JP7234943B2 - 光源装置および投射型表示装置 - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(光源部と反射型蛍光体ホイールとの間に集光レンズおよびダイクロイックフィルムを備えた光源装置)
1-1.光源装置の構成
1-2.プロジェクタの構成
1-3.作用・効果
2.第2の実施の形態(光源部と透過型蛍光体ホイールとの間に集光レンズおよびダイクロイックフィルムを備えた光源装置)
2-1.光源装置の構成
2-2.作用・効果
3.変形例
3-1.変形例1(所定の位置にのみ赤色光の反射領域を設けた例)
3-2.変形例2(ダイクロイックフィルムの位置特性を利用した例)
3-3.変形例3(赤色光の反射領域を時分割状に設けた例)
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る光源装置(光源装置100A)の構成の一例を模式的に表したものである。この光源装置100Aは、例えば、後述する投射型表示装置(プロジェクタ1)の光源装置100として用いられるものである(図13参照)。本実施の形態の光源装置100Aは、光源部110と蛍光体ホイール10(波長変換部)との間に集光レンズ115(集光部)およびダイクロイックフィルム13(合波部)が配置された構成を有する。
光源装置100Aは、光源部110と、レンズ112と、ダイクロイックミラー113と、集光レンズ115と、蛍光体ホイール10とを有する。蛍光体ホイール10は、例えば、反射型の波長変換素子であり、軸J14により回転可能に支持されている。光源装置100Aを構成する各部材は、光源部110から出射される光の光路上に、レンズ112、ダイクロイックミラー113、λ/4波長板114、集光レンズ115および蛍光体ホイール10の順に配置されている。
次に、本開示の投射型表示装置(プロジェクタ1)について説明する。図13はプロジェクタ1の全体構成を表した概略図である。図14は、図1に示した光源装置100Aをプロジェクタ1の光源装置100として用いる際の具体的な全体構成の一例を表したものである。なお、以下では、反射型の液晶パネル(LCD)により光変調を行う反射型3LCD方式のプロジェクタを例示して説明する。なお、蛍光体ホイール10は、反射型液晶パネルの代わりに、透過型液晶パネルやデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD:Digital Micro-mirror Device)等を用いたプロジェクタにも適用され得る。
続いて、図12および図13を参照して、光源装置100を含めたプロジェクタ1の動作について説明する。
前述したように、近年、プロジェクタ用の光源装置では、Ce-YAG蛍光体を励起し、その蛍光発光から赤色光および緑色光を得る方式が用いられている。しかしながら、この方式での色域は、BT2020規格において60%程度と狭い。また、sRGB規格の白色点であるD65で表示する場合には、蛍光の赤色光成分が律速となる。
図20は、本開示の第2の実施の形態に係る光源装置(光源装置100B)の構成の一例を模式的に表したものである。この光源装置100Bは、例えば、上述した投射型表示装置(プロジェクタ1)の光源装置100として用いられるものである。本実施の形態の光源装置100Bは、波長変換部として透過型の蛍光体ホイール20を用いた点が、上記第1の実施の形態とは異なる。
光源装置100Bは、光源部110と、レンズ112と、ダイクロイックミラー113と、集光レンズ115と、蛍光体ホイール20と、レンズ120とを有する。蛍光体ホイール20は、上記のように透過型の波長変換素子であり、軸J14により回転可能に支持されている。光源装置100Bを構成する各部材は、光源部110から出射される光の光路上に、レンズ112、ダイクロイックミラー113、集光レンズ115、蛍光体ホイール10およびレンズ120の順に配置されている。
以上のように本実施の形態の光源装置100Bでは、青色光Bを発振する複数の半導体レーザ111Bおよび赤色光Rを発振する複数の半導体レーザ111Rを有する光源部110と透過型の蛍光体ホイール20との間に、青色光Bおよび赤色光Rを集光させる集光部と、入射角に応じて青色光Bおよび赤色光Rの一部を透過する共に、青色光Bと、赤色光Rと、蛍光体層12から出射された蛍光光FLとを合波するダイクロイックフィルム23とを配置するようにした。これにより、補光用光源として用いた半導体レーザ111Rから出射された赤色光Rを、青色光Bと蛍光光FLとで不足する波長域の光として効率よく利用することが可能となる。よって、光源装置100Bから出射される白色光の色域を拡大させることが可能となる。
