JP2021051129A - Light source device and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。 The present invention relates to a light source device and a projector.
近年、プロジェクターの高輝度化に伴い、光源にレーザー光源を用いたプロジェクターが普及し始めている。特許文献1には、レーザー光源から射出された光を拡散板によって拡散し、その拡散光を光源として利用した映像表示装置が開示されている。 In recent years, with the increase in brightness of projectors, projectors using a laser light source as a light source have begun to spread. Patent Document 1 discloses an image display device in which light emitted from a laser light source is diffused by a diffuser plate and the diffused light is used as a light source.
しかしながら、拡散光を光源として用いると、拡散能力の限界に起因して、光の照度の均一化が困難となる。このため、拡散光を表示装置の光源として用いると、照度ムラが発生する場合がある。特に、複数のレーザー発光素子を光源として使用する場合はその傾向が顕著であり、各レーザー発光素子の配置に起因した照度ムラが発生しやすいという課題がある。 However, when diffused light is used as a light source, it becomes difficult to make the illuminance of the light uniform due to the limitation of the diffusing ability. Therefore, when diffused light is used as a light source of a display device, uneven illuminance may occur. In particular, when a plurality of laser emitting elements are used as a light source, the tendency is remarkable, and there is a problem that illuminance unevenness due to the arrangement of each laser emitting element is likely to occur.
本願の光源装置は、第1光を射出する複数の固体光源と、前記第1光の第1光束を透過し、前記第1光の第2光束を反射する光分離素子と、前記光分離素子の後段に設けられ、入射した光束を拡散させる拡散素子と、前記光分離素子で反射された前記第2光束を、前記拡散素子に向けて反射する反射素子と、を備え、前記第1光束は、前記拡散素子の収束領域に集光し、前記反射素子は、前記第2光束を前記収束領域に集光させ、前記複数の固体光源は、前記拡散素子と略直交し、前記収束領域を通る軸に対して回転対称となるように配置されることを特徴とする。 The light source device of the present application includes a plurality of solid-state light sources that emit first light, a light separation element that transmits the first light beam of the first light and reflects the second light beam of the first light, and the light separation element. A diffusing element provided in the subsequent stage and diffusing the incident light source, and a reflecting element that reflects the second light source reflected by the light separating element toward the diffusing element, and the first light source is provided. , The reflecting element focuses the second light beam on the converging region, and the plurality of solid-state light sources are substantially orthogonal to the diffusing element and pass through the converging region. It is characterized in that it is arranged so as to be rotationally symmetric with respect to the axis.
上記の光源装置において、前記光分離素子は、前記第1光が入射され、前記第1光を前記第1光束と、前記第2光束と、に分離する分離領域と、前記反射素子で反射された前記第2光束が通過する透過領域と、を有することが望ましい。 In the above light source device, the light separation element is reflected by the reflection element and a separation region in which the first light is incident and separates the first light into the first light flux and the second light flux. It is desirable to have a transmission region through which the second luminous flux passes.
上記の光源装置において、前記反射素子は、負のパワーを有することが望ましい。 In the above light source device, it is desirable that the reflecting element has a negative power.
上記の光源装置において、前記複数の固体光源を固定する固定部材を備え、前記固定部材は、前記複数の固体光源から射出された前記第1光束が、前記収束領域に入射するように前記複数の固体光源を固定することが望ましい。 The light source device includes a fixing member for fixing the plurality of solid light sources, and the fixing member comprises the plurality of fixing members so that the first light flux emitted from the plurality of solid light sources is incident on the convergence region. It is desirable to fix the solid light source.
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た光を変調する光変調装置と、前記光変調装置から射出された光を投写する投写レンズと、を備えることを特徴とする。 The projector of the present application is characterized by including the above-mentioned light source device, a light modulation device that modulates the light emitted from the light source device, and a projection lens that projects the light emitted from the light modulation device. ..
