JP6364503B2 - 光源システム及び投影システム - Google Patents

Description

本発明は、光学表示装置に関し、特に、光源システム及び投影システムに関する。

投影表示技術の発展に伴って、市場では従来のシングルピース型ＤＭＤ投影技術からスリーピース型ＤＭＤ投影表示システムが発展してきた。

従来のシングルピース型ＤＭＤ投影技術では光源として白色光源が採用され、白色光源からの光が分光フィルタを通過することで順次に赤、緑、青の三原色光が生成され、これら赤、緑、青の三原色光が順次にＤＭＤに入射して、ＤＭＤ処理されてから出射する。このようなシングルピース型ＤＭＤ投影システムは、構成は簡単だが光利用効率が非常に低く、多くの光が分光フィルタを通過する際に失われるので、投影システムの輝度が低くなる。また、シングルピース型ＤＭＤは、順次に赤、緑、青の三原色光を処理するので、カラーの切り替え速度が限定されて「レインボー」現象が生じてしまう。このような課題を解決するために、スリーピース型ＤＭＤ投影技術が徐々に発展してきた。スリーピース型ＤＭＤ投影システムは白色光源を採用して、この白色光源からの光がプリズムを介して赤、緑、青の三原色光に分光された後、三つのＤＭＤに入射して、受光された光がＤＭＤにより処理される。スリーピース型ＤＭＤ投影システムは、シングルピース型ＤＭＤ投影システムに比べて光利用効率が向上しているが、そのシステムが複雑で設置が難しくコストが高い。

光利用効率と設備全体のコストとの両立は、本分野で早急に解決すべき技術課題であり、そのため、市場にツーピース型ＤＭＤ投影システムが現れた。出願番号ＵＳ５６１２７５３やＵＳ２０１２０２５７１２４のような特許はツーピース型ＤＭＤ投影システムを採用し、これらは３ＤＭＤに比べると構成が簡単であるが、依然として輝度が十分ではない上、「レインボー」効果の課題を解決することができない。従って、高輝度を実現すると共に「レインボー」効果の課題を効率的に解決する新たな光源システムが必要である。

本発明は、従来技術における低輝度及び「レインボー」効果の課題を解決する光源システム及び投影システムを提供することを目的としている。

本発明の光源システムは、第１の広スペクトル光を発する第１の光源と、第２の波長光を発する第２の光源と、第１の光源及び第２の光源の光路に位置し、第１の光源から発せられた第１の広スペクトル光を、第１の通路に沿って伝導する第３の波長光と第２の通路に沿って伝導する第４の波長光とに分光すると共に、第２の光源からの少なくとも一部の第２の波長光を第２の通路に沿って伝導する光合成分光装置と、第１の通路の光を受光すると共に第１の通路を伝導する光を変調する第１の空間光変調器と、第２の通路の光を受光すると共に第２の通路を伝導する光を変調する第２の空間光変調器と、第１の光源、第２の光源、第１の空間光変調器及び第２の空間光変調器と電気的に接続され、第１の光源及び第２の光源を制御すると共に第１の空間光変調器及び第２の空間光変調器による変調を制御するコントローラとを備え、第１の広スペクトル光と第２の波長光のスペクトルの範囲が異なり、第３の波長光と第４の波長光のスペクトルの範囲が異なり、光合成分光装置は、第１のダイクロイック素子と第２のダイクロイック素子とを備え、第１のダイクロイック素子は、第１の広スペクトル光を、第１の通路に沿って伝導する第３の波長光と、第２のダイクロイック素子へ入るように反射する第４の波長光とに分光するようにガイドし、第２のダイクロイック素子は、第２の波長光と第４の波長光とが第２の通路に沿って伝導するようにガイドする。

好ましくは、前記第２の光源から発せられる第２の波長光は、広スペクトル光である。

好ましくは、前記第２の波長光はシアン光であり、前記第１の広スペクトル光は黄色光である。

好ましくは、前記第２の光源は、第２の励起光を発する第２の励起光源と、第２の励起光の光路に位置し、該第２の励起光を吸収してトリガーされた光を発する第２の波長変換装置と、第２の波長変換装置が水平移動、垂直移動又は円周移動するように駆動する第２の駆動装置とを備える。

好ましくは、前記第２の波長変換装置は波長変換層と基板とを備え、前記基板は波長変換層を載置するためのものである。

好ましくは、第２の波長変換装置は、基板と、波長変換層と、散乱層とを備え、前記基板は波長変換層と散乱層とを載置するためのものであり、前記波長変換層は基板と散乱層との間に位置する又は前記散乱層は基板と波長変換層との間に位置する。

好ましくは、前記光合成分光装置は、第２の波長光を第１の通路に沿って伝導する第５の波長光と、第２の通路に沿って伝導する第６の波長光とに分光するためのものである。

好ましくは、前記コントローラは、第１の空間光変調器が第３の波長光と第５の波長光を変調するように制御し、第２の空間光変調器が第４の波長光と第６の波長光を変調するように制御する。

好ましくは、前記光合成分光装置は、第１の反射鏡と、ダイクロイック素子と、第２の反射鏡と、ＴＩＲプリズムと、フィリップスプリズムとを備え、前記第１の反射鏡とダイクロイック素子は平行に配置されており、第１の広スペクトル光と第２の波長光とを光合成し、前記第２の反射鏡は第２の波長光と第１の広スペクトル光をＴＩＲプリズムへ反射し、前記フィリップスプリズムはＴＩＲプリズムにより反射された光を、第１の通路に沿って伝導する光と第２の通路に沿って伝導する光とに分光するためのものである。

好ましくは、前記光合成分光装置は更に光均一化装置を備え、前記光均一化装置はダイクロイック素子と第２の反射鏡との間に位置し、第１の広スペクトル光と第２の波長光とを光均一化するためのものである。

