JP5951744B2 - プロジェクター及びその照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置及びその光学システムに関し、特にプロジェクター及びその照明装置に関する。

科学技術の発展に伴い、ソリッドステート光源（solid‐state lighting）に関するもの、例えば発光ダイオード（light emitting diode、ＬＥＤ）及びレーザーダイオード（Laser Diode、ＬＤ）などは、プロジェクターの光源として広く応用されている。レーザーダイオードは発光ダイオードより一層高い強度の光束を提供できるので、より適切にプロジェクターの光源として応用されてきた。

レーザーダイオードが放射する高強度のレーザーで蛍光体変換モジュールを励起する技術は、レーザーダイオードを光源として応用する常用技術の一種である。高強度のレーザーで蛍光体変換モジュール上の異なる蛍光体を励起することにより、色が異なる励起光束を獲得し、かつこの励起光束をプロジェクターの光源として用いる。現在、使用者がプロジェクターが投影する映像の輝度に対する要求が益々強まっているので、高強度のレーザーダイオードのアレイで高強度の光を生成しなければならない。しかし、蛍光体に照射される光の強度が高すぎると、蛍光体の変換効率が低下する。米国特許第８５７３７７９号に記載されている照明装置は、複数個の光源をインテグレータ装置の色々な箇所に照射する。米国特許公開第２０１２０３００１７８号には照明装置及び投影式表示設備が公開されている。

米国特許第８５７３７７９号公報 米国特許公開第２０１２０３００１７８号

本発明は、高輝度の映像を提供可能なプロジェクターを提供する。

本発明は、高輝度の光源を提供を提供することができ、かつ波長変換モジュールの良好な変換効率を維持することができる照明システムを提供する。

本発明の実施例において、照明システム、ライトバルブ及び画像形成装置を含むプロジェクターを提供する。照明システムは、第一光源、励起光源モジュール、第一分光ユニット（分光ユニットをダイクロイックユニットともいう、以下同様）、第二分光ユニット、第一波長変換モジュール、第二波長変換モジュール、第二光源及び第三分光ユニットを含む。第一光源は第一光束を放射し、励起光源モジュールは励起光束を放射する。第一分光ユニット及び第二分光ユニットは励起光束の伝播経路に配置され、第一分光ユニットは第一光束の伝播経路にも配置され、第二分光ユニットは第一分光ユニットから来る第一光束の伝播経路にも配置される。第一波長変換モジュールは、第一分光ユニットから来る励起光束の第一部分光束の伝播経路に配置され、かつ当該第一部分光束を第一分光ユニットに戻す第一変換光束に変換する。第二分光ユニットは、第一分光ユニットから来る第一変換光束の伝播経路にも配置される。第二波長変換モジュールは、第二分光ユニットから来る励起光束の第二部分光束の伝播経路に配置され、かつ当該第二部分光束を第二分光ユニットに戻す第二変換光束に変換する。第二光源は第二光束を放射する。第三分光ユニットは、第二光束、第二分光ユニットから来る第一光束、第一変換光束及び第二変換光束の伝播経路に配置される。ライトバルブは、第三分光ユニットからの第一光束、第一変換光束、第二変換光束及び第二光束を映像光束に変換する。画像形成装置は映像光束の伝播経路に配置される。

本発明の実施例において、第一光源、励起光源モジュール、第一分光ユニット、第二分光ユニット、第一波長変換モジュール、第二波長変換モジュール、第二光源及び第三分光ユニットを含む照明システムを提供する。第一光源は第一光束を放射し、励起光源モジュールは励起光束を放射する。第一分光ユニット及び第二分光ユニットは励起光束の伝播経路に配置され、第一分光ユニットは第一光束の伝播経路にも配置され、第二分光ユニットは第一分光ユニットから来る第一光束の伝播経路にも配置される。第一波長変換モジュールは、第一分光ユニットから来る励起光束の第一部分光束の伝播経路に配置され、かつ当該第一部分光束を第一分光ユニットに戻す第一変換光束に変換する。第二分光ユニットは、第一分光ユニットから来る第一変換光束の伝播経路にも配置される。第二波長変換モジュールは、第二分光ユニットから来る励起光束の第二部分光束の伝播経路に配置され、かつ当該第二部分光束を第二分光ユニットに戻す第二変換光束に変換する。第二光源は第二光束を放射する。第三分光ユニットは、第二光束、第二分光ユニットから来る第一光束、第一変換光束及び第二変換光束の伝播経路に配置される。

本発明の実施例において、前記励起光源モジュールは第一励起光源及び第二励起光源を含む。第一励起光源は励起光束の第一部分光束を放射し、第一分光ユニットは第一部分光束の伝播経路に配置される。第二励起光源は励起光束の第二部分光束を放射し、第二分光ユニットは第二部分光束の伝播経路に配置される。

本発明の実施例において、前記励起光源モジュールは、励起光源、分光ユニット及び反射ユニットを含む。励起光源は励起光束を放射する。分光ユニットは、励起光束の伝播経路に配置され、かつ励起光束を第一部分光束及び第二部分光束に分離する。第二分光ユニットは分光ユニットからの第二部分光束の伝播経路に配置される。反射ユニットは、分光ユニットからの第一部分光束の伝播経路に配置され、かつ分光ユニットからの第一部分光束を第一分光ユニットに反射する。

