JP6946650B2 - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents
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Description
この特許文献1に記載の光源装置では、固体光源ユニットから出射された青色光は、2つのレンズによって小径化された後、拡散板によって拡散されて面内照度が均一化され、1/2波長板に入射される。この1/2波長板は、入射された青色光のうち、90〜70%がs偏光成分となり、10〜30%がp偏光成分となるように、光軸が調整されている。このような1/2波長板を通過した青色光は、ダイクロイックミラーに入射される。
ダイクロイックミラーは、青色光のうち、s偏光成分を反射させ、p偏光成分を透過させる特性を有する他、緑色光及び赤色光を透過する特性を有する。すなわち、特許文献1に記載のダイクロイックミラーは、波長選択的偏光分離特性を有する。このようなダイクロイックミラーに1/2波長板から入射された青色光のうち、s偏光成分は、蛍光発光板側に反射され、p偏光成分は、偏光方向変換部側に透過される。
一方、偏光方向変換部側に透過されたp偏光成分は、1/4波長板及び反射板によってs偏光成分に変換され、ダイクロイックミラーによって、上記蛍光の通過方向と同方向に反射される。
これにより、光源装置から、蛍光及び青色光を含む照明光(白色光)が出射される。
プロジェクターは、拡散装置及び波長変換装置と共役関係にある光学部品を有し、当該光学部品には、これら拡散装置及び波長変換装置の像が再結像される。これら拡散装置及び波長変換装置における像サイズに差があると、当該光学部品による絞りで損失する領域が異なり、形成された画像がスクリーンに投射された場合に、それぞれの光(青色光及び蛍光)の照度が異なる領域が発生することにより、色むらが生じる。
このため、波長変換装置上での像サイズと、拡散装置上での像サイズとを揃える必要がある。
一方、上記青色光路上に1枚のレンズを配置することによって、当該青色光路を長くせずに、青色光の像サイズを調整することが考えられる。しかしながら、1枚のレンズによって、拡散装置上での像サイズを制御することは困難である。これに対し、ホモジナイザー光学装置と呼ばれる一対のマルチレンズを光源部と拡散装置との間に配置して、間接照明系を構成することにより、上記青色光の像サイズを、上記励起光の像サイズに合わせることが考えられる。しかしながら、この場合には、青色光の光路が長くなり、ひいては、光源装置が大型化するという問題が生じてしまう。
これらの問題から、小型化を実現しつつ、プロジェクターによって投射される画像に色むらが生じることを抑制可能な光源装置の構成が要望されてきた。
また、波長変換装置としては、入射される光によって励起され、当該光の波長を変換する蛍光体が含まれる構成を例示できる。
また、補助拡散素子によって、上記他の一部の光より光路が短い上記一部の光の光路において、当該一部の光を拡散させて拡散装置に入射させることができる。すなわち、拡散装置に入射される上記一部の光の像サイズを、補助拡散素子によって調整でき、波長変換装置上での像サイズと、拡散装置上での像サイズとを揃えやすくすることができる。従って、このような光源装置がプロジェクターに採用された場合に、各像サイズの差による照度比の違う領域が生じることを抑制でき、表示される画像に色むらが発生することを抑制できる。
更に、上記補助拡散素子によって、上記色むらの発生を抑制できるので、上記他の一部の光の光路より、上記一部の光の光路を短く設定できるので、光源装置の小型化を図ることができる。
このような構成によれば、拡散装置が、上記一部の光を反射させつつ拡散させる場合に比べて、当該一部の光の光路が長くなることを抑制できる。従って、光源装置の小型化を図ることができる。
ここで、重畳素子によって拡散装置に各固体光源から出射された光が重畳されるので、当該拡散装置から出射される拡散光に、輝度むらが生じることを抑制できる。
また、重畳素子は、1枚のレンズによって構成されているので、光源部から拡散装置までの上記一部の光の光路が長くなることを抑制でき、光源装置の小型化を図りやすくすることができる。
更に、補助拡散素子によって、上記のように、拡散装置での像サイズを調整できるので、当該拡散装置上での像サイズと上記波長変換装置上での像サイズとを揃えやすくすることができる。従って、上記照度むらが発生することを好適に抑制できる。
このような構成によれば、第2照明光軸及び第3照明光軸に沿って進行する励起光の光路を、第1照明光軸に沿って進行する青色光の光路より確実に長くすることができる。また、第2光源部が第3照明光軸に沿って励起光を出射する位置に配置される構成に比べて、光源装置を小型化できる。
このような構成によれば、第1レンズが無い場合に比べて、第2光源部から出射された光の利用効率を高めることができる。また、第2レンズによって、平行化された励起光は、励起光用集光素子によって集光されて波長変換装置に入射されるので、当該励起光を効率よく波長変換装置に入射させることができる。更に、当該励起光用集光素子は、波長変換装置から出射された変換光を平行化して光合成装置に入射させるので、当該変換光が拡散されて出射されることを抑制できる。
そして、これら第1レンズ、第2レンズ及び励起光用集光素子による励起光の集光倍率を調整することにより、波長変換装置上での励起光の像サイズを調整できる。従って、波長変換装置及び上記拡散装置でのそれぞれの像サイズを揃えやすくすることができ、上記色むらの発生を好適に抑制できる。
