JP2022085838A - Light source optical system, light source unit, light source device, and image display device - Google Patents
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Description
本発明は、光源光学系、光源ユニット、光源装置及び画像表示装置に関する。 The present invention relates to a light source optical system, a light source unit, a light source device, and an image display device.
映像を拡大投影するプロジェクタ(画像表示装置、画像投射装置)が広く普及している。プロジェクタは、光源から射出された光をデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)や液晶表示素子といった画像表示素子(空間光変調素子)に集光させ、映像信号により変調された画像表示素子からの射出光を、被投射面であるスクリーン上にカラー映像として表示させるものである。 Projectors (image display devices, image projection devices) that magnify and project images are widely used. The projector collects the light emitted from the light source on an image display element (spatial light modulation element) such as a digital micromirror device (DMD) or a liquid crystal display element, and emits light from the image display element modulated by the video signal. The light is displayed as a color image on the screen which is the projection surface.
従来、プロジェクタの光源には主に高輝度の超高圧水銀ランプ等が用いられてきたが、寿命が短く、メンテナンスを頻繁に行う必要があった。そのため、近年では、超高圧水銀ランプに代えてレーザやLED等を光源に使用したプロジェクタが増加している。レーザやLEDは、超高圧水銀ランプと比較して寿命が長く、また、その単色性により色再現性が良い、という利点がある。 Conventionally, a high-brightness ultra-high pressure mercury lamp or the like has been mainly used as a light source of a projector, but the life is short and maintenance needs to be performed frequently. Therefore, in recent years, the number of projectors that use a laser, LED, or the like as a light source instead of an ultra-high pressure mercury lamp is increasing. Lasers and LEDs have the advantages of having a longer life than ultra-high pressure mercury lamps and having good color reproducibility due to their monochromaticity.
例えば色の三原色である赤色、緑色、青色の三色を画像表示素子に照射して映像を形成する場合、これら三色の全てをレーザ光源で生成することも可能ではあるが、緑色レーザや赤色レーザの発光効率が青色レーザに比べて低いという問題がある。そのため、青色レーザを励起光として蛍光体に照射して、蛍光体で波長変換された蛍光光から赤色光と緑色光を生成する方法が用いられている。このようなレーザ光源と蛍光体を用いた光源装置が、特許文献1や特許文献2等に開示されている。
For example, when the image display element is irradiated with the three primary colors of red, green, and blue to form an image, it is possible to generate all of these three colors with a laser light source, but a green laser or red is used. There is a problem that the light emission efficiency of the laser is lower than that of the blue laser. Therefore, a method of irradiating a phosphor with a blue laser as excitation light to generate red light and green light from the fluorescent light wavelength-converted by the phosphor is used. A light source device using such a laser light source and a phosphor is disclosed in
この種の光源装置は、照射面における照度分布をできるだけ均一にすることが求められる。そして、従来の光源装置における光源光学系は、照射面上の照度分布の偏りに改善の余地があった。 This type of light source device is required to make the illuminance distribution on the irradiation surface as uniform as possible. The light source optical system in the conventional light source device has room for improvement in the bias of the illuminance distribution on the irradiation surface.
特に、プロジェクタでは、光源光学系からの光の照射面である画像表示素子上での照度分布が、スクリーン上の照度分布に影響を与えてしまうことがあった。さらに、光源光学系に加えて投射光学系等も照度分布に影響を及ぼす。つまり、プロジェクタの課題であるスクリーン上での照度むらは、光源装置に起因する場合と、光源装置よりも先の投射光学系等に起因する場合のいずれもある。投射光学系が照度むらの一因になる場合として、例えば、投射光学系に折返しミラーを含む超短焦点タイプのプロジェクタでは、投射された光がスクリーンに入射する入射角が上下方向の高さ位置によって大きく異なることから、画面の上下で照度むらが生じやすい。 In particular, in a projector, the illuminance distribution on the image display element, which is the irradiation surface of the light from the light source optical system, may affect the illuminance distribution on the screen. Further, in addition to the light source optical system, the projection optical system and the like also affect the illuminance distribution. That is, the uneven illuminance on the screen, which is a problem of the projector, may be caused by the light source device or by the projection optical system or the like ahead of the light source device. As a case where the projection optical system contributes to the uneven illuminance, for example, in an ultra-short focus type projector in which the projection optical system includes a folded mirror, the incident angle at which the projected light is incident on the screen is the height position in the vertical direction. Since it varies greatly depending on the screen, uneven illumination is likely to occur at the top and bottom of the screen.
本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、簡単な構成で照度分布を改善できる光源光学系、光源ユニット、光源装置及び画像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on the above awareness of the problem, and an object of the present invention is to provide a light source optical system, a light source unit, a light source device, and an image display device capable of improving the illuminance distribution with a simple configuration.
本発明の光源光学系の態様は、光源から射出した第1の光束を波長変換素子に入射させる第1の光学系と、波長変換素子で波長変換された第2の光束が透過する第2の光学系と、を有し、第2の光学系の中に、第2の光束の一部を第2の光学系内で分離する導光部材を備える。 A mode of the light source optical system of the present invention is a first optical system in which a first light beam emitted from a light source is incident on a wavelength conversion element and a second light beam transmitted by the wavelength conversion element. It has an optical system, and the second optical system includes a light guide member that separates a part of the second light source in the second optical system.
本発明の光源ユニットの態様は、光源から射出した第1の光束を第1の光学系によって波長変換素子に入射させ、波長変換素子で波長変換された第2の光束を第2の光学系を通して射出し、第2の光学系の中に、第2の光束の一部を第2の光学系内で分離する導光部材を備える。 In the embodiment of the light source unit of the present invention, the first light flux emitted from the light source is incident on the wavelength conversion element by the first optical system, and the second light flux converted by the wavelength conversion element is passed through the second optical system. A light guide member that emits light and separates a part of the second light flux in the second optical system is provided in the second optical system.
本発明の光源装置の態様は、光源と、光源から射出した第1の光束を波長変換素子に入射させる第1の光学系と、波長変換素子で波長変換された第2の光束が透過する第2の光学系と、を有し、第2の光学系の中に、第2の光束の一部を第2の光学系内で分離する導光部材を備える。 A mode of the light source device of the present invention is that the light source, the first optical system for incidenting the first light flux emitted from the light source on the wavelength conversion element, and the second light flux wavelength-converted by the wavelength conversion element are transmitted. It has two optical systems, and the second optical system includes a light guide member that separates a part of the second light source in the second optical system.
本発明の画像表示装置の態様は、光源から波長変換素子まで第1の光束が通る光路を形成する第1の光学系と、波長変換素子で波長変換された第2の光束が通る光路を形成する第2の光学系とを含む光源装置と、光源装置からの光を変調して画像を形成する画像表示素子と、画像を被投射面に投射する投射光学系と、を有し、第2の光学系の中に、第2の光束の一部を第2の光学系内で分離する導光部材を備える。 An aspect of the image display device of the present invention is to form a first optical system that forms an optical path through which a first light beam passes from a light source to a wavelength conversion element, and an optical path through which a second light beam that has been wavelength-converted by the wavelength conversion element passes. It has a light source device including a second optical system, an image display element that modulates the light from the light source device to form an image, and a projection optical system that projects an image onto a projected surface. In the optical system of the above, a light source member for separating a part of the second light source in the second optical system is provided.
本発明の光源光学系、光源ユニット、光源装置及び画像表示装置によれば、簡単な構成で照度分布を改善できる。 According to the light source optical system, the light source unit, the light source device, and the image display device of the present invention, the illuminance distribution can be improved with a simple configuration.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図1は、画像表示装置の一例であるプロジェクタの全体構造を示している。図2以降は、プロジェクタを構成する光源装置(光源光学系)の実施形態を示しており、図2から図6は第1実施形態、図7から図10は第2実施形態、図11は第3実施形態、図12から図15は第4実施形態、図16は第5実施形態である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the overall structure of a projector which is an example of an image display device. 2 and later show embodiments of a light source device (light source optical system) constituting the projector. FIGS. 2 to 6 show the first embodiment, FIGS. 7 to 10 show the second embodiment, and FIG. 11 shows the first embodiment. 3 embodiments, FIGS. 12 to 15 are the fourth embodiment, and FIG. 16 is the fifth embodiment.
