JP2020173302A5

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Publication number: JP2020173302A5
Application number: JP2019073995A
Authority: JP
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2022-04-21
Anticipated expiration: 2039-04-09

Description

本発明の一側面としての光源装置は、第１の偏光光を発する第１の光源と、第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光を発する第２の光源と、第１の偏光光および第２の偏光光のうち一方の偏光光を透過させて他方の偏光光を反射する光学素子と、該光学素子からの第１の偏光光の偏光方向を回転させて偏光回転光を生成する偏光回転手段と、光学素子からの第２の偏光光を該第２の偏光光とは波長が異なる波長変換光に変換する波長変換手段と、制御手段を有する。光学素子は、波長変換光と偏光回転光とを合成して出射光を生成する。そして、制御手段は、第１および第２の光源の発光量の変化に応じて、第１の光源の発光量の変化量と第２の光源の発光量の変化量とが異なるように又は第１の光源の発光量と第２の光源の発光量との比が変化するように、第１および第２の光源のうち少なくとも一方の光源の発光量を制御することを特徴とする。なお、上記光源装置を備えた画像投射装置も、本発明の他の一側面を構成する。

また、上記光源装置の制御方法であって、第１および第２の光源の発光量の変化を取得するステップと、該変化に応じて、第１の光源の発光量の変化量と第２の光源の発光量の変化量とが異なるように又は第１の光源の発光量と第２の光源の発光量との比が変化するように、第１および第２の光源のうち少なくとも一方の光源の発光量を制御するステップとを有する制御方法も、本発明の他の一側面を構成する。さらに上記光源装置のコンピュータに上記制御方法に従う処理を実行させるコンピュータプログラムも、本発明の他の一側面を構成する。

本発明の実施例１～５である光源装置を搭載可能なプロジェクタの構成を示す図。実施例１，２の光源装置の構成を示す図。実施例１～４の光源装置が有する光合成部の構成を示す図。実施例１，２の光源装置における第１青色光の光路を示す図。実施例１，２の光源装置における第２青色光の光路を示す図。実施例１，２の光源装置における蛍光光の光路を示す図。実施例１，２における偏光分離膜の特性を示す図。実施例１における光源の明るさによる色変化を示す図。実施例２における光源装置からの光の分光強度分布を示す図。実施例３の光源装置の構成を示す図。実施例３の光源装置における赤色光の光路を示す図。実施例３の光源装置における青色光の光路を示す図。実施例３の光源装置における蛍光光の光路を示す図。実施例３における偏光分離膜の特性を示す図。実施例３の光源装置からの光の分光分布を示す図。実施例３における光源の明るさによる色変化を示す図。実施例４の光源装置の構成を示す図。実施例４の光源装置における第１青色光の光路を示す図。実施例４の光源装置における第２青色光および赤色光の光路を示す図。実施例４の光源装置における蛍光光の光路を示す図。実施例５の光源装置の構成を示す図。実施例５の偏光分離部の構成を示す図。実施例５の光源装置における青色光の光路を示す図。実施例５の光源装置における赤色光の光路を示す図。実施例５の光源装置における蛍光光の光路を示す図。実施例１～５の偏光分離部の構成を示す図。実施例１～５における光源制御を示すフローチャート。

なお、プロジェクタＰのユーザが、光源装置１００Ａからの出射光量（以下、光源の明るさという）を設定することも可能である。具体的には、コントローラ２０は、プロジェクタＰに対する設定操作によってユーザが設定した光源の明るさ設定値（出射光量に関するユーザ設定値）を取得し、該明るさ設定値に応じて青色ＬＤアレイ１Ｂ，２Ｂのうち少なくとも一方の光量を変化させる（図２７のステップＳ１０１′，１０２）。

