JP5423442B2 - 照明装置及びプロジェクター - Google Patents
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また、本発明の照明装置によれば、照明光を第1固体光源装置と第2固体光源装置とを用いて発生させているため、各色光ごとに別個の固体光源装置を備える照明装置よりも照明光の色バランスを安定させることが可能となる。
その結果、本発明の照明装置は、1つの固体光源装置を備える照明装置よりも照明光を明るくすることが可能で、かつ、各色光ごとに別個の固体光源装置を備える照明装置よりも照明光の色バランスを安定させることが可能な照明装置となる。
なお、第2固体光源装置から射出される蛍光のうち第1固体光源装置に入射する蛍光は他方の偏光からなる光であるが、第1蛍光層は当該第1蛍光層中を通過する光をある程度散乱・屈折させる性質を有するため、第2固体光源装置から射出される蛍光のうち第1固体光源装置に入射する蛍光の一部は一方の光に変換され、偏光分離面を通過して射出面から射出される。
図1は、実施形態1に係るプロジェクター1000の光学系を示す上面図である。
図2は、実施形態1における第1固体光源装置20の断面図である。
図3は、実施形態1における第1固体光源24及び第1蛍光層26の発光特性を示すグラフである。図3(a)は第1固体光源24の発光特性を示すグラフであり、図3(b)は第1蛍光層26の発光特性を示すグラフである。発光特性とは、固体光源であれば電圧を印加したときに、蛍光層であれば励起光が入射したときに、どのような波長の光をどの位の強度で射出するのかという特性のことをいう。グラフの縦軸は相対発光強度を表し、発光強度が最も強い波長における発光強度を1としている。グラフの横軸は、波長を表す。
図4は、実施形態1における第2固体光源装置60の断面図である。
図5は、実施形態1における第2固体光源64及び第2蛍光層66の発光特性を示すグラフである。図5(a)は第2固体光源64の発光特性を示すグラフであり、図5(b)は第2蛍光層66の発光特性を示すグラフである。
図6は、実施形態1に係る照明装置100における光の軌跡を説明するために示す図である。図6(a)は第1固体光源装置20から射出された光の軌跡を示す図であり、図6(b)は第2固体光源装置60から射出された光の軌跡を示す図である。なお、図6(a)で実線矢印で示すのは第1固体光源装置20から射出された光の軌跡であり、破線矢印で示すのは第1固体光源装置20から射出され、第2固体光源装置60に入射した後に第2固体光源装置60から射出される光(以下、第2固体光源装置60から射出された第1固体光源装置20由来の光という)の軌跡である。図8(a)及び図12(a)においても同様である。
第1固体光源24は、第1励起光として青色光(発光強度のピーク:約460nm、図3(a)参照。)を射出する。図3(a)において、符号Bで示すのは、第1固体光源24が第1励起光(青色光)として射出する色光成分である。
第1固体光源24と基台22との間には反射層(図示せず。)が形成されており、第1固体光源24から基台22側へ射出された青色光、後述する蛍光及び後述する第2固体光源装置60からの光は、当該反射層によって第1固体光源装置20が光を射出する方向へ向けて反射される。
封止部材28は、透明な樹脂からなり、第1固体光源24及び第1蛍光層26を保護する。透明な樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂や、シリコーン系樹脂を用いることができる。
第2固体光源64は、第1蛍光層26が蛍光(赤色光及び緑色光)に変換することが可能な第2励起光として青色光を射出する。
第2蛍光層66は、第2励起光(青色光)の一部を蛍光に変換して射出する。
基台62は基台32と同様の構成を有し、第2固体光源64は第1固体光源24と同様の構成を有し、第2蛍光層66は第1蛍光層26と同様の構成を有し、封止部材68は封止部材28と同様の構成を有するため、詳しい説明を省略する。
p偏光からなる光は、偏光分離面42を通過した後に所定の面s1に対向する射出面s4から射出される。