好ましくは、前記第４の波長光と第５の波長光は、色が同じで主波長が異なる光である。

好ましくは、前記第２の光源は、固体半導体発光素子であり、三原色光のうちの任意の１つの色の光を発する。

好ましくは、前記第２の光源はレーザダイオード又はレーザダイオードアレイである。

好ましくは、前記第２の光源は第２の励起光源と、散乱装置と、第２の駆動装置とを備え、前記第２の励起光源は固体半導体発光素子であり、三原色光のうちの任意の１つの色の光を発し、前記散乱装置は第２の励起光源の光路に位置し、第２の励起光源から発せられた光を散乱し、前記第２の駆動装置は散乱装置を移動可能に駆動する。上記の何れの形態では、前記第１の光源は第１の励起光源と、第１の波長変換装置と、第１の駆動装置とを備え、前記第１の励起光源は励起光を発する固体半導体発光素子であり、前記第１の波長変換装置は励起光の光路に配置されており、該励起光を吸収してトリガーされた光を発し、前記第１の駆動装置は第１の波長変換装置を移動可能に駆動する。

好ましくは、前記第１の波長変換装置は、波長変換層と、波長変換層を載置する基板とを備え、前記波長変換層に黄色蛍光体が付着されている。

好ましくは、前記第１の波長変換装置は、波長変換層と、散乱層と、波長変換層及び散乱層を載置するための基板とを備え、前記波長変換層は散乱層と基板との間に位置する。

好ましくは、前記第１の励起光源は、レーザダイオード又はレーザダイオードアレイである。

上記の何れの形態では、前記第１の光源は、固体半導体発光素子である。

上記の何れの形態では、前記コントローラは第１の光源と第２の光源のオン／オフを順番に制御し、１つのサイクルにおける前記第１の光源と前記第２の光源のオンの状態は重なり合わない。

上記の何れの形態では、前記コントローラは第１の光源と第２の光源のオン／オフを制御し、１つのサイクルにおける前記第１の光源と前記第２の光源のオンの状態は、完全に重なり合わないが一部重なり合う。

上記の何れの形態では、１つのサイクルにおける前記第１の光源と前記第２の光源のオン／オフの回数は、少なくともＮ回であり、Ｎは正整数である。

本発明は更に投影システムを備え、当該投影システムは上記の何れ一つの形態における光源システムを備える。

本発明の上記の形態では、広スペクトル光を採用して、コントローラにより２つの空間光変調器が広スペクトル光を変調するように制御することにより、光を損失せずに広いスペクトル光が分光されると共に空間光変調器により変調されて、光源システムの輝度を向上させることができる。また、本発明は、２つの空間光変調器を採用してコントローラの制御で光変調することにより、光源システムの輝度を確保すると同時に、光源システムの構成がより簡単になり、コストを更に低減することができる。

本発明の第１の実施例における光源システムの構成を示す模式図。 本発明の第１の実施例における光スペクトルを示す図。 本発明の第１の実施例における光源システムの一部構成を示す模式図。 本発明の第１の実施例におけるコントローラの構成を示す模式図。 本発明の第１の実施例におけるコントローラが光源と空間光変調器を制御するときのタイミングチャート。 本発明の第１の実施例におけるコントローラが光源と空間光変調器を制御するときの別のタイミングチャート。 本発明の第１の実施例におけるコントローラが光源と空間光変調器を制御するときの更に別のタイミングチャート。 本発明の第２の実施例における光源システムの構成を示す模式図。 本発明の第３の実施例における光源システムの構成を示す模式図。 本発明の第４の実施例における光源システムの構成を示す模式図。 本発明の第４の実施例における波長変換装置の構成を示す図。 本発明の第４の実施例における光源システムの別の構成を示す模式図。 本発明の第４の実施例における波長変換装置の別の構成を示す模式図。 本発明の第４の実施例におけるコントローラが光源と空間光変調器を制御するときのタイミングチャート。

本発明の目的、技術案及びメリットが更に明確になるように、以下、図面及び実施形態を参照して本発明を詳しく説明する。

本発明に係る三原色光は、赤、緑、青の三色光である。本発明に係る１つのサイクルとは、１フレームのデータの処理時間を意味する。

本発明に係る第１の実施例は、光源システムに関するものであり、以下、図１乃至図７を参照して本発明を説明する。図１は本発明の第１の実施例における光源システムの構成を示す模式図である。当該光源システムは、第１の光源１と、第２の光源１０３と、光合成分光装置２と、第１の空間光変調器１０６と、第２の空間光変調器１０７と、コントローラ１０８とを備える。ここで、第１の光源１と第２の光源１０３は光合成分光装置２の同一側に位置し、光合成分光装置２は、第１の光源１からの出射光の光路に位置すると共に、第２の光源１０３からの出射光の光路に位置する。光合成分光装置２は、第１の光源１又は第２の光源１０３からの光を分光した後、その光が第１の空間光変調器１０６と第２の空間光変調器１０７へ入るようにガイドする。コントローラ１０８は、第１の光源１、第２の光源１０３、第１の空間光変調器１０６、第２の空間光変調器１０７と電気的に接続されている。

（１）第１の光源１は、第１の広いスペクトル光を発し、当該第１の広いスペクトル光（広スペクトル光）は、少なくとも１０ｎｍの波長範囲をカバーする光であり、例えば、黄色光は、４７５ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の光をカバーし（図２Ａを参照）、シアン光は、４４０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長範囲の光をカバーする（図２Ｂを参照）。第１の広いスペクトル光は、好ましくは少なくとも３０ｎｍの波長範囲を有する。本発明の第１の光源１は広いスペクトル光を採用して、広いスペクトルの光は波長光分光により少なくとも２つのビーム光に分離され、当該２つのビーム光は同一タイミングの光である。このようにすることで、光源の構造を簡素化する（従来技術のように複数の光源を使用することを避ける）だけでなく、光利用効率も顕著に向上することができる（赤色蛍光体を励起することによって赤色光を発生させる必要がない）。同時に、別途に装置を増設して光処理、すなわち、光フィルタリングせずに原色光を得ることができるので、構成がより簡単になる。例えば、広いスペクトルの黄色光を分光処理すれば緑色光と赤色光とが得られ、広いスペクトルの青色光を分光処理すれば青色光と緑色光とが得られる。

