JP6807036B2 - 光源装置及び投影装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光源装置及びこの光源装置を備える投影装置に関する。
今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画面、さらにメモリカード等に記憶されている画像等をスクリーンに投影する画像投影装置として、プロジェクタが多用されている。このプロジェクタは、光源から出射された光を、DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)や液晶板等の表示素子に集光させ、スクリーン上にカラー画像を表示させる。
例えば、特許文献1には、励起光源と、蛍光体層が設けられるホイールと、ホイールと励起光源との間に設けられたダイクロイックミラーと、ホイールとダイクロイックミラーとの間に設けられて励起光の偏光方向を変える偏光変換素子と、を備えた光源装置が開示されている。ダイクロイックミラーは、励起光源からの励起光を透過してそのホイールへ導光すると共に、ホイールによって反射された光を反射して、照明光学系へ導光する。また、蛍光体層は赤色及び緑色の波長帯域の光を発することが開示されている。
特開2012−212129号公報
特許文献1の画像表示装置においては、蛍光体層で変換されず当該蛍光体層の表面で反射する青色光も少なからず存在している。この青色光も1/4波長板を通過するためダイクロイックミラーを通過する。つまり、赤色光及び緑色光に青色光が混入してしまい、色再現性を低下させる一因となっていた。
そこで本発明の課題は、青色光が他の色光に混入してしまうことを抑制し、色再現性を向上させることである。
本発明は、以上の点に鑑み、簡易な構成で色再現性の良い光源装置及び投影装置を提供することを目的とする。
本発明の光源装置は、第1波長帯域光を出射する発光素子と、前記第1波長帯域光を蛍光光に変換する蛍光発光領域と、前記第1波長帯域光を反射する反射領域とが、周方向に並設される蛍光ホイールと、前記第1波長帯域光の第1偏光方向の成分を反射し、当該第1偏光方向と直交する第2偏光方向の成分を透過するミラーと、前記発光素子と前記蛍光ホイールの動作を制御する制御部と、を備え、前記反射領域は反射面と光学軸を有する偏光変換層とを有し、入射した前記第1偏光方向または前記第2偏光方向のどちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換し、前記蛍光ホイールにおける前記第1波長帯域光の照射位置において、前記第1波長帯域光の偏光方向に対して前記偏光変換層の光学軸が略45度傾斜しており、前記偏光変換層は円周方向に分割された複数の偏光変換層からなり、前記複数の偏光変換層の各光学軸は、円周方向に対して所定の角度となっており、前記偏光変換層は、直線状の前記光学軸を有する複数の波長板を前記周方向に並設して形成されており、前記発光素子は、前記第1波長帯域光が入射される位置において前記第1波長帯域光の偏光方向と前記周方向とのなす角度が45度より小さいほど又は大きいほど、前記第1波長帯域光を高い出力で出射する、ことを特徴とする。
本発明の投影装置は、上記の光源装置と、前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、を有し、前記制御部は、前記表示素子と前記光源装置とを制御する、ことを特徴とする。
本発明によれば、簡易な構成で色再現性の良い光源装置及び投影装置を提供することができる。
本発明の実施形態1に係る投影装置の機能回路ブロックを示す図である。 本発明の実施形態1に係る投影装置の内部構造を示す平面模式図である。 本発明の実施形態1に係るダイクロイックミラーの反射特性を示す図である。 本発明の実施形態1に係る蛍光ホイールの模式図である。 本発明の実施形態1の変形例に係る図4の蛍光ホイールを回転した様子を示す図である。 本発明の実施形態1の蛍光ホイールの、回転角、偏光方向と光学軸とのなす角度、励起光の出力強度、及びダイクロイックミラーを透過した励起光の出力強度の関係を示す図である。 本発明の実施形態2に係る蛍光ホイールの模式図であり、(a)は正面図を示し、(b)は図7(a)のVIIb−VIIb断面図を示す。 本発明の実施形態2に係る図7(b)のA部拡大断面斜視図である。 本発明の変形例に係る投影装置の内部構造を示す平面模式図である。
(実施形態1)
以下、本発明を実施するための形態について述べる。図1は投影装置10の機能回路ブロックを示す図である。投影装置10は、制御部38、入出力インターフェース22、画像変換部23、表示エンコーダ24、表示駆動部26等から構成される投影装置制御手段を有する。入出力コネクタ部21から入力された各種規格の画像信号は、入出力インターフェース22及びシステムバス(SB)を介して画像変換部23で表示に適した所定のフォーマットの画像信号に統一するように変換された後、表示エンコーダ24に出力される。
表示エンコーダ24は、入力された画像信号をビデオRAM25に展開記憶させた上でこのビデオRAM25の記憶内容からビデオ信号を生成して表示駆動部26に出力する。
表示駆動部26は、表示素子制御手段として機能する。表示駆動部26は、表示エンコーダ24から出力された画像信号に対応して適宜のフレームレートで空間的光変調素子(SOM)である表示素子51を駆動する。そして、投影装置10は、光源装置60から出射された光線束を、導光光学系を介して表示素子51に照射することにより、表示素子51の反射光で光像を形成し、後述する投影側光学系を介して図示しないスクリーンに画像を投影表示する。なお、この投影側光学系の可動レンズ群235は、レンズモータ45によりズーム調整やフォーカス調整のための駆動が行われる。