(3-1.変形例1)
図26は、本開示の変形例1に係るダイクロイックミラー113Aの平面構成を模式的に表したものである。ダイクロイックミラー113Aは、例えば、光源部110から出射された青色光Bおよび赤色光Rを反射すると共に、蛍光体ホイール10側から入射した赤色光Rおよび蛍光光FLを透過するものである。上記第1,第2の実施の形態において用いたダイクロイックミラー113は、赤色光Rの偏光によって反射(S偏光)と透過(P偏光)とに分けた。これに対して、本変形例のダイクロイックミラー113Aは、光源部110から出射された赤色光Rが入射する範囲にのみ赤色光Rを反射する領域113xが設けられており、これにより、赤色光R入射位置によって反射と透過とを分けたものである。
図27は、本開示の変形例2に係るダイクロイックフィルム(ダイクロイックフィルム42)の平面構成の一例を模式的に表したものである。図28は、本開示の変形例2に係るダイクロイックフィルム(ダイクロイックフィルム52)の平面構成の他の例を模式的に表したものである。本変形例のダイクロイックフィルム43,53は、それぞれ、例えば、青色光Bを透過すると共に、蛍光光FLを反射するものであり、蛍光体層12の赤色光が集光する箇所にのみ選択的に赤色光Rを反射する領域431A、531A、を設けたものである。
図29は、本開示の変形例3に係るダイクロイックフィルム(ダイクロイックフィルム62)の平面構成を模式的に表したものである。本変形例のダイクロイックフィルム63は、例えば、回転する蛍光体層12上に、例えば青色光Bおよび蛍光光FLを透過する領域631Aと、赤色光Rおよび蛍光光FLを反射すると共に、青色光Bを透過する領域631Bとを時分割状に塗り分けたものである。
(1)
第1の波長域の光を出射する第1の光源および前記第1の波長域とは異なる第2の波長域の光を前記第1の波長域の光と同方向に出射する第2の光源を有する光源部と、
前記第1の波長域の光により励起されて蛍光を発する波長変換部と、
前記第1の波長域の光および前記第2の波長域の光を前記波長変換部に集光させる集光部と、
前記第1の波長域の光および前記第2の波長域の光の入射角に応じて、前記第1の波長域の光を透過し、前記第2の波長域の光の少なくとも一部を反射または透過する波長選択性を有すると共に、前記第1の波長域の光、前記第2の波長域の光および前記蛍光を合波する合波部と
を備えた光源装置。
(2)
前記合波部は、前記第2の波長域の光が反射される際には、前記第2の波長域の光の入射角を除く入射角の蛍光に含まれる前記第2の波長域の光成分を透過する、前記(1)に記載の光源装置。
(3)
前記合波部は、前記第2の波長域の光が透過される場合には、前記第2の波長域の光の入射角を除く入射角の蛍光に含まれる前記第2の波長域の光成分を反射する、前記(1)に記載の光源装置。
(4)
前記第1の波長域の光、前記第2の波長域の光および前記蛍光は同軸上で合成される、前記(1)乃至(3)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(5)
前記波長変換部は、回転軸を中心に回転可能な支持基板と、前記支持基板上に複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層とを有する、前記(1)乃至(4)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(6)
前記合波部は、前記波長変換部と前記集光部との間に配置されている、前記(1)乃至(5)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(7)
前記合波部はダイクロイックフィルムである、前記(1)乃至(6)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(8)
前記第1の波長域は青色波長域である、前記(1)乃至(7)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(9)
前記第2の波長域は赤色波長域である、前記(1)乃至(8)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(10)
前記支持基板は、光反射性または光透過性を有する、前記(5)乃至(9)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(11)
前記蛍光体層は、前記支持基板の回転円周方向に連続して形成されている、前記(5)乃至(10)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(12)
