JP2022050838A - Light source device and projection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置及びこの光源装置を備える投影装置に関する。 The present invention relates to a light source device and a projection device including the light source device.
今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画面、メモリカード等に記憶されている画像データ等をスクリーンに投影する投影装置が利用されている。この投影装置は、光源から出射された光をDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)と呼ばれるマイクロミラー表示素子や液晶板に集光させ、スクリーン上にカラー画像を表示させている。 Today, a projection device that projects image data or the like stored in a personal computer screen, a video screen, a memory card, or the like on the screen is used. This projection device collects the light emitted from the light source on a micromirror display element called a DMD (Digital Micromirror Device) or a liquid crystal plate, and displays a color image on the screen.
例えば、特許文献1には、回転ホイールの一部に蛍光体を設け、その他の部分に透過領域に設けた投影装置が開示されている。この投影装置は、蛍光体に青色波長帯域光を励起光として照射することで蛍光体から出射される緑色波長帯域光を作成し、青色波長帯域光を透過領域に照射して、蛍光ホイールの反対側に光を導いて、ミラーやレンズを用いて緑色波長帯域光と同じ光路に導いた後、表示素子に導くように構成している。 For example, Patent Document 1 discloses a projection device in which a phosphor is provided in a part of a rotating wheel and is provided in a transmission region in the other part. This projection device creates green wavelength band light emitted from the phosphor by irradiating the phosphor with blue wavelength band light as excitation light, and irradiates the transmission region with blue wavelength band light, which is the opposite of the fluorescence wheel. It is configured to guide the light to the side, guide it to the same optical path as the green wavelength band light using a mirror or a lens, and then guide it to the display element.
しかしながら、特許文献1のような投影装置では、青色波長帯域光を導くための専用の導光領域が必要となり、投影装置が大型化してしまう場合がある。 However, a projection device such as Patent Document 1 requires a dedicated light guide region for guiding blue wavelength band light, which may increase the size of the projection device.
本発明は、小型化可能な光源装置及び光源装置を備えた投影装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a light source device that can be miniaturized and a projection device including a light source device.
本発明の光源装置は、蛍光体を有する光生成部と、励起光出射部と、前記励起光出射部から出射された励起光を前記光生成部に反射する励起光反射部及び前記蛍光体から出射された光を透過させる透過部を有する反射透過部と、を備えることを特徴とする。 The light source device of the present invention is from a light generation unit having a phosphor, an excitation light emission unit, an excitation light reflection unit that reflects the excitation light emitted from the excitation light emission unit to the light generation unit, and the phosphor. It is characterized by comprising a reflection transmitting portion having a transmitting portion that transmits the emitted light.
本発明の投影装置は、上述の光源装置と、画像光を生成する表示素子と、前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影光学系と、前記光源装置と前記表示素子とを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。 The projection device of the present invention includes the above-mentioned light source device, a display element that generates image light, a projection optical system that projects the image light emitted from the display element onto a screen, the light source device, and the display element. It is characterized by comprising a control unit for controlling the above.
本発明によれば、小型化可能な光源装置及び光源装置を備えた投影装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a light source device that can be miniaturized and a projection device including a light source device.
(実施形態1)
以下、本発明の実施形態1について説明する。図1は、投影装置10の機能回路ブロック図である。投影装置制御部(制御部)は、制御部38、入出力インターフェース22、画像変換部23、表示エンコーダ24、表示駆動部26等から構成される。入出力コネクタ部21から入力された各種規格の画像信号は、入出力インターフェース22、システムバスSBを介して画像変換部23で表示に適した所定のフォーマットの画像信号に統一するように変換された後、表示エンコーダ24に出力される。
(Embodiment 1)
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1 is a functional circuit block diagram of the
また、表示エンコーダ24は、入力された画像信号をビデオRAM25に展開記憶された上でこのビデオRAM25の記憶内容からビデオ信号を生成して表示駆動部26に出力する。
Further, the
表示駆動部26は、表示エンコーダ24から出力された画像信号に対応して適宜のフレームレートで空間的光変調素子(SOM)である表示素子51を駆動する。投影装置10は、光源装置60から出射された光線束を、導光光学系を介して表示素子51に照射することにより、表示素子51の反射光で画像光を形成し、後述する投影光学系を介して図示しないスクリーン等の被投影体に画像を投影表示する。なお、この投影光学系の可動レンズ群235は、レンズモータ45によりズーム調整やフォーカス調整のための駆動を行うことができる。
The
また、画像圧縮/伸長部31は、画像信号の輝度信号及び色差信号をADCT及びハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮して着脱自在な記録媒体であるメモリカード32に順次書き込む記録処理を行う。さらに、画像圧縮/伸長部31は、再生モード時にメモリカード32に記録された画像データを読み出し、一連の動画を構成する個々の画像データを1フレーム単位で伸長し、画像変換部23を介して表示エンコーダ24に出力する。よって、画像圧縮/伸長部31は、メモリカード32に記憶された画像データに基づいて動画等の表示を行うことができる。
Further, the image compression /
制御部38は、投影装置10内の各回路の動作制御を司るものであって、CPUや各種セッティング等の動作プログラムを固定的に記憶したROM及びワークメモリとして使用されるRAM等により構成される。
The
キー/インジケータ部37は、筐体に設けられるメインキー及びインジケータ等により構成される。キー/インジケータ部37の操作信号は、制御部38に直接送出される。また、リモートコントローラからのキー操作信号は、Ir受信部35で受信され、Ir処理部36でコード信号に復調されて制御部38に出力される。
The key /
制御部38はシステムバスSBを介して音声処理部47と接続されている。音声処理部47は、PCM音源等の音源回路を備えており、投影モード及び再生モード時には音声データをアナログ化し、スピーカ48を駆動して拡声放音させる。
The
制御部38は、光源制御回路41を制御している。光源制御回路41は、画像生成時に要求される所定波長帯域の光が光源装置60から出射されるように、光源装置60の励起光照射装置の動作を個別に制御する。また、光源制御回路41は、制御部38の指示により蛍光ホイール101及びカラーホイール201(図2等参照)の同期のタイミングを制御する。
The