画像圧縮/伸長部31は、画像信号の輝度信号及び色差信号をADCT及びハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮して着脱自在な記録媒体とされるメモリカード32に順次書き込む記録処理を行う。さらに、画像圧縮/伸長部31は、再生モード時にメモリカード32に記録された画像データを読み出し、一連の動画を構成する個々の画像データを1フレーム単位で伸長する。画像圧縮/伸長部31は、その画像データを、画像変換部23を介して表示エンコーダ24に出力し、メモリカード32に記憶された画像データに基づいて動画等の表示を可能とする処理を行う。
制御部38は、投影装置10内の各回路の動作制御を司るものであって、CPUや各種セッティング等の動作プログラムを固定的に記憶したROM及びワークメモリとして使用されるRAM等により構成されている。
筐体の上面パネルに設けられるメインキー及びインジケータ等により構成されるキー/インジケータ部37の操作信号は、直接に制御部38に送出される。リモートコントローラからのキー操作信号は、Ir受信部35で受信され、Ir処理部36でコード信号に復調された後、制御部38に出力される。
制御部38は、システムバス(SB)を介して音声処理部47と接続されている。この音声処理部47は、PCM音源等の音源回路を備えており、投影モード及び再生モード時には音声データをアナログ化し、スピーカ48を駆動して拡声報音させる。
また、制御部38は、光源制御手段としての光源制御回路41を制御している。光源制御回路41は、画像生成時に要求される所定波長帯域の光が光源装置60から出射されるように、光源装置60の励起光照射装置70(図2参照)の動作を個別に制御する。また、光源制御回路41は、制御部38の指示により、投影モードに応じて、蛍光ホイール101等の同期のタイミングを制御する。
さらに、制御部38は、冷却ファン駆動制御回路43に光源装置60等に設けた複数の温度センサによる温度検出を行わせ、この温度検出の結果から冷却ファンの回転速度を制御させている。また、制御部38は、冷却ファン駆動制御回路43にタイマー等により投影装置10本体の電源のOFF後も冷却ファンの回転を持続させる、あるいは、温度センサによる温度検出の結果によっては投影装置10本体の電源をOFFにする等の制御を行う。
図2は、投影装置10の内部構造を示す平面模式図である。投影装置10は、右側パネル14の近傍に制御回路基板241を備える。制御回路基板241は、電源回路ブロックや光源制御ブロック等を備える。また、投影装置10は、投影装置10の筐体の略中央前方部分に光源装置60を備える。さらに、投影装置10は、光源側光学系170や投影側光学系220を備える。
光源装置60は、励起光照射装置70と、蛍光ホイール装置100と、ダイクロイックミラー(ミラー)141を備える。ダイクロイックミラー141は、励起光照射装置70及び蛍光ホイール装置100から出射される各色波長帯域光の光軸上に配置される。
励起光照射装置70は、青色レーザダイオード71、コリメータレンズ73、ヒートシンク130及び冷却ファン261を備える。青色レーザダイオード71は、背面パネル13と、青色レーザダイオード71から出射された青色波長帯域光(第1波長帯域光)の出射光軸と、が平行になるよう配置された半導体発光素子である。青色レーザダイオード71は、青色波長帯域光(第1波長帯域光)の略直線偏光を出射する。さらに、その略直線偏光の偏光軸は、青色レーザダイオード71の出射光軸に対して45度傾斜配置されたダイクロイックミラー141に対してS偏光となる向きになっている。
コリメータレンズ73は、各青色レーザダイオード71の光軸上に配置されて、各青色レーザダイオード71から出射される青色波長帯域光の指向性を高めるように平行光に変換する。
ヒートシンク130は、青色レーザダイオード71の後方である右側パネル14側に配置される。また、冷却ファン261は、ヒートシンク130と正面パネル12との間に配置される。青色レーザダイオード71は、この冷却ファン261とヒートシンク130とによって冷却される。
ここで、ダイクロイックミラー141の反射特性について説明する。図3は、青色波長帯域光L1、緑色波長帯域光L2及び赤色波長帯域光L3の分布曲線と、ダイクロイックミラー141の入射角度が45度の場合のS偏光成分の反射特性Rsと、ダイクロイックミラー141の入射角度が45度の場合のP偏光成分の反射特性Rpと、を示している。図3の左の縦軸は、S偏光成分の反射特性RsとP偏光成分の反射特性Rpの反射率(%)を示し、右の縦軸は青色波長帯域光L1、緑色波長帯域光L2及び赤色波長帯域光L3の光強度を示す。横軸は、波長(nm)を示している。例えば、青色波長帯域光L1のピーク波長Bcは450nm、ダイクロイックミラー141のP偏光成分の反射特性Rpの半値波長Blは435nm、ダイクロイックミラー141のS偏光成分の反射特性Rsの半値波長Bhは465nmである。また、緑色波長帯域光L2のピーク波長Gcは540nm、赤色波長帯域光L3のピーク波長Rcは620nmである。
ダイクロイックミラー141は、S偏光成分の反射特性Rsに示すように、青色波長帯域光L1のS偏光成分を反射し、緑色波長帯域光L2、赤色波長帯域光L3を透過する。また、ダイクロイックミラー141は、P偏光成分の反射特性Rpに示すように、青色波長帯域光のP偏光成分、緑色波長帯域光L2及び赤色波長帯域光L3を透過する。そして、ダイクロイックミラー141は、青色波長帯域光のP偏光成分よりもS偏光成分の方が長波長側の成分を反射することができる。本実施形態のダイクロイックミラー141は、青色波長帯域光のうち、S偏光方向(第1偏光方向)の成分を反射し、P偏光方向(第2偏光方向)の成分を透過する。
