、各固体光源に対応して設けられたコリメーター光学系により平行光に変換されて射出される。特許文献2に記載のプロジェクターでは、コリメーター光学系から射出された平行光は、ピックアップ光学系により集光されて蛍光体層及び拡散反射素子に入射する。
Conventionally, as a light source device used in a projector, a light source device that emits white light including blue light and fluorescence (yellow light) is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). A light source device used in such a projector is generally configured by arranging a large number of solid light sources in a matrix. The blue light emitted from each solid-state light source is converted into parallel light by a collimator optical system provided corresponding to each solid-state light source and emitted. In the projector described in
ここで、固体光源の配列形態が面内方向で異なる場合、すなわち、固体光源群から射出される光の射出領域が面内方向に異方性を有する場合、ピックアップ光学系から射出される光は、光源装置における固体光源の配列形態に対応した輝度分布を有する。この光が拡散反射素子に入射すると、入射光は拡散反射される。したがって、拡散反射素子から射出される拡散光は、入射光の輝度分布を反映した異方性を有する輝度分布となる。一方、蛍光体層では、入射光はランバート反射されるため、蛍光体層から射出される蛍光は、等方的な輝度分布を有する。このように、互いに輝度分布の異なる拡散光と蛍光を合成して照明光を生成すると、輝度分布の差に起因する色むらが発生してしまう。
上記のような固体光源の配列形態に起因する色むらを抑制するために、特許文献2では、固体光源群から射出された光の輝度分布を均一化するための光学系であるホモジナイザー光学系を備えている。
Here, when the arrangement form of the solid-state light source is different in the in-plane direction, that is, when the emission region of the light emitted from the solid-state light source group has anisotropy in the in-plane direction, the light emitted from the pickup optical system is , Has a brightness distribution corresponding to the arrangement form of solid light sources in the light source device. When this light enters the diffuse reflection element, the incident light is diffusely reflected. Therefore, the diffused light emitted from the diffuse reflection element has a luminance distribution having anisotropy that reflects the luminance distribution of the incident light. On the other hand, in the phosphor layer, the incident light is Lambertian reflected, so that the fluorescence emitted from the phosphor layer has an isotropic luminance distribution. In this way, when diffused light and fluorescence having different brightness distributions are combined to generate illumination light, color unevenness due to the difference in brightness distribution occurs.
In order to suppress color unevenness caused by the arrangement form of solid-state light sources as described above,
しかしながら、光源装置にホモジナイザー光学系を備える場合、その光学系を配置するスペースを光路中に確保する必要が生じるため、光源装置自体が大型化してしまう。その結果、光源装置の小型化が困難になるという課題があった。 However, when the light source device is provided with a homogenizer optical system, it is necessary to secure a space for arranging the optical system in the optical path, so that the light source device itself becomes large. As a result, there is a problem that it becomes difficult to miniaturize the light source device.
本願の光源装置は、第1の波長帯域に属する第1の光束を射出する光源と、前記第1の光束を、第2の光束と、第3の光束とに分離する分離部と、前記第2の光束が入射し、入射した前記第2の光束を拡散させた第4の光束を射出する拡散装置と、前記第3の光束が入射し、入射した前記第3の光束により励起され、前記第1の波長帯域と異なる第2の波長帯域に属する第5の光束を射出する波長変換装置と、前記第5の光束が入射し、前記第5の光束の部分光束である第6の光束を射出する開口部が形成された絞りと、前記第4の光束と前記第6の光束を合成し、第7の光束を射出する合成部と、を備え、前記第3の光束の中心を通る光線を中心光線とし、前記中心光線と直交する面に平行な第1方向から見た場合、前記中心光線と前記第3の光束に含まれる光線の成す角度のうち、最大の角度を第1入射角度とし、前記中心光線と直交する面に平行で、前記第1方向と直交する第2方向から見た場合、前記中心光線と前記第3の光束に含まれる光線の成す角度のうち、最大の角度を第2入射角度とし、前記第1入射角度が前記第2入射角度よりも大きい場合、前記第1方向から見た前記開口部の長さが前記第2方向から見た前記開口部の長さよりも長いことを特徴とする。 The light source device of the present application includes a light source that emits a first luminous flux belonging to a first wavelength band, a separation unit that separates the first luminous flux into a second luminous flux and a third luminous flux, and the first. A diffuser that ejects a fourth luminous flux in which two light fluxes are incident and diffuses the incident second luminous flux, and the third luminous flux is incident and excited by the incident third luminous flux. A wavelength conversion device that emits a fifth light flux belonging to a second wavelength band different from the first wavelength band, and a sixth light flux to which the fifth light source is incident and is a partial light flux of the fifth light source. A light beam passing through the center of the third light flux, comprising a throttle having an opening for ejection, a compositing section for synthesizing the fourth light flux and the sixth light flux, and emitting a seventh light flux. Is the central light beam, and when viewed from the first direction parallel to the plane orthogonal to the central light beam, the maximum angle between the central light beam and the light beam included in the third light flux is the first incident angle. When viewed from a second direction parallel to the plane orthogonal to the central light beam and orthogonal to the first direction, the maximum angle between the central light beam and the light beam included in the third light flux. Is the second incident angle, and when the first incident angle is larger than the second incident angle, the length of the opening seen from the first direction is larger than the length of the opening seen from the second direction. It is also characterized by being long.
この光源装置において、前記分離部は、第1の偏光成分の光束と、前記第1の偏光成分と異なる第2の偏光成分の光束のうち、一方を透過して他方を反射する偏光分離素子を備え、前記偏光分離素子によって前記第1の光束を前記第2の光束と前記第3の光束とに分離することが望ましい。 In this light source device, the separation unit comprises a polarization separation element that transmits one of the light flux of the first polarization component and the light flux of the second polarization component different from the first polarization component and reflects the other. It is desirable that the first light beam is separated into the second light beam and the third light beam by the polarization separating element.
この光源装置において、前記拡散装置及び前記波長変換装置は反射型であり、前記分離部は、前記合成部としても機能し、前記拡散装置で反射された前記第4の光束と、前記波長変換装置で反射されて前記絞りを透過した前記第6の光束とを前記偏光分離素子によって合成することが望ましい。 In this light source device, the diffuser and the wavelength converter are of a reflection type, and the separation unit also functions as the synthesizer, and the fourth light flux reflected by the diffuser and the wavelength converter It is desirable that the sixth light beam reflected by the polarizing element and transmitted through the aperture is combined with the polarization separating element.
この光源装置において、前記偏光分離素子は、前記第2の波長帯域に属する光束を偏光成分によって分離しないことが望ましい。 In this light source device, it is desirable that the polarization separating element does not separate the light flux belonging to the second wavelength band by the polarization component.
この光源装置において、前記光源と、前記分離部との間の光路上に配置され、前記第1の光束に含まれる前記第1の偏光成分の割合を調整する偏光調整装置を備えることが望ましい。 In this light source device, it is desirable to include a polarization adjusting device which is arranged on an optical path between the light source and the separation portion and adjusts the ratio of the first polarization component contained in the first light flux.
この光源装置において、前記偏光調整装置は、前記光源と、前記分離部との間の光路上に配置される第1位相差板と、前記第1位相差板と、前記分離部との間の光路上に配置される第2位相差板と、を備え、前記第1位相差板及び前記第2位相差板の少なくとも一方は、前記第1の光束と直交する面内の角度が調整可能に設けられることが望ましい。 In this light source device, the polarization adjusting device is located between a first retardation plate arranged on an optical path between the light source and the separation portion, the first retardation plate, and the separation portion. A second retardation plate arranged on an optical path is provided, and at least one of the first retardation plate and the second retardation plate can adjust the angle in a plane orthogonal to the first light source. It is desirable to be provided.
本願のプロジェクターは、上記の光源装置と、前記光源装置から射出される前記第7の光束を変調して画像を形成する画像形成装置と、前記画像形成装置によって形成された前記画像を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする。 The projector of the present application comprises the above-mentioned light source device, an image forming device that modulates the seventh light beam emitted from the light source device to form an image, and a projection that projects the image formed by the image forming device. It is characterized by including an optical device.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
[プロジェクターの概略構成]
図1は、本実施形態に係るプロジェクター1の構成を示す概略図である。
本実施形態に係るプロジェクター1は、外装筐体2の内部に設けられた光源装置4から射出された照明光を変調して画像情報に応じた画像を形成し、当該画像をスクリーン等の被投射面上に拡大投射するものである。
[First Embodiment]
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Outline configuration of projector]
FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the projector 1 according to the present embodiment.
