JP2023038813A - Light source device and projection type display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置、および光源装置を備えた投射型表示装置に関する。 The present invention relates to a light source device and a projection display device provided with the light source device.
従来から、投射型表示装置用の光源として、半導体レーザ(レーザダイオード、あるいはLD)が発する青色光(B光)を励起光として蛍光体に照射し、蛍光体から得られる黄色光(Y光)、赤色光(R光)、緑色光(G光)等を、半導体レーザが発する青色光(B光)の一部とともに出力する光源装置が知られている。 Conventionally, as a light source for a projection display device, a phosphor is irradiated with blue light (B light) emitted by a semiconductor laser (laser diode or LD) as excitation light, and a yellow light (Y light) is obtained from the phosphor. , red light (R light), green light (G light), etc., together with part of blue light (B light) emitted by a semiconductor laser.
特許文献1には、ホイールの周部分に沿って緑色発光の蛍光体、赤色発光の蛍光体、および透過窓を設けておき、ホイールを回転させながら周部分に青色光を照射する光源装置が開示されている。この光源装置は、ホイールの蛍光体で発光する緑色および赤色の蛍光と、ホイールの透過窓を透過した青色光を、同一の方向に射出させる光学系を採用している。具体的には、透過窓を透過した青色光を2枚の反射ミラーを用いてダイクロイックミラーに導き、ダイクロイックミラーにて青色光の光路と蛍光の光路を合流させている。この光源装置では、青色光と蛍光を異なる光路でダイクロイックミラーに導くため、大きな光路空間を確保する必要があり、装置の小型化が困難であった。更には、反射ミラー等の光学部品点数が増加してしまうという問題があった。
特許文献2には、ホイールの周部分に沿って緑発光の蛍光体、赤発光の蛍光体、および鏡面部を設けておき、ホイールを回転させながら青色レーザ光源(LDアレイ)から青色光をホイールの周部分に照射する光源装置が開示されている。この光源装置では、青色レーザ光源(LDアレイ)とホイールとの間に、青色の波長帯域に偏光特性を有するダイクロイックミラーと1/4波長板を配置している。この装置では、レーザ光源の持つ偏光特性を利用して、鏡面部で反射した青色光の光路と蛍光の光路が同一になるように構成されている。このため、特許文献1に開示された光源装置と比較すれば、小型化が可能である。
In Patent Document 2, a green light-emitting phosphor, a red light-emitting phosphor, and a mirror surface are provided along the circumference of the wheel, and blue light is emitted from a blue laser light source (LD array) while rotating the wheel. A light source device that irradiates the peripheral portion of the is disclosed. In this light source device, a dichroic mirror and a quarter-wave plate having polarization characteristics in the blue wavelength band are arranged between the blue laser light source (LD array) and the wheel. This device is configured so that the optical path of the blue light reflected by the mirror surface and the optical path of the fluorescent light are the same by utilizing the polarization characteristics of the laser light source. Therefore, compared with the light source device disclosed in
特許文献3には、励起光を兼ねる青色光がレーザ光源から集光素子に向かう光軸と、集光レンズの光軸とが非共軸となる構成を採用した光源装置が開示されている。この光源装置では、励起光を兼ねる青色光は、ミラーで反射された後、集光レンズの下半分を透過してホイールを照射する。ホイールの反射面で反射した青色光は、集光レンズの上半分を透過して導光装置に導かれる。特許文献2のような1/4波長板を用いなくとも、特許文献1の光源装置よりも装置を小型化することができる。
Patent Literature 3 discloses a light source device that adopts a configuration in which the optical axis of blue light, which also serves as excitation light, travels from a laser light source to a condenser element and the optical axis of a condenser lens are non-coaxial. In this light source device, the blue light, which also serves as excitation light, is reflected by the mirror, passes through the lower half of the condenser lens, and illuminates the wheel. Blue light reflected by the reflective surface of the wheel passes through the upper half of the condenser lens and is guided to the light guide device. Even without using a quarter-wave plate as in Patent Document 2, the device can be made smaller than the light source device in
特許文献4には、特許文献3と同様に、励起光を兼ねる青色光がレーザ光源から集光素子に向かう光軸と、集光素子の光軸とが非共軸となる構成を採用した光源装置が開示されている。この光源装置では、反射特性の異なる2つの領域を備えた分色素子を、レーザ光源と蛍光ホイールの間に配置している。青色光と蛍光とを時分割で出力する構成の光学系であるが、励起光を兼ねる青色光の光路と蛍光の光路がほぼ同じような経路となるため、特許文献1に開示された光源装置と比べれば、小型化が可能である。
In Patent Document 4, similarly to Patent Document 3, a light source adopting a configuration in which the optical axis of blue light, which also serves as excitation light, travels from a laser light source to a light-collecting element and the optical axis of the light-collecting element is non-coaxial. An apparatus is disclosed. In this light source device, a color separation element having two regions with different reflection characteristics is arranged between the laser light source and the fluorescent wheel. Although the optical system is configured to output blue light and fluorescence in a time-division manner, the optical path of blue light, which also serves as excitation light, and the optical path of fluorescence are almost the same, so the light source device disclosed in
特許文献5には、特許文献3と同様に、励起光を兼ねる青色光がレーザ光源から集光レンズに向かう光軸と、集光レンズの光軸とが非共軸となる構成を採用した光源装置が開示されている。この光源装置では、ミラー20aを透過してからホイールの反射面で反射した青色光は、ミラー20aを再度透過した後、3つのミラーで反射されて光路が270度変更され、青色光の光軸が蛍光の光軸と一致するように重ね合わされる。特許文献2のような1/4波長板を用いないですむ構成ではあるが、3つのミラーを用いて青色光の光路を270度変更させる空間を必要とするため、特許文献3や特許文献4に記載された装置に比べれば小型化できる効果は小さい。
In
特許文献6には、特許文献3と同様に、励起光を兼ねる青色光がレーザ光源から集光レンズに向かう光軸と、集光レンズの光軸とが非共軸となる構成を採用した光源装置が開示されている。この光源装置では、蛍光は2つのミラーで反射されて光路が180度変更され、蛍光の光軸と青色光の光軸とが一致するように重ね合わされる。特許文献2のような1/4波長板を用いないですむ構成ではあるが、2つのミラーを用いて蛍光の光路を180度変更させる空間を必要とするため、特許文献4に記載された装置に比べれば小型化できる効果は小さい。 In Patent Document 6, similarly to Patent Document 3, a light source adopting a configuration in which the optical axis of blue light, which also serves as excitation light, travels from a laser light source to a condenser lens and the optical axis of the condenser lens is non-coaxial. An apparatus is disclosed. In this light source device, the fluorescent light is reflected by two mirrors, the optical path is changed by 180 degrees, and the optical axis of the fluorescent light and the optical axis of the blue light are superimposed on each other. Although it is a configuration that does not require the use of a quarter-wave plate as in Patent Document 2, it requires a space for changing the optical path of fluorescence by 180 degrees using two mirrors, so the device described in Patent Document 4 Compared to , the effect of miniaturization is small.
前述したように、特許文献2に記載された光源装置は、特許文献1に記載された光源装置に比べて小型化が可能であるが、プロジェクタの照明光源として用いた場合に、投射画像のホワイトバランスの劣化が生じる可能性があった。レーザ光源から出射したP偏光の青色光は、ダイクロイックミラーを通過した後、蛍光ホイールで反射されてダイクロイックミラーに戻ってくるまでの過程において、P偏光からS偏光へと偏光変換されるが、この偏光変換が精度よく実施されない場合には、ダイクロイックミラーから反射光として取り出せない偏光成分が存在することになり、青色光の光損失が発生し、投射画像のホワイトバランスが劣化してしまう。
As described above, the light source device described in Patent Document 2 can be made smaller than the light source device described in
また、蛍光ホイールの手前に配置される集光レンズにおいて偏光の乱れが生じて円偏光から楕円偏光に遷移してしまう成分があると、ダイクロイックミラーにおいてS偏光光として反射する光量が減ってホワイトバランスの低下を招いてしまう。楕円偏光の発生を抑制するため、集光レンズに石英ガラスなどの熱膨張係数の小さい材料を使用する方法があるが、こうした材料は高価格なので、コスト面で不利になる。また、熱膨張係数の小さい光学材料の種類は限定されるので、光学材料選択の幅が狭くなり、光学設計上の自由度が小さくなるという問題もある。 In addition, if there is a component that shifts from circularly polarized light to elliptical polarized light due to disturbance of polarized light in the condensing lens placed in front of the fluorescent wheel, the amount of light reflected as S-polarized light at the dichroic mirror decreases, resulting in white balance. will lead to a decline in In order to suppress the generation of elliptically polarized light, there is a method of using a material with a small thermal expansion coefficient, such as quartz glass, for the condensing lens, but such materials are expensive and thus disadvantageous in terms of cost. In addition, since the types of optical materials with small thermal expansion coefficients are limited, there is also the problem that the range of optical material selection is narrowed and the degree of freedom in optical design is reduced.
この点、特許文献3~特許文献6に記載された光源装置では、青色光の取り出しに関しては、光源の偏光特性を利用していないので、特許文献2に記載の光源装置において発生し得る問題は起きないが、別の問題が発生し得る。 In this respect, the light source devices described in Patent Documents 3 to 6 do not use the polarization characteristics of the light source for extraction of blue light, so the problem that may occur in the light source device described in Patent Document 2 is It doesn't happen, but another problem can arise.
特許文献3に記載された光源装置は、構成が簡素で小型化されてはいるが、出力光の光路断面における分布をみると、蛍光は集光レンズの光軸に対して対称性よく分布するのに対して、表示に用いる青色光は集光レンズの片側半分のみに分布する。このため、導光装置(ライトトンネル)に入射した後の両者の指向性が異なったものとなり、光変調パネルを照明する際に、画面内で色むらを発生させてしまう。また、集光レンズの光軸近傍に位置するダイクロイックミラーの端部で、出力光の一部が失われたり光路が乱されたりする問題も生じ得る。 Although the light source device described in Patent Document 3 has a simple configuration and is miniaturized, looking at the distribution of the output light in the cross section of the optical path, the fluorescence is distributed symmetrically with respect to the optical axis of the condenser lens. In contrast, the blue light used for display is distributed only on one half of the condensing lens. As a result, the directivity of the light after entering the light guide device (light tunnel) is different, and when the light modulation panel is illuminated, color unevenness occurs within the screen. In addition, at the end of the dichroic mirror located in the vicinity of the optical axis of the condenser lens, a problem may arise that part of the output light is lost or the optical path is disturbed.
特許文献4に記載された光源装置では、蛍光ホイールにて反射した青色光を、分色素子により2つの光束に分離させた上で、集光素子に入射させる構成になっている。しかし、青色光の2つの光束は蛍光と同軸ではないため、両者の強度分布を同等にすることは難しく、色むらが発生する要因となっていた。
また、分色素子は、生産性やコストの面で簡単に製造することが困難であった。例えば、分色部と分光(光分割)部を隣接して貼り合わせるようにして分色素子を製作する場合には、極めて高精度に貼り合わせないと光損失を招くが、通常の張り合わせ技術でこの精度を達成するのは現実的には困難であった。また、貼り合わせでなく、一体型で形成する場合には、透過および反射特性の異なる分色部と分光部の2つの領域を低コストで製作するのが現実的には困難であった。
In the light source device described in Patent Document 4, the blue light reflected by the fluorescent wheel is separated into two luminous fluxes by the color separation element, and the two luminous fluxes are incident on the condensing element. However, since the two luminous fluxes of blue light are not coaxial with the fluorescent light, it is difficult to equalize the intensity distributions of the two, which causes color unevenness.
Moreover, it has been difficult to easily manufacture the color-separating element in terms of productivity and cost. For example, when manufacturing a color-separating element by laminating a color-separating part and a light-splitting (light-splitting) part adjacent to each other, light loss will occur unless the lamination is performed with extremely high precision. Achieving this accuracy was practically difficult. In addition, in the case of integral formation instead of lamination, it is practically difficult to manufacture two regions, a color separation section and a spectroscopic section, which have different transmission and reflection characteristics at low cost.
特許文献5に記載された光源装置では、ホイールの反射面で反射した青色光は3つのミラーで反射されて光路が270度変更され、青色光の光軸が蛍光の光軸と一致するように重ね合わされるため、色むらの発生は抑制されるが、3つのミラーを用いた光路空間が必要なため、装置の小型化は十分ではない。
In the light source device described in
特許文献6に記載された光源装置では、蛍光は2つのミラーで反射されて光路が180度変更され、蛍光の光軸と青色光の光軸とが一致するように重ね合わされるため、色むらの発生は抑制されるが、2つのミラーを用いた光路空間が必要なため、装置の小型化は十分ではない。 In the light source device described in Patent Document 6, the fluorescent light is reflected by two mirrors, the optical path is changed by 180 degrees, and the optical axis of the fluorescent light and the optical axis of the blue light are superimposed so that they are aligned. However, since an optical path space using two mirrors is required, miniaturization of the device is not sufficient.
そこで、半導体レーザが発する青色光を励起光として蛍光体に照射して得られる蛍光と、半導体レーザが発する青色光のうち励起光として用いない一部と、を照明光として出力する光源装置においては、過度に装置が大型化することがない光源装置が求められていた。それとともに、石英ガラス製等の高価な集光レンズを用いなくとも、色バランスの面内均一性に優れ、光利用効率が高い光源装置が求められていた。また、係る光源装置を備え、ホワイトバランスが良好な高輝度の投射画像が得られるプロジェクタ装置が求められていた。 Therefore, in a light source device that outputs, as illumination light, fluorescence obtained by irradiating a phosphor with blue light emitted by a semiconductor laser as excitation light and part of the blue light emitted by the semiconductor laser that is not used as excitation light. Therefore, there has been a demand for a light source device that does not excessively increase the size of the device. Along with this, there has been a demand for a light source device that has excellent in-plane uniformity of color balance and high light utilization efficiency without using an expensive condensing lens made of quartz glass or the like. Further, there is a demand for a projector device that includes such a light source device and that can obtain a high-brightness projected image with good white balance.
