JP2022049267A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents
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Abstract
【課題】偏光方向が揃えられた複数の色光を射出できる光源装置およびプロジェクターを提供する。
【解決手段】光源装置2は、第1光を射出する光源部211と、第1光を偏光分離する第1偏光分離素子22と、第1偏光方向の第1光の一部を反射、第1偏光方向の第1光の他の一部を透過する第2偏光分離素子23と、第1偏光分離素子からの第1光を拡散させる拡散素子26と、第2偏光分離素子から入射する第1光の一部を波長変換して第2光を射出する第1波長変換素子28と、第2偏光分離素子から入射される第1光の他の一部を波長変換して第3光を射出する第2波長変換素子36と、を備える。第2偏光分離素子は、第1偏光方向の第2光を透過、第2偏光方向の第2光を反射し、第2偏光方向の第3光を反射する。第1偏光分離素子は、拡散素子からの第1光を透過し、第2偏光分離素子からの第2偏光方向の第2光を反射する。
【選択図】図3
【解決手段】光源装置2は、第1光を射出する光源部211と、第1光を偏光分離する第1偏光分離素子22と、第1偏光方向の第1光の一部を反射、第1偏光方向の第1光の他の一部を透過する第2偏光分離素子23と、第1偏光分離素子からの第1光を拡散させる拡散素子26と、第2偏光分離素子から入射する第1光の一部を波長変換して第2光を射出する第1波長変換素子28と、第2偏光分離素子から入射される第1光の他の一部を波長変換して第3光を射出する第2波長変換素子36と、を備える。第2偏光分離素子は、第1偏光方向の第2光を透過、第2偏光方向の第2光を反射し、第2偏光方向の第3光を反射する。第1偏光分離素子は、拡散素子からの第1光を透過し、第2偏光分離素子からの第2偏光方向の第2光を反射する。
【選択図】図3
Description
本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。
光源から射出された光を変調して画像情報に基づく画像光を生成し、生成された画像光を投射するプロジェクターが知られている。下記の特許文献1に、光源と、複数のダイクロイックミラーと、マイクロレンズアレイを有する液晶表示素子と、投射レンズと、を備えた投射型カラー画像表示装置が開示されている。投射型カラー画像表示装置は、光源から射出された白色光を互いに異なる色の複数の色光に分離し、分離された複数の色光のそれぞれを1つの液晶表示素子内の異なるサブ画素に入射させることによってカラー表示を行う。
上記の投射型カラー画像表示装置においては、光源から射出される白色光の入射光軸に沿って、赤色反射ダイクロイックミラー、緑色反射ダイクロイックミラー、および青色反射ダイクロイックミラーが互いに非平行な状態で配置されている。光源から射出された白色光は、上記のダイクロイックミラーを通過することにより、進行方向が互いに異なる赤色光、緑色光、および青色光に分離される。赤色光、緑色光、および青色光は、光変調素子の入射側に設けられたマイクロレンズによって空間的に分離された状態で、光変調素子の赤色サブ画素、緑色サブ画素、および青色サブ画素にそれぞれ入射される。
特許文献1の投射型カラー画像表示装置では、白色光源としてハロゲンランプ、キセノンランプ等のランプ光源が採用され、光変調素子として液晶表示素子が採用されている。ランプ光源から射出される光は非偏光であるが、光変調素子として液晶表示素子を用いる場合、液晶表示素子に入射される光は特定の偏光方向を有する直線偏光である必要がある。これに対し、液晶表示素子を均一に照明する手段として、白色光源から液晶表示素子までの間に、入射光を複数の部分光束に分割する一対のマルチレンズアレイと、複数の部分光束の偏光方向を揃える偏光変換素子と、を設けることが考えられる。この場合、光の入射方向に交差する方向に沿って交互に配列される複数の偏光分離層および複数の反射層と、偏光分離層を透過した光の光路、または、反射層で反射された光の光路のいずれかに設けられる位相差層と、を備える偏光変換素子がよく用いられる。
しかしながら、近年の小型化の要求に応じて、上記の投射型カラー画像表示装置を小型化する場合、偏光分離層と反射層との間のピッチが狭い偏光変換素子を製造することが難しい。このため、この種の偏光変換素子を備える光源装置の小型化、ひいては、光源装置を備えるプロジェクターの小型化が困難である。このような課題から、ピッチが狭い偏光変換素子を用いることなく、偏光方向が揃えられた複数の色光を射出できる光源装置の提供が求められている。
上記の課題を解決するために、本発明の1つの態様によれば、第1波長帯を有し、第1偏光方向に偏光する光と前記第1偏光方向とは異なる第2偏光方向に偏光する光とを含む第1光を射出する光源部と、前記光源部から第1方向に沿って入射される前記第1偏光方向に偏光する前記第1光を前記第1方向に透過し、前記第2偏光方向に偏光する前記第1光を前記第1方向と交差する第2方向に反射する第1偏光分離素子と、前記第1偏光分離素子に対して前記第1方向に配置され、前記第1偏光分離素子から前記第2方向に沿って入射される前記第1偏光方向に偏光する前記第1光の一部を前記第2方向に反射し、前記第1偏光方向に偏光する前記第1光の他の一部を前記第1方向に透過する第2偏光分離素子と、前記第1偏光分離素子に対して前記第2方向に配置され、前記第1偏光分離素子から前記第2方向に沿って入射される前記第1光を拡散させ、拡散した前記第1光を前記第2方向とは反対方向である第3方向に射出する拡散素子と、前記第2偏光分離素子に対して前記第2方向に配置され、前記第2偏光分離素子から前記第2方向に沿って入射される前記第1光の一部を波長変換し、前記第1波長帯および前記第2波長帯とは異なる第3波長帯を有する第2光を前記第3方向に射出する第1波長変換素子と、前記第2偏光分離素子に対して前記第1方向に配置され、前記第2偏光分離素子から前記第1方向に沿って入射される前記第1光の他の一部を波長変換し、前記第1波長帯および前記第2波長帯とは異なる第3波長帯を有する第3光を前記第1方向とは反対方向である第4方向に射出する第2波長変換素子と、を備え、前記第2偏光分離素子は、前記第1波長変換素子から前記第3方向に沿って前記第3光が入射され、前記第1偏光方向に偏光する前記第2光を前記第3方向に透過し、前記第2偏光方向に偏光する前記第2光を前記第4方向に反射し、前記第2偏光分離素子は、前記第2波長変換素子から前記第4方向に沿って少なくとも前記第2偏光方向に偏光する前記第3光が入射され、前記第2偏光方向に偏光する前記第3光を前記第3方向に反射し、前記第1偏光分離素子は、前記拡散素子から前記第3方向に沿って射出される前記第1光を透過し、前記第2偏光分離素子から前記第4方向に沿って入射される前記第2偏光方向に偏光する前記第2光を前記第3方向に反射する光源装置が提供される。
本発明の1つの態様によれば、本発明の1つの態様の光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備えるプロジェクターが提供される。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1~図10を用いて説明する。
図1は、本実施形態のプロジェクター1の概略構成図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
以下、本発明の第1実施形態について、図1~図10を用いて説明する。
図1は、本実施形態のプロジェクター1の概略構成図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
本実施形態に係るプロジェクター1は、光源装置2から射出された光を変調して画像情報に応じた画像を形成し、形成された画像をスクリーン等の被投射面上に拡大して投射する。換言すると、プロジェクター1は、光源装置2から射出された光を1つの液晶パネル61を含む1つの光変調装置6により変調して画像を形成し、形成された画像を投射する。プロジェクター1は、いわゆる、単板方式のプロジェクターである。
図1に示すように、プロジェクター1は、光源装置2と、均一化装置4と、フィールドレンズ5と、光変調装置6と、投射光学装置7と、を備える。光源装置2、均一化装置4、フィールドレンズ5、光変調装置6、および投射光学装置7は、照明光軸Axに沿う所定の位置に配置されている。照明光軸Axは、光源装置2から射出される光Lの主光線の進行方向に沿う軸と定義する。
光源装置2および均一化装置4の構成については、後で詳しく説明する。
フィールドレンズ5は、均一化装置4と光変調装置6との間に配置されている。フィールドレンズ5は、均一化装置4から射出される光Lを平行化し、光変調装置6に導く。
フィールドレンズ5は、均一化装置4と光変調装置6との間に配置されている。フィールドレンズ5は、均一化装置4から射出される光Lを平行化し、光変調装置6に導く。
投射光学装置7は、光変調装置6によって変調された光、すなわち、画像を形成する光をスクリーンなどの被投射面(図示略)上に投射する。投射光学装置7は、単数または複数の投射レンズを有する。
以下の説明においては、照明光軸Axに沿って光源装置2から射出された光の進行方向に平行な軸をZ軸とし、光の進行方向を+Z方向とする。また、Z軸にそれぞれ直交し、かつ、互いに直交する2つの軸をX軸およびY軸とする。これらの軸に沿う方向のうち、プロジェクター1を設置した空間における鉛直方向上方を+Y方向とする。また、+Y方向が鉛直方向上方を向くように、+Z方向に沿って光が入射される対象物を見た場合の水平方向右方を+X方向とする。図示を省略するが、+X方向の反対方向を-X方向とし、+Y方向の反対方向を-Y方向とし、+Z方向の反対方向を-Z方向とする。
本実施形態の+X方向は特許請求の範囲の第1方向に対応し、本実施形態の-Z方向は特許請求の範囲の第2方向に対応する。また、本実施形態の+Z方向は特許請求の範囲の第3方向に対応し、本実施形態の-X方向は特許請求の範囲の第4方向に対応する。
本実施形態の+X方向は特許請求の範囲の第1方向に対応し、本実施形態の-Z方向は特許請求の範囲の第2方向に対応する。また、本実施形態の+Z方向は特許請求の範囲の第3方向に対応し、本実施形態の-X方向は特許請求の範囲の第4方向に対応する。
[光源装置の構成]
図2は、本実施形態の光源装置2の斜視図である。図3は、+Y方向から見た光源装置2の平面図である。
図2および図3に示すように、光源装置2は、光変調装置6を照明する光Lを、照明光軸Axに平行な方向、すなわち+Z方向に射出する。光源装置2が射出する光Lは、偏光方向が揃った直線偏光であり、空間的に分離された複数の色光を含む。本実施形態では、光源装置2が射出する光Lは、それぞれがP偏光からなる4本の光束で構成される。4本の光束は、緑色光GLp1、青色光BLp、赤色光RLp4および緑色光GLpである。
図2は、本実施形態の光源装置2の斜視図である。図3は、+Y方向から見た光源装置2の平面図である。
図2および図3に示すように、光源装置2は、光変調装置6を照明する光Lを、照明光軸Axに平行な方向、すなわち+Z方向に射出する。光源装置2が射出する光Lは、偏光方向が揃った直線偏光であり、空間的に分離された複数の色光を含む。本実施形態では、光源装置2が射出する光Lは、それぞれがP偏光からなる4本の光束で構成される。4本の光束は、緑色光GLp1、青色光BLp、赤色光RLp4および緑色光GLpである。
光源装置2は、光源部21と、第1光学部材22と、第2光学部材23と、第1集光素子25と、拡散装置26と、第2集光素子27と、第1波長変換素子28と、第1位相差素子24と、第3集光素子35と、第2波長変換素子36と、第1色分離素子29と、第2色分離素子33と、光学素子31と、第2位相差素子37と、第4位相差素子38と、第5位相差素子39と、ライトトンネル40と、を有する。
なお、本実施形態のP偏光成分は特許請求の範囲の第1偏光方向に偏光する光に相当し、S偏光成分は特許請求の範囲の第2偏光方向に偏光する光に相当する。また、後述するように、第1光学部材22および第2光学部材23と、第1色分離素子29および第2色分離素子33とでは、偏光成分または色光を分離する膜の向きが異なっている。したがって、P偏光成分およびS偏光成分という表記は、第1光学部材22および第2光学部材23に対する偏光方向で表しており、第1色分離素子29および第2色分離素子33に対する偏光方向では逆になる。すなわち、第1光学部材22および第2光学部材23に対するP偏光成分は、第1色分離素子29および第2色分離素子33に対するS偏光成分であり、第1光学部材22および第2光学部材23に対するS偏光成分は、第1色分離素子29および第2色分離素子33に対するP偏光成分である。ただし、説明を混乱させないため、以下では、P偏光成分およびS偏光成分を、第1光学部材22および第2光学部材23に対する偏光方向として表記する。
[光源部の構成]
光源部21は、+X方向に沿って第1光学部材22に入射される青色光BLsを射出する。光源部21は、複数の発光素子211と、複数のコリメーターレンズ212と、回転位相差装置213と、を有する。発光素子211は、青色光線Bを射出する固体光源で構成されている。具体的には、発光素子211は、S偏光の青色光線Bを射出する半導体レーザーで構成されている。青色光線Bは、例えば440~480nmの青色波長帯を有し、例えば450~460nmの範囲内にピーク波長を有するレーザー光である。すなわち、各発光素子211は、青色波長帯を有する青色光線Bを射出する。本実施形態において、青色波長帯を有する青色光線Bは特許請求の範囲の第1波長帯の光に対応する。
光源部21は、+X方向に沿って第1光学部材22に入射される青色光BLsを射出する。光源部21は、複数の発光素子211と、複数のコリメーターレンズ212と、回転位相差装置213と、を有する。発光素子211は、青色光線Bを射出する固体光源で構成されている。具体的には、発光素子211は、S偏光の青色光線Bを射出する半導体レーザーで構成されている。青色光線Bは、例えば440~480nmの青色波長帯を有し、例えば450~460nmの範囲内にピーク波長を有するレーザー光である。すなわち、各発光素子211は、青色波長帯を有する青色光線Bを射出する。本実施形態において、青色波長帯を有する青色光線Bは特許請求の範囲の第1波長帯の光に対応する。
本実施形態の場合、複数の発光素子211は、Z軸に沿って配列されている。
本実施形態の光源部21は2個の発光素子211を有しているが、発光素子211の数は限定されず、発光素子211の数は1個であってもよい。また、複数の発光素子211の配置も限定されない。また、発光素子211は、S偏光成分の青色光線Bを射出するように配置されているが、回転位相差装置213によってS偏光とP偏光の光量比が任意に設定できるため、P偏光成分の青色光を射出するように配置されていてもよい。すなわち、発光素子211は、射出光軸を中心として90°回転していてもよい。
