JP2021033034A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の反射効率を向上させることが可能な光源装置を提供する。
【解決手段】青色レーザ光を第１の方向に射出する青色レーザモジュール２１と、平面形状の入射面を有し、入射した青色レーザ光を反射させて蛍光体２４に導入すると共に、蛍光体２４で励起された光の少なくとも一部を透過するダイクロイックミラー２２を備える。ダイクロイックミラー２２の入射面には、青色レーザ光を反射するダイクロコートが形成されたダイクロコート領域Ｓ１が設けられ、ダイクロコート領域Ｓ１は、入射面上での第１の方向に直交する方向の距離が、青色レーザモジュール２１から遠いほど、長くなるように形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プロジェクタ装置などに用いられる光源装置に関する。

プロジェクタ装置などに用いられる光源装置の従来例として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１では、レーザ光源から出射される青色の励起光をダイクロイックミラーで反射させて蛍光板に照射し、蛍光板で励起された光をダイクロイックミラーに透過させることが記載されている。

また、特許文献１に記載された光源装置では、ダイクロイックミラーにレーザ光源からの青色励起光を反射する励起光反射部を複数箇所に形成し、該励起光反射部で青色の励起光を蛍光板の方向に反射させている。

特開２０１７−１５６４０３号公報

しかしながら、特許文献１ではダイクロイックミラーに複数の励起光反射部を形成しているので、励起光反射部と、透過部との境界となる辺が多くなり、この部分での光の反射効率が低下するという問題があった。この辺での反射効率低下は、反射部のダイクロコートを蒸着で形成するとき、蒸着用マスクの陰の影響で辺でのダイクロコートの形成が設計通りにできないこと、などが原因である。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、光の反射効率を向上させることが可能な光源装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る光源装置は、青色レーザ光を射出する青色レーザモジュールと、平面形状の入射面を有し、入射した青色レーザ光を、青色レーザ光の射出方向である第１の方向とは異なる第２の方向に反射させて蛍光体に導入すると共に、蛍光体で励起され、第２の方向の逆方向に射出された光の少なくとも一部を透過するダイクロイックミラーと、を備える。ダイクロイックミラーの入射面には、青色レーザ光を反射するダイクロコートが形成されたダイクロコート領域を有し、ダイクロコート領域は、入射面上での第１の方向に直交する方向の距離が、青色レーザモジュールから遠いほど、長くなるように形成されている。

本発明に係る光源装置では、光の反射効率を向上させることが可能となる。

図１は、本発明の実施形態に係る光源装置が搭載される投射装置の構成を示す説明図である。 図２は、本発明の実施形態に係る光源装置の詳細な構成を示す説明図である。 図３は、本発明の実施形態に係るダイクロイックミラーの入射面に形成されるダイクロコート領域、及び透過領域を示す説明図である。 図４は、比較例に係るダイクロイックミラーの入射面に形成されるダイクロコート領域、及び透過領域を示す説明図である。 図５は、比較例に係るダイクロイックミラーを用いた光源装置の構成を示す説明図である。 図６は、ダイクロイックミラーの変形例の構成を示す説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光源装置が搭載された投射装置の構成を示す説明図、図２は光源装置の詳細な構成を示す説明図である。図１に示すように、第１実施形態に係る投射装置１は、光源装置２と、照明光学系３と、光変調素子４（４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ）と、投射光学系５と、を備えている。

図２に示すように、光源装置２は、ｓ波の青色レーザ光ＢＬを射出する青色レーザモジュール２１と、射出された青色レーザ光ＢＬの経路上に設けられたダイクロイックミラー２２と、ダイクロイックミラー２２で反射した青色レーザ光ＢＬを集光する集光レンズ２３と、蛍光体ホイール２５と、蛍光体２４と、を備えている。

図３は、ダイクロイックミラー２２の入射面の構成を示す説明図である。図３に示すように、ダイクロイックミラー２２は平面形状の入射面を有している。ダイクロイックミラー２２の入射面には、ダイクロコートされている台形形状のダイクロコート領域Ｓ１と、ダイクロコートされていない透過領域Ｓ２が形成されている。ダイクロコート領域Ｓ１は特定の波長帯域の光を選択的に反射させる領域であり、本実施形態ではｓ波の青色レーザ光を反射させ、それ以外の光を透過する。また、透過領域Ｓ２は入射した光を透過する領域である。