図1に示すプロジェクタ10は、筐体11と、光源装置(光源ユニット)12と、光均一化素子13と、照明光学系14と、画像表示素子15と、投射光学系16と、を有している。光源装置12から投射光学系16までの各構成要素が筐体11の内部に収容されている。
The projector 10 shown in FIG. 1 includes a housing 11, a light source device (light source unit) 12, a light
光源装置12は、例えば、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各色に対応する波長を含んだ光を射出する。光源装置12の内部構成については、後に詳細に説明する。
The
光均一化素子13は、光源装置12から射出された光をミキシングすることで均一化する。光均一化素子13としては、例えば、4枚のミラーを組み合わせたライトトンネル、円柱状のガラス等からなるロッドインテグレータ、複数のレンズをマトリクス状に配置したフライアイレンズ等が用いられる。
The light homogenizing
照明光学系14は、光均一化素子13によって均一化された光で画像表示素子15を略均一に照明する。照明光学系14は、例えば、1枚以上のレンズや1面以上の反射面等を有している。
The illumination
画像表示素子15は、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル等のライトバルブ(光弁)を有している。画像表示素子15は、照明光学系14により照明される光(光源装置12からの光)を変調することにより画像を形成する。
The
投射光学系16は、画像表示素子15が形成した画像を、プロジェクタ10の外部のスクリーン(被投射面)17に拡大投射する。投射光学系16は、例えば、1枚以上のレンズを有している。
The projection
図2は、第1実施形態による光源装置12を示す概略構成図である。光源装置12は、光の伝搬方向に順に配置された、レーザ光源(光源)20と、コリメータレンズ21と、第1レンズ群22と、導光部材23と、1/4波長板24と、第2レンズ群25と、蛍光体ホイール(波長変換素子)26と、第3レンズ群27と、カラーホイール28と、を有している。例えば、光源装置12のうち、レーザ光源20を除いた構成要素(光学要素)によって光源光学系が構成される。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a
レーザ光源20は、複数の光源(固体光源)を有している。図2では、図面の上下方向に並ぶ6個の光源を描いているが、実際には、6個の光源が紙面直交方向(奥行方向)にn列(nは2以上の数)並んでおり、6×n個の光源が二次元アレイ状に配列されている。なお、複数のレーザ光源20の数は任意に設定することが可能である。また、複数のレーザ光源20ではなく、高出力の単一のレーザ光源を用いることも可能である。
The
複数のレーザ光源20は、例えば、基板上に複数の光源をアレイ状に配置した光源ユニットとして構成することができるが、その具体的態様には自由度がある。以下では、二次元アレイ状に配列された複数の光源を「複数のレーザ光源20」と呼ぶことがある。
The plurality of
複数のレーザ光源20は、蛍光体ホイール26の波長変換領域である蛍光領域26d(図3)に設けられた蛍光体を励起させる励起光BL(第1の色光)として、例えば、発光強度の中心波長が455nmの青色帯域の光(青色レーザ光)を射出する。複数のレーザ光源20から射出される青色レーザ光は、偏光状態が一定の直線偏光であり、導光部材23の入射面(後述する表面23a)に対してS偏光となるように配置されている。複数のレーザ光源20から射出される青色レーザ光は、コヒーレント光である。なお、複数のレーザ光源20から射出される励起光BLは、蛍光体ホイール26の蛍光領域26dの蛍光体を励起させることができる波長の光であればよく、青色帯域の光に限定されるものではない。
The plurality of
コリメータレンズ21は、複数のレーザ光源20に対応して二次元アレイ状に複数配列されている。複数のコリメータレンズ21は、複数のレーザ光源20から射出されるそれぞれの光束(励起光BL)を平行光又は収束光となるように調整する。コリメータレンズ21の数は、レーザ光源20の光源の数に対応していればよく、レーザ光源20の光源の数の増減に応じて増減することができる。
A plurality of
第1レンズ群22は、全体として正のパワーを有しており、レーザ光源20から蛍光体ホイール26に向かう光の伝搬方向に向かって順に、正レンズ22aと負レンズ22bとを有している。第1レンズ群22は、コリメータレンズ21から平行光又は収束光となって入射した励起光BLを収束させながら導光部材23に導く。なお、第1レンズ群22は、正のパワーではなく、負のパワーを有していてもよい。
The
導光部材23は、第1レンズ群22と第2レンズ群25の間の光路上に位置している。導光部材23は、平板状(プレートタイプ)の偏光ビームスプリッタであり、第1レンズ群22から導かれた励起光BLの波長帯域のS偏光(第1の偏光成分)を反射する一方、励起光BLの波長帯域のP偏光(第2の偏光成分)及び蛍光体ホイール26からの蛍光光YL(第2の色光)を透過するようなコートが施されている。
The
本実施形態では、導光部材23が、励起光BLの波長帯域のS偏光を反射してP偏光を透過するが、これとは逆に、励起光BLの波長帯域のP偏光を反射してS偏光を透過するようにしてもよい。
In the present embodiment, the
1/4波長板24は、導光部材23で反射された励起光BLの直線偏光に対して光学軸を45度傾けた状態で配置されている。1/4波長板24は、導光部材23で反射された励起光BLを直線偏光から円偏光に変換する。
The 1/4
第2レンズ群25は、全体として正のパワーを有しており、レーザ光源20から蛍光体ホイール26に向かう光の伝搬方向に向かって順に、正レンズ25aと正レンズ25bとを有している。第2レンズ群25は、1/4波長板24により円偏光に変換されて入射した励起光BLを収束させながら蛍光体ホイール26に導く。
The
蛍光体ホイール26には、第2レンズ群25から導かれた励起光BLが入射する。図3は、蛍光体ホイール26の詳細構造を示す図である。蛍光体ホイール26は、円盤部材26aと、回転軸26bを中心として円盤部材26aを回転駆動する駆動モータ26cとを有している。円盤部材26aは、例えば、透明基板や金属基板(アルミニウム基板等)を用いることができるが、これに限定されるものではない。
The excitation light BL guided from the
蛍光体ホイール26の円盤部材26aは、周方向の大部分(本実施形態では270°よりも大きい角度範囲)が蛍光領域26dに区画されており、蛍光領域26dの範囲を除いた周方向の一部(本実施形態では90°よりも小さい角度範囲)が励起光反射領域26eに区画されている。
Most of the
蛍光領域26dは、下層側から上層側に向かって順に、反射コート26d1と、蛍光体層26d2と、反射防止コート26d3とを積層して構成されている。
The
反射コート26d1は、蛍光体層26d2による蛍光光YLの波長領域の光を反射する特性を有している。円盤部材26aを反射率が高い金属基板で構成した場合には、反射コート26d1を省略する(円盤部材26aに反射コート26d1の機能を持たせる)ことも可能である。
The reflection coat 26d1 has a property of reflecting light in the wavelength region of the fluorescent light YL by the phosphor layer 26d2. When the
蛍光体層26d2としては、例えば、蛍光体材料を有機・無機のバインダ内に分散させたもの、蛍光体材料の結晶を直接形成したもの、Ce:YAG系等の希土類蛍光体を用いることができる。蛍光体層26dd2による蛍光光YLの波長帯域は、例えば、黄色、青色、緑色、赤色の波長帯域を用いることができるが、本実施形態では、黄色の波長帯域を有する蛍光光YLを用いる場合を例示する。また、本実施形態では波長変換素子として蛍光体を用いているが、燐光体や、非線形光学結晶等を用いてもよい。 As the fluorescent material layer 26d2, for example, a material in which a fluorescent material is dispersed in an organic / inorganic binder, a material in which crystals of the fluorescent material are directly formed, or a rare earth phosphor such as Ce: YAG type can be used. .. For the wavelength band of the fluorescent light YL by the phosphor layer 26dd2, for example, the wavelength bands of yellow, blue, green, and red can be used, but in the present embodiment, the case of using the fluorescent light YL having the yellow wavelength band is used. Illustrate. Further, although a phosphor is used as the wavelength conversion element in this embodiment, a phosphorescent body, a nonlinear optical crystal, or the like may be used.
反射防止コート26d3は、蛍光体層26d2の表面における光の反射を防止する特性を有している。 The antireflection coating 26d3 has a property of preventing the reflection of light on the surface of the phosphor layer 26d2.