本実施形態の光源部21は2個の発光素子211を有しているが、発光素子211の数は限定されず、発光素子211の数は1個であってもよい。また、複数の発光素子211の配置も限定されない。また、発光素子211は、S偏光成分の青色光線Bを射出するように配置されているが、回転位相差装置213によってS偏光とP偏光の光量比が任意に設定できるため、P偏光成分の青色光を射出するように配置されていてもよい。すなわち、発光素子211は、射出光軸を中心として90°回転していてもよい。
複数のコリメーターレンズ212は、複数の発光素子211と回転位相差装置213との間に設けられている。1つのコリメーターレンズ212は、1つの発光素子211に対応して設けられている。コリメーターレンズ212は、発光素子211から射出された光を平行化する。
回転位相差装置213は、第3位相差素子2131と、回転装置2132と、を有する。第3位相差素子2131は、第3位相差素子2131に入射する光の進行方向に沿う回転軸、すなわち、X軸と平行な回転軸R2を中心として回転可能とされている。回転装置2132は、モーター等から構成され、第3位相差素子2131を回転させる。
第3位相差素子2131は、青色波長帯に対する1/2波長板または1/4波長板で構成されている。第3位相差素子2131に入射されたS偏光成分の青色光線Bの一部は、第3位相差素子2131によってP偏光成分の青色光BLpに変換される。このため、第3位相差素子2131を透過した青色光線Bは、S偏光成分の青色光BLsと、P偏光成分の青色光BLpと、が所定の割合で混在した光となる。すなわち、第3位相差素子2131は、発光素子211から射出される青色光線Bが入射され、S偏光成分の青色光BLsとP偏光成分の青色光BLpとを含む青色光を射出する。
回転装置2132によって第3位相差素子2131の回転角が調整されることにより、第3位相差素子2131を透過した光に含まれるS偏光成分の青色光BLsの光量とP偏光成分の青色光BLpの光量との割合が調整される。なお、青色光BLsの光量と青色光BLpの光量との割合を調整する必要がない場合には、第3位相差素子2131を回転させる回転装置2132は設けられていなくてもよい。その場合には、青色光BLsの光量と青色光BLpの光量との割合が予め設定された光量の割合になるように、第3位相差素子2131の回転角が設定された後、第3位相差素子2131の回転位置が固定される。
このようにして、本実施形態の光源部21は、S偏光成分の青色光BLsとP偏光成分の青色光BLpとを含む青色波長帯を有する第1光BLを射出する。本実施形態において、青色波長帯を有する第1光BLは特許請求の範囲の第1波長帯を有する第1光に対応する。また、P偏光成分の青色光BLpは特許請求の範囲の第1偏光方向に偏光する光に対応し、S偏光成分の青色光BLsは特許請求の範囲の第2偏光方向に偏光する光に対応する。
なお、本実施形態では、複数の発光素子211の全てがS偏光成分の青色光BLsを射出する構成であるが、S偏光成分の青色光BLsを射出する発光素子211と、P偏光成分の青色光BLpを射出する発光素子211と、が混在していてもよい。この構成によれば、回転位相差装置213を省略することもできる。また、発光素子211は、半導体レーザーに代えて、LED(Light Emitting Diode)等の他の固体光源から構成されていてもよい。
なお、本実施形態では、複数の発光素子211の全てがS偏光成分の青色光BLsを射出する構成であるが、S偏光成分の青色光BLsを射出する発光素子211と、P偏光成分の青色光BLpを射出する発光素子211と、が混在していてもよい。この構成によれば、回転位相差装置213を省略することもできる。また、発光素子211は、半導体レーザーに代えて、LED(Light Emitting Diode)等の他の固体光源から構成されていてもよい。
[第1光学部材の構成]
第1光学部材22には、S偏光成分の青色光BLsとP偏光成分の青色光BLpとを含む第1光BLが、+X方向に沿って入射される。第1光学部材22は、プレート型の偏光分離素子で構成されている。第1光学部材22は、第1透明基板220と、第1光学層221と、第2光学層222と、を有する。第1透明基板220は、互いに逆方向を向く第1面220aおよび第2面220bを有する。第1透明基板220は、一般的な光学ガラス板から構成されている。本実施形態の第1光学部材22は特許請求の範囲の第1偏光分離素子に対応する。
第1光学部材22には、S偏光成分の青色光BLsとP偏光成分の青色光BLpとを含む第1光BLが、+X方向に沿って入射される。第1光学部材22は、プレート型の偏光分離素子で構成されている。第1光学部材22は、第1透明基板220と、第1光学層221と、第2光学層222と、を有する。第1透明基板220は、互いに逆方向を向く第1面220aおよび第2面220bを有する。第1透明基板220は、一般的な光学ガラス板から構成されている。本実施形態の第1光学部材22は特許請求の範囲の第1偏光分離素子に対応する。
第1透明基板220は、X軸およびZ軸に対して45°傾斜するように配置される。言い換えると、第1透明基板220は、XY平面およびYZ平面に対して45°傾斜している。
第1透明基板220は、第1面220aを光源部21側に向けるように配置される。第1光学層221は第1透明基板220の第1面220aに形成される。したがって、第1光学層221は光源部21に対向配置されるとともにXY平面およびYZ平面に対して45°傾斜している。
第1光学層221は、青色波長帯の光に対して、P偏光を透過し、S偏光を反射する偏光分離特性を有する。このため、第1光学部材22は、+X方向に沿って入射される青色の第1光BLのうち、P偏光成分の青色光BLpを+X方向に沿って透過させ、S偏光成分の青色光BLsを-Z方向に反射する。第1光学層221は、例えば誘電体多層膜から構成されている。
第2光学層222は、第1透明基板220の第2面220bに形成される。すなわち、第2光学層222は、第1光学層221に対して+X方向に配置されている。第2光学層222は、青色波長帯の光のうちP偏光成分を透過させる光学特性を有する。また、第2光学層222は、青色波長帯よりも長い波長帯である緑色波長帯の光のうち少なくもS偏光成分を反射させる光学特性を有する。本実施形態において、第2光学層222は例えば、ダイクロイックミラーで構成されている。なお、第2光学層222として、青色波長帯および緑色波長帯の光に対して、P偏光成分を透過し、S偏光成分を反射させる偏光分離特性を有した誘電体多層膜を用いてもよい。
なお、本実施形態の第1光学部材22はプレート型の偏光分離素子であるため、第1透明基板220の第1面220aに形成する第1光学層221の機能と、第1透明基板220の第2面220bに形成する第2光学層222の機能とを分離して設計することができる。そのため、第1光学層221および第2光学層222の膜設計は比較的容易なものとなる。
第1光学層221を透過したP偏光成分の青色光BLpは第1透明基板220を透過して第2光学層222に入射する。第2光学層222は、第1光学層221から+X方向に沿って入射されるP偏光成分の青色光BLpを+X方向に透過する。
上記構成の第1光学部材22によれば、光源部21から射出された第1光BLをP偏光成分の青色光BLpとS偏光成分の青色光BLsとに分離し、P偏光成分の青色光BLpを+X方向に透過させることで第2光学部材23に入射させ、S偏光成分の青色光BLsを-Z方向に反射して拡散装置26に入射させることが可能である。
[第2光学部材の構成]
第2光学部材23は、第1光学部材22に対して+X方向に配置されている。すなわち、第2光学部材23は、第1光学部材22の第2光学層222に対して+X方向に配置されている。第2光学部材23には、第1光学部材22を透過したP偏光成分の青色光BLpが入射される。第2光学部材23は、第1光学部材22と同様、プレート型の偏光分離素子で構成されている。本実施形態の第2光学部材23は特許請求の範囲の第2偏光分離素子に対応する。
第2光学部材23は、第1光学部材22に対して+X方向に配置されている。すなわち、第2光学部材23は、第1光学部材22の第2光学層222に対して+X方向に配置されている。第2光学部材23には、第1光学部材22を透過したP偏光成分の青色光BLpが入射される。第2光学部材23は、第1光学部材22と同様、プレート型の偏光分離素子で構成されている。本実施形態の第2光学部材23は特許請求の範囲の第2偏光分離素子に対応する。
第2光学部材23は、第2透明基板230と、第3光学層231と、第4光学層232と、を有する。第2透明基板230は、互いに逆方向を向く第3面230aおよび第4面230bを有する。第2透明基板230は、一般的な光学ガラス板から構成されている。
第2透明基板230は、X軸およびZ軸に対して45°傾斜するように配置される。言い換えると、第2透明基板230は、XY平面およびYZ平面に対して45°傾斜している。
第2透明基板230は、X軸およびZ軸に対して45°傾斜するように配置される。言い換えると、第2透明基板230は、XY平面およびYZ平面に対して45°傾斜している。
第2透明基板230は、第3面230aを第1光学部材22側に向けるように配置される。すなわち、第2透明基板230の第3面230aと第1透明基板220の第2面220bとは互いに対向している。第3光学層231は第2透明基板230の第3面230aに形成される。したがって、第3光学層231は第2光学層222に対向配置されるとともにXY平面およびYZ平面に対して45°傾斜している。
第3光学層231は、青色波長帯の光に対して、P偏光成分を透過する特性を有する。このため、第3光学層231は、+X方向に沿って入射されるP偏光成分の青色光BLpを+X方向に透過する。また、第3光学層231は、緑色波長帯および赤色波長帯の光に対して、P偏光成分の光を透過し、S偏光成分の光を反射する光学特性を有する。第3光学層231は、例えば誘電体多層膜から構成されている。
第4光学層232は、第2透明基板230の第4面230bに形成される。すなわち、第4光学層232は、第3光学層231に対して+X方向に配置されている。本実施形態の第4光学層232は、青色波長帯の光に対してハーフミラーとして機能する。なお、青色波長帯の光に対してハーフミラーとして機能するとは、P偏光成分の光を透過させる割合と反射させる割合が半分ずつの場合に限られず、P偏光成分の光の一部を透過、他の一部を反射する特性を有することを意味している。すなわち、第4光学層232では、光源装置2から射出する光の色バランスに応じてP偏光成分を反射させる割合および透過させる割合が適宜調整される。
ここで、一般的にS偏光成分の光は反射し易く、P偏光成分の光は透過し易いが、P偏光成分の光を100%反射させる特性を得るように光学膜を設計することは非常に困難であり、仮に設計すると非常にコストが高くなるという問題が生じる。
本実施形態の光源装置2においては、P偏光成分の青色光BLpを、後述のように第1波長変換素子28の励起光BL1および第2波長変換素子36の励起光BL2として分離するために、第4光学層232としてハーフミラー機能を有する膜を用いている。そのため、第4光学層232は上述のようなP偏光成分の光を100%反射させるように設計する必要がない。
本実施形態の光源装置2においては、P偏光成分の青色光BLpを、後述のように第1波長変換素子28の励起光BL1および第2波長変換素子36の励起光BL2として分離するために、第4光学層232としてハーフミラー機能を有する膜を用いている。そのため、第4光学層232は上述のようなP偏光成分の光を100%反射させるように設計する必要がない。
また、第4光学層232は、緑色波長帯の光のうち少なくともP偏光成分の光を透過する光学特性を有する。さらに、第4光学層232は、赤色波長帯の光に対して偏光方向によらず透過させる光学特性を有する。第4光学層232は、例えば誘電体多層膜から構成されている。
上記構成の第2光学部材23によれば、第1光学部材22から+X方向に沿って入射されるP偏光成分の青色光BLpの一部を-Z方向に反射し、第1光学部材22から+X方向に沿って入射されるP偏光成分の青色光BLpの他の一部を+X方向に透過することが可能である。第2光学部材23から-Z方向に射出される青色光BLpの一部は励起光BL1として第1波長変換素子28に入射し、第2光学部材23から+X方向に射出される青色光BLpの他の一部は励起光BL2として第2波長変換素子36に入射する。
なお、本実施形態の励起光BL1は特許請求の範囲の第1光の一部に対応し、本実施形態の励起光BL2は特許請求の範囲の第1光の他の一部に対応する。
なお、本実施形態の励起光BL1は特許請求の範囲の第1光の一部に対応し、本実施形態の励起光BL2は特許請求の範囲の第1光の他の一部に対応する。
本実施形態の第2光学部材23はプレート型の偏光分離素子であるため、第2透明基板230の第3面230aに形成する第3光学層231の機能と、第2透明基板230の第4面230bに形成する第4光学層232の機能とを分離して設計することができる。そのため、第3光学層231および第4光学層232の膜設計は比較的容易なものとなる。
[第2位相差素子の構成]
第2位相差素子37は、第1光学部材22に対して-Z方向に配置されている。すなわち、第2位相差素子37は、Z軸上において第1光学部材22と拡散装置26との間に配置されている。第2位相差素子37には、第1光学部材22の第1光学層221により-Z方向に反射されたS偏光成分の青色光BLsが入射する。第2位相差素子37は、入射される青色光BLsの青色波長帯に対する1/4波長板で構成されている。第1光学部材22で反射されたS偏光成分の青色光BLsは、第2位相差素子37によって例えば右回りの円偏光の青色光BLc1に変換された後、第1集光素子25に向けて射出される。すなわち、第2位相差素子37は、入射される青色光BLsの偏光状態を変換する。
第2位相差素子37は、第1光学部材22に対して-Z方向に配置されている。すなわち、第2位相差素子37は、Z軸上において第1光学部材22と拡散装置26との間に配置されている。第2位相差素子37には、第1光学部材22の第1光学層221により-Z方向に反射されたS偏光成分の青色光BLsが入射する。第2位相差素子37は、入射される青色光BLsの青色波長帯に対する1/4波長板で構成されている。第1光学部材22で反射されたS偏光成分の青色光BLsは、第2位相差素子37によって例えば右回りの円偏光の青色光BLc1に変換された後、第1集光素子25に向けて射出される。すなわち、第2位相差素子37は、入射される青色光BLsの偏光状態を変換する。
[第1集光素子の構成]