ここでは、ユーザが光源の明るさを６０％に設定した場合について説明する。ユーザによって光源の明るさが６０％に設定されると、光源装置１００Ａから出射する光量が最大出力の６０％となるように青色ＬＤアレイ２Ｂの光量を減少させる。ただし、上述した蛍光体の輝度飽和特性によって、青色ＬＤアレイ２Ｂからの光量を６０％にすると、蛍光光量は６０％よりも多い値となる。本実施例では、コントローラ２０は、青色ＬＤアレイ２Ｂの光量を５０％にすることで、蛍光体からの蛍光光量を６０％とする。また、青色ＬＤアレイ２Ｂの光量を５０％にすると、光源装置１００Ａから出射する光のｙ値が０．３４となり、光源の明るさが１００％のときと比較して０．０４低下することがルックアップテーブルより想定される。

そして本実施例でも、青色ＬＤアレイ１Ｂ，２Ｂのうち少なくとも一方からの光量の変化によって光源装置１００Ａ′からの光の色度が変化する現象を抑制する。このために、コントローラ２０は、実施例１で説明したように青色ＬＤアレイ１Ｂ，２Ｂからの光量を変化させながら、該光量と光源装置１００Ａ′から出射する光の色度との関係をルックアップテーブルとしてメモリに保存する。さらに青色ＬＤアレイ１Ｂ，２Ｂの劣化量を取得し、青色ＬＤアレイ２Ｂの光量が減少に対応する青色ＬＤアレイ１Ｂの光量の増加量をルックアップテーブルから求め、青色ＬＤアレイ１Ｂの駆動電流を増加させる。

また実施例１でも説明したように、プロジェクタＰのユーザが設定した光源の明るさ設定値に応じて青色ＬＤアレイ１Ｂ，２Ｂのうち少なくとも一方の光量を変化させてもよい。

青色光Ｂ_ＬＤＳのうち黄色蛍光体層により波長変換されなかった非変換青色光Ｂ_Ｆは、集光光学系１１により平行光化され、λ／４板１０を通過して偏光分離膜６１２に入射する。偏光分離膜６１２に入射する非変換青色光Ｂ _Ｆの偏光方向は乱れており、非変換青色光Ｂ _ＦのうちＳ偏光成分Ｂ_ＦＳは偏光分離膜６１２によって反射されて青色ＬＤアレイ２Ｂに戻され、Ｐ偏光成分Ｂ_ＦＰは偏光分離膜６１２を透過して照明光学系ＩＳに導かれる。

図１６は、青色ＬＤアレイ２Ｂからの励起光量（ＢＬＤ）の変化に対する光源装置１００Ｂから出射する光の色度の変化を●で示す。この図は、横軸の励起光量の最大値を１（本実施例では１５０Ｗ）として、縦軸に光源装置１００Ｂから出射する光のｘ値を示している。

例として、青色ＬＤアレイ２Ｂの光量が５０％減少した場合は、光源装置１００Ｂから出射する光のｘ値が０．０２５低下することが、ルックアップテーブルより想定される。一方、光源装置１００Ｂから出射する光のｘ値が０．０２５低下すると、蛍光光量は４５％減少する。このため、赤色ＬＤアレイ１Ｒの光量も４５％減少させることが必要であることが、ルックアップテーブルから求められる。このことから、コントローラ２０は、赤色ＬＤアレイ１Ｒの光量をプロジェクタＰの使用初期の光量から４５％減少させるように赤色ＬＤアレイ１Ｒの駆動電流を増加させる（ステップＳ１０２）。これにより、光源装置１００Ｂから出射する光の色の変化を抑制することができる。

また、図１０に示すように、青色ＬＤアレイ２Ｂが含む青色ＬＤの個数よりも赤色ＬＤアレイ１Ｒが含む赤色ＬＤの個数の方が多くなるようにすることで、赤色光の不足をより軽減することが可能となる。

図１９は、青色ＬＤアレイ２Ｂからの青色光Ｂ２_ＬＤが蛍光体ユニット１２を介して照明光学系ＩＳに導かれるときの光路を示している。図１８にて説明したように、Ｓ偏光である青色光Ｂ２_ＬＤＳは、偏光分離膜６１２によって反射される。反射された青色光Ｂ２_ＬＤＳは、λ／４板１０により円偏光に変換され、集光光学系１１により集光されて蛍光体ホイール１２１上の黄色蛍光体層に入射する。黄色蛍光体層は、励起光である青色光のうち一部を青色光よりも波長が長い蛍光光としての黄色光（赤色光＋緑色光）に波長変換する。