The projector 1 according to the present embodiment modulates the illumination light emitted from the light source device 4 provided inside the
図1に示すように、プロジェクター1は、光源装置4を含む画像投射装置3及び制御装置6を外装筐体2の内部に備える。さらに、プロジェクター1は、図示を省略するが、プロジェクター1を構成する電子部品に電力を供給する電源装置、及び、プロジェクター1を構成する冷却対象を冷却する冷却装置を備える。
これらのうち、制御装置6は、制御回路等を備えて構成され、プロジェクター1の動作を制御する。例えば、制御装置6は、後述する光変調装置343に、投射する画像に関する画像情報を出力して、当該画像情報に応じた画像光を形成させる他、光源装置4の点灯や発光光量を制御する。
As shown in FIG. 1, the projector 1 includes an image projection device 3 including a light source device 4 and a control device 6 inside the
Of these, the control device 6 is configured to include a control circuit and the like, and controls the operation of the projector 1. For example, the control device 6 outputs image information related to the projected image to the
[画像投射装置の構成]
画像投射装置3は、光源装置4と、均一化装置31、色分離装置32、リレー装置33、画像形成装置34、投射光学装置35及び光学部品用筐体36と、を備える。これらのうち、光源装置4は、白色の光束である照明光を射出する。この光源装置4の構成については、後に詳述する。
ここで、光源装置4から画像投射装置3に向けて射出される照明光の射出方向を+X方向とする。また、+X方向に直交し、投射光学装置35の投射方向と反対の方向を+Z方向とする。さらに、XZ面に直交し、設置面と対向する外装筐体2の底面側から天面側に向かう方向を+Y方向とする。画像投射装置3は、XZ面に略平行な略L字状の光学ユニットとして構成されている。これ以降の記載及び図においては、この定義に基づく座標系を使用して説明する。
[Configuration of image projection device]
The image projection device 3 includes a light source device 4, a
Here, the emission direction of the illumination light emitted from the light source device 4 toward the image projection device 3 is set to the + X direction. Further, the direction orthogonal to the + X direction and opposite to the projection direction of the projection
均一化装置31は、光源装置4から入射される照明光の中心軸に対する直交面内の輝度を均一化する。この均一化装置31は、当該照明光の入射順に、第1レンズアレイ311、調光装置312、第2レンズアレイ313、偏光変換素子314及び重畳レンズ315を有する。なお、調光装置312は、無くてもよい。
The
これらのうち、第1レンズアレイ311は、入射される照明光を複数の部分光束に分割する複数の第1レンズ(図示省略)を有し、第2レンズアレイ313は、第1レンズアレイ311から入射される複数の部分光束を、重畳レンズ315とともに後述する光変調装置343に重畳させる複数の第2レンズ(図示省略)を有する。これら第1レンズと第2レンズとは1対1で対応し、ある第1レンズから射出された部分光束は、対応する第2レンズに入射される。このような第2レンズアレイ313は、後述する拡散装置45及び波長変換装置48と共役な関係にあり、これら拡散装置45及び波長変換装置48にて形成される像は、第2レンズアレイ313の各第2レンズにて再結像される。そして、第2レンズアレイ313と拡散装置45との間の光路長は、第2レンズアレイ313と波長変換装置48との間の光路長と一致する。
Of these, the
また、詳しい図示を省略するが、偏光変換素子314は、偏光分離層、反射層及び位相差層をそれぞれ複数有しており、入射される照明光の偏光方向を揃える機能を有する。
それぞれ複数の偏光分離層及び反射層は、±Y方向に長く形成され、±Z方向に交互に配列されている。各偏光分離層は、第2レンズアレイ313から射出された各部分光束が入射される位置に配置され、各反射層は、当該各部分光束が直接入射されない位置に配置されている。なお、複数の偏光分離層及び反射層は、±Z方向に長く形成され、±Y方向に交互に配列されてもよい。
偏光分離層は、p偏光を通過させ、s偏光を反射させる。偏光分離層に応じて設けられる反射層は、当該偏光分離層にて反射されたs偏光を、p偏光の通過方向に沿うように反射させる。そして、複数の位相差層のそれぞれは、偏光分離層を通過したp偏光の光路上に設けられ、入射されるp偏光をs偏光に変換する。これにより、偏光変換素子314から射出される光の偏光方向は、s偏光に揃えられ、当該s偏光が、偏光変換素子314の光射出面における略全面から射出される。なお、偏光変換素子314は、p偏光を射出する構成としてもよい。
Further, although detailed illustration is omitted, the
The plurality of polarization separation layers and the reflection layers are formed long in the ± Y direction, and are arranged alternately in the ± Z direction. Each polarization separation layer is arranged at a position where each partial luminous flux emitted from the
The polarization separation layer allows p-polarized light to pass through and reflects s-polarized light. The reflection layer provided according to the polarization separation layer reflects the s-polarized light reflected by the polarization separation layer along the passing direction of the p-polarized light. Then, each of the plurality of retardation layers is provided on the optical path of p-polarized light that has passed through the polarization separation layer, and the incident p-polarized light is converted into s-polarized light. As a result, the polarization direction of the light emitted from the
色分離装置32は、均一化装置31から入射される光束を、赤色光、緑色光及び青色光の3つの色光に分離する。この色分離装置32は、ダイクロイックミラー321,322及び反射ミラー323を有する。ダイクロイックミラー321は、赤色光及び緑色光を透過して、青色光を反射する。ダイクロイックミラー321で反射した青色光は、反射ミラー323でさらに反射されて画像形成装置34に入射する。ダイクロイックミラー322は、ダイクロイックミラー321を透過した赤色光及び緑色光のうち、赤色光を透過して、緑色光を反射する。ダイクロイックミラー322で反射した緑色光は、画像形成装置34に入射する。また、ダイクロイックミラー322を透過した赤色光は、リレー装置33を経由して画像形成装置34に入射する。
The
リレー装置33は、分離された3つの色光のうち、他の色光に比べて光路が長い赤色光の光路上に設けられる。このリレー装置33は、入射側レンズ331、リレーレンズ333及び反射ミラー332,334を有しており、光路が長いことに起因する赤色光の照明効率の低下を抑制する。
The
画像形成装置34は、分離された各色光を画像情報に応じて変調した後、当該各色光を合成して画像光を形成する。この画像形成装置34は、色光毎に設けられるフィールドレンズ341、入射側偏光板342、光変調装置343及び射出側偏光板344と、変調された各色光を合成して画像光を形成する1つの色合成装置345と、を有する。
光変調装置343は、赤色光を変調し、赤色画像光を生成する赤色光変調装置343Rと、緑色光を変調し、緑色画像光を生成する緑色光変調装置343Gと、青色光を変調し、青色画像光を生成する青色光変調装置343Bと、を備えている。本実施形態では、光変調装置343は、液晶パネルを有する構成が採用されている。
また、色合成装置345は、本実施形態ではクロスダイクロイックプリズムにより構成されているが、複数のダイクロイックミラーを組み合わせた構成としてもよい。色合成装置345は、生成された赤色画像光、緑色画像光及び青色画像光を合成し、投射光学装置35に射出する。
The
The
Further, although the
投射光学装置35は、画像形成装置34が合成した画像光を、外装筐体2の外部に配置される被投射面に向けて拡大投射する。投射光学装置35は、図示しない1枚以上のレンズを備えている。
The projection
光学部品用筐体36は、均一化装置31、色分離装置32、リレー装置33、画像形成装置34を構成する光学部品を内部に収容する。この光学部品用筐体36には、設計上の光軸である照明光軸Axが設定されており、この照明光軸Axは、光源装置4から射出される光の中心軸、すなわち、後述する第2照明光軸Ax2と一致する。
The
[光源装置の構成]
図2は、光源装置4の構成を示す模式図である。
光源装置4は、上記のように、均一化装置31に照明光を射出する。この光源装置4は、図2に示すように、光源としての光源部41、偏光調整装置42、第3位相差板43、第1集光素子44、拡散装置45、第2集光素子46、絞り47、波長変換装置48、第4位相差板49及び光合成装置50を有する。
[Configuration of light source device]
FIG. 2 is a schematic view showing the configuration of the light source device 4.