第1集光素子25は、第2位相差素子37に対して-Z方向に配置されている。すなわち、第1集光素子25は、Z軸上において第2位相差素子37と拡散装置26との間に配置されている。第1集光素子25は、第2位相差素子37から入射される青色光BLc1を拡散装置26の拡散板261上に集束させる。また、第1集光素子25は、拡散装置26から入射される、後述する青色光BLc2を平行化する。なお、図3の例では、第1集光素子25は、第1レンズ251と第2レンズ252とから構成されているが、第1集光素子25を構成するレンズの数は限定されない。
第1集光素子25は、第2位相差素子37に対して-Z方向に配置されている。すなわち、第1集光素子25は、Z軸上において第2位相差素子37と拡散装置26との間に配置されている。第1集光素子25は、第2位相差素子37から入射される青色光BLc1を拡散装置26の拡散板261上に集束させる。また、第1集光素子25は、拡散装置26から入射される、後述する青色光BLc2を平行化する。なお、図3の例では、第1集光素子25は、第1レンズ251と第2レンズ252とから構成されているが、第1集光素子25を構成するレンズの数は限定されない。
[拡散装置の構成]
拡散装置26は、第1集光素子25に対して-Z方向に配置されている。すなわち、拡散装置26は、第1光学部材22に対して-Z方向に配置されている。拡散装置26は、第1集光素子25から-Z方向に入射される青色光BLc1を、後述する第1波長変換素子28から射出される緑色光GLあるいは第2波長変換素子36から射出される赤色光RLと同等の拡散角となるように拡散させつつ+Z方向に反射する。拡散装置26は、拡散板261と、回転装置262と、を備える。拡散板261は、できる限りランバート散乱に近い反射特性を持つことが好ましく、入射された青色光BLc1を広角に反射する。回転装置262は、モーター等から構成され、拡散板261を+Z方向と平行な回転軸R1を中心として回転させる。
本実施形態の拡散板261は、特許請求の範囲の拡散素子に対応する。
拡散装置26は、第1集光素子25に対して-Z方向に配置されている。すなわち、拡散装置26は、第1光学部材22に対して-Z方向に配置されている。拡散装置26は、第1集光素子25から-Z方向に入射される青色光BLc1を、後述する第1波長変換素子28から射出される緑色光GLあるいは第2波長変換素子36から射出される赤色光RLと同等の拡散角となるように拡散させつつ+Z方向に反射する。拡散装置26は、拡散板261と、回転装置262と、を備える。拡散板261は、できる限りランバート散乱に近い反射特性を持つことが好ましく、入射された青色光BLc1を広角に反射する。回転装置262は、モーター等から構成され、拡散板261を+Z方向と平行な回転軸R1を中心として回転させる。
本実施形態の拡散板261は、特許請求の範囲の拡散素子に対応する。
拡散板261に入射された青色光BLc1は、拡散板261で反射されることにより、回転方向が反対方向の円偏光である青色光BLc2に変換される。すなわち、右回りの円偏光の青色光BLc1は、拡散板261によって左回りの円偏光の青色光BLc2に変換される。拡散装置26から射出された青色光BLc2は、第1集光素子25を+Z方向に通過した後、第2位相差素子37に再び入射する。このとき、第1集光素子25から第2位相差素子37に入射される青色光BLc2は、第2位相差素子37によって、P偏光成分の青色光BLpに変換される。変換された青色光BLpは、第1光学部材22に入射する。このとき、第1光学層221は、拡散板261から+Z方向に沿って射出されて入射する青色光BLpを+Z方向に透過させる。第2光学層222は、第1光学層221から+Z方向に沿って射出されて第1透明基板220を透過して入射する青色光BLpを+Z方向に透過させる。このようにして、変換された青色光BLpは、第1光学部材22から+Z方向に射出される。
[第2集光素子の構成]
第2集光素子27は、第2光学部材23に対して-Z方向に配置されている。すなわち、第2集光素子27は、Z軸上において第2光学部材23と第1波長変換素子28との間に配置されている。第2集光素子27は、第2光学部材23で反射された青色光BLpの一部である励起光BL1を第1波長変換素子28上に集束させる。また、第2集光素子27は、第1波長変換素子28から射出される、後述する緑色光GLを平行化し、第2光学部材23に向けて射出する。なお、図3の例では、第2集光素子27は、第1レンズ271と第2レンズ272とから構成されているが、第2集光素子27を構成するレンズの数は限定されない。
第2集光素子27は、第2光学部材23に対して-Z方向に配置されている。すなわち、第2集光素子27は、Z軸上において第2光学部材23と第1波長変換素子28との間に配置されている。第2集光素子27は、第2光学部材23で反射された青色光BLpの一部である励起光BL1を第1波長変換素子28上に集束させる。また、第2集光素子27は、第1波長変換素子28から射出される、後述する緑色光GLを平行化し、第2光学部材23に向けて射出する。なお、図3の例では、第2集光素子27は、第1レンズ271と第2レンズ272とから構成されているが、第2集光素子27を構成するレンズの数は限定されない。
[第1波長変換素子の構成]
第1波長変換素子28は、第2集光素子27に対して-Z方向に配置されている。すなわち、第1波長変換素子28は、第2光学部材23に対して-Z方向に配置されている。第1波長変換素子28は、光が入射されることによって励起され、入射された光の波長とは異なる波長を有する光を、光の入射方向とは反対方向に射出する反射型の波長変換素子である。換言すると、第1波長変換素子28は、入射された光を波長変換し、波長変換された光を光の入射方向とは反対方向に射出する。
第1波長変換素子28は、第2集光素子27に対して-Z方向に配置されている。すなわち、第1波長変換素子28は、第2光学部材23に対して-Z方向に配置されている。第1波長変換素子28は、光が入射されることによって励起され、入射された光の波長とは異なる波長を有する光を、光の入射方向とは反対方向に射出する反射型の波長変換素子である。換言すると、第1波長変換素子28は、入射された光を波長変換し、波長変換された光を光の入射方向とは反対方向に射出する。
本実施形態の第1波長変換素子28は、励起光BL1によって励起されて緑色光を射出する緑色蛍光体を含有している。具体的に第1波長変換素子28は、例えばLu3Al5O12:Ce3+系蛍光体、Y3O4:Eu2+系蛍光体、(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+系蛍光体、Ba3Si6O12N2:Eu2+系蛍光体、(Si,Al)6(O,N)8:Eu2+系蛍光体等の蛍光体材料を含んでいる。
第1波長変換素子28は、第2光学部材23から-Z方向に沿って入射される励起光BL1の青色波長帯よりも長い緑色波長帯を有する蛍光である緑色光GLを+Z方向に射出する。緑色光GLは、例えば500~570nmの波長帯を有し、S偏光成分とP偏光成分とが混在した非偏光の緑色光である。
本実施形態の緑色波長帯を有する蛍光、すなわち、非偏光の緑色光GLは、特許請求の範囲の第2波長帯を有する第2光に対応する。
本実施形態の緑色波長帯を有する蛍光、すなわち、非偏光の緑色光GLは、特許請求の範囲の第2波長帯を有する第2光に対応する。
第1波長変換素子28から射出された緑色光GLは、+Z方向に沿って第2集光素子27を透過して略平行化された後、第2光学部材23に入射する。本実施形態の第1波長変換素子28は固定型の波長変換素子であるが、この構成に代えて、Z軸に平行な回転軸を中心として第1波長変換素子28を回転させる回転装置を備える回転型の波長変換素子が用いられてもよい。この場合、第1波長変換素子28の温度上昇が抑えられ、波長変換効率を高めることができる。
上述したように、第2光学部材23の第3光学層231は、緑色波長帯の光に対してS偏光を反射し、P偏光を透過する偏光分離特性を有する。このため、第3光学層231に入射された非偏光の緑色光GLのうち、S偏光成分の緑色光GLsは、第3光学層231によって-X方向に反射され、光学素子31を透過して第1光学部材22の第2光学層222に入射される。なお、光学素子31は緑色光GLsの偏光状態に影響を及ぼさない。光学素子31の構成については後述する。
上述したように、第1光学部材22の第2光学層222は、緑色波長帯の光のうち少なくもS偏光成分を反射させる。そのため、第2光学層222は、-X方向に沿って入射するS偏光成分の緑色光GLsを+Z方向に反射する。
これにより、第1光学部材22は、第1波長変換素子28から射出された緑色光GLのうちS偏光成分の緑色光GLsを+Z方向に射出することが可能である。
これにより、第1光学部材22は、第1波長変換素子28から射出された緑色光GLのうちS偏光成分の緑色光GLsを+Z方向に射出することが可能である。
一方、第3光学層231に入射された非偏光の緑色光GLのうち、P偏光成分の緑色光GLpは、第3光学層231を+Z方向に透過して第4光学層232に入射する。上述したように、第4光学層232は、緑色波長帯の光のうち少なくともP偏光成分の光を透過させる。そのため、第4光学層232は、第3光学層231から+Z方向に沿って入射するP偏光成分の緑色光GLpを+Z方向に透過させる。
これにより、第2光学部材23は、P偏光成分の緑色光GLpを+Z方向に射出することが可能である。
本実施形態において、P偏光成分の緑色光GLpは特許請求の範囲の第1偏光方向に偏光する第2光に対応し、S偏光成分の緑色光GLsは特許請求の範囲の第2偏光方向に偏光する第2光に対応する。
これにより、第2光学部材23は、P偏光成分の緑色光GLpを+Z方向に射出することが可能である。
本実施形態において、P偏光成分の緑色光GLpは特許請求の範囲の第1偏光方向に偏光する第2光に対応し、S偏光成分の緑色光GLsは特許請求の範囲の第2偏光方向に偏光する第2光に対応する。
[第3集光素子の構成]
第3集光素子35は、第2光学部材23に対して+X方向に配置されている。すなわち、第3集光素子35は、X軸上において第2光学部材23と第2波長変換素子36との間に配置されている。第3集光素子35は、第2光学部材23を透過した青色光BLpの他の一部である励起光BL2を第2波長変換素子36上に集束させる。また、第3集光素子35は、第2波長変換素子36から入射される、後述する赤色光RLを平行化する。なお、図3の例では、第3集光素子35は、第1レンズ351と第2レンズ352とから構成されているが、第3集光素子35を構成するレンズの数は限定されない。
第3集光素子35は、第2光学部材23に対して+X方向に配置されている。すなわち、第3集光素子35は、X軸上において第2光学部材23と第2波長変換素子36との間に配置されている。第3集光素子35は、第2光学部材23を透過した青色光BLpの他の一部である励起光BL2を第2波長変換素子36上に集束させる。また、第3集光素子35は、第2波長変換素子36から入射される、後述する赤色光RLを平行化する。なお、図3の例では、第3集光素子35は、第1レンズ351と第2レンズ352とから構成されているが、第3集光素子35を構成するレンズの数は限定されない。
[第2波長変換素子の構成]
第2波長変換素子36は、第3集光素子35に対して+X方向に配置されている。すなわち、第2波長変換素子36は、第2光学部材23に対して+X方向に配置されている。第2波長変換素子36は、光が入射されることによって励起され、入射された光の波長とは異なる波長を有する光を、光の入射方向とは反対方向に射出する反射型の波長変換素子である。換言すると、第2波長変換素子36は、入射された光を波長変換し、波長変換された光を光の入射方向とは反対方向に射出する。
第2波長変換素子36は、第3集光素子35に対して+X方向に配置されている。すなわち、第2波長変換素子36は、第2光学部材23に対して+X方向に配置されている。第2波長変換素子36は、光が入射されることによって励起され、入射された光の波長とは異なる波長を有する光を、光の入射方向とは反対方向に射出する反射型の波長変換素子である。換言すると、第2波長変換素子36は、入射された光を波長変換し、波長変換された光を光の入射方向とは反対方向に射出する。
本実施形態の第2波長変換素子36は、励起光BL2によって励起されて赤色光を射出する赤色蛍光体を含有している。具体的に第2波長変換素子36は、例えば賦活剤としてPr、Eu、Crのいずれかが分散された(Y1-x,Gdx)3(Al,Ga)5O12からなるYAG系蛍光体(Pr:YAG,Eu:YAG,Cr:YAGのいずれか)を含んでいる。なお、賦活剤は、Pr、Eu、Crから選ばれる一種が含まれていてもよいし、Pr、Eu、Crから選ばれる複数種が含まれた共賦活の賦活剤であってもよい。
第2波長変換素子36は、第2光学部材23から+X方向に沿って入射される励起光BL2の青色波長帯よりも長い赤色波長帯を有する蛍光である赤色光RLを-X方向に射出する。赤色光RLは、例えば600~800nmの波長帯を有し、S偏光成分とP偏光成分とが混在した非偏光の赤色光である。
本実施形態の赤色波長帯を有する蛍光、すなわち、非偏光の赤色光RLは、特許請求の範囲の第3波長帯を有する第3光に対応する。
本実施形態の赤色波長帯を有する蛍光、すなわち、非偏光の赤色光RLは、特許請求の範囲の第3波長帯を有する第3光に対応する。
第2波長変換素子36から射出された赤色光RLは、-X方向に沿って第3集光素子35を透過して略平行化された後、第1位相差素子24を透過して第2光学部材23に入射する。なお、第1位相差素子24は非偏光の赤色光RLの偏光状態に影響を及ぼさない。
本実施形態の第2波長変換素子36は固定型の波長変換素子であるが、この構成に代えて、Z軸に平行な回転軸を中心として第2波長変換素子36を回転させる回転装置を備える回転型の波長変換素子が用いられてもよい。この場合、第2波長変換素子36の温度上昇が抑えられ、波長変換効率を高めることができる。
上述したように、第2光学部材23の第4光学層232は、赤色波長帯の光に対して偏光方向によらず透過させる。このため、第4光学層232に入射された赤色光RLは第2透明基板230を透過して第3光学層231に入射する。
上述したように、第2光学部材23の第3光学層231は、赤色波長帯の光に対して、P偏光成分の光を透過し、S偏光成分の光を反射させる。このため、第3光学層231は、赤色光RLのうち、S偏光成分の赤色光RLsを+Z方向に反射し、P偏光成分の赤色光RLpを-X方向に透過させる。
このようにして、第2光学部材23は、第2波長変換素子36から射出された赤色光RLのうちS偏光成分の緑色光GLsを+Z方向に射出するとともに、P偏光成分の赤色光RLpを-X方向に射出することが可能である。
[光学素子の構成]
本実施形態の光学素子31は、X軸に沿う方向において第1光学部材22と第2光学部材23との間に配置されている。光学素子31は、赤色波長帯の光を反射させ、それ以外の波長帯、すなわち青色波長帯あるいは緑色波長帯の光を透過させる特性を有するダイクロイックミラーで構成されている。そのため、光学素子31は、光源部21から+X方向に射出された青色波長帯の青色光BLp、および第2光学部材23から-X方向に射出された緑色波長帯の緑色光GLsを透過させるとともに、第2光学部材23から-X方向に射出された赤色波長帯の赤色光RLpを+X方向に反射する。光学素子31により反射された赤色光RLpは第2光学部材23を透過し、第1位相差素子24に入射する。