青色レーザモジュール２１より射出される青色レーザ光ＢＬの射出方向（図２で上から下を向く方向）を第１の方向とする。ダイクロイックミラー２２の入射面は、第１の方向に対して４５°だけ傾斜して配置されている。なお、本実施形態では、一例として４５°傾斜して配置する例について説明するが、本発明はこれに限定されない。光の入射方向と反射方向が異なればよい。

また、図３に示すように、台形形状をなすダイクロコート領域Ｓ１の、短辺ｈ１側（互いに平行となる２辺の短辺側）は、青色レーザモジュール２１から近い側に配置され、長辺ｈ２側は、青色レーザモジュール２１から遠い側に配置されている。即ち、ダイクロコートは、ダイクロイックミラー２２の入射面上での第１の方向に直交する方向の距離が、青色レーザモジュール２１から遠いほど、長くなるように形成されている。

第１の方向から入射したｓ波の青色レーザ光はダイクロコート領域Ｓ１にて９０°の方向に反射し、集光レンズ２３で集光された後、蛍光体２４に導入される。反射した青色レーザ光の方向（図２で左から右に向く方向）を第２の方向とする。

蛍光体２４を固定する蛍光体ホイール２５は、例えば円板形状を有する。蛍光体２４は、蛍光体ホイール２５の鏡面である表面の外周部に形成されている。青色レーザ光ＢＬが蛍光体２４に照射されることにより、蛍光体２４は励起され、赤色成分と緑色成分とを含む黄色光（Ｙ）を発光する。更に、青色光を反射する。なお、反射された青色光は蛍光体により散乱されているため、ｓ波とｐ波を含んでいる。

蛍光体ホイール２５を回転させた状態で青色レーザ光ＢＬを蛍光体２４に照射することにより、青色レーザ光ＢＬが照射されることに起因して発生する局部的な温度上昇を、蛍光体ホイール２５の外周部全体に分散させることができる。これにより、蛍光体２４の温度上昇を抑制することができる。

蛍光体２４より射出される黄色光、青色光は、第２の方向の反対方向（図２で右から左に向く方向）からダイクロイックミラー２２の入射面に照射される。黄色光、青色光は例えば、図３に示す楕円領域Ｓ３に導入される。楕円領域Ｓ３中の、ダイクロコート領域Ｓ１に導入されたｓ波の青色光は、該ダイクロコート領域Ｓ１にて反射し、第１の方向の反対の方向に照射される。ダイクロコート領域Ｓ１は、蛍光体２４で励起された光が照射される楕円領域Ｓ３よりも狭い。

一方、楕円領域Ｓ３中の透過領域Ｓ２に導入された光、及びダイクロコート領域Ｓ１を透過した光（黄色光、青色光（ｐ波、ｓ波））は、ダイクロイックミラー２２を透過し、照明光ＷＬＬとして図１に示す照明光学系３へ導入される。

即ち、ダイクロイックミラー２２は、平面形状の入射面を有し、入射した青色レーザ光を、青色レーザ光の射出方向である第１の方向とは異なる第２の方向に反射させて蛍光体２４に導入する。更に、蛍光体２４で励起され、第２の方向の逆方向に射出された光の少なくとも一部を透過する。

図１に戻って、照明光学系３は、反射ミラー３０、３１、３２と、フライアイレンズ３３、３４と、偏光変換素子３５と、レンズ３６〜３９とを有する。更に照明光学系３は、クロスダイクロイックミラー４０と、ダイクロイックミラー４１と、反射型偏光板４２（図では、４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂと記載）とを有する。

反射ミラー３０は、照明光学系３に入射した照明光ＷＬＬをフライアイレンズ３３及び３４に向けて反射する。フライアイレンズ３３、３４は、光変調素子４に照射される照明光ＷＬＬの照明分布を均一化する。

偏光変換素子３５は、照明光ＷＬＬを、ｐ偏光及びｓ偏光のうちのいずれか一方の偏光に揃える。偏光変換素子３５は、照明光ＷＬＬを、例えばｓ偏光に揃える。ｓ偏光に揃えられた照明光ＷＬＬは、レンズ３６を介してクロスダイクロイックミラー４０へ入射する。クロスダイクロイックミラー４０は、照明光ＷＬＬを黄色照明光ＹＬＬと青色照明光ＢＬＬとに分離する。