ここで、波長変換装置上での励起光による照明領域に照度むらが生じ、局所的に照度が高い励起光が当該照明領域に入射されると、熱飽和が生じやすくなり、変換光への波長変換効率が低下するだけでなく、波長変換装置の寿命が短縮される可能性がある。
これに対し、上記拡散素子によって拡散された励起光が、励起光用集光素子によって集光されて波長変換装置に入射されるので、当該励起光による照明領域に照度むらが発生することを抑制できる。従って、上記熱飽和の発生を抑制でき、変換光への波長変換効率の低下、及び、波長変換装置の寿命の短縮を抑制できる。
上記第2態様によれば、上記第1態様に係る光源装置と同様の効果を奏することができる他、当該光源装置を有することによって、形成及び投射される画像に色むらが生じることを抑制できる。
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
[プロジェクターの概略構成]
図1は、本実施形態に係るプロジェクター1の外観を示す斜視図である。具体的に、図1は、当該プロジェクター1を正面側上方から見た斜視図である。
本実施形態に係るプロジェクター1は、内部に設けられた光源装置4(図2参照)から出射された光を変調して画像情報に応じた画像を形成し、当該画像をスクリーン等の被投射面上に拡大投射するものである。このプロジェクター1は、装置本体(図1では図示省略)を収容する外装筐体2を備える。
このようなプロジェクター1は、詳しくは後述するが、光学部品のレイアウトに特徴の1つを有する光源装置4を備えている。
以下、プロジェクター1の各構成について説明する。
外装筐体2は、筐体本体21と、当該筐体本体21に取り付けられ、当該筐体本体21とともにプロジェクター1の外装を構成するカバー部材28と、を備え、全体として略直方体形状に形成されている。
筐体本体21は、天面部22、底面部23、正面部24、背面部25、左側面部26及び右側面部27を有し、背面部25における右側面部27側の部位(換言すると、右側面部27における背面部25側の部位)が切り欠かれた略直方体形状を有する。
天面部22は、背面部25側の位置に、第1傾斜部221及び第2傾斜部222によって形成される凹部220を有する。これら第1傾斜部221及び第2傾斜部222のうち、正面部24側に位置する第1傾斜部221は、背面部25側に向かうに従って底面部23に近接する方向に傾斜しており、背面部25側に位置する第2傾斜部222は、正面部24側に向かうに従って底面部23に近接する方向に傾斜している。この第2傾斜部222には、3つの開口部223〜224が形成されている。
開口部224は、開口部223に対して背面部25側に位置している。この開口部224内には、図示を省略するが、リモートコントローラーからの赤外線信号を受光する受光部が配置される。なお、開口部224も、赤外光を透過する透光性部材TM2によって閉塞されている。
開口部225は、開口部223に対して左側面部26側に位置している。この開口部225内には、図示を省略するが、上記画像光の投射領域を撮像して、当該投射領域内の指示体の位置を検出する撮像装置が配置される。なお、開口部225も、透光性部材TM3によって閉塞されている。
正面部24は、外装筐体2外の気体を冷却気体として導入する複数の導入口241を有し、右側面部27は、外装筐体2内の冷却対象を冷却した冷却気体を排出する複数の排出口271を有する。
図2は、装置本体の構成を示す模式図である。
装置本体は、図2に示すように、画像投射装置3及び制御装置6を備える。この他、装置本体は、図示を省略するが、プロジェクター1を構成する電子部品に電力を供給する電源装置、及び、プロジェクター1を構成する冷却対象を冷却する冷却装置を備える。
これらのうち、制御装置6は、制御回路等を備えて構成され、プロジェクター1の動作を制御する。例えば、制御装置6は、後述する光変調装置343に画像情報(画像信号)を出力して、当該画像情報に応じた画像光を形成させる他、光源装置4の点灯や発光光量を制御する。
画像投射装置3は、上記制御装置6による制御の下、画像情報に応じた画像を形成及び投射する。この画像投射装置3は、+X方向及び−Z方向に沿う略L字状の光学ユニットとして構成されている。このような画像投射装置3は、光源装置4と、均一化装置31、色分離装置32、リレー装置33、画像形成装置34、投射光学装置35及び光学部品用筐体36と、を備える。
これらのうち、光源装置4は、+X方向に沿って白色の光束(照明光)を出射する。この光源装置4の構成については、後に詳述する。
これらのうち、第1レンズアレイ311は、入射される照明光を複数の部分光束に分割する複数の第1レンズ(図示省略)を有し、第2レンズアレイ313は、第1レンズアレイ311から入射される複数の部分光束を、重畳レンズ315とともに後述する光変調装置343に重畳させる複数の第2レンズ(図示省略)を有する。これら第1レンズと第2レンズとは1対1で対応し、ある第1レンズから出射された部分光束は、対応する第2レンズに入射される。このような第2レンズアレイ313は、後述する拡散装置45及び波長変換装置51と共役関係にあり、これら拡散装置45及び波長変換装置51にて形成される像は、第2レンズアレイ313の各第2レンズにて再結像される。そして、第2レンズアレイ313と拡散装置45との間の光路長は、第2レンズアレイ313と波長変換装置51との間の光路長と一致する。