一方、青色ＬＤアレイ３Ｂからの光量が一定であれば、光源装置から射出される青色光量は一定となる。したがって、青色ＬＤアレイ２Ｂからの励起光量を増加させていくと蛍光光量が増加するため、光源装置１００Ｃから出射する光の色度は、蛍光光の色度から、励起光と蛍光光の色度を結んだ線上を通って励起光の色度に近づくように変化する。本実施例において、青色ＬＤアレイ２Ｂからの励起光量（Ｂ２_ＬＤ）の変化に対する光源装置１００Ｃから出射する光の色度（ｙ値）の変化は、図８に●で示したようになる。図に示すように、励起光量を約半分にすると、蛍光光量が減少するため、光源装置１００Ｃから出射する光の色度であるｙ値は０．３８から０．２９まで低下する。

例として、青色ＬＤアレイ２Ｂの光量が５０％減少した場合は、光源装置１００Ｃから出射する光のｙ値が０．０２５低下することが、ルックアップテーブルより想定される。一方、光源装置１００Ｃから出射する光のｙ値が０．０２５低下すると蛍光光量が４５％低下するため、それと同じ光量だけ赤色ＬＤアレイ１Ｒからの赤色光量を減少させる必要であることが、ルックアップテーブルから求められる。このことから、コントローラ２０は、赤色ＬＤアレイ１Ｒからの赤色光量を、プロジェクタＰの使用初期の光量よりも４５％減少させるように赤色ＬＤアレイ１Ｒの駆動電流を減少させる。この結果、光源装置１００Ｃから出射する光の色の変化を抑制することができる。

なお、プロジェクタＰのユーザが、光源の明るさを設定することも可能である。具体的には、コントローラ２０は、プロジェクタＰに対する設定操作によってユーザが設定した光源の明るさ設定値を取得し、該明るさ設定値に応じて青色ＬＤアレイ２Ｂ，３Ｂのうち少なくとも一方の光量を変化させる（図２７のステップＳ１０１′，１０２）。

ここでは、ユーザが光源の明るさを６０％に設定した場合について説明する。ユーザによって光源の明るさが６０％に設定されると、光源装置１００Ｃから出射する光量が最大出力の６０％となるように青色ＬＤアレイ２Ｂの光量を減少させる。ただし、上述した蛍光体の輝度飽和特性によって、青色ＬＤアレイ２Ｂからの光量を６０％にすると、蛍光光量は６０％よりも多い値となる。本実施例では、コントローラ２０は、青色ＬＤアレイ２Ｂの光量を５０％にすることで、蛍光体からの蛍光光量を６０％とする。また、青色ＬＤアレイ２Ｂの光量を５０％にすると、光源装置１００Ｃから出射する光のｙ値が０．３４となり、光源の明るさが１００％のときと比較して０．０４低下することがルックアップテーブルより想定される。

一方、光源装置１００Ｃから出射する光のｙ値が０．０４下がると蛍光光量が４０％低下するため、それと同じ光量だけ赤色ＬＤアレイ１Ｒからの赤色光量を減少させることが必要であることが上記ルックアップテーブルから求められる。したがって、コントローラ２０は、赤色ＬＤアレイ１Ｒからの赤色光量を４０％減少させるように、赤色ＬＤアレイ１Ｒの駆動電流を増加させる。これにより、ユーザが設定した光源の明るさが得られ、かつ光源装置１００Ｃから出射する光の色の変化を抑制することができる。

図２１は、実施例５の光源装置１００Ｄの構成を示している。本実施例の光源装置１００Ｄは、実施例３の光源装置１００Ｂに設けられた偏光分離部６とは構成が異なる偏光分離部６１を有するとともに、実施例３の光源装置１００Ｂに設けられたλ／４板１０を備えていない。また、本実施例の光源装置１００Ｄは、実施例３の光源装置１００Ｂに設けられていないλ／２板５を備えている。

