JP5846271B2 - 照明装置及びプロジェクター - Google Patents
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従来の照明装置によれば、励起光を射出する光源装置を用いて複数の色光(赤色光及び緑色光及び青色光)を得ることが可能となる。
また、従来の照明装置においては、回転蛍光板の回転にともなって照明装置から射出される色光の種類が順次高速で切り替わるため、「色割れ現象がないため優しい画像を投写可能であり、細かい階調表現が可能であるため自然な画像を投写可能であるという優れた特徴を有する非色順次駆動方式の」液晶プロジェクターに適用することが困難であるという問題がある。
また、本発明の照明装置によれば、前記励起光は、一辺が5mmの四角形内に収まるように前記蛍光層に対して入射するため、光利用効率を高くすることが可能となる。
このため、本発明の照明装置によれば、励起光を射出する光源装置と、励起光の一部又は全部を2以上の色光を含む蛍光に変換する蛍光層を備えるため、励起光を射出する光源装置を用いて複数の色光を得ることが可能となる。
また、前記支持体は、前記励起光が入射する側に向けて前記蛍光が射出されるように構成されているため、前記励起光が入射する側に向けて前記蛍光層から蛍光が射出される。
本発明の照明装置においては、前記蛍光層は、可視光を反射する反射膜を介して前記支持体上に設けられていてもよい。
本発明の照明装置においては、前記支持体はモーターにより回転可能な円板であり、
前記蛍光層は前記円板の周方向に沿って設けられていてもよい。この構成によれば、照明装置からは常に同じ色光が射出されることとなり、その結果、優れた特徴を有する非色順次駆動方式の液晶プロジェクターに適用することが可能となる。
また、集光性の高いレーザー光源を光源装置として用いているため、一層小さな領域で蛍光を発光させることが可能となり、その結果、光利用効率を一層高くすることが可能となる。
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。なお、図1においては、説明を容易にするために、回転蛍光板30の構成要素の厚みを誇張して図示している。後の図においても同様である。
図2は、実施形態1における光源装置10及び蛍光層42の発光特性を示すグラフである。図2(a)は光源装置10の発光特性を示すグラフであり、図2(b)は蛍光層42の発光特性を示すグラフである。発光特性とは、光源装置であれば電圧を印加したときに、蛍光体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3は、実施形態1における回転蛍光板30を説明するために示す図である。図3(a)は回転蛍光板30の正面図であり、図3(b)は図3(a)のA1−A1断面図である。
回転蛍光板30は、使用時において7500rpmで回転する。詳しい説明は省略するが、回転蛍光板30の直径は50mmであり、回転蛍光板30に入射する青色光の光軸が回転蛍光板30の回転中心から約22.5mm離れた場所に位置するように構成されている。つまり、回転蛍光板30は、青色光の集光スポットが約18m/秒で蛍光層42上を移動するような回転速度で回転する。
蛍光層42は、青色光を透過し赤色光及び緑色光を反射するダイクロイック膜44を介して円板40上に形成されている。ダイクロイック膜44は、例えば、誘電体多層膜からなる。
蛍光層42は、光源装置10からの青色光の一部を赤色光及び緑色光を含む光に変換し、かつ、青色光の残りの一部を変換せずに通過させる。具体的には、蛍光層42は、波長が約445nmの青色光によって効率的に励起され、光源装置10が射出する青色光の一部を、図2(b)に示すように、赤色光及び緑色光を含む黄色光(蛍光)に変換して射出する。図2(b)において、符号Rで示すのは、蛍光層42が射出する光のうち赤色光として利用可能な色光成分である。また、符号Gで示すのは、蛍光層42が射出する光のうち緑色光として利用可能な色光成分である。蛍光層42は、例えば、YAG系蛍光体である(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ceを含有する層からなる。
なお、蛍光層として、赤色光及び緑色光を含む蛍光を射出する他の蛍光体を含有する層を用いてもよい。また、蛍光層として、励起光を赤色光に変換する蛍光体と、励起光を緑色に変換する蛍光体との混合物を含有する層を用いてもよい。
偏光変換素子140は、回転蛍光板30からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過し、他方の直線偏光成分を照明光軸100axに垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸100axに平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板とを有している。
なお、レンズインテグレーター光学系の代わりにインテグレーターロッドを備えるロッドインテグレーター光学系を用いることもできる。
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、赤色光成分を通過させ、緑色光成分及び青色光成分を反射す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で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー220でさらに反射され、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、集光性の高いレーザー光源を光源装置として用いているため、一層小さな領域で蛍光を発光させることが可能となり、その結果、光利用効率を一層高くすることが可能となる。
図4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5は、実施形態2における第2光源装置710の発光特性を示すグラフである。なお、実施形態2における光源装置10及び蛍光層46の発光特性は、実施形態1における光源装置10及び蛍光層42の発光特性と同様であるため、グラフによる表示を省略する。
偏光変換インテグレーターロッド740は、第2光源装置710からの青色光の面内光強度分布を均一にし、かつ、当該青色光の偏光方向を、偏光方向の揃った略1種類の直線偏光光とする。偏光変換インテグレーターロッドは、詳しい説明は省略するが、インテグレーターロッドと、当該インテグレーターロッドの入射面側に配置され、青色光が入射する小孔を有する反射板と、射出面側に配置される反射型偏光板とを有する。
なお、偏光変換インテグレーターロッドの代わりに、レンズインテグレーター光学系及び偏光変換素子を用いることもできる。