図2に戻り、ダイクロイックミラー141は、青色レーザダイオード71からS偏光で出射された青色波長帯域光の殆どを反射して、蛍光ホイール101側へ導光する。ダイクロイックミラー141で反射された青色波長帯域光は、集光レンズ群111で集光されて、蛍光ホイール101に照射される。
蛍光ホイール101は、正面パネル12と略平行となるように、つまり、ダイクロイックミラー141からの入射光の光軸と直交するように配置される。モータ110は、蛍光ホイール101を回転駆動させる。集光レンズ群111は、励起光照射装置70から出射される青色波長帯域光を蛍光ホイール101に集光させるとともに蛍光ホイール101から背面パネル13方向に出射される蛍光光及び反射光を集光する。
ここで、蛍光ホイール101について説明する。図4は、蛍光ホイール101を正面側(図2の励起光が入射する側)から見た模式図である。蛍光ホイール101は、略円盤状に形成される。蛍光ホイール101の中心軸112は、図2に示したモータ110の軸部に固定される。蛍光ホイール101の基材102は銅やアルミニウム等の金属により形成することができる。ダイクロイックミラー141側の基材102の表面は銀蒸着等によってミラー加工された反射面102aとなっている。
蛍光ホイール101は、外周縁近傍の反射面102a側に、青色波長帯域光を励起光として受けて蛍光光を出射する蛍光発光領域310と、青色波長帯域光を反射する反射領域320とを有する。蛍光発光領域310は、緑色蛍光発光領域311(第1蛍光発光領域)と、赤色蛍光発光領域312(第2蛍光発光領域)とを含む。緑色蛍光発光領域311、赤色蛍光発光領域312及び反射領域320は、蛍光ホイール101の反射面102aに周方向に並設される。緑色蛍光発光領域311及び赤色蛍光発光領域312は、各々円弧状に形成される。反射領域320は、蛍光発光領域310の周方向の両端の間に配置された、破線で示される円弧状の領域である。
緑色蛍光発光領域311は、励起光照射装置70から出射されてダイクロイックミラー141で反射された青色波長帯域光が照射されると、緑色波長帯域光(第2波長帯域光)を蛍光光として出射する。また、赤色蛍光発光領域312は、青色波長帯域光が照射されると、緑色波長帯域光と波長帯域が隣接する赤色波長帯域光(第3波長帯域光)を蛍光光として出射する。反射領域320は、青色波長帯域光を反射する。
反射領域320は、反射面102a上に設けられた図示しない拡散層と、この拡散層の上に偏光変換層として設けられた複数の1/4波長板321とを含む領域に形成される。各1/4波長板321は、略二等辺三角形状に形成されて、蛍光ホイール101の周方向に並設される。各1/4波長板321は、二等辺三角形状における底辺と略平行な一方向に、直線状の光学軸Aoを有する。本実施形態の反射領域320は、光学軸Aoが周方向に沿うように屈折した複数の直線により形成される。
反射領域320内の位置Pを中心とする領域Sに照射された青色波長帯域光は、偏光方向Dpと光学軸Aoとのなす角度θ1が略45度となる。回転角φは、図4に示す位置P(青色波長帯域光の偏光方向Dpと、蛍光ホイール101の周方向との角度が45度となる位置)を通る径方向Drから、赤色蛍光発光領域312と反射領域320との境界までの角度である。角度θ1は、蛍光ホイール101の回転とともに変動する回転角φに応じて、45度を中央値として安定した範囲で変動する。1/4波長板321は、角度θ1=45度で入射した青色波長帯域光の位相を1/4波長ずらして、青色波長帯域光を楕円偏光として反射面102a側に透過する。その後、青色波長帯域光は、反射面102aにより反射されることで、1/4波長板321を再度透過する。よって、集光レンズ群111から反射領域320Aに入射した青色波長帯域光は、偏光方向が90度変換された直線偏光として、反射領域320Aから集光レンズ群111へ向かって出射する。
緑色蛍光発光領域311から出射された緑色波長帯域光、赤色蛍光発光領域312から出射された赤色波長帯域光、及び反射領域320で反射された青色波長帯域光は、集光レンズ群111を介してダイクロイックミラー141へ向かって出射する。ダイクロイックミラー141は、蛍光ホイール101から出射された緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を透過して、光源側光学系170へ光源光として導光する。また、ダイクロイックミラー141は、蛍光ホイール101から出射されたP偏光の青色波長帯域光の殆どを透過して、光源側光学系170側へ光源光として導光する。
光源側光学系170は、集光レンズ173、ライトトンネル175、集光レンズ178、光軸変換ミラー181、集光レンズ183、照射ミラー185、コンデンサレンズ195等により構成されている。なお、コンデンサレンズ195は、コンデンサレンズ195の背面パネル13側に配置される表示素子51から出射された画像光を投影側光学系220に向けて出射するので、投影側光学系220の一部でもある。
集光レンズ173は、ライトトンネル175の入射口の近傍に配置され、ダイクロイックミラー141を透過した青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を集光する。集光レンズ173により集光された各色波長帯域光は、ライトトンネル175に向かって出射される。
