JP6318606B2 - 波長変換部材及びこの波長変換部材を有する光学系及びこの波長変換部材を有する光源装置及びこの光源装置を有する投影装置 - Google Patents
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Description
そのディスプレイ装置には、液晶テレビジョン、プラズマテレビジョン等の各種のものがある。
この種の投影装置は、安価、小型、軽量かつ持ち運びやすいため、大画面ディスプレイ装置として広く普及している。
近年、光源装置として赤色、緑色、青色の光を発生する発光ダイオード(LED)、有機EL等の固体発光素子を用いるプロジェクタが開発され、多くの提案がなされている。
前記励起光の入射側に設けられてかつ前記励起光を透過すると共に前記光の波長域の光のうち励起光の入射側から所定波長域の光を選択光として透過させ、しかも選択光以外の光を非選択光として反射させる透過領域を少なくとも一部に有する第1フィルタと、
前記波長変換物質を挟んで前記第1フィルタとは反対側に設けられてかつ少なくとも前記選択光を反射させると共に前記非選択光を透過させる反射領域を少なくとも一部に有する第2フィルタと、を有することを特徴とする。
図1は本発明の実施例1に係る光源装置1の概略図である。
この図1において、1は光源装置、LD1は励起光源としてのレーザダイオード、2はカップリングレンズ、3は光路分離部材、4は集光素子としての集光レンズ、5は波長変換部材である。
特に、サファイアは人工的に製造する技術が確立されていて入手も容易であるので、透明基板6、7にサファイアを用いるのが望ましい。
レーザ光P1の光エネルギーのうち波長変換に利用されなかった光エネルギーは熱となる。しかしながら、波長変換物質8を少なくとも一方の透明基板6、7に密着させる構成とすると、透明基板6、7を介して熱を効率良く放散させることができ、熱が波長変換部材5にこもるのを防止できる。その結果、熱に起因する波長変換効率等の光学特性の低下を抑制できる。
また、波長変換部材5の熱膨張等に起因する第1フィルタF1、第2フィルタF2の損傷、劣化等の低減を図ることができる。
ダイクロイックミラー膜DM2は、励起光(紫外光)P1を反射すると共に選択光P2を反射させ、非選択光P3を透過させる光学特性を有する。
波長変換物質8は、ダイクロイックミラー膜DM1を透過したレーザ光P1及びダイクロイックミラー膜DM2において反射されたレーザ光P1により励起される。これによって、可視光としての黄色成分の蛍光(緑色波長領域の蛍光から赤色波長領域の蛍光)が発生する。
このように、レーザ光P1の入射と反射とを利用して波長変換物質8を励起できるので、蛍光の発生効率を高めることができる。
言い換えると、励起光の入射側と同じ側から光を取り出す構成とすることにより、この波長変換部材5を用いて、小型軽量の光源装置、この光源装置を有する投影装置を製作することにした場合に、波長変換の際のエネルギー損失、エネルギー吸収による熱のこもりを極力少なくできる。
図2〜図4は本発明の実施例2に係る光源装置1の概略図である。
この実施例2では、図2(a)〜図4(a)に示す光源装置1の励起光源には、複数個のレーザダイオードLD1a〜LD1cが用いられる。
光路分離部材3と集光レンズ4’との間には、コリメートレンズ4”が設けられている。このコリメートレンズ4”は、一点に収束されたレーザ光P1を再度平行光束に変換する役割を有する。
環状の波長変換物質8は、図2(d)〜図4(d)に示すように、扇形状の蛍光領域8a、8bから構成されている。
セグメント領域DM11、DM12、DM13は、セグメント領域DM21、DM22、DM23にそれぞれ対応するようにして境界線r1〜r3、r1’〜r3’がそれぞれ合致されている。
この実施例3では、図5(a)〜図7(a)に示すように、実施例2と同様に、駆動モータ10の回転軸に取り付けられた円盤状の第2フィルタF2と、円盤状の第1フィルタF1と、環状の波長変換物質8とから構成されている。
セグメント領域DM13は少なくともレーザ光P1’を透過する光学特性を有する。
この実施例3では、直線偏光のレーザ光を発生するレーザダイオードLD2を励起光源として用いている。しかし、青色光を発生するLED等であって偏光方向が不揃いのLED等を用いる場合には、図示を略す1/2λ波長板と偏光ビームスプリッタとを適宜組み合わせて、偏光方向を揃えて直線偏光を生成する構成とすれば、励起光源として用いることができる。
