KR20130031906A - 광원 장치 및 프로젝터 - Google Patents

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KR20130031906A
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코이치 아키야마
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

광원 장치(10)는, 여기광을 생성하는 고체 광원(25)을 갖는 고체 광원 어레이(22)를 갖는 여기광 생성부(20)와, 여기광을 생성하는 고체 광원(35)을 갖는 고체 광원 어레이(32)를 갖는 여기광 생성부(30)와, 여기광 생성부(20)로부터의 여기광과 여기광 생성부(30)로부터의 여기광을 합성하는 여기광 합성부(50)와, 여기광을 소정의 집광 위치에 집광하는 집광 광학계(60)와, 집광 광학계(60)에서 집광된 여기광 중 적어도 일부로부터 형광을 생성하는 형광층을 갖는 형광 생성부(70)를 구비한다.

Description

광원 장치 및 프로젝터{LIGHT SOURCE DEVICE AND PROJECTOR}
본 발명은, 광원 장치 및 프로젝터에 관한 것이다.
종래, 여기광을 생성하는 복수의 고체 광원과, 복수의 고체 광원에서 생성된 여기광이 집광되는 집광 위치에 위치하고, 여기광으로부터 형광을 생성하는 형광층을 구비하는 광원 장치가 알려져 있다. 또한, 이러한 광원 장치를 구비하는 프로젝터가 알려져 있다(예를 들면, 일본공개특허공보 2004-327361호). 종래의 광원 장치에 의하면, 복수의 고체 광원으로부터의 여기광이 집광되는 집광 위치에 위치하는 형광층에 있어서 형광을 생성시키고 있기 때문에, 발광 영역의 면적을 크게 하는 일 없이 광량을 증대시키는 것이 가능해지고, 이로써, 빛의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 광원 장치의 휘도를 높게 하는 것이 가능해진다.
그런데, 광원 장치의 기술 분야에 있어서는, 항상, 빛의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 광원 장치의 휘도를 보다 한층 높게 할 수 있는 광원 장치가 요구되고 있다.
일본공개특허공보 2004-327361호
그래서, 본 발명은, 상기한 바와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 빛의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 광원 장치의 휘도를 보다 한층 높게 할 수 있는 광원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이러한 광원 장치를 구비하여, 빛의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 표시 화면의 휘도를 보다 한층 높게 할 수 있는 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 광원 장치는, 광원 장치로서, 제1 여기광을 생성하는 제1 고체 광원을 갖는 제1 고체 광원 어레이와, 상기 제1 고체 광원에 대응하여 설치되고, 상기 제1 고체 광원에서 생성된 여기광을 대략 평행화하는 제1 콜리메이터 렌즈를 갖는 제1 콜리메이터 렌즈 어레이를 갖는 제1 여기광 생성부와, 제2 여기광을 생성하는 제2 고체 광원을 갖는 제2 고체 광원 어레이와, 상기 제2 고체 광원에 대응하여 설치되고, 상기 제2 고체 광원에서 생성된 여기광을 대략 평행화하는 제2 콜리메이터 렌즈를 갖는 제2 콜리메이터 렌즈 어레이를 갖는 제2 여기광 생성부와, 상기 제1 여기광과 상기 제2 여기광을 합성하는 여기광 합성부와, 상기 여기광 합성부에서 합성된 상기 제1 여기광 및 상기 제2 여기광을 소정의 집광 위치에 집광하는 집광 광학계와, 상기 집광 위치의 근방에 위치하고, 상기 집광 광학계에서 집광된 상기 제1 여기광 및 상기 제2 여기광 중 적어도 일부로부터 형광을 생성하는 형광층을 갖는 형광 생성부를 구비하고, 상기 제1 고체 광원 어레이는 적어도 2개의 상기 제1 고체 광원을 갖고, 상기 제2 고체 광원 어레이는 적어도 2개의 상기 제2 고체 광원을 갖고, 상기 제1 콜리메이터 렌즈 어레이는 적어도 2개의 제1 콜리메이터 렌즈를 갖고, 상기 제2 콜리메이터 렌즈 어레이는 적어도 2개의 제2 콜리메이터 렌즈를 갖고, 상기 여기광 합성부는, 상기 제1 여기광을 통과시킴과 함께 상기 제2 여기광을 반사함으로써, 상기 제1 여기광과 상기 제2 여기광을 합성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광원 장치에 의하면, 각각이 복수의 고체 광원을 갖는 2개의 여기광 생성부(제1 및 제2 여기광 생성부)로부터의 여기광을 이용하여 형광을 생성시키고 있기 때문에, 광원 장치의 휘도를 보다 한층 높게 하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 광원 장치에 의하면, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광을 여기광 합성부를 이용하여 합성한 후, 집광 광학계에서 집광하도록 하고 있다. 그 때문에, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광을 본 발명에 따른 여기광 합성부를 이용하는 일 없이 합성하는 경우와 비교하여, 형광층에 대하여 보다 한층 작은 입사각으로 여기광을 입사시키는 것이 가능해지고, 이러한 의미에 있어서도, 2개의 여기광 생성부를 이용하는 것에 기인하여 빛의 이용 효율이 저하되는 일이 없다.