本実施形態の光学素子31は、X軸に沿う方向において第1光学部材22と第2光学部材23との間に配置されている。光学素子31は、赤色波長帯の光を反射させ、それ以外の波長帯、すなわち青色波長帯あるいは緑色波長帯の光を透過させる特性を有するダイクロイックミラーで構成されている。そのため、光学素子31は、光源部21から+X方向に射出された青色波長帯の青色光BLp、および第2光学部材23から-X方向に射出された緑色波長帯の緑色光GLsを透過させるとともに、第2光学部材23から-X方向に射出された赤色波長帯の赤色光RLpを+X方向に反射する。光学素子31により反射された赤色光RLpは第2光学部材23を透過し、第1位相差素子24に入射する。
[第1位相差素子の構成]
第1位相差素子24は、第2光学部材23に対して+X方向に配置されている。すなわち、第1位相差素子24は、X軸上において第2光学部材23と第2波長変換素子36との間に配置されている。第1位相差素子24は赤色波長帯に対する1/4波長板で構成されている。第1位相差素子24は、赤色光に対して赤色波長帯の1/4の位相差を付与し、赤色波長帯以外の波長帯を有する光、すなわち青色光および緑色光に対しては位相差を付与しない特性を有する波長選択性位相差素子から構成されている。波長選択性位相差素子として、具体的にはカラーセレクト(商品名、カラーリンク社製)を用いることができる。これにより、第1位相差素子24は、赤色波長帯の光のみに1/4の位相差を付与する。このため、青色波長帯の光である励起光BL2は第1位相差素子24を透過し、第3集光素子35に入射する。
なお、本実施形態の場合、第1位相差素子24を透過する励起光BL2は偏光状態によらず第2波長変換素子36の励起に全て利用される。そのため、第1位相差素子24としては波長選択性を有しない位相差素子を用いてもよい。
第1位相差素子24は、第2光学部材23に対して+X方向に配置されている。すなわち、第1位相差素子24は、X軸上において第2光学部材23と第2波長変換素子36との間に配置されている。第1位相差素子24は赤色波長帯に対する1/4波長板で構成されている。第1位相差素子24は、赤色光に対して赤色波長帯の1/4の位相差を付与し、赤色波長帯以外の波長帯を有する光、すなわち青色光および緑色光に対しては位相差を付与しない特性を有する波長選択性位相差素子から構成されている。波長選択性位相差素子として、具体的にはカラーセレクト(商品名、カラーリンク社製)を用いることができる。これにより、第1位相差素子24は、赤色波長帯の光のみに1/4の位相差を付与する。このため、青色波長帯の光である励起光BL2は第1位相差素子24を透過し、第3集光素子35に入射する。
なお、本実施形態の場合、第1位相差素子24を透過する励起光BL2は偏光状態によらず第2波長変換素子36の励起に全て利用される。そのため、第1位相差素子24としては波長選択性を有しない位相差素子を用いてもよい。
赤色光RLpは第1位相差素子24によって例えば左回りの円偏光の赤色光RLc1に変換された後、第3集光素子35に向けて射出される。すなわち、第1位相差素子24は、入射される赤色光RLpの偏光状態を変換する。
第1位相差素子24により左回りの円偏光に変換された赤色光RLc1は第2波長変換素子36に入射する。図4は、第1位相差素子24を透過して第2波長変換素子36に入射する赤色光の偏光状態を示す模式図である。図4においては、図面を見やすくするため、第3集光素子35の図示を省略している。
図4に示すように、第2波長変換素子36に含有される赤色蛍光体は、外部から入射された赤色光をほとんど吸収しないことから、赤色蛍光体は、赤色光RLc1もほとんど吸収しない。このため、第1波長変換素子28に入射された赤色光RLc1は、第2波長変換素子36の内部で繰り返し反射されることによってS偏光およびP偏光が混在した非偏光の赤色光として、赤色蛍光体にて生じた赤色光RLとともに、第2波長変換素子36の外部に射出される。第2波長変換素子36から非偏光の赤色光RLmが射出される。
第2波長変換素子36に入射された赤色光RLc1のうち、第2波長変換素子36の表面36aで反射された光、あるいは、第2波長変換素子36の表層で後方散乱された光は、偏光が乱れにくい。そのため、図4に示されるように、第2波長変換素子36で表面反射あるいは後方散乱された赤色光RLc1は、右回りの円偏光の赤色光RLc2として第2波長変換素子36から射出される。
すなわち、本実施形態の第2波長変換素子36は、赤色蛍光体で生成した非偏光の赤色光RLに加え、非偏光の赤色光RLmと右回りの円偏光の赤色光RLc2とを第2光学部材23に向けて射出することができる。
ここで、第2波長変換素子36から非偏光として射出された赤色光RLmは、第1位相差素子24を透過した場合でも非偏光のまま偏光状態が変化することはなく、第2光学部材23に入射する。
第2光学部材23に入射した非偏光の赤色光RLmは、赤色光RLと同様、第4光学層232および第2透明基板230を透過して第3光学層231に入射する。そして、非偏光の赤色光RLmは、第3光学層231において、P偏光成分の赤色光RLp2とS偏光成分の赤色光RLs2とに分離される。すなわち、S偏光成分の赤色光RLs2は+Z方向に反射され、P偏光成分の赤色光RLp2は-X方向に射出されて光学素子31により再び+X方向に反射される。光学素子31で反射されたP偏光成分の赤色光RLp2は、赤色光RLpと同様、第1位相差素子24を経由して再び第2波長変換素子36に戻り、第2波長変換素子36から非偏光あるいは円偏光として射出される。
一方、第2波長変換素子36から射出された右回りの円偏光の赤色光RLc2は、第1位相差素子24に再び入射することで、S偏光成分の赤色光RLs3に変換されて第2光学部材23に入射する。第2光学部材23に入射した赤色光RLs3は、赤色光RLと同様、第3光学層231により+Z方向に反射される。
このように本実施形態の光源装置2によれば、赤色波長帯の光として、赤色光RLsに加えて、赤色光RLs2および赤色光RLs3を第2光学部材23から+Z方向に射出することができる。以下、第2光学部材23から射出される、赤色光RLs、赤色光RLs2および赤色光RLs3をまとめて単に赤色光RLs4と称す。
[ライトトンネルの構成]
図5はライトトンネル40の構成を示す斜視図である。図6はライトトンネル40を-X方向から+X方向に視た側面図である。図6では、第2集光素子27を経由して第2光学部材23に入射する緑色光GLを示している。
図5はライトトンネル40の構成を示す斜視図である。図6はライトトンネル40を-X方向から+X方向に視た側面図である。図6では、第2集光素子27を経由して第2光学部材23に入射する緑色光GLを示している。
図5に示すように、ライトトンネル40は、第1ミラー141と、第2ミラー142と、を有する。第1透明基板220および第2透明基板230は、接着材等により第1ミラー141および第2ミラー142に接合されている。第1ミラー141および第2ミラー142からなるライトトンネル40は、第1光学部材22および第2光学部材23と対向する側の面が全て反射面とされている。これにより、ライトトンネル40は、後段の光学要素に向けて広がって進む光を反射させることで光の損失を抑制する機能を有する。また、ライトトンネル40は、第1透明基板220および第2透明基板230を支持する支持部材としての機能を有する。
第1ミラー141は第1透明基板220および第2透明基板230に対して、+Y方向に配置されている。第1ミラー141は、少なくとも第1透明基板220および第2透明基板230に面する内面側が光反射面となっている。
第2ミラー142は、第1透明基板220および第2透明基板230に対して、-Y方向に配置されている。第2ミラー142は、少なくとも第1透明基板220および第2透明基板230に面する内面側が光反射面となっている。第1ミラー141と第2ミラー142とは、XZ平面に沿って配置され、互いに対向している。
なお、本実施形態において、+Y方向は特許請求の範囲の第5方向に対応し、-Y方向は特許請求の範囲の第6方向に対応する。
第2ミラー142は、第1透明基板220および第2透明基板230に対して、-Y方向に配置されている。第2ミラー142は、少なくとも第1透明基板220および第2透明基板230に面する内面側が光反射面となっている。第1ミラー141と第2ミラー142とは、XZ平面に沿って配置され、互いに対向している。
なお、本実施形態において、+Y方向は特許請求の範囲の第5方向に対応し、-Y方向は特許請求の範囲の第6方向に対応する。
本実施形態において、第1波長変換素子28から射出された緑色光GLは第2集光素子27によって略平行化されるが、一部の成分は発散した状態で第2光学部材23に入射する。ここで、比較例の光源装置として、本実施形態の光源装置2からライトトンネル40を取り除いた構成を考える。
第2光学部材23はプレート型の偏光分離素子であるため、比較例の光源装置のようにライトトンネル40を有しない場合、第2集光素子27から射出された緑色光GLの一部が第2光学部材23よりも外側に拡がることで第2光学部材23に入射できず、緑色光GLの光利用効率が低下するおそれがある。なお、第2光学部材23としてプレート型の偏光分離素子を用いれば、第2集光素子27から広角で射出される光をプリズム表面で屈折させて内部に取り込み可能となるが、プレート型の偏光分離素子を用いることによる膜設計性の容易さ等のメリットが得られなくなってしまう。
これに対して、本実施形態の光源装置2ではライトトンネル40を備えるため、図6に示すように、Y方向において拡がった緑色光GLを第1ミラー141および第2ミラー142で反射することで第2光学部材23に取り込むことができる。これにより、緑色光GLの光利用効率を向上させることができる。
また、第1集光素子25からY方向に拡がった状態で射出された青色光BLpについても第1ミラー141および第2ミラー142で反射することで第1光学部材22に効率良く取り込むことができる。これにより、青色光BLpの光利用効率を向上させることができる。また、第3集光素子35からY方向に拡がった状態で射出された赤色光RL、RLm、RLs3についても第1ミラー141および第2ミラー142で反射することで第2光学部材23に効率良く取り込むことができる。これにより、赤色光RL、赤色光RLmおよび赤色光RLs3の光利用効率を向上させることができる。さらに、光源部21からY方向に拡がった状態で射出された第1光BLについても第1ミラー141および第2ミラー142で反射することで第1光学部材22に効率良く取り込むことができる。これにより、第1光BLの光利用効率を向上させることができる。
[第1色分離素子の構成]
図7は、-X方向から見た光源装置2の側面図である。すなわち、図7は、第1色分離素子29および第4位相差素子38等を-X方向から見た状態を示している。図7においては、図面を見やすくするため、第2位相差素子37、第1集光素子25、および拡散装置26等の図示を省略している。
図7は、-X方向から見た光源装置2の側面図である。すなわち、図7は、第1色分離素子29および第4位相差素子38等を-X方向から見た状態を示している。図7においては、図面を見やすくするため、第2位相差素子37、第1集光素子25、および拡散装置26等の図示を省略している。
図7に示すように、第1色分離素子29は、第1光学部材22に対して+Z方向に配置されている。第1色分離素子29は、ダイクロイックプリズム291と、反射プリズム292と、を有する。ダイクロイックプリズム291と反射プリズム292とは、Y軸に沿って並んで配置されている。第1色分離素子29は、第1光学部材22から+Z方向に射出された光を、青色光BLpと緑色光GLsとに分離する。
ダイクロイックプリズム291には、第1光学部材22から射出された青色光BLpと緑色光GLsとを含む光が入射される。ダイクロイックプリズム291は、略直角二等辺三角柱状の2つの基材を組み合わせて略直方体形状に形成されたプリズム型の色分離素子から構成されている。2つの基材の界面には、色分離層2911が設けられている。色分離層2911は、Y軸およびZ軸に対して45°傾斜している。換言すると、色分離層2911は、XY平面およびYZ平面に対して45°傾斜している。
色分離層2911は、入射される光のうち、青色光成分を反射させ、青色波長帯よりも大きい波長帯を有する色光、すなわち、緑色光成分を透過するダイクロイックミラーとして機能する。このため、第1光学部材22からダイクロイックプリズム291に入射した光のうち、緑色光GLsは、色分離層2911を+Z方向に透過して、ダイクロイックプリズム291の外部に射出される。
一方、第1光学部材22からダイクロイックプリズム291に入射した光のうち、青色光BLpは、色分離層2911によって-Y方向に反射される。本実施形態の場合、青色光BLpはダイクロイックプリズム291の色分離層2911に対するS偏光成分の光であり、緑色光GLsはダイクロイックプリズム291の色分離層2911に対するP偏光成分の光である。すなわち、本実施形態の色分離層2911は、S偏光成分の光として入射する青色光BLpを反射し、P偏光成分の光として入射する緑色光GLsを透過させる。一般的に、S偏光成分の光は反射し易く、P偏光成分の光は透過し易い。本実施形態の色分離層2911は、上述のようにP偏光を透過、S偏光を反射するように設計すればよいため、色分離層2911は比較的に容易に膜設計することができる。
なお、ダイクロイックプリズム291に代えて、色分離層2911を有するダイクロイックミラーを採用してもよい。また、第1色分離素子29は、偏光分離層を有する偏光分離素子と、反射プリズム292とを有する構成であってもよい。ダイクロイックプリズム291に代えて、例えば入射された青色光BLpを+Z方向に透過させ、緑色光GLsを反射プリズム292に向けて-Y方向に反射させる偏光分離素子を第1色分離素子29に採用したとしても、ダイクロイックプリズム291を有する第1色分離素子29と同様に、青色光BLpと緑色光GLsとを分離することができる。
反射プリズム292は、ダイクロイックプリズム291に対して-Y方向に配置されている。反射プリズム292には、色分離層2911で反射された青色光BLpが入射される。反射プリズム292は、略直角二等辺三角柱状の2つの基材を組み合わせて略直方体形状に形成されたプリズム型の反射素子である。2つの基材の界面には、反射層2921が設けられている。反射層2921は、+Y方向および+Z方向に対して45°傾斜している。換言すると、反射層2921は、XY平面およびYZ平面に対して45°傾斜している。すなわち、反射層2921と色分離層2911とは、平行に配置されている。