この実施例3では、セグメント領域DM23により青色光を反射させる構成として説明したが、セグメント領域DM13に青色光を反射させる反射特性をもたせる構成とすることもできる。
この実施例3において、直進性に優れたレーザ光P1’を用いることにすると、空間的コヒーレンシーのため、スペックルが生じ、照明ムラが生じる可能性がある。
この変形例3によれば、レーザ光P1’が散乱部材により散乱され、直進性が緩和されるため、照明むらが生じるのを抑制できる。
また、散乱部材の脱落等を考慮する必要がなくなり、安全性の面でも望ましい。
図10は本発明の実施例4に係る光源装置1の概略図である。
この実施例4では、励起光源には紫外線波長帯域のレーザダイオードLD1とカップリングレンズ2が用いられている。また、青色光源には、青色の光を発生するレーザダイオードLD2とカップリングレンズ2’が用いられている。なお、レーザダイオードLD2の代わりに、青色光を発生するLEDを用いても良い。
波長変換部材5はフィルタF1、フィルタF2、波長変換物質8から構成されている。
セグメント領域DM41は、レーザ光P1と赤色成分の蛍光とを反射する光学特性を有すると共に、緑色成分の蛍光を透過する光学特性を有する。
また、セグメント領域DM41で反射されたレーザ光P1は、光路分離部材3を透過して放散される。
これにより、青色のレーザ光P1’が射出され、波長変換部材5の一回転中に、赤色、黄色、緑色、青色の四色の色が時分割的に取り出される。
図12は本発明の実施例5に係る光源装置1を示す光学図である。
ここでは、励起光源として、図12(a)に示すように青色成分の光を発生する複数個のレーザダイオードLD2と、カップリングレンズ2a’、2b’、2c’とが用いられる。
図14は実施例5に係る光源装置1を有する投影装置を模式的に示している。この投影装置は、照明光学系20、投影レンズ21、画像生成部22、制御部23を有する。画像生成部22には、例えば、DMD(デジタルマイクロデバイス)が用いられる。
その制御部23は、波長変換部材5を回転駆動制御、駆動モータ14の回転駆動制御、レーザダイオードLD2のオンオフ制御、画像生成部22の制御に用いられる。
図15は投影装置の他の実施例を示している。
この図15に示す投影装置には、実施例2に示す光源装置1と同一の光源装置が用いられている。そこで、同一構成要素に同一符号を付してその詳細な説明は省略する。また、照明光学系20、制御部23、画像生成部22、投影レンズ21の構成は、図14に示す構成と同一であるので、同一符号を付してその説明は省略する。
8…波長変換物質
F1…第1フィルタ
F2…第2フィルタ
P1…レーザ光(励起光)
P2…選択光
P3…非選択光
Claims (14)
- 励起光の照射により励起光の波長域とは異なる波長域の光を発生する波長変換物質と、
前記励起光の入射側に設けられてかつ前記励起光を透過すると共に前記光の波長域の光のうち励起光の入射側から所定波長域の光を選択光として透過させ、しかも選択光以外の光を非選択光として反射させる透過領域を少なくとも一部に有する第1フィルタと、
前記波長変換物質を挟んで前記第1フィルタとは反対側に設けられてかつ少なくとも前記選択光を反射させると共に前記非選択光を透過させる反射領域を少なくとも一部に有する第2フィルタと、
を有することを特徴とする波長変換部材。 - 請求項1に記載の波長変換部材と、前記波長変換部材の励起光の入射側に設けられて、前記励起光を透過させかつ前記波長変換部材からの選択光を反射させる光路分離部材とを備えている光学系。
- 前記光路分離部材と前記波長変換部材との間に、前記励起光を集光して前記波長変換部材に照射すると共に、前記選択光を集光して前記光路分離部材に導く集光レンズが設けられていることを特徴とする請求項2に記載の光学系。
- 励起光を照射する励起光源と、
前記励起光の照射により励起光の波長域とは異なる波長域の蛍光を発生する波長変換物質と、前記励起光の入射側に設けられてかつ前記励起光を透過すると共に前記波長域の蛍光のうち励起光の入射側から所定波長域の蛍光を選択光として透過させ、しかも選択光以外の蛍光を非選択光として反射させる選択光透過領域を少なくとも一部に有する第1フィルタと、前記波長変換物質を挟んで前記第1フィルタとは反対側に設けられてかつ少なくとも前記選択光を反射させると共に前記非選択光を透過させる選択光反射領域を少なくとも一部に有する第2フィルタとからなる波長変換部材と、
前記励起光源と前記波長変換部材との間に設けられて前記励起光を前記波長変換部材に向けて透過させかつ前記波長変換部材からの選択光を反射させる光路分離部材と、