第１の光源１は、励起光を発する励起光源１０１と、波長変換装置１０２と、第１の駆動装置１００とを備える。ここで、波長変換装置１０２は、励起光源１０１の光路に位置し、第１の駆動装置１００は、波長変換装置１０２を駆動する。励起光源１０１は固体半導体発光素子であり、好ましくは青色又はＵＶ光等の励起光を発し、更に好ましくは青色又はＵＶ光を発生するレーザダイオード（ＬＤ）、ＬＥＤ又はレーザダイオードとＬＥＤとの組合せである。ここで、励起光源１０１は上記光源のアレイ、すなわち、ＬＤアレイ、ＬＥＤアレイ又はＬＤとＬＥＤとの組み合せアレイであってもよい。好ましくは、本発明の励起光源１０１は、ＬＤを励起光源として採用する。ＬＤは、ＬＥＤよりも光学拡張量（エタンデュ）が小さいだけでなく、光密度が高く、光強度が強い。

波長変換装置１０２は、基板と、波長変換層とを備える。基板は、波長変換層を載置するためのものであり、波長変換層は、例えば、黄色蛍光体、シアン蛍光体、マゼンタ蛍光体等の蛍光体を有し、励起されて広いスペクトル光を発する。好ましくは、基板が円形状の場合、波長変換層は基板の周縁部に位置してリング状に配置され、基板が矩形状の場合、波長変換層は基板の表面に位置して帯状に配置される。第１の駆動装置１００は、波長変換装置１０２が移動する（円周移動、水平移動又は垂直移動）ように駆動することで、励起光により波長変換層に形成されたスポットが、所定の経路に沿って波長変換層に作用する。好ましくは、第１の駆動装置１００はモータであり、基板は円形基板であり、モータは基板の中心に位置する。

（２）第２の光源１０３は、第２の波長光を発し、この第２の波長光は、波長範囲が第１の広いスペクトル光とは異なる。ここで、第２の光源１０３の発光色は特に限定されず、第１の光源１の出射光に応じて決定される。第１の光源１の分光された光と第２の光源１０３からの光とが組み合わさることで、少なくとも三原色光が発生する。好ましくは、第２の光源１０３から出射する光は、三原色光のうちの任意の１つの色の光である（すなわち、赤、緑及び青のいずれか１つ）。例えば、第１の光源１が黄色光を出射し、分光されて赤色光と緑色光を与えれば、第２の光源１０３は好ましく青色光を出射する。第１の光源１が青色光を出射し、分光されて緑色光と青色光を与えれば、第２の光源１０３は好ましく赤色光を出射する。本実施例では、第２の光源１０３はＬＥＤでもＬＤでもよい。好ましくは、第２の光源１０３はレーザダイオード又はレーザダイオードアレイであり、本技術案において第２の光源１０３としてレーザダイオード又はレーザダイオードアレイを採用することにより、第２の光源１０３の光学拡張量（エタンデュ）が小さくなり、光源輝度が向上すると共に、後続の光合成分光装置２における波長光の光合成を実現することができる。

以下、説明の便宜上、本実施例で例示される波長変換層は黄色蛍光体を含むものとし、第２の光源１０３から出射される第２の波長光は青色光とする。

（３）光合成分光装置２は、第１の広いスペクトル光を、第１の通路１１に沿って伝導する第３の波長光と、第２の通路１２に沿って伝導する第４の波長光とに分光すると共に、少なくとも一部の第２の波長光を第２の通路１２に沿って伝導させる。

光合成分光装置２は、具体的には第１のダイクロイック素子１０４と第２のダイクロイック素子１０５とを備える。ここで、第１のダイクロイック素子１０４は、第１の空間光変調器１０６と第１の光源１との間に位置し、第２のダイクロイック素子１０５は、第２の光源１０３と第２の空間光変調器１０７との間に位置する。第１の光源１からの出射光は黄色光であり（すなわち、黄色蛍光体が励起されて黄色光を発する）、この黄色光は第１のダイクロイック素子１０４に到達した後、第３の波長の赤色光と第４の波長の緑色光とに分光される。ここで、第１のダイクロイック素子１０４は、赤色光が透過して緑色光が反射するように設計されており、第２のダイクロイック素子１０５は、青色光が透過し緑色光が反射するように設計されている。赤色光は、第１の通路１１に沿って第１の空間光変調器１０６に入り、緑色光は、第２のダイクロイック素子１０５まで反射された後に第２の通路１２に沿って第２の空間光変調器１０７に入る。

第２のダイクロイック素子１０５は、ある波長帯域の波長の光を反射し、他の波長帯域の光を透過する。或いは、第２のダイクロイック素子は、ある１つ又は複数の波長帯域の光を反射し、他の波長帯域の光を透過する。

（４）第１の空間光変調器１０６は、第１の通路１１に沿って伝導する光を変調する。第２の空間光変調器１０７は、第２の通路１２に沿って伝導する光を変調する。ここで、第１の空間光変調器１０６と第２の空間光変調器１０７は、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device、デジタルマイクロミラーデバイス）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display、液晶表示装置）又はＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon、液晶オンシリコン）などを備えていてもよい。

第１の空間光変調器１０６は赤色光を変調し、第２の空間光変調器１０７は時系列の青色光と緑色光とを変調する。ここで、黄色光は黄色蛍光体が励起されて発生したものであり、黄色光は分光された後、赤色光と緑色光を与える。黄色蛍光体は変換効率が高く、一方、赤色光と緑色光は同一の時系列の光であって且つ同時に利用されるので、光源の変換効率及び光利用効率を大幅に向上することができる。第１の光源１がシアン光を発する場合、シアン光は青色光と緑色光に分光され、第２の光源１０３は赤色光を供給することで、同様に光源の変換効率及び光利用効率を向上することができる。