反射層2921は、ダイクロイックプリズム291から-Y方向に入射される青色光BLpを+Z方向に反射する。反射層2921によって反射された青色光BLpは、反射プリズム292から+Z方向に射出される。なお、反射プリズム292に代えて、反射層2921を有する反射ミラーを採用してもよい。
[第4位相差素子の構成]
第4位相差素子38は、ダイクロイックプリズム291に対する+Z方向に配置されている。換言すると、第4位相差素子38は、ダイクロイックプリズム291から射出される緑色光GLsの光路上に配置されている。第4位相差素子38は、入射される緑色光GLsが有する緑色波長帯に対する1/2波長板で構成されている。第4位相差素子38は、ダイクロイックプリズム291から入射される緑色光GLsを、P偏光成分の緑色光GLp1に変換する。第4位相差素子38によってP偏光成分に変換された緑色光GLp1は、光源装置2から+Z方向に射出されて、図1に示す均一化装置4に入射する。なお、第4位相差素子38は、ダイクロイックプリズム291の緑色光GLsが射出される面に接して設けられていてもよい。
第4位相差素子38は、ダイクロイックプリズム291に対する+Z方向に配置されている。換言すると、第4位相差素子38は、ダイクロイックプリズム291から射出される緑色光GLsの光路上に配置されている。第4位相差素子38は、入射される緑色光GLsが有する緑色波長帯に対する1/2波長板で構成されている。第4位相差素子38は、ダイクロイックプリズム291から入射される緑色光GLsを、P偏光成分の緑色光GLp1に変換する。第4位相差素子38によってP偏光成分に変換された緑色光GLp1は、光源装置2から+Z方向に射出されて、図1に示す均一化装置4に入射する。なお、第4位相差素子38は、ダイクロイックプリズム291の緑色光GLsが射出される面に接して設けられていてもよい。
緑色光GLp1は、青色光BLpとは空間的に分離され、光源装置2における青色光BLpの射出位置とは異なる射出位置から射出され、均一化装置4に入射する。詳述すると、緑色光GLp1は、光源装置2における青色光BLpの射出位置から+Y方向に離れた射出位置から射出され、均一化装置4に入射する。
[第2色分離素子の構成]
図8は、+X方向から見た光源装置2の側面図である。換言すると、図8は、+X方向から見た第5位相差素子39および第2色分離素子33を示している。なお、図8においては、第2波長変換素子36、第2集光素子27および第1波長変換素子28の図示を省略する。
図8は、+X方向から見た光源装置2の側面図である。換言すると、図8は、+X方向から見た第5位相差素子39および第2色分離素子33を示している。なお、図8においては、第2波長変換素子36、第2集光素子27および第1波長変換素子28の図示を省略する。
図8に示すように、第2色分離素子33は、第2光学部材23に対して+Z方向に配置されている。第2色分離素子33は、ダイクロイックプリズム331と、反射プリズム332と、を有する。ダイクロイックプリズム331と反射プリズム332とは、Y軸に沿って並んで配置されている。第2色分離素子33は、第2光学部材23から+Z方向に射出された光を、緑色光GLpと赤色光RLs4とに分離する。
ダイクロイックプリズム331は、ダイクロイックプリズム291と同様、プリズム型の色分離素子で構成されている。2つの基材の界面には、色分離層3311が設けられている。色分離層3311は、+Y方向および+Z方向に対して45°傾斜している。換言すると、色分離層3311は、XY平面およびYZ平面に対して45°傾斜している。色分離層3311と反射層3321とは、平行に配置されている。
色分離層3311は、入射される光のうち、緑色光成分を反射させ、赤色光成分を透過させるダイクロイックミラーとして機能する。このため、第2光学部材23からダイクロイックプリズム331に入射した光のうち、赤色光RLs4は、色分離層3311を+Z方向に透過して、ダイクロイックプリズム331の外部に射出される。
一方、第2光学部材23からダイクロイックプリズム331に入射した光のうち、緑色光GLpは、色分離層3311によって-Y方向に反射される。本実施形態の場合、緑色光GLpはダイクロイックプリズム331の色分離層3311に対するS偏光成分の光であり、赤色光RLs4はダイクロイックプリズム331の色分離層3311に対するP偏光成分の光である。すなわち、本実施形態の色分離層3311は、S偏光成分の光として入射する緑色光GLpを反射し、P偏光成分の光として入射する赤色光RLs4を透過させる。一般的に、S偏光成分の光は反射し易く、P偏光成分の光は透過し易いため、上述のようにP偏光を透過、S偏光を反射するように設計する本実施形態の色分離層3311の膜設計は容易となる。
なお、ダイクロイックプリズム331に代えて、色分離層3311を有するダイクロイックミラーが用いられてもよい。
なお、ダイクロイックプリズム331に代えて、色分離層3311を有するダイクロイックミラーが用いられてもよい。
反射プリズム332は、ダイクロイックプリズム331に対して-Y方向に配置されている。反射プリズム332は、反射プリズム292と同様の構成を有する。すなわち、反射プリズム332は、色分離層3311、および反射層2921と平行な反射層3321を有する。
反射層3321は、色分離層3311で反射されて入射する緑色光GLpを+Z方向に反射する。反射層3321で反射された緑色光GLpは、反射プリズム332の外部に射出される。なお、反射プリズム332に代えて、反射層3321を有する反射ミラーを採用してもよい。
[第5位相差素子の構成]
第5位相差素子39は、ダイクロイックプリズム331に対する+Z方向に配置されている。換言すると、第5位相差素子39は、ダイクロイックプリズム331から射出される赤色光RLs4の光路上に配置されている。第5位相差素子39は、入射される赤色光RLs4が有する赤色波長帯に対する1/2波長板で構成されている。第5位相差素子39は、ダイクロイックプリズム331から入射される赤色光RLs4を、P偏光成分の赤色光RLp4に変換する。第5位相差素子39によってP偏光成分に変換された赤色光RLp4は、光源装置2から+Z方向に射出されて、図1に示す均一化装置4に入射する。なお、第5位相差素子39は、ダイクロイックプリズム331の赤色光RLs4が射出される面に接して設けられていてもよい。
第5位相差素子39は、ダイクロイックプリズム331に対する+Z方向に配置されている。換言すると、第5位相差素子39は、ダイクロイックプリズム331から射出される赤色光RLs4の光路上に配置されている。第5位相差素子39は、入射される赤色光RLs4が有する赤色波長帯に対する1/2波長板で構成されている。第5位相差素子39は、ダイクロイックプリズム331から入射される赤色光RLs4を、P偏光成分の赤色光RLp4に変換する。第5位相差素子39によってP偏光成分に変換された赤色光RLp4は、光源装置2から+Z方向に射出されて、図1に示す均一化装置4に入射する。なお、第5位相差素子39は、ダイクロイックプリズム331の赤色光RLs4が射出される面に接して設けられていてもよい。
赤色光RLp4は、緑色光GLpとは空間的に分離され、光源装置2における緑色光GLpの射出位置とは異なる射出位置から射出され、均一化装置4に入射する。すなわち、赤色光RLp4は、青色光BLp、緑色光GLp1、および緑色光GLpとは空間的に分離され、青色光BLp、緑色光GLp1、および緑色光GLpとは異なる位置から射出され、均一化装置4に入射される。換言すると、赤色光RLp4は、光源装置2における緑色光GLpの射出位置から+Y方向に離れ、緑色光GLp1の射出位置から+X方向に離れた射出位置から射出され、均一化装置4に入射される。
[均一化装置の構成]
図1に示すように、均一化装置4は、光源装置2から射出された光が照射される光変調装置6の画像形成領域における照度を均一化する。均一化装置4は、第1マルチレンズ41と、第2マルチレンズ42と、重畳レンズ43と、を有する。
図1に示すように、均一化装置4は、光源装置2から射出された光が照射される光変調装置6の画像形成領域における照度を均一化する。均一化装置4は、第1マルチレンズ41と、第2マルチレンズ42と、重畳レンズ43と、を有する。
第1マルチレンズ41は、光源装置2から入射される光Lの中心軸、すなわち、照明光軸Axに直交する面内にマトリクス状に配列された複数のレンズ411を有する。第1マルチレンズ41は、複数のレンズ411によって光源装置2から入射される光を複数の部分光束に分割する。
図9は、-Z方向から見た第1マルチレンズ41における各色光の入射位置を示す模式図である。
図9に示すように、光源装置2から射出された緑色光GLp1、青色光BLp、赤色光RLp4および緑色光GLpは、第1マルチレンズ41に入射される。光源装置2における-X方向で+Y方向の位置から射出された緑色光GLp1は、第1マルチレンズ41における-X方向で+Y方向の領域A1に含まれる複数のレンズ411に入射される。また、光源装置2における-X方向で-Y方向の位置から射出された青色光BLpは、第1マルチレンズ41における-X方向で-Y方向の領域A2に含まれる複数のレンズ411に入射される。
図9に示すように、光源装置2から射出された緑色光GLp1、青色光BLp、赤色光RLp4および緑色光GLpは、第1マルチレンズ41に入射される。光源装置2における-X方向で+Y方向の位置から射出された緑色光GLp1は、第1マルチレンズ41における-X方向で+Y方向の領域A1に含まれる複数のレンズ411に入射される。また、光源装置2における-X方向で-Y方向の位置から射出された青色光BLpは、第1マルチレンズ41における-X方向で-Y方向の領域A2に含まれる複数のレンズ411に入射される。
光源装置2における+X方向で+Y方向の位置から射出された赤色光RLp4は、第1マルチレンズ41における+X方向で+Y方向の領域A3に含まれる複数のレンズ411に入射される。光源装置2における+X方向で-Y方向の位置から射出された緑色光GLpは、第1マルチレンズ41における+X方向で-Y方向の領域A4に含まれる複数のレンズ411に入射される。各レンズ411に入射された各色光は、複数の部分光束となって、第2マルチレンズ42においてレンズ411に対応するレンズ421に入射する。
本実施形態の光源装置2から射出された光Lのうち、緑色光GLp1は特許請求の範囲の第4光に対応し、青色光BLpは特許請求の範囲の第5光に対応し、赤色光RLp4は特許請求の範囲の第6光に対応し、緑色光GLpは特許請求の範囲の第7光に対応する。
本実施形態の光源装置2から射出された光Lのうち、緑色光GLp1は特許請求の範囲の第4光に対応し、青色光BLpは特許請求の範囲の第5光に対応し、赤色光RLp4は特許請求の範囲の第6光に対応し、緑色光GLpは特許請求の範囲の第7光に対応する。
図1に示すように、第2マルチレンズ42は、照明光軸Axに直交する面内にマトリクス状に配列されるとともに、第1マルチレンズ41の複数のレンズ411に対応した複数のレンズ421を有する。各レンズ421には、当該レンズ421に対応するレンズ411から射出された複数の部分光束が入射される。各レンズ421は、入射された部分光束を重畳レンズ43に入射させる。
重畳レンズ43は、第2マルチレンズ42から入射される複数の部分光束を光変調装置6の画像形成領域において重畳する。詳述すると、それぞれが複数の部分光束に分割された緑色光GLp1、青色光BLp、赤色光RLp4および緑色光GLpは、第2マルチレンズ42と重畳レンズ43とによって、フィールドレンズ5を介して、光変調装置6の後述するマイクロレンズアレイ62を構成する複数のマイクロレンズ621のそれぞれに異なる角度で入射する。
[光変調装置の構成]
図1に示すように、光変調装置6は、光源装置2から射出された光を変調する。詳述すると、光変調装置6は、光源装置2から射出されて均一化装置4およびフィールドレンズ5を介して入射される各色光を画像情報に応じてそれぞれ変調し、画像情報に応じた画像光を形成する。光変調装置6は、1つの液晶パネル61と、1つのマイクロレンズアレイ62と、を備える。
図1に示すように、光変調装置6は、光源装置2から射出された光を変調する。詳述すると、光変調装置6は、光源装置2から射出されて均一化装置4およびフィールドレンズ5を介して入射される各色光を画像情報に応じてそれぞれ変調し、画像情報に応じた画像光を形成する。光変調装置6は、1つの液晶パネル61と、1つのマイクロレンズアレイ62と、を備える。
[液晶パネルの構成]
図10は、-Z方向から見た光変調装置6の一部を拡大視した模式図である。換言すると、図10は、液晶パネル61が有する画素PXと、マイクロレンズアレイ62が有するマイクロレンズ621と、の対応関係を示している。
図10に示すように、液晶パネル61は、照明光軸Axに直交する面内にマトリクス状に配列された複数の画素PXを有する。
図10は、-Z方向から見た光変調装置6の一部を拡大視した模式図である。換言すると、図10は、液晶パネル61が有する画素PXと、マイクロレンズアレイ62が有するマイクロレンズ621と、の対応関係を示している。
図10に示すように、液晶パネル61は、照明光軸Axに直交する面内にマトリクス状に配列された複数の画素PXを有する。
各画素PXは、互いに異なる色の色光を変調する複数のサブ画素SXを有する。本実施形態では、各画素PXは、4つのサブ画素SX(SX1~SX4)を有する。具体的に、1つの画素PX内において、-X方向で+Y方向の位置に、第1サブ画素SX1が配置されている。-X方向で-Y方向の位置に、第2サブ画素SX2が配置されている。+X方向で+Y方向の位置に、第3サブ画素SX3が配置されている。+X方向で-Y方向の位置に、第4サブ画素SX4が配置されている。
[マイクロレンズアレイの構成]
図1に示すように、マイクロレンズアレイ62は、液晶パネル61に対して光入射側である-Z方向に設けられている。マイクロレンズアレイ62は、マイクロレンズアレイ62に入射される色光を個々の画素PXに導く。マイクロレンズアレイ62は、複数の画素PXに対応する複数のマイクロレンズ621を有する。
図1に示すように、マイクロレンズアレイ62は、液晶パネル61に対して光入射側である-Z方向に設けられている。マイクロレンズアレイ62は、マイクロレンズアレイ62に入射される色光を個々の画素PXに導く。マイクロレンズアレイ62は、複数の画素PXに対応する複数のマイクロレンズ621を有する。
図10に示すように、複数のマイクロレンズ621は、照明光軸Axに直交する面内にマトリクス状に配列されている。換言すると、複数のマイクロレンズ621は、フィールドレンズ5から入射される光の中心軸に対する直交面内にマトリクス状に配列されている。本実施形態では、1つのマイクロレンズ621は、+X方向に配列された2つのサブ画素と、+Y方向に配列された2つのサブ画素と、に対応して設けられている。すなわち、1つのマイクロレンズ621は、XY平面内に2行2列に配列された4つのサブ画素SX1~SX4に対応して設けられている。