励起光反射領域26eには、第2レンズ群25から導かれた励起光BLの波長領域の光を反射する特性を有する反射コート26e1が積層されている。円盤部材26aを反射率が高い金属基板で構成した場合には、反射コート26e1を省略する(円盤部材26aに反射コート26e1の機能を持たせる)ことも可能である。
A reflection coat 26e1 having a characteristic of reflecting light in the wavelength region of the excitation light BL derived from the
円盤部材26aを駆動モータ26cによって回転駆動することにより、蛍光体ホイール26上における励起光BLの照射位置が時間とともに移動する。その結果、蛍光体ホイール26に入射した励起光BLが、蛍光領域26dで励起光BLとは波長の異なる蛍光光YLに変換されて射出される状態と、蛍光体ホイール26に入射した励起光BLが、励起光反射領域26eで励起光BLのままで反射されて射出される状態とに、時分割される。
By rotationally driving the
なお、蛍光領域26dと励起光反射領域26eの数や範囲等には自由度があり、種々の設計変更が可能である。例えば、各2つの蛍光領域と励起光反射領域とを周方向に90°間隔となるように交互に配置してもよい。
The number and range of the
再び図2に基づいて光源装置12を説明する。蛍光体ホイール26の励起光反射領域26eで反射された励起光BLは、蛍光体ホイール26から導光部材23に向けて進む逆向きの円偏光となり、第2レンズ群25によって拡散光束からほぼ平行光束に変換されて、1/4波長板24によってP偏光に変換される。P偏光に変換された励起光BLは、導光部材23を透過して、集光作用のある第3レンズ群27を通してカラーホイール28に入射する。本実施形態では、第3レンズ群27を単レンズで構成している。
The
蛍光体ホイール26の蛍光領域26dに入射した励起光BLは、蛍光光YLに変換されて射出される。この蛍光光YLは、第2レンズ群25によって拡散光束からほぼ平行光束に変換されて、1/4波長板24と導光部材23を透過して、第3レンズ群27を通してカラーホイール28に入射する。
The excitation light BL incident on the
カラーホイール28は、円盤部材28aと、回転軸28bを中心として円盤部材28aを回転駆動する駆動モータ28cとを有している。図示を省略するが、円盤部材28aは、周方向に区画された青色領域、黄色領域、赤色領域、緑色領域を有している。青色領域は、蛍光体ホイール26の励起光反射領域26eに対応し、黄色領域、赤色領域、緑色領域は、蛍光体ホイール26の蛍光領域26dにそれぞれ対応するように同期される。黄色領域は、蛍光体ホイール26から発光する黄色の波長領域をそのまま透過させる。赤色領域と緑色領域は、それぞれダイクロイックミラーを用いることにより、黄色の波長から不要な波長域の光を反射させ、純度の高い色の光を得る。
The
図1に示すように、カラーホイール28によって時分割で作られた各色の光が、光均一化素子13から照明光学系14を通して画像表示素子15に導かれ(照射され)、各色に対応した画像を形成し、投射光学系16によってスクリーン17に拡大投影させることにより、カラー画像が得られる。すなわち、画像表示素子15が、光源装置12からの光を変調して画像を形成し、投射光学系16が、画像表示素子15が形成した画像をスクリーン17に拡大投射する。
As shown in FIG. 1, the light of each color created by time division by the
以上のプロジェクタ10を構成する光源装置12の光源光学系において、第1レンズ群22から第2レンズ群25までが、レーザ光源20から射出された第1の光束を蛍光体ホイール26に入射させるための(第1の光束が通る光路を形成する)第1の光学系となる。なお、コリメータレンズ21を第1の光学系に含めても良い。
In the light source optical system of the
また、光源装置12の光源光学系において、第2レンズ群25から第3レンズ群27までが、蛍光体ホイール26により波長変換された第2の光束が透過する(第2の光束が通る光路を形成する)第2の光学系となる。第2の光学系の光軸LXと第2の光束LFを、図2、図4及び図5に示した。図5は、蛍光体ホイール26側から光軸LXに沿って導光部材23を見た正面図である。
Further, in the light source optical system of the
導光部材23は、第1の光学系において、第1レンズ群22側から入射した第1の光束を蛍光体ホイール26側に向けて反射する反射素子として機能する。また、導光部材23は、第2の光学系において、第2レンズ群25から第3レンズ群27に向かう第2の光束の一部を導光して第2の光学系内で分離させる導光素子として機能する。導光部材23の構成と機能について、以下に説明する。
In the first optical system, the
導光部材23は、ガラスや透明樹脂等で形成された平行平面板形状であり、互いに平行な平面である表面23a及び裏面23bを表裏に有する。導光部材23が偏光ビームスプリッタとして機能するように、表面23a側には、励起光BLの波長帯域のS偏光を反射し、励起光BLの波長帯域のP偏光及び蛍光光YLを透過するようなコートが形成されている。
The
導光部材23の周縁部分は、導光部材23の長手方向に延びる一対の平行な長辺端面(第1の端面)23c及び長辺端面(第2の端面)23dと、導光部材23の短手方向に延びる一対の平行な短辺端面23e及び短辺端面23fと、によって構成されている、長辺端面23c及び長辺端面23d、短辺端面23e及び短辺端面23fはそれぞれ、表面23a及び裏面23bに対して略垂直な面である。また、長辺端面23c及び長辺端面23dは、短辺端面23e及び短辺端面23fに対して略垂直な面である。導光部材23は、第2の光束LFの外側において短辺端面23e,23f付近が、不図示の支持手段によって支持固定されている。
The peripheral edge portion of the
第1レンズ群22の光軸が延びる方向をM1方向とする。M1方向は、第2の光学系の光軸LXに対して垂直である。導光部材23は、M1方向及び光軸LXに対して垂直なM2方向に長手方向を向けて配置されている。
The direction in which the optical axis of the
図4に示すように、導光部材23は、M2方向の側方(短辺端面23eや短辺端面23fの側)から見て、表面23a及び裏面23bが光軸LXに対して約45度の交差角になるように配置されている。そして、光軸LXに沿う方向で、表面23aが蛍光体ホイール26(第2レンズ群25)側に位置し、裏面23bがカラーホイール28(第3レンズ群27)側に位置している。
As shown in FIG. 4, the
図5に示すように、光軸LXに沿う導光部材23の正面視では、表面23aと長辺端面23cが蛍光体ホイール26側に向いている。この正面視における投影面積が大きい表面23aが第1の面であり、投影面積が小さい長辺端面23cが第2の面であり、第1の面である表面23aによって、第1の光束を蛍光体ホイール26側に反射させる。
As shown in FIG. 5, in the front view of the
図5とは逆側から光軸LXに沿って導光部材23を背面視すると、裏面23bと長辺端面23dが第3レンズ群27(カラーホイール28)側に向いている。背面視における投影面積は、裏面23bの方が長辺端面23dよりも大きい。
When the
導光部材23は、上記の正面視及び背面視での外形中心を光軸LXが通るように配置されている。より詳しくは、図5に示す導光部材23の正面視で、長辺端面23cから長辺端面23dまでの短手方向寸法の中心に光軸LXが位置し、且つ短辺端面23eから短辺端面23fまでの長手方向寸法の中心に光軸LXが位置している。図5に示すように、光軸LXを含みM1方向に沿う仮想平面S1と、光軸LXを含みM2方向に沿う仮想平面S2とを設定すると、正面視及び背面視での導光部材23は、仮想平面S1と仮想平面S2の双方に関して対称な形状になる(導光部材30の長手方向の中央を仮想平面S1が通り、短手方向の中央を仮想平面S2が通る)。
The
M1方向において、正面視での導光部材23の短手方向寸法の全体が第2の光束LFの範囲内に収まっている。すなわち、M1方向において、長辺端面23cと長辺端面23dはいずれも、第2の光束LFが通る光路の範囲内に位置している。
In the M1 direction, the entire lateral dimension of the
M2方向において、導光部材23の長手方向寸法は、第2の光束LFの光束径よりもやや大きく、導光部材23の長手方向の両端付近の一部が、第2の光束LFの範囲外に位置している。
In the M2 direction, the longitudinal dimension of the
従って、導光部材23における表面23a及び裏面23bと、長辺端面23c及び長辺端面23dは、M2方向(長手方向)の両端付近の一部を除いて、第2の光束LFの範囲内に位置している。これに対し、短辺端面23e及び短辺端面23fは、第2の光束LFの範囲外に位置している。
Therefore, the
蛍光体ホイール26の蛍光領域26dで波長変換された蛍光光YLや励起光反射領域26eで反射された励起光BLを成分とする第2の光束LFは、第2レンズ群25によって拡散光束からほぼ平行光束に変換されて、導光部材23に到達する。図5に示すように、導光部材23のうち第2の光束LF上に位置する領域の大部分は表面23a及び裏面23bであり、当該領域では、導光部材23は第2の光束LFをそのまま第3レンズ群27に向けて透過させる。導光部材23はさらに、蛍光体ホイール26側からの第2の光束LFの一部が入射する位置に長辺端面23cを有している。
The second luminous flux LF containing the fluorescent light YL wavelength-converted in the