本発明の第一の態様は、所定の波長域の光を出力するレーザ光源と、前記所定の波長域の光を反射し、蛍光を透過させる特性を備え、前記レーザ光源の光軸上に配置された第1ダイクロイックミラーと、第1集光光学系と、前記所定の波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記所定の波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、前記所定の波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射する特性を備えた第2ダイクロイックミラーと、前記所定の波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記所定の波長域の光の光軸が、前記第2ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、第2集光光学系と、前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、前記第1ダイクロイックミラーは、前記レーザ光源が発した前記所定の波長域の光を前記第1集光光学系の一部分に向けて反射させるように配置され、前記第1ダイクロイックミラーにより反射された前記所定の波長域の光は、前記第1集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第1集光光学系の前記一部分により集光され、前記第1ダイクロイックミラーを透過して前記第2ダイクロイックミラーに入射し、前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第1集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第2ダイクロイックミラーに入射し、前記反射領域で反射された前記所定の波長域の光は、前記第1集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光されて前記第2ダイクロイックミラーに入射し、前記第2ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の一部および前記蛍光の他の一部は、所定方向に反射され、前記第2ダイクロイックミラーに入射した前記所定の波長域の光は、透過して前記反射素子に入射し、前記反射素子により前記所定方向に反射されて前記第2ダイクロイックミラーに入射してこれを再度透過し、前記第2ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第2ダイクロイックミラーを再度透過した前記所定の波長域の光は、前記第2集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記所定の波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、
ことを特徴とする光源装置である。
A first aspect of the present invention comprises a laser light source that outputs light in a predetermined wavelength range, a characteristic that reflects light in the predetermined wavelength range and allows fluorescence to pass through, and is arranged on the optical axis of the laser light source. a first dichroic mirror, a first condensing optical system, a fluorescent region that emits the fluorescence when light in the predetermined wavelength range is irradiated, a reflective region that reflects the light in the predetermined wavelength region, a rotatable fluorescent wheel comprising a second dichroic mirror having properties of transmitting light in the predetermined wavelength range and reflecting the fluorescent light, and reflecting light in the predetermined wavelength range, a reflecting element arranged so that the optical axis of the reflected light in the predetermined wavelength range overlaps with the optical axis of the fluorescence reflected by the second dichroic mirror; a second condensing optical system; a color selection wheel rotatable in synchronism with the wheel and provided with a color filter and a diffusing portion, wherein the first dichroic mirror collects the light in the predetermined wavelength range emitted by the laser light source into the first collection; The light in the predetermined wavelength range reflected by the first dichroic mirror is arranged to reflect toward a portion of the optical optical system, and the light in the predetermined wavelength range is reflected by the portion of the first light collecting optical system. A portion of the fluorescence that is focused on the region or the reflective region and emitted by the fluorescent region is collected by the portion of the first collection optical system, transmitted through the first dichroic mirror, and transmitted through the second dichroic mirror. Another part of the fluorescence emitted by the fluorescent region that has entered the dichroic mirror is collected by a part different from the part of the first light collecting optical system, enters the second dichroic mirror, and The light in the predetermined wavelength range reflected by the reflective area is condensed by a portion different from the portion of the first condensing optical system, enters the second dichroic mirror, and enters the second dichroic mirror. A part of the fluorescence and another part of the fluorescence are reflected in a predetermined direction, and the light in the predetermined wavelength range that has entered the second dichroic mirror is transmitted and enters the reflecting element, and the The fluorescent light is reflected in the predetermined direction by the reflective element, enters the second dichroic mirror, and is transmitted through the second dichroic mirror again. The light in the wavelength range is condensed toward the color selection wheel by the second condensing optical system, and the color selection wheel converts the fluorescent light through the color filter. filtering, diffusing the light in the predetermined wavelength range by the diffusion unit, and outputting;
A light source device characterized by:
本発明の第二の態様は、第1波長域の光を出力する第1レーザ光源と、第2波長域の光を出力する第2レーザ光源と、前記第1波長域の光を透過させ、前記第2波長域の光を反射する特性を有し、一方の光学面が前記第1レーザ光源の光軸上に配置され、他方の光学面が前記第2レーザ光源の光軸上に配置された第1ダイクロイックミラーと、前記第1波長域の光および蛍光を透過させ、前記第2波長域の光を反射する特性を有し、前記第1レーザ光源の光軸上に前記第1ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第2ダイクロイックミラーと前記第1波長域の光を反射し、前記蛍光を透過させる特性を有し、前記第1レーザ光源の光軸上に前記第2ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第3ダイクロイックミラーと、第1集光光学系と、前記第1波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記第1波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、前記第1波長域の光および前記第2波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射させる特性を備えた第4ダイクロイックミラーと、前記第1波長域の光および前記第2波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記第1波長域の光の光軸および反射させた前記第2波長域の光の光軸が、前記第4ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、第2集光光学系と、前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、前記第1ダイクロイックミラーは、前記第1レーザ光源が発する前記第1波長域の光を前記第2ダイクロイックミラーに向けて透過させ、前記第2レーザ光源が発する前記第2波長域の光を前記第2ダイクロイックミラーに向けて反射させるように配置されており、前記第1レーザ光源が発する前記第1波長域の光は、前記第1ダイクロイックミラーおよび前記第2ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記第3ダイクロイックミラーにより前記第1集光光学系の一部分に向けて反射され、前記第1集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第1集光光学系の前記一部分により集光され、前記第3ダイクロイックミラーを透過して前記第4ダイクロイックミラーに入射し、前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第1集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第2ダイクロイックミラーを透過して前記第4ダイクロイックミラーに入射し、前記第4ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の前記一部および前記他の一部は、前記第4ダイクロイックミラーにより所定方向に反射され、前記反射領域で反射された前記第1波長域の光は、前記第1集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第2ダイクロイックミラーおよび前記第4ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第4ダイクロイックミラーを再度透過し、前記第2レーザ光源が発する前記第2波長域の光は、前記第1ダイクロイックミラーおよび前記第2ダイクロイックミラーにて順に反射され、前記第4ダイクロイックミラーを透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第4ダイクロイックミラーを再度透過し、前記第4ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第4ダイクロイックミラーを再度透過した前記第1波長域の光および前記第2波長域の光は、前記第2集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記第1波長域の光および前記第2波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、ことを特徴とする光源装置である。 A second aspect of the present invention includes a first laser light source for outputting light in a first wavelength band, a second laser light source for outputting light in a second wavelength band, and transmitting the light in the first wavelength band, one optical surface is arranged on the optical axis of the first laser light source, and the other optical surface is arranged on the optical axis of the second laser light source; and a first dichroic mirror having characteristics of transmitting light and fluorescence in the first wavelength band and reflecting light in the second wavelength band, the first dichroic mirror being on the optical axis of the first laser light source A second dichroic mirror arranged in front of the second dichroic mirror has a characteristic of reflecting light in the first wavelength band and transmitting the fluorescence, and is on the optical axis of the first laser light source than the second dichroic mirror a third dichroic mirror disposed in front; a first light collecting optical system; a fluorescent region that emits fluorescence when irradiated with light in the first wavelength band; and a reflector that reflects the light in the first wavelength band. a rotatable phosphor wheel comprising a region; a fourth dichroic mirror having properties of transmitting light in the first wavelength range and light in the second wavelength range and reflecting the fluorescence; The optical axis of the reflected light in the first wavelength band and the optical axis of the reflected light in the second wavelength band are aligned with the second wavelength band. 4 a reflecting element arranged so as to overlap the optical axis of the fluorescence reflected by the dichroic mirror, a second condensing optical system, rotatable in synchronization with the fluorescence wheel, and provided with a color filter and a diffusion part and a color selection wheel, wherein the first dichroic mirror transmits the light in the first wavelength band emitted by the first laser light source toward the second dichroic mirror, and the second dichroic mirror emitted by the second laser light source is provided. It is arranged to reflect light in two wavelength bands toward the second dichroic mirror, and the light in the first wavelength band emitted by the first laser light source is reflected by the first dichroic mirror and the second dichroic mirror. in this order, reflected by the third dichroic mirror toward a portion of the first condensing optical system, and the portion of the first condensing optical system emits the fluorescent region or the reflective region of the luminescent wheel part of the fluorescence emitted by the fluorescent region is collected by the part of the first collection optical system, transmitted through the third dichroic mirror, and incident on the fourth dichroic mirror. , said fluorescent region emitted Another portion of the fluorescence is collected by a portion different from the portion of the first light collection optical system, passes through the second dichroic mirror, enters the fourth dichroic mirror, and enters the fourth dichroic mirror. The part and the other part of the fluorescence incident on the mirror are reflected in a predetermined direction by the fourth dichroic mirror, and the light in the first wavelength band reflected by the reflection area is converted to the first concentration. The light is collected by a part different from the part of the optical optical system, transmitted through the second dichroic mirror and the fourth dichroic mirror in this order, then reflected in the predetermined direction by the reflecting element, and passes through the fourth dichroic mirror. The light in the second wavelength range that is transmitted again and emitted by the second laser light source is reflected in turn by the first dichroic mirror and the second dichroic mirror, and after transmitting through the fourth dichroic mirror, the reflecting element , the fluorescence reflected by the fourth dichroic mirror and reflected by the fourth dichroic mirror, and the light in the first wavelength band and the first Light in two wavelength bands is focused toward the color selection wheel by the second collection optics, and the color selection wheel filters the fluorescent light through the color filter to produce light in the first wavelength band and The light source device is characterized in that the light in the second wavelength band is diffused by the diffuser and output.
本発明の第三の態様は、第1波長域の光および第2波長域の光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光源の出力光の光束径を縮小するコリメート光学系と、前記第1波長域の光および蛍光を透過させ、前記第2波長域の光を反射する特性を有し、前記レーザ光源の光軸上に前記コリメート光学系よりも前方に配置された第2ダイクロイックミラーと、前記第1波長域の光を反射し、前記蛍光を透過させる特性を有し、前記レーザ光源の光軸上に前記第2ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第3ダイクロイックミラーと、第1集光光学系と、前記第1波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記第1波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、前記第1波長域の光および前記第2波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射させる特性を備えた第4ダイクロイックミラーと、前記第1波長域の光および前記第2波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記第1波長域の光の光軸および反射させた前記第2波長域の光の光軸が、前記第4ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、第2集光光学系と、前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、前記第2ダイクロイックミラーは、前記レーザ光源が発する前記第2波長域の光を前記第4ダイクロイックミラーに向けて反射させるように配置されており、前記レーザ光源が発する前記第1波長域の光は、前記第2ダイクロイックミラーを透過した後、前記第3ダイクロイックミラーにより前記第1集光光学系の一部分に向けて反射され、前記第1集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第1集光光学系の前記一部分により集光され、前記第3ダイクロイックミラーを透過して前記第4ダイクロイックミラーに入射し、前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第1集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第2ダイクロイックミラーを透過して前記第4ダイクロイックミラーに入射し、前記第4ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の前記一部および前記蛍光の前記他の一部は、前記第4ダイクロイックミラーにより所定方向に反射され、前記反射領域で反射された前記第1波長域の光は、前記第1集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第2ダイクロイックミラーおよび前記第4ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第4ダイクロイックミラーを再度透過し、前記レーザ光源が発する前記第2波長域の光は、前記第2ダイクロイックミラーにて反射され、前記第4ダイクロイックミラーを透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第4ダイクロイックミラーを再度透過し、前記第4ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第4ダイクロイックミラーを再度透過した前記第1波長域の光および前記第2波長域の光は、前記第2集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記第1波長域の光および前記第2波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、ことを特徴とする光源装置である。 A third aspect of the present invention includes a laser light source that outputs light in a first wavelength region and a light in a second wavelength region, a collimating optical system that reduces a beam diameter of the output light of the laser light source, and the first wavelength a second dichroic mirror having characteristics of transmitting light and fluorescence in the second wavelength range and reflecting light in the second wavelength range, the second dichroic mirror being arranged on the optical axis of the laser light source and ahead of the collimating optical system; a third dichroic mirror having a characteristic of reflecting light in a first wavelength band and transmitting the fluorescence, and arranged in front of the second dichroic mirror on the optical axis of the laser light source; a rotatable fluorescent wheel comprising an optical system, a fluorescent region that emits the fluorescent light when irradiated with light in the first wavelength band, and a reflective region that reflects the light in the first wavelength band; A fourth dichroic mirror having characteristics of transmitting light in one wavelength band and light in the second wavelength band and reflecting the fluorescence, and reflecting light in the first wavelength band and light in the second wavelength band. so that the optical axis of the reflected light in the first wavelength band and the optical axis of the reflected light in the second wavelength band overlap with the optical axis of the fluorescence reflected by the fourth dichroic mirror a second condensing optical system; and a color selection wheel rotatable in synchronization with the phosphor wheel and comprising a color filter and a diffuser, wherein the second dichroic mirror The light in the second wavelength region emitted by the laser light source is arranged to be reflected toward the fourth dichroic mirror, and the light in the first wavelength region emitted by the laser light source is reflected by the second dichroic mirror. After passing through, the light is reflected by the third dichroic mirror toward a portion of the first light collecting optical system, and is collected by the portion of the first light collecting optical system to the fluorescent area or the reflective area of the luminescent wheel. a portion of the fluorescence emitted by the fluorescent region is collected by the portion of the first light collecting optical system, transmitted through the third dichroic mirror and incident on the fourth dichroic mirror, and the fluorescence is Another part of the fluorescence emitted by the region is collected by a part different from the part of the first light collecting optical system, transmitted through the second dichroic mirror and incident on the fourth dichroic mirror, The portion of the fluorescence incident on the fourth dichroic mirror and the other portion of the fluorescence are reflected in a predetermined direction by the fourth dichroic mirror and reflected by the reflection area. The light in the first wavelength band is condensed by a portion different from the portion of the first condensing optical system, transmitted through the second dichroic mirror and the fourth dichroic mirror in this order, and then by the reflecting element. After being reflected in the predetermined direction and transmitted through the fourth dichroic mirror again, the light in the second wavelength region emitted by the laser light source is reflected by the second dichroic mirror and transmitted through the fourth dichroic mirror. , the fluorescence reflected by the reflecting element in the predetermined direction, transmitted again through the fourth dichroic mirror, and reflected by the fourth dichroic mirror, and the first wavelength band transmitted through the fourth dichroic mirror again. Light and light in the second wavelength band are collected by the second collection optics toward the color selection wheel, the color selection wheel filters the fluorescence through the color filter, the first wavelength The light source device is characterized in that the light in the second wavelength band and the light in the second wavelength band are diffused by the diffusion section and output.