それぞれ複数の偏光分離層及び反射層は、第2レンズアレイ313から入射される光の中心軸にそれぞれ直交し、かつ、互いに直交する第1方向及び第2方向のうち第1方向に長く形成され、第2方向に交互に配列されている。なお、各偏光分離層は、第2レンズアレイ313から出射された各部分光束が入射される位置に配置され、各反射層は、当該各部分光束が直接入射されない位置に配置されている。
偏光分離層は、p偏光を通過させ、s偏光を反射させる。偏光分離層に応じて設けられる反射層は、当該偏光分離層にて反射されたs偏光を、p偏光の通過方向に沿うように反射させる。そして、複数の位相差層のそれぞれは、偏光分離層を通過したp偏光の光路上に設けられ、入射されるp偏光をs偏光に変換する。これにより、偏光変換素子314から出射される光の偏光方向は、s偏光に揃えられ、当該s偏光が、偏光変換素子314の光出射面における略全面から出射される。なお、偏光変換素子314は、p偏光を出射する構成としてもよい。
リレー装置33は、分離された3つの色光のうち、他の色光に比べて光路が長い赤色光の光路上に設けられる。このリレー装置33は、入射側レンズ331、リレーレンズ333及び反射ミラー332,334を有する。
これらのうち、光変調装置(赤、緑及び青用の光変調装置をそれぞれ343R,343G,343Bとする)は、本実施形態では液晶パネルを有する構成が採用されている。
また、色合成装置345は、本実施形態ではクロスダイクロイックプリズムにより構成されているが、複数のダイクロイックミラーを組み合わせた構成としてもよい。
投射光学装置35は、画像形成装置34から入射される画像光を上記被投射面上に拡大投射する。この投射光学装置35は、図3に示すように、複数のレンズ351と、非球面ミラー352と、これらを内部に収納する中空状の保持体353と、を備える。
複数のレンズ351は、例えば、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む。なお、図3では、5つのレンズ351が図示されているが、投射光学装置35を構成するレンズ351の数は、適宜変更可能である。
保持体353は、当該保持体353を収容する外装筐体2(図1参照)における天面部22側の部位に、非球面ミラー352にて反射された画像光が通過する開口部354を有する。この開口部354には、可視光を透過させるガラス等の基板355が嵌め込まれている。これら開口部354及び基板355を通過した画像光は、上記開口部223(図1参照)を介して外装筐体2の外部に出射される。
図4は、光源装置4の構成を示す模式図である。
光源装置4は、上記のように、均一化装置31に照明光を出射する。この光源装置4は、図4に示すように、光源部41、プリズムミラー42、集光レンズ43、補助拡散素子44、拡散装置45、第1集光素子46、アフォーカル光学装置47、反射部材48、拡散素子49、第2集光素子50、波長変換装置51、光合成装置52及び位相差板53を有する。
光源部41は、第1光源部411、第2光源部412及び放熱部材413を有する。
第1光源部411及び第2光源部412は、+Z方向に沿って並んで配置され、それぞれ+X方向に青色光を出射する。すなわち、第2光源部412は、第1光源部411に対して+Z方向側に配置されている。
これら第1光源部411及び第2光源部412のそれぞれは、複数の固体光源SLが縦横に配置された固体光源ユニットSUを有する。具体的に、第1光源部411は、当該固体光源ユニットSUを1つ有し、第2光源部412は、当該固体光源ユニットSUを2つ有する。すなわち、第2光源部412が有する固体光源SL2(励起固体光源)の数は、第1光源部411が有する固体光源SL1(青色固体光源)の数より多く、第2光源部412が出射する青色光(励起光EL)の光量は、第1光源部411が出射する青色光(青色光BL)の光量より多い。これは、以下の理由による。
これに対し、第2光源部412から出射された青色光(励起光EL)は、波長変換装置51での蛍光YL(緑色光及び赤色光を含む光)の生成に利用されることから、比較的多くの光量が求められる。また、蛍光YLの生成量(出射光量)は、波長変換装置51での波長変換効率に依存し、当該波長変換装置51に入射する光量より少ない。
これらのことから、第1光源部411からの青色光の出射光量より、第2光源部412からの青色光の出射光量を多くする必要がある。このため、第2光源部412が有する固体光源SL2の数は、第1光源部411が有する固体光源SL1の数より多くしている。
なお、図示を省略するが、固体光源ユニットSUは、当該固体光源ユニットSUに配設される固体光源SLの数が縦横で異なる。そして、本実施形態では、固体光源SLの数が少ない列が+Z方向に沿い、固体光源の数が多い行が第1照明光軸Ax1又は第2照明光軸Ax2と上記+Z方向とに直交する+Y方向に沿うように、各固体光源ユニットSUは配置される。これにより、光源装置4が、第2光源部412において固体光源ユニットSUの配列方向である+Z方向に大きくなることが抑制される。
なお、第2光源部412から出射された青色光は、上記のように、波長変換装置51に含まれる蛍光体を励起させる励起光として利用される。このことから、以下の説明では、第1光源部411から出射される青色光BLと区別するために、第2光源部412から出射される青色光を、励起光ELという場合がある。
