JP6171281B2 - ビームホモジナイザー及びそれを用いた光学エンジン - Google Patents
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Description
また、本発明に係るビームホモジナイザーは、略四角形の開口部と、開口部に光入射口と、光出射口とを有する保持筒を備えたビームホモジナイザーであって、保持筒は、4枚の板状部材が、前記開口部の前記略四角形の1つの辺に1枚の板状部材が配設されるように、前記略四角形の前記開口部に固定されており、前記板状部材が光入射口から入射された光を導波する保持筒の内面を構成し、内面は、入射された光を異なる色に変換する第1色変換部と、入射された光を、前記第1色変換部とは異なる色に変換する第2色変換部と、入射された光を、第1及び第2色変換部とは異なる色に変換する第3色変換部と、を有し、前記保持筒の光入射口に、前記光源からの光を透過し、前記第1、第2、及び第3色変換部からの光を反射する波長選択フィルタを有することを特徴とする。
本発明を実施するための形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具現化するためのビームホモジナイザーを例示するものであって、以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示に過ぎない。尚、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。
図1〜図3を参照して本発明の実施形態に係る発光装置を説明する。図1(a)は、実施形態1にかかるビームホモジナイザーの外観図であり、図1(b)〜図1(e)は、側面断面図である。図2は、ビームホモジナイザー内における光の伝搬状態を説明するための図であり、図3は、ビームホモジナイザー内の第1及び第2色変換部の位置を説明するための図である。
(W/tanθ)<Lbr、Lbg、Lbb<L … (1)
Lbr+Lbg+Lbb<L … (2)
保持筒は、光源からの光を入射可能な光入射口と、入射された光を導波させることが可能な内面(内側面)と、外部に光を出射可能な光出射口と、を備えている。保持筒の内面には、第1色変換部、第2色変換部、反射部が設けられている。光軸方向に垂直な断面形状が、複数の平面で構成される多角形であることが好ましく、保持筒の外面の形状は特に問わない。
光源からの光を色変換しない反射部は、ビームホモジナーザーから放出される合成光に、光源からの光を含ませるための部位である。保持筒自体を反射部として用いない場合は、図1(c)に示すように、保持筒本体となる基体の表面に反射層4を設けて反射部とすることができる。例えば、前述の保持部材に用いることができる反射性の高い金属を、別の部材に電解メッキ、無電解メッキなどの方法で設けて反射層4として保持筒の内面に配置させることができる。一例を挙げると、4枚の鉄板の表面に、銀をメッキして、そのメッキした側の面が内面となるように配置して固定して四角形の開口断面の保持筒とすることができる。
第1色変換部及び第2色変換部は、光源からの光を、それとは異なる色(波長)に変換する部材であり、蛍光体を含む膜(層)である。光源からの光と、これら色変換部材からの2つの色の光を合成して、白色系の混色光が得られるような組み合わせとなるような蛍光体を選択するのが好ましい。特に、光源を青色発光とし、第1色変換部材として光源よりも長い波長である緑色発光、そして、第2色変換部材として、光源よりも、更には第1色変換部材よりも長い波長である赤色発光とするのが好ましい。
光源は、ビームホモジナイザーの光入射口に向けて発光するものであり、半導体発光素子を用いたLED、LDが好適に用いられる。特にLD光が好ましい。また、その発光波長は、主波長が430nmから480nmの青色系発光が好ましく、時に、440nmから470nmの発振波長のLDが好ましい。このようなLED、LDとしては、II−VI族化合物半導体(ZnSeなど)や窒化物半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)、GaPを用いたものを適用させることができる。
図4〜図6を参照して本発明の実施形態に係る発光装置を説明する。図4(a)は、実施形態2にかかるビームホモジナイザーの外観図であり、図4(b)〜図4(e)は、側面断面図である。図5は、ビームホモジナイザー内における光の伝搬状態を説明するための図であり、図6は、ビームホモジナイザー内の第1及〜第3色変換部の位置を説明するための図である。
(W/tanθ)<Lvr、Lvg、Lvb<L … (3)
Lbr+Lbg+Lvb<L … (4)
第3色変換部は、光源からの光を、それとは異なる色(波長)に変換する部材であり、蛍光体を含む膜(層)である。実施形態1では青色光の光源を用いていたが、実施形態2ではその光源に代わって青色光を発する蛍光体を用いる。
以下に、ビームホモジナイザーの製造方法について説明する。ビームホモジナイザーは、保持筒と、その内面に色変換部材を有するものであり、以下は、保持筒として、板状部材を複数立体的に配置して固定する保持筒について説明する。
図7(a)は、保持筒の内面を構成するための板状部材23と、それらを筒状に保持可能な保持筒22と、それらの一部拡大図を示し、これらを組み立てることで本実施形態のビームホモジナイザーを得ることができる。具体的には、予め板状部材に第1色変換部、第2色変換部等を形成しておき、それを、保持筒の開口部に挿入して固定するものである。
次に、ビームホモジナイザーを用いた光学エンジンについて説明する。図10に、実施形態1のビームホモジナイザーを用いた光学エンジンの概略図を示す。青色発光の半導体レーザ素子を用いた光源51からの光は、レンズ52によって集光され、ビームホモジナイザー54の光入射口からその内部に入射される。入射された光は、ビームホモジナイザーの内面の第1色変換部、第2色変換部、反射部に照射及び反射され、合成光である白色光として光出射口から出射される。光出射口における光の強度は面内均一になっている。この出射された合成光をコリメートレンズなどのレンズ53によって平行光とし、次いでマイクロミラーや液晶パネルなどの光変調素子55を通過させる。最後に投射レンズ56によってされた光がスクリーンに投射される。