クロスダイクロイックミラー４０によって分離された黄色照明光ＹＬＬは、反射ミラー３１で反射し、ダイクロイックミラー４１に入射する。ダイクロイックミラー４１は、黄色照明光ＹＬＬを、赤色成分を含む赤色照明光ＲＬＬと、緑色成分を含む緑色照明光ＧＬＬとに分離する。

ダイクロイックミラー４１は、赤色照明光ＲＬＬを透過させ、緑色照明光ＧＬＬを反射する。反射型偏光板４２は、ｐ偏光及びｓ偏光のうちのいずれか一方を透過させ、他方を反射する。反射型偏光板４２は、例えばｓ偏光を透過させ、ｐ偏光を反射する。反射型偏光板４２は、例えばワイヤグリッドで構成することができる。

光変調素子４、及び反射型偏光板４２を色ごとに区別するために、赤色照明光ＲＬＬが照射される光変調素子４、及び反射型偏光板４２を、光変調素子４Ｒ、及び反射型偏光板４２Ｒとする。緑色照明光ＧＬＬが照射される光変調素子４、及び反射型偏光板４２を、光変調素子４Ｇ、及び反射型偏光板４２Ｇとする。青色照明光ＢＬＬが照射される光変調素子４、及び反射型偏光板４２を、光変調素子４Ｂ及び、反射型偏光板４２Ｂとする。

ダイクロイックミラー４１を透過した赤色照明光ＲＬＬは、レンズ３７を介して反射型偏光板４２Ｒへ入射する。ｐ偏光の赤色照明光ＲＬＬは、反射型偏光板４２Ｒを透過して光変調素子４Ｒに照射される。光変調素子４Ｒは、赤色成分の画像データに基づいて、赤色照明光ＲＬＬを画素ごとに光変調し、ｓ偏光の赤色画像光ＲＭＬを生成する。赤色画像光ＲＭＬは、反射型偏光板４２Ｒで反射し、投射光学系５へ入射する。

ダイクロイックミラー４１で反射した緑色照明光ＧＬＬは、レンズ３８を介して反射型偏光板４２Ｇへ入射する。ｐ偏光の緑色照明光ＧＬＬは、反射型偏光板４２Ｇを透過して光変調素子４Ｇに照射される。光変調素子４Ｇは、緑色成分の画像データに基づいて、緑色照明光ＧＬＬを画素ごとに光変調し、ｓ偏光の緑色画像光ＧＭＬを生成する。緑色画像光ＧＭＬは、反射型偏光板４２Ｇで反射し、投射光学系５へ入射する。

クロスダイクロイックミラー４０によって分離された青色照明光ＢＬＬは、反射ミラー３２で反射し、レンズ３９を介して反射型偏光板４２Ｂへ入射する。ｐ偏光の青色照明光ＢＬＬは、反射型偏光板４２Ｂを透過して光変調素子４Ｂに照射される。光変調素子４Ｂは、青色成分の画像データに基づいて、青色照明光ＢＬＬを画素ごとに光変調し、ｓ偏光の青色画像光ＢＭＬを生成する。青色画像光ＢＭＬは、反射型偏光板４２Ｂで反射し、投射光学系５へ入射する。

投射光学系５は、色合成プリズム４３と投射レンズ４４とを有する。投射光学系５へ入射した赤色画像光ＲＭＬ、緑色画像光ＧＭＬ、及び青色画像光ＢＭＬは、色合成プリズム４３によって合成され、投射レンズ４４によってフルカラー画像の表示画像としてスクリーン等の被投射媒体へ拡大投射される。

［本実施形態の作用の説明］
次に、上述のように構成された投射装置１に搭載された光源装置２の作用について説明する。図４は、図２に示したダイクロイックミラーの入射面に、複数の短冊形状をなすダイクロコート領域Ｓ１１を形成した構成（従来のダイクロイックミラーの構成）を示す説明図であり、図５は図４に示したダイクロイックミラーを用いた投光装置の光の経路を示す説明図である。