前記光路分離部材と前記波長変換部材との間に設けられて、前記励起光を集光して前記波長変換部材に照射すると共に、前記選択光を集光して前記光路分離部材に導く集光レンズとを有することを特徴とする光源装置。 - 前記波長変換部材が回転駆動され、前記第1フィルタと前記第2フィルタとは回転方向に複数個の扇形状領域に分割され、第1フィルタの扇形状領域の少なくとも一つが前記選択光透過領域とされ、前記第2フィルタの前記選択光透過領域に対向する領域が前記選択光反射領域とされていることを特徴とする請求項4に記載の光源装置。
- 前記選択光反射領域が前記励起光を反射する光学特性を有することを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
- 前記励起光源が紫外波長域の励起光を発生する光源であり、前記波長変換物質には紫外波長域の励起光により黄色成分の蛍光を発生する蛍光領域と青色成分の蛍光を発生する蛍光領域とが設けられ、前記第1フィルタは、励起光を透過すると共に赤色の波長域の蛍光を透過させる選択光透過領域と、励起光を透過すると共に緑色の波長域の蛍光を透過させる選択光透過領域と、励起光を透過すると共に青色の波長域の蛍光を透過させる選択光透過領域とを有し、前記第2フィルタは励起光を反射すると共に赤色の波長域の蛍光を反射しかつ緑色の波長域の蛍光を透過する選択光反射領域と、励起光を反射すると共に緑色の波長域の蛍光を反射しかつ赤色の波長域の蛍光を透過する選択光反射領域と、励起光を反射すると共に青色の波長域の蛍光を反射する選択光反射領域とを有する請求項5に記載の光源装置。
- 励起光源が直線偏光の青色光を発生する青色光源であり、波長変換物質に青色波長域の励起光により黄色成分の蛍光を発生する蛍光領域と蛍光材料非設置領域とが設けられ、
前記第1フィルタは励起光を透過すると共に赤色の波長域の蛍光を透過させる選択光透過領域と、励起光を透過すると共に緑色の波長域の波長域の蛍光を透過させる選択光透過領域とを少なくとも有し、
前記第2フィルタは励起光を透過すると共に赤色の波長域の蛍光を反射する選択光反射領域と、励起光を透過すると共に緑色の波長域の蛍光を透過させる選択光透過領域とを少なくとも有し、
前記光路分離部材と前記波長変換部材との間には直線偏光の青色光を円偏光の青色光に変換しかつ円偏光の青色光を直線偏光の青色光に変換する波長板が設けられ、
前記光路分離部材は直線偏光の青色光を透過しかつこの直線偏光の偏光方向とは90度異なる直線偏光の青色光を反射する光学特性を有し、前記第1フィルタと前記第2フィルタとの少なくとも一方には、前記青色光を反射して前記光路分離部材に導く反射領域を有していることを特徴とする請求項5に記載の光源装置。 - 前記励起光源が紫外波長域の励起光を発生する光源であり、該励起光源とは別に青色光を発生する青色光源が設けられ、前記青色光源のオフの時に前記励起光源をオンさせて前記波長変換部材により前記青色光以外の赤色光と緑色光とを少なくとも選択光として時分割して取り出し、前記励起光源のオフの時に前記青色光源をオンさせて前記青色光を時分割して取り出すことを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
- 前記波長変換部材に黄色成分の蛍光を取り出す扇形状領域が形成されていることを特徴とする請求項9に記載の光源装置。
- 前記励起光源が青色光を発生する青色光源であり、前記励起光源と前記光路分離部材との間に、透過領域と反射領域とを有する光路分岐部材が設けられ、前記透過領域と前記反射領域とのいずれか一方が前記青色光源の照射光路に位置するときに前記青色光を励起光として前記波長変換部材に導くことにより緑色光と赤色光とを選択光として時分割して取り出し、前記透過領域と前記反射領域とのいずれか他方が前記青色光源の照射光路に位置するときに前記青色光を時分割して取り出すことを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
- 前記波長変換部材の第1フィルタと第2フィルタとがサファイアにより形成された透明基板を有することを特徴とする請求項4ないし請求項11のいずれか1項に記載の光源装置。
- 請求項1に記載の波長変換部材を有する投影装置。
- 前記波長変換部材の第2フィルタの側に冷却風路が形成されていることを特徴とする請求項13に記載の投影装置。
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