マイクロレンズ621には、均一化装置4によって重畳された緑色光GLp1、青色光BLp、赤色光RLp4および緑色光GLpがそれぞれ異なる角度で入射される。マイクロレンズ621は、マイクロレンズ621に入射される色光を、当該色光に対応するサブ画素SXに入射させる。具体的には、マイクロレンズ621は、対応する画素PXのサブ画素SXのうち、第1サブ画素SX1に緑色光GLp1を入射させ、第2サブ画素SX2に青色光BLpを入射させ、第3サブ画素SX3に赤色光RLp4を入射させ、第4サブ画素SX4に緑色光GLpを入射させる。これにより、各サブ画素SX1~SX4に、当該サブ画素SX1~SX4に対応する色光が入射され、各サブ画素SX1~SX4によって対応する色光がそれぞれ変調される。このように、液晶パネル61によって変調された画像光は、投射光学装置7によって図示しない被投射面上に投射される。
[第1実施形態の効果]
特許文献1に記載された従来のプロジェクターにおいては、光源としてランプが用いられている。ランプから射出される光は偏光方向が揃っていないため、光変調装置として液晶パネルを用いるためには、偏光方向を揃えるための偏光変換手段が必要となる。プロジェクターには、マルチレンズアレイと偏光分離素子(PBS)アレイとを備える偏光変換手段が一般的に用いられている。ところが、プロジェクターを小型化するために、ピッチが狭いマルチレンズアレイとPBSアレイとが必要となるが、ピッチが狭いPBSアレイの作成は非常に困難である。
特許文献1に記載された従来のプロジェクターにおいては、光源としてランプが用いられている。ランプから射出される光は偏光方向が揃っていないため、光変調装置として液晶パネルを用いるためには、偏光方向を揃えるための偏光変換手段が必要となる。プロジェクターには、マルチレンズアレイと偏光分離素子(PBS)アレイとを備える偏光変換手段が一般的に用いられている。ところが、プロジェクターを小型化するために、ピッチが狭いマルチレンズアレイとPBSアレイとが必要となるが、ピッチが狭いPBSアレイの作成は非常に困難である。
この問題に対して、本実施形態においては、偏光方向が揃った複数の色光、すなわち、P偏光成分の緑色光GLp1、P偏光成分の青色光BLp、P偏光成分の赤色光RLp4およびP偏光成分の緑色光GLpが光源装置2から射出される。この構成によれば、上記のようなピッチが狭い偏光変換素子を用いることなく、空間的に分離され、偏光方向が揃えられた複数の色光を射出可能な光源装置2を実現することができる。これにより、光源装置2の小型化が可能となり、ひいては、プロジェクター1の小型化を図ることができる。
また、本実施形態のプロジェクター1においては、第2波長変換素子36によって生成した赤色光RLを用いて4つの色光のうちの赤色成分を生成することができる。このようにして生成された赤色光RLは、黄色蛍光を分離して生成される赤色光に比べ、赤色成分の光量を増大させるとともに赤色光による色域を向上させることができる。したがって、本実施形態の光源装置2によれば、投射画像の赤色成分の色再現性を高めることができる。
さらに、本実施形態のプロジェクター1においては、光変調装置6において4つのサブ画素SXのうちの2つのサブ画素SX2,SX3に緑色光が入射されるため、画素PXに入射される緑色光の光量を増やすことができる。これにより、投射画像の視感度を高めることができる。
また、本実施形態の光源装置2では、青色波長帯を有し、P偏光成分の青色光BLpとS偏光成分の青色光BLsとを含む第1光BLを射出する光源部21と、光源部21から+X方向に沿って入射される青色光BLpを+X方向に透過し、青色光BLsを-Z方向に反射する第1光学部材22と、第1光学部材22に対して+X方向に配置され、第1光学部材22から+X方向に沿って入射される青色光BLpの一部を-Z方向に反射し、青色光BLpの他の一部を+X方向に透過する第2光学部材23と、第1光学部材22に対して-Z方向に配置され、第1光学部材22から-Z方向に沿って入射される青色光BLc1を拡散させ、拡散した青色光BLc2+Z方向に射出する拡散板261と、第2光学部材23に対して-Z方向に配置され、第2光学部材23から-Z方向に沿って入射される青色光BLpの一部を波長変換し、緑色光GLを+Z方向に射出する第1波長変換素子28と、第2光学部材23に対して+X方向に配置され、第2光学部材23から+X方向に沿って入射される青色光BLpの他の一部を波長変換し、赤色光RLを-X方向に射出する第2波長変換素子36と、を備える。第2光学部材23は、第1波長変換素子28から+Z方向に沿って緑色光GLが入射され、緑色光GLpを+Z方向に透過し、緑色光GLsを-X方向に反射し、第2光学部材23は、第2波長変換素子36から-X方向に沿って少なくとも赤色光RLが入射され、赤色光RLsを+Z方向に反射し、第1光学部材22は、拡散板261から+Z方向に沿って射出される青色光BLpを透過し、第2光学部材23から-X方向に沿って入射される緑色光GLsを+Z方向に反射する。
本実施形態の光源装置2によれば、P偏光成分の青色光BLpを分離し、第1波長変換素子28の励起光BL1および第2波長変換素子36の励起光BL2として利用することができる。この場合、第2光学部材23の第4光学層232としてハーフミラー機能を有する光学膜を用いることができるため、第4光学層232はP偏光成分の青色光BLpを100%透過させる必要がない。
このように、本実施形態の光源装置2においては、第4光学層232を構成する誘電体多層膜に対して、P偏光を100%透過させる、というような特殊な特性が要求されない。そのため、第4光学層232を構成する誘電体多層膜の成膜が容易である。具体的には、誘電体多層膜の層数を少なくすることができるため、製造コストの低減および歩留まりの向上を図ることができる。このように、本実施形態の光源装置2によれば、第4光学層232を含む第2光学部材23の設計コスト、ひいては光源装置全体のコストを低減することができる。
このように、本実施形態の光源装置2においては、第4光学層232を構成する誘電体多層膜に対して、P偏光を100%透過させる、というような特殊な特性が要求されない。そのため、第4光学層232を構成する誘電体多層膜の成膜が容易である。具体的には、誘電体多層膜の層数を少なくすることができるため、製造コストの低減および歩留まりの向上を図ることができる。このように、本実施形態の光源装置2によれば、第4光学層232を含む第2光学部材23の設計コスト、ひいては光源装置全体のコストを低減することができる。
また、本実施形態の光源装置2では、第2光学部材23を透過して-X方向に沿って入射する赤色光RLpを+X方向に反射する光学素子31をさらに備える構成としている。
この構成によれば、第2光学部材23を透過した赤色光RLpを第2波長変換素子36に入射させて赤色光RLとともに非偏光の赤色光RLmを第2波長変換素子36から射出させることができる。非偏光の赤色光RLmの一部であるS偏光成分の赤色光RLs2は、赤色光RLと同様、第2光学部材23から+Z方向に射出される。
本実施形態の場合、赤色光RLs2を赤色光RLs4の一部として取り出すことができる。すなわち、第2光学部材23において赤色光RLから分離された赤色成分の一部を赤色光RLs4として再利用できるので、赤色成分の光利用効率を向上させることができる。したがって、投射画像の赤色成分の色再現性を高めることができる。
この構成によれば、第2光学部材23を透過した赤色光RLpを第2波長変換素子36に入射させて赤色光RLとともに非偏光の赤色光RLmを第2波長変換素子36から射出させることができる。非偏光の赤色光RLmの一部であるS偏光成分の赤色光RLs2は、赤色光RLと同様、第2光学部材23から+Z方向に射出される。
本実施形態の場合、赤色光RLs2を赤色光RLs4の一部として取り出すことができる。すなわち、第2光学部材23において赤色光RLから分離された赤色成分の一部を赤色光RLs4として再利用できるので、赤色成分の光利用効率を向上させることができる。したがって、投射画像の赤色成分の色再現性を高めることができる。
また、本実施形態の光源装置2では、第2光学部材23と第2波長変換素子36との間に設けられ、赤色光RLに対して1/4の位相差を付与する第1位相差素子24をさらに備える構成としている。
この構成によれば、第2光学部材23と第2波長変換素子36との間に第1位相差素子24が設けられているため、第2波長変換素子36から射出された円偏光の赤色光RLc2をS偏光成分の赤色光RLsに変換し、第2光学部材23で反射して外部に射出させることができる。これにより、第2波長変換素子36から射出される光の利用効率を高めることができる。
この構成によれば、第2光学部材23と第2波長変換素子36との間に第1位相差素子24が設けられているため、第2波長変換素子36から射出された円偏光の赤色光RLc2をS偏光成分の赤色光RLsに変換し、第2光学部材23で反射して外部に射出させることができる。これにより、第2波長変換素子36から射出される光の利用効率を高めることができる。
また、本実施形態の光源装置2では、第1光学部材22と拡散装置26との間に設けられ、第1光学部材22から-Z方向に沿って青色光BLsが入射される第2位相差素子37をさらに備える構成としている。
この構成によれば、第1光学部材22と拡散装置26との間に第2位相差素子37が設けられているため、拡散装置26から射出された円偏光の青色光BLc2をP偏光成分の青色光BLpに変換し、第1光学部材22を透過させることができる。これにより、拡散装置26から射出された青色光BLc2の利用効率を高めることができる。
この構成によれば、第1光学部材22と拡散装置26との間に第2位相差素子37が設けられているため、拡散装置26から射出された円偏光の青色光BLc2をP偏光成分の青色光BLpに変換し、第1光学部材22を透過させることができる。これにより、拡散装置26から射出された青色光BLc2の利用効率を高めることができる。
また、本実施形態の光源装置2では、光源部21は、発光素子211と、発光素子211から射出される光が入射され、第1光BLを射出する第3位相差素子2131と、を有する構成としている。
この構成によれば、光源部21が第3位相差素子2131を備えているため、P偏光成分の青色光BLpとS偏光成分の青色光BLsとを第1光学部材22に確実に入射させることができる。さらに、この構成によれば、複数の発光素子211から射出される光の偏光方向が同じでよいため、同一の固体光源を同一の向きに配置すればよく、光源部21の構成を簡単にすることができる。
この構成によれば、光源部21が第3位相差素子2131を備えているため、P偏光成分の青色光BLpとS偏光成分の青色光BLsとを第1光学部材22に確実に入射させることができる。さらに、この構成によれば、複数の発光素子211から射出される光の偏光方向が同じでよいため、同一の固体光源を同一の向きに配置すればよく、光源部21の構成を簡単にすることができる。
また、本実施形態の光源装置2では、第3位相差素子2131は、第3位相差素子2131に入射する光の進行方向に沿う回転軸R2を中心として回転可能とされている構成としている。
この構成によれば、第3位相差素子2131が+X方向に沿う回転軸R2を中心として回転可能とされているため、第3位相差素子2131の回転角を調整することによって、第1光学部材22に入射される青色光BLsの光量と青色光BLpの光量との割合を調整することができる。これにより、光源装置2から射出される緑色光GLp1、青色光BLp、赤色光RLp4および緑色光GLpの各光量の割合を調整できるため、光源装置2のホワイトバランスを調整することができる。
この構成によれば、第3位相差素子2131が+X方向に沿う回転軸R2を中心として回転可能とされているため、第3位相差素子2131の回転角を調整することによって、第1光学部材22に入射される青色光BLsの光量と青色光BLpの光量との割合を調整することができる。これにより、光源装置2から射出される緑色光GLp1、青色光BLp、赤色光RLp4および緑色光GLpの各光量の割合を調整できるため、光源装置2のホワイトバランスを調整することができる。
また、本実施形態の光源装置2では、第1光学部材22および第2光学部材23に対して、+Y方向に配置される、第1ミラー141と、第1ミラー141に対向して設けられ、第1光学部材22および第2光学部材23に対して、-Y方向に配置される、第2ミラー142と、をさらに備える構成としている。
上述のように、拡散装置26から射出された青色光BLc2は第1集光素子25によって略平行化されるが、一部の成分は発散した状態で第1光学部材22に入射する。また、第1波長変換素子28から射出された緑色光GLは第2集光素子27によって略平行化されるが、一部の成分は発散した状態で第2光学部材23に入射する。また、第2波長変換素子36から射出された赤色光RLは第3集光素子35によって略平行化されるが、一部の成分は発散した状態で第2光学部材23に入射する。
これに対して、本実施形態の場合、第1光学部材22および第2光学部材23をY方向において挟むライトトンネル40を備えるため、Y方向において拡がった光を第1ミラー141および第2ミラー142で反射することで第1光学部材22または第2光学部材23に取り込むことができる。
これにより、プレート型の第1光学部材22および第2光学部材23に対して拡散装置26、および第1波長変換素子28並びに第2波長変換素子36から射出される光を効率良く取り込むことができる。
これに対して、本実施形態の場合、第1光学部材22および第2光学部材23をY方向において挟むライトトンネル40を備えるため、Y方向において拡がった光を第1ミラー141および第2ミラー142で反射することで第1光学部材22または第2光学部材23に取り込むことができる。
これにより、プレート型の第1光学部材22および第2光学部材23に対して拡散装置26、および第1波長変換素子28並びに第2波長変換素子36から射出される光を効率良く取り込むことができる。
また、本実施形態の光源装置2では、第1光学部材22に対して+Z方向に配置され、第1光学部材22から射出された光を、緑色光GLp1と青色光BLpとに分離する第1色分離素子29と、第2光学部材23に対して+Z方向に配置され、第2光学部材23から射出された光を、赤色光RLp4と緑色光GLpとに分離する第2色分離素子33と、をさらに備える構成としている。
この構成によれば、緑色光GLp1、青色光BLp、赤色光RLp4および緑色光GLpを光源装置2から射出することができる。
この構成によれば、緑色光GLp1、青色光BLp、赤色光RLp4および緑色光GLpを光源装置2から射出することができる。
また、本実施形態の場合、ダイクロイックプリズム291から射出される緑色光GLsの光路上に第4位相差素子38が配置されているため、緑色光GLsをP偏光成分の緑色光GLp1に変換することができる。これにより、第1色分離素子29から射出される緑色光GLp1および青色光BLpをP偏光成分の光とすることができる。