本発明の実施例において、前記分光ユニットに反射される励起光束の一部分は第一部分光束になり、分光ユニットを透過する励起光束の一部分は第二部分光束になる。

本発明の実施例において、前記第二分光ユニットは励起光束を第一部分光束及び第二部分光束に分離し、第一分光ユニットは第二分光ユニットからの第一部分光束の伝播経路に配置される。

本発明の実施例において、前記第一光束は、第一分光ユニット、第二分光ユニット及び第三分光ユニットを順に透過する。第一変換光束は、第一分光ユニットに反射された後、第二分光ユニット及び第三分光ユニットを順に透過する。第二変換光束は、第二分光ユニットに反射された後、第三分光ユニットを透過する。第二光束は第三分光ユニットに反射される。

本発明の実施例において、前記第一部分光束は、第一分光ユニットを透過して第一波長変換モジュールに伝播され、第二変換光束は、第二分光ユニットを透過して第二波長変換モジュールに伝播される。

本発明の実施例において、前記第二分光ユニットに反射される励起光束の一部分は第一部分光束になり、該第一部分光束は第一分光ユニットに反射されて第一波長変換モジュールに伝播される。第二分光ユニットを透過する励起光束の一部分は、第二波長変換モジュールに伝播される第二部分光束になる。

本発明の実施例において、前記第一光源、励起光源モジュール及び第二光源は、波長が異なる光束を放射するレーザー光源である。

本発明の実施例において、前記第一波長変換モジュール及び第二波長変換モジュールは、蛍光体の色が異なる蛍光体ホイールである。

本発明の実施例において、前記第一光束は第一藍色光束であり、励起光束は第二藍色光束であり、第一藍色光束の波長と第二藍色光束の波長は相違している。第一変換光束及び第二変換光束のうち１つは緑色光束であり、第一変換光束及び第二変換光束のうち他の１つは黄色光束であり、第二光束は赤色光束である。

本発明の実施例において、前記第三分光ユニットは、第一光束、第一変換光束、第二変換光束及び第二光束を合併する。

本発明の実施例において、前記照明システムは光均一化部品を更に含む。この光均一化部品は、第三分光ユニットからの第一光束、第一変換光束、第二変換光束及び第二光束の伝播経路に配置される。

上述したとおり、本発明の実施例に係る照明システムは、複数個の分光ユニット、複数個の波長変換モジュールを含むことにより、照明システムが提供する光束の強度を向上させることでき、かつ波長変換モジュールに強度の高い光束が照射されることを避けることができる。したがって、照明システムが提供する光束の品質を向上させることができる。本発明の実施例に係るプロジェクターは、上述した照明システムを利用することにより、高輝度、高品質の映像を提供することができる。

本発明の上記特徴及び発明の効果をより詳細に説明するため、以下、本発明の好適な実施例とその図面により本発明を詳細に説明する。

本発明の第一実施例に係るプロジェクターを示す図である。 本発明の第一実施例に係る第一波長変換モジュールを示す平面図である。 本発明の第一実施例に係る第二波長変換モジュールを示す平面図である。 本発明の他の実施例に係る第一波長変換モジュールを示す平面図である。 本発明の他の実施例に係る第二波長変換モジュールを示す平面図である。 本発明の第二実施例に係るプロジェクターを示す図である。 本発明の第三実施例に係るプロジェクターを示す図である。

図１は、本発明の第一実施例に係るプロジェクターを示す図である。図１を参照すると、本発明の第一実施例に係るプロジェクター１００Ａは、照明システム２００Ａ、ライトバルブ３００及び画像形成装置４００を含む。照明システム２００Ａは、第一光源２１０、励起光源モジュール２２０、第一分光ユニット２３０（分光ユニットをダイクロイックユニットともいう、以下同様）、第二分光ユニット２４０、第一波長変換モジュール２５０、第二波長変換モジュール２６０、第二光源２７０及び第三分光ユニット２８０を含む。第一光源２１０は第一光束２１１を放射し、励起光源モジュール２２０は励起光束２２１を放射する。第一分光ユニット２３０及び第二分光ユニット２４０は励起光束２２１の伝播経路に配置される。また、第一分光ユニット２３０は第一光束２１１の伝播経路にも配置され、第二分光ユニット２４０は第一分光ユニット２３０から来る第一光束２１１の伝播経路にも配置される。第一波長変換モジュール２５０は、第一分光ユニット２３０から来る励起光束２２１の第一部分光束２２１Ａの伝播経路に配置され、かつこの第一部分光束２２１Ａを第一分光ユニット２３０に戻す第一変換光束２２３Ａに変換する。第二分光ユニット２４０は第一分光ユニット２３０から来る第一変換光束２２３Ａの伝播経路にも配置される。

第二波長変換モジュール２６０は、第二分光ユニット２４０から来る励起光束２２１の第二部分光束２２１Ｂの伝播経路に配置され、かつこの第二部分光束２２１Ｂを第二分光ユニット２４０に戻す第二変換光束２２３Ｂに変換する。第二光源２７０は第二光束２７１を放射する。第三分光ユニット２８０は、第二光束２７１、第二分光ユニット２４０から来る第一光束２１１、第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂの伝播経路に配置される。第一光束２１１、第一変換光束２２３Ａ、第二変換光束２２３Ｂ及び第二光束２７１は、上述した部品を経てライトバルブ３００に伝播される。本実施例において、第一波長変換モジュール２５０及び第二波長変換モジュール２６０は、例えば蛍光体の色が異なる蛍光体変換モジュールである。第一光束２１１が第一波長変換モジュール２５０及び第二波長変換モジュール２６０の蛍光体を励起することにより、色が異なる第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂがそれぞれ形成される。