以下、実施形態の光源装置およびプロジェクターについて、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。 Hereinafter, the light source device and the projector of the embodiment will be described with reference to the drawings. In each of the following figures, the scale of each member is different from the actual one in order to make each member recognizable in size.
図1は、光源装置1の構成を示す概略図である。以下、図1を参照しながら光源装置1の構成を説明する。 FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the light source device 1. Hereinafter, the configuration of the light source device 1 will be described with reference to FIG.
図1に示すように、光源装置1は、例えば、プロジェクターの光源として用いられるものであり、固体光源としての複数のレーザー光源12と、拡散素子14と、光分離素子15と、反射素子16とを有する。
As shown in FIG. 1, the light source device 1 is used, for example, as a light source of a projector, and includes a plurality of
レーザー光源12は、第1光としてのレーザー光11を射出する。レーザー光源12からレーザー光11が射出される方向には、光分離素子15が配置され、さらにその後段には拡散素子14が配置されている。
The
拡散素子14として、例えば、拡散板が挙げられる。拡散板は、表面にランダムな凹凸が形成されたガラス基板であり、この凹凸は、例えば、ガラス基板の光射出側の面に形成されている。この凹凸にレーザー光11が入射することにより、レーザー光11の散乱、拡散が起こる。なお、拡散素子14は、拡散効果を得ることができれば上記の態様に限定されない。拡散素子14は、光源装置1の光軸ax0と略直交し、この光軸ax0上に、後述する収束領域141が位置するように配置される。
Examples of the diffusing
光分離素子15は、入射したレーザー光11の光束のうち、一部を透過し、残りを反射する。光分離素子15は、光源装置1の光軸ax0と直交し、かつ、その中心を光源装置1の光軸ax0が通過するように、光源装置1と拡散素子14の間に配置される。本明細書では、光分離素子15に入射したレーザー光11の光束のうち、光分離素子15を透過する光束を第1光束17と呼称する。また、光分離素子15に入射したレーザー光11の光束のうち、光分離素子15で反射される光束を第2光束18と呼称する。
The
光分離素子15として、例えば、ハーフミラーが挙げられるが、光分離素子15の透過率は特に限定されず、適宜変更可能である。また、光分離素子15は、ハーフミラーに限定されず、例えば、偏光分離膜などを用いてもよい。この場合、レーザー光源12を、レーザー光11の射出方向を回転軸として回転させたり、位相差板を用いてレーザー光源12から射出されるレーザー光11の偏光分布を変化させたりすればよい。
Examples of the
光分離素子15は、光源装置1の光軸ax0と交差する透過領域151と、透過領域151の外周を囲むように設けられ、入射光の一部を透過して残りを反射する分離領域152を有している。なお、実施形態では、分離領域152の中央に開口部を形成し、この開口部を透過領域151としているが、透過領域151は、レーザー光11が透過可能な透明部材で構成されていてもよい。
The
反射素子16は、光分離素子15で反射された第2光束18を拡散素子14の収束領域141に向けて反射可能な位置に配置される。反射素子16は負のパワーを有する光学素子であり、例えば、凸ミラーが挙げられる。
The reflecting
図2は、レーザー光源12の構造を側方から見た概略断面図である。以下、図2を参照しながらレーザー光源12の構造を説明する。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the structure of the
図2に示すように、レーザー光源12は、パッケージ120と、レーザー発光素子10と、集光レンズ13と、を含んで構成されている。
As shown in FIG. 2, the
パッケージ120は、レーザー発光素子10と集光レンズ13とを内部に固定すると共に、これらを保護する。
The
レーザー発光素子10は、例えば、青色のレーザー光11を射出する。青色のレーザー光11としては、例えばピーク波長が455nmのレーザー光11が挙げられる。集光レンズ13は、レーザー発光素子10から射出されたレーザー光11を集光する。集光レンズ13を設けることで、レーザー光11を集光して拡散素子14に入射させることが可能となり、拡散素子14にできる擬似光源サイズを小さくすることができる。その結果、例えば、光源装置1をプロジェクターに搭載した際、光利用効率を向上させることができる。
The
図3は、レーザー光源12を光軸ax0に沿った方向から見た概略図である。以下、レーザー光源12について図3を参照しながら説明する。
FIG. 3 is a schematic view of the
図3に示すように、複数のレーザー光源12には、それぞれが青色のレーザー光を射出する第1レーザー光源121と、第2レーザー光源122と、第3レーザー光源123と、第4レーザー光源124と、が含まれる。
As shown in FIG. 3, the plurality of
第1レーザー光源121は、第1レーザー光11aを射出する。第2レーザー光源122は、第2レーザー光11bを射出する。第3レーザー光源123は、第3レーザー光11cを射出する。第4レーザー光源124は、第4レーザー光11dを射出する。
The first
第1レーザー光源121、第2レーザー光源122、第3レーザー光源123、第4レーザー光源124は、光分離素子15の分離領域152に入射したレーザー光11a,11b,11c,11dのうち、光分離素子15を透過した第1光束17が、拡散素子14内の局所的な領域に集光するように配置される。すなわち、各々のレーザー光源12が、光源装置1の光軸ax0に対して回転対称となるように配置されている。なお、これ以降、第1光束17が集光する拡散素子14内の領域を収束領域141と呼称する。収束領域141は、点であることが理想であるが、微小な大きさを有する領域であってもよい。実施形態では、収束領域141は、平面視で拡散素子14の中央に位置し、側面視で拡散素子14の射出面の近傍に位置している。
The first
一方、光分離素子15の分離領域152に入射したレーザー光11a,11b,11c,11dのうち、光分離素子15で反射された第2光束18は、反射素子16で再度反射され、光分離素子15の透過領域151を通過して拡散素子14に入射する。
On the other hand, of the
図4Aは、第1レーザー光源121を固定する第1固定部材161および第3レーザー光源123を固定する第3固定部材163の構成を示す模式図である。図4Bは、第2レーザー光源122を固定する第2固定部材162および第4レーザー光源124を固定する第4固定部材164の構成を示す模式図である。以下、第1固定部材161〜第4固定部材164の構成を、図4Aおよび図4Bを参照しながら説明する。
FIG. 4A is a schematic view showing the configuration of the first fixing
図4Aに示すように、第1固定部材161は、第1レーザー光源121を所定の角度で固定するために用いられる。具体的には、第1レーザー光源121は、第1レーザー光11aのうち、光分離素子15を透過する第1光束17が、拡散素子14の収束領域141に入射するように第1固定部材161に固定されている。
As shown in FIG. 4A, the first fixing
また、第3固定部材163は、第3レーザー光源123を所定の角度で固定するために用いられる。具体的には、第3レーザー光源123は、第3レーザー光11cのうち、光分離素子15を透過する第1光束17が、拡散素子14の収束領域141に入射するように第3固定部材163に固定されている。
Further, the third fixing
図4Bに示すように、第2固定部材162は、第2レーザー光源122を所定の角度で固定するために用いられる。具体的には、第2レーザー光源122は、第2レーザー光11bのうち、光分離素子15を透過する第1光束17が、拡散素子14の収束領域141に入射するように第2固定部材162に固定されている。