図4に示すように、第2の光束LFの一部は、長辺端面23cから導光部材23に入射して、導光部材23内で複数回全反射を繰り返して伝播され、長辺端面23dから射出される。具体的には、長辺端面23cから導光部材23に入射した光は、表面23aと裏面23bでそれぞれ複数回反射されて長辺端面23dに導かれる。このように、導光部材23は、第2の光束LFを表面23aと裏面23bを通してそのまま透過させるだけではなく、第2の光束LFの一部を第2の光学系内で分離させている。これにより、第2の光学系では、導光部材23の前後で第2の光束LF中の光量分布が異なる。
As shown in FIG. 4, a part of the second light flux LF is incident on the
より詳しくは、導光部材23は、図5に示す仮想平面S2で分けられるM1方向の一方の領域に、入射側の長辺端面23cを位置させ、M1方向の他方の領域に、射出側の長辺端面23dを位置させている。そのため、導光部材23は、第2の光束LFの一部を、仮想平面S2を挟んだ上記一方の領域から他方の領域へ導光する。
More specifically, the
以上のように機能する導光部材23を第2の光学系の中に備えることで、光源装置12から射出される照明光の照射面(画像表示素子15)での照度分布を変化させることができる。そして、導光部材23による導光の方向や程度を適切に管理することにより、照射面(画像表示素子15)での照度分布を改善することができる。
By providing the
導光部材23は、第1の光学系においてレーザ光源20から射出された第1の光束を蛍光体ホイール26側に反射すると共に、第2の光学系の中に備えられて第2の光束LFの一部を分離する。そのため、部品点数が少ない簡単な構成によって、照度分布の改善を実現することができる。
The
導光部材23による第2の光束LFの一部の導光は、第2の光学系の光路の範囲内(第2の光束LFの光束径の内側)で行われる。従って、導光部材23での導光を起因とする光量損失を防ぎ、光源装置12における光利用効率を低下させることなく、照度分布の改善を図ることができる。
A part of the light guide of the second light flux LF by the
また、導光部材23での導光の際に複数回全反射させることで、照度分布の変化の幅を大きくさせる効果が得られる。
In addition, the effect of increasing the range of change in the illuminance distribution can be obtained by totally reflecting the light light a plurality of times when the
図5に示すように、導光部材23は、第2の光束LFの光束径を横断する長手方向の大きさを有している。従って、導光部材23の長手方向(M2方向)において、第2の光束LFの全体で導光部材23による効果を得ることができる。
As shown in FIG. 5, the
プロジェクタ10においては、画像表示素子15の箇所での照明光の照度分布と、スクリーン17上での照度分布には、相関関係がある。そして、投射光学系16等が照度分布に及ぼす影響を加味して、第2の光学系での導光部材23による光の分離作用を設定することで、光源装置12だけでなく、プロジェクタ10全体としての配光特性を改善し、スクリーン17上での照度むらを低減させることができる。
In the projector 10, there is a correlation between the illuminance distribution of the illumination light at the location of the
導光部材23による効果を実証する実験及び測定の結果を図6に示した。図6では、導光部材23を用いて第2の光束LFの一部を分離(導光)させた実施例と、導光部材23による第2の光束LFの分離(導光)を行っていない比較例とのそれぞれの、スクリーン17上の照度分布を示している。実施例では、導光部材23における長辺端面23c及び長辺端面23dを光透過面として構成して、長辺端面23cから導光部材23内への光の入射と、長辺端面23dからの光の射出が生じるようにしている。比較例では、導光部材23における長辺端面23c及び長辺端面23dを光吸収面として構成し、長辺端面23cから導光部材23内への光の入射と、長辺端面23dからの光の射出が生じないようにしている。これ以外の条件は同一にしてスクリーン17上への投射を行ったところ、図6に示す照度分布となった。
The results of experiments and measurements demonstrating the effect of the
図6から分かるように、比較例よりも実施例の方が、照度分布のばらつきが少なく、スクリーン17上での照度むらが改善されている。特に、スクリーン17の中央から左上部分にかけての領域で、比較例において生じていた光量不足が実施例では改善されている。
As can be seen from FIG. 6, in the examples, the variation in the illuminance distribution is smaller than in the comparative example, and the illuminance unevenness on the
一例として、スクリーン17上の照度分布の評価は、次のように行う。まず、スクリーン17上の照度の最大値を100%として規格化する。そして、スクリーン17においてプロジェクタ10による投射が行われる範囲を9つの矩形領域に等分割し、領域ごとに照度の平均値を算出する。さらに、9つの領域の照度の平均値を算出する。このように算出した値を参照することで、スクリーン17上の照度のむらを定量的に評価できる。
As an example, the evaluation of the illuminance distribution on the
図6中の表1は、実施例でのスクリーン17上の9つの領域のそれぞれの照度の平均値を示しており、表2は、比較例でのスクリーン17上の9つの領域のそれぞれの照度の平均値を示している。そして、表1及び表2のデータに基づき算出した照度の平均値は、実施例で88.0%、比較例で86.9%であり、比較例に対して実施例ではスクリーン17上の照度分布のむらが低減されている。
Table 1 in FIG. 6 shows the average value of the illuminance of each of the nine regions on the
また、本実施例では、導光部材23の第2の面(長辺端面23c)の法線と第2の光学系の光軸LXとのなす角は45度であり、導光部材23の第1の面(表面23a)と第2の面(長辺端面23c)との稜線に垂直な方向における第2の面(長辺端面23c)の長さの平均値W3は0.9mmであり、第2の光学系の導光部材23の第1の面(表面23a)と第2の面(長辺端面23c)との稜線の位置における第2の光束LFの径φLは20mmである。なお、第2の光束LFの径φLは、導光部材23の蛍光体ホイール26(波長変換素子)側の端部位置における、光軸LXに垂直な面内での第2の光束LFの直径(光束径)である。
ここで、
導光部材を第2の光学系の光軸に垂直な面に投影した状態で、第1の面と第2の面との稜線に垂直な方向における第2の面の長さの平均値をW2、
第2の光学系の導光部材の直前の光学面における第2の光束の径をφL、
第2の光学系の光軸と導光部材の長辺端面のうち入射側の面(23c)の長辺の中心線との距離をHi、
第2の光学系の光軸と導光部材の長辺端面のうち射出側の面(23d)の長辺の中心線との距離をHo、
としたとき、
W2=0.64mm
φL=20mm
Hi=7.07mm
Ho=7.07mm
となる。よって、
W2/φL=0.032
となる。
Further, in this embodiment, the angle formed by the normal of the second surface (long
here,
With the light guide member projected onto a plane perpendicular to the optical axis of the second optical system, the average value of the lengths of the second planes in the direction perpendicular to the ridgeline of the first plane and the second plane is calculated. W 2 ,
The diameter of the second luminous flux on the optical surface immediately before the light guide member of the second optical system is φ L ,
The distance between the optical axis of the second optical system and the center line of the long side of the incident side surface ( 23c ) of the long side end faces of the light guide member is set to Hi.
The distance between the optical axis of the second optical system and the center line of the long side of the injection side surface (23d) of the long side end faces of the light guide member is Ho .
When
W 2 = 0.64 mm
φ L = 20 mm
Hi = 7.07 mm
Ho = 7.07 mm
Will be. Therefore,
W 2 / φ L = 0.032
Will be.
W2/φLは導光部材により導光される光量の尺度であり、下記の条件式(1)を満足するのが望ましい。
(1)0.018<W2/φL<0.035
W 2 / φ L is a measure of the amount of light guided by the light guide member, and it is desirable that the following conditional expression (1) is satisfied.
