JP6149991B2 - 光源装置及び画像投影装置 - Google Patents
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Description
1.画像表示装置の構成例
2.光源装置部(照明装置)の構成例
3.蛍光部材の構成例
4.偏光ビームスプリッタの構成例
5.光源装置部の動作例
6.各種変形例
図1に、本発明の一実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す。なお、図1では、説明を簡略化するため、主に、本実施形態の画像表示装置10において画像光を外部に投影する際に動作する要部のみを示す。また、図1には、透過型のLCD光変調素子を用いた3LCD方式のプロジェクタの構成例を示すが、本発明はこれに限定されない。本発明は、反射型のLCD光変調素子を用いる3LCD方式のプロジェクタにも適用可能である。
次に、本実施形態の光源装置部1の内部構成を、図1を参照しながら説明する。光源装置部1は、励起光源11と、偏光ビームスプリッタ12(分光光学系)と、1/4波長板13と、集光光学系14(光学系)と、蛍光部材15と、モータ16(駆動部)とを備える。
次に、蛍光部材15のより詳細な構成を、図2(a)〜(c)を参照しながら説明する。なお、図2(a)は、集光光学系14側から見た蛍光部材15の正面図であり、図2(b)は、図2(a)中のA−A断面図であり、図2(c)は、集光光学系14とは反対側から見た蛍光部材15の正面図である。
本実施形態の光源装置部1では、図1に示すように、励起光源11から偏光ビームスプリッタ12を介して蛍光部材15に入射される励起光の光路と、蛍光部材15から光学エンジン部2に入射される合波光の光路とが重なる。それゆえ、本実施形態では、上述したように、偏光ビームスプリッタ12の分光特性を適宜調整して両方の光を分離する。
次に、本実施形態の光源装置部の動作例を、図1及び5を参照しながら具体的に説明する。なお、図5は、本実施形態の偏光ビームスプリッタ12の分光動作の様子を示す図であり、図5中の丸印A1がS偏光の偏光方向を示し、白抜き矢印A2がP偏光の偏光方向を示す。また、図5では、説明を簡略化するため、蛍光体層32から直接反射される無偏光の励起光成分の図示は省略する。
励起光源11(青色レーザ)の波長:445nm
励起光の集光径:1mm
励起光の入射角θ:20度以下
偏光ビームスプリッタ12の分光特性:図4に示す特性
集光光学系14及び蛍光体層32間の距離:1mm以下
蛍光部材15の回転数:3000rpm
蛍光体層32の形成材料:YAG系蛍光体
蛍光体層32の厚さ:50μm
蛍光体層32の幅:5mm
(1)変形例1
本実施形態では、偏光ビームスプリッタ12を用いて、蛍光部材15に入射する励起光と、光学エンジン部2に入射する白色光とを分離する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、偏光ビームスプリッタ12の代わりに、一部の領域で青色光を反射するような構成の反射ミラーを用いてもよい。その一例(変形例1)を図7に示す。
上記実施形態及び変形例1では、分光光学系(偏光ビームスプリッタ12又は反射ミラー40)により、励起光源11から射出された励起光を反射し、且つ、蛍光部材15から射出された合波光を透過させる例を説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。
上記実施形態では、光源装置部1内に1/4波長板13を設ける例を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、高出力の白色光を必要としない用途では、1/4波長板13を設けなくてもよい。
上記実施形態及び変形例1では、分光光学系(偏光ビームスプリッタ12または反射ミラー40)を用いて、蛍光部材15に入射する励起光と、蛍光部材15から射出される合波光とを分離する例を説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、励起光を蛍光部材15に対して斜め入射し、励起光の入射光路とは異なる光路で、蛍光部材15から射出される合波光を集光する場合には、上述した分光光学系や1/4波長板13を設けなくてもよい。この場合には、光源装置部1の構成がより簡易になる。