なお、第1光源部411及び第2光源部412は、上記+Z方向に互いに離間して、放熱部材413上に配置される。すなわち、第1光源部411と第2光源部412との間には、隙間GPが形成されている。これは、第1光源部411及び第2光源部412の一方の熱が他方に影響を及ぼすことを抑制するためである。
プリズムミラー42は、第1光源部411の各固体光源SL1から出射された青色光BLを集光して出射する。具体的に、プリズムミラー42は、各固体光源SL1から出射された青色光BLの光路を変更して、第1光源部411から出射された青色光BLの光束を縮径させる。
集光レンズ43は、第1照明光軸Ax1において第1光源部411と拡散装置45との間(より具体的には、プリズムミラー42と補助拡散素子44との間)に位置する。この集光レンズ43は、各固体光源SL1からプリズムミラー42を介して入射される青色光BLを、拡散装置45の拡散層に集光する。詳述すると、集光レンズ43は、各固体光源SL1から出射された青色光BLを、当該拡散層に重畳させる。すなわち、集光レンズ43は、重畳素子である。
補助拡散素子44は、第1照明光軸Ax1において集光レンズ43と拡散装置45との間に位置する。この補助拡散素子44は、拡散装置45による青色光BLの拡散を補助するものであり、集光レンズ43から入射される青色光BLを拡散させることによって、拡散装置45に入射される青色光の光束径(光源像のサイズ)を調整する。このような補助拡散素子44による光の拡散率は、拡散装置45による光の拡散率より小さい。このような補助拡散素子44は、例えば擦りガラスによって構成できる。なお、この補助拡散素子44の機能については、後に詳述する。
拡散装置45は、第1照明光軸Ax1において第1光源部411と光合成装置52との間に配置されている。具体的に、拡散装置45は、補助拡散素子44と第1集光素子46との間に配置されている。この拡散装置45は、集光レンズ43から補助拡散素子44を介して入射される青色光BLを、所定の拡散率にて拡散透過させる。すなわち、拡散装置45は、透過型の拡散装置である。
このような拡散装置45は、入射される青色光BLを拡散透過させる拡散層を有する基板451と、第1照明光軸Ax1と略平行な回転軸を中心として基板451を回転させる回転装置452と、を有する。そして、拡散装置45は、補助拡散素子44によって拡散されて入射される青色光BLを、波長変換装置51から出射される蛍光YLと同様の拡散角にて拡散透過させる。なお、拡散層は、基板451における青色光BLの入射側の面に位置していてもよく、出射側の面に位置していてもよい。
なお、回転装置452は無くてもよいが、当該回転装置452によって上記基板451が回転されることにより、スペックルの低減が効果的に図られる。
第1集光素子46は、第1照明光軸Ax1において拡散装置45と光合成装置52との間に配置されている。この第1集光素子46は、当該拡散装置45から出射された青色光BLを平行化して、光合成装置52に入射させる平行化素子である。この第1集光素子46は、本実施形態では、3つのレンズ461〜463を備えて構成されているが、当該第1集光素子46を構成するレンズの数は、適宜変更可能である。
アフォーカル光学装置47は、第2光源部412から出射された励起光ELを集光して当該励起光ELの光束径を縮径し、縮径された励起光ELを平行化して出射する。このアフォーカル光学装置47は、第1レンズ471及び第2レンズ472を有する。
第1レンズ471は、上記第2照明光軸Ax2において第2光源部412と反射部材48との間に配置されている。この第1レンズ471は、第2光源部412の各固体光源SL2から入射された励起光ELを第2レンズ472に集光する。
第2レンズ472は、上記第3照明光軸Ax3において反射部材48と光合成装置52との間(詳しくは、反射部材48と拡散素子49との間)に配置されている。この第2レンズ472は、第1レンズ471から反射部材48を介して入射される励起光ELを平行化する。
反射部材48は、第2照明光軸Ax2と第3照明光軸Ax3との交差部位に位置する。この反射部材48は、第1レンズ471から入射される励起光ELを第3照明光軸Ax3に沿うように反射させて、第2レンズ472に入射させる。
拡散素子49は、第3照明光軸Ax3において第2レンズ472と光合成装置52との間に配置され、当該第2レンズ472から入射される励起光ELを拡散させる拡散板である。この拡散素子49を通過することによって、励起光ELの中心軸に直交する面内における照度のばらつきが抑制される。
ここで、上記拡散素子49に代えて、一対のマルチレンズを有するホモジナイザー光学装置を採用することが考えられる。このホモジナイザー光学装置は、入射側のマルチレンズが、入射される励起光ELを複数の部分光束に分割し、出射側のマルチレンズが、当該複数の部分光束を所定の位置(例えば波長変換素子511)に重畳させることによって、上記面内における励起光ELの照度を均一化する機能を有する。しかしながら、このようなホモジナイザー光学装置は、高価である他、上記一対のマルチレンズ間に所定の距離が必要であるため、励起光ELの光路長を長くしてしまい、光源装置4の小型化に不向きである。
これに対し、上記拡散素子49を採用することによって、ホモジナイザー光学装置が採用される場合に比べて、光源装置4を安価に構成できる他、励起光ELの光路長が長くなることを抑制できるので、当該光源装置4の小型化を図ることができる。