また、制御部38は、冷却ファン駆動制御回路43に光源装置60等に設けた複数の温度センサによる温度検出を行わせ、この温度検出の結果から冷却ファンの回転速度を制御する。また、制御部38は、冷却ファン駆動制御回路43にタイマー等により投影装置10本体の電源OFF後も冷却ファンの回転を持続させる、あるいは、温度センサによる温度検出の結果によって投影装置10本体の電源をOFFにする等の制御も行う。詳細は後述するが、制御部38を含む投影装置制御部は、青色レーザダイオード71(励起光源)、赤色発光ダイオード121、蛍光ホイール101及びカラーホイール201を制御し、赤色、青色及び緑色の波長帯域を含む各光を時分割で出射させる。
Further, the
図2は、投影装置10の内部構造を示す平面模式図である。投影装置10は、右側パネル14の近傍に制御回路基板241を備える。この制御回路基板241は、電源回路ブロックや光源制御ブロック等を備えている。また、投影装置10は、制御回路基板241の左方側に、光源装置60、光源光学系170及び投影光学系220を備える。
FIG. 2 is a schematic plan view showing the internal structure of the
光源装置60は、青色波長帯域光の光源であって励起光の光源でもある励起光照射装置70と、緑色波長帯域光の光源である緑色光源装置80と、赤色波長帯域光の光源である赤色光源装置120と、カラーホイール装置200とを備える。緑色光源装置80は、励起光照射装置70と蛍光ホイール装置100とにより構成される。
The
光源装置60には、各光を導光する導光光学系140が配置されている。導光光学系140は、励起光照射装置70、緑色光源装置80及び赤色光源装置120から出射される光を光源光学系170に導光する。
A light guide
励起光照射装置70は、投影装置10の内部において任意の位置に配置することができ、本実施形態では、投影装置10の中央付近に配置される。励起光照射装置70は、半導体発光素子である青色レーザダイオード71を備える。青色レーザダイオード71の光軸上には、青色レーザダイオード71からの出射光の指向性を高めるように、各々平行光に変換するコリメータレンズ73が配置される。
The excitation
また、青色レーザダイオード71及びコリメータレンズ73の光軸上には、青色レーザダイオード71から出射された青色波長帯域光(励起光)を導光する光ファイバ9の入射部9aが配置される。なお、図2では、一つの青色レーザダイオード71を配置した例について示しているが、複数の青色レーザダイオード71を設けて光源群を形成してもよい。この光源群は、例えば、青色レーザダイオード71をマトリクス状に配置して形成することができる。複数の青色レーザダイオード71により青色波長帯域光を出射する場合には、コリメータレンズ73の光軸上には青色レーザダイオード71毎に複数の光ファイバ9の入射部9aを配置させておくことができる。
Further, on the optical axis of the
光ファイバ9は、一端側に励起光照射装置70の青色レーザダイオード71から出射された青色波長帯域光が入射される入射部9aを有し、他端側に内部を導光された青色波長帯域光が出射される出射部9b(励起光出射部)を有する。なお、図2の光ファイバ9は、入射部9aと出射部9bの間の図示を中間省略している。また、本実施形態において、光ファイバ9は、光源装置60(又は投影装置10)内の任意の経路で配置することができる。出射部9bから出射される青色波長帯域光の光軸上には、集光レンズ92が配置される。集光レンズ92は凸レンズであり、出射部9bから出射された青色波長帯域光を集光して、第一光学部材151の入射面151a側(図4参照)に光線径を縮小させて照射させる。
The
蛍光ホイール装置100は、蛍光ホイール101、モータ110及び第一集光レンズ群150を備える。前述した緑色光源装置80は、励起光照射装置70と蛍光ホイール装置100により構成される。
The
ここで、蛍光ホイール101(光生成部)の構成について説明する。図3(a)は、蛍光ホイール101の平面模式図である。蛍光ホイール101は、円板状に形成され、その中央に軸受部112を有する。蛍光ホイール101は、軸受部112がモータ110の軸部に固定されて、モータ110の駆動により軸部周りに回転することができる。
Here, the configuration of the fluorescent wheel 101 (light generation unit) will be described. FIG. 3A is a schematic plan view of the
蛍光ホイール101は、蛍光発光領域310と反射領域320を周方向に並設している。蛍光発光領域310は略270度の角度範囲でC環状に形成され、反射領域320は残りの略90度の角度範囲で円弧状に形成される。蛍光ホイール101の基材102は銅やアルミニウム等の金属基材により形成することができる。この基材102の表面102aは銀蒸着等によってミラー加工されている。蛍光発光領域310は、表面102aに緑色蛍光体311を有する(図4のP部拡大図も参照)。緑色蛍光体311は、励起光照射装置70から出射された青色波長帯域光である励起光が照射されて、緑色波長帯域の蛍光を出射する。なお、本実施形態の蛍光発光領域310は、緑色波長帯域光の蛍光に、表面102aで反射された励起光が僅かに混色した第一の光L3を出射する(図2も参照)。この第一の光L3は、第一光学部材151に入射する。
The
反射領域320は、ミラー加工された前述の基材102の表面102aに形成される。反射領域320における表面102aには拡散層を設けてもよい。拡散層は、例えば、サンドブラスト等による微細凹凸を設けて構成することができる。反射領域320に入射された励起光照射装置70からの励起光L1(青色波長帯域光)は、反射又は拡散反射して、第一光学部材151に入射する。
The
図4に示す第一集光レンズ群150は、光軸を揃えて配置された集光レンズである光学部材として、第一光学部材151及び第二光学部材152を有する。第一光学部材151(反射透過部)は、第二光学部材152と蛍光ホイール101との間において、第一光学部材151の正面側に配置される。換言すれば、第一光学部材151は、蛍光ホイール101に対する緑色蛍光体311側であってこの緑色蛍光体311と入射面151a側を対向させて配置される。第一光学部材151は、入射面151a側を平坦とし、出射面151b側を凸面とした平凸レンズである。第一光学部材151は、蛍光ホイール101側から出射された光に含まれる緑色波長帯域光及び青色波長帯域光を透過可能な樹脂又はガラス等の透光材料である透過部151cにより形成される。
The first
図5に示すように、第一光学部材151の入射面151aの一部には、光ファイバ9の出射部9bから出射された励起光L1を、蛍光ホイール101側に反射する励起光反射部151dが設けられる。即ち、図4に示すように、励起光反射部151dは、第一光学部材151(反射透過部)において蛍光ホイール101(光生成部)の表面311a(又は表面102a)と対向する入射面151aの一部に存在し、透過部151cは、第一光学部材151において蛍光ホイール101の表面311a(又は表面102a)と対向する入射面151aのその他の一部に存在するように構成される。出射部9bは、蛍光ホイール装置100に対して蛍光発光領域310(緑色蛍光体311)が設けられる側とは反対側に配置される(図4参照)。励起光反射部151dは、第一光学部材151の中心軸に対して、光ファイバ9の出射部9b側に配置される。また、励起光反射部151dにおいて、励起光L1は集光レンズ92(図4参照)により集光されて照射径がスポット状となるように照射される。従って、励起光反射部151dは、励起光L1の照射領域の形状及び大きさに応じて、反射に必要な最小限の形状及び大きさで形成することがきる。励起光反射部151dは、青色波長帯域光の波長成分を反射し、蛍光発光領域310から出射される蛍光である緑色波長帯域光の波長成分を透過するダイクロイックミラーとして構成してもよいし、青色波長帯域光及び緑色波長帯域光を共に反射する反射ミラーとして構成してもよい。また、励起光反射部151dは、第一光学部材151の入射面151aにおいて蒸着や別部材の固定等の任意の手段により設けることができる。
As shown in FIG. 5, the excitation light L1 emitted from the
図4に示す第二光学部材152は、入射面152a側を平坦とし、出射面152b側を凸面とした平凸レンズである。第二光学部材152は、第一光学部材151から出射された第一の光L3及び第二の光L4を集光して、図2に示した第一ダイクロイックミラー141側に出射する。
The second
図2に戻り、蛍光ホイール装置100は、投影装置10内に配置されたヒートシンクや冷却ファンによって冷却することができる(詳細な構成は不図示)。ヒートシンクは、蛍光ホイール装置100に対して直接接続させてもよいし、ヒートパイプを介して接続させてもよい。冷却ファンにより送風された空気は、ヒートシンクに送風してもよいし、蛍光ホイール装置100の蛍光ホイール101やモータ110が取り付けられる保持部材に対して直接送風する構成としてもよい。また、蛍光ホイール101が、赤色光源装置120、励起光照射装置70及び導光光学系140に含まれる光学部材等を収容する内部ケース内に配置される場合、冷却ファンにより送風される空気は、内部ケース内に配置された蛍光ホイール101に対して直接送風してもよいし、蛍光ホイール101の近傍における内部ケースの筐体壁部を外側から冷却してもよい。
Returning to FIG. 2, the
本実施形態では、蛍光ホイール101から出射される光源光としての青色波長帯域光(第二の光L4)が、他の光と共通の光路により導光されるため(第一の光L3は蛍光ホイール101から光路が共通であり、第三の光L5は第一ダイクロイックミラー141から光路が共通である)、第二の光L4の専用の光路を省略することができ、光源装置60を小型化したり又は光源装置60内の占有空間を節約することができる。従って、上記のように、ヒートパイプ、ヒートシンク及び冷却ファン等の冷却部品を配置するレイアウトの自由度を向上させることができ、蛍光ホイール装置100を冷却しやすい構成を採用することができる。
In the present embodiment, the blue wavelength band light (second light L4) as the light source light emitted from the
赤色光源装置120は、半導体発光素子である赤色発光ダイオード121と、赤色発光ダイオード121から出射された赤色波長帯域光である第三の光L5を集光する第二集光レンズ群125と、を備える。第二集光レンズ群125は、光軸を揃えて配置された二個の集光レンズを有する。第二集光レンズ群125の各集光レンズは、入射面側を平坦とし、出射面側を凸面とした平凸レンズである。赤色光源装置120は、赤色発光ダイオード121が出射する第三の光L5の光軸と、蛍光ホイール101側から出射される第一の光L3及び第二の光L4の光軸とが交差するように配置される。
The red