光軸変換ミラー181は、ライトトンネル175の背面パネル13側の光軸上である、集光レンズ178の後方に配置される。ライトトンネル175の出射口から出射した光線束は、集光レンズ178で集光された後、光軸変換ミラー181により、左側パネル15側に光軸を変換される。
光軸変換ミラー181で反射した光線束は、集光レンズ183により集光された後、照射ミラー185により、コンデンサレンズ195を介して表示素子51に所定の角度で照射される。なお、本実施形態では、表示素子51としてDMDを使用している。表示素子51は、背面パネル13側に設けられたヒートシンク190により冷却される。
光源側光学系170により表示素子51の画像形成面に照射された光源光は、表示素子51の画像形成面で反射され、投影光として投影側光学系220を介してスクリーンに投影される。ここで、投影側光学系220は、コンデンサレンズ195、可動レンズ群235、固定レンズ群225等により構成される。可動レンズ群235は、レンズモータにより移動可能に形成される。そして、可動レンズ群235及び固定レンズ群225は、固定鏡筒に内蔵される。よって、可動レンズ群235を備える固定鏡筒は、可変焦点型レンズとされ、ズーム調節やフォーカス調節が可能に形成される。
このように投影装置10を構成することで、蛍光ホイール101を回転させながら励起光照射装置70から光を出射すると、青色、緑色及び赤色の各波長帯域光がダイクロイックミラー141及び光源側光学系170を介して表示素子51に入射される。そのため、投影装置10の表示素子51であるDMDがデータに応じて各色の光を時分割表示することにより、スクリーンにカラー画像を投影することができる。
(実施形態1の変形例)
次に、実施形態1の変形例について説明する。図5は、図4の蛍光ホイール101を回転した様子を示す図である。蛍光ホイール101を用いた場合、蛍光ホイール101に入射する青色波長帯域光の偏光方向Dpと、各1/4波長板321の光学軸Aoとのなす角度θ1は、蛍光ホイール101の回転に従い45度を略中央値として、経時的に変化する。
図4に示すように、角度θ1が45度のとき、反射領域320から出射される青色波長帯域光は、入射時よりも偏光方向が90度回転した直線偏光となる。一方、図5に示すように、角度θ1が45度より大きいとき、反射領域320から出射される青色波長帯域光は楕円偏光となり、角度θ1が45度より小さいとき、反射領域320から出射される青色波長帯域光は、角度θ1が45度より大きいときとは反対周りの楕円偏光となる。楕円偏光の回転方向は、図5に示す1/4波長板321の光学軸Aoが、高速軸又は低速軸のいずれに対応するかによって異なる。
図6は、蛍光ホイール101の、回転角φ、角度θ1、励起光の出力強度81、ダイクロイックミラー141を透過した励起光の光強度82の関係を示す図である。各1/4波長板321a〜321d内の角度θ1は、回転角φが増加するに従い増加する。また、青色波長帯域光が照射される領域Sは、蛍光ホイール1011の回転とともに4枚の1/4波長板321a〜321dに順に移動するため、角度θ1は、青色波長帯域光が照射される1/4波長板321a〜321dが切り替わる度に、最大値から最小値に変化する。
角度θ1が45度より小さいほど又は大きいほど、反射領域320から出射される青色波長帯域光は楕円偏光成分を多く含むため、ダイクロイックミラー141において、蛍光ホイール101により反射された青色波長帯域光の透過率が低減する。そのため、光源装置60が図2の光源側光学系170側に光源光として出射する青色波長帯域光の光強度は、角度θ1が45度のときに最大となり、45度より小さいほど又は大きいほど小さくなる。そうすると、青色波長帯域光の輝度が、青色波長帯域光を出射するために時分割で予め設定されたセグメント期間内において十分に確保できないことになる。
そこで、本実施形態では、青色レーザダイオード71から出射される青色波長帯域光の出力強度を、角度θ1の変化に応じて変動させている。励起光の出力強度81は、青色レーザダイオード71から出射される青色波長帯域光の強度を示している。出力強度81は、角度θ1が45度のときに最小となるように設定され、角度θ1が45度より小さいほど又は大きいほど、高くなるように設定される。
これにより、図6に示すように、反射領域320で反射されて、ダイクロイックミラー141を透過した後の青色波長帯域光の光強度82を、略平滑にすることができる。
なお、図3に示したようにダイクロイックミラー141のS偏光の光を反射してP偏光の光を透過する範囲を広くしておけば、反射領域320で反射した青色波長帯域光が角度θ1の変動により楕円偏光を含む場合であっても、その楕円偏光がP偏光の偏光方向に近い振動のため、その青色波長帯域光の殆どをダイクロイックミラー141で透過させることができる。
以上本実施形態によると、蛍光ホイール101の周方向に沿って略円周方向の光学軸Aoを、1/4波長板321の切り出しにより形成することができるため、簡易な工程によって、蛍光ホイール101に反射領域320を形成し、色再現性を向上することができる。
(実施形態2)
つぎに、実施形態2について説明する。本実施形態の光源装置60は、実施形態1の蛍光ホイール101の代わりに、蛍光ホイール101Aを備える。図7(a)は、蛍光ホイール101Aを正面側(図2で青色波長帯域光が入射する側)から見た模式図である。図7(b)は、図7(a)の蛍光ホイール101AのVIIb−VIIb断面の模式図である。なお、蛍光ホイール101Aの説明で、実施形態1の蛍光ホイール101と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