図４に示すように、ダイクロコート領域Ｓ１１が複数の短冊形状に分割されていることにより、ダイクロコート領域Ｓ１１と透過領域Ｓ１２との境界となる辺が多くなり、この部分での光の反射効率が低下する。

これに対して、本実施形態では図３にて説明したように、台形形状をなす一つのダイクロコート領域Ｓ１とされているので、ダイクロコート領域Ｓ１と透過領域Ｓ２との境界となる辺は少なく、反射効率の低下が軽減される。更に、ｓ波とｐ波の分離性能を高めることができる。

更に図３に示したように、台形の短辺ｈ１側が青色レーザモジュール２１から近い側に配置され、台形の長辺ｈ２側が青色レーザモジュール２１から遠い側に配置されている。このため、青色レーザモジュール２１からの距離が遠い位置で、青色レーザ光ＢＬが反射する領域が広くなっている。その結果、青色レーザモジュール２１から射出され、反射面に到達するまでに若干広がっている青色レーザ光を、均一に蛍光体２４側に反射させることができる。

［本実施形態の効果の説明］
このようにして、本実施形態に係る光源装置２では、ダイクロイックミラー２２の入射面に、台形形状のダイクロコート領域Ｓ１を形成しており、この台形形状は、入射面上で第１の方向に直交する方向の距離が、青色レーザモジュール２１から遠いほど、長くなるように形成されている。

従って、青色レーザモジュール２１より射出されたｓ波の青色レーザ光ＢＬを均一に第２の方向へ反射させて蛍光体２４に導入させることができる。従って、蛍光体２４を安定的に励起させて、黄色光を発生させることができる。

また、ダイクロコート領域Ｓ１が台形形状をなしていることにより、第２の方向の反対方向に射出した黄色光、青色光を効率よくダイクロイックミラー２２を透過させて、照明光学系３に導入することが可能となる。

［変形例の説明］
上述した実施形態では、ダイクロコート領域Ｓ１の形状が台形形状である例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、図６（ａ）に示すように台形でない四角形Ｑ１とすることや、図６（ｂ）に示すように、曲線の辺を持つ形状Ｑ２としてもよい。

即ち、ダイクロコート領域Ｓ１は、入射面上での第１の方向に直交する方向の距離が、青色レーザモジュール２１から遠いほど（即ち、図３に示す符号ｈ２に近づくほど）、長くなるように形成されていればよい。

以上、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、上記した実施形態では、青色レーザモジュール２１がｓ波の青色レーザ光を射出する例について説明したが、ｐ波としてもよい。

１ 投射装置
２ 光源装置
３ 照明光学系
４（４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ） 光変調素子
５ 投射光学系
２１ 青色レーザモジュール
２２ ダイクロイックミラー
２３ 集光レンズ
２４ 蛍光体
２５ 蛍光体ホイール
３０〜３２ 反射ミラー
３３、３４ フライアイレンズ
３５ 偏光変換素子
３６〜３９ レンズ
４０ クロスダイクロイックミラー
４１ ダイクロイックミラー
４２（４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ） 反射型偏光板
４３ 色合成プリズム
４４ 投射レンズ

Claims (3)

1. 青色レーザ光を射出する青色レーザモジュールと、
   平面形状の入射面を有し、入射した前記青色レーザ光を、青色レーザ光の射出方向である第１の方向とは異なる第２の方向に反射させて蛍光体に導入すると共に、前記蛍光体で励起され、前記第２の方向の逆方向に射出された光の少なくとも一部を透過するダイクロイックミラーと、を備え、
   前記ダイクロイックミラーの入射面には、前記青色レーザ光を反射するダイクロコートが形成されたダイクロコート領域を有し、
   前記ダイクロコート領域は、前記入射面上での前記第１の方向に直交する方向の距離が、前記青色レーザモジュールから遠いほど、長くなるように形成されていること
   を特徴とする光源装置。
2. 前記ダイクロイックミラーに形成される前記ダイクロコート領域は、前記蛍光体で励起された光が照射される領域よりも狭いこと
   を特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記ダイクロコートは、互いに平行な短辺と長辺を有する台形形状をなし、前記長辺は、前記青色レーザモジュールから遠い位置に配置されていること
   を特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
   

Images