本発明によれば、半導体レーザが発する青色光を励起光として蛍光体に照射して得られる蛍光と、半導体レーザが発する青色光のうち励起光として用いない一部と、を照明光として出力する光源装置において、装置が過度に大型化するのを防止することが出来る。それとともに、石英ガラス製等の高価な集光レンズを用いなくとも、色バランスの面内均一性に優れ、光利用効率が高い光源装置を実現できる。さらに、係る光源装置を備え、ホワイトバランスが良好な高輝度の投射画像が得られるプロジェクタ装置を実現できる。
According to the present invention, the fluorescence obtained by irradiating the phosphor with the blue light emitted by the semiconductor laser as the excitation light and the portion of the blue light emitted by the semiconductor laser that is not used as the excitation light are output as the illumination light. In the light source device, it is possible to prevent the device from becoming excessively large. In addition, it is possible to realize a light source device with excellent in-plane uniformity of color balance and high light utilization efficiency without using an expensive condensing lens made of quartz glass or the like. Furthermore, it is possible to realize a projector device that includes such a light source device and that can obtain a high-brightness projected image with good white balance.
図面を参照して、本発明の実施形態にかかる光源装置および投射型表示装置について説明してゆく。尚、以下に示す実施形態は例示であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更して実施をすることができる。
尚、以下の実施形態の説明において参照する図面では、特に但し書きがない限り、同一の参照番号を付して示す要素は、同様の機能を有するものとする。
A light source device and a projection display device according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the embodiments shown below are merely examples, and for example, details of the configuration can be modified appropriately by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
In addition, in the drawings referred to in the following description of the embodiments, unless otherwise specified, the elements shown with the same reference numbers have the same functions.
また、以下の説明において、例えばXプラス方向と記す場合には、図示の座標系におけるX軸矢印が指すのと同じ方向を指し、Xマイナス方向と記す場合には、図示の座標系におけるX軸矢印が指すのと180度反対の方向を指すものとする。また、単にX方向と記す場合には、図示のX軸矢印が指す向きとの異同は関係なく、X軸と平行な方向であることを指すものとする。X以外の方向についても、同様とする。 In the following description, for example, the X plus direction indicates the same direction as the X-axis arrow in the illustrated coordinate system, and the X minus direction indicates the X axis in the illustrated coordinate system. The direction indicated by the arrow is 180 degrees opposite. Moreover, when simply describing the X direction, it means the direction parallel to the X axis regardless of whether it is different from the direction indicated by the X axis arrow in the drawing. The same applies to directions other than X.
[実施形態1]
図1(a)は、実施形態1に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
[Embodiment 1]
FIG. 1A is a diagram showing a schematic configuration of an optical system of a light source device according to
(光源装置の構成)
光源装置100は、レーザ光源101Bと、コリメートレンズ系104と、第1ダイクロイックミラー201aと、凸レンズ105Aと凸レンズ105Bとで構成される第1集光レンズ系105(第1集光光学系)と、回転可能な蛍光ホイール120aと、第2ダイクロイックミラー202aと、反射素子211と、第2集光レンズ系109(第2集光光学系)と、回転可能な色選択ホイール130aと、ライトトンネル140と、を備える。
(Configuration of light source device)
The
レーザ光源101Bは、例えば中心波長が455nm付近で発振する青色半導体レーザ102が用いられている。図4(a)に、レーザ光源101Bから出力される光の発光スペクトルを例示する。尚、レーザ光源101Bとして、中心波長が455nm以外の半導体レーザを用いることも可能である。
As the
個々の青色半導体レーザ102には、コリメートレンズ103が設けられている。一般に、半導体レーザが発する光ビームには、所定の角度の拡がりがあるが、コリメートレンズ103を設けることで、光ビームの拡がりを抑制し、レーザ光源101Bから略平行の光ビームを取出すことが可能になる。なお、コリメートレンズ103は、青色半導体レーザ102を実装するパッケージと一体型でも良く、また、別体としても良い。別体とする場合には、複数の青色半導体レーザ102の直後にレンズアレイを独立に配置して光源モジュールを構成すればよい。
A
図1(b)に示されるように、レーザ光源101Bでは、青色半導体レーザ102とコリメートレンズ103の対が、XY面内でアレイ状に配置されており、青色の光束をZプラス方向に出射する。図1(b)では、2×2のアレイを例示しているが、対の配置方法はこの例に限られるわけではなく、縦横に配列する対の数は適宜変更することが出来る。
As shown in FIG. 1B, in the
レーザ光源101Bが発する光束は、コリメートレンズ系104(コリメート光学系)により、光束径がD1になるように調整される。コリメートレンズ系104は、図では模式的に表されているが、例えば凸レンズと凹レンズの組み合わせで構成することができる。後述するように、レーザ光源101Bの出力光は、蛍光体を励起するための励起光、および表示に用いる青色光(B)として用いられる。使用する青色半導体レーザ102の配列数に応じて励起光の光束径は適宜設定されるが、それに応じてコリメートレンズ系を構成するレンズの数や材質、形状などの光学緒元や、配置間隔等が適宜設計される。
A light flux emitted from the
図1(a)においては、コリメートレンズ系104の光軸を光軸OX1として示している。コリメートレンズ系104の光軸OX1は、レーザ光源101Bが発する光束全体の断面に対して、垂直かつ中心を通るように設定されている。尚、径がD1で略平行な光束をレーザ光源101Bが出力可能であれば、必ずしもコリメートレンズ系104を設ける必要はない。その場合には、レーザ光源101Bが発する光束全体の断面に対して垂直かつ中心を通る軸を光軸OX1として定義する。
In FIG. 1(a), the optical axis of the
光軸OX1上には、第1ダイクロイックミラー201aが光軸OX1に対して45度傾けられて配置されている。図5(a)に、第1ダイクロイックミラー201aの光学特性を実線で示す。参考のために、同図には波長が445nm近傍の青色光(B光)が点線で示されているが、第1ダイクロイックミラー201aは、青色光(B光)は反射し、緑色光(G光)や赤色光(R光)、あるいはこれらの光を含む黄色光(Y光)の光については透過する光学特性を有している。係る特性の第1ダイクロイックミラー201aは、例えば、透明なガラス基板等に誘電体多層膜を蒸着することにより形成することが可能である。
A first
第1ダイクロイックミラー201aにより、レーザ光源101Bの出力光は反射されるが、その光路上には、凸レンズ105Aと凸レンズ105Bで構成した第1集光レンズ系105(第1集光光学系)が設けられている。第1集光レンズ系105は、レーザ光源101Bの出力光を、蛍光ホイール120a上に集光させることができる。図1の例では、2枚の凸レンズ105A、凸レンズ105Bで第1集光レンズ系105を構成したが、第1集光レンズ系105の構成はこの例に限られるわけではなく、1つまたは3つ以上のレンズで構成してもよい。また、レンズの形状、材質なども適宜に選択可能である。すなわち、球面以外でも非球面や自由曲面などのレンズを用いることもできる。BK7などの安価な光学材料を用いれば、光源装置を低価格で提供することができる。
The output light of the
本実施形態では、光軸OX1と、第1集光レンズ系105の光軸OX2は、互いに直交している。そして、レーザ光源101Bの出力光が、第1ダイクロイックミラー201aにより反射された後に蛍光ホイール120aに向かう際には、第1集光レンズ系105を構成する凸レンズ105A、凸レンズ105Bの右半分(Z方向プラス側の半分)の領域内を通過するように各光学要素は配置されている。すなわち、第1ダイクロイックミラー201aにより反射された青色光は、第1集光レンズ系105の一部分により集光される。
In this embodiment, the optical axis OX1 and the optical axis OX2 of the first
第1集光レンズ系105の集光位置には、蛍光ホイール120aが配置されている。図3(a)に、蛍光ホイール120aの正面図を示す。蛍光ホイール120aは、円板状のガラス板や金属板を基体とするが、その円周付近の表面には蛍光領域PHと反射領域RLが設けられている。蛍光領域PHには、蛍光体が被覆されており、励起光(レーザ光源101Bの出力光)が照射されると、蛍光体の種類に応じて赤色(R色)や緑色(G色)や黄色(Y色)の蛍光を発する。反射領域RLは、レーザ光源101Bの出力光を反射するための領域であり、蛍光体は塗布されていない。反射領域RLは、青色レーザ光を高い効率で反射するように鏡面加工しておくのが望ましい。
A
蛍光ホイール120aの基材には熱伝導率が高い金属が好適に用いられ、空冷効率を向上させるため基材に凹凸部や空孔が設けられる場合もある。蛍光ホイール120aは、モータに連結されており、モータが回転軸C1を中心に回転することで、蛍光ホイール120a上に集光された青色光は、順次に反射領域RLと蛍光領域PHとを照射することになる。図3(a)の例では、蛍光領域PHには、G用蛍光体、R用蛍光体、Y用蛍光体が塗分けられているが、この3色の蛍光体で塗り分けなければならないわけではなく、光源装置100の仕様に応じて適宜に材料や塗分け方法を変更することが出来る。
A metal having a high thermal conductivity is preferably used for the base material of the
図4(b)に、蛍光体の発光スペクトルを例示する。点線31はG用蛍光体の発光スペクトルを、一点鎖線32はY用蛍光体の発光スペクトルを、実線33はR用蛍光体の発光スペクトルを、それぞれ示している。各グラフには、励起光である青色光の波長に対応する位置にもピークが存在するが、これは蛍光体の発光によるものではなく、青色光の一部が励起には用いられずに蛍光体により散乱されたことを示すものである。尚、図4(b)は例示であり、実施形態で用いられる蛍光体は、この発光特性の材料に限られるわけではない。
FIG. 4(b) exemplifies the emission spectrum of the phosphor. A dotted
図1(a)に戻り、第1集光レンズ系105を間に挟んで蛍光ホイール120aの反対側には、第2ダイクロイックミラー202aが光軸OX2に対して45度傾けられて配置されている。図5(b)に、第2ダイクロイックミラー202aの光学特性を実線で示す。参考のために、図には波長が445nm近傍の青色光(B光)が点線で示されているが、第2ダイクロイックミラー202aは、青色光(B光)は透過し、緑色光(G光)や赤色光(R光)、あるいはこれらの光を含む黄色光(Y光)の光については反射する光学特性を有している。すなわち、第2ダイクロイックミラー202aは、レーザ光源101Bの出力光は透過するが、蛍光ホイール120aが発する蛍光は反射する光学特性を有する。係る特性の第2ダイクロイックミラー202aは、例えば、透明なガラス基板等に誘電体多層膜を蒸着することにより形成することが可能である。
Returning to FIG. 1A, on the opposite side of the
第1集光レンズ系105の光軸OX2に沿って見て、第2ダイクロイックミラー202aよりもさらに先方には、第2ダイクロイックミラー202aと平行に反射素子211が配置されている。反射素子211は、青色(B色)の光を反射するミラーである。反射素子211は、青色(B色)の光に対して95%以上の反射率を有することが好ましく、例えばガラス基板などに誘電体多層膜を形成して作成することができる。あるいは、AL蒸着などを用いてミラー基板に反射膜を形成してもよい。反射素子211は、反射した青色光の光束の中心(光軸)が、第2ダイクロイックミラー202aにより反射された蛍光の光束の中心(光軸)と重なるように設置されている。
Looking along the optical axis OX2 of the first
反射素子211により反射された青色(B色)の光は、第2ダイクロイックミラー202aを再度通過してZプラス方向に進むが、その進路上には第2集光レンズ系109(第2集光光学系)が設けられている。第2集光レンズ系109は、その光軸OX3が、青色(B色)の光束の中心軸および蛍光の光束の中心軸と一致するように配置されている。第2集光レンズ系109は、後述する表示装置の投射レンズ180(図17)のFナンバーに適合させるべく所定のNAに設定されており、青色(B色)および蛍光をライトトンネル140の入射口に向けて集光する。第2集光レンズ系109は、図では模式的に単一の凸レンズとして表されているが、実際には単レンズに限られるわけではなく、複数のレンズを組合わせて構成してもよい。
The blue (B color) light reflected by the reflecting
第2集光レンズ系109とのライトトンネル140の間には、色選択ホイール130aが配置されている。色選択ホイール130aはモータに連結されており、モータが回転軸C2を中心に回転することにより回転する。色選択ホイール130aと蛍光ホイール120aとが同期して回転するように、各々のモータは制御される。
図3(b)に、色選択ホイール130aの正面図を示す。色選択ホイール130aには、フィルター部と拡散部が設けられている。
A
FIG. 3(b) shows a front view of the
フィルター部には、蛍光から不要なスペクトル成分を除外するための光学フィルターが設けられており、例えばR用フィルター部には、蛍光ホイール120aのR用蛍光体領域が発する蛍光から不要なスペクトル成分を除去して、赤色の色純度を高める光学フィルターが設けられている。同様に、G用フィルター部には、蛍光ホイール120aのG用蛍光体領域が発する蛍光から不要なスペクトル成分を除去して、緑色の色純度を高めるための光学フィルターが、Y用フィルター部には、蛍光ホイール120aのY用蛍光体領域が発する蛍光から不要なスペクトル成分を除去して、黄色の色純度を高めるための光学フィルターが設けられている。尚、フィルター部は、透過する蛍光を拡散させる作用を有するものではない。
また、B用拡散部には、青色光の光束を適宜に拡散させるための拡散面が設けられている。拡散部の作用効果については、後に詳述する。
The filter section is provided with an optical filter for excluding unnecessary spectral components from fluorescence. An optical filter is provided to remove and enhance the color purity of the red color. Similarly, the G filter section has an optical filter for removing unnecessary spectral components from the fluorescence emitted by the G phosphor region of the
Further, the B diffusion portion is provided with a diffusion surface for appropriately diffusing the luminous flux of the blue light. The function and effect of the diffusing section will be described in detail later.