(1) 0.018 <W 2 / φ L <0.035
W2/φLが0.018より小さくなると、導光される光量が少なくなり過ぎて効果を得られなくなる。W2/φLが0.032より大きくなると、導光される光量が大きくなり過ぎて光束に悪影響を与える恐れが高くなる。 When W 2 / φ L is smaller than 0.018, the amount of light guided is too small to obtain the effect. When W 2 / φ L is larger than 0.032, the amount of light guided is too large and there is a high possibility that the luminous flux will be adversely affected.
さらに好ましくは、下記の条件式(2)を満足するのが良い。
(2)0.022<W2/φL<0.033
More preferably, it is preferable to satisfy the following conditional expression (2).
(2) 0.022 <W 2 / φ L <0.033
なお、スクリーン17上での照度分布の評価は、以上とは異なる手法で行っても良い。例えば、照度の平均値を得るスクリーン17上の領域の数を、9つ以外に設定することも可能である。また、スクリーン17上の各領域の形状を、等分割された矩形以外の形状にすることも可能である。
The evaluation of the illuminance distribution on the
図7は、第2実施形態による光源装置12を示す概略構成図である。第2実施形態の光源装置12は、第1実施形態の導光部材23に代えて、導光部材30を備えている。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the
レーザ光源20から導光部材30に向かう第1の光束の進行方向(M1方向)において、導光部材30が光軸LXに対して偏心して配置されている。導光部材30は、導光部材23のような偏光ビームスプリッタではなく、励起光BLの波長帯域の光を反射し蛍光光YLの波長帯域の光を透過させるダイクロイックミラーである。導光部材30と第2レンズ群25の間に、1/4波長板を備えていない。以上が、第1実施形態に対する第2実施形態の相違点である。それ以外の構成については、第1実施形態の光源装置12と同じであり、共通する部分の説明は省略する。
The
導光部材30は、ガラスや透明樹脂等で形成された平行平面板形状であり、互いに平行な平面である表面30a及び裏面30bを表裏に有する。導光部材30がダイクロイックミラーとして機能するように、表面30a側には、励起光BLの波長帯域の光を反射し蛍光光YLの波長帯域の光を透過させるコートが施されている。
The
図9に示すように、光軸LXを含みM1方向に沿う仮想平面S1と、光軸LXを含みM2方向に沿う仮想平面S2とを設定すると、光軸LXに沿う正面視及び背面視での導光部材30は、仮想平面S1に関して対称な形状である(導光部材30の長手方向の中央を仮想平面S1が通る)。一方、正面視及び背面視での導光部材30は、仮想平面S2とは重ならずに、M1方向で光軸LXから偏った位置にある。
As shown in FIG. 9, when the virtual plane S1 including the optical axis LX and along the M1 direction and the virtual plane S2 including the optical axis LX and along the M2 direction are set, the front view and the rear view along the optical axis LX are set. The
第1レンズ群22から第2レンズ群25までの第1の光学系により、レーザ光源20から射出された第1の光束が蛍光体ホイール26に入射される。また、蛍光体ホイール26により波長変換された第2の光束が、第2レンズ群25から第3レンズ群27までの第2の光学系を通ってカラーホイール28に入射される。第2の光学系において、導光部材30が配置されている領域では蛍光光YLのみが導光部材30を透過し、導光部材30が配置されていない領域では蛍光光YLと励起光BLのいずれもカラーホイール28まで到達する。光軸LXに対して導光部材30がM1方向で偏心して配置されているため、第2の光学系では、光軸LX付近を含む広い領域で励起光BLが通過可能である。
The first light beam emitted from the
図8及び図9に示すように、導光部材30の周縁部分は、長手方向に延びる一対の平行な長辺端面(第1の端面)30c及び長辺端面(第2の端面)30dと、短手方向に延びる一対の平行な短辺端面30e及び短辺端面30fと、によって構成されている、長辺端面30c及び長辺端面30d、短辺端面30e及び短辺端面30fはそれぞれ、表面30a及び裏面30bに対して略垂直な面である。また、長辺端面30c及び長辺端面30dは、短辺端面30e及び短辺端面30fに対して略垂直な面である。導光部材30は、第2の光束LFの外側において短辺端面30e,30f付近が、不図示の支持手段によって支持固定されている。
As shown in FIGS. 8 and 9, the peripheral edge portion of the
図8に示すように、導光部材30は、M2方向の側方(短辺端面30eや短辺端面30fの側)から見て、表面30a及び裏面30bが光軸LXに対して約45度の角度になるように配置されている。そして、光軸LXに沿う方向で、表面30aが蛍光体ホイール26(第2レンズ群25)側に位置し、裏面30bがカラーホイール28(第3レンズ群27)側に向いている。
As shown in FIG. 8, the
図9に示すように、光軸LXに沿う導光部材30の正面視では、表面30aと長辺端面30cが蛍光体ホイール26側に向いている。この正面視における投影面積が大きい表面30aが第1の面であり、投影面積が小さい長辺端面30cが第2の面であり、第1の面である表面30aによって、第1の光束を蛍光体ホイール26側に反射させる。
As shown in FIG. 9, in the front view of the
図9とは逆側から光軸LXに沿って導光部材30を背面視すると、裏面30bと長辺端面30dが第3レンズ群27(カラーホイール28)側に向いている。背面視における投影面積は、裏面30bの方が長辺端面30dよりも大きい。
When the
M1方向において、正面視での導光部材30の短手方向寸法の全体が第2の光束LFの範囲内に収まっている。すなわち、M1方向において、長辺端面30cと長辺端面30dはいずれも、第2の光束LFが通る光路の範囲内に位置している。
In the M1 direction, the entire lateral dimension of the
M2方向において、導光部材30の長手方向寸法は、第2の光束LFの光束径よりもやや大きく、導光部材30の長手方向の両端付近の一部が、第2の光束LFの範囲外に位置している。
In the M2 direction, the longitudinal dimension of the
従って、導光部材30における表面30a及び裏面30bと、長辺端面30c及び長辺端面30dは、M2方向(長手方向)の両端付近の一部を除いて、第2の光束LFの範囲内に位置している。これに対し、短辺端面30e及び短辺端面30fは、第2の光束LFの範囲外に位置している。
Therefore, the
図8に示すように、第2の光束LFの一部は、長辺端面30cから導光部材30に入射して、導光部材30内で複数回全反射を繰り返して伝播され、長辺端面30dから射出される。つまり、導光部材30は、第2の光束LFの一部を第2の光学系内で分離させる。これにより、第2の光学系では、導光部材30の前後で第2の光束LF中の光量分布が異なる。
As shown in FIG. 8, a part of the second luminous flux LF is incident on the
第1実施形態の導光部材23とは異なり、導光部材30は、光軸LXとは交差せずにM1方向で偏心して配置されている。そして、第2の光束LFの一部が入射する長辺端面30cが、第2の光束LFの周縁寄りに位置している。また、導光部材30内を伝播した光が射出する長辺端面30dが、光軸LXに近い中央寄りに位置している。従って、導光部材30は、第2の光束LFのうち周縁側を通る一部の光を、M1方向で光軸LXに近づけるように機能する。換言すれば、第2の光学系における導光部材30は、画像表示素子15やスクリーン17の中央付近を明るくさせるように照度分布を調整する作用がある。
Unlike the
導光部材30は、第2の光束LFの光束径を横断する長手方向の大きさを有している。従って、導光部材30の長手方向(M2方向)において、第2の光束LFの全体で導光部材30による効果を得ることができる。
The
導光部材30による効果を実証する実験及び測定の結果を図10に示した。図10では、導光部材30を用いて第2の光束LFの一部を分離(導光)させた実施例と、導光部材30による画像表示素子15の分離(導光)を行っていない比較例とのそれぞれの、スクリーン17上の照度分布を示している。実施例では、導光部材30における長辺端面30c及び長辺端面30dを光透過面として構成して、長辺端面30cから導光部材30内への光の入射と、長辺端面30dからの光の射出が生じるようにしている。比較例では、導光部材30における長辺端面30c及び長辺端面30dを光吸収面として構成し、長辺端面30cから導光部材30内への光の入射と、長辺端面30dからの光の射出が生じないようにしている。これ以外の条件は同一にしてスクリーン17上への投射を行ったところ、図10に示す照度分布となった。
The results of experiments and measurements demonstrating the effect of the
図10から分かるように、比較例よりも実施例の方が、照度分布のばらつきが少なく、スクリーン17上での照度むらが改善されている。特に、スクリーン17の中央上部寄りの領域で、実施例では比較例よりも高い光量が得られる範囲が広くなっている。
As can be seen from FIG. 10, in the examples, the variation in the illuminance distribution is smaller than in the comparative example, and the illuminance unevenness on the
第1実施形態と同様の評価基準でスクリーン17上の照度のむらを評価した。図10中の表3は、実施例でのスクリーン17上の9つの領域のそれぞれの照度の平均値を示しており、表4は、比較例でのスクリーン17上の9つの領域のそれぞれの照度の平均値を示している。第2実施形態で、表3及び表4のデータに基づき算出した照度の平均値は、実施例で90.8%、比較例で90.0%であり、比較例に対して実施例ではスクリーン17上の照度分布のむらが低減されている。
The unevenness of the illuminance on the
また、本実施例では、導光部材30の第2の面(長辺端面30c)の法線と光軸LXとのなす角は45度であり、導光部材30の第1の面(表面30a)と第2の面(長辺端面30c)との稜線に垂直な方向における第2の面(長辺端面30c)の長さの平均値W3は0.7mmであり、第2の光学系の導光部材30の第1の面(表面30a)と第2の面(長辺端面30c)との稜線の位置における第2の光束LFの径φLは20mmである。なお、第2の光束LFの径φLは、導光部材30の蛍光体ホイール26(波長変換素子)側の端部位置における、光軸LXに垂直な面内での第2の光束LFの直径(光束径)である。
よって、
W2=0.49mm
φL=20mm
Hi=8.04mm
Ho=0.96mm
となる。よって、
W2/φL=0.025
となり、先の条件式(1)及び(2)を満足する。
Further, in this embodiment, the angle formed by the normal of the second surface (long
Therefore,
W 2 = 0.49 mm
φ L = 20 mm
Hi = 8.04 mm
Ho = 0.96 mm
Will be. Therefore,
W 2 / φ L = 0.025
Therefore, the above conditional expressions (1) and (2) are satisfied.