図１を参照すると、本発明の第一実施例に係る照明システム２００Ａにおいて、第一光束２１１は、第一分光ユニット２３０、第二分光ユニット２４０及び第三分光ユニット２８０を順に透過してライトバルブ３００に伝播される。本実施例において、第一部分光束２２１Ａは、第一分光ユニット２３０を透過して第一波長変換モジュール２５０に伝播されることにより、第一変換光束２２３Ａに変換される。第一変換光束２２３Ａは、第一分光ユニット２３０に反射された後、第二分光ユニット２４０及び第三分光ユニット２８０を順に透過してライトバルブ３００に伝播される。第二変換光束２２３Ｂは、第二分光ユニット２４０を透過して第二波長変換モジュール２６０に伝播されることにより、第二変換光束２２３Ｂに変換される。第二変換光束２２３Ｂは、第二分光ユニット２４０に反射された後、第三分光ユニット２８０を透過してライトバルブ３００に伝播される。第二光束２７１は、第三分光ユニット２８０に反射された後ライトバルブ３００に伝播される。すなわち、本実施例において、第一分光ユニット２３０は、第一光束２１１及び第一部分光束２２１Ａを透過させるとともに第一変換光束２２３Ａを反射し、第二分光ユニット２４０は、第一光束２１１、第二部分光束２２１Ｂ及び第一変換光束２２３Ａを透過させるとともに第二変換光束２２３Ｂを反射し、第三分光ユニット２８０は、第一光束２１１、第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂを透過させるとともに第二光束２７１を反射する。

上述したとおり、本発明の第一実施例において、第一波長変換モジュール２５０及び第二波長変換モジュール２６０がそれぞれ第一部分光束２２１Ａ及び第二部分光束２２１Ｂに励起されるので、励起によって形成された第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂは高い輝度を有することができる。具体的には、本実施例の照明システム２００Ａが２個の波長変換モジュール（すなわち、第一波長変換モジュール２５０及び第二波長変換モジュール２６０）を具備するので、励起光源モジュール２２０が放射する光束（すなわち、第一部分光束２２１Ａ及び第二部分光束２２１Ｂ）の光エネルギーを２個の波長変換モジュールに分配することができる。したがって、多量の光エネルギーが１個の波長変換モジュールに集中されるとき、過熱問題により波長変換モジュールの変換効率が悪くなることと、大量の熱が残ることにより波長変換モジュールが損壊することを避けることができる。さらに、２個の波長変換モジュールが単位時間内に受光した光エネルギーを適当に維持する場合、２個の波長変換モジュールの良好な波長変換効率を維持することができるので、ライトバルブ３００の光強度を向上させることができる。また、２個の波長変換モジュールが１個の波長変換モジュールより、正常に受光可能な（すなわち、光強度によって形成された熱が多くないので、波長変換効率が衰退しないことである。）単位時間内の光エネルギーが多いので、第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂに変換された後、この２つの変換光束の総光エネルギーも多くなる。すなわち、第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂの総輝度は、１個の波長変換モジュールが励起されるときの変換光束の輝度より明るい。

より具体的には、本発明の第一実施例において、第一波長変換モジュール２５０及び第二波長変換モジュール２６０は、例えば蛍光体変換モジュールであり、かつ励起光源モジュール２２０が放射する光束でその第一波長変換モジュール２５０及び第二波長変換モジュール２６０の蛍光体を励起する。第一波長変換モジュール２５０及び第二波長変換モジュール２６０は、良好な波長変換効率により第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂを変換することができ、かつライトバルブ３００が受光する光の光強度を向上させることができる。すなわち、本実施例において、第一波長変換モジュール２５０及び第二波長変換モジュール２６０の蛍光体は、光強度によって形成された熱が多いことにより波長変換効率が衰退することを避けることができ、かつ上述した２個の波長変換モジュールを利用することにより蛍光体が焦げて損壊することを避けることができる。

より具体的には、図１を参照すると、本発明の第一実施例において、ライトバルブ３００は、第三分光ユニット２８０からの第一光束２１１、第一変換光束２２３Ａ、第二変換光束２２３Ｂ及び第二光束２７１を映像光束３０１に変換する。画像形成装置４００は映像光束３０１の伝播経路に配置される。上述したとおり、本実施例のプロジェクター１００Ａにおいて、照明システム２００Ａが提供する高輝度、高品質の光源で光束を形成するので、この光束がライトバルブ３００によって映像光束３０１に変換されても高輝度を有し、かつその映像光束３０１を画像形成装置４００でプロジェクタースクリーンに投影することにより高輝度、良好な映像を形成することができる。また、２個の波長変換モジュール（すなわち、第一波長変換モジュール２５０及び第二波長変換モジュール２６０）を使用するので、従来の技術において、１個の波長変換モジュールを使用することにより、蛍光体の変換効率が低下するか或いは蛍光体が損壊ことを避けることができる。ライトバルブ３００は、例えばデジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micro‐mirror Device、ＤＭＤ）、ポリシリコン液晶パネル（Liquid Crystal‐On Silicon panel、ＬＣＯＳ panel）又は液晶表示パネル（liquid crystal display panel、ＬＣＤ panel）であることができるが、本発明はそれらに限定されるものではない。本実施例において、画像形成装置４００は、例えば投影レンズであることができるが、本発明はそれに限定されるものではない。