(光源装置の動作)
上述した構成を有する光源装置100の動作について説明する。
(青色光の出力動作)
まず、レーザ光源101Bから青色光(B色光)が出力され、青色光(B色光)が蛍光ホイール120aの反射領域RLを照射するタイミングにおける装置動作について説明する。
図2(a)は、レーザ光源101Bから出力される青色光(B色光)の進行経路を説明するための図である。図2(a)は、レーザ光源101Bから蛍光ホイール120aの反射領域RLを照射するタイミングで出力された青色光(B色光)が、映像表示に用いる青色光(B色光)成分としてライトトンネル140に入力される状態を示している。尚、後に図2(b)を参照して説明するように、レーザ光源101Bから蛍光ホイール120aの蛍光領域PHを照射するタイミングで出力された青色光(B色光)は、蛍光体を励起する励起光として機能する。
(Operation of light source device)
The operation of the
(Blue light output operation)
First, blue light (B color light) is output from the
FIG. 2A is a diagram for explaining the travel path of blue light (B-color light) output from the
まず、レーザ光源101Bにおいては、各々の青色半導体レーザ102から出力された青色のレーザビームが、コリメートレンズ103により略平行にコリメートされる。レーザビーム同士は互いに間隔を空けて平行に進行するので、厳密には空間的に離散したレーザビーム群ともいえるが、各々の青色半導体レーザ102は極めて近接して配置されているので、レーザビーム群をまとめて1つの光束と見なして取り扱っても差し支えない。すなわち、レーザ光源101Bは、1つの青色光束を発する光源と見なすことができる。
First, in the
この青色光束は、コリメートレンズ系104により光束径がD1に調整され、光軸OX1に沿って進む。コリメートレンズ系104を通過した青色光束は、第1ダイクロイックミラー201aに入射するが、第1ダイクロイックミラー201aは、前述したように図5(a)に示した特性を有するため、青色光束は反射されて第1集光レンズ系105に向けて光路が90度曲げられる。
This blue luminous flux is adjusted to have a luminous flux diameter of D1 by the
第1ダイクロイックミラー201aにて反射された青色光束(B色光)をBinとすると、青色光束Binは、第1集光レンズ系105(凸レンズ105a、凸レンズ105b)による集光作用を受けて、蛍光ホイール120a上の反射領域RLに集光される。
Assuming that the blue light flux (B color light) reflected by the first
本実施形態では、第1集光レンズ系105の光軸OX2と、青色光束Binの光軸を非共軸、すなわち光軸どうしがオフセットした構成としている。蛍光ホイール120aの反射領域RLにて反射される青色光を、映像表示に用いる青色光(B色光)としてロスなく取り出せるようにするためである。尚、反射領域RLは、反射面に対する法線が集光レンズ系105の光軸OX2と平行になるように形成されている
図6(a)に、第1集光レンズ系105内を光線が通過する範囲を示す。図2(a)および図6(a)に示されるように、蛍光ホイール120aに向かって進行する青色光束Binは、第1集光レンズ系105の右半分の領域、つまり集光レンズ系105の光軸OX2よりZプラス方向側の領域(集光レンズの一部分)を通過して行く。
In this embodiment, the optical axis OX2 of the first
一方、蛍光ホイール120aの反射領域RLにて反射された青色光束(B色光)をBoutとすると、青色光束Boutは青色光束Binと同じ経路上を逆行して第1集光レンズ系105の右半分の領域を通過するわけではない。青色光束Boutは、図2(a)および図6(a)に示すように、第1集光レンズ系105の左半分の領域、つまり第1集光レンズ系105の光軸OX2よりZマイナス方向側の領域(青色光束Binが通過する一部分とは異なる部分)を通過して行く。
青色光束Boutは、第1集光レンズ系105により青色光束Binと同様の光束径D1に復元された後、Xプラス方向に進み第2ダイクロイックミラー202aに入射する。第2ダイクロイックミラー202aは、前述したように図5(b)に示した光学特性を有するため、青色光束Boutはこれを透過して、反射素子211に入射する。
On the other hand, assuming that the blue light flux (B color light) reflected by the reflection area RL of the
The blue light beam Bout is restored by the first
前述したように、反射素子211は青色の光を反射する光学特性を備えたミラーであり、第2ダイクロイックミラー202aと平行になるように配置され、かつ反射した青色光束の中心(光軸)が、第2ダイクロイックミラー202aにより反射された蛍光の光束の中心(光軸)と重なるような位置に設けられている。
As described above, the reflecting
反射素子211により反射された青色光束は、第2ダイクロイックミラー202aを再度透過してZプラス方向に進むが、その進路上には第2集光レンズ系109(第2集光光学系)が設けられている。第2集光レンズ系109は、その光軸OX3が、青色光束の中心と一致するように配置されている。
The blue luminous flux reflected by the reflecting
図6(b)は、第2集光レンズ系109に光束が入射する部分を示す模式図である。青色光束Boutの光束径はD1であり、光束の中心軸は第2集光レンズ系109の光軸OX3と一致している。
第2集光レンズ系109は、後述する表示装置の投射レンズ180(図17)のFナンバーに適合させるべく所定のNAに設定されている。光束径がD1であった青色光束Boutは、第2集光レンズ系109により、ライトトンネル140の入射口に向けて集光される。
FIG. 6B is a schematic diagram showing a portion where the light flux enters the second
The second
蛍光ホイール120aの蛍光領域PHが発する蛍光の光路については後述するが、図6(b)に示すように、第2集光レンズ系109に入射する青色光束Boutは、点線で示す蛍光の光束と同軸ではあるが、光束径を比較すると、青色光束Boutは蛍光よりも径が小さい。蛍光ホイール120aの蛍光領域PHが発する蛍光はランバート発光であり、蛍光領域PHからは、反射領域RLで反射された青色光よりも大きな角度範囲で蛍光が出射するためである。
The optical path of the fluorescence emitted by the fluorescence area PH of the
このままでは、第2集光レンズ系109に入射する際の光束径の違いにより、青色光束Boutがライトトンネル140の入射口に入射する際の入射角度分布(集束角)と、第2集光レンズ系109により集光された蛍光がライトトンネル140の入射口に入射する際の入射角度分布(集束角)には、差異が生じ得る。入射角度分布(集束角)に差異が生じると、ライトトンネル140の出口から出射する際に、青色光と蛍光の出射角度分布(広がり)に差異が生じ、投射型表示装置の照明光として利用する際に、表示画面内で色むらを発生させる原因となり得る。
In this state, the incident angle distribution (convergence angle) when the blue luminous flux Bout enters the entrance of the
そこで、本発明では、蛍光ホイール120aとライトトンネル140の入射口の間に、青色光束Boutを拡散させるが蛍光は拡散させない光学手段を設け、ライトトンネル140の入射口に入射する際の入射角度分布(集束角度)の違いを低減し、色むらの発生を抑制している。実施形態1では、その機能を、第2集光レンズ系109とライトトンネル140の入射口の間に配置された色選択ホイール130aに付与している。
Therefore, in the present invention, optical means is provided between the
図7(a)は、青色光束が色選択ホイール130aを経由してライトトンネル140に入射して伝播する状態を示し、図7(b)は、蛍光が色選択ホイール130aを経由してライトトンネル140に入射して伝播する状態を示している。これらの図から明らかなように、第2集光レンズ系109により集光された青色光が色選択ホイール130aに向かう際の集束角αin(青)は、第2集光レンズ系109により集光された蛍光が色選択ホイール130aに向かう際の集束角αin(蛍光)よりも小さい。しかし、図3(b)を参照して説明したように、本実施形態の色選択ホイール130aには、青色光が透過する部分には光束を適宜に拡散させる拡散部が設けられ、蛍光が透過する部分には不要なスペクトル成分を除外するようにフィルタリングするが拡散作用は有さないカラーフィルター部が設けられている。このため、青色光束は、図7(a)に示すように拡散部により拡散されてライトトンネル140に入射する一方で、蛍光は、図7(b)に示すように拡散作用を受けずにライトトンネル140に入射する。その結果、集束角αin(青)と集束角αin(蛍光)の差異に比べて、ライトトンネル140から青色光が出射する際の広がり角αout(青)と蛍光が出射する際の広がり角αout(蛍光)の差異を、小さくすることができる。
FIG. 7(a) shows a state in which a blue luminous flux enters the
図8(a)に、拡散部に付与する拡散機能と光利用率の関係を示す。拡散部により拡散された青色光の強度分布は、図8(b)に示すようにガウシアン分布になるが、拡散機能を大きく設定し過ぎると、制御設定角1/e2の外側の光がライトトンネル140に有効に入射されずに光損失が大きくなるため、図8(a)に示したように光利用率は低下する。そこで、拡散部の拡散機能は、表示画面内の色むらの抑制効果と、青色光の光利用率確保のバランスを考慮して適宜に設定される。 FIG. 8A shows the relationship between the diffusion function provided to the diffusion portion and the light utilization rate. The intensity distribution of the blue light diffused by the diffuser has a Gaussian distribution as shown in FIG. 8(b). Since the light is not effectively incident on 140 and the light loss increases, the light utilization rate decreases as shown in FIG. 8(a). Therefore, the diffusing function of the diffusing section is appropriately set in consideration of the balance between the effect of suppressing color unevenness in the display screen and securing the light utilization rate of blue light.
(螢光の出力動作)
次に、光源装置100が蛍光を出力する際の動作について説明する。すなわち、レーザ光源101Bから青色光(B色光)が出力され、青色光(B色光)が蛍光ホイール120aの蛍光領域PHを照射するタイミングにおける装置動作について説明する。
(Fluorescence output operation)
Next, the operation when the
図2(b)は、蛍光ホイール120aから出力される蛍光の進行経路を説明するための図であり、蛍光領域PHにて発光した蛍光が、映像表示に用いる照明光としてライトトンネル140に入力される状態を示している。蛍光領域PHのうち、G用蛍光体領域、Y用蛍光体領域、R用蛍光体領域のいずれが発光するタイミングであるかにより蛍光のスペクトルは異なるが、図2(b)に点線で示された光路は各色共通である。尚、励起光としての青色光がレーザ光源101Bから蛍光ホイール120aに到達するまでのふるまいは、青色光の出力動作の説明中で図2(a)を参照して述べた内容と同様であるので、ここでは説明を省略する。図2(b)では、青色光は、レーザ光源101Bから第1ダイクロイックミラー201aに至るまでの経路のみを実線で示している。
FIG. 2B is a diagram for explaining the traveling path of fluorescence output from the
図2(b)では、蛍光領域PHから発せられた蛍光の光路を模式的に点線で示しているが、蛍光はランバート発光であるため、蛍光領域PHから大きな角度範囲で第1集光レンズ系105の全体に向けて出射する。すなわち、図6(a)に点線で示すように、蛍光は第1集光レンズ系105のほぼ全域を通過する。第1集光レンズ系105により集光された蛍光はXプラス方向に進む平行な光束となるが、第1集光レンズ系105の光軸OX2よりも右側(Zプラス方向側)部分を通過した光束は、第1ダイクロイックミラー201aに入射する。第1ダイクロイックミラー201aは、図5(a)に示すように、緑(G)、赤(R)、黄色(Y)のいずれの色の光も透過させる光学特性を備えているため、蛍光はこれを透過して第2ダイクロイックミラー202aに入射する。一方、蛍光の中で、第1集光レンズ系105の光軸OX2よりも左側(Zマイナス方向側)部分を通過した光束は、第2ダイクロイックミラー202aに直接入射する。
In FIG. 2(b), the optical path of the fluorescence emitted from the fluorescence region PH is schematically indicated by a dotted line. 105 is emitted toward the whole. That is, as indicated by the dotted line in FIG. 6A, the fluorescence passes through almost the entire area of the first
第2ダイクロイックミラー202aは、図5(b)に示すように、緑(G)、赤(R)、黄色(Y)のいずれの色の螢光も反射させる光学特性を備えているため、蛍光は進行方向を90度曲げられて第2集光レンズ系109に向けてZプラス方向に進む。
As shown in FIG. 5(b), the second
図6(b)に示すように、第2集光レンズ系109に入射する蛍光は、青色光束Boutと同軸(同心)だが、青色光束Boutよりも光束径が大きい。第2集光レンズ系109は、前述したように表示装置の投射レンズ180のFナンバーに適合させるべく所定のNAに設定されており、蛍光はライトトンネル140の入射口に向けて集光される。
As shown in FIG. 6B, the fluorescence incident on the second
図7(b)は、蛍光が色選択ホイール130aを経由してライトトンネル140に入射して伝播する状態を示している。本実施形態の色選択ホイール130aには、蛍光が透過する部分には不要なスペクトル成分を除外するが拡散作用は有さないフィルター部が設けられている。このため、蛍光は拡散作用を受けずにライトトンネル140に入射する。すでに説明したように、本実施形態では、ライトトンネル140から青色光が出射する際の広がり角αout(青)と蛍光が出射する際の広がり角αout(蛍光)の差異が低減されているため、投射型表示装置の照明光として用いる際の面内色むらを抑制することができる。
FIG. 7(b) shows a state in which fluorescent light enters the
本実施形態によれば、半導体レーザが発する青色光を励起光として蛍光体に照射して得られる蛍光と、半導体レーザが発する青色光のうち励起光として用いない一部と、を照明光として出力する光源装置において、小さな光束径(D1)の青色光の光路を第1集光レンズ105と第2ダイクロイックミラー202aの間に交差して配置することで、装置が過度に大型化するのを防止することが出来る。また、本実施形態は、1/4波長板等を用いた偏光制御を行わないため、石英ガラス製等の高価な集光レンズを用いなくとも、色バランスの面内均一性が優れ、光利用効率が高い光源装置を実現することができる。
According to the present embodiment, the fluorescence obtained by irradiating the phosphor with the blue light emitted by the semiconductor laser as the excitation light and the portion of the blue light emitted by the semiconductor laser that is not used as the excitation light are output as the illumination light. In the light source device, by arranging the optical path of blue light with a small beam diameter (D1) to intersect between the
[実施形態2]
図9は、実施形態2に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態2は、実施形態1の一部を変形したものであるが、実施形態1と説明が共通する事項については、記載を簡略化ないし省略する。
[Embodiment 2]
9 is a diagram showing a schematic configuration of an optical system of a light source device according to Embodiment 2. FIG. For convenience of explanation, the diagram omits the mechanical mechanism for installing the optical element, the housing, the electrical wiring, and the like.