前記蛍光体層は、前記支持基板と光透過性を有する対向基板との間の空間に前記複数の蛍光体粒子が充填されたものである、前記(5)乃至(11)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(13)
前記蛍光体層は、セラミックス蛍光体によって構成されている、前記(5)乃至(12)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(14)
光源装置と、
前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子からの光を投射する投射光学系とを備え、
光源装置は、
第1の波長域の光を出射する第1の光源および前記第1の波長域とは異なる第2の波長域の光を前記第1の波長域の光と同方向に出射する第2の光源を有する光源部と、
前記第1の波長域の光により励起されて蛍光を発する波長変換部と、
前記第1の波長域の光および前記第2の波長域の光を前記波長変換部に集光させる集光部と、
前記第1の波長域の光および前記第2の波長域の光の入射角に応じて、前記第1の波長域の光を透過し、前記第2の波長域の光の少なくとも一部を反射または透過する波長選択性を有すると共に、前記第1の波長域の光、前記第2の波長域の光および前記蛍光を合波する合波部と
を有する投射型表示装置。
Claims (14)
- 第1の波長域の光を出射する第1の光源および前記第1の波長域とは異なる第2の波長域の光を前記第1の波長域の光と同方向に出射する第2の光源を有する光源部と、
前記第1の波長域の光により励起されて蛍光を発する波長変換部と、
前記第1の波長域の光および前記第2の波長域の光を前記波長変換部に集光させる集光部と、
前記第1の波長域の光および前記第2の波長域の光の入射角に応じて、前記第1の波長域の光を透過し、前記第2の波長域の光の少なくとも一部を反射または透過する波長選択性を有すると共に、前記第1の波長域の光、前記第2の波長域の光および前記蛍光を合波する合波部と
を備えた光源装置。 - 前記合波部は、前記第2の波長域の光が反射される際には、前記第2の波長域の光の入射角を除く入射角の蛍光に含まれる前記第2の波長域の光成分を透過する、請求項1に記載の光源装置。
- 前記合波部は、前記第2の波長域の光が透過される場合には、前記第2の波長域の光の入射角を除く入射角の蛍光に含まれる前記第2の波長域の光成分を反射する、請求項1に記載の光源装置。
- 前記第1の波長域の光、前記第2の波長域の光および前記蛍光は同軸上で合成される、請求項1に記載の光源装置。
- 前記波長変換部は、回転軸を中心に回転可能な支持基板と、前記支持基板上に複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層とを有する、請求項1に記載の光源装置。
- 前記合波部は、前記波長変換部と前記集光部との間に配置されている、請求項1に記載の光源装置。
- 前記合波部はダイクロイックフィルムである、請求項1に記載の光源装置。
- 前記第1の波長域は青色波長域である、請求項1に記載の光源装置。
- 前記第2の波長域は赤色波長域である、請求項1に記載の光源装置。
- 前記支持基板は、光反射性または光透過性を有する、請求項5に記載の光源装置。
- 前記蛍光体層は、前記支持基板の回転円周方向に連続して形成されている、請求項5に記載の光源装置。
- 前記蛍光体層は、前記支持基板と光透過性を有する対向基板との間の空間に前記複数の蛍光体粒子が充填されたものである、請求項5に記載の光源装置。
- 前記蛍光体層は、セラミックス蛍光体によって構成されている、請求項5に記載の光源装置。
- 光源装置と、
前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子からの光を投射する投射光学系とを備え、
光源装置は、
第1の波長域の光を出射する第1の光源および前記第1の波長域とは異なる第2の波長域の光を前記第1の波長域の光と同方向に出射する第2の光源を有する光源部と、
前記第1の波長域の光により励起されて蛍光を発する波長変換部と、
前記第1の波長域の光および前記第2の波長域の光を前記波長変換部に集光させる集光部と、
前記第1の波長域の光および前記第2の波長域の光の入射角に応じて、前記第1の波長域の光を透過し、前記第2の波長域の光の少なくとも一部を反射または透過する波長選択性を有すると共に、前記第1の波長域の光、前記第2の波長域の光および前記蛍光を合波する合波部と
を有する投射型表示装置。
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