그 결과, 본 발명의 광원 장치는, 빛의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 광원 장치의 휘도를 보다 한층 높게 할 수 있는 광원 장치가 된다.
본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 제1 여기광 및 상기 제2 여기광이, 상기 형광층에 있어서의 집광 영역인 형광 생성 영역 내의 서로 상이한 영역에 입사하도록 구성되어 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 광원 장치에 의하면, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광이, 형광층에 있어서의 집광 영역인 형광 생성 영역 내에 입사하기 때문에, 형광이 생성되는 형광 생성 영역의 면적이 충분히 작은 것이 된다. 그 때문에, 2개의 여기광 생성부를 이용하는 것에 기인하여 빛의 이용 효율이 저하되는 일이 없다.
또한, 이 관점에서는, 상기 형광 생성 영역은, 한 변이 1㎜인 정방형에 포함 되는 크기인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 광원 장치에 의하면, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광이, 상기한 바와 같이 충분히 작은 사이즈의 형광 생성 영역 내이기는 하더라도 상이한 영역에 입사하기 때문에, 상기한 형광 생성 영역 내의 특정 영역에 과대한 열적 부하가 걸리는 일이 없다. 그 때문에, 2개의 여기광 생성부를 이용하는 것에 기인하여 형광층의 수명이 짧아지는 일도 없다.
또한, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광이 상기한 형광 생성 영역 내에 있어서의 상이한 영역에 입사하는 바와 같은 구성으로서는, 여기광의 광축에 수직인 평면에 있어서의 제1 여기광 생성부 및 제2 여기광 생성부의 배치 위치를 서로 어긋나게 하는 구성이나, 집광 광학계의 광축과 여기광 합성면과의 각도를 45도로부터 조금 어긋나게 하는 구성 등을 예시할 수 있다.
본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 광원 장치는, 상기 제1 여기광 및 상기 제2 여기광의 각각이, 상기 여기광 합성부에 있어서 상이한 영역에 입사하도록 구성되어 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로 함으로써, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광이, 여기광 합성부에 있어서의 서로 상이한 영역에 입사하기 때문에, 여기광 합성부의 특정 영역에 과대한 열적 부하가 걸리는 일이 없다. 그 때문에, 2개의 여기광 생성부를 이용하는 것에 기인하여 여기광 합성부의 수명이 짧아지는 일도 없다.
본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 여기광 합성부는, 상기 제1 여기광을 통과시키는 통과 영역과, 상기 제2 여기광을 반사하는 반사 영역을 갖는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로 함으로써, 제1 여기광 생성부로부터의 여기광을 통과 영역에 입사시킴과 함게 제2 여기광 생성부로부터의 여기광을 반사 영역에 입사시킴으로써, 제1 여기광 생성부로부터의 여기광과 제2 여기광 생성부로부터의 여기광을 높은 효율로 합성하는 것이 가능해진다.
이 경우, 여기광 합성부로서는, 「통과 영역에 대응하는 영역에 구멍을 낸 반사 미러」나 「반사 영역에 대응하는 영역에 반사층을 형성한 투명 기판」등을 예시할 수 있다.