As shown in FIG. 4B, the second fixing
また、第4固定部材164は、第4レーザー光源124を所定の角度で固定するために用いられる。具体的には、第4レーザー光源124は、第4レーザー光11dのうち、光分離素子15を透過する第1光束17が、拡散素子14の収束領域141に入射するように第4固定部材164に固定されている。
Further, the fourth fixing
第1固定部材161〜第4固定部材164の材質は、レーザー光源12で発生する熱を排熱できるような、例えば、銅などの高熱伝導部材で構成されている。
The material of the first fixing
このように、各レーザー光源121〜124は、それぞれから射出されるレーザー光11a〜11dが、光源装置1の光軸ax0と所定の角度を成し、かつ、これらの第1光束17が、拡散素子14の収束領域141に入射するように配置されている。これにより、第1光束17に含まれる各レーザー光11a〜11dは、それぞれが共通の収束領域141を基点として拡散される。このため、第1光束17に含まれる各レーザー光11a〜11dは、拡散素子14により同様の拡散分布を有して拡散される。実施形態では、レーザー光11a〜11dと、光源装置1の光軸ax0との成す角は30°である。
In this way, the
さらに、各レーザー光源121〜124は、光源装置1の光軸ax0に対して互いに回転対称に配置されている。これにより、各レーザー光源121〜124から射出された各レーザー光11a〜11dの一部の光束からなる第1光束17が拡散素子14で拡散された拡散光の照度分布は、光源装置1の光軸ax0に対して回転対称になる。
Further, the
図5は、光源装置1におけるレーザー光11の進行状態を示す概略図である。以下、レーザー光11の進行状態を、図5を参照しながら説明する。なお、図5では、簡単のため、第1レーザー光源121および第3レーザー光源123から射出されるレーザー光11a,11cについて示しているが、第2レーザー光源122および第4レーザー光源124から射出されるレーザー光11b,11dについても同様である。
FIG. 5 is a schematic view showing the progress state of the
図5に示すように、第1レーザー光源121から射出された第1レーザー光11aは、レーザー発光素子10から射出された第1レーザー光11aが集光レンズ13によって集光されて、光分離素子15の分離領域152に入射する。光分離素子15の分離領域152に入射した第1レーザー光11aは、光分離素子15によって2つの光束に分離される。具体的に、第1レーザー光11aは、光分離素子15の分離領域152を透過する第1光束17aと、光分離素子15の分離領域152で反射され、反射素子16に向かう第2光束18aとの2つに分離される。実施形態において、光分離素子15は、透過率80%、反射率20%の部分透過ミラーである。また、実施形態において、反射素子16は、反射面の頂点および曲率中心が光源装置1の光軸ax0上にあり、拡散素子14側に反射面を向けた凸ミラーである。すなわち、反射素子16は、負のパワーを有する。
As shown in FIG. 5, in the
光分離素子15を透過した第1レーザー光11aの第1光束17aは、拡散素子14の収束領域141に集光し、拡散素子14により拡散されて第1拡散光19aとなる。一方、光分離素子15の分離領域152で反射された第2光束18aは、反射素子16で再度反射される。反射素子16で反射された第1レーザー光11aの第2光束18aは、光分離素子15の透過領域151を通過し、拡散素子14の収束領域141に集光される。拡散素子14の収束領域141に集光した第1レーザー光11aの第2光束18aは、拡散素子14により拡散されて第2拡散光20aとなる。
The first
同様に、第3レーザー光源123から射出された第3レーザー光11cは、レーザー発光素子10から射出された第3レーザー光11cが集光レンズ13によって集光されて、光分離素子15の分離領域152に入射し、分離領域152において2つの光束に分離される。そして、第1レーザー光11aと同様、拡散素子14において、第3レーザー光11cの第1光束17cの拡散光である第1拡散光19cと、第3レーザー光11cの第2光束18cの拡散光である第2拡散光20cとなる。図5では、第1光束17a,17cおよび第1拡散光19a,19cを破線で示し、第2光束18a,18cおよび第2拡散光20a,20cを二点鎖線で示している。
Similarly, in the
また、図示は省略するが、第2レーザー光源122から射出された第2レーザー光11bは、光分離素子15を透過した第1光束17bの拡散光である第1拡散光19bと、光分離素子15で反射した第2光束18bの拡散光である第2拡散光20bとなる。また、第4レーザー光源124から射出された第4レーザー光11dは、光分離素子15を透過した第1光束17dの拡散光である第1拡散光19dと、光分離素子15で反射した第2光束18dの拡散光である第2拡散光20dとなる。なお、これ以降、第1拡散光19a,19b,19c,19dは、それぞれを区別せずに第1拡散光19とも表記され、第2拡散光20a,20b,20c,20dは、第2拡散光20とも表記される。
Although not shown, the
ここで、第1レーザー光源121と、第3レーザー光源123は、光源装置1の光軸ax0に対して互いに回転対称に配置されている。したがって、光源装置1の光軸ax0に対する第1レーザー光11aの成す角である第1入射角と、光源装置1の光軸ax0に対する第3レーザー光11cの成す角である第2入射角は等しくなる。そのため、拡散素子14に対する第1レーザー光11aの第1光束17aの入射角と、拡散素子14に対する第3レーザー光11cの第1光束17cの入射角も等しくなる。
Here, the first
また、第1レーザー光11aの第1光束17aが集光される収束領域141と、第3レーザー光11cの第1光束17cが集光される収束領域141は、拡散素子14の射出面の中心で略一致する。このため、第1レーザー光11aの第1拡散光19aと、第3レーザー光11cの第1拡散光19cの照度分布は、光源装置1の光軸ax0に対して互いに回転対称となる。
Further, the
さらに、第1入射角と、第2入射角が等しく、かつ、光分離素子15が光源装置1の光軸ax0と直交するように配置されているので、光分離素子15の分離領域152で反射される第1レーザー光11aの第2光束18aの反射角と、光分離素子15の分離領域152で反射される第3レーザー光11cの第2光束18cの反射角も等しくなる。
Further, since the first incident angle and the second incident angle are equal and the
加えて、実施形態では、反射素子16である凸ミラーは、その頂点と曲率中心が光源装置1の光軸ax0上にあるように配置されており、その反射面は、光軸ax0に対して回転対称である。したがって、第1レーザー光11aの第2光束18aの反射素子16への入射角と、第3レーザー光11cの第2光束18cの反射素子16への入射角も等しくなる。故に、第1レーザー光11aの第2光束18aの反射素子16での反射角と、第3レーザー光11cの第2光束18cの反射素子16での反射角も等しくなる。
In addition, in the embodiment, the convex mirror which is the reflecting
ここで、反射素子16である凸ミラーの曲率は、反射素子16で反射された光束が、拡散素子14の収束領域141に集光するように設定されている。したがって、拡散素子14に入射する第1レーザー光11aの第2光束18aと、光源装置1の光軸ax0との成す角である第3入射角は、拡散素子14に入射する第1レーザー光11aの第1光束17aと、光源装置1の光軸ax0との成す角である第1入射角よりも小さくなる。故に、第1レーザー光11aの第2拡散光20aと、光源装置1の光軸ax0との成す角についても、第1レーザー光11aの第1拡散光19aと、光源装置1の光軸ax0との成す角よりも小さくなる。
Here, the curvature of the convex mirror, which is the reflecting
ここで、反射素子16が負のパワーを有する凸ミラーである理由を、図5を参照しながら説明する。
Here, the reason why the reflecting