s偏光からなる光は、偏光分離面42で反射され、第2コリメート光学系70を介して第2固体光源装置60に入射する。第2固体光源装置60に入射したs偏光からなる光のうち青色光は、大部分が第2蛍光層66において赤色光及び緑色光に変換された上で第2固体光源装置60から射出され、残りの一部が第2蛍光層66においてp偏光とs偏光とが混在する光に変換された上で第2固体光源装置60から射出される。第2固体光源装置60に入射したs偏光からなる光のうち赤色光及び緑色光は、第2蛍光層66においてp偏光とs偏光とが混在する光に変換された上で第2固体光源装置60から射出される。
第2固体光源装置60から射出された第1固体光源装置20由来の光のうちp偏光からなる光は、偏光分離面42を通過した後に反射ミラー80により反射され、再び偏光分離面42を通過した後、第2コリメート光学系70を介して第2固体光源装置60に再び入射する。青色光の大部分が赤色光及び緑色光に変換された上で第2固体光源装置60から射出され、青色光の残りの一部並びに赤色光及び緑色光がp偏光とs偏光とが混在する光に再び変換された上で第2固体光源装置60から射出される。
s偏光からなる光は、偏光分離面42で反射され、第1コリメート光学系30を介して第1固体光源装置20に入射する。第1固体光源装置20に入射したs偏光からなる光のうち青色光は、大部分が第1蛍光層26において赤色光及び緑色光に変換された上で第1固体光源装置20から射出され、残りの一部が第1蛍光層26においてp偏光とs偏光とが混在する光に変換された上で第1固体光源装置20から射出される。第1固体光源装置20に入射したs偏光からなる光のうち赤色光及び緑色光は、第1蛍光層26においてp偏光とs偏光とが混在する光に変換された上で第1固体光源装置20から射出される。なお、射出された光におけるその後の軌跡は、第1固体光源装置20から射出された光の軌跡(図6(a)参照。)と同様の軌跡となる。
p偏光からなる光は、偏光分離面42を通過した後に反射ミラー80により反射され、再び偏光分離面42を通過し、第2コリメート光学系70を介して第2固体光源装置60に入射する。青色光の大部分が赤色光及び緑色光に変換された上で第2固体光源装置60から射出され、青色光の残りの一部並びに赤色光及び緑色光がp偏光とs偏光とが混在する光に再び変換された上で第2固体光源装置60から射出される。
色分離導光光学系200と、液晶光変調装置400R,400G,400Bとの間には、集光レンズ300R,300G,300Bが配置されている。
ダイクロイックミラー210は、赤色光成分を反射して、緑色光及び青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
ダイクロイックミラー220は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。
反射ミラー230は、赤色光成分を反射する反射ミラーである。
反射ミラー240,250は青色光成分を反射する反射ミラーである。
ダイクロイックミラー210を通過した緑色光は、ダイクロイックミラー220で反射され、集光レンズ300Gを通過して緑色光用の液晶光変調装置400Gの画像形成領域に入射する。
ダイクロイックミラー220を通過した青色光は、リレーレンズ260、入射側の反射ミラー240、リレーレンズ270、射出側の反射ミラー250、集光レンズ300Bを経て青色光用の液晶光変調装置400Bの画像形成領域に入射する。リレーレンズ260,270及び反射ミラー240,250は、ダイクロイックミラー220を透過した青色光成分を液晶光変調装置400Bまで導く機能を有する。
液晶光変調装置400R,400G,400Bは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板から射出された1種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
また、実施形態1に係る照明装置100によれば、照明光を第1固体光源装置20と第2固体光源装置60とを用いて発生させているため、各色光ごとに別個の固体光源装置を備える照明装置よりも照明光の色バランスを安定させることが可能となる。
その結果、実施形態1に係る照明装置100は、1つの固体光源装置を備える照明装置よりも照明光を明るくすることが可能で、かつ、各色光ごとに別個の固体光源装置を備える照明装置よりも照明光の色バランスを安定させることが可能な照明装置となる。
図7は、実施形態2に係るプロジェクター1002の光学系を示す上面図である。
図8は、実施形態2に係る照明装置102における光の軌跡を説明するために示す図である。図8(a)は第1固体光源装置20から射出された光の軌跡を示す図であり、図8(b)は第2固体光源装置60から射出された光の軌跡を示す図である。