また、本実施形態の場合、ダイクロイックプリズム331から射出される赤色光RLs4の光路上に第5位相差素子39が配置されているため、赤色光RLs4をP偏光成分の赤色光RLp4に変換することができる。これにより、第2色分離素子33から射出される赤色光RLp4および緑色光GLpをP偏光成分の光とすることができる。
したがって、光源装置2から射出される緑色光GLp1、青色光BLp、赤色光RLp4および緑色光GLpの全てをP偏光成分の光に揃えることができる。
したがって、光源装置2から射出される緑色光GLp1、青色光BLp、赤色光RLp4および緑色光GLpの全てをP偏光成分の光に揃えることができる。
また、本実施形態の場合、光源装置2が青色光BLsを拡散装置26に向けて集光する第1集光素子25を備えているため、第1位相差素子24から射出された青色光BLc1を第1集光素子25によって拡散装置26に効率良く集光できるとともに、拡散装置26から射出された青色光BLc2を略平行化することができる。これにより、青色光BLsの損失を抑制することができ、青色光BLsの利用効率を高めることができる。
また、本実施形態の場合、光源装置2が励起光BL1を第1波長変換素子28に向けて集光する第2集光素子27を備えているため、励起光BL1を第2集光素子27によって第1波長変換素子28に効率良く集光できるとともに、第1波長変換素子28から射出された緑色光GLを略平行化することができる。これにより、緑色光GLの損失を抑制することができ、緑色光GLの利用効率を高めることができる。
また、本実施形態の場合、光源装置2が励起光BL2を第2波長変換素子36に向けて集光する第3集光素子35を備えているため、励起光BL2を第3集光素子35によって第2波長変換素子36に効率良く集光できるとともに、第2波長変換素子36から射出された赤色光RLを平行化することができる。これにより、赤色光RLの損失を抑制することができ、赤色光RLの利用効率を高めることができる。
また、本実施形態の場合、プロジェクター1が光源装置2と光変調装置6との間に位置する均一化装置4を備えているため、光源装置2から射出される緑色光GLp1、青色光BLp、赤色光RLp4および緑色光GLpによって光変調装置6を略均一に照明することができる。これにより、投射画像の色むらおよび輝度むらを抑制することができる。
また、本実施形態の場合、光変調装置6が複数の画素PXに対応する複数のマイクロレンズ621を有するマイクロレンズアレイ62を備えているため、光変調装置6に入射される4つの色光を、マイクロレンズ621によって液晶パネル61の対応する4つのサブ画素SXに入射させることができる。これにより、光源装置2から射出された各色光を各サブ画素SXに効率良く入射させることができ、各色光の利用効率を高めることができる。
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図11を用いて説明する。
第2実施形態の光源装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、赤色光RLの一部を第2波長変換素子36に戻す構成が第1実施形態と異なる。そのため、第1実施形態と共通である光源装置の全体構成についての説明は省略する。
以下、本発明の第2実施形態について、図11を用いて説明する。
第2実施形態の光源装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、赤色光RLの一部を第2波長変換素子36に戻す構成が第1実施形態と異なる。そのため、第1実施形態と共通である光源装置の全体構成についての説明は省略する。
図11は、+Y方向から見た第2実施形態の光源装置の要部における平面図である。
図11において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図11において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図11に示すように、本実施形態の光源装置20は、光源部21と、第1光学部材22と、第2光学部材23と、第1集光素子25と、拡散装置26と、第2集光素子27と、第1波長変換素子28と、第3集光素子35と、第2波長変換素子36と、第1色分離素子29と、第2色分離素子33と、第1位相差素子124と、反射型偏光素子32と、第2位相差素子37と、第4位相差素子38と、第5位相差素子39と、ライトトンネル40と、を有する。
本実施形態の第1位相差素子124は第2光学部材23と第2波長変換素子36との間に設けられている。本実施形態の光源装置20において、反射型偏光素子32は、第1位相差素子124と第2波長変換素子36との間に設けられている。
反射型偏光素子32は、第1位相差素子124に対して+X方向に配置されている。反射型偏光素子32は、第2光学部材23に対してP偏光成分として入射する光を透過させ、第2光学部材23に対してS偏光成分として入射する光を反射させる特性を有する。具体的に反射型偏光素子32は、例えばアルミニウム等からなる複数の金属細線が微細なピッチで基材の一面に設けられたワイヤーグリッド型偏光素子で構成されている。本実施形態において、反射型偏光素子32は、第2光学部材23に対してP偏光成分として入射する光を透過させる方向にグリッドの向きを設定している。
なお、第2光学部材23から+X方向に射出される励起光BL2はP偏光成分の光である。そのため、励起光BL2は反射型偏光素子32を透過して第3集光素子35を経由して第2波長変換素子36に入射することができる。
なお、第2光学部材23から+X方向に射出される励起光BL2はP偏光成分の光である。そのため、励起光BL2は反射型偏光素子32を透過して第3集光素子35を経由して第2波長変換素子36に入射することができる。
第2波長変換素子36から射出された非偏光の赤色光RLのうち、P偏光成分の赤色光RLpは反射型偏光素子32を透過して-X方向に射出される。一方、赤色光RLのうち、S偏光成分の赤色光RLsは反射型偏光素子32で反射されて第3集光素子35を経由して第2波長変換素子36に戻される。
第2波長変換素子36に戻された赤色光RLsの一部は非偏光の赤色光RLmとして射出され、第3集光素子35を経由して反射型偏光素子32に再び入射する。反射型偏光素子32に入射した非偏光の赤色光RLmのうち、P偏光成分の赤色光RLp2は反射型偏光素子32を透過して-X方向に射出され、S偏光成分の赤色光RLs2は第3集光素子35を経由して第2波長変換素子36に戻される。
なお、第2波長変換素子36に戻された赤色光RLsの他の一部は第2波長変換素子36の表面反射あるいは表層での後方散乱によって偏光状態がS偏光成分のままで保存されるため、反射型偏光素子32で再び反射されて第2波長変換素子36に戻る。
上述のように反射型偏光素子32から-X方向に射出されたP偏光成分の赤色光RLpおよび赤色光RLp2は、第1位相差素子124に入射する。
本実施形態の第1位相差素子124は、赤色波長帯に対する1/2波長板で構成されている。第1位相差素子124は、赤色光に対して赤色波長帯の1/2の位相差を付与し、赤色波長帯以外の波長帯を有する光、すなわち青色光および緑色光に対しては位相差を付与しない特性を有する波長選択性位相差素子から構成されている。波長選択性位相差素子として、具体的にはカラーセレクト(商品名、カラーリンク社製)を用いることができる。これにより、第1位相差素子124は、赤色波長帯の光のみに1/2の位相差を付与する。このため、青色波長帯の光である励起光BL2は第1位相差素子124を透過する際、偏光状態が変化することなく、P偏光成分の光として上述のように反射型偏光素子32を透過して第2波長変換素子36に入射する。
反射型偏光素子32から-X方向に射出された赤色光RLpおよび赤色光RLp2は、第1位相差素子124によってS偏光成分の赤色光RLsおよび赤色光RLs2に変換された後、第2光学部材23に入射する。すなわち、第1位相差素子124は、入射される赤色光RLpおよび赤色光RLp2の偏光状態を変換する。
第2光学部材23に入射した赤色光RLsおよび赤色光RLs2は、第4光学層232および第2透明基板230を透過して第3光学層231に入射する。そして、S偏光成分の赤色光RLsおよび赤色光RLs2は+Z方向に反射される。
[第2実施形態の効果]
本実施形態の光源装置20では、第2光学部材23と第2波長変換素子36との間に設けられ、赤色光RLに対して1/2の位相差を付与する第1位相差素子124をさらに備えている。また、第1位相差素子124と第2波長変換素子36との間に設けられ、第2波長変換素子36から射出された赤色光RLpを-X方向に透過し、赤色光RLpを+X方向に反射する反射型偏光素子32をさらに備えている。
本実施形態の光源装置20では、第2光学部材23と第2波長変換素子36との間に設けられ、赤色光RLに対して1/2の位相差を付与する第1位相差素子124をさらに備えている。また、第1位相差素子124と第2波長変換素子36との間に設けられ、第2波長変換素子36から射出された赤色光RLpを-X方向に透過し、赤色光RLpを+X方向に反射する反射型偏光素子32をさらに備えている。
本実施形態の光源装置20によれば、反射型偏光素子32によって偏光方向をP偏光に揃えた赤色光RLpおよび赤色光RLp2を第1位相差素子124に入射させることでS偏光の赤色光RLsおよび赤色光RLs2を生成することができる。本実施形態の光源装置20によれば、赤色光RLs4として、赤色光RLsおよび赤色光RLs2を第2光学部材23から+Z方向に射出することができる。
本実施形態の光源装置20では、赤色光RLのP偏光成分を第3集光素子35の近傍に配置した反射型偏光素子32によって第2波長変換素子36側に戻すことができる。この場合、第2光学部材23と第1光学部材22との間に配置した光学素子31によって第2波長変換素子36側に赤色光を戻す第1実施形態の光源装置2に比べて、第2波長変換素子36により近い位置で赤色光を戻すことで赤色光のリサイクル効率を高めることができる。
また、本実施形態においても、ピッチが狭い偏光変換素子を用いることなく、偏光方向が揃えられた複数の色光を射出可能な光源装置20を実現できる、光源装置20およびプロジェクター1の小型化が図れる、といった第1実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態においては、第1光学部材22および第2光学部材23をいずれもプレート型の偏光分離素子で構成する場合を例に挙げたが、第1光学部材22および第2光学部材23が略直角二等辺三角柱状の2つの基材を組み合わせ、2つの基材の界面に光学膜を形成した略直方体形状に形成されたプリズム型の偏光分離素子で構成されていてもよい。第1光学部材22および第2光学部材23としてプリズム型の偏光分離素子を用いる場合、ライトトンネル40は不要となる。また、第1光学部材22および第2光学部材23の一方をプリズム型で構成し、他方をプレート型で構成してもよい。
例えば上記実施形態においては、第1光学部材22および第2光学部材23をいずれもプレート型の偏光分離素子で構成する場合を例に挙げたが、第1光学部材22および第2光学部材23が略直角二等辺三角柱状の2つの基材を組み合わせ、2つの基材の界面に光学膜を形成した略直方体形状に形成されたプリズム型の偏光分離素子で構成されていてもよい。第1光学部材22および第2光学部材23としてプリズム型の偏光分離素子を用いる場合、ライトトンネル40は不要となる。また、第1光学部材22および第2光学部材23の一方をプリズム型で構成し、他方をプレート型で構成してもよい。
また、上記実施形態においては、第1光学層221および第2光学層222が1つの透光性基材の2つの面に設けられていた。この構成に代えて、第1光学層221と第2光学層222とは、それぞれ異なる透光性基材に設けられていてもよい。例えば第1光学層221が第1透光性基材の第1面に設けられ、第1透光性基材の第1面とは異なる第2面に反射防止層が設けられ、第2光学層222が第2透光性基材の第3面に設けられ、第2透光性基材の第3面とは異なる第4面に反射防止層が設けられ、第1光学層221および第2光学層222が互いに対向して配置されていてもよい。同様に、第3光学層231および第4光学層232は、それぞれ異なる透光性基材に設けられていてもよい。
上記実施形態の光源装置2,20は、第1集光素子25、第2集光素子27および第3集光素子35を備えている。しかしながら、この構成に限らず、第1集光素子25、第2集光素子27および第3集光素子35のうち少なくともいずれかは、設けられていなくてもよい。
上記各実施形態の光源部21は、+X方向に青色光BLs,BLpを射出する。しかしながら、これに限らず、光源部21は、+X方向に交差する方向に青色光BLs,BLpを射出し、例えば反射部材を用いて青色光BLs,BLpを反射させた後、+X方向に第1光学部材22に入射させる構成としてもよい。
上記各実施形態のプロジェクター1は、第1マルチレンズ41、第2マルチレンズ42、および重畳レンズ43を有する均一化装置4を備えている。この構成に代えて、他の構成を有する均一化装置が設けられてもよいし、均一化装置4は設けられていなくてもよい。
上記実施形態の光源装置2,20は、4つの射出位置のそれぞれから色光を射出し、光変調装置6を構成する液晶パネル61は、1つの画素PXに4つのサブ画素SXを有している。この構成に代えて、光源装置2,20は、3つの色光を射出し、液晶パネルは、1つの画素に3つのサブ画素を有する構成であってもよい。この場合、例えば、上記実施形態の光源装置において、緑色光GLpの光路に全反射部材が設けられていてもよい。
上記実施形態の光源装置2,20は、それぞれがP偏光であり、空間的に分離された緑色光GLp1、青色光BLp、赤色光RLp4および緑色光GLpを射出する。これらの構成に代えて、光源装置が射出する各色光の偏光状態は、他の偏光状態であってもよい。例えば、光源装置は、それぞれがS偏光であり、空間的に分離された複数の色光を射出する構成であってもよい。
その他、光源装置、およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。また、上記実施形態では、本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明の一つの形態の光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。