図5から分かるように、光分離素子15の分離領域152で反射され、反射素子16で再度反射されてから拡散素子14に入射する第2光束18a,18cの光路長は、光分離素子15を透過して拡散素子14に入射する第1光束17a,17cの光路長と比べて長くなる。反射素子16が負のパワーを有しない場合、第2光束18a,18cは拡散素子14に入射する前に集光されるため、収束領域141の位置における第2光束18の集光スポットサイズが大きくなる。集光スポットが大きくなると、光源装置1を組み込む光学システムの光の利用効率が低下してしまう。一方、反射素子16が負のパワーを有する場合、第2光束18の集光位置が延びる。このため、負のパワーを有する反射素子16を第2光束18の光路上に適切に配置すると、拡散素子14の収束領域141上に第2光束18を集光させることが可能になる。
As can be seen from FIG. 5, the optical path lengths of the second
同様に、拡散素子14に入射する第3レーザー光11cの第2光束18cと、光源装置1の光軸ax0との成す角である第4入射角は、拡散素子14に入射する第3レーザー光11cの第1光束17cと、光源装置1の光軸ax0との成す角である第2入射角よりも小さくなる。したがって、第3レーザー光11cの第2拡散光20cと、光源装置1の光軸ax0との成す角についても、第3レーザー光11cの第1拡散光19cと、光源装置1の光軸ax0との成す角よりも小さくなる。
Similarly, the fourth incident angle, which is the angle formed by the second
光源装置1の光軸ax0と拡散光との成す角の大きさの違いは、拡散素子14から射出される拡散光の照度分布に差として表れる。以下に、第1拡散光19と第2拡散光20の照度分布の違いについて、それぞれ説明する。
The difference in the size of the angle formed by the optical axis ax0 of the light source device 1 and the diffused light appears as a difference in the illuminance distribution of the diffused light emitted from the diffused
まず、第1拡散光19について説明する。光源装置1の光軸ax0との成す角が大きい第1拡散光19は、照度のピークが光源装置1の光軸ax0から離れた位置に来るような照度分布をとる。よって、各レーザー光源121〜124から射出されたレーザー光11a〜11dに対応するそれぞれ第1拡散光19a〜19dが互いにほとんど重ならない。したがって、拡散素子14から射出される第1拡散光19全体の照度分布は、光源装置1の光軸ax0の近傍で照度が小さくなる。
First, the first diffused light 19 will be described. The first diffused light 19 having a large angle with the optical axis ax0 of the light source device 1 has an illuminance distribution such that the peak of the illuminance comes to a position away from the optical axis ax0 of the light source device 1. Therefore, the first diffused
続いて、第2拡散光20について説明する。光源装置1の光軸ax0との成す角が小さい第2拡散光20は、第1拡散光19に比べて、照度のピークが光源装置1の光軸ax0に近い位置に来るような照度分布をとる。よって、各レーザー光源121〜124から射出されたレーザー光11a〜11dに対応するそれぞれ第2拡散光20a〜20dの大部分は、光源装置1の光軸ax0近傍において互いに重なる。したがって、拡散素子14から射出される第2拡散光20全体の照度分布は、光源装置1の光軸ax0の近傍で照度が非常に大きく、周辺に向かって照度が減衰する。
Subsequently, the second diffused
このように、実施形態の光源装置1において、光分離素子15を透過した第1光束17と、光分離素子15で反射された第2光束18とは、それぞれ異なる入射角で拡散素子14へ入射する。このため、第1光束17の拡散光である第1拡散光19の照度分布と、第2光束18の拡散光である第2拡散光20の照度分布も互いに異なる。これら互いに異なる照度分布を有する拡散光を重ね合わせることによって、それぞれの拡散光における照度の不足領域を補完しあうことが可能になり、照度ムラを抑制することができる。その結果、拡散素子14からは、拡散透過した第1拡散光19および第2拡散光20の合成光であり、照度分布が均一化された拡散光140が射出される。
As described above, in the light source device 1 of the embodiment, the
図6は、実施形態の照度分布のシミュレーションを行った際の光源装置1の構成を示す模式図である。図7は、比較例の照度分布のシミュレーションを行った際の光源装置101の構成を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic view showing the configuration of the light source device 1 when the illuminance distribution of the embodiment is simulated. FIG. 7 is a schematic view showing the configuration of the
図6および図7に示す光源装置1および光源装置101は、図1に示す構成に加えて、拡散素子14によって拡散された拡散光140を平行にする第1レンズ9aおよび第2レンズ9bを備えている。
In addition to the configuration shown in FIG. 1, the light source device 1 and the
図7に示す比較例の光源装置101の構成は、実施形態における光源装置1の構成から、光分離素子15と、反射素子16とを除いたものであり、それ以外の構成は、実施形態と同様である。
The configuration of the
図8Aおよび図8Bは、実施形態の光源装置1の照度分布のシミュレーション結果を示す図である。具体的に、図8Aは、実施形態の光源装置1によって得られた拡散光140を光源装置1の光軸ax0に沿った方向から見たときの2次元照度分布の図である。図8Bは、図8Aに示す拡散光140のB−B’線に沿う照度分布およびC−C’線に沿う照度分布を表すグラフである。 8A and 8B are diagrams showing simulation results of the illuminance distribution of the light source device 1 of the embodiment. Specifically, FIG. 8A is a diagram of a two-dimensional illuminance distribution when the diffused light 140 obtained by the light source device 1 of the embodiment is viewed from a direction along the optical axis ax0 of the light source device 1. FIG. 8B is a graph showing the illuminance distribution along the BB'line and the illuminance distribution along the CC'line of the diffused light 140 shown in FIG. 8A.
図8Aに示す図は、実施形態の光源装置1の構成において、照度分布のシミュレーションを行った結果を白黒の階調で示している。B−B’線とC−C’線の交点が、光源装置1の光軸ax0である。 The figure shown in FIG. 8A shows the result of simulating the illuminance distribution in the configuration of the light source device 1 of the embodiment in black and white gradation. The intersection of the BB'line and the CC' line is the optical axis ax0 of the light source device 1.