p偏光からなる光は、偏光分離面42を通過した後に所定の面s1に対向する射出面s4から射出される。
s偏光からなる光は、偏光分離面42で反射され、λ/2板84でp偏光からなる光に変換され、反射型偏光板82を通過し、第2コリメート光学系70を介して第2固体光源装置60に入射する。第2固体光源装置60に入射したp偏光からなる光のうち青色光は、大部分が第2蛍光層66において赤色光及び緑色光に変換された上で第2固体光源装置60から射出され、残りの一部が第2蛍光層66においてp偏光とs偏光とが混在する光に変換された上で第2固体光源装置60から射出される。第2固体光源装置60に入射したp偏光からなる光のうち赤色光及び緑色光は、第2蛍光層66においてp偏光とs偏光とが混在する光に変換された上で第2固体光源装置60から射出される。
第2固体光源装置60から射出された第1固体光源装置20由来の光のうちs偏光からなる光は、反射型偏光板82により反射され、第2コリメート光学系70を介して第2固体光源装置60に再び入射する。青色光の大部分が赤色光及び緑色光に変換された上で第2固体光源装置60から射出され、青色光の残りの一部並びに赤色光及び緑色光がp偏光とs偏光とが混在する光に再び変換された上で第2固体光源装置60から射出される。
p偏光からなる光は、反射型偏光板82を通過し、λ/2板84でs偏光からなる光に変換された後に偏光分離面42で反射され、第1コリメート光学系30を介して第1固体光源装置20に入射する。第1固体光源装置20に入射したs偏光からなる光のうち青色光は、大部分は第1蛍光層26において赤色光及び緑色光に変換された上で射出され、残りの一部は第1蛍光層26においてp偏光とs偏光とが混在する光に変換された上で射出される。第1固体光源装置20に入射したs偏光からなる光のうち赤色光及び緑色光は、第1蛍光層26においてp偏光とs偏光とが混在する光に変換された上で射出される。なお、射出された光におけるその後の軌跡は、第1固体光源装置20から射出された光の軌跡(図8(a)参照。)と同様の軌跡となる。
s偏光からなる光は、反射型偏光板82により反射され、第2コリメート光学系70を介して第2固体光源装置60に再び入射し、青色光の大部分は赤色光及び緑色光に変換された上で射出され、その他はp偏光とs偏光とが混在する光に再び変換された上で射出される。
図9は、実施形態3に係るプロジェクター1004の光学系を示す上面図である。
図10は、実施形態3における第2固体光源装置61の断面図である。
図11は、実施形態3における第2固体光源64の発光特性を示す図である。
図12は、実施形態3に係る照明装置104における光の軌跡を説明するために示す図である。図12(a)は第1固体光源装置21から射出された光の軌跡を示す図であり、図12(b)は第2固体光源装置61から射出された光の軌跡を示す図である。
第2固体光源装置61は、図10に示すように、基台62、第2固体光源64及び封止部材68を有する発光ダイオードであり、青色光を射出する(図11参照。)。第2固体光源装置61は、第2蛍光層を有しない点以外の点においては実施形態1における第2固体光源装置60と同様の構成を有するため、説明を省略する。
第1固体光源装置21は、基本的には実施形態1における第1固体光源装置20と同様の構成を有するが、射出する色光の光量バランスが異なる。すなわち、第1固体光源装置21は、照明装置104に適した(照明装置104から白色光を射出することが可能な)光量バランスの色光を射出する。
p偏光からなる光は、偏光分離面42を通過した後に所定の面s1に対向する射出面s4から射出される。
s偏光からなる光は、偏光分離面42で反射され、第2コリメート光学系70の凸レンズ74を介してダイクロイックプリズム90に到達する。ここで、s偏光からなる光のうちの赤色光及び緑色光(符号R(s),G(s))は系外に除去される。s偏光からなる光のうちの青色光(符号B(s))は、凸メニスカスレンズ72を介して第2固体光源装置61に入射する。
s偏光からなる青色光は、偏光分離面42により反射され、第1コリメート光学系30を介して第1固体光源装置20に入射する。第1固体光源装置21に入射したs偏光からなる青色光は、大部分が第1蛍光層26において赤色光及び緑色光に変換された上で第1固体光源装置20から射出され、残りの一部が第1蛍光層26においてp偏光とs偏光とが混在する青色光に変換された上で第1固体光源装置20から射出される。