本発明の一つの態様の光源装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置は、第1波長帯を有し、第1偏光方向に偏光する光と第1偏光方向とは異なる第2偏光方向に偏光する光とを含む第1光を射出する光源部と、光源部から第1方向に沿って入射される第1偏光方向に偏光する第1光を第1方向に透過し、第2偏光方向に偏光する第1光を第1方向と交差する第2方向に反射する第1偏光分離素子と、第1偏光分離素子に対して第1方向に配置され、第1偏光分離素子から第2方向に沿って入射される第1偏光方向に偏光する第1光の一部を第2方向に反射し、第1偏光方向に偏光する第1光の他の一部を第1方向に透過する第2偏光分離素子と、第1偏光分離素子に対して第2方向に配置され、第1偏光分離素子から第2方向に沿って入射される第1光を拡散させ、拡散した前記第1光を第2方向とは反対方向である第3方向に射出する拡散素子と、第2偏光分離素子に対して第2方向に配置され、第2偏光分離素子から第2方向に沿って入射される第1光の一部を波長変換し、第1波長帯とは異なる第2波長帯を有する第2光を第3方向に射出する第1波長変換素子と、第2偏光分離素子に対して第1方向に配置され、第2偏光分離素子から第1方向に沿って入射される第1光の他の一部を波長変換し、第1波長帯および第2波長帯とは異なる第3波長帯を有する第3光を第1方向とは反対方向である第4方向に射出する第2波長変換素子と、を備え、第2偏光分離素子は、第1波長変換素子から第3方向に沿って第2光が入射され、第1偏光方向に偏光する第2光を第3方向に透過し、第2偏光方向に偏光する第2光を第4方向に反射し、第2偏光分離素子は、第2波長変換素子から第4方向に沿って少なくとも第2偏光方向に偏光する第3光が入射され、第2偏光方向に偏光する第3光を第3方向に反射し、第1偏光分離素子は、拡散素子から第3方向に沿って射出される第1光を透過し、第2偏光分離素子から第4方向に沿って入射される第2偏光方向に偏光する第2光を第3方向に反射する。
本発明の一つの態様の光源装置は、第1波長帯を有し、第1偏光方向に偏光する光と第1偏光方向とは異なる第2偏光方向に偏光する光とを含む第1光を射出する光源部と、光源部から第1方向に沿って入射される第1偏光方向に偏光する第1光を第1方向に透過し、第2偏光方向に偏光する第1光を第1方向と交差する第2方向に反射する第1偏光分離素子と、第1偏光分離素子に対して第1方向に配置され、第1偏光分離素子から第2方向に沿って入射される第1偏光方向に偏光する第1光の一部を第2方向に反射し、第1偏光方向に偏光する第1光の他の一部を第1方向に透過する第2偏光分離素子と、第1偏光分離素子に対して第2方向に配置され、第1偏光分離素子から第2方向に沿って入射される第1光を拡散させ、拡散した前記第1光を第2方向とは反対方向である第3方向に射出する拡散素子と、第2偏光分離素子に対して第2方向に配置され、第2偏光分離素子から第2方向に沿って入射される第1光の一部を波長変換し、第1波長帯とは異なる第2波長帯を有する第2光を第3方向に射出する第1波長変換素子と、第2偏光分離素子に対して第1方向に配置され、第2偏光分離素子から第1方向に沿って入射される第1光の他の一部を波長変換し、第1波長帯および第2波長帯とは異なる第3波長帯を有する第3光を第1方向とは反対方向である第4方向に射出する第2波長変換素子と、を備え、第2偏光分離素子は、第1波長変換素子から第3方向に沿って第2光が入射され、第1偏光方向に偏光する第2光を第3方向に透過し、第2偏光方向に偏光する第2光を第4方向に反射し、第2偏光分離素子は、第2波長変換素子から第4方向に沿って少なくとも第2偏光方向に偏光する第3光が入射され、第2偏光方向に偏光する第3光を第3方向に反射し、第1偏光分離素子は、拡散素子から第3方向に沿って射出される第1光を透過し、第2偏光分離素子から第4方向に沿って入射される第2偏光方向に偏光する第2光を第3方向に反射する。
本発明の一つの態様の光源装置において、第2偏光分離素子を透過して第4方向に沿って入射する第1偏光方向に偏光する第3光を第1方向に反射する光学素子をさらに備える構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第2偏光分離素子と第2波長変換素子との間に設けられ、第3光に対して第3波長帯の1/4の位相差を付与する第1位相差素子をさらに備える構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第2偏光分離素子と第2波長変換素子との間に設けられ、第3光に対して第3波長帯の1/2の位相差を付与する第1位相差素子をさらに備える構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第1位相差素子と第2波長変換素子との間に設けられ、第2波長変換素子から射出された第3光のうち第1偏光方向に偏光する前記第3光を第4方向に透過し、第1偏光方向と異なる偏光方向に偏光する前記第3光を第1方向に反射する反射型偏光素子をさらに備える構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第1偏光分離素子と拡散素子との間に設けられ、第1偏光分離素子から第2方向に沿って第2偏光方向に偏光する第1光が入射される第2位相差素子をさらに備える構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、光源部は、第1波長帯の光を射出する発光素子と、発光素子から射出される光が入射され、第1光を射出する第3位相差素子と、を有する構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第3位相差素子は、第3位相差素子に入射する光の進行方向に沿う回転軸を中心として回転可能とされている構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第1偏光分離素子および第2偏光分離素子に対して、第1方向、第2方向、第3方向および第4方向にそれぞれ交差する第5方向に配置される、第1ミラーと、第1ミラーに対向して設けられ、第1偏光分離素子および第2偏光分離素子に対して、第5方向とは反対方向である第6方向に配置される、第2ミラーと、をさらに備える構成としてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置において、第1偏光分離素子に対して第3方向に配置され、第1偏光分離素子から射出された光を、第2波長帯を有する第4光と、第1波長帯を有する第5光と、に分離する第1色分離素子と、第2偏光分離素子に対して第3方向に配置され、第2偏光分離素子から射出された光を、第3波長帯を有する第6光と、第2波長帯を有する第7光と、に分離する第2色分離素子と、をさらに備える構成としてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備える。
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、光源装置と光変調装置との間に設けられる均一化装置をさらに備え、均一化装置は、光源装置から入射される光を複数の部分光束に分割する2つのマルチレンズと、2つのマルチレンズから入射される複数の部分光束を光変調装置に重畳させる重畳レンズと、を有する構成としてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、光変調装置は、複数の画素を有する液晶パネルと、液晶パネルに対して光入射側に設けられ、複数の画素に対応する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、を有し、複数の画素のそれぞれは、第1サブ画素、第2サブ画素、第3サブ画素、および第4サブ画素を有し、マイクロレンズは、第4光を第1サブ画素に入射させ、第5光を第2サブ画素に入射させ、第6光を第3サブ画素に入射させ、第7光を第4サブ画素に入射させる構成としてもよい。
1…プロジェクター、2,20…光源装置、4…均一化装置、6…光変調装置、7…投射光学装置、21…光源部、22…第1光学部材(第1偏光分離素子)、23…第2光学部品(第2偏光分離素子)、24,124…第1位相差素子、28…第1波長変換素子、29…第1色分離素子、31…光学素子、32…反射型偏光素子、33…第2色分離素子、36…第2波長変換素子、37…第2位相差素子、43…重畳レンズ、61…液晶パネル、62…マイクロレンズアレイ、141…第1ミラー、142…第2ミラー、211…発光素子、2131…第3位相差素子、B…青色光線(第1波長帯の光)、BL…第1光、BL1…励起光(第1光の一部)、BL2…励起光(第1光の他の一部)、BLp…青色光(第1偏光方向に偏光する第1光)、BLs…青色光(第2偏光方向に偏光する第1光)、BLc1,BLc2…青色光(第1光)、GL…緑色光(第2光)、RL…赤色光(第3光)、SX1…第1サブ画素、SX2…第2サブ画素、SX3…第3サブ画素、SX4…第4サブ画素。
Claims (13)
- 第1波長帯を有し、第1偏光方向に偏光する光と前記第1偏光方向とは異なる第2偏光方向に偏光する光とを含む第1光を射出する光源部と、
前記光源部から第1方向に沿って入射される前記第1偏光方向に偏光する前記第1光を前記第1方向に透過し、前記第2偏光方向に偏光する前記第1光を前記第1方向と交差する第2方向に反射する第1偏光分離素子と、
前記第1偏光分離素子に対して前記第1方向に配置され、前記第1偏光分離素子から前記第1方向に沿って入射される前記第1偏光方向に偏光する前記第1光の一部を前記第2方向に反射し、前記第1偏光方向に偏光する前記第1光の他の一部を前記第1方向に透過する第2偏光分離素子と、
前記第1偏光分離素子に対して前記第2方向に配置され、前記第1偏光分離素子から前記第2方向に沿って入射される前記第1光を拡散させ、拡散した前記第1光を前記第2方向とは反対方向である第3方向に射出する拡散素子と、
前記第2偏光分離素子に対して前記第2方向に配置され、前記第2偏光分離素子から前記第2方向に沿って入射される前記第1光の一部を波長変換し、前記第1波長帯とは異なる第2波長帯を有する第2光を前記第3方向に射出する第1波長変換素子と、
前記第2偏光分離素子に対して前記第1方向に配置され、前記第2偏光分離素子から前記第1方向に沿って入射される前記第1光の他の一部を波長変換し、前記第1波長帯および前記第2波長帯とは異なる第3波長帯を有する第3光を前記第1方向とは反対方向である第4方向に射出する第2波長変換素子と、を備え、
前記第2偏光分離素子は、前記第1波長変換素子から前記第3方向に沿って前記第2光が入射され、前記第1偏光方向に偏光する前記第2光を前記第3方向に透過し、前記第2偏光方向に偏光する前記第2光を前記第4方向に反射し、
前記第2偏光分離素子は、前記第2波長変換素子から前記第4方向に沿って少なくとも前記第2偏光方向に偏光する前記第3光が入射され、前記第2偏光方向に偏光する前記第3光を前記第3方向に反射し、
前記第1偏光分離素子は、前記拡散素子から前記第3方向に沿って射出される前記第1光を透過し、前記第2偏光分離素子から前記第4方向に沿って入射される前記第2偏光方向に偏光する前記第2光を前記第3方向に反射する
光源装置。 - 前記第2偏光分離素子を透過して前記第4方向に沿って入射する前記第1偏光方向に偏光する前記第3光を前記第1方向に反射する光学素子をさらに備える
請求項1に記載の光源装置。 - 前記第2偏光分離素子と前記第2波長変換素子との間に設けられ、前記第3光に対して前記第3波長帯の1/4の位相差を付与する第1位相差素子をさらに備える
請求項2に記載の光源装置。 - 前記第2偏光分離素子と前記第2波長変換素子との間に設けられ、前記第3光に対して前記第3波長帯の1/2の位相差を付与する第1位相差素子をさらに備える
請求項1に記載の光源装置。 - 前記第1位相差素子と前記第2波長変換素子との間に設けられ、前記第2波長変換素子から射出された前記第3光のうち、前記第1偏光方向に偏光する前記第3光を前記第4方向に透過し、前記第2偏光方向に偏光する前記第3光を前記第1方向に反射する反射型偏光素子をさらに備える
請求項4に記載の光源装置。 - 前記第1偏光分離素子と前記拡散素子との間に設けられ、前記第1偏光分離素子から前記第2方向に沿って前記第2偏光方向に偏光する前記第1光が入射される第2位相差素子をさらに備える
請求項1から請求項5のいずれ一項に記載の光源装置。 - 前記光源部は、前記第1波長帯の光を射出する発光素子と、前記発光素子から射出される光が入射され、前記第1光を射出する第3位相差素子と、を有する
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の光源装置。 - 前記第3位相差素子は、前記第3位相差素子に入射する光の進行方向に沿う回転軸を中心として回転可能とされている
請求項7に記載の光源装置。 - 前記第1偏光分離素子および前記第2偏光分離素子に対して、前記第1方向、前記第2方向、前記第3方向および前記第4方向にそれぞれ交差する第5方向に配置される、第1ミラーと、
前記第1ミラーに対向して設けられ、前記第1偏光分離素子および前記第2偏光分離素子に対して、前記第5方向とは反対方向である第6方向に配置される、第2ミラーと、をさらに備える
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の光源装置。 - 前記第1偏光分離素子に対して前記第3方向に配置され、前記第1偏光分離素子から射出された光を、前記第2波長帯を有する第4光と、前記第1波長帯を有する第5光と、に分離する第1色分離素子と、
前記第2偏光分離素子に対して前記第3方向に配置され、前記第2偏光分離素子から射出された光を、前記第3波長帯を有する第6光と、前記第2波長帯を有する第7光と、に分離する第2色分離素子と、をさらに備える
請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の光源装置。 - 請求項10に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
を備える
プロジェクター。 - 前記光源装置と前記光変調装置との間に設けられる均一化装置をさらに備え、
前記均一化装置は、
前記光源装置から入射される光を複数の部分光束に分割する2つのマルチレンズと、
前記2つのマルチレンズから入射される前記複数の部分光束を前記光変調装置に重畳させる重畳レンズと、を有する
請求項11に記載のプロジェクター。 - 前記光変調装置は、複数の画素を有する液晶パネルと、前記液晶パネルに対して光入射側に設けられ、前記複数の画素に対応する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、を有し、
前記複数の画素のそれぞれは、第1サブ画素、第2サブ画素、第3サブ画素、および第4サブ画素を有し、
前記マイクロレンズは、前記第4光を前記第1サブ画素に入射させ、前記第5光を前記第2サブ画素に入射させ、前記第6光を前記第3サブ画素に入射させ、前記第7光を前記第4サブ画素に入射させる
請求項12に記載のプロジェクター。
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