なお、図8Aに示す照度分布は、白色になるにしたがって放射照度が大きいことを示している。図8Bに示すグラフは、横軸が光軸ax0からの距離を示しており、縦軸は放射照度の大きさを示している。図8Bに示す照度分布を見て分かるように、実施形態の光源装置1の構成に基づく照度分布のシミュレーションでは、照度に顕著なピークがなく、拡散光140の広い範囲で均一な照度分布となっていることが分かる。
The illuminance distribution shown in FIG. 8A indicates that the irradiance increases as the color becomes whiter. In the graph shown in FIG. 8B, the horizontal axis shows the distance from the optical axis ax0, and the vertical axis shows the magnitude of irradiance. As can be seen from the illuminance distribution shown in FIG. 8B, in the simulation of the illuminance distribution based on the configuration of the light source device 1 of the embodiment, there is no remarkable peak in the illuminance, and the illuminance distribution is uniform over a wide range of the diffused
一方、図9Aおよび図9Bは、比較例の光源装置101の照度分布のシミュレーション結果を示す図である。具体的に、図9Aは、比較例の光源装置101によって得られた拡散光140を光源装置101の光軸に沿った方向から見たときの2次元照度分布の図である。図9Bは、図9Aに示す拡散光のD−D’線に沿う照度分布およびE−E’線に沿う照度分布を表すグラフである。
On the other hand, FIGS. 9A and 9B are diagrams showing simulation results of the illuminance distribution of the
図9Aに示す図は、比較例の光源装置101の構成において、照度分布のシミュレーションを行った結果を白黒の階調で示している。D−D’線とE−E’線の交点が、光源装置101の光軸である。
The figure shown in FIG. 9A shows the result of simulating the illuminance distribution in the configuration of the
なお、図9Aに示す照度分布は、白色になるにしたがって放射照度が大きいことを示している。図9Bに示すグラフは、横軸が光軸ax0からの距離を示しており、縦軸は放射照度の大きさを示している。図9Bに示す照度分布を見て分かるように、比較例の光源装置101の構成に基づく照度分布のシミュレーションでは、光軸から離れた位置に2箇所のピークがある一方、光軸付近では照度の低下が見られ、照度分布が不均一になっていることが分かる。
The illuminance distribution shown in FIG. 9A indicates that the irradiance increases as the color becomes whiter. In the graph shown in FIG. 9B, the horizontal axis shows the distance from the optical axis ax0, and the vertical axis shows the magnitude of irradiance. As can be seen from the illuminance distribution shown in FIG. 9B, in the simulation of the illuminance distribution based on the configuration of the
このように、実施形態の光源装置1は、比較例の光源装置101と比較して、レーザー光源12と、拡散素子14との間に、光分離素子15と、反射素子16とを配置しているので、均一な照度分布を有する拡散光140を得ることができる。
As described above, in the light source device 1 of the embodiment, the
図10は、実施形態の光源装置1を適用したプロジェクター2の構成を示す模式図である。以下、図10を参照しながらプロジェクター2の構成を説明する。
FIG. 10 is a schematic view showing the configuration of the
図10に示すように、プロジェクター2は、スクリーンSCR上にカラー映像を表示する投写型画像表示装置であり、青色用照明装置21と、黄色用照明装置22と、色分離光学系3と、光変調装置4Bと、光変調装置4Rと、光変調装置4Gと、合成光学系5と、投写レンズとしての投写光学系6と、を備えている。
As shown in FIG. 10, the
青色用照明装置21は、光源装置1と、第1ピックアップ光学系211と、第1インテグレーター光学系212と、第1重畳レンズ213とを有しており、これらは光軸ax1上に順次配置されている。
The
光源装置1から射出された青色光BL1は、第1ピックアップ光学系211で平行化され、第1インテグレーター光学系212に入射する。第1インテグレーター光学系212は、例えば、レンズアレイ212aとレンズアレイ212bとによって構成されている。レンズアレイ212a,212bの各々は、アレイ状に配列された複数の小レンズを備えている。
The blue light BL1 emitted from the light source device 1 is parallelized by the first pickup
第1インテグレーター光学系212を透過した青色光BL1は、第1重畳レンズ213に入射する。第1重畳レンズ213は、第1インテグレーター光学系212と協同して、被照明領域における青色光BL1による照度分布を均一にする。このようにして青色用照明装置21から青色光BL1が射出される。
The blue light BL1 transmitted through the first integrator
黄色用照明装置22は、光源装置1bと、第2インテグレーター光学系223と、偏光変換素子224と、第2重畳レンズ225と、を有している。
The
光源装置1bは、光源部231と、ダイクロイックミラー7bと、第2ピックアップ光学系232と、蛍光発光素子233とを有する。黄色用照明装置22において光源部231と、ダイクロイックミラー7bとは、光軸ax2上に順次配置される。
The
また、蛍光発光素子233と、第2ピックアップ光学系232と、ダイクロイックミラー7bと、第2インテグレーター光学系223と、偏光変換素子224と、第2重畳レンズ225とは、光軸ax3上に順次配置されている。光軸ax1と、光軸ax2と、光軸ax3とは、同一面内にあり、光軸ax2と光軸ax3とは、互いに直交する。光軸ax1は青色用照明装置21の照明光軸、光軸ax3は黄色用照明装置22の照明光軸に相当する。
Further, the fluorescence
光源部231は青色の光線BL2を射出する複数のレーザー発光素子10bと、複数のコリメーターレンズ32とを含む。複数のコリメーターレンズ32は複数のレーザー発光素子10bの各々の光路に設けられている。コリメーターレンズ32は凸レンズで構成されている。コリメーターレンズ32は、対応するレーザー発光素子10bから射出された光線を平行化する。このような構成に基づいて光源部231は平行化された複数の光線BL2を射出するようになっている。