（５）コントローラ１０８は、第１の光源１及び第２の光源１０３を制御すると共に、第１の空間光変調器１０６と第２の空間光変調器１０７による変調を制御する。

図３において、コントローラ１０８は、第１の光源１及び第２の光源１０３をパルス変調して、第１の光源１と第２の光源１０３の輝度及びオン／オフ等を制御する。第１の空間光変調器１０６と第２の空間光変調器１０７に対するコントローラ１０８による制御は、光の時系列の変調及び光出力の変調を含む。

図４に示すように、コントローラ１０８は、データ処理モジュール１０８１及び制御モジュール１０８２を備えていてもよく、データ処理モジュール１０８１は、ソースデータがコントローラ１０８に入力された後、ソースデータの処理を行う。制御モジュール１０８２は、第１の光源１及び第２の光源１０３のオン／オフを制御して、光源のオン／オフに応じて第１の空間光変調器１０６と第２の空間光変調器１０７が光変調するように制御する。本実施例におけるソースデータには、映像データ又は画像データが含まれる。

以下、図５〜図７を参照しながら、制御モジュール１０８２の制御プロセス又は動作プロセスを説明する。制御モジュール１０８２は、第１の光源１及び第２の光源１０３のオン/オフを順番に制御し、１つのサイクルにおける第１の光源１と第２の光源１０３のオン状態は重なり合わない。図５に示すように、制御モジュール１０８２は、１つのサイクルにおいて最初の０．３Ｔの期間で第１の光源１が発光せず、第２の光源１０３が発光するように制御する。第２の光源１０３からの光（青色光として示す）は、第２の通路１２を通過して第２の空間光変調器１０７に到達し、制御モジュール１０８２は、第２の空間光変調器１０７が青色光を変調して映像データ又は画像データに対応する青色光を出力するように制御する。制御モジュール１０８２は、０．３Ｔ〜１Ｔの期間では第１の光源１が発光して第２の光源１０３が発光しないように制御し、第１の光源１における励起光源１０１は励起光を発し、その励起光は波長変換装置１０２に到達して波長変換装置１０２における波長変換材を励起してトリガーされた黄色光を発生させる。光合成分光装置２は、黄色光を赤色光と緑色光に分光して、赤色光は第１の通路１１に沿って第１の空間光変調器１０６に入り、緑色光は第２の通路１２に沿って第２の空間光変調器１０７に入る。制御モジュール１０８２は、第１の空間光変調器１０６が赤色光を変調した後、映像データ又は画像データに対応する赤色光を出力するように制御すると共に、第２の空間光変調器１０７が緑色光を変調した後、映像データ又は画像データに対応する緑色光を出力するように制御する。ここで、空間光変調器に対する制御モジュール１０８２による制御は、データ処理モジュール１０８１で処理されたデータ結果に応じて実現するものであり、更に具体的に言えば、入力されたフレームデータごとに画像画素点上のＲ、Ｇ、Ｂ値に対応して、第１の空間光変調器１０６と第２の空間光変調器１０７がそれらの空間光変調器に到達した赤色光、緑色光、青色光の三色光を変調するように制御することにより、空間光変調器から出力された光の色度と各フレームデータに対応する画像画素点上のＲ、Ｇ、Ｂの値とがそれぞれ対応するので、画像表示時のハイファイを確保することができる。図５は、制御モジュール１０８２が第１の光源１及び第２の光源１０３のオン／オフを順番に制御することを示している。図６に示すように、第１の光源１と第２の光源１０３とのオン／オフは、実際の応用時には１つのサイクルＴにおいて重なり合ってもよい。

ここで、図６と図５との差異についてのみ説明する。制御モジュール１０８２は、第１の光源１と第２の光源１０３とのオン／オフを制御して、１つのサイクルにおける第１の光源１と第２の光源１０３のオン状態は少なくとも一部が重なり合う。図６に示すように、１つのサイクルにおいて、第１の光源１と第２の光源１０３が点灯する時間帯は重なり合ってもよく、例えば、０．３Ｔ〜０．４Ｔの時間帯において第１の光源１と第２の光源１０３は何れもオンの状態であり（図６Ａ、図６Ｂに示す）、このとき０．３Ｔ〜０．４Ｔにおいて第１の空間光変調器１０６は赤色光を変調し（図６Ｃに示す）、第２の空間光変調器１０７はシアン光を変調している（図６Ｄに示す）。ここで、シアン光は青色光と緑色光の合成光であり、この変調モードにより、空間光変調器から出力された光の輝度を向上させることができる。この変調モードは、１つの原色シアン光が増加することに相当し、これにより、色域を拡大して出力輝度を向上させることができる。

当然ながら、第１の光源１と第２の光源１０３の１つのサイクルにおけるオン／オフの回数は少なくともＮ回であり（Ｎは正整数である）、図７に示すように、制御モジュール１０８２は、第１の光源１及び第２の光源１０３をＰＷＭ変調する。第１の光源１及び第２の光源１０３のデューティ比は特に限定されず、例えば、第１の光源１のデューティ比は６０％であり、第２の光源１０３のデューティ比は４０％又は５０％である。本技術案では、時系列における色の切り替え速度を向上することにより、「レインボー」効果を解消することができる。

本実施例において、第１の光源１は広いスペクトル光を発し、第２の光源１０３は三原色光のうちの任意の１つの色の光を発する。コントローラ１０８は、２つの光源を制御すると共に、第１の光源１と第２の光源１０３との光が何れも利用されるように空間光変調器を変調することにより、光源の変換効率を向上させると共に、空間光変調器が同時に動作して異なる色の光を同時に変調することにより、原色光の切替速度をアップして「レインボー」効果の出現を効率的に回避することができる。なお、２つの空間光変調器を採用することにより、光源システムから出力した光の輝度を確保する同時に、光源システムの構成を比較的簡単にすると共にコストを比較的に低くすることができる。

本発明に係る第２の実施例は、光源システムに関するものであり、以下、図８を参照して説明する。この光源システムは、第１の光源８０１と、第２の光源８０２と、光合成分光装置２と、第１の空間光変調器８０５と、第２の空間光変調器８０６と、コントローラ８０７とを備える。