p偏光からなる青色光は、偏光分離面42を通過し、系外に除去される。
図13は、実施形態4に係るプロジェクター1006の光学系を示す上面図である。
Claims (10)
- 一方の偏光からなる光を通過させ、他方の偏光からなる光を反射する偏光分離面を有するプリズム型偏光ビームスプリッターと、
第1励起光を射出する第1固体光源及び前記第1励起光の一部を蛍光に変換して射出する第1蛍光層を有する第1固体光源装置と、前記第1固体光源装置からの光を平行化する第1コリメート光学系とを備え、前記プリズム型偏光ビームスプリッターにおける所定の面に面して配置される第1光源ユニットと、
前記第1蛍光層が蛍光に変換することが可能な第2励起光を射出する第2固体光源を有する第2固体光源装置と、前記第2固体光源装置からの光を平行化する第2コリメート光学系とを備え、前記所定の面に隣接し、かつ、前記偏光分離面に対して前記所定の面と同じ側にある面に面して配置され、射出する光のうち他方の偏光からなる光が前記プリズム型偏光ビームスプリッター及び前記第1コリメート光学系を介して前記第1固体光源装置に入射することとなる位置に配置される第2光源ユニットとを備え、
前記所定の面に対向する射出面から一方の偏光からなる光を射出することを特徴とする照明装置。 - 請求項1に記載の照明装置において、
前記第2固体光源装置は、前記第2励起光の一部を蛍光に変換して射出する第2蛍光層をさらに有することを特徴とする照明装置。 - 請求項2に記載の照明装置において、
前記プリズム型偏光ビームスプリッターにおける前記第2光源ユニットが面する面に対向する面側に配置される反射ミラーをさらに備え、
前記第2固体光源装置は、前記反射ミラーで反射され、前記第2固体光源装置に入射する一方の偏光からなる光を、一方の偏光からなる光と他方の偏光からなる光とが混在する光として射出することを特徴とする照明装置。 - 請求項2に記載の照明装置において、
前記第2光源ユニットと前記プリズム型偏光ビームスプリッターとの間に配置される反射型偏光板をさらに備え、
前記第2固体光源装置は、前記反射型偏光板で反射される光を、一方の偏光からなる光と他方の偏光からなる光とが混在する光として射出することを特徴とする照明装置。 - 請求項4に記載の照明装置において、
前記反射型偏光板と前記プリズム型偏光ビームスプリッターとの間に配置されるλ/2板をさらに備え、
前記反射型偏光板は、一方の偏光からなる光を通過させ、他方の偏光からなる光を反射することを特徴とする照明装置。 - 請求項1に記載の照明装置において、
前記第2固体光源装置から前記プリズム型偏光ビームスプリッターまでの光路中に配置され、前記第1励起光及び前記第2励起光を通過させ、前記蛍光を系外に向けて反射するダイクロイック光学素子をさらに備えることを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の照明装置において、
前記第1励起光は、青色光であり、
前記第1蛍光層が射出する蛍光は、赤色光及び緑色光を含む光であり、
前記第2励起光は、青色光であり、
前記照明装置は、照明光として、一方の偏光からなる白色光を射出することを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の照明装置と、
前記照明装置からの照明光を画像情報に応じて変調する液晶光変調装置と、
前記液晶光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系とを備えることを特徴とするプロジェクター。 - 請求項8に記載のプロジェクターにおいて、
前記プリズム型偏光ビームスプリッターから前記液晶光変調装置までの光路中に配置され、前記プリズム型偏光ビームスプリッターからの光の面内光強度分布を均一化するインテグレーター光学系をさらに備えることを特徴とするプロジェクター。 - 請求項8に記載のプロジェクターにおいて、
前記第1固体光源装置の発光部の形状は、前記液晶光変調装置における画像形成領域の形状と略相似であり、
前記プロジェクターは、前記プリズム型偏光ビームスプリッターから前記液晶光変調装置までの光路中に配置され、前記プリズム型偏光ビームスプリッターからの光を前記液晶光変調装置に伝達するリレー光学系をさらに備えることを特徴とするプロジェクター。
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