また、本実施例の照明システム２００Ａは、２個の波長変換モジュール（すなわち、第一波長変換モジュール２５０及び第二波長変換モジュール２６０）を使用することにより、第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂの輝度及び色の変化を調節することができる。例えば、第一波長変換モジュール２５０及び／或いは第二波長変換モジュール２６０が変換する光束スペクトルのエネルギー分布を調整することにより、変換光束の色比率を調節することができる。それにより、プロジェクター１００Ａが提供する映像光束の色比率を調節することができるので、そのプロジェクター１００Ａを色々な環境又は場所に応用することができる。

本発明の実施例に係る照明システムにおいて、第一分光ユニット２３０、第二分光ユニット２４０及び第三分光ユニット２８０の光学的特徴は、上述した光学的特徴に限定されるものではない。他の実施例において、第一分光ユニット２３０は、第一光束２１１及び第一部分光束２２１Ａを反射するとともに第一変換光束２２３Ａを透過させることができる。他の実施例において、第二分光ユニット２４０は、第一光束２１１、第一部分光束２２１Ａ及び第一変換光束２２３Ａを反射するとともに第二変換光束２２３Ｂを透過させることができる。他の実施例において、第三分光ユニット２８０は、第一光束２１１、第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂを反射するとともに第二光束２７１を透過させることができる。すなわち、本発明の実施例に係る照明システム２００Ａは、需要に応じて上述した部品を搭載することができ、かつ分光ユニットの光学的特徴と該分光ユニットに相対する他の部品の位置は、選択した分光ユニットによって適当に調節することができるので、分光ユニットが提供する光束の品質及び輝度に影響を与えない。

図１を参照すると、本発明の第一実施例に係る照明システム２００Ａは、光均一化部品５００を更に含む。この光均一化部品５００は、第三分光ユニット２８０からの第一光束２１１、第一変換光束２２３Ａ、第二変換光束２２３Ｂ及び第二光束２７１の伝播経路に配置される。具体的に、本実施例の第三分光ユニット２８０は、第一光束２１１、第一変換光束２２３Ａ、第二変換光束２２３Ｂ及び第二光束２７１を合併するとともにそれらを光均一化部品５００に伝播する。光均一化部品５００は、例えばインテグレータロッドであることができるが、本発明はそれに限定されるものではない。他の実施例において、光均一化部品５００はレンズアレイであることもできる。

図１を参照すると、本発明の第一実施例に係る励起光源モジュール２２０は、第一励起光源２２２Ａ及び第二励起光源２２２Ｂを含む。第一励起光源２２２Ａは励起光束２２１の第一部分光束２２１Ａを放射し、第一分光ユニット２３０は第一部分光束２２１Ａの伝播経路に配置される。第二励起光源２２２Ｂは励起光束２２１の第二部分光束２２１Ｂを放射し、第二分光ユニット２４０は第二部分光束２２１Ｂの伝播経路に配置される。すなわち、第一波長変換モジュール２５０は第一励起光源２２２Ａが放射する第一部分光束２２１Ａに励起され、第二波長変換モジュール２６０は第二励起光源２２２Ｂが放射する第二部分光束２２１Ｂに励起される。すなわち、本実施例において、第一励起光源２２２Ａ及び第二励起光源２２２Ｂを含む２個の励起光源が励起光束をそれぞれ提供することにより２つの光束を形成するので、励起によって形成された第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂは高い輝度を有することができる。

図１を参照すると、本発明の第一実施例において、第一光源２１０、励起光源モジュール２２０（すなわち、第一励起光源２２２Ａ及び第二励起光源２２２Ｂ）及び第二光源２７０は、波長が異なる光束を放射するレーザー光源である。本実施例において、第一光束２１１は第一藍色光束であり、励起光束２２１は第二藍色光束であり、かつ第一藍色光束の波長と第二藍色光束の波長は相違しているが、本発明はそれに限定されるものではない。本実施例において、第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂのうち１つは緑色光束（本実施例において第一変換光束２２３Ａが緑色光束である）であり、第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂのうち他の１つは黄色光束（本実施例において第二変換光束２２３Ｂが黄色光束である）であり、第二光束２７１は赤色光束であるが、本発明はそれらに限定されるものではない。第一光源２１０、励起光源モジュール２２０（すなわち、第一励起光源２２２Ａ及び第二励起光源２２２Ｂ）及び第二光源２７０は、波長が異なる光束を放射するレーザーダイオードであることができる。この場合、例えば第一光源２１０が放射する第一光束２１１は、例えば波長が４６２ナノメートル（ｎｍ）であるレーザー光束であり、励起光源モジュール２２０が放射する第一光束２１１は、例えば波長が４４８ナノメートルであるレーザー光束であり、第二光源２７０が放射する第二光束２７１は、例えば赤色のレーザー光束であることができるが、本発明はそれらに限定されるものではない。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の第一実施例に係る第一波長変換モジュール及び第二波長変換モジュールを示す平面図である。図１を参照すると、本発明の第一実施例において、第一波長変換モジュール２５０及び第二波長変換モジュール２６０は蛍光体の色が異なる蛍光体ホイールである。具体的に、図１、図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、第一波長変換モジュール２５０は例えば蛍光体層２５２を具備する蛍光体ホイールであり、第二波長変換モジュール２６０は例えば蛍光体層２６２を具備する蛍光体ホイールであり、かつ蛍光体層２５２の色と蛍光体層２６２の色は相違している。第一部分光束２２１Ａ及び第二部分光束２２１Ｂがそれぞれ蛍光体層２５２及び蛍光体層２６２に伝播されるとき、蛍光体層２５２及び蛍光体層２６２はそれぞれ色が異なる第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂを形成する。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の他の実施例に係る第一波長変換モジュール及び第二波長変換モジュールを示す平面図である。図２Ａから図２Ｂを参照すると、本発明の第一実施例の蛍光体層２５２及び蛍光体層２６２は、例えば環状の形状を有することができるが、本発明はそれに限定されるものではない。他の実施例において、図３Ａから図３Ｂを参照すると、蛍光体層２５２及び蛍光体層２６２は、例えば円弧の形状を有することができる。この場合、蛍光体層２５２及び蛍光体層２６２をそれぞれ第一波長変換モジュール２５０及び第二波長変換モジュール２６０に配置することにより、第一変換光束２２３Ａを形成する時刻と第二変換光束２２３Ｂを形成する時刻を相違にすることができる。それにより、照明システム２００Ａが異なる色の光束を放射する時間帯を変更することができる。