第２の実施例と第１の実施例との差異は、第１の光源８０１が合成光源を備え、この合成光源から発せられる合成光が光合成分光装置２により分光されて少なくとも二色光が発生し、この二色光がそれぞれ第１の通路８１と第２の通路８２に沿って第１の空間光変調器８０５と第２の空間光変調器８０６に入るという点にある。合成光源は固体半導体発光素子であり、好ましくはＬＥＤ又はレーザダイオードの合成光源であり、例えば、三原色光のうちの任意の二色光を発するＬＥＤ光源、ＬＥＤチップ表面を波長変換材料で覆ったもの又はＬＥＤ光源とレーザ光源との合成光源である。ここで、ＬＥＤ光源とレーザ光源との合成光源を採用することにより、光源の輝度を向上できるだけでなく、広いスペクトル光を取得することもできる。コントローラ８０７は、第１の光源８０１における合成光源が同時にオン／オフするように制御する。合成光源の光は、直接に光合成分光装置２における第１のダイクロイック素子８０３に到達して、第１の通路８１に沿って伝導する赤色光と第２の通路８２に沿って伝導する緑色光とに分光される。本実施例の技術案では、光源システムの光源は合成光源であり波長変換装置を必要としないため、構成がより簡単であると共に、光源システム全体の輝度を大幅に向上することができる。

本発明に係る第３の実施例は、光源システムに関するものであり、以下、図９を参照して説明する。この光源システムは、第１の光源１と、第２の光源９０４と、光合成分光装置２と、第１の空間光変調器９０７と、第２の空間光変調器９０８と、コントローラ９０９とを備える。

第３の実施例と第１の実施例との差異は、第１の光源１が励起光を発する励起光源９０１と、励起光を受光してトリガーされた光を発する波長変換装置９０２と、ダイクロイックフィルタ９０３とを備えることである。ここで、波長変換装置９０２は、透過型でも反射型でもよい。波長変換装置９０２が透過型である場合、励起光源９０１は、波長変換装置９０２において波長変換層で覆われている一方側又は対向側（光合成分光装置２から遠い側）に位置する。ダイクロイックフィルタ９０３は、波長変換装置９０２と励起光源９０１との間に位置する場合、励起光を透過して受励起光を反射することにより、ダイクロイックフィルタ９０３へ入射された受励起光は第１の光源１の出射光になり、出射光の輝度が向上する。波長変換装置９０２が反射型である場合、励起光源９０１とダイクロイックフィルタ９０３は波長変換装置９０２の同一側に位置し、ダイクロイックフィルタ９０３は受励起光の光路に位置し、励起光源９０１より発せられた励起光は波長変換装置へ斜めに入射し、ダイクロイックフィルタ９０３は受励起光を透過して励起光を反射する。これにより、ダイクロイックフィルタ９０３へ入射した使用されていない励起光が波長変換装置９０２へ反射され、再び波長変換装置９０２における波長変換材料を励起することで励起光が十分に利用されて、より多量のトリガーされた光が発生して出射光の輝度が向上する。

なお、本実施例における光源システムは、１つ又は複数のレンズを更に備えていてもよく、このレンズは、光ビームを集積又は収集して、光伝導プロセスにおける光損失を低減して光利用効率を向上させることに用いられる。ここで、このようなレンズは、励起光源９０１と波長変換装置９０２との間、波長変換装置９０２とダイクロイックフィルタ９０３との間、第１の光源１と光合成分光装置２との間、第２の光源９０４と光合成分光装置２との間などに位置する。光源システムにおいて使用されるレンズの数は特に限定されず、受光と集積光の必要に応じてレンズを設置すればよい。

本発明の上記の三つの実施例では、光合成分光装置は波長光合成の形態を採用して第１の広いスペクトル光と第２の波長光を光合成して、光学拡張量（エタンデュ）を増加せずに投影システムの光利用効率及び輝度を向上させることができる。

本発明に係る第４の実施例は、光源システムに関するものであり、以下、図１０を参照して説明する。本実施例における光源システムは、第１の光源１と、第２の光源３と、光合成分光装置２と、第１の空間光変調器１０１３と、第２の空間光変調器１０１４と、コントローラ１０１５とを備える。ここで、光合成分光装置２は第１の光源１と第２の光源３の光路に位置し、第１の光源１と第２の光源３の光を分光又は光合成した後、光が第１の空間光変調器１０１３と第２の空間光変調器１０１４に伝導される。コントローラ１０１５は、第１の光源１、第２の光源３、第１の空間光変調器１０１３、第２の空間光変調器１０１４と電気的に接続され、第１の光源１と第２の光源３を制御すると共に、第１の空間光変調器１０１３と第２の空間光変調器１０１４による変調を制御する。

（１）第１の光源１は、第１の広いスペクトル光を発する。第１の広いスペクトル光は、少なくとも１０ｎｍの波長範囲の光をカバーする光であり、好ましくは、３０ｎｍの波長範囲の光をカバーする光である。本実施例において、第１の光源１は、第１の励起光源１００１及び第１の波長変換装置１００２を含む。第１の励起光源１００１は、好ましく固体半導体発光素子であり、励起光を発する。励起光は、青色又はＵＶ光等であってもよい。第１の波長変換装置１００２は、波長変換層（波長変換層は蛍光材料を含む）を有し、励起光により励起されて励起光とは異なるトリガーされた光を発する。図１１に示すように、蛍光材料は、第１の波長変換装置１００２のリング状の区域１０２に塗布され、波長変換層を形成する。蛍光材料は、マゼンタ色蛍光体、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体、黄色蛍光体であってもよい。本実施例では、波長変換層は好ましくは黄色蛍光体であり、黄色蛍光体は励起光により励起されて黄色光を発する。黄色光の波長範囲は、５６７ｎｍ〜６１７ｎｍである。当然ながら、本実施例における第１の光源１は、更に第１の駆動装置を備え、この駆動装置は、第１の波長変換装置１００２が移動するように駆動する。好ましくは、第１の駆動装置はモータである。ここで、第１の励起光源１００１は、第１の波長変換装置１００２の一方側に位置し、第１の励起光源１００１が発した励起光は、第１の波長変換装置１００２の蛍光材料に入射する。第１の駆動装置は、第１の波長変換装置１００２のうち、波長変換層が配置された位置とは異なる区域に位置する。