蛍光ホイール101Aは、蛍光ホイール101と同様に略円盤状に形成される。蛍光ホイール101は、外周縁近傍の反射面102a側に、青色波長帯域光を励起光として受けて蛍光光を出射する蛍光発光領域310と、青色波長帯域光を反射する反射領域320Aとを有する。蛍光発光領域310は、緑色蛍光発光領域311(第1蛍光発光領域)と、赤色蛍光発光領域312(第2蛍光発光領域)とを含む。緑色蛍光発光領域311、赤色蛍光発光領域312及び反射領域320Aは、蛍光ホイール101の反射面102aに周方向に並設される。そのため、緑色蛍光発光領域311、赤色蛍光発光領域312及び反射領域320Aは、各々円弧状に形成される。
反射領域320Aは、図7(b)に示すように、反射面102a上に形成される拡散層322と、拡散層322上に形成される偏光変換層323と、を有する。拡散層322は、ガラスや樹脂等の透明な材料の表面に、サンドブラスト等で微細な凹凸を設けた部材を配置して、形成することができる。偏光変換層323は、透過する光の偏光方向を変換する機能を有する。偏光変換層323の一方の面は空気等の気体と接触しており、他方の面には、拡散層322が配置されている。また、拡散層322の一方の面には、偏光変換層323が配置されており、他方の面は、基材102と接触している。従って、偏光変換層323の一方の面は放熱され易く、拡散層322の他方の面も放熱され易い。更に、拡散層322は曇りガラスで一方の面が平滑な面ではなく荒れているので、拡散層322の一方の面と偏光変換層323の他方の面とは、互いに密着されずに、若干の隙間が開いた構成になっている。従って、拡散層322の一方の面と偏光変換層323の他方の面との間からも、効率良く放熱することができる。なお、青色波長帯域光(第1波長帯域光)L1が照射されない偏光変換層323の側面が、接着剤等で固定された構成になっている。
図8は、図7(b)の蛍光ホイール101AのVIIb−VIIb断面におけるA部拡大斜視図である。偏光変換層323は、第1材料323a及び第2材料323bを略同じ厚みで周期的に交互に積層させた構造を有する。第1材料323a及び第2材料323bは、屈折率の異なる材料である。また、第1材料323a及び第2材料323bは、各々断面視において、蛍光ホイール101Aの径方向Drに山部と谷部とを交互に繰り返した蛇腹状に屈曲している。そして、第1材料323aと第2材料323bは、山部同士の位置が積層方向に対して一致するように形成され、谷部同士の位置も積層方向に対して一致するように形成される。なお、本実施形態では、第1材料323aと第2材料323bの山部と谷部の周期は、径方向Drに対して略等間隔となるように配置される。また、拡散層322と接する第1材料323aは、断面視略三角形状に形成される。
さらに、第1材料323aと第2材料323bの、各山部の頂部と、各谷部の底部は、蛍光ホイール101Aの周方向と平行となるように弓形の弧状に湾曲しながら延設される。本実施形態では、周方向に平行な頂部と谷部の湾曲方向を光学軸Aoとしており、光学軸Aoに直交する方向は蛍光ホイール101Aの中心Oを通る二点鎖線で示した径方向Drと一致している。このように、偏光変換層323は、蛍光ホイール101Aの周方向に沿った方向に光学軸Aoが向くように構成されたフォトニクス結晶波長板により形成される。
図7(a)で、集光レンズ群111により集光された青色波長帯域光は、反射領域320A上の位置Pを中心とする領域Sの範囲に照射される。蛍光ホイール101Aは、領域Sに照射される青色波長帯域光の偏光方向Dpと、位置Pにおける周方向である接線Ltとのなす角度θ2が、45度となる位置に配置される。角度θ2を45度とすることで、偏光変換層323において位相の変換効果を高めることができる。本実施形態の偏光変換層323は、角度θ2=45度で入射した青色波長帯域光の位相を1/4波長ずらして、青色波長帯域光を楕円偏光として反射面102a側に透過する。その後、青色波長帯域光は、反射面102aにより反射されることで、偏光変換層323を再度透過する。よって、集光レンズ群111から反射領域320Aに入射した青色波長帯域光は、偏光方向が90度変換された直線偏光として、反射領域320Aから集光レンズ群111へ向かって出射する。
以上、本実施形態では、蛍光ホイール101Aの反射領域320Aは、反射面102aと、周方向に沿った方向に光学軸Aoを向けた偏光変換層323とを有し、蛍光ホイール101Aは、青色波長帯域光の光学軸Aoと周方向とのなす角度θ2が45度となる位置に、青色波長帯域光を入射させる構成とした。そして、偏光変換層323の光学軸Aoは、周方向に平行な湾曲方向に形成した。そのため、蛍光ホイール101Aが回転しても、青色波長帯域光が反射領域320Aに照射される際、位置Pにおける偏光方向Dpと周方向とのなす角度θ2を一定とすることができ、反射領域320で反射させた青色波長帯域光の偏光方向の変換を安定して行うことができる。よって、反射領域で反射させた光の殆どをP偏光としてダイクロイックミラー141で透過させて、色再現性の低下を防ぐことができる。
なお、各実施形態では、図2において1つの青色レーザダイオード71を図示したが、励起光照射装置70は、複数の青色レーザダイオード71を配置したアレイ状の光源としてもよい。
図9は、本発明の変形例に係る投影装置1の内部構造を示す平面模式図である。図9に示すように、蛍光ホイール101を青色レーザダイオード71と対向するように配置し、ダイクロイックミラー141の反射方向に光源側光学系170を配置する構成としてもよい。この場合、ダイクロイックミラー141は、青色レーザダイオード71から出射された青色波長帯域光のP偏光成分を透過して、S偏光成分を反射させ、蛍光光を反射させる。