ダイクロイックミラー210で反射された緑色光は、反射ミラー222でさらに反射され、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。
第2光源装置700からの青色光は、反射ミラー250で反射され、集光レンズ300Bを通過し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。
図6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7は、実施形態3における回転蛍光板34を説明するために示す図である。図7(a)は回転蛍光板34の正面図であり、図7(b)は図7(a)のA2−A2断面図である。
なお、このように、いわゆる反射型の回転蛍光板を用いる場合には、励起光を透過する材料からなる円板を用いる必要はなく、金属のように不透明な材料からなる円板を用いてもよい。
コリメート光学系70は、光源装置10からの光の拡がりを抑える第1レンズ72と、第1レンズ72からの光を略平行化する第2レンズ74とを備え、全体として、光源装置10からの光を略平行化する機能を有する。第1レンズ72及び第2レンズ74は、凸レンズからなる。
図8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。
集光光学系760は、第1レンズ762及び第2レンズ764を備える。集光光学系760は、第2光源装置710からの青色光を散乱板732付近に集光する。第1レンズ762及び第2レンズ764は、凸レンズからなる。
散乱板732は、第2光源装置710からの青色光を所定の散乱度で散乱し、蛍光(回転蛍光板34から射出される光)に似た配光分布を有する青色光とする。散乱板732としては、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。
コリメート光学系770は、第2光源装置710からの光の拡がりを抑える第1レンズ772と、第1レンズ772からの光を略平行化する第2レンズ774とを備え、全体として、第2光源装置710からの光を略平行化する機能を有する。第1レンズ772及び第2レンズ774は、凸レンズからなる。
図9は、実施形態5に係るプロジェクター1008の光学系を示す上面図である。
図10は、実施形態5における光源装置12及び蛍光層48の発光特性を示すグラフである。図10(a)は光源装置12の発光特性を示すグラフであり、図10(b)は蛍光層48が含有する赤色蛍光体の発光特性を示すグラフであり、図10(c)は蛍光層48が含有する緑色蛍光体の発光特性を示すグラフであり、図10(d)は蛍光層48が含有する青色蛍光体の発光特性を示すグラフである。
蛍光層48は、光源装置12が射出する紫色光をそれぞれ蛍光である赤色光、緑色光及び青色光に変換して射出する(図10(b)〜図10(d)参照。)。図10において、符号Rで示すのは、赤色蛍光体が赤色光として射出する色光成分であり、符号Gで示すのは、緑色蛍光体が緑色光として射出する色光成分であり、符号Bで示すのは、青色蛍光体が青色光として射出する色光成分である。
Claims (10)
- 励起光を射出する光源装置と、
前記励起光の一部又は全部を2以上の色光を含む蛍光に変換する単一の蛍光層と、
前記蛍光層を支持する支持体と、
前記光源装置から前記蛍光層までの光路中に配置され、一辺が5mmの四角形内に前記励起光が収まるように前記励起光を略集光した状態で前記蛍光層に対して入射させる集光光学系と、
を備え、
前記支持体は、前記励起光を透過する材料からなり、
前記蛍光層は、前記励起光を透過し前記蛍光を反射するダイクロイック膜を介して前記支持体上に設けられていることを特徴とする照明装置。 - 励起光を射出する光源装置と、
前記励起光の一部又は全部を2以上の色光を含む蛍光に変換する単一の蛍光層と、
前記蛍光層を支持する支持体と、
前記光源装置から前記蛍光層までの光路中に配置され、一辺が5mmの四角形内に前記励起光が収まるように前記励起光を略集光した状態で前記蛍光層に対して入射させる集光光学系と、
を備え、
前記支持体は、前記励起光が入射する側に向けて前記蛍光が射出されるように構成されてい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、
前記蛍光層は、可視光を反射する反射膜を介して前記支持体上に設けられていることを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の照明装置において、
前記支持体はモーターにより回転可能な円板であり、
前記蛍光層は前記円板の周方向に沿って設けられていることを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の照明装置において、
前記光源装置は、前記励起光として青色光を射出し、
前記蛍光層は、前記光源装置からの前記青色光の一部を赤色光及び緑色光を含む前記蛍光に変換し、かつ、前記青色光の残りの一部を変換せずに通過させることを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の照明装置において、
前記光源装置は、レーザー光源からな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光変調装置と、
前記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1〜4のいずれかに記載の照明装置と、
青色光を射出する第2光源装置と、
前記照明装置および前記第2光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置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プロジェクターであって、
前記光源装置は、前記励起光として青色光を射出し、
前記蛍光層は、前記光源装置からの前記青色光を赤色光及び緑色光を含む前記蛍光に変換す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2光源装置からの青色光と前記蛍光層からの前記赤色光及び前記緑色光とを合成する色光合成素子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又は9に記載のプロジェクターにおいて、
前記第2光源装置から射出された前記青色光を散乱する散乱板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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