（２）第２の光源３は、広いスペクトル光を発する光源又は三原色光のうちの任意の１つの光を発する光源である。ここで、三原色光は赤、緑、青の光である。広いスペクトル光は、少なくとも１０ｎｍの波長範囲をカバーする。

第２の光源３の発する光が三原色光のうちの任意の１つの光である場合、図１０に示すように、第２の光源３は第２の励起光源１００３を備えていてもよく、好ましくは、第２の励起光源１００３の発する光は青色光である。第２の光源３は、更に散乱装置１００４を備える。散乱装置１００４は、第２の励起光源１００３の光路に位置し、第２の励起光源１００３のコヒーレンス特性を除去して「スペックル」現象を低減する。ここで、散乱装置１００４は、１つの透過性基板を備えていてもよく、この基板には散乱材料が設けられている。或いは、散乱装置１００４は、一つの透過性散乱基板を備え、この透過性散乱基板は散乱材料により構成されている。光は物体を透過したときに必ず熱量を発生させるため、散乱装置１００４は更に１つのモータを備えていてもよく、このモータは、基板が移動するように駆動することにより散乱装置１００４を移動させて、熱量が散乱装置１００４の１点に集積して散乱装置１００４の散乱効率に影響を与えることを避ける。本実施例において、散乱装置１００４における散乱機能を有する区域は第２の励起光源１００３の光路に設けられ、このような散乱装置１００４を利用することにより、最終的に得られる出射光の「スペックル」現象の発生を効果的に避けることができる。

一方、第２の光源３が広いスペクトル光を発する場合、図１２及び図１３に示すように、第２の光源３は、第２の励起光源１２０３と第２の波長変換装置１２０４とを備えていてもよい。ここで、第２の波長変換装置１２０４は、第２の励起光源１２０３の光路に位置し、第２の励起光源１２０３は、青色光又はＵＶ光等を発する固体半導体発光素子で励起光を発する。第２の波長変換装置１２０４は、基板１３０３に波長変換層１３０１を設けたものであり、基板１３０３は、特に限定されず透過型基板でも反射型基板でもよく、図１２には透過型の基板１３０３を有する第２の波長変換装置１２０４（反射型基板の波長変換装置の構成については、図９における第１の光源の構成を参照）が示されている。波長変換層１３０１は、好ましくはマゼンタ色蛍光体又はシアン色蛍光体を含む。波長変換層１３０１は、基板１３０３の外側円周に塗布されている。更に、第２の波長変換装置１２０４は、もう１つの散乱層１３０２を備え、散乱層１３０２が波長変換層１３０１と基板１３０３との間に位置してもよいし、波長変換層１３０１が散乱層１３０２と基板１３０３との間に位置してもよい。散乱層１３０２は、第２の光源３からの出射光がより均一になるようにすることで、最終的に得られる出射光の「スペックル」現象の発生を避けることができる。なお、散乱層１３０２と波長変換層１３０１とは同一の層であってもよく、すなわち、散乱材料と波長変換材料とを混合して１つの波長変換散乱層としてもよい。このようにすることで、第２の波長変換装置１２０４の構成がより簡単になると共に、より均一に散乱させることができる。

なお、第２の波長変換装置１２０４と第２の励起光源１２０３との間、そして第２の光源３の出射光路にはそれぞれ１つのレンズが含まれていてもよく、このレンズは、光を収集又は集積して光の拡散による損失を低減するために用いられ、これにより、第２の光源３の出射光の輝度を向上させることができる。

（３）光合成分光装置２は、第１の広いスペクトル光を、第１の通路に沿って伝導する第３の波長光と、第２の通路に沿って伝導する第４の波長光とに分光すると共に、少なくとも一部の第２の波長光を第２の通路に沿って伝導することに用いられる。

本実施例では、光合成分光装置２は、光路伝導方向に沿って順次に配置された第１の反射鏡１００６と、ダイクロイック素子１００５と、第１の集束レンズ１００７と、光均一化装置１００８と、第２の集束レンズ１００９と、第２の反射鏡１０１０と、ＴＩＲプリズム１０１１と、フィリップスプリズム１０１２とを備える。ここで、第１の反射鏡１００６は、第２の光源３の出射光の光路に位置し、第２の光源３の出射光をダイクロイック素子１００５の方に反射する。ダイクロイック素子１００５は、第１の光源１の出射光の光路（ここでは第１の光路と称する）に位置し、第１の光源１の出射光を透過すると共に、第２の光源３の出射光が第１の光路に沿って伝送するように反射する。第１の集束レンズ１００７は、第１の光路の光を収束する。光均一化装置１００８は、好ましくは光均一化棒を含むが、これに限定されない。光均一化装置１００８は、第１の光路に位置し、第１の光路の光を更に均一化する。第２の集束レンズ１００９は、第１の光路に位置し、第１光路の光を収束する。第２の反射鏡１０１０は、第１の光路の光がＴＩＲプリズム１０１１に入射するように反射する。ＴＩＲプリズム１０１１は、第１の光路の光をフィリップスプリズム１０１２に反射する。フィリップスプリズム１０１２は、第１の光源１の出射光を、第１の通路に沿って伝導する第３の波長光と、第２の通路に沿って伝導する第４の波長光とに分光すると共に、少なくとも一部の第２の光源３の出射光（第２の波長光）を第２の通路に沿って伝導させる。第２の光源３の出射光が広いスペクトル光である場合、フィリップスプリズム１０１２は第２の光源３の出射光を、第１の通路に沿って伝導する第５の波長光と、第２の通路に沿って伝導する第６の波長光とに分光する。ここで、第４の波長光と第５の波長光は、同じ色で異なる主波長の光であってもよく、これにより、光源システムの色域範囲を向上させることができる。なお、第１の光源１と第２の光源３の出射光の色が同じである場合には、スペクトル範囲が異なるため、第１の光源１と第２の光源３との出射光を効果的に合成することができ、光学拡張量を増加せずに光利用効率を向上させることができる。