The second embodiment is a partial modification of the first embodiment, but descriptions of items that are common to the first embodiment will be simplified or omitted.
(光源装置の構成)
本実施形態の光源装置200は、実施形態1と同様に、レーザ光源101Bと、コリメートレンズ系104と、凸レンズ105Aと凸レンズ105Bとで構成される第1集光レンズ系105(第1集光光学系)と、蛍光ホイール120aと、第2ダイクロイックミラー202aと、反射素子211と、第2集光レンズ系109(第2集光光学系)と、色選択ホイール130aと、ライトトンネル140とを備えている。また、本実施形態の光源装置200は、実施形態1において第1ダイクロイックミラー201aが配置されていたのと同じ位置に、第1ダイクロイックミラー201bを備えている。実施形態2の第1ダイクロイックミラー201bは、実施形態1の第1ダイクロイックミラー201aと同様に図5(a)に示される光学特性を有しているが、蛍光の光路中に位置するエッジ部分(端部)の形状が、実施形態1の第1ダイクロイックミラー201aとは異なっている。
(Configuration of light source device)
As in the first embodiment, the
図10(a)および図10(b)を参照して、実施形態1と実施形態2の差異について説明する。図10(a)は、実施形態1で用いた第1ダイクロイックミラー201aを示す模式図であり、図10(b)は、実施形態2で用いる第1ダイクロイックミラー201bを示す模式図である。
The difference between the first embodiment and the second embodiment will be described with reference to FIGS. 10(a) and 10(b). 10A is a schematic diagram showing the first
図10(a)に示すように、実施形態1で用いた第1ダイクロイックミラー201aは、側面SAが主面(光学面)に対してほぼ垂直に形成された板状の部材である。一般に、こうした板材の側面に主面と同様の均質な光学面を形成するのは困難であるため、側面SAには光学処理が施されていない。図10(a)に示すように、第1集光レンズ系105側の主面(光学面)から第1ダイクロイックミラー201a内に入射した蛍光のうち大部分は、第2ダイクロイックミラー202a側の主面(光学面)を抜けてXプラス方向に進むことができる。しかし、第1集光レンズ系105の光軸OX2の近傍にて第1ダイクロイックミラー201aに入射した蛍光は、光学処理が施されていない側面SAに到達する。蛍光は、光学処理が施されていない側面SAを通り抜けてXプラス方向に進むことができず、照明光としては利用できない損失が発生する。
As shown in FIG. 10(a), the first
そこで、実施形態2では、図10(b)に示すように、第1ダイクロイックミラー201bの側面SBの形状(向き)を工夫して側面SBに到達する蛍光を少なくし、蛍光の損失を抑制するようにしている。すなわち、第1ダイクロイックミラー201bの側面SBが、第1集光レンズ系105の光軸OX2と平行になるような構成とした。具体的には、第1集光レンズ系105側の主面(光学面)と側面SBの成す角を鈍角(例えば135度)とし、第2ダイクロイックミラー202a側の主面(光学面)と側面SBの成す角を鋭角(例えば45度)とした。
Therefore, in the second embodiment, as shown in FIG. 10B, the shape (orientation) of the side surface SB of the first
本実施形態によれば、実施形態1と同様の効果を得られることに加え、第1ダイクロイックミラーの側面における損失が抑制されるため、蛍光の利用効率と色バランスの面内均一性を、さらに高めることができる。 According to the present embodiment, in addition to obtaining the same effects as those of the first embodiment, the loss on the side surface of the first dichroic mirror is suppressed. can be enhanced.
[実施形態3]
図11(a)は、実施形態3に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態3は、実施形態1の一部を変形したものであるが、実施形態1と説明が共通する事項については、記載を簡略化ないし省略する。
(光源装置の構成)
[Embodiment 3]
FIG. 11A is a diagram showing a schematic configuration of an optical system of a light source device according to Embodiment 3. FIG. For convenience of explanation, the diagram omits the mechanical mechanism for installing the optical element, the housing, the electrical wiring, and the like.
The third embodiment is a partial modification of the first embodiment, but descriptions of matters that are common to the first embodiment will be simplified or omitted.
(Configuration of light source device)
本実施形態の光源装置300は、実施形態1と同様に、レーザ光源101Bと、コリメートレンズ系104と、第1ダイクロイックミラー201aと、凸レンズ105Aと凸レンズ105Bとで構成される第1集光レンズ系105(第1集光光学系)と、蛍光ホイール120aと、第2ダイクロイックミラー202aと、第2集光レンズ系109(第2集光光学系)と、色選択ホイール130aと、ライトトンネル140とを備えている。また、本実施形態の光源装置300は、実施形態1において反射素子211が配置されていたのと同じ位置に、反射素子211bを備えている。本実施形態の反射素子211bは、実施形態1の反射素子211と同様に、青色光を反射す光学特性を有しているが、反射面の形状が実施形態1の反射素子211とは異なっている。
The
図11(b)は、実施形態3におけるレーザ光源101Bから出力される青色光(B色光)の進行経路を説明するための図であり、実施形態1の説明における図2(a)に対応する。図2(a)と図11(b)を参照して、実施形態1と実施形態3の差異について説明する。
FIG. 11(b) is a diagram for explaining the traveling path of blue light (B-color light) output from the
実施形態3において、レーザ光源101Bから出力される青色光が、蛍光ホイール120aの反射領域RLにて反射されて反射素子211bに入射するまでの経路は、実施形態1において青色光が反射素子211に入射するまでの経路と同様である。
In the third embodiment, the blue light output from the
実施形態1では、反射素子211の反射面が平坦面であったため、図6(a)および図6(b)に示したように、第2集光レンズ系109内を通過する際の青色光束Boutの径は、第1集光レンズ系105内を通過する際の青色光束Boutの径と等しく、D1であった。
In
実施形態3では、反射素子211bの反射面に拡散機能を付与し、反射素子211bにて反射された青色光束の径が、第2集光レンズ系109に向かうにつれて拡大してゆくように構成している。すなわち、第2集光レンズ系109内を通過する際の青色光束の径と蛍光光束の径の差異が小さくなるように構成している。その結果、図7(a)に示した実施形態1よりも、第2集光レンズ系109で集光された青色光の集束角αin(青)を大きくすることが可能になり、青色光の集束角αin(青)を図7(b)に示した蛍光の集束角αin(蛍光)に近づけることが出来る。
In the third embodiment, the reflecting surface of the reflecting
本実施形態によれば、ライトトンネル140に入射する青色光の角度範囲を、色選択ホイール130aの拡散部だけで制御するのではなく、反射素子211bの拡散機能との相乗効果により制御することが出来る。それにより、図8(b)に示した色選択ホイール130aの制御設定角1/e2を過度に大きくする必要がなくなり、面内色むらの抑制と青色光の光利用率確保を高いレベルでバランスさせることが可能となる。
本実施形態によれば、実施形態1と同様の効果を得られることに加え、青色光の利用効率と色バランスの面内均一性を、さらに高めることができる。
According to this embodiment, the angular range of blue light incident on the
According to this embodiment, in addition to obtaining the same effect as that of the first embodiment, it is possible to further improve the utilization efficiency of blue light and the in-plane uniformity of color balance.
[実施形態4]
図12(a)は、実施形態4に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態4には、実施形態1~実施形態3に対して共通する部分と異なる部分とが存在しているが、共通する部分については説明を簡略化ないし省略する。
(光源装置の構成)
[Embodiment 4]
FIG. 12A is a diagram showing a schematic configuration of an optical system of a light source device according to Embodiment 4. FIG. For convenience of explanation, the diagram omits the mechanical mechanism for installing the optical element, the housing, the electrical wiring, and the like.
Although the fourth embodiment has common parts and different parts with the first to third embodiments, description of the common parts will be simplified or omitted.
(Configuration of light source device)
本実施形態の光源装置400は、レーザ光源101Bと、レーザ光源101Rと、第1ダイクロイックミラー401と、第2ダイクロイックミラー402と、第3ダイクロイックミラー403と、凸レンズ105Aと凸レンズ105Bとで構成される第1集光レンズ系105(第1集光光学系)と、蛍光ホイール120bと、第4ダイクロイックミラー404と、反射素子405と、第2集光レンズ系109(第2集光光学系)と、色選択ホイール130bと、ライトトンネル140を備えている。
A
これらの構成要素のうち、レーザ光源101B、凸レンズ105Aと凸レンズ105Bとで構成される第1集光レンズ系105、第2集光レンズ系109、およびライトトンネル140は、実施形態1~実施形態3で用いたのと同一のものを用いることが出来る。
Among these components, the
レーザ光源101Bが発する青色光を、蛍光体を励起するための励起光および表示用の青色照明光として用いる点では、本実施形態は実施形態1~実施形態3と共通している。図12(b)に示すように、レーザ光源101Bには、青色半導体レーザ102とコリメートレンズ103の対がXY面内でアレイ状に配置されており、青色の光束をZプラス方向に出射する。図1(b)では、2×2のアレイを例示しているが、対の配置方法はこの例に限られるわけではなく、縦横に配列する対の数は適宜変更することが出来る。
This embodiment is common to
一方、本実施形態の光源装置400は、青色光を発するレーザ光源101B(第1波長域の光を出力する第1レーザ光源)だけでなく、赤色光を発するレーザ光源101R(第2波長域の光を出力する第2レーザ光源)を更に備えている。レーザ光源101Rが出力する色純度の高い赤色光は、蛍光体を励起するのには用いられずに、専ら表示用として用いられる。このため、光源装置400の光学系は、レーザ光源101Bが発する青色光と、蛍光体が発する蛍光と、レーザ光源101Rが発する赤色光を、同軸で取り出すことができるように構成されている。
以下、具体的に説明してゆく。
On the other hand, the
A detailed description will be given below.