導光光学系140は、第一ダイクロイックミラー141、第一集光レンズ142及び反射ミラー143を有する。第一ダイクロイックミラー141は、赤色波長帯域光を透過して、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光を反射する。従って、第一ダイクロイックミラー141は、第一集光レンズ群150側から出射された第一の光L3及び第二の光L4を、第一集光レンズ142方向に反射してその光軸を90度変換する。また、第一ダイクロイックミラー141は、第二集光レンズ群125側から出射された第三の光L5を透過して、第一集光レンズ142側へ導光する。
The light guide
第一集光レンズ142は、第一ダイクロイックミラー141から出射された光を集光して、反射ミラー143側へ導光する。反射ミラー143は、第一集光レンズ142により集光された光を反射して、第二集光レンズ173側へ導光する。
The
光源光学系170は、第二集光レンズ173、導光装置175、第三集光レンズ178、光軸変換ミラー181、第四集光レンズ183、照射ミラー185、コンデンサレンズ195を備える。なお、コンデンサレンズ195は、コンデンサレンズ195の背面パネル13側に配置される表示素子51から出射された画像光を投影光学系220に向けて出射するので、投影光学系220の一部でもある。
The light source
第二集光レンズ173は、導光装置175と反射ミラー143との間に配置される。第二集光レンズ173は、反射ミラー143から導光された第一の光L3、第二の光L4及び第三の光L5を集光する。第二集光レンズ173により集光された各光は、カラーホイール装置200のカラーホイール201に照射される。
The
カラーホイール装置200は、カラーホイール201と、そのカラーホイール201を回転駆動するモータ210とを備える。カラーホイール201は、第二集光レンズ173と導光装置175との間において、第二集光レンズ173から出射された光線束の光軸とカラーホイール201上の照射面とが直交するように配置される。
The
図3(b)は、カラーホイール201の平面模式図である。カラーホイール201は、円板状に形成され、その中央に軸受部113を有する。カラーホイール201は、軸受部113がモータ210の軸部に固定されて、モータ210の駆動により軸部周りに回転することができる。
FIG. 3B is a schematic plan view of the
カラーホイール201は、緑透過領域410と、全色透過領域420とを周方向に並設している。緑透過領域410は、緑色波長帯域光を透過するとともに青色波長帯域光を吸収等により遮光する。なお、緑透過領域410は、赤色波長帯域光を遮光する構成としてもよい。全色透過領域420は、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を透過させることができる。
The
カラーホイール201は、例えば透光性を有する樹脂又はガラス等の基材103により円板状に形成される。緑透過領域410は、この基材103に対して蒸着等により塗工されたダイクロイックフィルタにより形成することができる。
The
カラーホイール201は、蛍光ホイール101と同期して回転している。緑透過領域410は、蛍光ホイール101の蛍光発光領域310から出射された第一の光L3が照射されると(図3(b)の照射領域S2参照)、第一の光L3に混色した励起光L1の波長成分(青色波長帯域の波長成分)等を除去し、第一の光L3を緑色光として色純度を調光して、第二集光レンズ173側に透過する。
The
また、全色透過領域420は、第一透過領域420bと第二透過領域420rとを含む。第一透過領域420bは、蛍光ホイール101から出射された第二の光L4を第二集光レンズ173側へ透過する。また、第二透過領域420rは、赤色光源装置120から出射された第三の光L5を第二集光レンズ173側へ透過する。なお、第一透過領域420bは、青色波長帯域光を透過して緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を遮光する構成としてもよい。また、全色透過領域420のうち、第二透過領域420rは、赤色波長帯域光を透過して青色波長帯域光及び緑色波長帯域光を遮光する構成としてもよい。
Further, the all-
ここで、第一の光L3、第二の光L4及び第三の光L5が出射される各タイミングにおける光路について説明する。まず第一の光L3について説明する。図2の青色レーザダイオード71から出射された励起光L1は、光ファイバ9の入射部9aに入射して出射部9bから出射される。図4に示すように、出射部9bから出射された励起光L1は、集光レンズ92により集光されて、第一光学部材151の入射面151aに設けられた励起光反射部151dにより反射される。本実施形態では、励起光反射部151dにおける励起光L1の入射角及び反射角は、約45°に設定される。光源装置60の光源光として緑色光を出射させるタイミング(即ち、蛍光ホイール101から第一の光L3が出射される図4に示すタイミング)では、励起光反射部151dにより反射された励起光L1の照射領域S1は、蛍光ホイール101の蛍光発光領域310のうち第一発光領域310g(図3(a)参照)に位置している。蛍光発光領域310に励起光L1が照射されると、蛍光発光領域310は入射時蛍光L2a及び反射時蛍光L2bを第一光学部材151側に向けて出射する。
Here, an optical path at each timing at which the first light L3, the second light L4, and the third light L5 are emitted will be described. First, the first light L3 will be described. The excitation light L1 emitted from the
より詳細には、図4のP部拡大図に示すように、蛍光発光領域310に入射した励起光L1のうち入射励起光L1aの一部は緑色蛍光体311の電子を励起状態に遷移させる。一方で、入射励起光L1aの他の一部は、緑色蛍光体311を励起することなく基材102の表面102aに到達する。
More specifically, as shown in the enlarged view of part P in FIG. 4, a part of the incident excitation light L1a among the excitation light L1 incident on the
緑色蛍光体311の励起された電子の一部は輻射過程を経て光を放出しながら基底状態に戻るが、内部量子効率により、他の一部は非輻射過程を経て光を放出することなく基底状態に戻る。また、輻射過程により放出された光の一部は緑色蛍光体311の表面311aから入射時蛍光L2aとして出射されるが、外部量子効率により、他の一部は緑色蛍光体311の内部に反射や吸収等によって閉じ込められる。
Some of the excited electrons of the
また、上記輻射過程を経て全方位に出射された光の一部は緑色蛍光体311の表面311a側へ出射されるが、他の一部は基材102側にも出射される。基材102側へ出射された輻射過程による光の一部は、表面102aで反射された後に緑色蛍光体311の表面311a側へ出射される。従って、基材102の表面102aで反射されて緑色蛍光体311の表面311aから外部へ出射される光も上記の入射時蛍光L2aとして出射される。一方、基材102の表面102aで反射されて緑色蛍光体311の表面311a側に出射された光であっても、外部量子効率により、一部の光は緑色蛍光体311の内部に閉じ込められて表面311aからは出射されない。
Further, a part of the light emitted in all directions through the radiation process is emitted to the
また、基材102側に到達した入射励起光L1aは、表面102aにより反射されて、反射励起光L1bとして再度緑色蛍光体311内に入射する。反射励起光L1bの一部は、緑色蛍光体311を励起し、入射励起光L1aにより発光した入射時蛍光L2aと同様の過程を経て、反射時蛍光L2bを緑色蛍光体311から出射する。一方、反射励起光L1bの他の一部は緑色蛍光体311を励起することなく緑色蛍光体311から外部に出射される。このような緑色蛍光体311を励起せずに緑色蛍光体311から出射された反射励起光L1bは、蛍光(入射時蛍光L2a及び反射時蛍光L2b)を発光させる工程において損失となる。なお、輻射過程により出射された光は、全方位に出射されるため、基材102の表面102a側以外の方向(例えば、表面102aに沿った方向)にも出射される場合があるが、緑色蛍光体311の内部で散乱又は表面102aによる反射が繰り返される等して全体としては緑色蛍光体311の表面311a側に出射される。
Further, the incident excitation light L1a that has reached the
本実施形態では、表面102aを反射面とすることで反射励起光L1bにより反射時蛍光L2bを出射させることができるため、基材102側で励起光L1が反射させない所謂透過型(例えば、基材102を透光性材料により形成して、励起光L1を基材102側から緑色蛍光体311に入射させ、緑色波長帯域の蛍光を励起光L1の入射方向と同方向に出射させる励起方法)と比べて、蛍光発光の変換効率を高くすることができる。
In the present embodiment, since the
概ね以上の過程を経て、蛍光発光領域310からは、入射時蛍光L2a、反射時蛍光L2b及び反射励起光L1bを含む第一の光L3が第一光学部材151に出射される。第一の光L3は、第一光学部材151の入射面151aから透過部151c内に入射して出射面151bから出射される。第一の光L3は、入射面151a及び出射面151bに透過されて光線束全体が集光されたのち、第一光学部材151から第二光学部材152側に出射される。
Through the above process, the first light L3 including the fluorescence L2a at the time of incident, the fluorescence L2b at the time of reflection, and the reflection excitation light L1b is emitted from the
なお、励起光反射部151dが緑色波長帯域光を透過可能に形成されている場合、励起光反射部151dに入射した第一の光L3は、一部の青色波長帯域の波長成分が反射により除去された後、透過部151c内に入射する。第一の光L3のうち緑色波長帯域の波長成分については、入射面151aの全面から透過部151c内に入射する。また、励起光反射部151dが緑色波長帯域光も反射可能である場合であっても、励起光反射部151dは、照射スポット径の小さな光線束である励起光L1を反射可能な程度の大きさで形成されるため、緑色波長帯域光が遮光される比率は少なく第一の光L3の色純度への影響は小さい。
When the excitation