As described above, the light source device 4 emits illumination light to the homogenizing
これらのうち、光源部41、偏光調整装置42、第3位相差板43、第1集光素子44及び拡散装置45は、+Z方向に沿う第1照明光軸Ax1上に配置されている。また、波長変換装置48、絞り47、第2集光素子46及び第4位相差板49は、+X方向に沿う第2照明光軸Ax2上に配置される。更に、光合成装置50は、第1照明光軸Ax1と第2照明光軸Ax2が交差する位置に配置される。なお、図2において、第1照明光軸Ax1と第2照明光軸Ax2は直交しているが、これに限らず、完全に直交していなくてもよい。
Of these, the
[光源部の構成]
光源部41は、固体光源411、マイクロレンズ412及び放熱部材413を有する。固体光源411と対応するマイクロレンズ412は、+Z方向に沿って配置され、固体光源ユニットSLを構成する。固体光源411は青色光BLを射出し、固体光源411から射出された青色光BLは、マイクロレンズ412に入射する。マイクロレンズ412は、入射した青色光BLを+Z方向に平行な平行光として射出する。
光源部41は、複数の固体光源ユニットSLが、XY平面と平行な面内において縦横にマトリクス状に配列された光源ユニットSUを構成する。光源ユニットSUを構成する各々の固体光源ユニットSLは、それぞれが+Z方向に向かって青色光BLを射出する。したがって、光源部41から射出された青色光BLは、所定のスポット径を有する複数の光束がマトリクス状に配列した状態になっている。以後、光源部41から射出される複数の光束をまとめて一つの光束とみなしたものを第1の光束と呼称する。
[Structure of light source unit]
The
The
固体光源411として、本実施形態では、ピーク波長が440nmのs偏光の青色光BLを射出するLD(Laser Diode)が採用されている。しかしながら、ピーク波長が446nm又は460nmの青色光BLを射出するLDを、固体光源411として採用してもよい。また、p偏光の青色光BLを射出するLDを、固体光源411として採用してもよい。また、固体光源411はLDに限定されず、LED(Light Emitting Diode)であってもよい。
なお、固体光源411から射出された青色光BLは、後述する波長変換装置48に含まれる蛍光体を励起させる励起光としても利用される。このことから、以下の説明では、光源部41から射出される青色光BLを励起光と呼称する場合もある。
As the solid-
The blue light BL emitted from the solid-
放熱部材413は、固体光源411の冷却に利用される。放熱部材413は、固体光源411と接続されており、固体光源411で発生した熱を伝熱し、放熱することで固体光源411を冷却する。また、放熱部材413は、固体光源411を支持して、光源部41を一体化する支持部材としての機能も有する。この放熱部材413は、図示を省略するが、固体光源411を支持し、熱を伝達する受熱部と、複数のフィンを有するヒートシンクと、を有する。
The
[偏光調整装置の構成]
偏光調整装置42は、第1位相差板421及び第2位相差板422を含む。第1位相差板421及び第2位相差板422は、それぞれ1/4波長板で構成される。第1位相差板421及び第2位相差板422のどちらか一方、あるいは両方が、第1照明光軸Ax1を回転軸として回動可能に設けられている。
光源部41から射出された青色光BLは、第1照明光軸Ax1に沿って偏光調整装置42の第1位相差板421に入射する。入射した青色光BLは、第1位相差板421により円偏光に変換されて射出される。第1位相差板421から射出された円偏光は、第1位相差板421の後段に配置された第2位相差板422に入射する。第2位相差板422に入射した円偏光は、直線偏光成分であるp偏光及びs偏光に所定の割合で変換されて射出される。このとき、射出されるp偏光及びs偏光の割合は、第1照明光軸Ax1と直交するXY面内方向における第1位相差板421に対する第2位相差板422の回転角で決定される。よって、第1位相差板421及び第2位相差板422の少なくとも一方を回動することにより、偏光調整装置42から射出される青色光BLに偏光成分の割合を調整することができる。
[Polarization adjustment device configuration]
The
The blue light BL emitted from the
偏光調整装置42から射出されたp偏光及びs偏光の両方を含む青色光BLは、後述する偏光分離素子51を備えた光合成装置50により分離される。具体的には、p偏光の青色光BLは光合成装置50を透過して、拡散装置45に入射する。拡散装置45に入射したp偏光は拡散反射され、照明光に含まれる青色光成分となる。一方、s偏光の青色光BLは光合成装置50により反射され、波長変換装置48に入射する。波長変換装置48に入射したs偏光は、蛍光体を励起し、蛍光YLを生成するための励起光として利用される。
The blue light BL containing both p-polarized light and s-polarized light emitted from the
このように、偏光調整装置42は、射出されるp偏光及びs偏光の割合を調整することによって、光源装置4から射出される照明光の光量やホワイトバランスを調整する役割がある。
なお、青色光BLに含まれる光束のうち、光合成装置50を透過し、拡散装置45に向かう部分光束を第2の光束とも呼称する。また、青色光BLに含まれる光束のうち、光合成装置50により反射され、波長変換装置48に向かう部分光束を第3の光束とも呼称する。
As described above, the
Of the luminous flux contained in the blue light BL, the partial luminous flux that passes through the
[第1集光素子の構成]
第1集光素子44は、拡散装置45と光合成装置50との間の光路上に第1照明光軸Ax1に沿って配置されている。この第1集光素子44は、偏光調整装置42から射出され、光合成装置50を透過した第2の光束であるp偏光を拡散装置45の位置に集光させる集光素子であるとともに、当該拡散装置45で拡散反射された拡散光を平行化して、光合成装置50に向けて射出させる平行化素子でもある。なお、拡散装置45で拡散反射され、光合成装置50に向かう拡散光の光束を第4の光束とも呼称する。
本実施形態では、第1集光素子44は、3つのレンズ441〜443を備えて構成されているが、当該第1集光素子44を構成するレンズの数は、適宜変更可能である。
[Structure of the first condensing element]
The
In the present embodiment, the
[第3位相差板の構成]
光合成装置50と第1集光素子44のレンズ441との間の光路上には、第3位相差板43が配置されている。第3位相差板43は、1/4波長板で形成されている。第1照明光軸Ax1に沿って偏光調整装置42から光合成装置50に入射し、光合成装置50を透過したp偏光は、第3位相差板43を通過することにより円偏光に変換される。円偏光は、第1集光素子44により拡散装置45の位置に集光され、拡散装置45により拡散反射される。拡散反射された円偏光は、第1集光素子44に再度入射し、平行化された後、第3位相差板43を再度通過する。これにより、円偏光はs偏光に変換される。第3位相差板43により変換されたs偏光の青色光BLは、光合成装置50の偏光分離素子51により反射されるため、第2照明光軸Ax2に沿った方向(+X方向)に進路を変更され、光源装置4から射出される。
[Structure of third retardation plate]
A
[拡散装置の構成]
拡散装置45は、第1照明光軸Ax1上であって、第1集光素子44の後段の光路上に配置されている。拡散装置45は、第3位相差板43により変換され、第1集光素子44から入射される円偏光を、所定の拡散率にて拡散反射させる。すなわち、本実施形態において、拡散装置45は、反射型の拡散装置である。しかしながら、拡散装置45の態様はこれに限定されず、透過型の拡散装置を用いてもよい。
このような拡散装置45は、入射される光を拡散反射させる拡散層451と、これを支持する基板452とを有しており、拡散層451は、基板452の一方の面、すなわち第1集光素子44のレンズ443と対向する側の面に形成されている。なお、第1照明光軸Ax1と略平行な軸を回転軸として基板452を回転させる回転装置を設けてもよい。回転装置は、当該基板452を回転させることで、スペックルを効果的に低減できるという効果を有する。
[Diffusion device configuration]
The
Such a
[第2集光素子の構成]
第2集光素子46は、光合成装置50と波長変換装置48との間の光路上に第2照明光軸Ax2に沿って配置されている。この第2集光素子46は、偏光調整装置42から射出され、光合成装置50により反射された第3の光束であるs偏光の青色光BLを波長変換装置48の波長変換素子481の位置に集光させる集光素子であるとともに、当該波長変換装置48の波長変換素子481で生成された変換光である蛍光YLを平行化して、光合成装置50に向けて射出する平行化素子でもある。なお、波長変換装置48から射出され、後述する絞り47に向かう変換光の光束を第5の光束とも呼称する。
本実施形態では、第2集光素子46は、3つのレンズ461〜463を備えて構成されているが、当該第2集光素子46を構成するレンズの数は、適宜変更可能である。
[Structure of the second condensing element]
The second
In the present embodiment, the
[波長変換装置の構成]
波長変換装置48は、入射する励起光によって励起され、当該励起光とは異なる波長の変換光としての蛍光YLを射出する。波長変換装置48は、波長変換素子481と、当該波長変換素子481を支持する円板状の支持体482と、支持体482を回転させる回転装置483と、を有する。なお、本実施形態において、波長変換装置48は、生成した蛍光YLを励起光の入射方向に向けて射出する反射型の波長変換装置であるが、波長変換装置48の態様はこれに限定されず、透過型の波長変換装置を用いてもよい。
[Structure of wavelength converter]
The
波長変換素子481は、詳しい図示を省略するが、支持体482における入射側表面に位置する反射層と、当該反射層上に位置する波長変換層と、を有している。波長変換素子481は、YZ平面と平行な支持体482の表面上において、回転装置483の回転軸から励起光であるs偏光の青色光BLの集光位置までの距離を半径とする円の円周上の位置に帯状に配置されている。
波長変換層は、励起光により励起されて非偏光の蛍光YLを射出する蛍光体を含む蛍光体層である。本実施形態において、蛍光YLは、500〜700nmの波長域にピーク波長を有する黄色光であるが、蛍光YLはこれに限定されず、例えば、緑色光や赤色光であってもよい。この波長変換層にて生じる蛍光YLの一部は、第2集光素子46側、すなわち+X方向に向けて射出され、他の一部は、反射層側、すなわち−X方向に向けて射出される。
反射層は、波長変換層で生成された蛍光YLのうち、反射層側に向けて射出された蛍光YLを第2集光素子46側に反射させる。
Although not shown in detail, the
The wavelength conversion layer is a phosphor layer containing a phosphor that is excited by excitation light and emits unpolarized fluorescent YL. In the present embodiment, the fluorescent YL is yellow light having a peak wavelength in the wavelength range of 500 to 700 nm, but the fluorescent YL is not limited to this, and may be, for example, green light or red light. A part of the fluorescent YL generated in this wavelength conversion layer is emitted toward the
Among the fluorescent YLs generated by the wavelength conversion layer, the reflective layer reflects the fluorescent YLs emitted toward the reflective layer side toward the second
回転装置483は、第2照明光軸Ax2と略平行な軸を回転軸として、支持体482に支持された波長変換素子481を回転させる。