実施例３で説明した偏光分離部６においては透明基板６１１の入射側の面の全面に偏光分離膜６１２が設けられていた。一方、本実施例の偏光分離部６１においては、図２２（ａ），（ｂ）に示すように、透明基板６１１の入射側の面のうち一部に入射側偏光分離膜６１２ａが設けられ、該入射側偏光分離膜６１２ａが設けられている領域とは異なる領域（入射側偏光分離膜６１２ａの周囲）に位相差付与部６１３が設けられている。位相差付与部６１３は、ここに入射したＳ偏光をＰ偏光に変換し、Ｐ偏光をＳ偏光に変換する（すなわち、偏光方向を９０°回転させる）特性を有する。出射側偏光分離膜６１２ｂは、透明基板６１１の出射側の面の全面に設けられている。

黄色蛍光体層により波長変換されなかった非変換青色光ＢＦは、集光光学系１１により平行光化されて偏光分離部６１に入射する。偏光分離部６１に入射する非変換青色光Ｂ _Ｆの偏光方向は乱れている。非変換青色光ＢＦのうちＳ偏光成分ＢＦＳの一部は、入射側偏光分離膜６１２ａによって反射されて青色ＬＤアレイ２Ｂに戻される。また、位相差付与部６１３に入射したＳ偏光成分ＢＦＳは、Ｐ偏光としての青色光ＢＦＰに変換されて出射側偏光分離膜６１２ｂを透過して照明光学系ＩＳに導かれる。

図２５は、蛍光体ユニット１２からの蛍光光Ｒ_Ｆ，Ｇ_Ｆが照明光学系ＩＳに導かれるときの光路を示す。入射側偏光分離膜６１２ａに入射した蛍光光Ｒ_Ｆ，Ｇ_Ｆのうち赤色光ＬＤアレイ１Ｒからの赤色光Ｒ_ＬＤとは波長が異なる赤色蛍光光Ｒ_Ｆの一部は、偏光分離部６１の入射側および出射側偏光分離膜６１２ａ，６１２ｂを透過して照明光学系ＩＳに導かれる。また位相差付与部６１３に入射した赤色蛍光光Ｒ_ＦのうちＰ偏光成分は、位相差付与部６１３によりＳ偏光ＲＦＳに変換されて出射側偏光分離膜６１２ｂで反射されて赤色ＬＤアレイ１Ｒの側に戻される。一方、位相差付与部６１３に入射した赤色蛍光光ＲＦのうちＳ偏光成分は、位相差付与部６１３によりＰ偏光Ｒ_ＦＰに変換されて出射側偏光分離膜６１２ｂを透過して照明光学系ＩＳに導かれる。