본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 여기광 합성부는, 일방의 편광으로 이루어지는 빛을 통과하고 타방의 편광으로 이루어지는 빛을 반사하는 편광 빔 컴바이너로 이루어지고, 상기 광원 장치는, 상기 제1 여기광이 상기 여기광 합성부에 일방의 편광으로 이루어지는 여기광으로서 입사하고, 상기 제2 여기광이 상기 여기광 합성부에 타방의 편광으로 이루어지는 여기광으로서 입사하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로 함으로써, 편광 빔 컴바이너의 원리를 이용하여, 제1 여기광 생성부로부터의 여기광과 제2 여기광 생성부로부터의 여기광을 높은 효율로 합성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 형광 생성부는, 상기 집광 광학계에서 집광된 상기 제1 여기광 및 상기 제2 여기광이 디포커스 상태로 상기 형광층에 입사하는 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로 함으로써, 형광층에 과대한 열적 부하를 주는 일 없이 큰 광량의 형광을 얻을 수 있기 때문에, 형광층의 열화나 소손(燒損)을 억제하여, 한층 수명을 길게 하는 것이 가능한 광원 장치가 된다.
본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 제1 여기광 생성부 및 상기 제2 여기광 생성부에 있어서는, 상기 제1 고체 광원 및 상기 제2 고체 광원이 각각, 매트릭스 형상으로 배치되고, 상기 광원 장치는, 상기 형광층에 있어서, 상기 제1 여기광이 입사하는 제1 입사 영역 및 상기 제2 여기광이 입사하는 제2 입사 영역이 교대로 배열되도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로 함으로써, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광을, 상기한 형광 생성 영역 내에 고르게 입사시키는 것이 가능해진다.
또한, 제1 입사 영역 및 제2 입사 영역이 교대로 배열되는 바와 같은 구성으로서는, 여기광의 광축에 수직인 평면에 있어서의 제1 여기광 생성부 및 제2 여기광 생성부의 배치 위치를 서로 어긋나게 하는 구성이나, 집광 광학계의 광축과 여기광 합성면과의 각도를 45도로부터 조금 어긋나게 하는 구성 등을 예시할 수 있다.
본 발명의 광원 장치에 있어서, 상기 제1 고체 광원 및 상기 제2 고체 광원은 모두, 반도체 레이저로 이루어지는 것이 바람직하다.
반도체 레이저는 소형이고 고출력이기 때문에, 상기와 같은 구성으로 함으로써, 소형이고 고출력인 광원 장치가 된다.
또한, 상기 제1 고체 광원 및 상기 제2 고체 광원이 모두 반도체 레이저로 이루어지고, 제1 여기광 생성부로부터의 여기광을 통과시키는 통과 영역과, 제2 여기광 생성부로부터의 여기광을 반사하는 반사 영역을 갖는 여기광 합성부를 이용하는 경우에는, 반도체 레이저가 집광성이 좋은 레이저광을 사출하기 때문에, 제1 여기광 생성부로부터의 여기광을 효율 좋게 통과 영역에 입사시킬 수 있고, 제2 여기광 생성부로부터의 여기광을 효율 좋게 반사 영역에 입사시킬 수 있다는 효과도 있다.
한편, 상기 제1 고체 광원 및 상기 제2 고체 광원이 모두 반도체 레이저로 이루어지고, 편광 빔 컴바이너로 이루어지는 여기광 합성부를 이용하는 경우에는, 반도체 레이저가 편광으로 이루어지는 여기광을 사출하기 때문에, 여기광을 편광으로 이루어지는 여기광으로 변환할 필요가 없는 점에서, 광원 장치의 구조를 간략한 것으로 할 수 있다는 효과도 있다.
본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 반도체 레이저는, 장방형 형상의 발광 영역을 갖고, 상기 발광 영역의 단변 방향을 따른 확장각이 상기 발광 영역의 장변 방향을 따른 확장각보다 커지도록 구성되고, 그리고, 상기 제1 고체 광원의 상기 발광 영역 및 상기 제2 고체 광원의 상기 발광 영역의 각각이, 장변과 단변과의 방향이 서로 반대가 되는 관계를 갖는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로 함으로써, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광이, 상기한 바와 같이 충분히 작은 사이즈의 형광 생성 영역 내이기는 하더라도 상이한 영역에 입사하기 때문에, 상기한 형광 생성 영역 내의 특정 영역에 과대한 열적 부하가 걸리는 일이 없다. 그 때문에, 2개의 여기광 생성부를 이용하는 것에 기인하여 형광층의 수명이 짧아져 버리는 일도 없다.