実施形態1における1/4波長板321の形状は、二等辺三角形状に限らず、蛍光発光領域310と略同じ径幅の反射領域320内に収まる形状であれば、短い円弧形状や矩形形状等他の形状としてもよい。また、1/4波長板321は、蛍光ホイール101の径方向に5個以上で分割して配置させてもよいし、3個以下で分割配置させてもよい。
また、第1材料323aと第2材料323bは、合計5層となる構成を図5に示したが、各層の厚みは光の波長の約半分とすることができ、また、その層数を6層以上の多数積層させる構成としてもよい。
以上説明したように、本発明の各実施形態の光源装置60及び光源装置60を有する投影装置10は、第1波長帯域光を出射する発光素子と、前記第1波長帯域光を蛍光光に変換する蛍光発光領域と、前記第1波長帯域光を反射する反射領域とが、周方向に並設される蛍光ホイールと、前記第1波長帯域光の第1偏光方向の成分を反射し、当該第1偏光方向と直交する第2偏光方向の成分を透過するミラーと、前記発光素子と前記蛍光ホイールの動作を制御する制御部と、を備え、前記反射領域は反射面と光学軸を有する偏光変換層とを有し、入射した前記第1偏光方向または前記第2偏光方向のどちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換し、前記蛍光ホイールにおける前記第1波長帯域光の照射位置において、前記第1波長帯域光の偏光方向に対して前記偏光変換層の光学軸が略45度傾斜している。
そのため、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光が、励起光照射装置70(発光源)から同一光路となるので、構造がシンプルで部品点数が少なくなり、装置全体として小型化を行うことができる。また、緑色波長帯域光や赤色波長帯域光を光源光として出射する際に青色波長帯域光の混入を低減することができるため、色再現性を良くすることができる。
また、偏光変換層は円周方向に分割された複数の偏光変換層からなり、複数の偏光変換層の各光学軸は、円周方向に対して所定の角度となっている。
また、偏光変換層が直線状の光学軸Aoを有する複数の波長板321a〜321dを周方向に並設して形成される光源装置60は、1/4波長板321の切り出しにより形成することができるため、簡易な工程によって、蛍光ホイール101に偏光変換層を形成することができる。
また、発光素子が第1波長帯域光の入射する位置において第1波長帯域光の偏光方向と周方向とのなす角度が45度より小さいほど又は大きいほど、第1波長帯域光を高い出力で出射する光源装置60は、ダイクロイックミラー141を透過した後の第1波長帯域光の光強度82を、略平滑にして、光源光としての色再現性を向上させることができる。
また、偏光変換層323の光学軸Aoが周方向と平行に湾曲するように形成される光源装置60は、反射領域320で反射させた第1波長帯域光の偏光方向の変換を安定して行うことができる。
また、第1偏光方向がS偏光方向であり、第2偏光方向がP偏光方向であり、ダイクロイックミラー141がS偏光方向の第1波長帯域光を反射して、P偏光方向の第1波長帯域光を透過する光源装置60は、反射特性がP偏光方向よりS偏光方向の方が良い場合に、図2のような発光素子と蛍光ホイールとを対向させない配置構成においても、励起光を効率良く光源光として利用させることができる。
また、反射面102aと偏光変換層との間に拡散層が配置される光源装置60は、励起光を蛍光ホイール101,101Aで反射させて光源光として使用する場合に、スペックルノイズの低減等により輝度分布を均一化することができる。
また、蛍光発光領域310が、第1波長帯域光により励起されて第2波長帯域光を出射する第1蛍光発光領域と、第1波長帯域光により励起されて第3波長帯域光を出射する第2蛍光発光領域とを含む光源装置60は、反射領域320を含めて三種類の波長帯域の光を蛍光ホイール101,101Aから出射させることができる。
また、第1波長帯域光が青色波長帯域光であり、第2波長帯域光が緑色波長帯域光であり、第3波長帯域光が赤色波長帯域光である光源装置60は、カラー画像を形成することができる。
なお、以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の最初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1] 第1波長帯域光を出射する発光素子と、
前記第1波長帯域光を蛍光光に変換する蛍光発光領域と、前記第1波長帯域光を反射する反射領域とが、周方向に並設される蛍光ホイールと、
前記第1波長帯域光の第1偏光方向の成分を反射し、当該第1偏光方向と直交する第2偏光方向の成分を透過するミラーと、
前記発光素子と前記蛍光ホイールの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記反射領域は反射面と光学軸を有する偏光変換層とを有し、入射した前記第1偏光方向または前記第2偏光方向のどちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換し、
前記蛍光ホイールにおける前記第1波長帯域光の照射位置において、前記第1波長帯域光の偏光方向に対して前記偏光変換層の光学軸が略45度傾斜している、
ことを特徴とする光源装置。
[2] 前記偏光変換層は円周方向に分割された複数の偏光変換層からなり、
前記複数の偏光変換層の各光学軸は、円周方向に対して所定の角度となっていることを特徴とする上記[1]に記載の光源装置。