図11に示す光源装置12の第3実施形態は、光軸LXに沿う正面視(及び背面視)での導光部材31の配置のみを示している。導光部材31以外の構成は第2実施形態と同じであり、共通する部分の図示及び説明を省略している。
The third embodiment of the
導光部材31はガラスや透明樹脂等で形成された平行平面板形状であり、その表面31a、裏面31b、長辺端面(第1の端面)31c、長辺端面(第2の端面)31d、短辺端面31e、短辺端面31fはそれぞれ、第2実施形態の導光部材30における各面30a~30fに対応する面である。
The
導光部材31は、光軸LXを含みM1方向に沿う仮想平面S1と、光軸LXを含みM2方向に沿う仮想平面S2のいずれに対しても、非対称な形状である。より詳しくは、導光部材31は、第2実施形態の導光部材30と同様に、M1方向において光軸LXに対して偏心して(仮想平面S2とは重ならずに)配置されている。導光部材31はさらに、短辺端面31eを短辺端面31fよりも仮想平面S2に近く位置させており、短辺端面31eが第2の光束LFの範囲内に位置している。つまり、導光部材31は、長辺端面31cと長辺端面31dが延びる方向(M2方向)で、第2の光学系の光軸LXの位置(仮想平面S1)に対して非対称な形状である。そして、M2方向において、導光部材31が第2の光束LF内に位置して導光可能な領域と、導光部材31が第2の光束LFに重ならず導光を行わない領域とが存在する。導光部材31は、第2の光束LFの範囲外にある短辺端面31f付近が、不図示の支持手段によって支持固定されている。
The
仮想平面S1は、第2の光学系の光軸LXを含み、且つ、導光部材31によって分離(導光)される前後の光束を含む(長辺端面31cと長辺端面31dの双方を縦断する)面である。このような仮想平面S1に対する非対称性(M2方向での光軸LXに対する非対称性)を導光部材31の位置設定の要件に含めることで、画像表示素子15やスクリーン17上の照度分布の変更の自由度が向上する。
The virtual plane S1 includes the optical axis LX of the second optical system, and also includes light flux before and after being separated (guided) by the light guide member 31 (long-
なお、図11に示す導光部材31は、仮想平面S1と仮想平面S2の双方に対して非対称な形状であるが、仮想平面S2に対して対称形状で、仮想平面S1に対してのみ非対称な形状の導光部材を用いることも可能である。
The
図12は第4実施形態による光源装置12を示す概略構成図である。第4実施形態の光源装置12は、導光部材32の配置のみが第3実施形態と異なる。導光部材32の配置以外は第3実施形態と同じであり、共通する部分の説明を省略する。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing the
図13及び図14は、第4実施形態の導光部材32の配置を説明する図である。図13及び図14に示す導光部材32の表面32a、裏面32b、長辺端面32c、長辺端面32d、短辺端面32e、短辺端面32fはそれぞれ、導光部材31の各面31a~31fに対応する面である。第4実施形態の導光部材32の配置は、光軸LXを含みM2方向に沿う仮想平面S2よりも第1の光学系側に導光部材32を配置している点で、第3実施形態と異なる。それ以外の構成については、第3実施形態の光源装置12と同じであり、共通する部分の説明は省略する。なお、導光部材32は、第2の光束LFの範囲外にある短辺端面32f付近が、不図示の支持手段によって支持固定されている。
13 and 14 are diagrams illustrating the arrangement of the
図13に示すように、第2の光束LFの一部は、長辺端面32cから導光部材32に入射して、導光部材32内で複数回全反射を繰り返して伝播され、長辺端面32dから射出される。つまり、導光部材32は、第2の光束LFの一部を第2の光学系内で分離させる。これにより、第2の光学系では、導光部材32の前後で第2の光束LF中の光量分布が異なる。
As shown in FIG. 13, a part of the second light flux LF is incident on the
図13に示すように、導光部材32においては、第2の光束LFの一部が入射する長辺端面32cが、光軸LXに近い中央寄りに位置している。また、導光部材32内を伝播した光が射出する長辺端面32dが、第2の光束LFの周縁寄りに位置している。従って、導光部材32は、第2の光束LFのうち中央側を通る一部の光を、M1方向で光軸LXから遠ざけるように機能する。換言すれば、第2の光学系における導光部材32は、画像表示素子15やスクリーン17の周辺付近を明るくさせるように照度分布を調整する作用がある。
As shown in FIG. 13, in the
図15は、第4実施形態の導光部材32による効果を実証する実験及び測定の結果示す図である。図15では、導光部材32を用いて第2の光束LFの一部を分離(導光)させた実施例と、導光部材32による画像表示素子15の分離(導光)を行っていない比較例とのそれぞれの、スクリーン17上の照度分布を示している。実施例では、導光部材32における長辺端面32c及び長辺端面32dを光透過面として構成して、長辺端面32cから導光部材32内への光の入射と、長辺端面32dからの光の射出が生じるようにしている。比較例では、導光部材32における長辺端面32c及び長辺端面32dを光吸収面として構成し、長辺端面32cから導光部材32内への光の入射と、長辺端面32dからの光の射出が生じないようにしている。これ以外の条件は同一にしてスクリーン17上への投射を行ったところ、図15に示す照度分布となった。
FIG. 15 is a diagram showing the results of experiments and measurements demonstrating the effect of the
図15から分かるように、比較例よりも実施例の方が、照度分布のばらつきが少なく、スクリーン17上での照度むらが改善されている。特に、スクリーン17の中央上部寄りの領域で、実施例では比較例よりも高い光量が得られる範囲が広くなっている。
As can be seen from FIG. 15, in the examples, the variation in the illuminance distribution is smaller than in the comparative example, and the illuminance unevenness on the
第1実施形態と同様の評価基準でスクリーン17上の照度のむらを評価した。図15中の表5は、実施例でのスクリーン17上の9つの領域のそれぞれの照度の平均値を示しており、表6は、比較例でのスクリーン17上の9つの領域のそれぞれの照度の平均値を示している。第4実施形態で、表5及び表6のデータに基づき算出した照度の平均値は、実施例で89.4%、比較例で89.1%であり、比較例に対して実施例ではスクリーン17上の照度分布のむらが低減されている。
The unevenness of the illuminance on the
また、本実施例では、導光部材32の第2の面(長辺端面32c)の法線と第2の光学系の光軸(LX)とのなす角は45度であり、導光部材32の第1の面(表面32a)と第2の面(長辺端面32c)との稜線に垂直な方向における第2の面(長辺端面32c)の長さの平均値W3は0.7mmであり、第2の光学系の導光部材32の第1の面(表面32a)と第2の面(長辺端面32c)との稜線の位置における第2の光束(LF)の径φLは21mmである。なお、第2の光束LFの径φLは、導光部材32の蛍光体ホイール26(波長変換素子)側の端部位置における、光軸LXに垂直な面内での第2の光束LFの直径(光束径)である。
よって、
W2=0.49mm
φL=21mm
Hi=0.96mm
Ho=8.04mm
となる。よって、
W2/φL=0.024
となり、先の条件式(1)及び(2)を満足する。
また、Hi/φL=0.046
となる。
Further, in this embodiment, the angle formed by the normal of the second surface (long
Therefore,
W 2 = 0.49 mm
φ L = 21 mm
Hi = 0.96 mm
Ho = 8.04 mm
Will be. Therefore,
W 2 / φ L = 0.024
Therefore, the above conditional expressions (1) and (2) are satisfied.
