JP6221473B2 - 光源装置および光学エンジン - Google Patents
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Description
例えば、特許文献3には、青色帯域の光を発生するレーザ発光器(青色半導体レーザ装置)と、青色光を吸収し緑色光を出射する蛍光体領域、青色光を吸収し赤色光を出射する蛍光体領域および光拡散効果のある透過領域を含む円形板状の発光板(蛍光体ホイール)と、蛍光体ホイールを円周方向に回転させる駆動装置(モータ)と、蛍光体ホイールの表裏両面近傍に配置された集光レンズ群とにより構成されたプロジェクタが記載されている。
以下、本発明の第一実施形態に係る光源装置について、図面を参照しながら説明する。以下の説明で参照する図面は、本発明を概略的に示したものであるため、部材のスケールや位置関係などが誇張、あるいは部材の一部が省略されている場合がある。また、以下の説明では、同一の名称および符号については原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
光源装置1は、図1に示すように、半導体レーザ装置11と、コリメートレンズ12と、照射光学系13と、ホイール基板14と、モータ15と、集光光学系16と、を備える構成とした。
モータ本体15aは、回転軸15bを駆動させるための動力を発生させて回転軸15bに供給するものである。回転軸15bは、モータ本体15aの中心から突出しており、先端部分にホイール基板14を固定した状態でモータ本体15aから供給された動力により自転することでホイール基板14を周方向に回転させるものである。モータ15は、ホイール基板14に対して半導体レーザ装置11側に配置される。
回転軸15bは、図2(b),(d)に示すように、ホイール基板14の光入射面側から挿入孔144に挿通され、ホイール基板14の光出射面側から突出した先端部分に固定部材17が装着されることで、ホイール基板14を固定する。固定部材17としては、例えば図2(b)に示す留め具17aや、図2(d)に示す接着剤17b等が挙げられる。なお、図1(a)および図2(a)では、固定部材17を図2(b)に示す留め具17aとした例を示した。
なお、集光光学系16を2つ以上のレンズで構成する場合、ホイール基板14の光出射面に最も近い側に配置されるレンズを、ホイール基板14の中心を覆う大きさで形成することとする。
光源装置1は、半導体レーザ装置111,112,113によって、青色レーザ光(青色光)を発生し、発生した青色光を対応するコリメートレンズ121,122,123に照射する。光源装置1は、コリメートレンズ121,122,123によって、対応する半導体レーザ装置111,112,113からの出射光を入射して平行光とし、照射光学系13に出射する。
つまり、光源装置1によれば、モータ15をホイール基板14に対して半導体レーザ装置11側に配置しているので、モータ15の配置や大きさによって、集光光学系16を構成するレンズの大きさ(直径)が制限されない。
次に、本発明の第二実施形態に係る光源装置1Aについて、図3を参照しながら説明する。
光源装置1Aは、図3(a)に示すように、半導体レーザ装置11と、コリメートレンズ12と、照射光学系13と、ホイール基板14Aと、モータ15と、集光光学系16と、を備える構成とした。図3(a)に示す光源装置1Aにおいて、ホイール基板14A以外の構成は、図1(a)に示した光源装置1と同様であるので、ここでは説明を省略する。
最表面とは、モータ15の回転軸15bにホイール基板14Aが固定された状態で、ホイール基板14Aの光出射面側で最も光の進行方向前側に位置する面のことである。
ここでは、モータ15の回転軸15bにホイール基板14Aが固定された状態で、回転軸15bの先端に取り付けられた固定部材17(ここでは留め具17a)の先端面は、ホイール基板14Aの光出射面よりも後側に位置している。
そして、集光光学系16を構成するレンズを、ホイール基板14Aの光出射面に近接させて配置したとしても固定部材と干渉しないため、ホイール基板14Aの回転動作が妨げられることはない。
第二実施形態に係る光源装置1Aによれば、第一実施形態で説明した光源装置1の作用効果に加え、以下のような優れた作用効果を奏する。
光源装置1Aは、ホイール基板14Aが、凹状部145を備えているため、ホイール基板14Aをモータ15の回転軸15bに固定した状態で、回転軸15bの先端を出射面と同一平面または出射面より入射面側に凹んだ状態とすることができ、ひいてはホイール基板14の光出射面が最表面となる。これにより、光源装置1Aは、集光光学系16を構成するレンズ(平凸レンズ161)をホイール基板14Aの光出射面に、より近接させて配置することができる。
そして、光源装置1Aによれば、ホイール基板14Aの光出射面に最も近い位置に配置された平凸レンズ161によって、ホイール基板14Aの光出射面から出射された拡散光を効率よく集光することができるので、有効光をさらに増やすことができる。したがって、光源装置1Aによれば、光の利用効率をさらに向上させることができる。
次に、第二実施形態に係る光源装置1Aのホイール基板14Aの変形例に係るホイール基板14Bを備える光源装置1Bについて、図4を参照しながら説明する。
なお、図4に示した光源装置1Bは、図3に示した第二実施形態に係る光源装置1Aに対し、ホイール基板14Aに代えてホイール基板14Bを備える点のみが相違する。そのため、以下では、光源装置1Bのホイール基板14Bの構成のみを説明する。
次に、図5を参照して、光源装置において、ホイール基板の光出射面から出射された蛍光を1枚の平凸レンズ(集光レンズ)によって集光する場合のシミュレーションを行った。ここでは、平凸レンズのレンズ直径[mm]と、ホイール基板の光出射面と平凸レンズの第一面との距離[mm]を変化させた場合における、平凸レンズの光の取り込み効率[%]の変化をシミュレーションにより調べた。なお、平凸レンズにおいて、光の入射側の面を第一面とし、光の出射側の面を第二面とする。このシミュレーションでは、平凸レンズの平面を第一面としている。