第一光学部材151から出射された第一の光L3は、第二光学部材152の入射面152a及び出射面152bによりさらに集光されて、図2の第一ダイクロイックミラー141に導光される。第一の光L3は、前述したように、第一ダイクロイックミラー141、第一集光レンズ142及び反射ミラー143、及び第一集光レンズ142により導光され、カラーホイール201の緑透過領域410により緑色光として色純度を調光されて導光装置175に導光される。
The first light L3 emitted from the first
次に、第二の光L4の光路について説明する。励起光反射部151dにより反射された励起光L1の照射領域S1(図3(a)参照)は、蛍光ホイール101の反射領域320に位置する。図6に示すように、反射領域320に照射された励起光L1は、図6のQ部拡大図に示すように、表面102aで反射されて第二の光L4として第一光学部材151側に出射される。なお、反射領域320における表面102aに拡散層が設けられている場合、第二の光L4は拡散反射されて第一光学部材151に出射される。なお、反射領域320に拡散層を設けない場合、反射領域320に照射された励起光L1は、第一光学部材151の入射面151aにおいて、励起光反射部151dの反対側(図6における第一光学部材151の光軸に対する左側)に主に出射される。
Next, the optical path of the second light L4 will be described. The irradiation region S1 (see FIG. 3A) of the excitation light L1 reflected by the excitation
本実施形態のように、反射領域320に対して斜め方向から励起光L1を入射させると、反射領域320により反射された第二の光L4は、励起光反射部151d側に反射される光量を比較的少なく構成することができる。そのため、第二の光L4が励起光反射部151dにより反射されることによる損失(効率の低下)を低減することができる。
When the excitation light L1 is incident on the
その後、第二の光L4は、第一の光L3と同様に、第一ダイクロイックミラー141、第一集光レンズ142及び反射ミラー143、及び第二集光レンズ173により、カラーホイール201に導光される。カラーホイール201に入射した第二の光L4は、全色透過領域420の第一透過領域420bを透過して導光装置175に入射される。
After that, the second light L4 is guided to the
第三の光L5の光路について説明する。図2の赤色発光ダイオード121から出射された赤色波長帯域光である第三の光L5は、第二集光レンズ群125の各集光レンズにより集光されて、第一ダイクロイックミラー141、第一集光レンズ142及び反射ミラー143、及び第二集光レンズ173により、カラーホイール201に導光される。カラーホイール201に入射した第三の光L5は、全色透過領域420の第二透過領域420rを透過して導光装置175に入射される。なお、光源装置60の光源光として赤色光を出射させるタイミング(即ち、赤色光源装置120から第三の光L5が出射されるタイミング)では、照射領域S1は蛍光ホイール101の蛍光発光領域310のうち第二発光領域310r(図3(a)参照)に位置するが、励起光照射装置70からは励起光L1の出射が停止されるため、蛍光ホイール101からは光が出射されない。
The optical path of the third light L5 will be described. The third light L5, which is the red wavelength band light emitted from the red
カラーホイール201を透過した第一の光L3、第二の光L4及び第三の光L5は、それぞれ比較的色純度の高い緑色波長帯域光、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光として導光装置175に導光される。導光装置175としては、例えば、マイクロレンズアレイやライトトンネルを配置することができる。導光装置175に入射した第一の光L3、第二の光L4及び第三の光L5の光線束は、導光装置175により強度分布が均一化される。導光装置175の背面パネル13側の光軸上には、第三集光レンズ178が配置される。第三集光レンズ178のさらに背面パネル13側には、光軸変換ミラー181が配置される。導光装置175の出射部から出射した光線束は、第三集光レンズ178で集光された後、光軸変換ミラー181により、左側パネル15側の第四集光レンズ183側に反射される。
The first light L3, the second light L4, and the third light L5 transmitted through the
光軸変換ミラー181から出射された光線束は、第四集光レンズ183により集光された後、照射ミラー185により、コンデンサレンズ195を介して表示素子51に所定の角度で照射される。なお、DMDである表示素子51の背面パネル13側にはヒートシンク190が設けられる。表示素子51は、このヒートシンク190により冷却される。
The light beam bundle emitted from the optical
光源光学系170により表示素子51の画像形成面に照射された光源からの光は、表示素子51の画像形成面で画像光を形成して反射され、投影光学系220を介してスクリーンに投影される。ここで、投影光学系220は、コンデンサレンズ195、可動レンズ群235、固定レンズ群225を備える。可動レンズ群235は、レンズモータ45により移動可能に形成される。また、可動レンズ群235及び固定レンズ群225は、固定鏡筒に内蔵される。そのため、可動レンズ群235を備える固定鏡筒は、可変焦点型レンズとされ、ズーム調節やフォーカス調節が可能に形成される。
The light from the light source irradiated on the image forming surface of the
このように投影装置10を構成することで、蛍光ホイール101及びカラーホイール201を同期回転させるとともに励起光照射装置70及び赤色光源装置120から任意のタイミングで光を出射すると、緑色、青色及び赤色の各波長帯域光が導光光学系140を介して第二集光レンズ173に入射され、光源光学系170を介して表示素子51に入射される。そのため、表示素子51がデータに応じて各色の光を時分割表示することにより、スクリーンにカラー画像を投影することができる。
By configuring the
なお、実施形態1では、第一の光L3に青色波長帯域光である反射励起光L1bの一部が混色するため、この反射励起光L1bの青色波長帯域の成分をカラーホイール201により除去する構成としたが、第一の光L3に混色する励起光L1が表示素子51による画像光の形成において比較的影響が少ない場合(例えば、第一の光L3に反射励起光L1bを略含まない場合)、カラーホイール装置200を省略した構成としてもよい。これにより、投影装置10の構成を簡略化して内部の占有領域を低減し、光源装置60及び投影装置10を小型化することができる。
In the first embodiment, since a part of the reflected excitation light L1b, which is the blue wavelength band light, is mixed with the first light L3, the component of the blue wavelength band of the reflected excitation light L1b is removed by the
また、実施形態1では、励起光L1として青色波長帯域光を用いる例について説明したが、紫外波長帯域光を用いてもよい。この場合、青色レーザダイオード71の代わりに紫外波長帯域光を出射する紫外レーザダイオードを配置することができる。そして、図3(a)の蛍光ホイール101において、緑色蛍光体311において点線で区切られた第二発光領域310rの代わりに赤色蛍光体を配置して、照射領域S1がこの赤色蛍光体に照射されると、赤色波長帯域光を第三の光L5として出射し、緑色蛍光体311において点線で区切られた第一発光領域310gに緑色蛍光体を配置して、照射領域S1がこの緑色蛍光体に照射されると、緑色波長帯域光を第一の光L3として出射するようにしてもよい。またこのとき、図2の赤色光源装置120の代わりに第二の光L4として青色波長帯域光を出射する青色光源装置が配置される。この青色光源装置には、青色発光ダイオードを設けてもよいし、青色レーザダイオードを設けてもよい。従って、励起光L1として紫外波長帯域光を用いた場合でも、第二の光L4の専用光路を青色光源装置と、第一ダイクロイックミラー141との間の短距離区間でよいため、光源装置60及び投影装置10を小型化することができる。励起光L1として紫外波長帯域光を用いる例では、前述した励起光L1に青色波長帯域光を用いる例と比較して、第二の光L4及び第三の光L5の光路が異なるが、第二の光L4及び第三の光L5が出射されるタイミングは同様である。
Further, in the first embodiment, the example in which the blue wavelength band light is used as the excitation light L1 has been described, but the ultraviolet wavelength band light may be used. In this case, an ultraviolet laser diode that emits ultraviolet wavelength band light can be arranged instead of the
さらに、励起光L1として紫外波長帯域光を用いた場合、図3(a)の蛍光ホイール101において、第二発光領域310rの代わりに赤色蛍光体を配置し、反射領域320の代わりに青色蛍光体を配置して、蛍光ホイール101の全周を蛍光発光領域として構成してもよい。この場合、励起光L1が赤色蛍光体に照射されると赤色蛍光体は赤色波長帯域光を出射し、励起光L1が青色蛍光体に照射されると青色蛍光体は青色波長帯域光を出射することができる。従って、全周に蛍光発光領域を設けた蛍光ホイール101は、緑色波長帯域光、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光を時分割で出射することができ、図2の赤色光源装置120のような別途の光源装置の構成を省略することができる。よって、光源装置60及び投影装置10を小型化することができる。
Further, when ultraviolet wavelength band light is used as the excitation light L1, in the
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2について説明する。図7は、実施形態2における投影装置10Aの内部構造を示す平面模式図である。投影装置10Aでは、実施形態1の図4に示す蛍光ホイール装置100の代わりに固定の蛍光板100A(光生成部)を備える。なお、実施形態2の説明において、実施形態1と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described. FIG. 7 is a schematic plan view showing the internal structure of the