第2集光素子50は、第3照明光軸Ax3において光合成装置52と波長変換装置51との間に配置されている。この第2集光素子50は、拡散素子49から光合成装置52を介して入射される励起光ELを波長変換装置51(波長変換素子511)に集光する他、当該波長変換装置51から入射される蛍光YLを平行化して出射する。すなわち、第2集光素子50は、励起光用集光素子に相当する。
このような第2集光素子50は、3つのレンズ501〜503を備えて構成されているが、当該第2集光素子50を構成するレンズの数は、適宜変更可能である。
波長変換装置51は、入射される励起光ELによって励起され、当該励起光ELとは異なる波長の蛍光YL(詳しくは緑色光及び赤色光を含む蛍光YLであり、波長変換装置51による変換光)を、当該励起光ELの入射方向とは反対方向に出射する反射型の波長変換装置である。この波長変換装置51は、波長変換素子511と、当該波長変換素子511を回転させる回転装置512と、波長変換素子511から伝達された熱を放熱する放熱部材513と、を有する。
また、放熱部材513は、波長変換素子511において励起光ELの入射側とは反対側の面に位置する。この放熱部材513は、波長変換素子511にて生じた熱を放熱し、当該波長変換素子511を冷却する。
これらのうち、波長変換層は、励起光ELにより励起されて非偏光光である蛍光YL(例えば500〜700nmの波長域にピーク波長を有する蛍光YL)を拡散出射する蛍光体を含む蛍光体層である。この波長変換層にて生じる蛍光YLの一部は、第2集光素子50側に出射され、他の一部は、反射層側に出射される。
反射層は、波長変換層から入射される蛍光YLを第2集光素子50側に反射させる。
このような波長変換素子511にて生じた蛍光YLは、第2集光素子50を介して光合成装置52に入射される。
光合成装置52は、上記のように、第1照明光軸Ax1と第3照明光軸Ax3との交差部位に位置する。この光合成装置52は、本実施形態では、青色光を透過し、緑色光及び赤色光を反射させるダイクロイックミラーによって構成されており、照明光軸Ax1,Ax3のそれぞれに対して傾斜して配置されている。
このため、第1光源部411から出射されて第1照明光軸Ax1に沿って進行する青色光BLは、当該第1照明光軸Ax1に沿って光合成装置52を通過する。
また、第2光源部412から出射されて上記反射部材48によって反射された励起光ELは、第3照明光軸Ax3に沿って光合成装置52を通過する。
一方、波長変換装置51にて生成された上記蛍光YLは、光合成装置52によって、第1照明光軸Ax1に沿うように反射される。
このような光合成装置52により、第1集光素子46から入射される青色光BLと、第2集光素子50から入射される蛍光YLとは、第1照明光軸Ax1に沿って位相差板53側に出射され、これら青色光BL及び蛍光YLが合成された白色の照明光が位相差板53に入射される。
位相差板53は、光合成装置52から入射される照明光の偏光方向を回転させる。具体的に、位相差板53は、入射される白色光に含まれる青色光BL及び蛍光YLを、s偏光及びp偏光が混在する円偏光に変換する。このような位相差板53が設けられるのは、以下の理由による。
光合成装置52から出射される蛍光YLは非偏光光である。この蛍光YLを形成するp偏光成分及びs偏光成分のうち、s偏光成分は、上記偏光変換素子314に入射された際に、上記偏光分離層にて反射された後に反射層にて反射されて、当該偏光変換素子314から出射される。一方、p偏光成分は、当該偏光分離層を通過した後に位相差層にてs偏光成分に変換されて、当該偏光変換素子314から出射される。このように、蛍光YLについては、位相差板53の有無に依らず、偏光変換素子314の光出射面の略全面から出射される。
上記のように、補助拡散素子44は、集光レンズ43から入射される青色光BLを拡散透過させて、拡散装置45に入射される青色光BLの光束径(像サイズ)を調整する。この補助拡散素子44による青色光BLの拡散率は、拡散装置45による青色光BLの拡散率よりも低い。
このような補助拡散素子44は、以下の理由によって設けられている。
図5に示すように、第1光源部411の各固体光源SL1(図3参照)から出射された青色光BLは、プリズムミラー42(図5では図示省略)を介して集光レンズ43に入射されて、拡散装置45に重畳される。しかしながら、第1光源部411から拡散装置45までの青色光BLの光路長が、第2光源部412から波長変換装置51までの励起光ELの光路長より短いため、波長変換装置51上での励起光ELの光束径(像サイズ)より、拡散装置45上での青色光BLの光束径(像サイズ)が小さくなりやすい。例えば、補助拡散素子44が無い場合、集光レンズ43によって青色光BLは集光されるので、拡散装置45上での青色光BLの光束径(像サイズ)は、図5に点線で示すように、非常に小さくなる。
このような青色光BLが、拡散装置45を介して拡散出射された場合、蛍光YLほどには広がらず、拡散装置45上での青色光BLの像サイズと波長変換装置51上での蛍光YLの像サイズが揃いにくくなる。この場合には、光源装置4に対して光路後段に位置し、かつ、これら拡散装置45及び波長変換装置51上にて形成される像が再結像される第2レンズアレイ313上での青色光BL及び蛍光YLのそれぞれの像サイズに差が生じる。このような差が生じると、当該第2レンズアレイ313による絞りでの損失が異なってしまい、形成された画像が上記被投射面上に投射された場合に、青色光BL及び蛍光YLの照度比の違いによって色むらが生じる。