[3] 前記偏光変換層は、直線状の前記光学軸を有する複数の波長板を前記周方向に並設して形成されることを特徴とする上記[2]に記載の光源装置。
[4] 前記発光素子は、前記第1波長帯域光が入射される位置において前記第1波長帯域光の偏光方向と前記周方向とのなす角度が45度より小さいほど又は大きいほど、前記第1波長帯域光を高い出力で出射することを特徴とする上記[3]に記載の光源装置。
[5] 前記偏光変換層の前記光学軸は、前記周方向と平行に湾曲するように形成されることを特徴とする上記[1]に記載の光源装置。
[6] 前記第1偏光方向はS偏光方向であり、
前記第2偏光方向はP偏光方向であり、
前記ミラーは、前記第1偏光方向の前記第1波長帯域光を反射し、前記第2偏光方向の前記第1波長帯域光を透過し、前記蛍光光を透過または反射する、
ことを特徴とする上記[1]乃至上記[5]の何れかに記載の光源装置。
[7] 前記反射面と前記偏光変換層との間には、拡散層が配置されることを特徴とする上記[1]乃至上記[6]の何れかに記載の光源装置。
[8] 前記蛍光発光領域は、前記第1波長帯域光により励起されて第2波長帯域光を出射する第1蛍光発光領域と、前記第1波長帯域光により励起されて第3波長帯域光を出射する第2蛍光発光領域とを含むことを特徴とする上記[1]乃至上記[7]の何れかに記載の光源装置。
[9] 前記第1波長帯域光は、青色波長帯域光であり、
前記第2波長帯域光は、緑色波長帯域光であり、
前記第3波長帯域光は、赤色波長帯域光である、
ことを特徴とする上記[8]に記載の光源装置。
[10] 上記[1]乃至上記[9]の何れか記載の光源装置と、
前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、
前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、
を有し、
前記制御部は、前記表示素子と前記光源装置とを制御する、
ことを特徴とする投影装置。
10 投影装置 12 正面パネル
13 背面パネル 14 右側パネル
15 左側パネル 21 入出力コネクタ部
22 入出力インターフェース 23 画像変換部
24 表示エンコーダ 25 ビデオRAM
26 表示駆動部 31 画像圧縮/伸長部
32 メモリカード 35 Ir受信部
36 Ir処理部 37 キー/インジケータ部
38 制御部 41 光源制御回路
43 冷却ファン駆動制御回路 45 レンズモータ
47 音声処理部 48 スピーカ
51 表示素子 60 光源装置
70 励起光照射装置 71 青色レーザダイオード
73 コリメータレンズ 81 出力強度
82 光強度 100 蛍光ホイール装置
101 蛍光ホイール 101A 蛍光ホイール
102 基材 102a 反射面
110 モータ 111 集光レンズ群
112 中心軸 130 ヒートシンク
141 ダイクロイックミラー(ミラー) 170 光源側光学系
173 集光レンズ 175 ライトトンネル
178 集光レンズ 181 光軸変換ミラー
183 集光レンズ 185 照射ミラー
190 ヒートシンク 195 コンデンサレンズ
220 投影側光学系 225 固定レンズ群
235 可動レンズ群 241 制御回路基板
261 冷却ファン 310 蛍光発光領域
311 緑色蛍光発光領域 312 赤色蛍光発光領域
320,320A 反射領域 321 1/4波長板
321a〜321d 1/4波長板 322 拡散層
323 偏光変換層 323a 第1材料
323b 第2材料
Ao 光学軸 Bc ピーク波長
Bh 半値波長 Bl 半値波長
Dp 偏光方向 Dr 径方向
Gc ピーク波長 L1 青色波長帯域光
L2 緑色波長帯域光 L3 赤色波長帯域光
Lt 接線 O 中心
P 位置 Rc ピーク波長
Rp 反射特性 Rs 反射特性
S 領域 θ1 角度
θ2 角度 φ 回転角

Claims (10)

  1. 第1波長帯域光を出射する発光素子と、
    前記第1波長帯域光を蛍光光に変換する蛍光発光領域と、前記第1波長帯域光を反射する反射領域とが、周方向に並設される蛍光ホイールと、
    前記第1波長帯域光の第1偏光方向の成分を反射し、当該第1偏光方向と直交する第2偏光方向の成分を透過するミラーと、
    前記発光素子と前記蛍光ホイールの動作を制御する制御部と、
    を備え、
    前記反射領域は反射面と光学軸を有する偏光変換層とを有し、入射した前記第1偏光方向または前記第2偏光方向のどちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換し、
    前記蛍光ホイールにおける前記第1波長帯域光の照射位置において、前記第1波長帯域光の偏光方向に対して前記偏光変換層の光学軸が略45度傾斜しており、
    前記偏光変換層は円周方向に分割された複数の偏光変換層からなり、
    前記複数の偏光変換層の各光学軸は、円周方向に対して所定の角度となっており、
    前記偏光変換層は、直線状の前記光学軸を有する複数の波長板を前記周方向に並設して形成されており、
    前記発光素子は、前記第1波長帯域光が入射される位置において前記第1波長帯域光の偏光方向と前記周方向とのなす角度が45度より小さいほど又は大きいほど、前記第1波長帯域光を高い出力で出射する、
    ことを特徴とする光源装置。
  2. 第1波長帯域光を出射する発光素子と、
    前記第1波長帯域光を蛍光光に変換する蛍光発光領域と、前記第1波長帯域光を反射する反射領域とが、周方向に並設される蛍光ホイールと、