上記実施形態では、光源装置部1内に、集光光学系14を設ける例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、高出力の出射光を必要としない用途等に本実施形態の光源装置部1を適用する場合には、光源装置部1を、集光光学系14を備えない構成にしてもよい。
上記実施形態では、光源装置部1(照明装置)の出射光を白色光とする例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、出射光としてシアン光(またはマゼンダ光)を必要とする用途では、励起光として青色光を用い、蛍光体層32を緑色光(または赤色光)のみを発光する蛍光材料で形成すればよい。すなわち、必要とする出射光の波長(色)に応じて、励起光の波長と蛍光体層32の形成材料との組み合わせを適宜選択すればよい。この場合、適用可能な用途の範囲をより一層広げることができる。
Claims (34)
- 第1の色光を含む励起光を射出する励起光源と、
前記励起光が入射されることにより前記励起光の少なくとも一部を前記第1の色光とは異なる第2の色光に変換する蛍光体と、前記蛍光体に対して前記励起光の入射側とは反対側に設けられる反射部材と、を有する蛍光部材と、
前記励起光源と前記蛍光部材との間の光路上に設けられ、前記第1の色光における第1偏光成分および第2偏光成分のうちいずれか一方を透過し他方を反射するとともに、前記第2の色光における第1偏光成分および第2偏光成分の双方を透過する偏光ビームスプリッタと、を備える
光源装置。 - 前記偏光ビームスプリッタは、前記第1の色光における第1偏光成分を透過し第2偏光成分を反射する
請求項1に記載の光源装置。 - 前記偏光ビームスプリッタは、前記励起光源から射出された励起光の第2偏光成分を反射する
請求項1又は2に記載の光源装置。 - 前記偏光ビームスプリッタは、前記蛍光体で変換され前記反射部材で反射された前記第2の色光の第1偏光成分および第2偏光成分を透過する
請求項1乃至3のいずれかに記載の光源装置。 - 前記励起光源から射出された励起光の第2偏光成分を第1偏光成分へ変換する1/4波長板、をさらに備える
請求項1乃至4のいずれかに記載の光源装置。 - 前記1/4波長板は、前記第1の色光が2度通過されることで、前記第1の色光における第1偏光成分を第2偏光成分に変換する
請求項5に記載の光源装置。 - 前記偏光ビームスプリッタは、前記励起光源からの前記励起光の射出方向と、前記蛍光部材からの前記第2の色光の射出方向とが直交する位置に配置される
請求項1乃至6のいずれかに記載の光源装置。 - 前記第1偏光成分はP偏光成分であり、前記第2偏光成分はS偏光成分である
請求項1乃至7のいずれかに記載の光源装置。 - 前記励起光源は、直線偏光の励起光を射出する
請求項1乃至8のいずれかに記載の光源装置。 - 前記励起光源は、前記直線偏光の励起光として、前記第1の色光における前記第2偏光成分の励起光を射出する
請求項9に記載の光源装置。 - 前記第1の色光は青色光成分を含み、前記第2の色光は赤色光成分と緑色光成分を含む
請求項1乃至10のいずれかに記載の光源装置。 - 前記蛍光部材は、円盤状の形状を有する
請求項1乃至11のいずれかに記載の光源装置。 - 前記蛍光部材の中心に対応する位置に駆動軸が接続され、前記蛍光体上における前記励起光の照射位置が時間とともに回転円周方向に移動するよう前記蛍光部材を回転させる駆動部、をさらに備え、
前記駆動部が、前記蛍光部材を、前記蛍光体の前記励起光の照射面内の所定方向に回転させている状態で、前記励起光を前記蛍光体に照射する
請求項1乃至12のいずれかに記載の光源装置。 - 前記蛍光部材の前記励起光の入射側に設けられ、前記励起光源から射出された励起光を前記蛍光体上で所定のスポット径となるように集光するとともに、前記蛍光体で発光され前記蛍光部材から射出された発光光を略平行光に変換する光学系、をさらに備える