光源部41の第2光源部412から波長変換装置51までの励起光ELの光路は、光源部41の第1光源部411から拡散装置45までの青色光BLの光路より長い。これによれば、当該励起光ELの光路上にアフォーカル光学装置47、拡散素子49及び第2集光素子50を配置できるので、波長変換装置51上での励起光ELの光束径(像サイズ)を調整しやすくすることができる。
また、補助拡散素子44によって、蛍光YLより光路が短い青色光BLを拡散させて拡散装置45に入射させることができる。すなわち、拡散装置45上での青色光BLの光束径(像サイズ)を調整でき、これにより、当該青色光BLの像サイズを、波長変換装置51での励起光ELの像サイズに揃えることができる。従って、第2レンズアレイ313上での青色光BL及び蛍光YLの像サイズを揃えることができるので、各像サイズの差による照度比の違う領域が生じることを抑制でき、被投射面上に表示される画像に色むらが発生することを抑制できる。
そして、補助拡散素子44によって、上記色むらの発生を抑制できるので、第2光源部412から波長変換装置51までの励起光ELの光路より、第1光源部411から拡散装置45までの青色光BLの光路を短く設定できるので、光源装置の小型化を図ることができる。
更に、補助拡散素子44によって、拡散装置45に入射される青色光BLの光束径を広げることができ、ひいては、当該拡散装置45上での青色光の像サイズを拡大できる。これにより、拡散装置45上での青色光BLの像サイズと波長変換装置51上での励起光ELの像サイズとを揃えることができる。従って、表示される画像に上記色むらが発生することを好適に抑制できる。
同じくアフォーカル光学装置47を構成する第2レンズ472は、第3照明光軸Ax3において反射部材48と光合成装置52との間に配置され、当該反射部材48によって反射された励起光ELを平行化する。更に、励起光用集光素子としての第2集光素子50は、第3照明光軸Ax3において光合成装置52と波長変換装置51との間に配置され、励起光ELを波長変換装置51に集光させるとともに、当該波長変換装置51から入射される蛍光YLを平行化して光合成装置52に入射させる。これによれば、第2レンズ472によって、平行化された励起光ELは、第2集光素子50によって集光されて波長変換装置51に入射されるので、当該励起光ELを効率よく波長変換装置51に入射させることができる。更に、第2集光素子50は、波長変換装置51から出射された蛍光YLを平行化して光合成装置52に入射させるので、当該蛍光YLが拡散されて出射されることを抑制でき、当該蛍光YLを均一化装置31に適切に入射させることができる。
そして、これらアフォーカル光学装置47(第1レンズ471及び第2レンズ472)と第2集光素子50による励起光ELの集光倍率を調整することにより、波長変換装置51上での励起光ELの像サイズを調整できる。従って、波長変換装置51及び拡散装置45での励起光EL及び青色光BLの像サイズを揃えることができ、上記色むらの発生を好適に抑制できる。
これに対し、第2レンズ472と光合成装置52との間に拡散素子49が配置され、当該拡散素子49は、第2レンズ472から入射される励起光ELを拡散させる。これによれば、拡散素子49によって拡散された励起光ELが、第2集光素子50によって集光されて波長変換装置51に入射されるので、当該励起光ELによる照明領域に照度むらが発生することを抑制できる。従って、上記熱飽和の発生を抑制でき、蛍光YLへの波長変換効率の低下、及び、波長変換素子511の寿命の短縮を抑制できる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記プロジェクター1と同様の構成及び機能を有するが、光源装置の構成が相違する。詳述すると、本実施形態に係るプロジェクターと上記プロジェクター1とは、光源装置における光学部品の配置が相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係るプロジェクターは、図示を省略するが、光源装置4に代えて光源装置4Aを備える他は、上記プロジェクター1と同様の構成及び機能を有する。
光源装置4Aは、上記光源装置4と同様に、均一化装置31に照明光を出射する。この光源装置4Aは、図6に示すように、光源部41A、アフォーカル光学装置47、光分離装置54、補助拡散素子44、反射部材55、拡散装置45、第1集光素子46、ダイクロイックミラー56、第2集光素子50、波長変換装置51、光合成装置52及び位相差板53を有し、上記光源装置4と同様に機能する。
これらのうち、第1照明光軸Ay1と第2照明光軸Ay2とは、平行であり、それぞれ、+X方向に沿うように設定されている。なお、第2照明光軸Ay2は、第1照明光軸Ay1に対して+Z方向に設定されている。
第3照明光軸Ay3と第4照明光軸Ay4とは、平行であり、それぞれ+Z方向に沿うように設定されている。そして、第3照明光軸Ay3は、第1照明光軸Ay1及び第2照明光軸Ay2と交差し、第4照明光軸Ay4も、第1照明光軸Ay1及び第2照明光軸Ay2と交差する。なお、第4照明光軸Ay4は、第3照明光軸Ay3に対して+X方向に設定されている。
これら照明光軸Ay1〜Ay4上に各光学部品が配置されている。なお、第1照明光軸Ay1と第2照明光軸Ay2とは、完全な平行でなくてもよく、第3照明光軸Ay3及び第4照明光軸Ay4とは、完全な平行でなくてもよい。また、第3照明光軸Ay3及び第4照明光軸Ay4は、第1照明光軸Ay1及び第2照明光軸Ay2のそれぞれに直交していなくてもよく、これら照明光軸Ay1,Ay2と交差していればよい。