The
ダイクロイックミラー7bは、光軸ax2および光軸ax3に対してそれぞれ45°の角度をなすように配置される。ダイクロイックミラー7bは、青色の光線BL2を反射させ、蛍光発光素子233から射出される蛍光光YLを透過させる色分離機能を有している。光源部231から射出された青色の光線BL2は、ダイクロイックミラー7bで反射され、第2ピックアップ光学系232を経由して蛍光発光素子233に入射する。
The
蛍光発光素子233は、青色の光線BL2によって励起され、例えば500〜700nmの波長域にピーク波長を有する蛍光光(黄色光)YLを射出する。蛍光光YLは第2ピックアップ光学系232に向けて射出される。第2ピックアップ光学系232は、蛍光発光素子233から射出された蛍光光YLを平行化するために、蛍光発光素子233の蛍光発光面の近傍に位置している。
The fluorescent
第2ピックアップ光学系232で平行化された蛍光光YLは、ダイクロイックミラー7bを透過して、第2インテグレーター光学系223に入射する。第2インテグレーター光学系223も第1インテグレーター光学系212と同様に複数のレンズアレイによって構成され、レンズアレイの各々は、アレイ状に配列された複数の小レンズを備えている。
The fluorescent light YL parallelized by the second pickup
第2インテグレーター光学系223を透過した蛍光光YLは、偏光変換素子224に入射する。偏光変換素子224は、複数の偏光分離膜と、複数の位相差板から構成されている。偏光変換素子224は、非偏光の蛍光光YLを直線偏光に変換する。
The fluorescent light YL transmitted through the second integrator
偏光変換素子224を透過した蛍光光YLは、第2重畳レンズ225に入射する。第2重畳レンズ225も第1重畳レンズ213と同様に、第2インテグレーター光学系223と協同して、被照明領域における蛍光光YLによる照度分布を均一化する。このようにして黄色用照明装置22は蛍光光YLを射出する。
The fluorescent light YL transmitted through the
青色用照明装置21は、青色光BL1を色分離光学系3に向けて射出する。黄色用照明装置22は、赤色光LRおよび、緑色光LGを含む蛍光光YLを色分離光学系3に向けて射出する。
The
色分離光学系3は、ダイクロイックミラー7rと、全反射ミラー8bと、全反射ミラー8r、全反射ミラー8gを備える。色分離光学系3は、光源装置1から射出された青色光BL1を光変調装置4Bに導く。また色分離光学系3は、黄色用照明装置22から射出された黄色の蛍光光YLを赤色光LRと緑色光LGとに分離し、対応する光変調装置4R、光変調装置4Gに導く。
The color separation
ダイクロイックミラー7rは、黄色用照明装置22からの蛍光光YLを赤色光LRと緑色光LGとに分離する。ダイクロイックミラー7rは、赤色光LRを反射して、緑色光LGを透過する。
The
全反射ミラー8bは、青色光BL1を光変調装置4Bに向けて反射する。全反射ミラー8rは、赤色光LRを光変調装置4Rに向けて反射する。全反射ミラー8gは、緑色光LGを光変調装置4Gに向けて反射する。
The
光変調装置4Bは、青色光BL1を画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。光変調装置4Rは、赤色光LRを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光を形成する。光変調装置4Gは、緑色光LGを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。
The
光変調装置4B、光変調装置4R、光変調装置4Gには、例えば、透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側および射出側の各々には、偏光板(図示せず)が配置されている。
For the
また、光変調装置4B、光変調装置4R、光変調装置4Gの入射側にはそれぞれフィールドレンズ23B、フィールドレンズ23R、フィールドレンズ23Gが配置されている。
Further, a
合成光学系5には、光変調装置4B、光変調装置4R、光変調装置4Gからの各画像光が入射する。合成光学系5は、各画像光を合成し、この合成された画像光を投写光学系6に向けて射出する。合成光学系5には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。
Each image light from the
投写光学系6は、投写レンズ群からなり、合成光学系5により合成された画像光をスクリーンSCRに向けて拡大投写する。これにより、スクリーンSCR上には、拡大されたカラー映像が表示される。
The projection
以上、説明したように、実施形態の光源装置1、およびプロジェクター2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 1 and the
(1)実施形態によれば、光分離素子15を透過した第1光束17と、光分離素子15で反射された第2光束18とは、それぞれ異なる入射角で拡散素子14へ入射する。このため、第1光束17の拡散光である第1拡散光19の照度分布と、第2光束18の拡散光である第2拡散光20の照度分布も互いに異なる。これらの互いに異なる照度分布を有する拡散光を重ねることによって、それぞれの拡散光における照度の不足領域を補完しあうことが可能になり、照度ムラを抑制することができる。
(1) According to the embodiment, the
(2)実施形態によれば、光分離素子15は、第2光束18を反射する分離領域152と、第2光束18が通過する透過領域151とを有するため、レーザー光源12から分離領域152に入射した各レーザー光11の第2光束18を反射素子16に向けて反射する一方、反射素子16で反射され、拡散素子14に向かう第2光束18は、透過領域151を通過することができる。
(2) According to the embodiment, since the
(3)実施形態によれば、反射素子16が負のパワーを有するため、第1光束17の光路長と比較して光路長が長くなる第2光束18の集光位置を伸ばすことができるので、第2光束18を第1光束17と同じ収束領域141に集光させることができる。したがって、収束領域141における第2光束18のスポットサイズを小さくできるので、光利用効率を向上させることができる。
(3) According to the embodiment, since the reflecting
(4)実施形態によれば、レーザー光源12を固定する第1固定部材161〜第4固定部材164を備え、第1固定部材161〜第4固定部材164は、レーザー光源12から射出された第1光束17が、収束領域141に向かうようにレーザー光源12を固定する。このため、レーザー光源121〜124から射出された各レーザー光11a〜11dの第1光束17は、その全てが拡散素子14の射出面の収束領域141を基点として拡散される。したがって、第1光束17全体の拡散光の照度分布を、光源装置1の光軸ax0に対して対称的な形状とすることができる。
(4) According to the embodiment, the first fixing
(5)実施形態によれば、レーザー光11が均一な照度分布で液晶装置としての光変調装置4R,4G,4Bに入射するため、照度ムラの少ないプロジェクター2を提供することができる。
(5) According to the embodiment, since the
(変形例)
また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
(Modification example)
Moreover, the said embodiment may be changed as follows.