또한, 반도체 레이저는, 발광 영역의 장변이, 발광 영역의 단변의 3배 이상의 길이인 것이 바람직하다.
또한, 반도체 레이저는, 발광 영역의 단변 방향을 따른 확장각이, 발광 영역의 장변 방향을 따른 확장각의 3배 이상의 크기가 되는 것이 바람직하다.
본 발명의 프로젝터는, 본 발명의 광원 장치를 구비하는 조명 장치와, 상기 조명 장치로부터의 빛을 화상 정보에 따라서 변조하는 광변조 장치와, 상기 광변조 장치로부터의 변조광을 투사 화상으로서 투사하는 투사 광학계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 때문에, 본 발명의 프로젝터에 의하면, 빛의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 휘도를 보다 한층 높게 할 수 있는 본 발명의 광원 장치를 구비하기 때문에, 빛의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 표시 화면의 휘도를 보다 한층 높게 할 수 있는 프로젝터가 된다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 프로젝터(1000)의 광학계를 나타내는 평면도이다.
도 2는 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)를 설명하기 위해 나타내는 도면이다.
도 3은 실시 형태 1에 있어서의 제1 고체 광원 어레이(22) 및 제2 고체 광원 어레이(32)를 설명하기 위해 나타내는 도면이다.
도 4는 실시 형태 1에 있어서의 제1 고체 광원(25)의 발광 강도 특성, 제2 고체 광원(35)의 발광 강도 특성 및 형광체의 발광 강도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시 형태 2에 따른 광원 장치(12)를 설명하기 위해 나타내는 도면이다.
도 6은 실시 형태 2에 있어서의 제1 고체 광원 어레이(22) 및 제2 고체 광원 어레이(33)를 설명하기 위해 나타내는 도면이다.
도 7은 실시 형태 3에 따른 광원 장치(14)를 설명하기 위해 나타내는 도면이다.
도 8은 실시 형태 4에 따른 광원 장치(16)의 광학계를 나타내는 평면도이다.
도 9는 실시 형태 4에 있어서의 여기광 합성부(52)를 설명하기 위해 나타내는 도면이다.
도 10은 변형예에 따른 프로젝터(1008)의 광학계를 나타내는 평면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 광원 장치 및 프로젝터에 대해서, 도면에 나타내는 실시 형태에 기초하여 설명한다.
[실시 형태 1]
도 1은, 실시 형태 1에 따른 프로젝터(1000)의 광학계를 나타내는 평면도이다.
도 2는, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)를 설명하기 위해 나타내는 도면이다. 도 2(a)는 광원 장치(10)의 광학계를 나타내는 평면도이고, 도 2(b)는 여기광 합성부(50)에 있어서의 여기광(청색광)의 강도 분포를 나타내는 도면이고, 도 2(c)는 형광층(72)에 있어서의 형광 생성 영역 내에 입사하는 여기광(청색광)의 강도 분포를 나타내는 도면이다. 또한, 도 2(b) 및 도 2(c)에 있어서는, 백색에 가까운 색일수록 입사하는 여기광(청색광)의 강도가 크다. 후술하는 도 5(b), 도 5(c), 도 7(b) 및 도 7(c)에 있어서도 동일하다.
도 3은, 실시 형태 1에 있어서의 제1 고체 광원 어레이(22) 및 제2 고체 광원 어레이(32)를 설명하기 위해 나타내는 도면이다. 도 3(a)은 제1 고체 광원 어레이(22)를 여기광 합성부(50)측으로부터 본 도면이고, 도 3(b)은 제2 고체 광원 어레이(32)를 여기광 합성부(50)측으로부터 본 도면이다.