図8(a)に示す蛍光板100Aは、黄色蛍光体331が形成された蛍光発光領域330を有する。蛍光板100Aは、図4の蛍光ホイール101と同様の第一集光レンズ群150の光軸上に配置される。蛍光発光領域330の基材104は、蛍光ホイール101と同様に、銅やアルミニウム等の金属基材により形成することができる。表面104aは銀蒸着等によってミラー加工されている。蛍光発光領域330は、表面104aに黄色蛍光体331を有する。黄色蛍光体331は、青色波長帯域光である励起光L1が照射されて、黄色波長帯域の蛍光と、青色波長帯域の反射励起光L1bとを混色させた白色光である第四の光L6を出射する。第四の光L6は、赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光を含む。この第四の光L6は、第一集光レンズ群150に入射する。蛍光板100Aは、図4等に示した蛍光ホイール101と同様に、第一光学部材151の入射面151aに対して表面331a(又は表面104a)が略平行となるように配置される。従って、実施形態2においても、図4等に示す励起光反射部151dは、第一光学部材151(反射透過部)において蛍光板100A(光生成部)の表面331a(又は表面104a)と対向する入射面151aの一部に存在し、透過部151cは、第一光学部材151において蛍光板100A(光生成部)の表面311a(又は表面104a)と対向する入射面151aのその他の一部に存在するように構成される。
The
蛍光板100Aは、実施形態1の蛍光ホイール装置100と同様に、投影装置10内に配置されたヒートシンクや冷却ファンによって冷却することができる(詳細な構成は不図示)。ヒートシンクは、蛍光板100Aに対して直接接続させてもよいし、ヒートパイプを介して接続させてもよい。冷却ファンにより送風された空気は、ヒートシンクに送風してもよいし、蛍光板100Aが取り付けられる保持部材に対して直接送風する構成としてもよい。また、蛍光板100Aが、赤色光源装置120A、励起光照射装置70及び導光光学系140に含まれる光学部材等を収容する内部ケースにより収容される場合、冷却ファンにより送風される空気は、内部ケース内に配置された蛍光板100Aに対して直接送風してもよいし、蛍光板100Aの近傍における内部ケースの筐体を外側から冷却してもよい。
The
本実施形態では、蛍光板100Aから出射される光源光として緑色波長帯域光、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光を含む第四の光L6が共通の光路により導光されるため、光源装置60Aを小型化したり又は光源装置60A内の占有空間を節約することができる。従って、上記のように、ヒートパイプ、ヒートシンク及び冷却ファン等の冷却部品を配置するレイアウトの自由度を向上させることができ、蛍光板100Aを冷却しやすい構成を採用することができる。
In the present embodiment, the fourth light L6 including the green wavelength band light, the blue wavelength band light, and the red wavelength band light is guided by a common optical path as the light source light emitted from the
赤色光源装置120Aは、半導体発光素子である赤色発光ダイオード121Aと、赤色発光ダイオード121Aから出射された赤色波長帯域光である補助光L7を集光する第二集光レンズ群125と、を備える。第二集光レンズ群125の構成は、実施形態1と同様である。赤色光源装置120Aは、赤色発光ダイオード121Aが出射する補助光L7の光軸と、蛍光板100A側から出射される第四の光L6の光軸とが交差するように配置される。
The red
導光光学系140の第二ダイクロイックミラー141Aは、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光を第一集光レンズ142側へ反射する。また、第二ダイクロイックミラー141Aは、第四の光L6に含まれる赤色波長帯域光を反射し、補助光L7を透過して、第四の光L6に含まれる赤色波長帯域光と補助光L7とを第一集光レンズ142側へ導光する。
The second
具体的な構成例として、第二ダイクロイックミラー141Aは、赤色波長帯域光の一部を含む短波長側の成分(緑色波長帯域光及び青色波長帯域光も含む)を反射し、赤色波長帯域光の一部を含む長波長側の成分を透過する構成とすることができる。例えば、第四の光L6に含まれる赤色波長帯域光のうち長波長側の光量が少ない場合は、赤色波長帯域光のうち長波長側の成分である補助光L7を合成して、赤色波長帯域光の色純度や光量を補うことができる。
As a specific configuration example, the second
また、別の例として、赤色光源装置120Aは、第四の光L6の光軸と補助光L7の光軸との第二ダイクロイックミラー141Aにおける照射点を異ならせるように配置してもよい。例えば、第二ダイクロイックミラー141Aは、第四の光L6が照射される領域では第四の光L6を第一集光レンズ142側に反射させ、補助光L7が照射される領域では補助光L7を第一集光レンズ142側に透過する構成とすることができる。この場合であっても、第二ダイクロイックミラー141Aにおいて、第四の光L6と補助光L7とを合成して、光源装置60から出射される赤色波長帯域光の色純度や光強度を補うことができる。
Further, as another example, the red
投影装置10Aは、実施形態1におけるカラーホイール装置200の代わりにカラーホイール装置200Aを備える。実施形態2におけるカラーホイール装置200Aは、図8(b)に示すように、円板状に形成されたカラーホイール201Aを備える。カラーホイール201Aは、緑透過領域510gと、青透過領域510bと、赤透過領域510rとを周方向に並設している。緑透過領域510g、青透過領域510b及び赤透過領域510rの各領域には、基材103に蒸着等により塗工されたダイクロイックフィルタが形成されて、特定の波長帯域の光を選択的に透過する。緑透過領域510gは、緑色波長帯域光を透過するとともに青色波長帯域光及び赤色波長帯域光を吸収等により遮光する。青透過領域510bは、青波長帯域光を透過するとともに赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光を吸収等により遮光する。赤透過領域510rは、赤波長帯域光を透過するとともに緑色波長帯域光及び青色波長帯域光を吸収等により遮光する。従って、緑透過領域510g、青透過領域510b及び赤透過領域510rは、それぞれ第四の光L6及び補助光L7が照射されると、それぞれ色純度の高い緑色光、赤色光及び青色光として調光し、第二集光レンズ173側に透過する。
The
ここで第四の光L6の光路について説明する。図7の青色レーザダイオード71から出射された励起光L1は、入射部9aに入射して光ファイバ9により導光される。出射部9bから出射された励起光L1は、集光レンズ92により集光されて、第一光学部材151の入射面151aに設けられた励起光反射部151dにより反射される。なお、励起光反射部151dは、青色波長帯域光を反射して緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を透過する。又は、励起光反射部151dは、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を反射する構成とすることができる。励起光反射部151dにより反射された励起光L1は、蛍光板100Aの蛍光発光領域330の照射領域S1に照射される(図8(a)参照)。
Here, the optical path of the fourth light L6 will be described. The excitation light L1 emitted from the
蛍光発光領域330は、励起光L1が照射されると、入射励起光と反射励起光とにより励起された入射時蛍光及び反射時蛍光(図4の入射時蛍光L2a及び反射時蛍光L2bに相当)を含む蛍光を第一光学部材151に向けて出射する。また、蛍光発光領域330により反射された反射励起光(図4の反射励起光L1bに相当)も第一光学部材151に向けて出射する。蛍光発光領域330は、これらの入射時蛍光、反射時蛍光及び反射励起光を含む第四の光L6を、第一光学部材151側に向けて出射する。
When the
なお、本実施形態において蛍光発光領域330から出射される蛍光は、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を含む黄色波長帯域光である。また、蛍光発光領域330から反射された励起光L1の光量は、実施形態1の反射励起光L1bよりも比較的多く設定することができる。従って、蛍光発光領域330は、黄色波長帯域光の蛍光と、青色波長帯域光である励起光L1とにより混色された白色光である第四の光L6を出射することができる。
In the present embodiment, the fluorescence emitted from the
蛍光発光領域330から出射された第四の光L6は、第一光学部材151及び第二光学部材152により集光されて、第二ダイクロイックミラー141Aに導光される。なお、励起光反射部151dが緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光も反射可能である場合であっても、励起光反射部151dは、照射スポット径の小さな光線束である励起光L1を反射可能な程度の大きさで形成されるため、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光が反射されることによる第四の光L6の色純度への影響を小さくすることができる。
The fourth light L6 emitted from the
第四の光L6は、第二ダイクロイックミラー141A、第一集光レンズ142及び反射ミラー143、及び第二集光レンズ173により導光され、カラーホイール201Aの緑透過領域510g、青透過領域510b又は赤透過領域510rにより色純度が調光されて導光装置175に導光される。
The fourth light L6 is guided by a second
光源装置60Aの光源光として緑色光を出射させるタイミングでは、第四の光L6は、カラーホイール201Aの緑透過領域510gに入射する。緑透過領域510gは、第四の光L6から青色波長帯域光及び赤色波長帯域光の成分を除去して、色純度が調光された緑色光を導光装置175に導光する。また、光源装置60Aの光源光として青色光を出射させるタイミングでは、第四の光L6は、カラーホイール201Aの青透過領域510bに入射する。青透過領域510bは、第四の光L6から赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光の成分を除去して、色純度が調光された青色光を導光装置175に導光する。