回転装置483が波長変換素子481を回転させることにより、波長変換素子481の特定の箇所が、励起光であるs偏光の集光位置に常に位置することを防ぐ役割がある。これにより、波長変換素子481の熱飽和の発生を抑制できる。
The
By rotating the
[絞りの構成]
波長変換装置48と第2集光素子46との間の光路上には、板状の絞り47(図5参照)が配置される。絞り47には、入射した蛍光YLの光束のうち、一部の部分光束が通過する略長方形の開口部471が形成されており、他の部分光束は、絞り47によって遮光される。ここで、開口部471の大きさは、絞り47に入射する光束のうち、光合成装置50で分離され、波長変換装置48に向かう第3の光束は遮らず、波長変換装置48で生成され、光合成装置50に向かう第5の光束の一部を遮るように設定されている。詳細については後述する。
[Aperture configuration]
A plate-shaped diaphragm 47 (see FIG. 5) is arranged on the optical path between the
開口部471の大きさを第3の光束の光束幅よりも大きくすることで、励起光であるs偏光の青色光BLが、絞り47で遮光されることがなくなる。このため、全てが波長変換装置48の波長変換素子481に入射し、励起光として無駄なく利用できる。また、開口部471の大きさを第5の光束の光束幅よりも小さくすることで、波長変換装置48から射出され、絞り47に入射した蛍光YLの光束のうちの一部は、絞り47により遮られる。絞り47には、遮られた蛍光YLを吸収するための光吸収部材が形成されている。絞り47により遮られた蛍光YLは、この光吸収部材により吸収される。光吸収部材には、一般の光学機器に用いられる任意の光吸収材、反射防止材等を用いることができる。なお、絞り47は、第2集光素子46と離間して配置される板状の部材に限定されず、例えば、第2集光素子46のレンズ463の表面に光吸収材や反射防止材等を直接配置し、絞り47として機能させるようにしてもよい。
By making the size of the
以後、絞り47の開口部471を通過した蛍光YLの部分光束を第6の光束とも呼称する。第6の光束は、第2集光素子46に入射し、第2集光素子46により平行化されて光合成装置50に入射する。第6の光束は、光合成装置50を透過し、照明光に含まれる黄色光成分となる。
Hereinafter, the partial luminous flux of the fluorescent YL that has passed through the
[光合成装置の構成]
光合成装置50は、第1の光束である青色光BLを、第2の光束であるp偏光と、第3の光束であるs偏光に分離する分離部としての機能と、拡散装置45により拡散反射された拡散光である第4の光束と、波長変換装置48により生成された蛍光YLである第5の光束の部分光束である第6の光束を合成する合成部としての機能の両方を兼ねている。
[Configuration of photosynthesis device]
The
本実施形態では、光合成装置50は波長選択性を有する偏光分離素子51を備えている。具体的には、偏光分離素子51は、所定の第1の波長帯域の光束については、その光束に含まれる直線偏光成分のうち、第1の偏光成分を有する光束を透過する一方、第1の偏光成分とは異なる第2の偏光成分を有する光束を反射する偏光分離膜として機能する。また、この偏光分離素子51は、第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の光束については、その光束に含まれる直線偏光成分によって分離しない。すなわち直線偏光成分によらずに透過するダイクロイック光学素子として機能する。
In the present embodiment, the
本実施形態において、青色光BLは第1の波長帯域に含まれる一方、蛍光YLは第2の波長帯域に含まれる。また、第1の偏光成分はp偏光であり、第2の偏光成分はs偏光である。このため、第1の波長帯域に属する青色光BLが光合成装置50に入射すると、そのs偏光は反射される一方、p偏光は透過する。さらに、s偏光によって波長変換装置48の波長変換素子481が励起されて生成した蛍光YLが光合成装置50に入射すると、その全てが光合成装置50を透過する。
In the present embodiment, the blue light BL is included in the first wavelength band, while the fluorescent YL is included in the second wavelength band. The first polarized light component is p-polarized light, and the second polarized light component is s-polarized light. Therefore, when the blue light BL belonging to the first wavelength band is incident on the
しかしながら、光合成装置50を構成する波長選択性を有する偏光分離素子51の特性はこの態様に限定されず、適宜変更可能である。例えば、第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の光束については、その光束に含まれる直線偏光成分によらず反射するように光合成装置50を構成してもよい。また、第1の波長帯域に属する光束について、p偏光を反射し、s偏光を透過するように光合成装置50を構成してもよい。
However, the characteristics of the
本実施形態において、拡散装置45により拡散反射され、第3位相差板43によりs偏光に変換された青色光BLの光束である第4の光束は、光合成装置50により反射され、第2照明光軸Ax2に沿った+X方向に進路を変更される。また、波長変換装置48により生成され、絞り47を通過した蛍光YLの部分光束である第6の光束は、光合成装置50を透過し、第2照明光軸Ax2に沿った+X方向に進行する。これら第4の光束と第6の光束が合成された光束が照明光となる。第4の光束は、照明光の青色光成分であり、第6の光束は、照明光の黄色光成分である。以後、光合成装置50から射出された照明光の光束を第7の光束とも呼称する。
In the present embodiment, the fourth luminous flux, which is the luminous flux of the blue light BL that is diffusely reflected by the
また、本実施形態において、光合成装置50は、第1照明光軸Ax1と第2照明光軸Ax2が交差する位置に配置される。また、第1照明光軸Ax1と第2照明光軸Ax2のそれぞれに対して交差し、+Z方向に向かって射出された光束の一部が、−X方向に向かって反射されるように配置されている。しかしながら、光合成装置50の配置はこれに限定されず、拡散装置45及び波長変換装置48のレイアウトに応じて適宜変更可能である。
Further, in the present embodiment, the
[第4位相差板の構成]
第4位相差板49は、光合成装置50から射出された第7の光束である照明光の偏光成分を変換する。具体的に、第4位相差板49は、照明光に含まれる青色光成分及び黄色光成分の両方を円偏光に変換する1/4波長板である。第4位相差板49が設けられる理由は、以下の通りである。
波長変換装置48の波長変換素子481で生成される蛍光YLは非偏光である。本実施形態では、波長変換装置48から光合成装置50までの第2照明光軸Ax2の光路上には位相差板が配置されていない。したがって、光合成装置50から射出される第7の光束の黄色光成分も非偏光である。一方、第3位相差板43を通過した拡散光である第4の光束は、上記のとおり、s偏光である。
[Structure of 4th retardation plate]
The
The fluorescent YL generated by the
ここで、第4位相差板49が配置されない場合について考えてみる。すると、第7の光束の黄色光成分が偏光変換素子314に入射した場合、p偏光及びs偏光のうち、一方の偏光成分は、偏光分離層にて反射された後、反射層にて反射されて、偏光変換素子314から射出される。一方、他方の偏光成分は、偏光分離層を透過した後に位相差層にて一方の偏光成分に変換されて、偏光変換素子314から射出される。ここで、非偏光である黄色光成分はp偏光とs偏光のそれぞれの偏光成分を半々含んでいると見なせる。したがって、第7の光束の黄色光成分については、偏光変換素子314の光射出面の略全面から射出される。
Here, consider the case where the
一方、第7の光束の青色光成分にはs偏光しか含まれないため、これが偏光変換素子314に入射した場合、第7の光束の青色光成分は偏光分離層にてすべて反射あるいは透過される。したがって、青色光成分は偏光変換素子314の光射出面の一部からしか射出されない。よって、偏光変換素子314から射出される黄色光成分と青色光成分の分布が異なるため、均一化装置31から射出される照明光に色むらが生じてしまう。
On the other hand, since the blue light component of the seventh luminous flux contains only s-polarized light, when this is incident on the
一方、光合成装置50と均一化装置31との間の光路上に第4位相差板49である1/4波長板が配置される場合、第7の光束に含まれる黄色光成分及び青色光成分はともに円偏光に変換される。したがって、第4位相差板49を配置すると、黄色光成分及び青色光成分の両方が偏光変換素子314の光射出面の略全面から射出されるようになり、均一化装置31から射出される照明光の色むらを抑制できる。
On the other hand, when the 1/4 wave plate which is the
[光源ユニットSUからの射出光について]
上記のとおり、光源部41の光源ユニットSUは、複数の固体光源ユニットSLが、XY平面と平行な面内において縦横にマトリクス状に配列されて構成されている。図3は、固体光源ユニットSLの配列を示す概略図である。図3には、複数の固体光源ユニットSLが、±Y方向に沿って延伸する基板上に配列された固体光源アレイSAが示されている。
光源ユニットSUは、このような固体光源アレイSAが、±X方向に沿って複数配列されることによって構成されている。図3に示した構成の場合、1枚の基板上に±Y方向に沿って5組の固体光源ユニットSLが配置された固体光源アレイSAが、±X方向に沿って3枚配列されている。
[About the emitted light from the light source unit SU]
As described above, the light source unit SU of the
The light source unit SU is configured by arranging a plurality of such solid light source arrays SA along the ± X direction. In the case of the configuration shown in FIG. 3, three solid light source arrays SA in which five sets of solid light source units SL are arranged along the ± Y direction on one substrate are arranged along the ± X direction. ..
なお、図3では、各々の固体光源ユニットSLの発光領域は±Y方向を長辺とする略長方形状であるが、固体光源ユニットSLの発光領域の形状はこれに限定されない。例えば、発光領域の形状は正方形状でも良いし、円形や楕円形であっても良い。
また、図3では、±Y方向に延伸する固体光源アレイSAが±X方向に沿って配列されているが、これに限定されず、±X方向に延伸する固体光源アレイSAが±Y方向に沿って配列されてもよい。さらに、図3では、固体光源アレイSAが3枚配列されているが、これに限定されず、何枚配列されてもよい。
In FIG. 3, the light emitting region of each solid light source unit SL has a substantially rectangular shape with the long side in the ± Y direction, but the shape of the light emitting region of the solid light source unit SL is not limited to this. For example, the shape of the light emitting region may be square, circular or elliptical.