後述する実施例において、前記第一実施例の部品と同様又は類似する部品について、第一実施例の符号をそのまま使うことにより説明を簡単にするが、それらの符号は本発明を限定するものではない。

図４は、本発明の第二実施例に係るプロジェクターを示す図である。図４を参照すると、本発明の第二実施例のプロジェクター１００Ｂと上述したプロジェクター１００Ａとが類似し、第二実施例の照明システム２００Ｂと上述した照明システム２００Ａとが類似しているが、両者の相違点は、第二実施例の励起光源モジュール２２０が励起光源２２２Ｃ、分光ユニット２２４及び反射ユニット２２６を含むことにある。本実施例において、励起光源２２２Ｃは励起光束２２１を放射し、分光ユニット２２４は励起光束２２１の伝播経路に配置される。分光ユニット２２４は、励起光束２２１を第一部分光束２２１Ａ及び第二部分光束２２１Ｂに分離する。第二分光ユニット２４０は、分光ユニット２２４からの第二部分光束２２１Ｂの伝播経路に配置される。反射ユニット２２６は、分光ユニット２２４からの第一部分光束２２１Ａの伝播経路に配置され、かつ分光ユニット２２４からの第一部分光束２２１Ａを第一分光ユニット２３０に反射する。

図４を参照すると、本発明の第二実施例に係る照明システム２００Ｂにおいて、分光ユニット２２４を透過する励起光束２２１の一部分は第二部分光束２２１Ｂになり、分光ユニット２２４に反射される励起光束２２１の他の一部分は第一部分光束２２１Ａになる。次に、第一部分光束２２１Ａが反射ユニット２２６に反射された後、第一分光ユニット２３０を透過して第一波長変換モジュール２５０に伝播されると、第一変換光束２２３Ａに変換される。すなわち、本実施例において、分光ユニット２２４は、励起光束２２１を第一部分光束２２１Ａ及び第二部分光束２２１Ｂに分離するとともに、第一部分光束２２１Ａ及び第二部分光束２２１Ｂを異なる方向へ伝播する。しかし、分光ユニット２２４が励起光束２２１を第一部分光束２２１Ａ及び第二部分光束２２１Ｂに分離する過程は、上述した透過及び反射に関する過程に限定されるものではない。

本発明の他の実施例の分光ユニット２２４において、分光ユニット２２４を透過する一部分の励起光束２２１は第一部分光束２２１Ａになり、分光ユニット２２４に反射される他の一部分の励起光束２２１は第二部分光束２２１Ｂになる。反射ユニット２２６は、分光ユニット２２４からの第一部分光束２２１Ａの伝播経路に配置され、かつ分光ユニット２２４からの第一部分光束２２１Ａを第一分光ユニット２３０に反射し、第二分光ユニット２４０は、分光ユニット２２４からの第二部分光束２２１Ｂの伝播経路に配置される。

本発明の他の実施例の分光ユニット２２４において、分光ユニット２２４を透過した一部分の励起光束２２１で第一部分光束２２１Ａを形成し、かつ分光ユニット２２４に反射される一部分の励起光束２２１で第二部分光束２２１Ｂを形成することができる。反射ユニット２２６は、分光ユニット２２４からの第二部分光束２２１Ｂの伝播経路に配置され、かつ分光ユニット２２４からの第二部分光束２２１Ｂを第二分光ユニット２４０に反射し、第一分光ユニット２３０は、分光ユニット２２４からの第一部分光束２２１Ａの伝播経路に配置されることができる。

本発明の実施例において、第一部分光束２２１Ａ及び第二部分光束２２１Ｂは、分光ユニット２２４を透過した励起光束２２１又は分光ユニット２２４に反射された励起光束２２１に限定されるものではない。反射ユニット２２６も、第一部分光束２２１Ａ及び第二部分光束２２１Ｂの伝播経路に配置されることに限定されるものではない。すなわち、実際の需要に応じて上述した部品の相対位置を変更することができる。