At the timing of emitting green light as the light source light of the
次に、補助光L7の光路について説明する。図2の赤色発光ダイオード121Aから出射された赤色波長帯域光である補助光L7は、第二集光レンズ群125の各集光レンズにより集光されて、第二ダイクロイックミラー141A、第一集光レンズ142及び反射ミラー143、及び第二集光レンズ173により、カラーホイール201Aに導光される。カラーホイール201Aに入射した補助光L7は、赤透過領域510rを透過して導光装置175に入射される。
Next, the optical path of the auxiliary light L7 will be described. The auxiliary light L7, which is the red wavelength band light emitted from the red
光源装置60の光源光として赤色光を出射させるタイミングでは、第四の光L6と補助光L7とがカラーホイール201Aの赤透過領域510rに入射する。赤透過領域510rは、第四の光L6から青色波長帯域光及び緑色波長帯域光の成分を除去して、第四の光L6の赤色波長帯域光の成分と補助光L7とにより、色純度が調光された赤色光を導光装置175に導光する。
At the timing of emitting red light as the light source light of the
このように、カラーホイール201Aに入射した第四の光L6及び補助光L7は、それぞれ比較的色純度の高い緑色波長帯域光、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光として時分割されて導光装置175に導光される。その後、実施形態1と同様の光路を経て、導光装置175から出射された光線束が表示素子51まで導光されて、表示素子51がデータに応じて各色の光を時分割表示することにより、スクリーンにカラー画像を投影することができる。
As described above, the fourth light L6 and the auxiliary light L7 incident on the
以上、実施形態2では、固定の蛍光板100Aを用いたため、蛍光ホイール装置100を用いた場合に比べて小型化可能な光源装置60Aを構成することができる。
As described above, in the second embodiment, since the fixed
なお、実施形態2では、光源装置60Aが光源光として赤色光を出射する場合に、白色光である第四の光L6と共に補助光L7を出射させる構成について説明したが、第四の光L6に含まれる赤色波長帯域光の色純度や光強度が比較的十分である場合には、赤色光源装置120Aを省略してもよい。
In the second embodiment, when the
また、蛍光発光領域330には、黄色蛍光体331の代わりに白色光を出射する白色蛍光体を用いたり、異なる波長帯域の光を出射する複数の蛍光体(例えば、青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体及び黄色蛍光体)を並設させて白色光を出射させる構成としてもよい。このように黄色蛍光体331の代わりに白色光を出射する白色蛍光体を用いた場合又は複数の蛍光体により白色光を出射させる場合は、赤色光源装置120Aを省略してもよい。
Further, in the
また、実施形態2においても、励起光L1として紫外波長帯域光を用いてもよい。この場合、青色レーザダイオード71の代わりに紫外波長帯域光を出射する紫外レーザダイオードを配置することができる。また、図8(a)の蛍光板100Aは、黄色蛍光体331の代わりに白色蛍光体を配置して白色光を第四の光L6として出射する構成とすることができる。又は、励起光L1を紫外波長帯域光とし、第四の光L6を黄色波長帯域光として出射させ、図7の赤色光源装置120Aの代わりに補助光L7として青色波長帯域光を出射する青色光源装置を配置してもよい。この青色光源装置には、青色発光ダイオードを設けてもよいし、青色レーザダイオードを設けてもよい。そして、第二ダイクロイックミラー141Aが黄色波長帯域光を第一集光レンズ142側へ反射するとともに、青色波長帯域光を第一集光レンズ142側へ透過することで、カラーホイール201には緑色波長帯域光、赤色波長帯域光及び青色波長帯域光を含む第四の光L6及び補助光L7を出射させることができる。従って、励起光L1として紫外波長帯域光を用いた場合でも、第四の光L6及び補助光L7の殆どを共通の光路により導光させることができるため、光源装置60及び投影装置10を小型化することができる。
Further, also in the second embodiment, ultraviolet wavelength band light may be used as the excitation light L1. In this case, an ultraviolet laser diode that emits ultraviolet wavelength band light can be arranged instead of the
なお、各実施形態(実施形態1及び実施形態2)では、励起光出射部が光ファイバ9の出射部9bである例について説明したが、励起光出射部はレーザダイオードや発光ダイオードの出射部としたり、レーザダイオードや発光ダイオードから出射された励起光L1が集光レンズ及び反射ミラー等の光学部材を含む集光光学系の出射部としてもよい。即ち、光源装置60,60Aは、光ファイバ9を用いずに励起光L1を導光する構成としてもよい。
In each embodiment (Embodiment 1 and Embodiment 2), an example in which the excitation light emission unit is the
また、図2又は図7に示した出射部9bから出射される励起光L1は、光ファイバ9を介して、異なる他の装置から導光してもよい。図9は、実施形態1又は実施形態2の変形例に係る投影装置10Bの構成を示す図である。投影装置10Bは,図1乃至図8の投影装置10,10Aで説明した内部構成のうち、一部の構成を別体のユニットに分離して配置した例を示している。投影装置10Bは、光源ユニット10B1と投影ユニット10B2とを備える。光源ユニット10B1には、光源装置60Bの一部である励起光照射装置70が収容される。また、投影ユニット10B2には、光源装置60Bの他の一部である蛍光ホイール装置100及び赤色光源装置120、並びに、光源光学系170及び投影光学系220等が収容される。光源ユニット10B1は、励起光照射装置70が出射した励起光L1を、光ファイバ9を介して投影ユニット10B2内に導光する。投影ユニット10B2内に導光された励起光L1は、図1乃至図8で前述したように、蛍光ホイール装置100に照射されて光(第一の光L3及び第二の光L4)を出射させる。また、赤色光源装置120は、第三の光L5を出射することができる。これにより、光源装置60Bは、緑色波長帯域光、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光を、投影ユニット10B2内の図示しない表示素子51に照射させる。投影ユニット10B2は、表示素子51に照射された光源光により形成した画像光を、投影ユニット10B2の外部に出射する。図9の例では、投影ユニット10B2から出射された画像光は、被投影体であるテーブルT1に投影される。
Further, the excitation light L1 emitted from the
なお、光源装置60Bは、蛍光ホイール装置100の代わりに実施形態2の蛍光板100Aを備えて第四の光L6を出射する構成としてもよい。また、光源ユニット10B1は、赤色光源装置120、蛍光ホイール装置100又は蛍光板101Aを収容する構成としてもよい。さらに、図9の投影装置10Bは、内部構成として詳細な説明は省略しているが、実装上の制約が無ければ投影装置10又は投影装置10Aの任意の一部の構成を適宜光源ユニット10B1側に含めることができる。
The
このように、投影装置10Bは、光源ユニット10B1と投影ユニット10B2を別体に備えて光ファイバ9により光を導光する構成とすることで、投影装置10Bを配置する空間内におけるレイアウトの自由度を向上させることができる。また、励起光L1を出射する光源ユニット10B1を投影ユニット10B2と別体にすることで、熱源、重量物及び騒音源を分離することができる。従って、投影装置10Bを多様な用途に自由に適用させることができる。
As described above, the
また、励起光反射部151dは、第一光学部材151(反射透過部)の蛍光ホイール101側(又は蛍光板100A側)に配置される例について説明したが、第一光学部材151の蛍光ホイール101(又は蛍光板100A)とは反対側に設けてもよい。例えば、励起光反射部151dは、出射面151bの一部に設けてもよい。この場合、励起光L1は、第一光学部材151の入射面151aから入射して第一光学部材151の内部に導光される。その後、励起光L1は、出射面151bに設けられた励起光反射部151dにより入射面151a側に反射される。そして、励起光L1は入射面151aから出射して蛍光ホイール101側(又は蛍光板100A側)に導光される。
Further, the example in which the excitation
また、各実施形態では、励起光反射部151dは、集光レンズである第一光学部材151の入射面151aの一部に設けられた構成について説明した。即ち、各実施形態で説明した第一光学部材151は、透過部151cと励起光反射部151dとを有した単体の光学部材として設けられる。なお、光源装置60,60A,60Bにおける内部構成によっては、第一光学部材151の代わりに、透過部151cと励起光反射部151dとを有した単体の光学部材である反射透過部(例えば、第一光学部材151と異なる形状のレンズ、又はダイクロイックミラー、ダイクロイックフィルタ若しくは拡散板等)を設けてもよい。さらに、励起光L1を光生成部(蛍光ホイール101、蛍光板100A)側に反射する励起光反射部151dを第一部材に設けた構成とし、透過部151cを有した第二部材を第一部材の近傍に設けた構成として、別体の第一部材及び第二部材を含めて反射透過部を構成してもよい。
Further, in each embodiment, the configuration in which the excitation