Further, in FIG. 3, the solid light source array SA extending in the ± Y direction is arranged along the ± X direction, but the present invention is not limited to this, and the solid light source array SA extending in the ± X direction is arranged in the ± Y direction. It may be arranged along. Further, in FIG. 3, three solid light source arrays SA are arranged, but the present invention is not limited to this, and any number of solid light source arrays SA may be arranged.
このように、複数の固体光源アレイSAが配列されて構成された光源ユニットSUでは、青色光BLが射出される領域における±X方向の長さと±Y方向の長さが異なる場合がある。すなわち、±X方向と±Y方向で青色光BLの射出領域に異方性が生じる場合がある。具体的に、図3に示した構成の場合、青色光BLが射出される領域の±Y方向の長さは、±X方向の長さよりも長い。
このため、射出領域に異方性がある光源ユニットSUから射出された第1の光束の輝度分布は、その光源ユニットSUの配列形態を反映したものとなる。具体的に、光源ユニットSUから射出された青色光BLの輝度が大きい領域の範囲は、±Y方向の方が±X方向よりも長くなる。
In the light source unit SU configured by arranging a plurality of solid-state light source arrays SA in this way, the length in the ± X direction and the length in the ± Y direction in the region where the blue light BL is emitted may be different. That is, anisotropy may occur in the emission region of the blue light BL in the ± X direction and the ± Y direction. Specifically, in the case of the configuration shown in FIG. 3, the length of the region where the blue light BL is emitted in the ± Y direction is longer than the length in the ± X direction.
Therefore, the luminance distribution of the first light flux emitted from the light source unit SU having anisotropy in the emission region reflects the arrangement form of the light source unit SU. Specifically, the range of the region where the brightness of the blue light BL emitted from the light source unit SU is large is longer in the ± Y direction than in the ± X direction.
続いて、上記のように輝度分布に異方性を有する青色光BLが、拡散装置45と波長変換装置48にそれぞれ入射した場合、拡散装置45から射出される拡散光と波長変換装置48から射出される変換光がどのような輝度分布を示すかを考える。
Subsequently, when the blue light BL having an anisotropic brightness distribution as described above is incident on the
まず、波長変換装置48における蛍光YLの拡散について考える。波長変換装置48の波長変換素子481は、一般的に均等拡散反射面と見なせる。そのため、波長変換素子481に入射した第3の光束により励起されて生成した蛍光YLの拡散反射は、いわゆるランバート反射と見なせる。したがって、波長変換装置48の波長変換素子481において、入射した第3の光束により励起されて生成した蛍光YLの輝度分布は、励起光の入射角度によらず等方的となる。ゆえに、生成した蛍光YLの輝度分布のうち、波長変換素子481の入射側表面に平行な任意の第1方向に沿った蛍光YLの輝度分布と、第1方向とは異なる第2方向に沿った蛍光YLの輝度分布は、ほぼ一致する。
First, the diffusion of fluorescent YL in the
続いて、拡散装置45における青色光BLの拡散について考える。拡散装置45の拡散層451は、通常の拡散反射面と見なせる。通常の拡散反射面で拡散された拡散光の輝度分布は、入射光の拡散反射面に対する入射角に依存して変化する。そのため、拡散装置45に入射した第2の光束が拡散された拡散光の輝度分布は、必ずしも等方的にはならない。具体的に、拡散層451の入射側表面に平行な任意の第1方向に沿った拡散光の輝度分布と、第1方向とは異なる第2方向に沿った拡散光の輝度分布が、互いにほぼ等しくなるためには、次の条件を満たす必要がある。すなわち、拡散層451の法線であって、拡散層451上の集光点を通る法線を含むすべての断面について、入射する青色光BLの入射角が等しい必要がある。
Next, the diffusion of blue light BL in the
しかしながら、実際の光源部41では、上記のように複数の固体光源ユニットSLが所定のマトリクス状に配列されているため、そこから射出される青色光BLは、上記のように異方性を有している場合がある。このような場合には、拡散装置45により拡散された拡散光の輝度分布は、任意の第1方向に沿った方向の輝度分布と、第1方向とは異なる第2方向に沿った方向の輝度分布が異なることを意味している。
上記のような拡散装置45の拡散層451の拡散特性と、波長変換装置48の波長変換素子481の拡散特性の違いに起因して、青色光BLの拡散光の輝度分布が、蛍光YLの輝度分布と異なる場合が生じる。青色光BLの拡散光の輝度分布と蛍光YLの輝度分布の差は、最終的に照明光の色むらとして知覚される。
However, in the actual
Due to the difference between the diffusion characteristics of the
[波長変換装置への入射光について]
以下に、図3に示した配列形態を有する光源ユニットSUから射出され、波長変換装置48の波長変換素子481に入射する第3の光束について、図を用いて説明する。図4Aは、光合成装置50から第2集光素子46に向かう光路上において、第3の光束を、第3の光束の中心を通る中心光線Rcの進行方向から見た場合の断面図である。図4Bは、第3の光束を、第3の光束の中心を通る中心光線Rcの進行方向に対して直交する面と平行な第1方向から見た場合の概略図である。また、図4Cは、第3の光束を、第3の光束の中心を通る中心光線Rcの進行方向に対して直交する面と平行で、かつ、第1方向と直交する第2方向から見た場合の概略図である。
[About the incident light on the wavelength converter]
Hereinafter, the third luminous flux emitted from the light source unit SU having the arrangement form shown in FIG. 3 and incident on the
波長変換装置48の波長変換素子481に入射する第3の光束は、光源ユニットSUの配列形態に対応するような異方性を有する輝度分布を有している。図4Aの場合、第3の光束は、図3に示した光源ユニットSUの5×3の配列形態に対応するように輝度分布を有している。
The third luminous flux incident on the
続いて、第2集光素子46と波長変換装置48との間の光路上における第3の光束を図4Aの断面と平行な方向から見た場合について、図4B及び図4Cを用いて説明する。なお、簡単のため、図4B及び図4Cでは、第2集光素子46を1枚のレンズで表現している。
光合成装置50で分離された第3の光束は、第2集光素子46によって集光され、波長変換装置48の波長変換素子481に入射する。そのため、第3の光束に含まれる光線のうち、中心光線Rc以外の光線は、波長変換素子481に対して所定の入射角を有する。
Subsequently, a case where the third luminous flux on the optical path between the
The third luminous flux separated by the
まず、波長変換装置48の波長変換素子481に入射する第3の光束を第1方向から見た場合について、図4Bを用いて説明する。ここで、第3の光束に含まれる光線のうち、中心光線Rcから±Y方向に最も離れた位置を通る光線を第1外周光線Re1と呼称する。そして、第1方向から見たときの中心光線Rcと第1外周光線Re1との成す角を第1入射角度θ1と呼称する。図4Bに示すように、第3の光束を第1方向から見ると、第1入射角度θ1は、第3の光束に含まれる各光線と中心光線Rcの成す角のうち最大の入射角度になる。
First, a case where the third light flux incident on the
次に、波長変換装置48の波長変換素子481に入射する第3の光束を第1方向と直交する第2方向から見た場合について、図4Cを用いて説明する。ここで、第3の光束に含まれる光線のうち、中心光線Rcから±Z方向に最も離れた位置を通る光線を第2外周光線Re2と呼称する。そして、第2方向から見たときの中心光線Rcと第2外周光線Re2との成す角を第2入射角度θ2と呼称する。図4Cに示すように、第3の光束を第2方向から見ると、第2入射角度θ2は、第3の光束に含まれる各光線と中心光線Rcの成す角のうち最大の入射角度になる。
Next, a case where the third light flux incident on the
ここで、図4B及び図4Cから、第1入射角度θ1の大きさと、第2入射角度θ2の大きさが異なっていることがわかる。具体的には、第2入射角度θ2は、第1入射角度θ1よりも小さくなっている。これは、図4Aに示されている光源ユニットSUの配列形態に対応した第3の光束の輝度分布の異方性に起因しており、第3の光束の輝度分布が広がっている領域が長い方向ほど、波長変換素子481への入射角も大きくなる。
Here, from FIGS. 4B and 4C, it can be seen that the magnitude of the first incident angle θ1 and the magnitude of the second incident angle θ2 are different. Specifically, the second incident angle θ2 is smaller than the first incident angle θ1. This is due to the anisotropy of the luminance distribution of the third luminous flux corresponding to the arrangement form of the light source unit SU shown in FIG. 4A, and the region where the luminance distribution of the third luminous flux is widened is long. The incident angle to the
[拡散装置への入射光について]
本実施形態において、光源ユニットSUの射出面と、波長変換装置48の波長変換素子481は共役な関係にある。また、光源ユニットSUの射出面と、拡散装置45の拡散層451も共役な関係にある。したがって、図3に示した配列形態を有する光源ユニットSUから射出され、拡散装置45の拡散層451に入射する第2の光束は、波長変換装置48の波長変換素子481に入射する第3の光束と相似である。ゆえに、拡散装置45の拡散層451に入射する第2の光束についての詳細な説明は省略する。