したがって、前記した第一、第二実施形態に係る光源装置のように、ホイール基板の光出射面と平凸レンズの第一面(入射面)との距離をできる限り近づけ、かつ、平凸レンズの直径を大きくすることが可能な構成とすることで、光の利用効率を向上することができることが確認できた。
次に、本実施形態に係る光源装置を備える光学エンジンについて図6を参照しながら説明する。ここでは、図6に示すように、一例として、第一実施形態に係る光源装置1を備える光学エンジンOについて説明する。この光学エンジンOは、例えばプロジェクタの光学エンジンとして用いることができる。
なお、以下の説明において前方、後方というときは、光源装置1の半導体レーザ装置11から出射された光の進行方向を基準としている。
以下、光学エンジンOの各構成要素について説明する。なお、光源装置1は、第一実施形態において説明したとおりであるので、ここでは説明を省略する。
投射光学系50は、光変調器40から出射された映像光を入射して、この映像光を、例えば表示パネルやスクリーン等に投射(拡大投射)するものである。
光学エンジンOは、光源装置1の半導体レーザ装置111,112,113により青色光をそれぞれ発生させ、対応するコリメートレンズ121,122,123にそれぞれ出射する。光学エンジンOは、コリメートレンズ121,122,123によって、入射した青色光をそれぞれ平行光として、照射光学系13の両凸レンズ131にそれぞれ出射する。
光学エンジンOは、以上のように動作する。
また、光学エンジンOは、ここでは、ミラー30によって合波系20から出射された合波光を全反射して光変調器40に出射することとしたが、ミラー30を配置せず、合波光20から出射された合波光を、直接、光変調器40に出射してもよい。
例えば、前記した実施形態では、ホイール基板は、赤色蛍光体領域と緑色蛍光体領域と透過領域の3つの領域を備えることとしたが、これに限られず、領域は4つ以上であってもよいし、1つまたは2つであってもよい。また、透過領域を青色蛍光体領域としてもよい。さらに蛍光領域は、出射光と異なる波長の光に変換する蛍光体が敷設された少なくとも1種類の蛍光領域を備えていればよい。さらに、透過領域は、ホイール基板の光出射面側に、入射された光を拡散する拡散板を敷設して構成してもよい。この拡散板は、ホイール基板の表面に光学処理を施すほか、光学物質である固体物を付着させることで形成することができる。また、さらに、赤色蛍光体、緑色蛍光体に代えて、他の波長帯の光を発する蛍光体を用いてもよい。
また、さらに、前記した実施形態では、光源装置は、ホイール基板を円板状部材としたが、これに限られず、多角形状部材としてもよい。
111,112,113 半導体レーザ装置
121,122,123 コリメートレンズ
13 照射光学系
131 両凸レンズ
132,133 平凸レンズ
14,14A,14B ホイール基板
141 赤色蛍光体領域
142 緑色蛍光体領域
143 透過領域
144 挿入孔
145 凹状部
15 モータ
15a モータ本体
15b 回転軸
16 集光光学系
161,162 平凸レンズ
17 固定部材
17a 留め具
17b 接着剤
20 合波系
21 合波素子
22 集光光学系
221,222 両凸レンズ
30 ミラー
40 光変調器
50 投射光学系
O 光学エンジン
Claims (7)
- 半導体レーザ装置と、
前記半導体レーザ装置からの出射光を、前記出射光と異なる波長の光に変換する蛍光体が敷設された少なくとも1種類の蛍光領域を備えたホイール基板と、
前記ホイール基板の入射面側に配置され、前記ホイール基板の中心を回転軸で支持して回転駆動するモータと、
前記ホイール基板の出射面側に配置され、前記ホイール基板の出射面からの光を集光する集光光学系と、を備え、
前記集光光学系は、前記ホイール基板の出射面からの光の基準軸を光軸としたレンズで構成され、
前記レンズが、前記ホイール基板の中心を覆う大きさで形成され、
前記集光光学系は、複数のレンズからなり、前記ホイール基板の中心を覆う大きさのレンズは、前記ホイール基板に最も近い位置に配置されてなり、
前記ホイール基板の中心を覆う大きさのレンズは、平面側を前記ホイール基板側に向けて配置される平凸レンズであり、前記ホイール基板の外周の一部を覆う大きさで形成されていることを特徴とする光源装置。 - 前記ホイール基板は、前記出射面が、光の出射側における最表面であることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記ホイール基板は、前記回転軸の先端を、固定部材により前記出射面と同一平面または前記出射面より前記入射面側に凹んだ状態として取り付けたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光源装置。
- 前記ホイール基板は、前記蛍光領域と前記半導体レーザ装置からの出射光を通過させる通過領域とが、当該ホイール基板の周方向に並んで設けられていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記ホイール基板の入射面側に、前記半導体レーザ装置からの出射光を前記ホイール基板へ照射する照射光学系を備えることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記ホイール基板の出射面と前記ホイール基板の中心を覆う大きさのレンズの端面との間隔が2mm以下であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の光源装置。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出射された光を変調する光変調器と、
前記光変調器により変調された光を投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする光学エンジン。
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