In addition, Hi / φ L = 0.046
Will be.
Hi/φLは導光部材により第2の光束内で分離される領域が光束内でどの位置を通過しているかを表す指標であり、導光部材により光軸から離れるように導光する場合、下記の条件式(3)を満足するのが望ましい。
(3)Hi/φL<0.1
H i / φ L is an index indicating which position in the light flux the region separated in the second light flux by the light guide member passes through, and the light guide member guides the region away from the optical axis. In this case, it is desirable to satisfy the following conditional expression (3).
(3) Hi / φ L <0.1
一般には第2の光束LFにおいて光軸LX近傍において光量が多いので、導光部材により光軸LXから離れるように導光する場合は、光軸LX近傍から導光するのが、照度むらを低減するために調整しやすい。0.1より大きくなると、光軸LX近傍から離れてしまい、照度むらの低減が難しくなってしまう。 Generally, in the second luminous flux LF, the amount of light is large in the vicinity of the optical axis LX. Therefore, when guiding the light away from the optical axis LX by the light guide member, guiding the light from the vicinity of the optical axis LX reduces illuminance unevenness. Easy to adjust to. If it is larger than 0.1, it will be separated from the vicinity of the optical axis LX, and it will be difficult to reduce the uneven illuminance.
第4実施形態は、導光部材32の配置が第2の光束LFにおける中央部(光軸LXに近い部分)の光を、周辺部(光軸LXに遠い部分)に導光するので、光束LFの中央部の光量が強い場合に光束LFの分布を調整することができる。それにより、画像表示素子15やスクリーン17の照度分布を均一に調整することができる。
In the fourth embodiment, since the arrangement of the
図16は、第5実施形態による光源装置12を示す概略構成図である。第5実施形態の光源装置12は、導光部材33の配置が、第2の光束LFにおける中央部(光軸LXに近い部分)の光を、周辺部(光軸LXに遠い部分)に導光するという点において、第4実施形態と共通している。導光部材33における表面33a、裏面33b、長辺端面33c、長辺端面33dはそれぞれ、導光部材32の各面32a~32dに対応する面である。
FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing the
第5実施形態は、光軸LXと導光部材33の第2の面(長辺端面33c)の法線とが成す角を35度とし、導光部材33の第1の面(表面33a)で反射した第1の光束が波長変換素子(蛍光体ホイール26)に入射するように、第1の光学系の光軸を20度傾けた点(導光部材33の第1の面(表面33a)の入射角を55度となるように傾けた)で、第4実施形態と異なる。すなわち、導光部材33の第2の面(長辺端面33c)の法線は、第4実施形態よりも第2の光学系の光軸LXの向きに近づいている。また、導光部材33の第1の面(表面33a)の法線は、第2の光学系の光軸LXの向きから遠ざかっている。すなわち、第2の面(長辺端面33c)の法線と第2の光学系の光軸LXとのなす角度は35度であり、第1の面(表面33a)の法線と第2の光軸LXとのなす角度は55度である。従って、第2の面(長辺端面33c)の法線と第2の光学系の光軸LXとのなす角度は、第1の面(表面33a)の法線と第2の光学系の光軸LXとのなす角度より小さくなるようにしている。それ以外の構成については、第4実施形態の光源装置12と同じであり、共通する部分の説明は省略する。
In the fifth embodiment, the angle formed by the optical axis LX and the normal of the second surface (long
図16に示すとおり、導光部材33の配置に合わせるように、レーザ光源20、コリメータレンズ21と、第1レンズ群22の配置が調整されている。第1レンズ群22から射出した励起光BLは、導光部材33の第1面(表面33a)で反射され、光軸LXに沿って第2レンズ群25に入射する。
As shown in FIG. 16, the arrangement of the
第5実施形態の光源装置12は、導光部材33の第2の面(長辺端面33c)の法線と光軸LXとのなす角度を35度とし、導光部材(33)の第1の面(表面33a)と第2の面(長辺端面33c)の稜線に垂直な方向における第2の面(長辺端面33c)の長さの平均値W3は0.7mmとし、第2の光学系の導光部材33の第1の面(表面33a)と第2の面(長辺端面33c)との稜線の位置における第2の光束LFの径φLは20mmとした。なお、第2の光束LFの径φLは、導光部材33の蛍光体ホイール26(波長変換素子)側の端部位置における、光軸LXに垂直な面内での第2の光束LFの直径(光束径)である。
よって、
W2=0.57mm
φL=20mm
Hi=1.63mm
Ho=7.37mm
となる。よって、
W2/φL=0.029
となり、先の条件式(1)及び(2)を満足する。
In the
Therefore,
W 2 = 0.57 mm
φ L = 20 mm
Hi = 1.63 mm
Ho = 7.37 mm
Will be. Therefore,
W 2 / φ L = 0.029
Therefore, the above conditional expressions (1) and (2) are satisfied.
また、Hi/φL=0.082
となり、先の条件式(3)を満足する。
In addition, Hi / φ L = 0.082
Therefore, the above conditional expression (3) is satisfied.
第5実施形態の光源装置12は、導光部材33における第2の面(長辺端面33c)の法線と第2の光学系の光軸LXとのなす角度を、第1の面(表面33a)の法線と第2の光学系の光軸LXとのなす角度より小さくすることで、第2の光束LFの全光量のうち第2の面(長辺端面33c)に入射して導光部材33によって導光される光量を増加することができる。それにより、W2/φLを大きくとることができる。よって、第5実施形態の光源装置12は、導光部材33により光束LFの光量分布をより効率的に調整することができる。
In the
上記の各実施形態では、導光部材23(30,31,32,33)における長辺端面23c(30c,31c,32c,33c)と長辺端面23d(30d,31d,32d,33d)が平行である。この構成は、第2の光学系で導光部材23(30,31,32,33)により分離される光の入射と射出の向きが揃うので好ましい。しかし、長辺端面23c(30c,31c,32c,33c)に相当する第1の端面と、長辺端面23d(30d,31d,32d,33d)に相当する第2の端面を、非平行な関係にすることも可能である。
In each of the above embodiments, the long side end faces 23c (30c, 31c, 32c, 33c) and the long side end faces 23d (30d, 31d, 32d, 33d) of the light guide member 23 (30, 31, 32, 33) are parallel to each other. Is. This configuration is preferable because the directions of the incident and the emitted light separated by the light guide member 23 (30, 31, 32, 33) in the second optical system are aligned. However, the relationship between the first end surface corresponding to the long
上記の各実施形態では、導光部材23(30,31,32,33)における長辺端面23c(30c,31c,32c,33c)と長辺端面23d(30d,31d,32d,33d)が、表面23a(30a,31a,32a,33a)及び裏面23b(30b,31b,32b,33b)に対して垂直な面である。そして、第1から第4実施形態では、長辺端面23c(30c,31c,32c)と長辺端面23d(30d,31d,32d)は、第2の光学系の光軸LXに対して、約45度の配置となる。これとは異なり、導光部材における第1の端面や第2の端面の角度を、光軸LXに対して45度以外の角度にすることも可能である。例えば、第5実施形態のように、光軸LXに対する第1の端面や第2の端面の角度を45度よりも大きい(角度を立たせた)設定にすることで、光軸LXに沿って見たときの投影面積が大きくなり、第2の光束LFのうち導光部材により分離される割合を増やすことができる。
In each of the above embodiments, the long side end faces 23c (30c, 31c, 32c, 33c) and the long side end faces 23d (30d, 31d, 32d, 33d) of the light guide member 23 (30, 31, 32, 33) are It is a plane perpendicular to the
本発明は、画像を被投射面に投射する画像表示装置(プロジェクタ)において特に有用であるが、照度分布の改善が求められるものであれば、画像表示装置以外にも適用が可能である。つまり、本発明は、投射光学系等を構成要素に含まない、光源光学系、光源ユニット、光源装置等としての適用が可能である。また、本発明の光源光学系、光源ユニット、光源装置では、光源から射出される光を、画像の投影以外に用いてもよい。 The present invention is particularly useful in an image display device (projector) that projects an image onto a surface to be projected, but can be applied to other than the image display device as long as the improvement of the illuminance distribution is required. That is, the present invention can be applied as a light source optical system, a light source unit, a light source device, or the like, which does not include a projection optical system or the like as a component. Further, in the light source optical system, the light source unit, and the light source device of the present invention, the light emitted from the light source may be used for other than the projection of the image.