[About incident light on the diffuser]
In the present embodiment, the injection surface of the light source unit SU and the
[絞りの形状について]
上記の青色光BLの輝度分布と蛍光YLの輝度分布の差に起因する照明光の色むらを抑制するために、本実施形態では、波長変換装置48と第2集光素子46との間の光路上に絞り47を配置している。上記の通り、絞り47の開口部471の大きさは、波長変換装置48から射出された蛍光YLの光束である第5の光束の光束幅よりも小さくなるように形成されており、絞り47に入射した第5の光束のうちの一部を遮光する。
[About the shape of the aperture]
In this embodiment, in order to suppress the color unevenness of the illumination light caused by the difference between the brightness distribution of the blue light BL and the brightness distribution of the fluorescence YL, in the present embodiment, the
図5は、本実施形態における絞り47の形状を示す概略図である。絞り47は、ランバート反射により等方的な輝度分布を有する蛍光YLの入射光束の一部を規制することにより、絞り47を通過する前後で蛍光YLの輝度分布を変化させる。具体的には、蛍光YLの輝度分布が、光源ユニットSUの配列形態に対応した異方性を有する青色光BLの拡散光の輝度分布と略一致するように絞り47が配置される。そのため、図5に示す通り、絞り47の開口部471の形状は、絞り47を通過する第5の光束が異方性を有するように形成される。開口部471の形状は、±Y方向に平行な2つの辺と、±Z方向に平行な2つの辺を有する長方形であり、開口部471の±Y方向に沿った長さL1は、±Z方向に沿った長さL2よりも長い。
FIG. 5 is a schematic view showing the shape of the
本実施形態における絞り47の具体的な形状について、図6A及び図6Bを用いて説明する。図6Aは、第2集光素子46と波長変換装置48との間の光路における第5の光束及び第6の光束を第1方向から見た場合の概略図である。また、図6Bは、第2集光素子46と波長変換装置48との間の光路における第5の光束及び第6の光束を第2方向から見た場合の概略図である。図6A及び図6Bでは、波長変換装置48の波長変換素子481から射出される蛍光YLの光束である第5の光束に含まれる光線のうち、いくつかを代表して記載している。
The specific shape of the
絞り47の開口部471の大きさは、波長変換装置48から射出された蛍光YLの光束である第5の光束の光束幅よりも小さくなるように形成されており、第5の光束の一部が絞り47により遮光される。本実施形態において、第1方向から見た場合の絞り47の開口部471の長さは、±Y方向の長さL1である。同様に、第2方向から見た場合の絞り47の開口部471の長さは、±Z方向の長さL2である。
The size of the
ここで、本実施形態における絞り47の開口部471の大きさは、中心光線Rcの進行方向に対して直交する面と平行なある方向から見たときの第3の光束に含まれる光線の入射角の最大値が大きいほど、同じ方向から見たときの開口部471の長さが長くなるように形成されている。つまり、開口部471の各辺の長さは、対応する方向から見た場合の入射角の大きさに比例する。本実施形態の場合、図6A及び図6Bから分かるように、絞り47を第1方向から見た場合の開口部471の大きさである開口部471の長さL1が、絞り47を第2方向から見た場合の開口部471の大きさである開口部471の長さL2よりも長くなっている。これは、第3の光束を第1方向から見た場合の最大入射角度である第1入射角度θ1の大きさが、第3の光束を第2方向から見た場合の最大入射角度である第2入射角度θ2の大きさよりも大きいことに対応している。
Here, the size of the
第5の光束のうち、絞り47の開口部471を通過した部分光束が第6の光束となる。開口部471の大きさが大きいほど、より多くの光束が絞り47を通過できるため、照明光に含まれる蛍光YLの輝度も大きくなる。絞り47の開口部471の形状に異方性を持たせることで、波長変換素子481でランバート反射され、等方的な輝度分布を有する蛍光YLの光束が、輝度分布に異方性を有する光束に変換される。さらに、第1方向から見た場合と第2方向から見た場合の絞り47の開口部471の長さが、第3の光束の入射角度の大きさと比例する場合、等方的な輝度分布を有する蛍光YLの光束が、通常の拡散反射をされた場合と同等の輝度分布を有する光束に変換される。
Of the fifth luminous flux, the partial luminous flux that has passed through the
本実施形態の場合、図4B及び図4Cに示されている通り、第3の光束を第1方向から見た場合の最大入射角度である第1入射角度θ1の大きさが、第3の光束を第2方向から見た場合の最大入射角度である第2入射角度θ2の大きさよりも大きい。すなわち、θ1>θ2の関係を満たす。このため、第1方向から見た場合の絞り47の開口部471の長さL1が、第2方向から見た場合の絞り47の開口部471の長さL2よりも長い、すなわち、L1>L2となるように絞り47が形成されている。
In the case of the present embodiment, as shown in FIGS. 4B and 4C, the magnitude of the first incident angle θ1, which is the maximum incident angle when the third light flux is viewed from the first direction, is the third light flux. Is larger than the magnitude of the second incident angle θ2, which is the maximum incident angle when viewed from the second direction. That is, the relationship of θ1> θ2 is satisfied. Therefore, the length L1 of the
さらに、開口部471の長さの比L1/L2の値が、第3の光束の入射角度の比θ1/θ2と等しくなるように、すなわち、L1/L2=θ1/θ2の関係式を満たすようにL1,L2を設定することがより好ましい。これにより、蛍光YLの部分光束である第6の光束の輝度分布が、拡散装置45で拡散された拡散光の輝度分布と略一致するため、青色光BLの拡散光の輝度分布と蛍光YLの輝度分布の差に起因する色むらを抑制することができる。
Further, the value of the ratio L1 / L2 of the length of the
以上説明したように、本実施形態の光源装置4及びプロジェクター1によれば、以下の効果を得ることができる。 As described above, according to the light source device 4 and the projector 1 of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)本実施形態によれば、絞り47の開口部471の形状は、波長変換装置48に入射する第3の光束の入射角度と対応づいている。具体的に、第3の光束を第1方向から見た場合の最大の入射角度である第1入射角度θ1が、第2方向から見た場合の最大の入射角度である第2入射角度θ2よりも大きい場合、第1方向から見た場合の開口部471の長さL1が、第2方向から見た場合の開口部471の長さL2よりも長くなるように絞り47が形成されている。このため、絞り47から射出される第6の光束の輝度分布は、絞り47に入射する第5の光束の輝度分布とは異なり、第4の光束が有する輝度分布と略一致する。このため、第7の光束である照明光に含まれる第4の光束の輝度分布と第6の光束の輝度分布が略一致するため、輝度分布の差に起因する色むらを、ホモジナイザー光学系を追加することなく抑制できる。この結果、光源装置4の小型化と低コスト化を実現することが可能となる。
(1) According to the present embodiment, the shape of the
(2)本実施形態によれば、光合成装置50は、p偏光及びs偏光のうち、一方を透過し、他方を反射する偏光分離素子51を備えているため、第1の光束を、第2の光束と、第3の光束に分離することができ、一つの光源部41から射出される光束を、拡散装置45と、波長変換装置48の両方に導くことができる。
(2) According to the present embodiment, since the
(3)本実施形態によれば、拡散装置45及び波長変換装置48が反射型であり、光合成装置50が分離部としても合成部としても機能するため、それぞれを別々に設ける場合と比較して、光学部品の部品点数を削減でき、光源装置4のさらなる小型化、低コスト化を実現することができる。
(4)本実施形態によれば、光合成装置50の偏光分離素子51は、青色光BLを偏光成分によって分離するのに対して、蛍光YLについては、その偏光成分によって分離しない。このため、光合成装置50は、第6の光束を無駄なく利用することができる。
(3) According to the present embodiment, the
(4) According to the present embodiment, the
(5)本実施形態によれば、偏光調整装置42が第1の光束に含まれるp偏光とs偏光の割合を調整できるため、光合成装置50で分離される第2の光束と第3の光束の割合を変更することができる。したがって、青色光BLからなる第4の光束と、蛍光YLからなる第6の光束との割合を調整することができ、照明光のホワイトバランスを調整することができる。
(5) According to the present embodiment, since the
(6)本実施形態によれば、偏光調整装置42から射出される青色光BLに含まれるp偏光とs偏光の割合を、第1位相差板421に対する第2位相差板422の相対的な角度を調整することで変更することができる。したがって、照明光のホワイトバランスの調整を簡単な構成で実現することができる。
(6) According to the present embodiment, the ratio of p-polarized light and s-polarized light contained in the blue light BL emitted from the
[他の実施形態]
上記の実施形態では、プロジェクター1は、それぞれ液晶パネルを有する光変調装置343(343R,343G,343B)を備えるとした。しかしながら、これに限らず、2つ以下、あるいは、4つ以上の光変調装置を備えるプロジェクターにも適用可能である。
また、画像投射装置3において、各光学部品のレイアウトは適宜変更可能であり、一部の光学部品を省略してもよい。例えば、上記の実施形態では、光合成装置50が、分離部としての機能と、合成部としての機能の両方を兼ね備えているが、分離部と合成部を別々の光学素子で構成してもよい。この場合、拡散装置45と波長変換装置48は透過型を採用してもよく、第3位相差板43は不要となる。
[Other Embodiments]
In the above embodiment, the projector 1 is provided with an optical modulation device 343 (343R, 343G, 343B) each having a liquid crystal panel. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a projector provided with two or less or four or more optical modulation devices.