（４）空間光変調器は、第１の空間光変調器１０１３と第２の空間光変調器１０１４とを備える。第１の空間光変調器１０１３は、第１の通路を伝導する光を変調する。第２の空間光変調器１０１４は、第２の通路を伝導する光を変調する。

（５）コントローラ１０１５は、第１の励起光源１００１と第２の励起光源１００３を制御すると共に、第１の空間光変調器１０１３と第２の空間光変調器１０１４とによる変調を制御する。ここで、コントローラ１０１５は、第１の励起光源１００１と第２の励起光源１００３をパルス変調して、第１の励起光源１００１と第２の励起光源１００３の輝度及びオン／オフ等を制御する。第１の空間光変調器１０１３と第２の空間光変調器１０１４に対するコントローラ１０１５による変調の制御は、光の出射量に対する変調を含む。

以下、図１４を参照してコントローラ１０１５の制御プロセスや動作プロセスを説明する。説明を容易にするために本実施例では、第１の光源１の出射光を黄色光とし、第２の光源３の出射光をシアン光とする。ここで、黄色光は、光合成分光装置により分光されて赤色光と第１の緑色光を与える。シアン光は、光合成分光装置により分光されて第２の緑色光と青色光を与える。コントローラ１０１５は、１つのサイクルにおいて、最初の０．３Ｔの期間で第１の光源１が発光せず、第２の光源３が発光するように制御する。第２の光源３の光はフィリップスプリズム１０１２により分光され、青色光は第２の通路を通過して第２の空間光変調器１０１４に到達し、第２の緑色光は第１の通路を通過して第１の空間光変調器１０１３に到達し、コントローラ１０１５は、第２の空間光変調器１０１４が青色光を変調するように制御すると共に、第１の空間光変調器１０１３が第２の緑色光を変調するように制御する（この変調は、コントローラ１０１５がソースデータを処理した結果に基づいて実行される）。０．３Ｔ〜１Ｔの期間で、コントローラ１０１５は、第１の光源１が発光するように制御し、第２の光源３が発光しないように制御する。第１の光源１の出射光が黄色光であり、黄色光はフィリップスプリズム１０１２により赤色光と第１の緑色光に分光され、赤色光は第１の通路に沿って第１の空間光変調器１０１３に入り、第１の緑色光は第２の通路に沿って第２の空間光変調器１０１４に入る。コントローラ１０１５は、第１の空間光変調器１０１３が赤色光を変調するように制御し、第２の空間光変調器１０１４が第１の緑色光を変調するように制御する。ここで、第１の緑色光と第２の緑色光は同じ色で異なる主波長の光であるが、色合成された後、緑色原色光を与える。実際の応用時には、第１の光源１の出射光と第２の光源３の出射光とは、いずれも任意の広いスペクトル光であってもよい（分光された後に取得した原色光が、少なくとも３つの原色光を備えていればよい）。第１の光源１の出射光と第２の光源３の出射光とは、分光された後、光合成分光装置２により光合成されてフィリップスプリズム１０１２により分光される。第１の光源１からの光は分光された後、２つの異なる色の原色光を与え、第２の光源３からの光は分光された後、２つの異なる色の原色光を与える。ここで、第１の光源１から分光されたある原色光と第２の光源３から分光されたある原色光とは光合成された後、１つの原色光になることができる。このようにすることで、光源の色域範囲を向上させて、光源システムから出射した光が表示区域に到達して画像がよりハイファイになる。本実施例では、第１の光源１の出射光は黄色であり、第２の光源３の出射光はライトマゼンタであるが、第１の光源１の出射光と第２の光源３との出射光の色は相互に交換することができ、その具体的な分光及び光合成については上記の実施例を参照すればよい。

図１４には、制御モジュール１０８２が第１の光源１及び第２の光源３のオン／オフを順番に制御することが示されている。実際の応用時には、第１の光源１と第２の光源３とのオン／オフは１つのサイクルＴにおいて重なり合っていてもよく、１つのサイクルＴにおいてＮ回（Ｎは正整数である）オン／オフされてもよい。第１の光源１と第２の光源３は、１つのサイクルＴにおいて複数回オン／オフされて、光の切り替え周波数を向上させることで「レインボー」効果を効率的に克服することができる。

本実施例の上記形態では、２つの広いスペクトル光が光合成分光装置２により分光された後、２つの空間光変調器に入り、光源の光が損失せず、２つの空間光変調器は同一の時間帯で異なる色の光を変調することで、光源の輝度を更に向上させることができる。なお、２つの空間光変調器は同時に光処理することで三原色の切り替え速度を高め、「レインボー」効果を回避することができる。

本発明は更に投影システムを備えていてもよく、その投影システムは上記のいずれかの実施例における光源システムを備える。

以上の説明は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。本発明の明細書及び図面に基づいて想起される構成及び他の関連する技術分野への直接的又は間接的な応用は、全て本発明の特許請求の範囲に含まれる。

Claims (23)