レーザ光源101Rは、中心波長が例えば635nm付近で発振する赤色半導体レーザ102Rを備えている。個々の赤色半導体レーザ102Rには、コリメートレンズ103が設けられている。一般に、半導体レーザが発する光ビームには、所定の角度の拡がりがあるが、コリメートレンズ103を設けることで、光ビームの拡がりを抑制し、レーザ光源101Rから略平行の光ビームを取出すことが可能になる。なお、コリメートレンズ103は、赤色半導体レーザ102Rを実装するパッケージと一体型でも良く、また、別体としても良い。別体とする場合には、複数の赤色半導体レーザ102Rの直後にレンズアレイなどを独立に配置して光源モジュールを構成すればよい。
The
図12(c)に示されるように、レーザ光源101Rでは、赤色半導体レーザ102Rとコリメートレンズ103の対が、YZ面内でアレイ状に配置されており、赤色の光束をXマイナス方向に出射する。図12(c)では、2×2のアレイを例示しているが、対の配置方法はこの例に限られるわけではなく、縦横に配列する対の数は適宜変更することが出来る。
As shown in FIG. 12(c), in the
尚、不図示ではあるが、青色光束と赤色光束をコリメートするためのコリメートレンズ系を更に設けてもよい。レーザ光源101Bとレーザ光源101Rは、それぞれが発する青色光束と赤色光束の光束径が同一になるように構成される。図12(a)においては、レーザ光源101Bが発する青色光束の光軸を光軸OX1として示している。光軸OX1は、レーザ光源101Bが発する光束全体の断面に対して、垂直かつ中心を通るように設定されている。
光路が互いに垂直になるように設置されたレーザ光源101Bとレーザ光源101Rの光路上には、第1ダイクロイックミラー401が光軸OX1に対して45度傾けられて配置されている。
Although not shown, a collimating lens system for collimating the blue light flux and the red light flux may be further provided. The
A first
図14(a)に、第1ダイクロイックミラー401の光学特性を実線で示す。同図には参考のために、レーザ光源101Bの青色光(波長が445nm近傍)と、レーザ光源101Rの赤色光(波長が635nm近傍)が点線で示されているが、第1ダイクロイックミラー401は、赤色光(R光)は反射し、青色光(B光)は透過する光学特性を有している。係る特性の第1ダイクロイックミラー401は、例えば、透明なガラス基板等に誘電体多層膜を蒸着することにより形成することが可能である。
FIG. 14A shows the optical characteristics of the first
図12(a)に戻り、レーザ光源101Bが発する青色光は、Zプラス方向に直進して第1ダイクロイックミラー401に入射するが、これを透過して第2ダイクロイックミラー402に入射する。レーザ光源101Rが発する赤色光は、Xマイナス方向に直進して第1ダイクロイックミラー401に入射するが、これにより反射されて進行方向がZプラス方向に変更され、青色光と同軸となって第2ダイクロイックミラー402に入射する。
Returning to FIG. 12( a ), the blue light emitted by the
本実施形態の第2ダイクロイックミラー402は、第1ダイクロイックミラー401と同様に、図14(a)に示された光学特性を備えており、赤色光(R光)は反射し、青色光(B光)や緑色光(G光)は透過する光学特性を有している。したがって、第2ダイクロイックミラー402に入射した青色光は、これを透過してZプラス方向に直進し、第3ダイクロイックミラー403に入射する。一方、第2ダイクロイックミラー402に入射した赤色光は、これにより反射されて進行方向がXプラス方向に変更され、第4ダイクロイックミラー404に入射する。
(青色光の出力動作)
Like the first
(Blue light output operation)
まず、第3ダイクロイックミラー403に入射した青色光のふるまいについて説明する。本実施形態の第3ダイクロイックミラー403は、図14(b)に示す光学特性を備えている。同図には参考のために、レーザ光源101Bの青色光(波長が445nm近傍)が点線で示されているが、第3ダイクロイックミラー403は、青色光は反射し、緑色光については透過する光学特性を有している。係る特性の第3ダイクロイックミラー403は、例えば、透明なガラス基板等に誘電体多層膜を蒸着することにより形成することが可能である。
First, the behavior of blue light incident on the third
第3ダイクロイックミラー403に入射した青色光は、凸レンズ105Aと凸レンズ105Bで構成した第1集光レンズ系105(第1集光光学系)に向けて反射される。本実施形においても、第1集光レンズ系105は、第1実施形~第3実施形と同様に作用する。すなわち、青色光は、第1集光レンズ系105の右半分(Z方向プラス側の半分)の領域内を通過して、蛍光ホイール120bに向けて集光される。
The blue light incident on the third
図13(a)に、本実施形態で用いる蛍光ホイール120bの正面図を示す。図示のように、蛍光ホイール120bは、図3(a)に示した実施形態1~実施形態3の蛍光ホイール120aとは構成が異なっている。本実施形態の蛍光ホイール120bでは、周方向に沿って見て概ね9時から4時までの範囲にはG用蛍光体が被覆された蛍光領域PHが、4時から6時までの範囲にはレーザ光源101Bの出力光を反射するための反射領域RLが、6時から概ね9時に範囲には光学的に機能を持たない無機能領域NFが、円周に沿って設けられている。蛍光ホイール120bを回転軸C1を中心に回転することで、蛍光ホイール120b上に集光された青色光は、順次に反射領域RLと蛍光領域PHとを照射することになる。
FIG. 13(a) shows a front view of the
ここで、説明の便宜のため、第1集光レンズ系105の集光位置に、図13(a)に示された蛍光ホイール120bの1時から4時の領域が位置するタイミングをG出力タイミング、4時から6時の領域が位置するタイミングをB出力タイミング、6時から概ね9時の領域が位置するタイミングをR出力タイミング、概ね9時から1時の領域が位置するタイミングをY出力タイミングと呼ぶこととする。G出力タイミングは光源装置400が緑色光を出力するタイミング、B出力タイミングは光源装置400が青色光を出力するタイミング、R出力タイミングは光源装置400が赤色光を出力するタイミング、Y出力タイミングは光源装置400が黄色光を出力するタイミング、に相当する。
Here, for convenience of explanation, the timing at which the 1 o'clock to 4 o'clock region of the
本実施形態では、レーザ光源101Bは、G出力タイミング、B出力タイミング、Y出力タイミングでは点灯して青色光を出力するが、R出力タイミングでは消灯するように制御される。G出力タイミングおよびY出力タイミングでレーザ光源101Bから出力された青色光はG用蛍光体を励起するための励起光として機能し、B出力タイミングで出力された青色光は映像表示に用いる青色光(B色光)として機能する。
In this embodiment, the
B出力タイミングで出力された青色光は、蛍光ホイール120bの反射領域RLにて反射され、図12(a)に示すように、第1集光レンズ系105の左半分の領域、つまり第1集光レンズ系105の光軸OX2よりZマイナス方向側の領域を通過し、平行な光束として第2ダイクロイックミラー402に入射する。第2ダイクロイックミラー402は前述のように青色光を透過させるので、青色光はこれを透過して第4ダイクロイックミラー404に入射する。第4ダイクロイックミラー404は、第1集光レンズ系105の光軸OX2に対して45度傾いて配置されている。
The blue light output at the B output timing is reflected by the reflection area RL of the
図15に、第4ダイクロイックミラー404の光学特性を実線で示す。同図には参考のために、レーザ光源101Bの青色光(波長が445nm近傍)と、レーザ光源101Rの赤色光(波長が635nm近傍)が点線で示されているが、第4ダイクロイックミラー404は、青色光(B光)や赤色光(R光)は透過し、緑色光(G光)は反射する光学特性を有している。係る特性の第4ダイクロイックミラー404は、例えば、透明なガラス基板等に誘電体多層膜を蒸着することにより形成することが可能である。
FIG. 15 shows the optical characteristics of the fourth
図12(a)に戻り、第4ダイクロイックミラー404に入射した青色光はこれを透過して進み、反射素子405に入射する。本実施形態の反射素子405は、青色光および赤色光を反射させる特性を備え、実施形態3で用いた反射素子211bと同様に拡散機能を付与されている。したがって、青色光は反射素子405により反射されて、光束径を拡大しながら第4ダイクロイックミラー404を再度透過して、第2集光レンズ系109に入射する。実施形態3と同様に、青色光は、第2集光レンズ系109により集光されて色選択ホイールに入射する。
Returning to FIG. 12A, the blue light incident on the fourth
本実施形態においても、第2集光レンズ系109とのライトトンネル140の間には、色選択ホイールが配置されているが、本実施形態の色選択ホイール130bは、実施形態1~実施形態3で用いた色選択ホイール130aとは構成が異なっている。
図13(b)に、色選択ホイール130bの正面図を示す。色選択ホイールには、フィルター部と拡散部が設けられている。色選択ホイール130bは、モータに連結されており、モータが回転軸C2を中心に回転するが、色選択ホイール130bは蛍光ホイール120bと同期して回転するように制御される。
Also in this embodiment, a color selection wheel is arranged between the
FIG. 13(b) shows a front view of the
本実施形態の色選択ホイール130bには、G出力タイミングに対応する領域にはG用フィルターが、B出力タイミングに対応する領域にはB用拡散部が、R出力タイミングに対応する領域にはR用拡散部が、Y出力タイミングに対応する領域にはY用フィルターが、それぞれ設けられている。
The
青色光は、B出力タイミングで色選択ホイール130bのB用拡散部に入射するが、実施形態3と同様に、B用拡散部によりライトトンネル140に入射する青色光の角度範囲が適宜調整される。
The blue light is incident on the B diffusion portion of the
(蛍光の出力動作)
次に、蛍光ホイール120bから放射される蛍光のふるまいについて説明する。G出力タイミングおよびY出力タイミングにおいては、レーザ光源101Bが出力する青色光は、励起光として蛍光ホイール120bのG用蛍光体に照射され、G用蛍光体からは緑色の蛍光が広角度に放射される。
(Fluorescence output operation)
Next, the behavior of fluorescence emitted from the
図12(a)では、蛍光の光路を模式的に点線で示しているが、蛍光はランバート発光であるため、蛍光領域PHから大きな角度範囲で第1集光レンズ系105の全体に向けて出射する。すなわち、図6(a)に点線で示すように、蛍光は第1集光レンズ系105のほぼ全域を通過する。第1集光レンズ系105により集光された蛍光はXプラス方向に進む平行な光束となるが、第1集光レンズ系105の光軸OX2よりも左側(Zマイナス方向側)部分を通過した光束は、第2ダイクロイックミラー402に入射し、右側(Zプラス方向側)部分を通過した光束は、第3ダイクロイックミラー403に入射する。第2ダイクロイックミラー402は、図14(a)に示した光学特性を備え、第3ダイクロイックミラー403は、図14(b)に示した光学特性を備えているが、いずれも緑色光を透過させるため、緑色の蛍光はこれを透過して第4ダイクロイックミラー404に入射する。
In FIG. 12A, the optical path of the fluorescence is schematically indicated by a dotted line. Since the fluorescence is Lambertian emission, it is emitted from the fluorescence region PH toward the entire first
第4ダイクロイックミラー404は、図15に示すように、緑色光を反射させる光学特性を備えているため、蛍光は進行方向を90度曲げられて第2集光レンズ系109に向けてZプラス方向に進む。
As shown in FIG. 15, the fourth
G出力タイミングにて第2集光レンズ系109に入射した緑色の蛍光は、色選択ホイール130bのG用フィルターを経由してライトトンネル140の入射口に向けて集光される。
また、Y出力タイミングにて第2集光レンズ系109に入射した緑色の蛍光は、色選択ホイール130bのY用フィルターを経由してライトトンネル140の入射口に向けて集光される。尚、後述するように、Y出力タイミングにおいては、レーザ光源101Rは赤色光を出力するように制御されている。したがって、Y出力タイミングにおいては、緑色の蛍光は、赤色光が重畳されて黄色光となって第2集光レンズ系109に入射し、Y用フィルターを経由してライトトンネル140の入射口に向けて集光されると言い換えることもできる。
The green fluorescence incident on the second
Also, the green fluorescence incident on the second
(赤色光の出力動作)
次に、レーザ光源101Rから出力される赤光レーザ光のふるまいについて説明する。レーザ光源101Rは、R出力タイミングおよびY出力タイミングにおいて赤色レーザ光を出力するように制御される。
(Red light output operation)
Next, the behavior of the red laser light output from the
レーザ光源101Rから出力された赤色レーザ光は、Xマイナス方向に進み、第1ダイクロイックミラー401に入射するが、第1ダイクロイックミラー401は図14(a)に示す光学特性を備えているため、赤色光は反射されて90度進行方向が曲げられ、Zプラス方向に進む。第1ダイクロイックミラー401に反射された赤色光の光束が、レーザ光源101Bから出力されて第1ダイクロイックミラー401を透過する青色光の光束と、同軸かつ同径になるように、各光学要素は配置されている。
The red laser light output from the
Zプラス方向に進む赤色光は、第2ダイクロイックミラー402に入射するが、第2ダイクロイックミラー402は図14(a)に示す光学特性を備えているため、赤色光は反射されて90度進行方向が曲げられ、Xプラス方向に進む。
The red light traveling in the Z-plus direction is incident on the second
Xプラス方向に進む赤色光は、第4ダイクロイックミラー404に入射するが、第4ダイクロイックミラー404は図15に示す光学特性を備えているため、赤色光は透過して反射素子405に入射する。
The red light traveling in the X-plus direction is incident on the fourth
既に述べたように、反射素子405は、青色光および赤色光を反射させる特性を備え、実施形態3で用いた反射素子211bと同様に拡散機能を付与されている。したがって、赤色光は反射素子405により反射されて、光束径を拡大しながら第4ダイクロイックミラー404を再度透過して、第2集光レンズ系109に入射する。青色光と同様に、赤色光は、第2集光レンズ系109により集光されて色選択ホイールに入射する。
As already described, the
R出力タイミングにて第2集光レンズ系109に入射した赤色光は、色選択ホイール130bのR用拡散部を経由してライトトンネル140の入射口に向けて集光される。また、Y出力タイミングにて第2集光レンズ系109に入射した赤色光は、色選択ホイール130bのY用フィルターを経由してライトトンネル140の入射口に向けて集光される。
The red light incident on the second
本実施形態によれば、ライトトンネル140に入射する青色光と赤色光の角度範囲を、色選択ホイール130bだけで制御するのではなく、反射素子405の拡散機能との相乗効果により制御することが出来る。それにより、色選択ホイール130bの制御設定角1/e2を過度に大きくする必要がなくなり、画面内色むらの抑制と光利用率確保を高いレベルでバランスさせることが可能となる。
According to this embodiment, the angular range of blue light and red light incident on the
また、本実施形態では、赤色のレーザ光源の出力光を表示用の照明光として用いるため、実施形態3と同様の効果を得られることに加え、赤色光の色純度の向上と色バランスの画面内均一性を、さらに高めることができる。 In addition, in this embodiment, since the output light of the red laser light source is used as the illumination light for display, the same effect as in the third embodiment can be obtained, and in addition, the color purity of the red light is improved and the color balance of the screen is improved. Internal uniformity can be further enhanced.
[実施形態5]
図16(a)は、実施形態5に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態5には、実施形態1~実施形態3、あるいは実施形態4に対して共通する部分と異なる部分とが存在しているが、共通する部分については説明を簡略化ないし省略する。
[Embodiment 5]
FIG. 16A is a diagram showing a schematic configuration of an optical system of a light source device according to
Although the fifth embodiment has common parts and different parts with the first to third or fourth embodiments, the explanation of the common parts will be simplified or omitted.