また、以上の説明では、DLP(Digital Light Processing)方式の投影装置10,10A、10Bにおける光源装置60,60A,60Bについて示したが、本実施形態で示した構成は、所謂LCD(Liquid Crystal Display)方式に適用することもできる。例えば、3か所に配置した表示素子である液晶フィルタ(液晶パネル)の光源として、実施形態1の光源装置60(図2等参照)又は実施形態2の光源装置60A(図7等参照)又は光源装置60Bを用いることができる。光源装置60,60A,60Bから出射された緑色波長帯域光、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光を含む各光(L3,L4,L6,L7)は、同一の光路により導光された後、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズム等の分光部により緑色波長帯域光、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光の各々に分光される。分光された緑色波長帯域光、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光は、各色に対応した表示素子に入射されて色毎の画像光が形成される。各画像光は、ダイクロイックプリズムにより再び合成されてカラー画像としてスクリーン等に投影することができる。
Further, in the above description, the
以上、各実施形態で説明した光源装置60,60A,60B及び投影装置10,10A,10Bは、蛍光体(311,331)が配置される光生成部(101,100A)と、励起光出射部(9b)と、反射透過部(151)とを備える。反射透過部(151)は、励起光出射部(9b)から出射された励起光L1を光生成部(101,100A)に反射する励起光反射部151d、及び蛍光体(311,331)から出射された光(L3,L4,L6)を透過させる透過部151cを有する構成について説明した。光源装置60,60A,60Bは、緑色波長帯域光、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光の一部又は複数を含む光(L3,L4,L6)を含むことにより緑色波長帯域光、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光の各光路の多くを共通に構成することができる。従って、青色波長帯域光専用の光路を省略することができ、光源装置60,60A,60B及び投影装置10,10A,10Bを小型化することができる。
In the
また、反射透過部(151)が、光生成部(101,100A)に対する蛍光体(311,331)側であって蛍光体(311,331)と対向して配置される光源装置60,60A,60Bは、励起光L1を光生成部(101,100A)の正面側から入射させることができ、実施形態1で説明したように基材102側で反射させない所謂透過型の励起方法に比べて、蛍光発光領域310,330における外部量子効率を向上させて効率よく蛍光を出射させることができる。
Further, the
また、励起光反射部151dが反射透過部(151)の光生成部(101,100A)側に配置される光源装置60,60A,60Bは、反射透過部(151)の屈折率が大きい場合、反射透過部(151)内から外部へ光が導光される機会を低減し、反射透過部(151)の内部から外部へ光が出射する際に全反射して光の利用効率の低下を防止することができる。
Further, in the
また、励起光出射部(9b)が光生成部(101,100A)に対して蛍光体(311,331)が設けられる側とは反対側に配置される光源装置60,60A,60Bは、蛍光体(311,331)の正面側から出射された光を導光する光学部材を配置可能としながら励起光反射部151dにより導光させた励起光L1を蛍光体(311,331)の表面(311a)側から照射することができる。
Further, the
また、励起光反射部151dは、励起光出射部(9b)から出射される励起光L1の照射領域に応じた大きさ及び形状で形成される光源装置60,60A,60Bは、励起光反射部151dによる励起光L1の反射機能を確保しながら、光生成部(101,100A)から出射される光(L3,L4,L6)を、励起光反射部151dによる減光を最小限に抑えて反射透過部(151)側に導光することができる。
Further, the excitation
また、励起光源(71)を更に備え、励起光出射部(9b)が励起光源(71)から出射された励起光L1を受光して導光する光ファイバ9の出射部9bである光源装置60,60A,60Bは、励起光L1の光路の位置を柔軟に配置させることができるため、励起光源(71)も制約が少なく様々な位置に配置させることができる。従って、光源装置60,60A,60B(又は投影装置10,10A,10B)の設計の自由度も向上させることができる。
Further, a
また、反射透過部(151)は、透過部151cと励起光反射部151dとを有した単体の光学部材である光源装置60,60A,60Bは、複数の光学的機能を含む光学系を纏めて小型化することができる。
Further, the
また、反射透過部(151)の光生成部(101,100A)と対向する面(実施形態1,2では入射面151a)の一部に励起光反射部151dが存在し、反射透過部(151)の光生成部(101,100A)と対向する面のその他の一部に透過部151cが存在する光源装置60,60A,60Bは、簡易な構成で光生成部(101,100A)に対向する面の位置に励起光反射部151dと透過部151cとを配置し、光を導光方向や波長に応じて反射又は透過させることができる。
Further, the excited
また、光生成部(101)は、蛍光体(311)が形成される蛍光発光領域310と、励起光出射部(9b)から出射された励起光L1を反射する反射領域320とを周方向に並設した蛍光ホイール101である構成について説明した。反射透過部(151)の透過部151cは、蛍光発光領域310から出射された蛍光と、反射領域320により反射された励起光L1とを集光して透過させる。従って、光源装置60,60Bは、蛍光と、青色波長帯域光(反射された励起光L1)を同一光路により導光させて、小型に構成することができる。
Further, the light generation unit (101) has a fluorescent
また、光源装置60,60A,60Bは、蛍光発光領域310,330から出射された光(L3,L6)を、蛍光発光領域310により反射された一部の励起光L1の波長成分を除去して透過する透過領域(410,510g,510r)を含むカラーホイール201を備える。このため、光源装置60,60A,60Bは、色純度の高い光源光を出射させることができる。
Further, the
また、光源装置60A,60Bは、赤色波長帯域光を透過する赤透過領域510rと、緑色波長帯域光を透過する緑透過領域510gと、青色波長帯域光を透過する青透過領域510bとを周方向に並設したカラーホイール201Aを備える。また、光生成部(100A)は、赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光の波長成分を含む光(L6)を出射する構成について説明した。これにより、同じ光源(蛍光板100A)から出射された光(L6)により、光源光として複数の波長帯域の光を導光させることができため、光源装置60A,60Bの構成を簡易にすることができる。
Further, the
また、光(L3,L4,L6)の強度分布を均一化させる導光装置としてライトトンネルを備える光源装置60,60A,60Bは、集光径の小さな光線束を入射させて、光線束の径方向について光学系の構成を小型化することができる。また、光(L3,L4,L6)の強度分布を均一化させる導光装置175としてマイクロレンズアレイを備える光源装置60,60A,60Bは、光線束の導光方向について光学系の構成を小型化することができる。
Further, the
なお、以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The embodiments described above are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
以下に、本願出願の最初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1] 蛍光体を有する光生成部と、
励起光出射部と、
前記励起光出射部から出射された励起光を前記光生成部に反射する励起光反射部及び前記蛍光体から出射された光を透過させる透過部を有する反射透過部と、
を備えることを特徴とする光源装置。
[2] 前記反射透過部は、前記光生成部に対する前記蛍光体側であって前記蛍光体と対向するように配置されることを特徴とする前記[1]に記載の光源装置。
[3] 前記励起光反射部は、前記反射透過部の前記光生成部側に配置されることを特徴とする前記[2]に記載の光源装置。
[4] 前記励起光出射部は、前記光生成部に対して前記蛍光体が設けられる側とは反対側に配置されることを特徴とする前記[1]乃至前記[3]の何れかに記載の光源装置。
[5] 前記励起光反射部は、前記励起光出射部から出射される前記励起光の照射領域に応じた大きさ及び形状で形成されることを特徴とする前記[1]乃至前記[4]の何れかに記載の光源装置。
[6] 励起光源を更に備え、
前記励起光出射部は、前記励起光源から出射された前記励起光を導光する光ファイバの出射部であることを特徴とする前記[1]乃至前記[5]の何れかに記載の光源装置。
[7] 前記反射透過部は、前記透過部と前記励起光反射部とを有した単体の光学部材であることを特徴とする前記[1]乃至前記[6]の何れかに記載の光源装置。
[8] 前記反射透過部の前記光生成部と対向する面の一部に前記励起光反射部が存在し、
前記反射透過部の前記光生成部と対向する面のその他の一部に前記透過部が存在する、
ことを特徴とする前記[7]に記載の光源装置。
[9] 前記光生成部は、前記蛍光体が形成される蛍光発光領域と、前記励起光出射部から出射された前記励起光を反射する反射領域とを周方向に並設した蛍光ホイールであり、
前記反射透過部の前記透過部は、前記蛍光発光領域から出射された蛍光と、前記反射領域により反射された前記励起光とを透過させる、
ことを特徴とする前記[1]乃至前記[8]の何れかに記載の光源装置。
[10] 前記蛍光発光領域から出射された前記光を、前記蛍光発光領域により反射された一部の前記励起光の波長成分を除去して透過する透過領域を含むカラーホイールを備えることを特徴とする前記[9]に記載の光源装置。
[11] 赤色波長帯域光を透過する赤透過領域と、緑色波長帯域光を透過する緑透過領域と、青色波長帯域光を透過する青透過領域とを周方向に並設したカラーホイールを備え、
前記光生成部は、前記赤色波長帯域光、前記緑色波長帯域光及び前記青色波長帯域光の波長成分を含む前記光を出射する、
ことを特徴とする前記[1]乃至前記[8]の何れかに記載の光源装置。
[12] 前記光の強度分布を均一化させる導光装置としてライトトンネル又はマイクロレンズアレイを備えることを特徴とする前記[1]乃至前記[11]の何れかに記載の光源装置。
[13] 前記[1]乃至前記[12]の何れかに記載の光源装置と、
画像光を生成する表示素子と、
前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影光学系と、
前記光源装置と前記表示素子とを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする投影装置。
The inventions described in the first claims of the present application are described below.