1a、10a…光入射口
1b、10b…光出射口
2、11…保持筒
3a…反射層(高反射層)
3b…低反射層
4…反射層(高反射層)
5…保護膜
7…第1色変換部(緑色蛍光体含有部)
8…第2色変換部(赤色蛍光体含有部)
9…フィルタ(ダイクロイックフィルタ)
10、21…板状部材
51…光源
Claims (17)
- 略四角形の開口部と、該開口部に光入射口と、光出射口とを有する保持筒を備えたビームホモジナイザーであって、
前記保持筒は、4枚の板状部材が、前記開口部の前記略四角形の1つの辺に1枚の板状部材が配設されるように、前記略四角形の前記開口部に固定されており、前記板状部材が前記光入射口から入射された光を導波する前記保持筒の内面を構成し、
前記板状部材は、
前記入射された光を異なる色に変換する第1色変換部と、
前記入射された光を、前記第1色変換部とは異なる色に変換する第2色変換部と、
前記入射された光を色変換せずに反射させる反射部と、を有し、
前記保持筒の光入射口に、前記光源からの光を透過し、前記第1及び第2色変換部からの光を反射する波長選択フィルタを有する
ことを特徴とするビームホモジナイザー。
- 前記光源からの光は、青色光である請求項1に記載のビームホモジナイザー。
- 略四角形の開口部と、該開口部に光入射口と、光出射口とを有する保持筒を備えたビームホモジナイザーであって、
前記保持筒は、4枚の板状部材が、前記開口部の前記略四角形の1つの辺に1枚の板状部材が配設されるように、前記略四角形の前記開口部に固定されており、前記板状部材が前記光入射口から入射された光を導波する前記保持筒の内面を構成し、
前記板状部材は、
前記入射された光を異なる色に変換する第1色変換部と、
前記入射された光を、前記第1色変換部とは異なる色に変換する第2色変換部と、
前記入射された光を、前記第1及び第2色変換部とは異なる色に変換する第3色変換部と、を有し、
前記保持筒の光入射口に、前記光源からの光を透過し、前記第1、第2、及び第3色変換部からの光を反射する波長選択フィルタを有する
ことを特徴とするビームホモジナイザー。
- 前記入射された光を色変換せずに反射させる反射部を有する請求項3に記載のビームホモジナイザー。
- 前記光源からの光は、青紫光〜紫外光である請求項3または請求項4に記載のビームホジナイザー。
- 前記第1色変換部材は、前記光源からの光を吸収し緑色光を放出する蛍光体を含有し、
前記第2色変換部は、前記光源からの光を吸収し赤色を放出する蛍光体を含有する請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のビームホモジナイザー。
- 前記第3色変換部材は、前記光源からの光を吸収し青色光を放出する蛍光体を含有する請求項3乃至請求項6のいずれか1項に記載のビームホモジナイザー。
- 前記保持筒は、多角形の光入射口における辺のうち、最も短い辺の長さをWとし、保持筒の長さをLとし、保持筒の入射NAをsinθとし、前記第1色変換部の長手方向のトータルの長さをLbgとし、前記第2色変換部の長手方向のトータルの長さをLbrとしたとき、下記の関係式が成り立つ請求項6に記載のビームホモジナイザー。
(W/Tanθ)<Lbr、Lbg<L 且つ Lbr+Lbg<L
- 前記保持筒は、多角形の入射面における辺のうち、最も短い辺の長さをWとし、保持筒の長さをLとし、保持筒の入射NAをsinθとし、第3色変換部の長手方向のトータルの長さをLvbとし、第1色変換部の長手方向のトータルの長さをLvgとし、第2色変換部の長手方向のトータルの長さをLvrとしたとき、下記の関係式が成り立つ請求項7に記載のビームホモジナイザー
(W/Tanθ)<Lvr、Lvg、Lvb<L 且つ Lvr+Lvg+Lvb<L
- 前記第1色変換部または前記第2色変換部は、前記反射部の上に形成されている請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載のビームホモジナイザー。
- 前記第1色変換部または前記第2色変換部は、透光性の保護膜の上に形成されている請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載のビームホモジナイザー。
- 前記第3色変換部は、前記反射部の上に形成されている請求項3乃至請求項11のいずれか1項に記載のビームホモジナイザー。
- 前記第3色変換部は、透光性の保護膜の上に形成されている請求項3乃至請求項12のいずれか1項に記載のビームホモジナイザー。
- 前記保持筒の開口部は、平坦部と、該平坦部の両側に突出部とを有し、前記板状部材は側面に溝を有し、前記保持筒の突出部と前記板状部材の溝とが勘合するように固定されている請求項1乃至請求項13のいずれか1項に記載のビームホモジナイザー。
- 前記第2色変換部は、前記第1色変換部よりも前記光入射面口に近い側に形成されている請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載のビームホモジナイザー。
- 前記第3色変換部は、前記第2色変換部及び前記第1色変換部よりも前記光入射面口に遠い側に形成されている請求項3乃至請求項15のいずれか1項に記載のビームホモジナイザー。
- 請求項1乃至請求項16のいずれか1項に記載のビームホモジナイザーと、単色の光源と、該光源からの光を前記ビームホモジナイザーに入射させる光学系と、前記ビームホモジナイザーから出射した混色光を変調させる光変調系と、前記光変調系によって変調された光を投射せる投射系とを備えることを特徴とする光学エンジン。
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