上述したとおり、図４を参照すると、本発明の第二実施例に係る照明システム２００Ｂにおいて、励起光源２２２Ｃが強度の高い励起光束２２１を放射することができるが、分光ユニット２２４及び反射ユニット２２６によってその励起光束２２１が２つの光束（すなわち、第一部分光束２２１Ａ及び第二部分光束２２１Ｂ）に分離されるので、第一波長変換モジュール２５０及び第二波長変換モジュール２６０に伝播される第一部分光束２２１Ａ及び第二部分光束２２１Ｂの強度がそんなに高くない。したがって、光束の強度が高いことにより、波長変換モジュールの蛍光体の変換効率が低下することと、蛍光体が焦げて損壊することを避けることができる。また、強度が高い第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂを得ることができる。すなわち、本実施例の照明システム２００Ｂは高輝度、高品質の光源を提供することができ、また、１個の励起光源２２２Ｃによって強度の高い２つの変換光束（すなわち、第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂ）を得ることができるので、励起光源のコストを低減することができる。また、本実施例のプロジェクター１００Ｂにおいて、照明照明システム２００Ｂによって形成された光束が、ライトバルブ３００によって映像光束３０１に変換されても高輝度を有しているので、その映像光束３０１を画像形成装置４００でプロジェクタースクリーンに投影することにより高輝度、良好な映像を形成することができる。

図５は、本発明の第三実施例に係るプロジェクターを示す図である。図５を参照すると、本発明の第三実施例のプロジェクター１００Ｃと上述したプロジェクター１００Ｂとが類似し、第三実施例の照明システム２００Ｃと上述した照明システム２００Ｂとが類似しているが、両者の相違点は、第三実施例の第二分光ユニット２４２が励起光束２２１を第一部分光束２２１Ａ及び第二部分光束２２１Ｂに分離する。第一分光ユニット２３２は、第二分光ユニット２４２からの第一部分光束２２１Ａの伝播経路に配置される。

図５を参照すると、本発明の第三実施例の照明システム２００Ｃにおいて、第二分光ユニット２４２は、励起光束２２１（波長が４４８ナノメートルである第二藍色光束）に対してその一部分を透過させるとともに他の一部分を反射する分光機能を有しているが、色分解の機能は有していない。しかし、第二分光ユニット２４２は、第一光束２１１（波長が４６２ナノメートルである第一藍色光束）、第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂに対して色分解の機能（すなわち、所定の特徴を有している光束を透過させるとともに、他の特徴を有している光束を反射するものである）を有している。本実施例において、第二分光ユニット２４２に反射される励起光束２２１の一部分は第一部分光束２２１Ａになり、第一部分光束２２１Ａは第一分光ユニット２３２に反射されて第一波長変換モジュール２５０に伝播される。第二分光ユニット２４２を透過する励起光束２２１の他の一部分は、第二波長変換モジュール２６０に伝播される第二部分光束２２１Ｂになる。すなわち、本実施例において、第一分光ユニット２３２は、励起光束２２１を透過させることに適用されるとともに、第一変換光束２２３Ａ及び第一部分光束２２１Ａを反射することに適用される。第二分光ユニット２４２は、励起光束２２１、第二部分光束２２１Ｂ及び第一変換光束２２３Ａを透過させることに適用されるとともに、第二変換光束２２３Ｂを反射することに適用される。

上述したとおり、図５を参照すると、本発明の第三実施例に係る照明システム２００Ｃにおいて、第一分光ユニット２３２及び第二分光ユニット２４２が高輝度、高品質の光源を提供することができ、また、１個の励起光源２２２Ｃによって強度の高い２つの変換光束（すなわち、第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂ）を得ることができるので、励起光束のコストを低減することができる。また、本実施例において、１個の励起光源２２２Ｃに２個の分光ユニット（すなわち、第一分光ユニット２３２及び第二分光ユニット２４２）を搭載することにより、２つの変換光束（すなわち、第一変換光束２２３Ａ及び第二変換光束２２３Ｂ）を形成することができるので、他の光学部品にかかるコストと占める空間を低減し、コストの節約と小型化の効果を奏することができる。また、本実施例のプロジェクター１００Ｃにおいて、照明システム２００Ｃによって形成された光束が、ライトバルブ３００によって映像光束３０１に変換されても高輝度を有しているので、その映像光束３０１を画像形成装置４００でプロジェクタースクリーンに投影することにより高輝度、良好な映像を形成することができる。

図１、図４及び図５を参照すると、上述した実施例又は他の実施例において、照明システムは複数個のレンズ５０を更に含むことができ、それらのレンズ５０は２つの光学部品の間に配置される。本発明の実施例において、レンズ５０は、凸レンズ又は凹レンズ（図面には凸レンズが示されている）であり、光束を集光するか或いは発散する効果を奏する。

上述したとおり、本発明の実施例に係る照明システムは、第一分光ユニット、第二分光ユニット、第一波長変換モジュール及び第二波長変換モジュールにより、照明システムが提供する光束の強度を向上させることができ、かつ波長変換モジュールに強度の高い光束が照射されることを避けることができる。また、異なる波長変換モジュールを利用することにより、本発明の実施例に係る照明システムは各変換光束の強度を増加させるか、或いは各変換光束の強度を調節することにより、照明システムが提供する光束の品質を向上させることができる。本発明の実施例に係るプロジェクターは、上述した照明システムを利用することにより高輝度、高品質の映像を提供することができる。本発明の他の実施例において、各変換光束の色比率は、所定の波長変換モジュールに励起光源を搭載することにより調節することができるので、そのプロジェクターを色々な環境又は場所に応用することができる。

以上、本発明の好適な実施例を詳述してきたが、本発明の構成は上記の実施例に限定されるものではない。本技術分野の当業者は本発明の要旨を逸脱しない範囲内で設計の変換等を行うことができる。すなわち、本発明の保護範囲は後述する特許請求の範囲によって定められたことを基準にする。また、本明細書に『第一』及び『第二』などの用語が記載されているが、それらは部品の名称を示すものであり、部品の個数の上限又は下限を定めるものではない。