Further, in the image projection device 3, the layout of each optical component can be changed as appropriate, and some optical components may be omitted. For example, in the above embodiment, the
上記の実施形態では、光変調装置343は、光入射面と光射出面とが異なる透過型の液晶パネルを有する構成であった。しかしながら、これに限らず、光変調装置343は、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の液晶パネルを有する構成としてもよい。また、入射光束を変調して画像情報に応じた画像を形成可能な光変調装置であれば、マイクロミラーを用いたデバイス、例えば、DMD(Digital Micromirror Device)等を利用したものなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。
In the above embodiment, the
上記の実施形態では、投射光学装置35は、画像形成装置34から−Z方向に沿って入射された画像光を、同じ−Z方向に沿って投射する構成とした。しかしながら、これに限らず、当該投射光学装置35における光路の下流側に非球面ミラーを配置して、画像形成装置34から−Z方向に沿って入射される画像光を他の方向に折り返す構成としてもよい。
In the above embodiment, the projection
上記の実施形態では、本発明の光源装置4をプロジェクター1に適用した例を挙げた。しかしながら、これに限らず、例えば、照明器具及び自動車等のヘッドライト等に、本発明に係る光源装置4を採用してもよい。 In the above embodiment, an example in which the light source device 4 of the present invention is applied to the projector 1 is given. However, the present invention is not limited to this, and the light source device 4 according to the present invention may be adopted, for example, for lighting equipment, headlights of automobiles, and the like.
以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。 The contents derived from the embodiment are described below.
光源装置は、第1の波長帯域に属する第1の光束を射出する光源と、前記第1の光束を、第2の光束と、第3の光束とに分離する分離部と、前記第2の光束が入射し、入射した前記第2の光束を拡散させた第4の光束を射出する拡散装置と、前記第3の光束が入射し、入射した前記第3の光束により励起され、前記第1の波長帯域と異なる第2の波長帯域に属する第5の光束を射出する波長変換装置と、前記第5の光束が入射し、前記第5の光束の部分光束である第6の光束を射出する開口部が形成された絞りと、前記第4の光束と前記第6の光束を合成し、第7の光束を射出する合成部と、を備え、前記第3の光束の中心を通る光線を中心光線とし、前記中心光線と直交する面に平行な第1方向から見た場合、前記中心光線と前記第3の光束に含まれる光線の成す角度のうち、最大の角度を第1入射角度とし、前記中心光線と直交する面に平行で、前記第1方向と直交する第2方向から見た場合、前記中心光線と前記第3の光束に含まれる光線の成す角度のうち、最大の角度を第2入射角度とし、前記第1入射角度が前記第2入射角度よりも大きい場合、前記第1方向から見た前記開口部の長さが前記第2方向から見た前記開口部の長さよりも長いことを特徴とする。 The light source device includes a light source that emits a first luminous flux belonging to the first wavelength band, a separation unit that separates the first luminous flux into a second luminous flux and a third luminous flux, and the second luminous flux. A diffuser that ejects a fourth luminous flux in which a light flux is incident and diffuses the incident second luminous flux, and the third luminous flux is incident and excited by the incident third luminous flux, and the first A wavelength conversion device that emits a fifth light flux belonging to a second wavelength band different from the wavelength band of the above, and a sixth light flux that is a partial light flux of the fifth light beam incident on the fifth light source and emits a sixth light flux. It is provided with a throttle having an opening, a compositing unit that combines the fourth light flux and the sixth light flux, and emits a seventh light flux, and is centered on a light beam passing through the center of the third light flux. When viewed from the first direction parallel to the plane orthogonal to the central light beam, the maximum angle between the central light beam and the light beam included in the third luminous flux is defined as the first incident angle. When viewed from a second direction parallel to the plane orthogonal to the central light beam and orthogonal to the first direction, the maximum angle formed by the central light beam and the light beam included in the third light flux is the first. When the first incident angle is larger than the second incident angle, the length of the opening seen from the first direction is longer than the length of the opening seen from the second direction. It is characterized by that.
この構成によれば、絞りが、第5の光束の一部を遮光し、第5の光束の部分光束である第6の光束を射出する。このとき、絞りの開口部の形状は、波長変換装置に入射する第3の光束の入射角度と対応づいている。具体的に、第3の光束を第1方向から見た場合の最大の入射角度を第1入射角度とし、第3の光束を第1方向と直交する第2方向から見た場合の最大の入射角度を第2入射角度とし、第1入射角度が第2入射角度よりも大きい場合、第1方向から見た場合の開口部の長さが、第2方向から見た場合の開口部の長さよりも長くなるように絞りが形成されている。このため、絞りから射出される第6の光束の輝度分布は、絞りに入射する第5の光束の輝度分布とは異なり、第4の光束が有する輝度分布と略一致する。このため、第7の光束に含まれる第4の光束の輝度分布と第6の光束の輝度分布が略一致するため、輝度分布の差に起因する色むらを、ホモジナイザー光学系を追加することなく抑制できる。この結果、光源装置を小型化することが可能となる。 According to this configuration, the diaphragm blocks a part of the fifth luminous flux and emits a sixth luminous flux which is a partial luminous flux of the fifth luminous flux. At this time, the shape of the opening of the diaphragm corresponds to the incident angle of the third light flux incident on the wavelength conversion device. Specifically, the maximum incident angle when the third light beam is viewed from the first direction is defined as the first incident angle, and the maximum incident angle when the third light beam is viewed from the second direction orthogonal to the first direction. When the angle is the second incident angle and the first incident angle is larger than the second incident angle, the length of the opening when viewed from the first direction is larger than the length of the opening when viewed from the second direction. The throttle is formed so that it becomes longer. Therefore, the luminance distribution of the sixth luminous flux emitted from the diaphragm is different from the luminance distribution of the fifth luminous flux incident on the diaphragm, and is substantially the same as the luminance distribution of the fourth luminous flux. Therefore, since the luminance distribution of the fourth luminous flux included in the seventh luminous flux and the luminance distribution of the sixth luminous flux are substantially the same, the color unevenness caused by the difference in the luminance distribution can be eliminated without adding a homogenizer optical system. Can be suppressed. As a result, the light source device can be miniaturized.
この光源装置において、前記分離部は、第1の偏光成分の光束と、前記第1の偏光成分と異なる第2の偏光成分の光束のうち、一方を透過して他方を反射する偏光分離素子を備え、前記偏光分離素子によって前記第1の光束を前記第2の光束と前記第3の光束とに分離することが望ましい。 In this light source device, the separation unit comprises a polarization separation element that transmits one of the light flux of the first polarization component and the light flux of the second polarization component different from the first polarization component and reflects the other. It is desirable that the first light beam is separated into the second light beam and the third light beam by the polarization separating element.
この構成によれば、分離部は、第1の偏光成分及び第2の偏光成分のうち、一方を透過し、他方を反射する偏光分離素子を備えているため、第1の光束を、第2の光束と、第3の光束に分離することができ、一つの光源のみから射出される光束を、拡散装置と、波長変換装置の両方に導くことができる。 According to this configuration, since the separation unit includes a polarization separation element that transmits one of the first polarization component and the second polarization component and reflects the other, the first light flux is transmitted to the second. The light flux can be separated into a third light flux, and the light flux emitted from only one light source can be guided to both the diffuser and the wavelength conversion device.
この光源装置において、前記拡散装置及び前記波長変換装置は反射型であり、前記分離部は、前記合成部としても機能し、前記拡散装置で反射された前記第4の光束と、前記波長変換装置で反射されて前記絞りを透過した前記第6の光束とを前記偏光分離素子によって合成することが望ましい。 In this light source device, the diffuser and the wavelength converter are of a reflection type, and the separation unit also functions as the synthesizer, and the fourth light flux reflected by the diffuser and the wavelength converter It is desirable that the sixth light beam reflected by the polarizing element and transmitted through the aperture is combined with the polarization separating element.
この構成によれば、拡散装置及び波長変換装置が反射型であり、分離部は、合成部としても機能するため、分離部と合成部を別々に設ける場合と比較して、光学部品の部品点数を削減でき、光源装置を小型化することができる。 According to this configuration, the diffuser and the wavelength converter are reflective, and the separation unit also functions as a synthesis unit. Therefore, the number of optical components is larger than that in the case where the separation unit and the composition unit are separately provided. Can be reduced and the light source device can be miniaturized.
この光源装置において、前記偏光分離素子は、前記第2の波長帯域に属する光束を偏光成分によって分離しないことが望ましい。 In this light source device, it is desirable that the polarization separating element does not separate the light flux belonging to the second wavelength band by the polarization component.
この構成によれば、偏光分離素子は、第2の波長帯域に属する第6の光束を、その偏光成分によって分離しない。このため、合成部は、第2の波長帯域に属する第6の光束を無駄なく利用することができる。 According to this configuration, the polarization separating element does not separate the sixth luminous flux belonging to the second wavelength band by its polarization component. Therefore, the synthesis unit can utilize the sixth luminous flux belonging to the second wavelength band without waste.
この光源装置において、前記光源と、前記分離部との間の光路上に配置され、前記第1の光束に含まれる前記第1の偏光成分の割合を調整する偏光調整装置を備えることが望ましい。 In this light source device, it is desirable to include a polarization adjusting device which is arranged on an optical path between the light source and the separation portion and adjusts the ratio of the first polarization component contained in the first light flux.