一方、ダイクロイックミラー56は、第1照明光軸Ay1と第4照明光軸Ay4との交差部位に位置し、当該第4照明光軸Ay4上には、第2集光素子50及び波長変換装置51が位置している。そして、光合成装置52は、第4照明光軸Ay4と第2照明光軸Ay2との交差部位に位置している。
アフォーカル光学装置47を構成する第1レンズ471及び第2レンズ472のうち、第1レンズ471は、複数の固体光源SLから出射された光束LFを集光し、所定の位置に重畳させる。なお、この所定の位置としては、第2レンズ472、或いは、拡散装置45の配置位置が挙げられる。
第2照明光軸Ay2に沿うように光路が変更された青色光BLは、上記のように、拡散装置45を透過しつつ、当該拡散装置45に予め設定された拡散率にて拡散されて、第1集光素子46に入射される。そして、当該青色光BLは、第1集光素子46にて平行化されて、光合成装置52に入射される。
このダイクロイックミラー56は、青色光を反射させ、青色光の波長より長い波長の光(緑色光及び赤色光)を透過させる機能を有する。このため、第1照明光軸Ay1に沿って進行した励起光ELは、ダイクロイックミラー56にて第4照明光軸Ay4に沿うように反射され、第2集光素子50に入射される。
第2集光素子50は、上記のように、入射される励起光ELを波長変換装置51の波長変換層に集光する他、当該波長変換層にて生じた蛍光YLを集光及び平行化して、ダイクロイックミラー56に向けて出射する。この蛍光YLは、当該ダイクロイックミラー56を透過して、光合成装置52に入射される。
なお、本実施形態においても、波長変換装置51は、反射型の波長変換装置として構成されている。また、光源部41Aから波長変換装置51までの励起光ELの光路長は、光源部41Aから拡散装置45までの青色光BLの光路長より長い。
一方、第2照明光軸Ay2に沿って光合成装置52に入射された青色光BLは、当該第2照明光軸Ay2に沿って光合成装置52を通過して、位相差板53に入射される。
これにより、これら青色光BL及び蛍光YLは、位相差板53を介して光源装置4Aから、第2照明光軸Ay2(すなわち上記照明光軸Ax)に沿って出射され、照明光として上記均一化装置31に入射される。
以上説明した光源装置4Aを有する本実施形態に係るプロジェクターによれば、上記プロジェクター1と同様の効果を奏することができる。
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記各実施形態では、波長変換装置51は、波長変換素子511、回転装置512及び放熱部材513を有する構成であった。しかしながら、これに限らず、波長変換装置51は、波長変換素子511を有する構成であればよく、必ずしも回転装置512及び放熱部材513は無くてもよい。また、波長変換装置51は、励起光ELの入射方向とは反対方向に蛍光YLを拡散出射する反射型の波長変換装置として構成した。しかしながら、これに限らず、透過型の波長変換装置を光源装置に採用してもよい。
更に、上記各実施形態では、光合成装置52は、青色光BLを透過させ、蛍光YLを反射させることによって、これら青色光BL及び蛍光YLを合成するダイクロイックミラーを有する構成とした。しかしながら、これに限らず、光合成装置52は、青色光BL及び蛍光YLを合成できれば、他の構成としてもよい。
また、補助拡散素子44は、拡散装置45より拡散率が低い拡散板(擦りガラス)であるとした。しかしながら、これに限らず、入射される青色光BLを拡散出射させることができれば、他の構成でもよい。第2実施形態にて示した光源装置4Aに採用される補助拡散素子44についても同様である。
また、上記第1実施形態では、第1光源部411及び第2光源部412は、支持部材としても機能する放熱部材413によって一体化されているとした。しかしながら、これに限らず、1つの光源部において、第1光源部に相当する領域から出射された光を青色光とし、第2光源部に相当する領域から出射された光を励起光として利用してもよい。
また、上記第2実施形態では、青色光BL及び励起光ELを含む光束LFを光源部41Aが出射するとした。しかしながら、これに限らず、第1照明光軸Ay1に沿って励起光ELを出射する光源部と、第2照明光軸Ay2に沿って青色光BLを出射する光源部とを分けてもよい。この場合、第2照明光軸Ay2に、入射される青色光BLを拡散装置45に集光する集光レンズ43と、入射される青色光BLを拡散させる補助拡散素子44とを配置すればよい。この構成であれば、光分離装置54及び反射部材55を省略できる。
すなわち、光源装置4,4Aにて示した光学部品の配置は、それぞれ一例であり、本発明の課題を解決できる範囲にて、各光学部品の配置を変更してもよい。
一方、上記第2実施形態に係る光源装置4Aの第2照明光軸Ay2において第2レンズ472とダイクロイックミラー56との間、又は、第4照明光軸Ay4においてダイクロイックミラー56と第2集光素子50との間に、拡散素子49を設けてもよい。
また、上記各実施形態では、画像投射装置3は、上記光学部品が図2にて示したレイアウトで配置された構成とした。しかしながら、これに限らず、画像投射装置3において、当該レイアウトは適宜変更可能であり、一部の光学部品を省略してもよい。
Claims (6)
- 第1光源部と、前記第1光源部に対して並んで配置された第2光源部と、を有し、一部の光として青色光を前記第1光源部から第1照明光軸に沿って出射し、他の一部の光として励起光を前記第2光源部から前記第1照明光軸と略平行な第2照明光軸に沿って出射する光源部と、