上記実施形態では、集光レンズ13をレーザー光源12の一部として構成しているが、これに限定されない。例えば、集光レンズ13は、レーザー光源12から射出されるレーザー光11を拡散素子14の収束領域141に集光可能な位置に別体で配置されていてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、レーザー光源12を4つ使用しているが、この構成に限定されず、光源装置1の光軸ax0に対して回転対称に配置されていればよい。すなわち、レーザー光源12が2つ以上配置されていればよい。レーザー光源12の数量を変えることにより、光源装置1で得られる拡散光140の分布形を目的に応じて変えることができる。
In the above embodiment, four
上記実施形態では、プロジェクター2の青色光路のみに光源装置1を使用したが、これに限定されず、赤色光源および緑色光源がレーザー光源であれば、赤色光路と緑色光路も独立にして、プロジェクター2の青色光路と同等な構成で使用してもよい。これによれば、ピックアップ光学系から射出された照度分布が、赤色光路と緑色光路と青色光路とで同等な照度分布を得られるので、色ムラの少ない画像光をスクリーンSCRに投影することができる。
In the above embodiment, the light source device 1 is used only for the blue optical path of the
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光を射出する複数の固体光源と、前記第1光の第1光束を透過し、前記第1光の第2光束を反射する光分離素子と、前記光分離素子の後段に設けられ、入射した光束を拡散させる拡散素子と、前記光分離素子で反射された前記第2光束を、前記拡散素子に向けて反射する反射素子と、を備え、前記第1光束は、前記拡散素子の収束領域に集光し、前記反射素子は、前記第2光束を前記収束領域に集光させ、前記複数の固体光源は、前記拡散素子と略直交し、前記収束領域を通る軸に対して回転対称となるように配置されることを特徴とする。 The light source device includes a plurality of solid light sources that emit the first light, an optical separation element that transmits the first light beam of the first light and reflects the second light beam of the first light, and a subsequent stage of the light separation element. A diffusing element for diffusing an incident light source and a reflecting element for reflecting the second light source reflected by the light separating element toward the diffusing element. The light is focused on the converging region of the diffusing element, the reflecting element condenses the second light beam on the converging region, and the plurality of solid light sources are substantially orthogonal to the diffusing element and are on an axis passing through the converging region. It is characterized in that it is arranged so as to be rotationally symmetric.
この構成によれば、光分離素子を透過した第1光束と、光分離素子で反射された第2光束とは、それぞれ異なる入射角で拡散素子へ入射する。このため、第1光束の拡散光である第1拡散光の照度分布と、第2光束の拡散光である第2拡散光の照度分布も互いに異なる。これらの互いに異なる照度分布を有する拡散光を重ねることによって、それぞれの拡散光における照度の不足領域を補完しあうことが可能になり、照度ムラを抑制することができる。 According to this configuration, the first light flux transmitted through the light separation element and the second light flux reflected by the light separation element are incident on the diffusion element at different angles of incidence. Therefore, the illuminance distribution of the first diffused light, which is the diffused light of the first luminous flux, and the illuminance distribution of the second diffused light, which is the diffused light of the second luminous flux, are also different from each other. By superimposing these diffused lights having different illuminance distributions, it is possible to complement each other in the insufficient illuminance region in each diffused light, and it is possible to suppress illuminance unevenness.
上記の光源装置において、前記光分離素子は、前記第1光が入射され、前記第1光を前記第1光束と、前記第2光束と、に分離する分離領域と、前記反射素子で反射された前記第2光束が通過する透過領域と、を有することが望ましい。 In the above light source device, the light separation element is reflected by the reflection element and a separation region in which the first light is incident and separates the first light into the first light flux and the second light flux. It is desirable to have a transmission region through which the second luminous flux passes.
この構成によれば、レーザー光源から分離領域に入射した各レーザー光の第2光束を反射素子に向けて反射する一方、反射素子で反射され、拡散素子に向かう第2光束は、透過領域を通過することができる。 According to this configuration, the second luminous flux of each laser beam incident on the separation region from the laser light source is reflected toward the reflecting element, while the second luminous flux reflected by the reflecting element and directed toward the diffusing element passes through the transmission region. can do.
上記の光源装置において、前記反射素子は、負のパワーを有することが望ましい。 In the above light source device, it is desirable that the reflecting element has a negative power.
この構成によれば、第1光束の光路長と比較して光路長が長くなる第2光束の集光位置を伸ばすことができるので、第2光束を第1光束の収束領域に集光させることができる。したがって、収束領域における第2光束のスポットサイズを小さくできるので、光利用効率を向上させることができる。 According to this configuration, the focusing position of the second luminous flux whose optical path length is longer than that of the optical path length of the first luminous flux can be extended, so that the second luminous flux is focused on the convergence region of the first luminous flux. Can be done. Therefore, the spot size of the second luminous flux in the convergence region can be reduced, so that the light utilization efficiency can be improved.
上記の光源装置において、前記複数の固体光源を固定する固定部材を備え、前記固定部材は、前記複数の固体光源から射出された前記第1光束が、前記収束領域に入射するように前記複数の固体光源を固定することが望ましい。 The light source device includes a fixing member for fixing the plurality of solid light sources, and the fixing member comprises the plurality of fixing members so that the first light flux emitted from the plurality of solid light sources is incident on the convergence region. It is desirable to fix the solid light source.
この構成によれば、レーザー光源から射出された各レーザー光の第1光束は、その全てが拡散素子の収束領域を基点として拡散される。したがって、第1光束全体の拡散光の照度分布を光源装置の光軸に対して対称的な形状とすることができる。 According to this configuration, all of the first luminous flux of each laser beam emitted from the laser light source is diffused with the convergence region of the diffusing element as a base point. Therefore, the illuminance distribution of the diffused light of the entire first luminous flux can be made symmetrical with respect to the optical axis of the light source device.
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た光を変調する光変調装置と、前記光変調装置から射出された光を投写する投写レンズと、を備えることを特徴とする。 The projector of the present application is characterized by including the above-mentioned light source device, a light modulation device that modulates the light emitted from the light source device, and a projection lens that projects the light emitted from the light modulation device. ..
この構成によれば、レーザー光が均一な照度分布で液晶装置に入射するため、照度ムラの少ないプロジェクターを提供することができる。 According to this configuration, since the laser light is incident on the liquid crystal device with a uniform illuminance distribution, it is possible to provide a projector with less illuminance unevenness.