Claims

第１の偏光光を発する第１の光源と、
前記第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光を発する第２の光源と、
前記第１の偏光光および前記第２の偏光光のうち一方の偏光光を透過させて他方の偏光光を反射する光学素子と、
前記光学素子からの前記第１の偏光光の偏光方向を回転させて偏光回転光を生成する偏光回転手段と、
前記光学素子からの前記第２の偏光光を該第２の偏光光とは波長が異なる波長変換光に変換する波長変換手段と、
制御手段を有し、
前記光学素子は、前記波長変換光と前記偏光回転光とを合成して出射光を生成し、
前記制御手段は、前記第１および第２の光源の発光量の変化に応じて、前記第１の光源の発光量の変化量と前記第２の光源の発光量の変化量とが異なるように又は前記第１の光源の発光量と前記第２の光源の発光量との比が変化するように、前記第１および第２の光源のうち少なくとも一方の光源の発光量を制御することを特徴とする光源装置。
前記制御手段は、
前記第１および第２の光源のそれぞれの点灯時間を取得し、
該点灯時間から取得される前記発光量の変化量に応じて前記少なくとも一方の光源の発光量を制御することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記制御手段は、
前記出射光の明るさに関するユーザ設定値を取得し、
前記ユーザ設定値に応じた前記発光量の変化量に応じて前記少なくとも一方の光源の発光量を制御することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記第１の偏光光と前記第２の偏光光とは波長が互いに異なることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光源装置。
前記第１の偏光光および前記第２の偏光光はともに青色光であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
前記第１の偏光光は赤色光であり、前記第２の偏光光は青色光であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
前記光学素子は、
透光性基板と、
該透光性基板のうち少なくとも一方の面に設けられ、前記一方の偏光光を透過して前記他方の偏光光を反射する偏光分離膜を有することを特徴する請求項１から６のいずれか一項に記載の光源装置。
前記偏光分離膜が、前記透光性基板の前記一方の面における一部に、前記光学素子に前記第１および第２の光源からの前記第１の偏光光および前記第２の偏光光が入射する面積よりも広い面積を有するように設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
前記第１の偏光光と前記第２の偏光光とを合成して前記光学素子に導く光合成素子を有し、
前記光合成素子は、
前記第１の偏光光および前記第２の偏光光のうち一方を透過させる透過領域と、
前記第１の偏光光および前記第２の偏光光のうち他方を反射する反射領域を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光源装置。
前記透過領域と前記反射領域のうち前記第２の偏光光が入射する一方の領域の面積が、他方の領域の面積よりも広いことを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
前記光学素子における前記第１の光源側の面に反射防止膜が設けられていることを特徴とする請求項９または１０に記載の光源装置。
前記光学素子からの前記第１の偏光光を拡散させて前記光学素子に戻す拡散手段を有し、
前記偏光回転手段は、前記光学素子と前記拡散手段との間に設けられた第１のλ／４板であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の光源装置。
前記光学素子と前記波長変換手段との間に、第２のλ／４板が設けられていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の光源装置。
前記光学素子は、前記波長変換手段から入射した光の偏光方向を回転させる位相差付与部を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の光源装置。
前記第１の偏光光および前記第２の偏光光とは波長が異なる第３の偏光光を発する第３の光源を、前記第１の光源とは別の第１の光源として有することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の光源装置。
請求項１から１５のいずれか一項に記載の光源装置と、
該光源装置から出射した光を変調する光変調手段を有し、
前記光変調手段により変調された光を投射して画像を表示することを特徴とする画像投射装置。
第１の偏光光を発する第１の光源と、前記第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光を発する第２の光源と、前記第１の偏光光および前記第２の偏光光のうち一方の偏光光を透過させて他方の偏光光を反射する光学素子と、前記光学素子からの前記第１の偏光光の偏光方向を回転させて偏光回転光を生成する偏光回転手段と、前記光学素子からの前記第２の偏光光を該第２の偏光光とは波長が異なる波長変換光に変換する波長変換手段とを有し、前記光学素子は前記波長変換光と前記偏光回転光とを合成して出射光を生成する光源装置の制御方法であって、
前記第１および第２の光源の発光量の変化を取得するステップと、
該変化に応じて、前記第１の光源の発光量の変化量と前記第２の光源の発光量の変化量とが異なるように又は前記第１の光源の発光量と前記第２の光源の発光量との比が変化するように、前記第１および第２の光源のうち少なくとも一方の光源の発光量を制御するステップとを有することを特徴とする光源装置の制御方法。
第１の偏光光を発する第１の光源と、前記第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光を発する第２の光源と、前記第１の偏光光および前記第２の偏光光のうち一方の偏光光を透過させて他方の偏光光を反射する光学素子と、前記光学素子からの前記第１の偏光光の偏光方向を回転させて偏光回転光を生成する偏光回転手段と、前記光学素子からの前記第２の偏光光を該第２の偏光光とは波長が異なる波長変換光に変換する波長変換手段とを有し、前記光学素子は前記波長変換光と前記偏光回転光とを合成して出射光を生成する光源装置のコンピュータに、請求項１７に記載の制御方法に従う処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。