５０ レンズ
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ プロジェクター
２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ 照明システム
２１０ 第一光源
２１１ 第一光束
２２０ 励起光源モジュール
２２１ 励起光束
２２１Ａ 第一部分光束
２２１Ｂ 第二部分光束
２２２Ａ 第一励起光源
２２２Ｂ 第二励起光源
２２２Ｃ 励起光源
２２３Ａ 第一変換光束
２２３Ｂ 第二変換光束
２２４ 分光ユニット
２２６ 反射ユニット
２３０、２３２ 第一分光ユニット
２４０、２４２ 第二分光ユニット
２５０ 第一波長変換モジュール
２６０ 第二波長変換モジュール
２７０ 第二光源
２７１ 第二光束
２８０ 第三分光ユニット
３００ ライトバルブ
３０１ 映像光束
４００ 画像形成装置
５００ 光均一化部品

Claims (21)

1. 照明システム、ライトバルブ及び画像形成装置を含むプロジェクターにおいて、
   前記照明システムは、第一光源、励起光源モジュール、第一分光ユニット、第二分光ユニット、第一波長変換モジュール、第二波長変換モジュール、第二光源及び第三分光ユニットを含み、
   前記第一光源は第一光束を放射し、
   前記励起光源モジュールは励起光束を放射し、
   前記第一分光ユニット及び前記第二分光ユニットは前記励起光束の伝播経路に配置され、前記第一分光ユニットは前記第一光束の伝播経路にも配置され、前記第二分光ユニットは前記第一分光ユニットから来る前記第一光束の伝播経路にも配置され、
   前記第一波長変換モジュールは、前記第一分光ユニットから来る前記励起光束の第一部分光束の伝播経路に配置され、かつ当該第一部分光束を前記第一分光ユニットに戻す第一変換光束に変換し、前記第二分光ユニットは、前記第一分光ユニットから来る前記第一変換光束の伝播経路にも配置され、
   前記第二波長変換モジュールは、前記第二分光ユニットから来る前記励起光束の第二部分光束の伝播経路に配置され、かつ当該第二部分光束を前記第二分光ユニットに戻す第二変換光束に変換し、
   前記第二光源は第二光束を放射し、
   前記第三分光ユニットは、前記第二光束、前記第二分光ユニットから来る前記第一光束、前記第一変換光束及び前記第二変換光束の伝播経路に配置され、
   前記ライトバルブは、前記第三分光ユニットからの第一光束、前記第一変換光束、前記第二変換光束及び前記第二光束を映像光束に変換し、
   前記画像形成装置は前記映像光束の伝播経路に配置され、
   前記第一波長変換モジュール及び前記第二波長変換モジュールは蛍光体の色が異なる蛍光体ホイールであり、かつ前記第一波長変換モジュール及び前記第二波長変換モジュールは、それぞれ、円弧の形状の蛍光体層を有する、プロジェクター。
2. 前記励起光源モジュールは第一励起光源及び第二励起光源を含み、
   前記第一励起光源は前記励起光束の前記第一部分光束を放射し、前記第一分光ユニットは前記第一部分光束の伝播経路に配置され、
   前記第二励起光源は前記励起光束の前記第二部分光束を放射し、前記第二分光ユニットは前記第二部分光束の伝播経路に配置される、請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記励起光源モジュールは、励起光源、分光ユニット及び反射ユニットを含み、
   前記励起光源は励起光束を放射し、
   前記分光ユニットは、前記励起光束の伝播経路に配置され、かつ前記励起光束を前記第一部分光束及び前記第二部分光束に分離し、前記第二分光ユニットは前記分光ユニットからの前記第二部分光束の伝播経路に配置され、
   前記反射ユニットは、前記分光ユニットからの前記第一部分光束の伝播経路に配置され、かつ前記分光ユニットからの前記第一部分光束を前記第一分光ユニットに反射する、請求項１に記載のプロジェクター。
4. 前記分光ユニットに反射される前記励起光束の一部分は前記第一部分光束になり、前記分光ユニットを透過する前記励起光束の一部分は前記第二部分光束になる、請求項３に記載のプロジェクター。
5. 前記第二分光ユニットは前記励起光束を前記第一部分光束及び前記第二部分光束に分離し、前記第一分光ユニットは前記第二分光ユニットからの前記第一部分光束の伝播経路に配置される、請求項１に記載のプロジェクター。
6. 前記第一光束は、前記第一分光ユニット、前記第二分光ユニット及び前記第三分光ユニットを順に透過し、前記第一変換光束は、前記第一分光ユニットに反射された後前記第二分光ユニット及び前記第三分光ユニットを順に透過し、前記第二変換光束は、前記第二分光ユニットに反射された後前記第三分光ユニットを透過し、前記第二光束は前記第三分光ユニットに反射される、請求項１に記載のプロジェクター。
7. 前記第一部分光束は、前記第一分光ユニットを透過して第一波長変換モジュールに伝播され、前記第二変換光束は、前記第二分光ユニットを透過して第二波長変換モジュールに伝播される、請求項６に記載のプロジェクター。
8. 前記第二分光ユニットに反射される励起光束の一部分は第一部分光束になり、該第一部分光束は前記第一分光ユニットに反射されて第一波長変換モジュールに伝播され、前記第二分光ユニットを透過する前記励起光束の一部分は、第二波長変換モジュールに伝播される第二部分光束になる、請求項６に記載のプロジェクター。