(光源装置の構成)
本実施形態の光源装置500は、レーザ光源501と、凸レンズ502と凹レンズ503とで構成されるコリメート光学系504と、第2ダイクロイックミラー402と、第3ダイクロイックミラー403と、凸レンズ105Aと凸レンズ105Bとで構成される第1集光レンズ系105(第1集光光学系)と、蛍光ホイール120bと、第4ダイクロイックミラー404と、反射素子405と、第2集光レンズ系109(第2集光光学系)と、色選択ホイール130bと、ライトトンネル140を備えている。
(Configuration of light source device)
A
実施形態5は実施形態4の変形例であり、実施形態4が備えているレーザ光源101B、レーザ光源101R、第1ダイクロイックミラー401の代わりに、レーザ光源501とコリメート光学系504(凸レンズ502、凹レンズ503)を備えている。これら以外の構成要素については、実施形態4で用いたのと同一のものを用いることが出来る。
本実施形態のレーザ光源501は、図16(b)に示すように、青色半導体レーザ102Bとコリメートレンズ103の対と、赤色半導体レーザ102Rとコリメートレンズ103の対とが、XY面内で交互にアレイ状に配置されており、青色と赤色の光束をZプラス方向に出射する。なお、コリメートレンズ103は、半導体レーザを実装するパッケージと一体型でも良く、また、別体としても良い。別体とする場合には、アレイ状に配置された半導体レーザの直後にレンズアレイを独立に配置して光源モジュールを構成することができる。尚、図16(b)には、青色半導体レーザ102Bと赤色半導体レーザ102Rを8素子づつ備えた4×4の半導体レーザアレイが示されているが、半導体レーザアレイの構成はこの例に限られるものではない。
In the
実施形態4では、レーザ光源101Bとレーザ光源101Rを、互いの光軸が直交するように配置し、両方のレーザ光源から出力される光束を、第1ダイクロイックミラー401を用いて互いに光路が重なるように合成していた。これに対して、本実施形態では、青色半導体レーザ102Bと赤色半導体レーザ102Rを、XY面内で交互にモザイク状に2次元配置したレーザ光源501を用いることにより、第1ダイクロイックミラー401を用いた光路合成が不要な構成としている。レーザ光源501においては、青色半導体レーザ102Bと赤色半導体レーザ102Rは互いに独立に駆動できるように構成されているため、青色半導体レーザ102Bのみ点灯、赤色半導体レーザ102Rのみ点灯、青色半導体レーザ102Bと赤色半導体レーザ102Rの両方を同時点灯、青色半導体レーザ102Bと赤色半導体レーザ102Rの両方を消灯、を適宜に行うことが出来る。
In the fourth embodiment, the
光源装置500が緑色光を出力するタイミングをG出力タイミングと、青色光を出力するタイミングをB出力タイミングと、赤色光を出力するタイミングをR出力タイミングと、黄色光を出力するタイミングをY出力タイミングと呼ぶとすれば、レーザ光源501は、B出力タイミングとG出力タイミングでは青色半導体レーザ102Bのみを点灯し、R出力タイミングでは赤色半導体レーザ102Rのみを点灯し、Y出力タイミングでは青色半導体レーザ102Bと赤色半導体レーザ102Rの両方を点灯する。
The timing at which the
光源装置500の発光面は、青色半導体レーザ102Bと赤色半導体レーザ102Rとが2次元配置されているため全体として面積が大きくなり、実施形態4よりも出力光の光束径が大きくなる。そこで、本実施形態では、コリメート光学系504を用いて、光源装置500が出力する光を、より光束径が縮小された平行光に変換する。尚、図16では、コリメート光学系504は、凸レンズ502と凹レンズ503の各1枚により構成されるように模式的に表されているが、コリメート光学系504のレンズ構成はこの例に限られるわけではなく、適宜変更することが可能である。
コリメート光学系504を通過して以降の青色レーザ光および赤色レーザ光のふるまい、および蛍光ホイールから放射される蛍光のふるまいは、個別に見れば実施形態4と同様であるので説明を省略する。
Since the
The behavior of the blue laser light and the red laser light after passing through the collimating
本実施形態によれば、ライトトンネル140に入射する青色光と赤色光の角度範囲を、色選択ホイール130bだけで制御するのではなく、反射素子405の拡散機能との相乗効果により制御することが出来る。それにより、色選択ホイール130bの制御設定角1/e2を過度に大きくする必要がなくなり、画面内色むらの抑制と光利用率確保を高いレベルでバランスさせることが可能となる。
According to this embodiment, the angular range of blue light and red light incident on the
また、本実施形態では、実施形態4と同様に表示用の赤色光の色純度を高めることができる。また、赤色光と青色光を同一面から同一方向に出射する構成のため、赤色レーザ光源と青色レーザ光源を光軸が直交するように配置した実施形態4よりも、光路空間(装置占有空間)をコンパクトにすることが可能である。 Further, in the present embodiment, the color purity of the red light for display can be increased as in the fourth embodiment. In addition, since the red light and the blue light are emitted from the same plane in the same direction, the optical path space (the space occupied by the device) is smaller than that of the fourth embodiment in which the red laser light source and the blue laser light source are arranged so that the optical axes are perpendicular to each other. can be made compact.
[実施形態6]
図17は、実施形態6に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。投射型表示装置1000は、光源装置300、照明レンズ150、プリズム171、プリズム172、光変調デバイス160(光変調素子)、投射レンズ180、および投映スクリーン190を備えている。
[Embodiment 6]
17 is a diagram showing a schematic configuration of an optical system of a projection display device according to Embodiment 6. FIG. For convenience of explanation, the diagram omits the mechanical mechanism for installing the optical element, the housing, the electrical wiring, and the like. The
光源装置300は、前述した実施形態3に係る光源装置であり、青色光(B色光)、緑色光(G色光)、赤色光(R色光)、黄色光(Y色光)を、画像の表示レートに合わせて時分割して出射する。
The
照明レンズ150は、光源装置300のライトトンネル140から出力された光を、光変調デバイス160を照明するのに適した光束に整形するレンズである。単数もしくは複数のレンズで構成される。
The
プリズム171とプリズム172は、合わせてTIRプリズム(内部全反射プリズム)を構成している。TIRプリズムは、照明光を内部全反射させて、光変調デバイス160に所定の角度で入射させ、光変調デバイス160で変調された反射光を投射レンズ180に向けて透過させる。
The
光変調デバイス160は、例えばマイクロミラーデバイスをアレイ状に設けたDMDが用いられる。各表示画素に対応するマイクロミラーは、映像信号の輝度レベルに応じて、パルス幅変調により反射方向が変更されるように駆動される。ただし、反射型液晶デバイスのような、別種の反射型光変調デバイスを用いることも可能である。
A DMD having an array of micromirror devices, for example, is used as the
光変調デバイス160は、光源装置300からの照明光の色の切り替えに同期させて、マイクロミラーデバイスを映像信号の各色成分の輝度レベルに応じて駆動して、映像光をプリズム171に向けて所定角度で反射する。映像光は、プリズム171およびプリズム172を透過して、投射レンズ180に導かれ、カラー映像として投射される。投射レンズ180は、単数もしくは複数のレンズで構成され、自動焦点調節機能やズーム機能を備えることもできる。
The
投映スクリーン190は、リヤプロジェクション型の表示装置を構成する場合に用いられる。また、フロントプロジェクション型の場合にも設置されることが多いが、ユーザが任意の壁面などに投射する場合には、必ずしも設置する必要はない。
The
本実施形態によれば、高効率で色バランスの画面内均一性が優れた小型な光源装置を用いてプロジェクタを構成することにより、小型で、光利用率が高く、色バランスに優れた投射型表示装置を提供することができる。 According to the present embodiment, the projector is configured using a compact light source device that is highly efficient and has excellent in-screen uniformity of color balance. A display device can be provided.
[その他の実施形態]
本発明の実施は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形や組み合わせが可能である。
例えば、実施形態2で説明した第1ダイクロイックミラー201bのように、ダイクロイックミラーの側面を第1集光レンズ系の光軸OX2と平行にすることにより側面で発生する蛍光の損失を抑制する方法は、他の実施形態の任意のダイクロイックミラーに適用することが出来る。
[Other embodiments]
Implementation of the present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications and combinations are possible within the technical concept of the present invention.
For example, as with the first
また、実施形態4や実施形態5においては、実施形態1のように拡散機能を有さない平坦面の反射素子とし、色選択ホイールの拡散機能だけでライトトンネル140の入射口に入射するレーザ光の入射角度分布(集束角度)を制御してもよい。
Further, in
また、実施形態6では、実施形態3の光源装置300を用いて投射型表示装置を構成したが、他の実施形態の光源装置を用いて投射型表示装置を構成してもよいことは言うまでもない。
Further, in the sixth embodiment, the
また、半導体レーザの発光波長(中心波長)や、蛍光体の発光波長は、必ずしも実施形態で例示した通りでなくてもよい。選択した発光波長に応じて、ダイクロイックミラーのカットオフ波長を適宜設定すればよい。 Also, the emission wavelength (center wavelength) of the semiconductor laser and the emission wavelength of the phosphor may not necessarily be as exemplified in the embodiments. The cutoff wavelength of the dichroic mirror may be appropriately set according to the selected emission wavelength.
100・・・光源装置/101B、101R・・・レーザ光源/102・・・青色半導体レーザ/102R・・・赤色半導体レーザ/103・・・コリメートレンズ/104・・・コリメートレンズ系/105・・・第1集光レンズ系/105A、105B・・・凸レンズ/109・・・第2集光レンズ系/120a、120b・・・蛍光ホイール/130a、130b・・・色選択ホイール/140・・・ライトトンネル/150・・・照明レンズ/160・・・光変調デバイス/171・・・プリズム/172・・・プリズム/180・・・投射レンズ/190・・・投映スクリーン/200・・・光源装置/201a、201b・・・第1ダイクロイックミラー/202a・・・第2ダイクロイックミラー/211、211b・・・反射素子/300・・・光源装置/400・・・光源装置/401・・・第1ダイクロイックミラー/402・・・第2ダイクロイックミラー/403・・・第3ダイクロイックミラー/404・・・第4ダイクロイックミラー/405・・・反射素子/500・・・光源装置/501・・・レーザ光源/502・・・凸レンズ/503・・・凹レンズ/504・・・コリメート光学系/1000・・・投射型表示装置/PH・・・蛍光領域/RL・・・反射領域 100 Light source device/101B, 101R Laser light source/102 Blue semiconductor laser/102R Red semiconductor laser/103 Collimating lens/104 Collimating lens system/105 First condenser lens system/105A, 105B Convex lens/109 Second condenser lens system/120a, 120b Fluorescence wheel/130a, 130b Color selection wheel/140 Light tunnel/150... Illumination lens/160... Light modulation device/171... Prism/172... Prism/180... Projection lens/190... Projection screen/200... Light source device /201a, 201b... First dichroic mirror/202a... Second dichroic mirror/211, 211b... Reflective element/300... Light source device/400... Light source device/401... First Dichroic mirror/402 Second dichroic mirror/403 Third dichroic mirror/404 Fourth dichroic mirror/405 Reflective element/500 Light source device/501 Laser light source /502... Convex lens/503... Concave lens/504... Collimating optical system/1000... Projection type display device/PH... Fluorescence area/RL... Reflection area
Claims (8)
前記所定の波長域の光を反射し、蛍光を透過させる特性を備え、前記レーザ光源の光軸上に配置された第1ダイクロイックミラーと、
第1集光光学系と、
前記所定の波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記所定の波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、
前記所定の波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射する特性を備えた第2ダイクロイックミラーと、
前記所定の波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記所定の波長域の光の光軸が、前記第2ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、
第2集光光学系と、
前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、
前記第1ダイクロイックミラーは、前記レーザ光源が発した前記所定の波長域の光を前記第1集光光学系の一部分に向けて反射させるように配置され、
前記第1ダイクロイックミラーにより反射された前記所定の波長域の光は、前記第1集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第1集光光学系の前記一部分により集光され、前記第1ダイクロイックミラーを透過して前記第2ダイクロイックミラーに入射し、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第1集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第2ダイクロイックミラーに入射し、
前記反射領域で反射された前記所定の波長域の光は、前記第1集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光されて前記第2ダイクロイックミラーに入射し、
前記第2ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の一部および前記蛍光の他の一部は、所定方向に反射され、
前記第2ダイクロイックミラーに入射した前記所定の波長域の光は、透過して前記反射素子に入射し、前記反射素子により前記所定方向に反射されて前記第2ダイクロイックミラーに入射してこれを再度透過し、
前記第2ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第2ダイクロイックミラーを再度透過した前記所定の波長域の光は、前記第2集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、
前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記所定の波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、
ことを特徴とする光源装置。 a laser light source that outputs light in a predetermined wavelength range;
a first dichroic mirror having characteristics of reflecting light in the predetermined wavelength range and transmitting fluorescence, and arranged on the optical axis of the laser light source;
a first condensing optical system;
a rotatable fluorescent wheel comprising a fluorescent region that emits fluorescence when irradiated with light in the predetermined wavelength range, and a reflective region that reflects the light in the predetermined wavelength range;
a second dichroic mirror having characteristics of transmitting light in the predetermined wavelength range and reflecting the fluorescence;
It has a property of reflecting light in the predetermined wavelength range, and is arranged so that the optical axis of the reflected light in the predetermined wavelength range overlaps with the optical axis of the fluorescence reflected by the second dichroic mirror. a reflective element;
a second condensing optical system;
a color selection wheel rotatable in synchronization with the fluorescent wheel and comprising a color filter and a diffuser;
The first dichroic mirror is arranged to reflect the light in the predetermined wavelength range emitted by the laser light source toward a part of the first light collecting optical system,
the light in the predetermined wavelength range reflected by the first dichroic mirror is condensed onto the fluorescent region or the reflective region of the fluorescent wheel by the part of the first light collecting optical system;
a portion of the fluorescence emitted by the fluorescent region is collected by the portion of the first collection optical system, transmitted through the first dichroic mirror, and incident on the second dichroic mirror;
Another portion of the fluorescence emitted by the fluorescent region is collected by a portion different from the portion of the first light collecting optical system and enters the second dichroic mirror;
the light in the predetermined wavelength range reflected by the reflection area is condensed by a portion different from the portion of the first condensing optical system and enters the second dichroic mirror;
A part of the fluorescence incident on the second dichroic mirror and another part of the fluorescence are reflected in a predetermined direction,
The light in the predetermined wavelength range incident on the second dichroic mirror is transmitted and incident on the reflective element, reflected by the reflective element in the predetermined direction, incident on the second dichroic mirror, and reflected again. penetrate,
The fluorescence reflected by the second dichroic mirror and the light in the predetermined wavelength range transmitted again through the second dichroic mirror are condensed toward the color selection wheel by the second condensing optical system,
The color selection wheel filters the fluorescence with the color filter, diffuses the light in the predetermined wavelength range with the diffusion unit, and outputs it.