この構成によれば、偏光調整装置が第1の光束に含まれる第1の偏光成分の割合を調整できるため、分離部で分離される第2の光束と第3の光束の割合を変更することができる。したがって、第1の波長帯域に属する第4の光束と、第2の波長帯域に属する第6の光束との割合を調整することができ、照明光のホワイトバランスを調整することができる。 According to this configuration, since the polarization adjusting device can adjust the ratio of the first polarization component contained in the first light flux, the ratio of the second light flux and the third light flux separated by the separation portion can be changed. Can be done. Therefore, the ratio of the fourth luminous flux belonging to the first wavelength band and the sixth luminous flux belonging to the second wavelength band can be adjusted, and the white balance of the illumination light can be adjusted.
この光源装置において、前記偏光調整装置は、前記光源と、前記分離部との間の光路上に配置される第1位相差板と、前記第1位相差板と、前記分離部との間の光路上に配置される第2位相差板と、を備え、前記第1位相差板及び前記第2位相差板の少なくとも一方は、前記第1の光束と直交する面内の角度が調整可能に設けられることが望ましい。 In this light source device, the polarization adjusting device is located between a first retardation plate arranged on an optical path between the light source and the separation portion, the first retardation plate, and the separation portion. A second retardation plate arranged on an optical path is provided, and at least one of the first retardation plate and the second retardation plate can adjust the angle in a plane orthogonal to the first light source. It is desirable to be provided.
この構成によれば、偏光調整装置から射出される第1の光束に含まれる第1の偏光成分の割合を、第1位相差板に対する第2位相差板の相対的な角度を調整することで変更することができる。したがって、照明光のホワイトバランスの調整を簡単な構成で実現することができる。 According to this configuration, the ratio of the first polarization component contained in the first light flux emitted from the polarization adjusting device is adjusted by adjusting the relative angle of the second retardation plate with respect to the first retardation plate. Can be changed. Therefore, the white balance of the illumination light can be adjusted with a simple configuration.
プロジェクターは、上記の光源装置と、前記光源装置から射出される前記第7の光束を変調して画像を形成する画像形成装置と、前記画像形成装置によって形成された前記画像を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする。 The projector includes the light source device, an image forming device that modulates the seventh luminous flux emitted from the light source device to form an image, and a projection optical device that projects the image formed by the image forming device. It is characterized by having.
この構成によれば、第1の波長帯域に属する第4の光束の輝度分布と、第2の波長帯域に属する第6の光束の輝度分布の不一致に起因する色むらを抑制しつつ、小型のプロジェクターを提供できる。 According to this configuration, the color unevenness caused by the inconsistency between the luminance distribution of the fourth luminous flux belonging to the first wavelength band and the luminance distribution of the sixth luminous flux belonging to the second wavelength band is suppressed, and the size is small. A projector can be provided.
1…プロジェクター、2…外装筐体、3…画像投射装置、31…均一化装置、32…色分離装置、33…リレー装置、34…画像形成装置、35…投射光学装置、36…光学部品用筐体、4…光源装置、41…光源部、411…固体光源、412…マイクロレンズ、413…放熱部材、42…偏光調整装置、421…第1位相差板、422…第2位相差板、43…第3位相差板、44…第1集光素子、441〜443…レンズ、45…拡散装置、451…拡散層、452…基板、46…第2集光素子、461〜463…レンズ、47…絞り、471…開口部、48…波長変換装置、481…波長変換素子、482…支持体、483…回転装置、49…第4位相差板、50…光合成装置、51…偏光分離素子、Ax…照明光軸、Ax1…第1照明光軸、Ax2…第2照明光軸、BL…青色光、Rc…中心光線、Re1…第1外周光線、Re2…第2外周光線、SA…固体光源アレイ、SL…固体光源ユニット、SU…光源ユニット、YL…蛍光。 1 ... Projector, 2 ... Exterior housing, 3 ... Image projection device, 31 ... Uniformization device, 32 ... Color separation device, 33 ... Relay device, 34 ... Image forming device, 35 ... Projection optical device, 36 ... For optical components Housing, 4 ... light source device, 41 ... light source unit, 411 ... solid light source, 412 ... microlens, 413 ... heat dissipation member, 42 ... polarization adjusting device, 421 ... first phase difference plate, 422 ... second phase difference plate, 43 ... 3rd phase difference plate, 44 ... 1st light source element, 441-443 ... lens, 45 ... diffuser, 451 ... diffusion layer, 452 ... substrate, 46 ... 2nd light source element, 461-463 ... lens, 47 ... aperture, 471 ... opening, 48 ... wavelength conversion device, 481 ... wavelength conversion element, 482 ... support, 483 ... rotating device, 49 ... fourth retardation plate, 50 ... photosynthesis device, 51 ... polarization separation element, Ax ... Illumination optical axis, Ax1 ... 1st illumination optical axis, Ax2 ... 2nd illumination optical axis, BL ... Blue light, Rc ... Central ray, Re1 ... 1st outer peripheral ray, Re2 ... Second outer peripheral ray, SA ... Solid light source Array, SL ... Solid light source unit, SU ... Light source unit, YL ... Fluorescent.
Claims (7)
前記第1の光束を、第2の光束と、第3の光束とに分離する分離部と、
前記第2の光束が入射し、入射した前記第2の光束を拡散させた第4の光束を射出する拡散装置と、
前記第3の光束が入射し、入射した前記第3の光束により励起され、前記第1の波長帯域と異なる第2の波長帯域に属する第5の光束を射出する波長変換装置と、
前記第5の光束が入射し、前記第5の光束の部分光束である第6の光束を射出する開口部が形成された絞りと、
前記第4の光束と前記第6の光束を合成し、第7の光束を射出する合成部と、を備え、
前記第3の光束の中心を通る光線を中心光線とし、
前記中心光線と直交する面に平行な第1方向から見た場合、前記中心光線と前記第3の光束に含まれる光線の成す角度のうち、最大の角度を第1入射角度とし、
前記中心光線と直交する面に平行で、前記第1方向と直交する第2方向から見た場合、前記中心光線と前記第3の光束に含まれる光線の成す角度のうち、最大の角度を第2入射角度とし、
前記第1入射角度が前記第2入射角度よりも大きい場合、前記第1方向から見た前記開口部の長さが前記第2方向から見た前記開口部の長さよりも長いことを特徴とする光源装置。 A light source that emits a first luminous flux belonging to the first wavelength band,
A separation unit that separates the first luminous flux into a second luminous flux and a third luminous flux,
A diffuser in which the second luminous flux is incident and emits a fourth luminous flux that diffuses the incident second luminous flux.
A wavelength conversion device in which the third luminous flux is incident, excited by the incident third luminous flux, and emits a fifth luminous flux belonging to a second wavelength band different from the first wavelength band.
A diaphragm in which the fifth luminous flux is incident and an opening for emitting a sixth luminous flux, which is a partial luminous flux of the fifth luminous flux, is formed.
A compositing unit that synthesizes the fourth luminous flux and the sixth luminous flux and emits a seventh luminous flux is provided.
A ray passing through the center of the third luminous flux is defined as a central ray.
When viewed from the first direction parallel to the plane orthogonal to the central ray, the maximum angle between the central ray and the ray included in the third light beam is defined as the first incident angle.
When viewed from a second direction parallel to the plane orthogonal to the central ray and orthogonal to the first direction, the maximum angle among the angles formed by the central ray and the light rays contained in the third light beam is the first. 2 incident angles
When the first incident angle is larger than the second incident angle, the length of the opening seen from the first direction is longer than the length of the opening seen from the second direction. Light source device.
前記分離部は、前記合成部としても機能し、前記拡散装置で反射された前記第4の光束と、前記波長変換装置で反射されて前記絞りを透過した前記第6の光束とを前記偏光分離素子によって合成することを特徴とする請求項2に記載の光源装置。 The diffuser and the wavelength converter are reflective and are reflective.
The separation unit also functions as the synthesis unit, and separates the fourth light flux reflected by the diffuser and the sixth light flux reflected by the wavelength conversion device and transmitted through the aperture. The light source device according to claim 2, wherein the light source device is synthesized by an element.
前記光源と、前記分離部との間の光路上に配置される第1位相差板と、
前記第1位相差板と、前記分離部との間の光路上に配置される第2位相差板と、を備え、
前記第1位相差板及び前記第2位相差板の少なくとも一方は、前記第1の光束と直交する面内の角度が調整可能に設けられることを特徴とする請求項5に記載の光源装置。 The polarization adjusting device is
A first retardation plate arranged on an optical path between the light source and the separation portion,
A second retardation plate arranged on an optical path between the first retardation plate and the separation portion is provided.
The light source device according to claim 5, wherein at least one of the first retardation plate and the second retardation plate is provided with an adjustable angle in a plane orthogonal to the first luminous flux.
前記光源装置から射出される前記第7の光束を変調して画像を形成する画像形成装置と、
前記画像形成装置によって形成された前記画像を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とするプロジェクター。 The light source device according to any one of claims 1 to 6.
An image forming apparatus that modulates the seventh luminous flux emitted from the light source apparatus to form an image, and an image forming apparatus.
A projector including a projection optical device for projecting the image formed by the image forming apparatus.
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