上記の各実施形態はプロジェクタへの適用例であり、図6及び図10のようにプロジェクタで画像を投影するスクリーン上での照度分布を評価基準としているが、スクリーン以外の箇所で照度分布の改善を判定しても良い。例えば、光源光学系、光源ユニット、光源装置としての性能評価は、上記実施形態の画像表示素子15の箇所(光源装置12からの光を照射する照射面)での照度分布を測定して行うことも可能である。
Each of the above embodiments is an application example to a projector, and the illuminance distribution on the screen on which the image is projected by the projector is used as an evaluation standard as shown in FIGS. 6 and 10, but the illuminance distribution is improved in a place other than the screen. May be determined. For example, the performance evaluation of the light source optical system, the light source unit, and the light source device is performed by measuring the illuminance distribution at the location of the
上記実施形態の光源装置12は、複数色の光を時分割で射出するが、本発明の光源装置や光源ユニットは、複数色の光を時分割で射出するタイプに限定されるものではない。
The
以上、添付図面に基づく実施形態及び変形例によって本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態や変形例には限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や応用を行うことが可能である。上述の実施形態において、添付図面に図示されている構成等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 Although the present invention has been described above with reference to embodiments and modifications based on the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various changes and applications can be made without departing from the gist. It is possible. In the above-described embodiment, the configuration and the like shown in the attached drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within the range in which the effect of the present invention is exhibited. In addition, it can be appropriately modified and implemented as long as it does not deviate from the gist of the present invention.
10 プロジェクタ(画像表示装置)
12 光源装置(光源ユニット)
13 光均一化素子
14 照明光学系
15 画像表示素子
16 投射光学系
17 スクリーン(被被投射面)
20 レーザ光源(光源)
21 コリメータレンズ
22 第1レンズ群(第1の光学系)
23 導光部材(第1の光学系、第2の光学系)
23a 表面(第1の面)
23b 裏面
23c 長辺端面(第2の面、第1の端面)
23d 長辺端面(第2の端面)
24 1/4波長板(第1の光学系、第2の光学系)
25 第2レンズ群(第1の光学系、第2の光学系)
26 蛍光体ホイール(波長変換素子)
27 第3レンズ群(第2の光学系)
28 カラーホイール
30 導光部材(第1の光学系、第2の光学系)
30a 表面(第1の面)
30b 裏面
30c 長辺端面(第2の面、第1の端面)
30d 長辺端面(第2の端面)
31 導光部材(第1の光学系、第2の光学系)
31a 表面(第1の面)
31b 裏面
31c 長辺端面(第2の面、第1の端面)
31d 長辺端面(第2の端面)
32 導光部材(第1の光学系、第2の光学系)
32a 表面(第1の面)
32b 裏面
32c 長辺端面(第2の面、第1の端面)
32d 長辺端面(第2の端面)
33 導光部材(第1の光学系、第2の光学系)
33a 表面(第1の面)
33b 裏面
33c 長辺端面(第2の面、第1の端面)
33d 長辺端面(第2の端面)
LF 第2の光束
LX 第2の光学系の光軸
10 Projector (image display device)
12 Light source device (light source unit)
13
20 Laser light source (light source)
21
23 Light guide member (first optical system, second optical system)
23a surface (first surface)
23d long edge end face (second end face)
24 1/4 wave plate (first optical system, second optical system)
25 Second lens group (first optical system, second optical system)
26 Fluorescent wheel (wavelength conversion element)
27 Third lens group (second optical system)
28
30a surface (first surface)
30d long edge end face (second end face)
31 Light guide member (first optical system, second optical system)
31a surface (first surface)
31d long edge end face (second end face)
32 Light guide member (first optical system, second optical system)
32a surface (first surface)
32d long edge end face (second end face)
33 Light guide member (first optical system, second optical system)
33a surface (first surface)
33d long edge end face (second end face)
LF 2nd luminous flux LX Optical axis of the 2nd optical system
Claims (14)
前記波長変換素子で波長変換された第2の光束が透過する第2の光学系と、
を有する光源光学系であって、
前記第2の光学系の中に、前記第2の光束の一部を前記第2の光学系内で分離する導光部材を備えることを特徴とする光源光学系。 A first optical system that causes the first luminous flux emitted from the light source to enter the wavelength conversion element, and
A second optical system through which the second luminous flux converted by the wavelength conversion element is transmitted, and
It is a light source optical system having
A light source optical system comprising, in the second optical system, a light guide member that separates a part of the second luminous flux in the second optical system.
0.018<W2/φL<0.035
ここで、
W2は、前記導光部材を前記第2の光学系の光軸に垂直な面に投影した状態で、前記第1の面と前記第2の面との稜線に垂直な方向における前記第2の面の長さの平均値を表し、
φLは、前記導光部材の前記波長変換素子側の端部位置での、前記第2の光学系の光軸に垂直な面における前記第2の光束の光束径を表す。 The light source optical system according to claim 2, wherein the light source optical system satisfies the following conditional expression.
0.018 <W 2 / φ L <0.035
here,
W 2 is a state in which the light guide member is projected onto a surface perpendicular to the optical axis of the second optical system, and the second surface is in a direction perpendicular to the ridgeline between the first surface and the second surface. Represents the average value of the face length of
φL represents the luminous flux diameter of the second light beam on the plane perpendicular to the optical axis of the second optical system at the end position of the light guide member on the wavelength conversion element side.
前記第1の面の法線と前記第2の光学系の光軸とのなす角度より小さいことを特徴とする請求項2に記載の光源光学系。 The angle between the normal of the second surface and the optical axis of the second optical system is
The light source optical system according to claim 2, wherein the angle is smaller than the angle formed by the normal of the first surface and the optical axis of the second optical system.
前記第2の光学系の中に、前記第2の光束の一部を前記第2の光学系内で分離する導光部材を備えることを特徴とする光源ユニット。 A light source unit in which a first light flux emitted from a light source is incident on a wavelength conversion element by a first optical system, and a second light flux having been wavelength-converted by the wavelength conversion element is emitted through a second optical system.
A light source unit comprising, in the second optical system, a light guide member that separates a part of the second luminous flux in the second optical system.
前記光源から射出した第1の光束を波長変換素子に入射させる第1の光学系と、
前記波長変換素子で波長変換された第2の光束が透過する第2の光学系と、
を有する光源装置であって、
前記第2の光学系の中に、前記第2の光束の一部を前記第2の光学系内で分離する導光部材を備えることを特徴とする光源装置。 Light source and
A first optical system that causes the first luminous flux emitted from the light source to enter the wavelength conversion element, and
A second optical system through which the second luminous flux converted by the wavelength conversion element is transmitted, and
It is a light source device having
A light source device comprising, in the second optical system, a light guide member that separates a part of the second luminous flux in the second optical system.
前記光源装置からの光を変調して画像を形成する画像表示素子と、
前記画像を被投射面に投射する投射光学系と、
を有する画像表示装置であって、
前記第2の光学系の中に、前記第2の光束の一部を前記第2の光学系内で分離する導光部材を備えることを特徴とする画像表示装置。 It includes a first optical system that forms an optical path through which a first light flux passes from a light source to a wavelength conversion element, and a second optical system that forms an optical path through which a second light flux converted by the wavelength conversion element passes. Light source device and
An image display element that modulates the light from the light source device to form an image, and
A projection optical system that projects the image onto the projected surface,
It is an image display device having
An image display device comprising the light guide member for separating a part of the second luminous flux in the second optical system in the second optical system.
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