1. 第１の広スペクトル光を発する第１の光源と、
   第２の波長光を発する第２の光源と、
   前記第１の光源と前記第２の光源の光路に位置し、前記第１の広スペクトル光を第１の通路に沿って伝導する第３の波長光と前記第３の波長光とはスペクトルの範囲が異なり第２の通路に沿って伝導する第４の波長光とに分光すると共に、少なくとも一部の前記第２の波長光を前記第２の通路に沿って伝導する光合成分光装置と、
   前記第１の通路の光を受光すると共に該第１の通路を伝導する光を変調する第１の空間光変調器と、
   前記第２の通路の光を受光すると共に該第２の通路を伝導する光を変調する第２の空間光変調器と、
   前記第１の光源、第２の光源、第１の空間光変調器及び第２の空間光変調器と電気的に接続され、前記第１の光源及び前記第２の光源を制御すると共に前記第１の空間光変調器と前記第２の空間光変調器による変調を制御するコントローラとを備え、
   前記第１の広スペクトル光と前記第２の波長光のスペクトルの範囲が異なり、
   前記光合成分光装置は、第１のダイクロイック素子と第２のダイクロイック素子とを備え、
   前記第１のダイクロイック素子は、前記第１の広スペクトル光を、前記第１の通路に沿って伝導する前記第３の波長光と、前記第２のダイクロイック素子へ入るように反射する前記第４の波長光とに分光するようにガイドし、
   前記第２のダイクロイック素子は、前記第２の波長光と前記第４の波長光とが前記第２の通路に沿って伝導するようにガイドすることを特徴とする光源システム。
2. 前記第２の波長光は、広スペクトル光であることを特徴とする請求項１に記載の光源システム。
3. 前記第２の波長光はシアン光であり、前記第１の広スペクトル光は黄色光であることを特徴とする請求項２に記載の光源システム。
4. 前記第２の光源は、
   第２の励起光を発する第２の励起光源と、
   前記第２の励起光の光路に位置し、該第２の励起光を吸収してトリガーされた光を発する第２の波長変換装置と、
   前記第２の波長変換装置が水平移動、垂直移動又は円周移動するように駆動する第２の駆動装置とを備えることを特徴とする請求項２に記載の光源システム。
5. 前記第２の波長変換装置は、波長変換層と基板とを備え、
   前記基板は、前記波長変換層を載置するためのものであることを特徴とする請求項４に記載の光源システム。
6. 前記第２の波長変換装置は、波長変換層及び散乱層を載置する基板を有し、前記波長変換層が前記基板と前記散乱層との間に位置する又は前記散乱層が前記基板と前記波長変換層との間に位置することを特徴とする請求項４に記載の光源システム。
7. 前記光合成分光装置は、前記第２の波長光を、前記第１の通路に沿って伝導する第５の波長光と、前記第２の通路に沿って伝導する第６の波長光とに分光することを特徴とする請求項２に記載の光源システム。
8. 前記コントローラは、前記第１の空間光変調器が前記第３の波長光と前記第５の波長光を変調するように制御し、前記第２の空間光変調器が前記第４の波長光と前記第６の波長光を変調するように制御することを特徴とする請求項７に記載の光源システム。
9. 前記光合成分光装置は、第１の反射鏡と、ダイクロイック素子と、第２の反射鏡と、ＴＩＲプリズムと、フィリップスプリズムとを備え、
   前記第１の反射鏡と前記ダイクロイック素子は平行に配置されており、前記第１の広スペクトル光と前記第２の波長光とを光合成し、
   前記第２の反射鏡は、前記第２の波長光と前記第１の広スペクトル光を前記ＴＩＲプリズムへ入るように反射し、
   前記フィリップスプリズムは、前記ＴＩＲプリズムにより反射された光を、前記第１の通路に沿って伝導する光と前記第２の通路に沿って伝導する光とに分光することを特徴とする請求項７に記載の光源システム。
10. 前記光合成分光装置は更に光均一化装置を備え、前記光均一化装置は前記ダイクロイック素子と前記第２の反射鏡との間に位置し、前記第１の広スペクトル光と前記第２の波長光とを光均一化することを特徴とする請求項９に記載の光源システム。
11. 前記第４の波長光と前記第５の波長光は、色が同じで主波長が異なる光であることを特徴とする請求項８に記載の光源システム。
12. 前記第２の光源は、固体半導体発光素子であり、三原色光のうちの任意の１つの色の光を発することを特徴とする請求項１に記載の光源システム。
13. 前記第２の光源は、第２の励起光源と、散乱装置と、第２の駆動装置とを備え、
    前記第２の励起光源は、固体半導体発光素子であり、三原色光のうちの任意の１つの色の光を発し、
    前記散乱装置は、前記第２の励起光源の光路に位置し、該第２の励起光源から発せられた光を散乱し、
    前記第２の駆動装置は、前記散乱装置を移動可能に駆動することを特徴とする請求項１２に記載の光源システム。
14. 前記第２の光源は、レーザダイオード又はレーザダイオードアレイであることを特徴とする請求項１２に記載の光源システム。
15. 前記第１の光源は、第１の励起光源と、第１の波長変換装置と、第１の駆動装置とを備え、
    前記第１の励起光源は、励起光を発する固体半導体発光素子であり、
    前記第１の波長変換装置は、前記励起光の光路に配置されており、該励起光を吸収してトリガーされた光を発し、
    前記第１の駆動装置は、前記第１の波長変換装置を移動可能に駆動することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一つに記載の光源システム。
16. 前記第１の波長変換装置は、波長変換層と、該波長変換層を載置する基板とを備え、
    前記波長変換層に黄色蛍光体が付着されていることを特徴とする請求項１５に記載の光源システム。
17. 前記第１の波長変換装置は、波長変換層と、散乱層と、前記波長変換層及び散乱層を載置する基板とを備え、
    前記波長変換層は、前記散乱層と前記基板との間に位置することを特徴とする請求項１５に記載の光源システム。
18. 前記第１の励起光源は、レーザダイオード又はレーザダイオードアレイであることを特徴とする請求項１５に記載の光源システム。
19. 前記第１の光源は、固体半導体発光素子であることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一つに記載の光源システム。
20. 前記コントローラは、前記第１の光源と前記第２の光源のオン／オフを順番に制御し、１つのサイクルにおける前記第１の光源と前記第２の光源のオンの状態は重なり合わないことを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一つに記載の光源システム。
21. 前記コントローラは、前記第１の光源と前記第２の光源のオン／オフを制御し、１つのサイクルにおける前記第１の光源と前記第２の光源のオンの状態は、完全に重なり合わないが一部重なり合うことを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一つに記載の光源システム。
22. １つのサイクルにおける前記第１の光源と前記第２の光源のオン／オフの回数は、少なくともＮ回であり、Ｎは正整数であることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一つに記載の光源システム。
23. 請求項１乃至２２の何れか一つに記載の光源システムを備えることを特徴とする投影システム。