9. 前記第一光源、前記励起光源モジュール及び前記第二光源は波長が異なる光束を放射するレーザー光源である、請求項１に記載のプロジェクター。
10. 第一光源、励起光源モジュール、第一分光ユニット、第二分光ユニット、第一波長変換モジュール、第二波長変換モジュール、第二光源及び第三分光ユニットを含む照明システムにおいて、
    前記第一光源は第一光束を放射し、
    前記励起光源モジュールは励起光束を放射し、
    前記第一分光ユニット及び前記第二分光ユニットは前記励起光束の伝播経路に配置され、前記第一分光ユニットは前記第一光束の伝播経路にも配置され、前記第二分光ユニットは前記第一分光ユニットから来る前記第一光束の伝播経路にも配置され、
    前記第一波長変換モジュールは、前記第一分光ユニットから来る前記励起光束の第一部分光束の伝播経路に配置され、かつ当該第一部分光束を前記第一分光ユニットに戻す第一変換光束に変換し、前記第二分光ユニットは、前記第一分光ユニットから来る前記第一変換光束の伝播経路にも配置され、
    前記第二波長変換モジュールは、前記第二分光ユニットから来る前記励起光束の第二部分光束の伝播経路に配置され、かつ当該第二部分光束を前記第二分光ユニットに戻す第二変換光束に変換し、
    前記第二光源は第二光束を放射し、
    前記第三分光ユニットは、前記第二光束、前記第二分光ユニットから来る前記第一光束、前記第一変換光束及び前記第二変換光束の伝播経路に配置され、
    前記第一波長変換モジュール及び前記第二波長変換モジュールは蛍光体の色が異なる蛍光体ホイールであり、かつ前記第一波長変換モジュール及び前記第二波長変換モジュールは、それぞれ、円弧の形状の蛍光体層を有する、照明システム。
11. 前記励起光源モジュールは第一励起光源及び第二励起光源を含み、
    前記第一励起光源は前記励起光束の前記第一部分光束を放射し、前記第一分光ユニットは前記第一部分光束の伝播経路に配置され、
    前記第二励起光源は前記励起光束の前記第二部分光束を放射し、前記第二分光ユニットは前記第二部分光束の伝播経路に配置される、請求項１０に記載の照明システム。
12. 前記励起光源モジュールは、励起光源、分光ユニット及び反射ユニットを含み、
    前記励起光源は励起光束を放射し、
    前記分光ユニットは、前記励起光束の伝播経路に配置され、かつ前記励起光束を前記第一部分光束及び前記第二部分光束に分離し、前記第二分光ユニットは前記分光ユニットからの前記第二部分光束の伝播経路に配置され、
    前記反射ユニットは、前記分光ユニットからの前記第一部分光束の伝播経路に配置され、かつ前記分光ユニットからの前記第一部分光束を前記第一分光ユニットに反射する、請求項１０に記載の照明システム。
13. 前記分光ユニットに反射される前記励起光束の一部分は前記第一部分光束になり、前記分光ユニットを透過する前記励起光束の一部分は前記第二部分光束になる、請求項１２に記載の照明システム。
14. 前記第二分光ユニットは前記励起光束を前記第一部分光束及び前記第二部分光束に分離し、前記第一分光ユニットは前記第二分光ユニットからの前記第一部分光束の伝播経路に配置される、請求項１０に記載の照明システム。
15. 前記第一光束は、前記第一分光ユニット、前記第二分光ユニット及び前記第三分光ユニットを順に透過し、前記第一変換光束は、前記第一分光ユニットに反射された後前記第二分光ユニット及び前記第三分光ユニットを順に透過し、前記第二変換光束は、前記第二分光ユニットに反射された後前記第三分光ユニットを透過し、前記第二光束は前記第三分光ユニットに反射される、請求項１０に記載の照明システム。
16. 前記第一部分光束は、前記第一分光ユニットを透過して第一波長変換モジュールに伝播され、前記第二変換光束は、前記第二分光ユニットを透過して第二波長変換モジュールに伝播される、請求項１５に記載の照明システム。
17. 前記第二分光ユニットに反射される励起光束の一部分は前記第一部分光束になり、該第一部分光束は前記第一分光ユニットに反射されて第一波長変換モジュールに伝播され、前記第二分光ユニットを透過する前記励起光束の一部分は、第二波長変換モジュールに伝播される第二部分光束になる、請求項１５に記載の照明システム。
18. 前記第一光源、前記励起光源モジュール及び前記第二光源は波長が異なる光束を放射するレーザー光源である、請求項１０に記載の照明システム。
19. 前記第一光束は第一藍色光束であり、前記励起光束は第二藍色光束であり、前記第一藍色光束の波長と前記第二藍色光束の波長は相違しており、前記第一変換光束及び前記第二変換光束のうち１つは緑色光束であり、前記第一変換光束及び前記第二変換光束のうち他の１つは黄色光束であり、前記第二光束は赤色光束である、請求項１０に記載の照明システム。
20. 前記第三分光ユニットは、前記第一光束、前記第一変換光束、前記第二変換光束及び前記第二光束を合併する、請求項１０に記載の照明システム。
21. 前記照明システムは光均一化部品を更に含み、該光均一化部品は、前記第三分光ユニットからの前記第一光束、前記第一変換光束、前記第二変換光束及び前記第二光束の伝播経路に配置される、請求項１０に記載の照明システム。

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