[1] A light generator having a fluorescent substance and
Excited light emitting part and
An excitation light reflecting section that reflects the excitation light emitted from the excitation light emitting section to the light generation section, a reflection transmitting section having a transmitting section that transmits the light emitted from the phosphor, and a reflection transmitting section.
A light source device characterized by being provided with.
[2] The light source device according to the above [1], wherein the reflection transmitting portion is arranged on the phosphor side with respect to the light generating portion so as to face the phosphor.
[3] The light source device according to the above [2], wherein the excitation light reflection unit is arranged on the light generation unit side of the reflection transmission unit.
[4] The excitation light emitting unit is one of the above [1] to the above [3], characterized in that the excitation light emitting unit is arranged on the side opposite to the side where the phosphor is provided with respect to the light generation unit. The light source device described.
[5] The above-mentioned [1] to the above-mentioned [4], wherein the excitation light reflecting portion is formed in a size and shape corresponding to an irradiation region of the excitation light emitted from the excitation light emitting portion. The light source device according to any one of.
[6] Further equipped with an excitation light source
The light source device according to any one of the above [1] to [5], wherein the excitation light emitting unit is an emission unit of an optical fiber that guides the excitation light emitted from the excitation light source. ..
[7] The light source device according to any one of the above [1] to [6], wherein the reflection transmission portion is a single optical member having the transmission portion and the excitation light reflection portion. ..
[8] The excitation light reflection portion is present on a part of the surface of the reflection transmission portion facing the light generation portion.
The transmitting portion is present on the other part of the surface of the reflection transmitting portion facing the light generating portion.
The light source device according to the above [7].
[9] The light generation unit is a fluorescence wheel in which a fluorescence emission region in which the phosphor is formed and a reflection region that reflects the excitation light emitted from the excitation light emission unit are arranged side by side in the circumferential direction. ,
The transmission portion of the reflection transmission portion transmits the fluorescence emitted from the fluorescence emission region and the excitation light reflected by the reflection region.
The light source device according to any one of the above [1] to the above [8].
[10] It is characterized by comprising a color wheel including a transmission region in which the light emitted from the fluorescence emission region is transmitted by removing a wavelength component of the excitation light reflected by the fluorescence emission region. The light source device according to the above [9].
[11] A color wheel is provided in which a red transmission region that transmits red wavelength band light, a green transmission region that transmits green wavelength band light, and a blue transmission region that transmits blue wavelength band light are arranged side by side in the circumferential direction.
The light generation unit emits the light including the wavelength components of the red wavelength band light, the green wavelength band light, and the blue wavelength band light.
The light source device according to any one of the above [1] to the above [8].
[12] The light source device according to any one of the above [1] to [11], wherein the light tunnel or the microlens array is provided as a light guide device for equalizing the intensity distribution of the light.
[13] The light source device according to any one of the above [1] to [12] and the light source device.
Display elements that generate image light and
A projection optical system that projects the image light emitted from the display element onto a screen, and
A control unit that controls the light source device and the display element,
A projection device characterized by being equipped with.
9 光ファイバ 9a 入射部
9b 出射部(励起光出射部) 10,10A,10B 投影装置
10B1 光源ユニット 10B2 投影ユニット
12 正面パネル 13 背面パネル
14 右側パネル 15 左側パネル
21 入出力コネクタ部 22 入出力インターフェース
23 画像変換部 24 表示エンコーダ
25 ビデオRAM 26 表示駆動部
31 画像圧縮/伸長部 32 メモリカード
35 Ir受信部 36 Ir処理部
37 キー/インジケータ部 38 制御部
41 光源制御回路 43 冷却ファン駆動制御回路
45 レンズモータ 47 音声処理部
48 スピーカ 51 表示素子
60,60A,60B 光源装置 70 励起光照射装置
71 青色レーザダイオード 73 コリメータレンズ
80 緑色光源装置 92 集光レンズ
100 蛍光ホイール装置 100A 蛍光板(光生成部)
101 蛍光ホイール(光生成部) 102 基材
102a 表面 103 基材
104 基材 104a 表面
110 モータ 112 軸受部
113 軸受部 120,120A 赤色光源装置
121,121A 赤色発光ダイオード 125 第二集光レンズ群
140 導光光学系 141,141A 第一ダイクロイックミラー
142 第一集光レンズ 143 反射ミラー
150 第一集光レンズ群 151 第一光学部材(反射透過部)
151a 入射面 151b 出射面
151c 透過部 151d 励起光反射部
152 第二光学部材 152a 入射面
152b 出射面 170 光源光学系
173 第二集光レンズ 175 導光装置
178 第三集光レンズ 181 光軸変換ミラー
183 第四集光レンズ 185 照射ミラー
190 ヒートシンク 195 コンデンサレンズ
200,200A カラーホイール装置 201,201A カラーホイール
210 モータ 220 投影光学系
225 固定レンズ群 235 可動レンズ群
241 制御回路基板 310 蛍光発光領域
310g 第一発光領域 310r 第二発光領域
311 緑色蛍光体 311a 表面
320 反射領域 330 蛍光発光領域
331 黄色蛍光体 331a 表面
410 緑透過領域 420 全色透過領域
420b 第一透過領域 420r 第二透過領域
510b 青透過領域 510g 緑透過領域
510r 赤透過領域
L1 励起光 L1a 入射励起光
L1b 反射励起光 L2a 入射時蛍光
L2b 反射時蛍光 L3 第一の光
L4 第二の光 L5 第三の光
L6 第四の光 L7 補助光
S1 照射領域 S2 照射領域
SB システムバス T1 テーブル
9
101 Fluorescent wheel (light generator) 102
Claims (13)
励起光出射部と、
前記励起光出射部から出射された励起光を前記光生成部に反射する励起光反射部及び前記蛍光体から出射された光を透過させる透過部を有する反射透過部と、
を備えることを特徴とする光源装置。 A light generator with a phosphor and
Excited light emitting part and
An excitation light reflecting section that reflects the excitation light emitted from the excitation light emitting section to the light generation section, a reflection transmitting section having a transmitting section that transmits the light emitted from the phosphor, and a reflection transmitting section.
A light source device characterized by being provided with.
前記励起光出射部は、前記励起光源から出射された前記励起光を導光する光ファイバの出射部であることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れかに記載の光源装置。 Further equipped with an excitation light source,
The light source device according to any one of claims 1 to 5, wherein the excitation light emitting unit is an emitting unit of an optical fiber that guides the excitation light emitted from the excitation light source.
前記反射透過部の前記光生成部と対向する面のその他の一部に前記透過部が存在する、
ことを特徴とする請求項7に記載の光源装置。 The excitation light reflection portion is present on a part of the surface of the reflection transmission portion facing the light generation portion.
The transmitting portion is present on the other part of the surface of the reflection transmitting portion facing the light generating portion.
The light source device according to claim 7.
前記反射透過部の前記透過部は、前記蛍光発光領域から出射された蛍光と、前記反射領域により反射された前記励起光とを透過させる、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れかに記載の光源装置。 The light generation unit is a fluorescence wheel in which a fluorescence emission region in which the phosphor is formed and a reflection region that reflects the excitation light emitted from the excitation light emitting unit are arranged side by side in the circumferential direction.
The transmission portion of the reflection transmission portion transmits the fluorescence emitted from the fluorescence emission region and the excitation light reflected by the reflection region.
The light source device according to any one of claims 1 to 8.
前記光生成部は、前記赤色波長帯域光、前記緑色波長帯域光及び前記青色波長帯域光の波長成分を含む前記光を出射する、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れかに記載の光源装置。 It is equipped with a color wheel in which a red transmission region that transmits red wavelength band light, a green transmission region that transmits green wavelength band light, and a blue transmission region that transmits blue wavelength band light are arranged side by side in the circumferential direction.
The light generation unit emits the light including the wavelength components of the red wavelength band light, the green wavelength band light, and the blue wavelength band light.
The light source device according to any one of claims 1 to 8.
画像光を生成する表示素子と、
前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影光学系と、
前記光源装置と前記表示素子とを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする投影装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 12.
Display elements that generate image light and
A projection optical system that projects the image light emitted from the display element onto a screen, and
A control unit that controls the light source device and the display element,
A projection device characterized by being equipped with.
Priority Applications (1)
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JP2020156987A JP2022050838A (en) | 2020-09-18 | 2020-09-18 | Light source device and projection device |
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- 2020-09-18 JP JP2020156987A patent/JP2022050838A/en active Pending
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