1,1b…光源装置、2…プロジェクター、3…色分離光学系、4B,4G,4R…光変調装置、5…合成光学系、6…投写光学系、7b,7r…ダイクロイックミラー、8b,8g,8r…全反射ミラー、9a…第1レンズ、9b…第2レンズ、10,10b…レーザー発光素子、11…レーザー光、11a…第1レーザー光、11b…第2レーザー光、11c…第3レーザー光、11d…第4レーザー光、12…レーザー光源、13…集光レンズ、14…拡散素子、15…光分離素子、16…反射素子、17,17a〜17d…第1光束、18,18a〜18d…第2光束、19,19a〜19d…第1拡散光、20,20a〜20d…第2拡散光、21…青色用照明装置、22…黄色用照明装置、23B,23G,23R…フィールドレンズ、32…コリメーターレンズ、120…パッケージ、121…第1レーザー光源、122…第2レーザー光源、123…第3レーザー光源、124…第4レーザー光源、140…拡散光、141…収束領域、151…透過領域、152…分離領域、161…第1固定部材、162…第2固定部材、163…第3固定部材、164…第4固定部材、211…第1ピックアップ光学系、212…第1インテグレーター光学系、212a,212b…レンズアレイ、213…第1重畳レンズ、223…第2インテグレーター光学系、224…偏光変換素子、225…第2重畳レンズ、231…光源部、232…第2ピックアップ光学系、233…蛍光発光素子、BL1…青色光、LG…緑色光、LR…赤色光、YL…蛍光光、ax0,ax1,ax2,ax3…光軸、SCR…スクリーン。 1,1b ... light source device, 2 ... projector, 3 ... color separation optical system, 4B, 4G, 4R ... optical modulator, 5 ... synthetic optical system, 6 ... projection optical system, 7b, 7r ... dichroic mirror, 8b, 8g , 8r ... Total reflection mirror, 9a ... 1st lens, 9b ... 2nd lens, 10,10b ... Laser emitting element, 11 ... Laser light, 11a ... 1st laser light, 11b ... 2nd laser light, 11c ... 3rd Laser light, 11d ... 4th laser light, 12 ... Laser light source, 13 ... Condensing lens, 14 ... Diffusing element, 15 ... Light separating element, 16 ... Reflecting element, 17, 17a to 17d ... First light beam, 18, 18a ~ 18d ... Second light beam, 19, 19a ~ 19d ... First diffused light, 20, 20a ~ 20d ... Second diffused light, 21 ... Blue lighting device, 22 ... Yellow lighting device, 23B, 23G, 23R ... Field Lens, 32 ... Collimeter lens, 120 ... Package, 121 ... 1st laser light source, 122 ... 2nd laser light source, 123 ... 3rd laser light source, 124 ... 4th laser light source, 140 ... Diffuse light, 141 ... Convergence region, 151 ... Transmission region, 152 ... Separation region, 161 ... First fixing member, 162 ... Second fixing member, 163 ... Third fixing member, 164 ... Fourth fixing member, 211 ... First pickup optical system, 212 ... First Integrator optical system, 212a, 212b ... Lens array, 213 ... 1st superimposition lens, 223 ... 2nd integrator optical system, 224 ... Polarization conversion element, 225 ... 2nd superimposition lens, 231 ... Light source unit, 232 ... 2nd pickup optical System, 233 ... Fluorescent light emitting element, BL1 ... Blue light, LG ... Green light, LR ... Red light, YL ... Fluorescent light, ax0, ax1, ax2, ax3 ... Optical axis, SCR ... Screen.
Claims (5)
前記第1光の第1光束を透過し、前記第1光の第2光束を反射する光分離素子と、
前記光分離素子の後段に設けられ、入射した光束を拡散させる拡散素子と、
前記光分離素子で反射された前記第2光束を、前記拡散素子に向けて反射する反射素子と、を備え、
前記第1光束は、前記拡散素子の収束領域に集光し、
前記反射素子は、前記第2光束を前記収束領域に集光させ、
前記複数の固体光源は、前記拡散素子と略直交し、前記収束領域を通る軸に対して回転対称となるように配置されることを特徴とする光源装置。 Multiple solid-state light sources that emit the first light,
An optical separation element that transmits the first luminous flux of the first light and reflects the second luminous flux of the first light.
A diffusing element provided after the optical separation element and diffusing an incident luminous flux,
A reflecting element that reflects the second luminous flux reflected by the light separating element toward the diffusing element is provided.
The first luminous flux is focused on the convergence region of the diffusing element,
The reflecting element focuses the second luminous flux on the convergent region.
A light source device characterized in that the plurality of solid-state light sources are arranged so as to be substantially orthogonal to the diffusion element and rotationally symmetric with respect to an axis passing through the convergence region.
前記光分離素子は、前記第1光が入射され、前記第1光を前記第1光束と、前記第2光束と、に分離する分離領域と、前記反射素子で反射された前記第2光束が通過する透過領域と、を有することを特徴とする光源装置。 The light source device according to claim 1.
The optical separation element has a separation region in which the first light is incident and separates the first light into the first light source and the second light source, and the second light beam reflected by the reflection element. A light source device characterized by having a transparent region through which it passes.
前記反射素子は、負のパワーを有することを特徴とする光源装置。 The light source device according to claim 1 or 2.
The light source device is characterized in that the reflecting element has a negative power.
前記複数の固体光源を固定する固定部材を備え、
前記固定部材は、前記複数の固体光源から射出された前記第1光束が、前記収束領域に入射するように前記複数の固体光源を固定することを特徴とする光源装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 3.
A fixing member for fixing the plurality of solid light sources is provided.
The fixing member is a light source device for fixing the plurality of solid light sources so that the first light flux emitted from the plurality of solid light sources is incident on the convergence region.
前記光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置から射出された光を投写する投写レンズと、
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 4.
An optical modulation device that modulates the light emitted from the light source device, and
A projection lens that projects the light emitted from the light modulator and
A projector characterized by being equipped with.
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JP2019172651A JP2021051129A (en) | 2019-09-24 | 2019-09-24 | Light source device and projector |
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