請求項1乃至13のいずれかに記載の光源装置。 - 前記反射部材は、少なくとも前記第2の色光を反射する
請求項1乃至14のいずれかに記載の光源装置。 - 前記蛍光部材は、基板をさらに有し、
前記反射部材は、前記基板上に配置される
請求項1乃至15のいずれかに記載の光源装置。 - 固定ハブにより前記基板が前記駆動軸に固定される
請求項13を引用する請求項16に記載の光源装置。 - 第1の色光を含む励起光を射出する励起光源と、
前記励起光が入射されることにより前記励起光の少なくとも一部を前記第1の色光とは異なる第2の色光に変換する蛍光体と、前記蛍光体に対して前記励起光の入射側とは反対側に設けられる反射部材と、を有する蛍光部材と、
前記励起光源と前記蛍光部材との間の光路上に設けられ、前記第1の色光における第1偏光成分および第2偏光成分のうちいずれか一方を透過し他方を反射するとともに、前記第2の色光における第1偏光成分および第2偏光成分の双方を透過する偏光ビームスプリッタと、を有する光源装置部と、
前記光源装置部から射出された光を用いて所定の画像光を生成し、該生成した画像光を外部に投影する画像投影部と、を備える
画像投影装置。 - 前記偏光ビームスプリッタは、前記第1の色光における第1偏光成分を透過し第2偏光成分を反射する
請求項18に記載の画像投影装置。 - 前記偏光ビームスプリッタは、前記励起光源から射出された励起光の第2偏光成分を反射する
請求項18又は19に記載の画像投影装置。 - 前記偏光ビームスプリッタは、前記蛍光体で変換され前記反射部材で反射された前記第2の色光の第1偏光成分および第2偏光成分を透過する
請求項18乃至20のいずれかに記載の画像投影装置。 - 前記励起光源から射出された励起光の第2偏光成分を第1偏光成分へ変換する1/4波長板、をさらに備える
請求項18乃至21のいずれかに記載の画像投影装置。 - 前記1/4波長板は、前記第1の色光が2度通過されることで、前記第1の色光における第1偏光成分を第2偏光成分に変換する
請求項22に記載の画像投影装置。 - 前記偏光ビームスプリッタは、前記励起光源からの前記励起光の射出方向と、前記蛍光部材からの前記第2の色光の射出方向とが直交する位置に配置される
請求項18乃至23のいずれかに記載の画像投影装置。 - 前記第1偏光成分はP偏光成分であり、前記第2偏光成分はS偏光成分である
請求項18乃至24のいずれかに記載の画像投影装置。 - 前記励起光源は、直線偏光の励起光を射出する
請求項18乃至25のいずれかに記載の画像投影装置。 - 前記励起光源は、前記直線偏光の励起光として、前記第1の色光における前記第2偏光成分の励起光を射出する
請求項26に記載の画像投影装置。 - 前記第1の色光は青色光成分を含み、前記第2の色光は赤色光成分と緑色光成分を含む
請求項18乃至27のいずれかに記載の画像投影装置。 - 前記蛍光部材は、円盤状の形状を有する
請求項18乃至28のいずれかに記載の画像投影装置。 - 前記蛍光部材の中心に対応する位置に駆動軸が接続され、前記蛍光体上における前記励起光の照射位置が時間とともに回転円周方向に移動するよう前記蛍光部材を回転させる駆動部、をさらに備え、
前記駆動部が、前記蛍光部材を、前記蛍光体の前記励起光の照射面内の所定方向に回転させている状態で、前記励起光を前記蛍光体に照射する
請求項18乃至29のいずれかに記載の画像投影装置。 - 前記蛍光部材の前記励起光の入射側に設けられ、前記励起光源から射出された励起光を前記蛍光体上で所定のスポット径となるように集光するとともに、前記蛍光体で発光され前記蛍光部材から射出された発光光を略平行光に変換する光学系、をさらに備える
請求項18乃至30のいずれかに記載の画像投影装置。 - 前記反射部材は、少なくとも前記第2の色光を反射する
請求項18乃至31のいずれかに記載の画像投影装置。 - 前記蛍光部材は、基板をさらに有し、
前記反射部材は、前記基板上に配置される
請求項18乃至32のいずれかに記載の画像投影装置。 - 固定ハブにより前記基板が前記駆動軸に固定される
請求項30を引用する請求項33に記載の画像投影装置。
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