    前記第1波長帯域光の第1偏光方向の成分を反射し、当該第1偏光方向と直交する第2偏光方向の成分を透過するミラーと、
    前記発光素子と前記蛍光ホイールの動作を制御する制御部と、
    を備え、
    前記反射領域は反射面と光学軸を有する偏光変換層とを有し、入射した前記第1偏光方向または前記第2偏光方向のどちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換し、
    前記蛍光ホイールにおける前記第1波長帯域光の照射位置において、前記第1波長帯域光の偏光方向に対して前記偏光変換層の光学軸が略45度傾斜しており、
    前記偏光変換層は、直線状の前記光学軸を有する複数の波長板を前記周方向に並設して形成されており、
    前記発光素子は、前記第1波長帯域光が入射される位置において前記第1波長帯域光の偏光方向と前記周方向とのなす角度が45度より小さいほど又は大きいほど、前記第1波長帯域光を高い出力で出射する、
    ことを特徴とする光源装置。
  3. 第1波長帯域光を出射する発光素子と、
    前記第1波長帯域光を蛍光光に変換する蛍光発光領域と、前記第1波長帯域光を反射する反射領域とが、周方向に並設される蛍光ホイールと、
    前記第1波長帯域光の第1偏光方向の成分を反射し、当該第1偏光方向と直交する第2偏光方向の成分を透過するミラーと、
    前記発光素子と前記蛍光ホイールの動作を制御する制御部と、
    を備え、
    前記反射領域は反射面と光学軸を有する偏光変換層とを有し、入射した前記第1偏光方向または前記第2偏光方向のどちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換し、
    前記蛍光ホイールにおける前記第1波長帯域光の照射位置において、前記第1波長帯域光の偏光方向に対して前記偏光変換層の光学軸が略45度傾斜しており、
    前記偏光変換層は円周方向に分割された複数の偏光変換層からなり、
    前記複数の偏光変換層の各光学軸は、円周方向に対して所定の角度となっており、
    前記発光素子は、前記第1波長帯域光が入射される位置において前記第1波長帯域光の偏光方向と前記周方向とのなす角度が45度より小さいほど又は大きいほど、前記第1波長帯域光を高い出力で出射する、
    ことを特徴とする光源装置。
  4. 第1波長帯域光を出射する発光素子と、
    前記第1波長帯域光を蛍光光に変換する蛍光発光領域と、前記第1波長帯域光を反射する反射領域とが、周方向に並設される蛍光ホイールと、
    前記第1波長帯域光の第1偏光方向の成分を反射し、当該第1偏光方向と直交する第2偏光方向の成分を透過するミラーと、
    前記発光素子と前記蛍光ホイールの動作を制御する制御部と、
    を備え、
    前記反射領域は反射面と光学軸を有する偏光変換層とを有し、入射した前記第1偏光方向または前記第2偏光方向のどちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換し、
    前記蛍光ホイールにおける前記第1波長帯域光の照射位置において、前記第1波長帯域光の偏光方向に対して前記偏光変換層の光学軸が略45度傾斜しており、
    前記発光素子は、前記第1波長帯域光が入射される位置において前記第1波長帯域光の偏光方向と前記周方向とのなす角度が45度より小さいほど又は大きいほど、前記第1波長帯域光を高い出力で出射する、
    ことを特徴とする光源装置。
  5. 前記偏光変換層の前記光学軸は、前記周方向と平行に湾曲するように形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載の光源装置。
  6. 前記第1偏光方向はS偏光方向であり、
    前記第2偏光方向はP偏光方向であり、
    前記ミラーは、前記第1偏光方向の前記第1波長帯域光を反射し、前記第2偏光方向の前記第1波長帯域光を透過し、前記蛍光光を透過または反射する、
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れかに記載の光源装置。
  7. 前記反射面と前記偏光変換層との間には、拡散層が配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れかに記載の光源装置。
  8. 前記蛍光発光領域は、前記第1波長帯域光により励起されて第2波長帯域光を出射する第1蛍光発光領域と、前記第1波長帯域光により励起されて第3波長帯域光を出射する第2蛍光発光領域とを含むことを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れかに記載の光源装置。
  9. 前記第1波長帯域光は、青色波長帯域光であり、
    前記第2波長帯域光は、緑色波長帯域光であり、
    前記第3波長帯域光は、赤色波長帯域光である、
    ことを特徴とする請求項8に記載の光源装置。
  10. 請求項1乃至請求項9の何れか記載の光源装置と、
    前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、
    前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、
    を有し、
    前記制御部は、前記表示素子と前記光源装置とを制御する、
    ことを特徴とする投影装置。
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