前記第1光源部から出射された前記青色光が入射され、前記青色光を拡散させて出射する拡散装置と、
前記青色光の光路上において前記第1光源部と前記拡散装置との間に位置し、前記青色光を拡散させて前記拡散装置に入射させる補助拡散素子と、
前記第2光源部から出射された前記励起光を、前記第1照明光軸及び前記第2照明光軸に交差する第3照明光軸に沿うように反射させる反射部材と、
前記第2照明光軸において前記第2光源部と前記反射部材との間に配置され、前記第2光源部から出射された前記励起光を集光する第1レンズと、
前記第3照明光軸に配置され、前記第2光源部から出射された前記励起光が入射され、前記励起光とは波長が異なる変換光を前記励起光の入射方向とは反対方向に拡散させて出射する波長変換装置と、
前記第1照明光軸と前記第3照明光軸との交差部位に位置し、前記拡散装置によって拡散された前記青色光と、前記波長変換装置から出射された前記変換光とを合成する光合成装置と、
前記第3照明光軸において前記反射部材と前記光合成装置との間に配置され、前記反射部材によって反射された前記励起光を平行化する第2レンズと、
前記第3照明光軸において前記光合成装置と前記波長変換装置との間に配置され、前記励起光を前記波長変換装置に集光させ、前記波長変換装置から入射される前記変換光を平行化して前記光合成装置に入射させる励起光用集光素子と、を備え、
前記拡散装置及び前記補助拡散素子は、直線状に延出し、かつ、前記青色光が通過する前記第1照明光軸上に配置され、
前記光源部から前記波長変換装置までの前記励起光の光路は、前記光源部から前記拡散装置までの前記青色光の光路より長いことを特徴とする光源装置。 - 請求項1に記載の光源装置において、
前記第2レンズと前記光合成装置との間に配置され、入射される前記励起光を拡散させる拡散素子を備えることを特徴とする光源装置。 - それぞれ光を出射する複数の固体光源を有する光源部と、
前記光源部からの出射光のうち一部の光が入射され、前記一部の光を拡散させて出射する拡散装置と、
前記光源部からの出射光のうち他の一部の光が入射され、前記他の一部の光とは波長が異なる変換光を拡散させて出射する波長変換装置と、
前記拡散装置によって拡散された前記一部の光と、前記波長変換装置から出射された前記変換光とを合成する光合成装置と、
前記一部の光の光路上において前記光源部と前記拡散装置との間に位置し、前記一部の光を拡散させて前記拡散装置に入射させる補助拡散素子と、
前記一部の光の光路上において前記光源部と前記補助拡散素子との間に位置し、前記複数の固体光源から出射された前記一部の光を前記拡散装置に重畳させる重畳素子と、を備え、
前記光源部から前記波長変換装置までの前記他の一部の光の光路は、前記光源部から前記拡散装置までの前記一部の光の光路より長く、
前記重畳素子は、1枚のレンズによって構成されていることを特徴とする光源装置。 - 第1照明光軸に沿って、青色光を出射する第1光源部、及び、前記第1光源部に対して並んで配置され、前記第1照明光軸と略平行な第2照明光軸に沿って、励起光を出射する第2光源部を有する光源部と、
前記光源部からの出射光のうち一部の光であり、前記第1光源部から出射された前記青色光が入射され、前記青色光を拡散させて出射する拡散装置と、
前記光源部からの出射光のうち前記励起光が入射され、前記励起光とは波長が異なる変換光を拡散させて出射する波長変換装置と、
前記拡散装置によって拡散された前記青色光と、前記波長変換装置から出射された前記変換光とを合成する光合成装置と、
前記青色光の光路上において前記光源部と前記拡散装置との間に位置し、前記青色光を拡散させて前記拡散装置に入射させる補助拡散素子と、
前記第2光源部から出射された前記励起光を、前記第1照明光軸及び前記第2照明光軸に交差する第3照明光軸に沿うように反射させる反射部材と、
前記第2照明光軸において前記第2光源部と前記反射部材との間に配置され、前記第2光源部から出射された前記励起光を集光する第1レンズと、
前記第3照明光軸において前記反射部材と前記光合成装置との間に配置され、前記反射部材によって反射された前記励起光を平行化する第2レンズと、
前記第3照明光軸において前記光合成装置と前記波長変換装置との間に配置され、前記励起光を前記波長変換装置に集光させ、前記波長変換装置から入射される前記変換光を平行化して前記光合成装置に入射させる励起光用集光素子と、
前記第2レンズと前記光合成装置との間に配置され、入射される前記励起光を拡散させる拡散素子と、を備え、
前記光源部から前記波長変換装置までの前記励起光の光路は、前記光源部から前記拡散装置までの前記青色光の光路より長く、
前記波長変換装置は、前記第3照明光軸に配置され、前記励起光の入射方向とは反対方向に前記変換光を出射し、
前記光合成装置は、前記第1照明光軸と前記第3照明光軸との交差部位に位置することを特徴とする光源装置。 - 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において、
前記拡散装置は、入射される前記一部の光を透過させつつ拡散させることを特徴とする光源装置。 - 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と、
前記光源装置から出射された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とするプロジェクター。
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