A light source device characterized by:
前記第1ダイクロイックミラーは、前記第1集光光学系の光軸と平行な側面を有する、
ことを特徴とする光源装置。 In the light source device according to claim 1,
The first dichroic mirror has a side surface parallel to the optical axis of the first condensing optical system,
A light source device characterized by:
前記反射素子は、拡散機能を有する反射面を備える、
ことを特徴とする光源装置。 The light source device according to claim 1 or 2,
The reflective element has a reflective surface with a diffusion function,
A light source device characterized by:
第2波長域の光を出力する第2レーザ光源と、
前記第1波長域の光を透過させ、前記第2波長域の光を反射する特性を有し、一方の光学面が前記第1レーザ光源の光軸上に配置され、他方の光学面が前記第2レーザ光源の光軸上に配置された第1ダイクロイックミラーと、
前記第1波長域の光および蛍光を透過させ、前記第2波長域の光を反射する特性を有し、前記第1レーザ光源の光軸上に前記第1ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第2ダイクロイックミラーと、
前記第1波長域の光を反射し、前記蛍光を透過させる特性を有し、前記第1レーザ光源の光軸上に前記第2ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第3ダイクロイックミラーと、
第1集光光学系と、
前記第1波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記第1波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、
前記第1波長域の光および前記第2波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射させる特性を備えた第4ダイクロイックミラーと、
前記第1波長域の光および前記第2波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記第1波長域の光の光軸および反射させた前記第2波長域の光の光軸が、前記第4ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、
第2集光光学系と、
前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、
前記第1ダイクロイックミラーは、前記第1レーザ光源が発する前記第1波長域の光を前記第2ダイクロイックミラーに向けて透過させ、前記第2レーザ光源が発する前記第2波長域の光を前記第2ダイクロイックミラーに向けて反射させるように配置されており、
前記第1レーザ光源が発する前記第1波長域の光は、前記第1ダイクロイックミラーおよび前記第2ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記第3ダイクロイックミラーにより前記第1集光光学系の一部分に向けて反射され、前記第1集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第1集光光学系の前記一部分により集光され、前記第3ダイクロイックミラーを透過して前記第4ダイクロイックミラーに入射し、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第1集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第2ダイクロイックミラーを透過して前記第4ダイクロイックミラーに入射し、
前記第4ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の前記一部および前記他の一部は、前記第4ダイクロイックミラーにより所定方向に反射され、
前記反射領域で反射された前記第1波長域の光は、前記第1集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第2ダイクロイックミラーおよび前記第4ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第4ダイクロイックミラーを再度透過し、
前記第2レーザ光源が発する前記第2波長域の光は、前記第1ダイクロイックミラーおよび前記第2ダイクロイックミラーにて順に反射され、前記第4ダイクロイックミラーを透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第4ダイクロイックミラーを再度透過し、
前記第4ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第4ダイクロイックミラーを再度透過した前記第1波長域の光および前記第2波長域の光は、前記第2集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、
前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記第1波長域の光および前記第2波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、
ことを特徴とする光源装置。 a first laser light source that outputs light in a first wavelength band;
a second laser light source that outputs light in a second wavelength region;
It has characteristics of transmitting light in the first wavelength band and reflecting light in the second wavelength band, one optical surface being arranged on the optical axis of the first laser light source, and the other optical surface being the a first dichroic mirror arranged on the optical axis of the second laser light source;
It has characteristics of transmitting light and fluorescence in the first wavelength range and reflecting light in the second wavelength range, and is disposed forward of the first dichroic mirror on the optical axis of the first laser light source. a second dichroic mirror;
a third dichroic mirror having characteristics of reflecting the light in the first wavelength band and transmitting the fluorescence, and arranged in front of the second dichroic mirror on the optical axis of the first laser light source;
a first condensing optical system;
a rotatable fluorescent wheel comprising a fluorescent region that emits fluorescence when irradiated with light in the first wavelength band and a reflective region that reflects light in the first wavelength band;
a fourth dichroic mirror having characteristics of transmitting the light in the first wavelength range and the light in the second wavelength range and reflecting the fluorescence;
The optical axis of the reflected light in the first wavelength band and the optical axis of the reflected light in the second wavelength band have the property of reflecting the light in the first wavelength band and the light in the second wavelength band. , a reflecting element arranged so as to overlap the optical axis of the fluorescence reflected by the fourth dichroic mirror;
a second condensing optical system;
a color selection wheel rotatable in synchronization with the fluorescent wheel and comprising a color filter and a diffuser;
The first dichroic mirror transmits light in the first wavelength band emitted by the first laser light source toward the second dichroic mirror, and transmits light in the second wavelength band emitted by the second laser light source to the second dichroic mirror. 2 It is arranged to reflect toward the dichroic mirror,
The light in the first wavelength region emitted by the first laser light source passes through the first dichroic mirror and the second dichroic mirror in this order, and then passes through the third dichroic mirror to a part of the first focusing optical system. reflected toward and focused by the portion of the first collection optics onto the fluorescent or reflective area of the fluorescent wheel;
part of the fluorescence emitted by the fluorescent region is collected by the part of the first collection optical system, transmitted through the third dichroic mirror and incident on the fourth dichroic mirror;
Another portion of the fluorescence emitted by the fluorescent region is collected by a portion different from the portion of the first light collecting optical system, transmitted through the second dichroic mirror, and incident on the fourth dichroic mirror. death,
the part and the other part of the fluorescence incident on the fourth dichroic mirror are reflected in a predetermined direction by the fourth dichroic mirror;
The light in the first wavelength band reflected by the reflective region is collected by a portion different from the portion of the first light collecting optical system and transmitted through the second dichroic mirror and the fourth dichroic mirror in this order. After that, it is reflected in the predetermined direction by the reflective element and is transmitted through the fourth dichroic mirror again,
The light in the second wavelength range emitted by the second laser light source is sequentially reflected by the first dichroic mirror and the second dichroic mirror, and after passing through the fourth dichroic mirror, is reflected by the reflecting element in the predetermined direction. reflected by and transmitted through the fourth dichroic mirror again,
The fluorescence reflected by the fourth dichroic mirror, and the light in the first wavelength region and the light in the second wavelength region transmitted again through the fourth dichroic mirror are selected by the second light collection optical system. focused towards the wheel,
The color selection wheel filters the fluorescence with the color filter, diffuses the light in the first wavelength band and the light in the second wavelength band with the diffusion unit, and outputs the light.
A light source device characterized by:
前記レーザ光源の出力光の光束径を縮小するコリメート光学系と、
前記第1波長域の光および蛍光を透過させ、前記第2波長域の光を反射する特性を有し、前記レーザ光源の光軸上に前記コリメート光学系よりも前方に配置された第2ダイクロイックミラーと、
前記第1波長域の光を反射し、前記蛍光を透過させる特性を有し、前記レーザ光源の光軸上に前記第2ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第3ダイクロイックミラーと、
第1集光光学系と、
前記第1波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記第1波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、
前記第1波長域の光および前記第2波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射させる特性を備えた第4ダイクロイックミラーと、
前記第1波長域の光および前記第2波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記第1波長域の光の光軸および反射させた前記第2波長域の光の光軸が、前記第4ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、
第2集光光学系と、
前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、
前記第2ダイクロイックミラーは、前記レーザ光源が発する前記第2波長域の光を前記第4ダイクロイックミラーに向けて反射させるように配置されており、
前記レーザ光源が発する前記第1波長域の光は、前記第2ダイクロイックミラーを透過した後、前記第3ダイクロイックミラーにより前記第1集光光学系の一部分に向けて反射され、前記第1集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第1集光光学系の前記一部分により集光され、前記第3ダイクロイックミラーを透過して前記第4ダイクロイックミラーに入射し、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第1集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第2ダイクロイックミラーを透過して前記第4ダイクロイックミラーに入射し、
前記第4ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の前記一部および前記蛍光の前記他の一部は、前記第4ダイクロイックミラーにより所定方向に反射され、
前記反射領域で反射された前記第1波長域の光は、前記第1集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第2ダイクロイックミラーおよび前記第4ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第4ダイクロイックミラーを再度透過し、
前記レーザ光源が発する前記第2波長域の光は、前記第2ダイクロイックミラーにて反射され、前記第4ダイクロイックミラーを透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第4ダイクロイックミラーを再度透過し、
前記第4ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第4ダイクロイックミラーを再度透過した前記第1波長域の光および前記第2波長域の光は、前記第2集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、
前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記第1波長域の光および前記第2波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、
ことを特徴とする光源装置。 a laser light source that outputs light in the first wavelength region and light in the second wavelength region;
a collimating optical system that reduces a beam diameter of output light from the laser light source;
A second dichroic having characteristics of transmitting light in the first wavelength band and fluorescence and reflecting light in the second wavelength band and arranged on the optical axis of the laser light source ahead of the collimating optical system. with a mirror
a third dichroic mirror having characteristics of reflecting the light in the first wavelength band and transmitting the fluorescence, and arranged in front of the second dichroic mirror on the optical axis of the laser light source;
a first condensing optical system;
a rotatable fluorescent wheel comprising a fluorescent region that emits fluorescence when irradiated with light in the first wavelength band and a reflective region that reflects light in the first wavelength band;
a fourth dichroic mirror having characteristics of transmitting the light in the first wavelength range and the light in the second wavelength range and reflecting the fluorescence;
The optical axis of the reflected light in the first wavelength band and the optical axis of the reflected light in the second wavelength band have the property of reflecting the light in the first wavelength band and the light in the second wavelength band. , a reflecting element arranged so as to overlap the optical axis of the fluorescence reflected by the fourth dichroic mirror;
a second condensing optical system;
a color selection wheel rotatable in synchronization with the fluorescent wheel and comprising a color filter and a diffuser;
The second dichroic mirror is arranged to reflect the light in the second wavelength band emitted by the laser light source toward the fourth dichroic mirror,
The light in the first wavelength region emitted by the laser light source is reflected by the third dichroic mirror toward a part of the first light collecting optical system after passing through the second dichroic mirror, and the first light collecting light focused by the portion of the optical system onto the fluorescent area or the reflective area of the fluorescent wheel;
part of the fluorescence emitted by the fluorescent region is collected by the part of the first collection optical system, transmitted through the third dichroic mirror and incident on the fourth dichroic mirror;
Another portion of the fluorescence emitted by the fluorescent region is collected by a portion different from the portion of the first light collecting optical system, transmitted through the second dichroic mirror, and incident on the fourth dichroic mirror. death,
the portion of the fluorescence incident on the fourth dichroic mirror and the other portion of the fluorescence are reflected in a predetermined direction by the fourth dichroic mirror;
The light in the first wavelength band reflected by the reflective region is collected by a portion different from the portion of the first light collecting optical system and transmitted through the second dichroic mirror and the fourth dichroic mirror in this order. After that, it is reflected in the predetermined direction by the reflective element and is transmitted through the fourth dichroic mirror again,
The light in the second wavelength region emitted by the laser light source is reflected by the second dichroic mirror, transmitted through the fourth dichroic mirror, then reflected in the predetermined direction by the reflecting element, and is reflected by the fourth dichroic mirror. is passed through again, and
The fluorescence reflected by the fourth dichroic mirror, and the light in the first wavelength region and the light in the second wavelength region transmitted again through the fourth dichroic mirror are selected by the second light collection optical system. focused towards the wheel,
The color selection wheel filters the fluorescence with the color filter, diffuses the light in the first wavelength band and the light in the second wavelength band with the diffusion unit, and outputs the light.
A light source device characterized by:
前記第2ダイクロイックミラー、および/または前記第3ダイクロイックミラーは、前記第1集光光学系の光軸と平行な側面を有する、
ことを特徴とする光源装置。 In the light source device according to claim 4 or 5,
The second dichroic mirror and/or the third dichroic mirror has a side surface parallel to the optical axis of the first light collecting optical system,
A light source device characterized by:
前記反射素子は、拡散機能を有する反射面を備える、
ことを特徴とする光源装置。 The light source device according to any one of claims 4 to 6,
The reflective element has a reflective surface with a diffusion function,
A light source device characterized by:
光変調素子と、投射レンズと、を備える、
ことを特徴とする投射型表示装置。 a light source device according to any one of claims 1 to 7;
comprising a light modulation element and a projection lens,
A projection display device characterized by:
Priority Applications (2)
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