도 4는, 실시 형태 1에 있어서의 제1 고체 광원(25)의 발광 강도 특성, 제2 고체 광원(35)의 발광 강도 특성 및 형광체의 발광 강도 특성을 나타내는 그래프이다. 도 4(a)는 제1 고체 광원(25)의 발광 강도 특성을 나타내는 그래프이고, 도 4(b)는 제2 고체 광원(35)의 발광 강도 특성을 나타내는 그래프이고, 도 4(c)는 형광층(72)이 함유하는 형광체의 발광 강도 특성을 나타내는 그래프이다. 발광 강도 특성이란, 광원이라면 전압을 인가했을 때에, 형광체라면 여기광이 입사했을 때에, 어떠한 파장의 빛을 어느 정도의 강도로 사출하는지와 같은 특성을 말한다. 그래프의 횡축은 상대 발광 강도를 나타내고, 발광 강도가 가장 강한 파장에 있어서의 발광 강도를 1로 하고 있다. 그래프의 횡축은 파장을 나타낸다.
또한, 각 도면 중에 있어서, 부호 R은 적색광을 나타내고, 부호 G는 녹색광을 나타내고, 부호 B는 청색광을 나타낸다. 또한, 각 색광을 나타내는 부호의 말미에 (p)라고 붙는 것은 p 편광으로 이루어지는 빛이고, (s)라고 붙는 것은 s 편광으로 이루어지는 빛이고, (p) 및 (s) 중 어느 것도 붙어 있지 않은 것은 p 편광과 s 편광의 양쪽으로 이루어지는 빛이다.
본 명세서 및 도면에 있어서는, 광학계에 직접 관계되지 않는 구성 요소(케이스체나 구성 요소를 고정하기 위한 고정구 등)에 대해서는 기재 및 도시를 생략 한다.
실시 형태 1에 따른 프로젝터(1000)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 조명 장치(100)와, 색분리 도광 광학계(200)와, 광변조 장치로서의 3개의 액정 광변조 장치(400R, 400G, 400B)와, 크로스 다이클로익 프리즘(500)과, 투사 광학계(600)를 구비한다.
조명 장치(100)는, 광원 장치(10)와, 제1 렌즈 어레이(120)와, 제2 렌즈 어레이(130)와, 편광 변환 소자(140)와, 중첩 렌즈(150)를 구비한다. 조명 장치(100)는, 적색광, 녹색광 및 청색광을 포함하는 백색광을 사출한다.
광원 장치(10)는, 도 1 및 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 제1 여기광 생성부(20)와, 제2 여기광 생성부(30)와, λ/2판(40)과, 여기광 합성부(50)와, 집광 광학계(60)와, 형광 생성부(70)와, 콜리메이터 광학계(80)를 구비한다. 광원 장치(10)는, 전체로서 백색광을 사출한다.
제1 여기광 생성부(20)는, 제1 고체 광원 어레이(22) 및 콜리메이터 렌즈 어레이(27)를 갖는다.
제1 고체 광원 어레이(22)는, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 기판(24) 및 여기광으로서 청색광을 생성하는 25개의 제1 고체 광원(25)을 갖는다. 제1 고체 광원 어레이(22)에 있어서는, 25개의 제1 고체 광원(25)은 5행 5열의 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 도 3(a)에 있어서는, 가장 좌상(左上)의 제1 고체 광원(25)에만 부호를 붙이고 있다.
또한, 본 발명의 광원 장치에 있어서는, 제1 고체 광원의 수는 25개로 한정되지 않고, 복수, 즉 2개 이상이면 좋다. 후술하는 제2 고체 광원의 수에 대해서도 동일하다.
기판(24)은, 고체 광원(25)을 탑재하는 기능을 갖는다. 상세한 설명은 생략 하지만, 기판(24)은, 고체 광원(25)에 대한 전력의 공급을 중개하는 기능이나, 고체 광원(25)에서 발생하는 열을 방열하는 기능 등을 아울러 갖는다.
고체 광원(25)은, 여기광으로서 청색광(발광 강도의 피크: 약 460㎚, 도 4(a) 참조)을 생성하는 반도체 레이저로 이루어진다. 당해 반도체 레이저는, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 장방형 형상의 발광 영역을 갖고, 발광 영역의 단변 방향을 따른 확장각이 상기 발광 영역의 장변 방향을 따른 확장각보다 커지도록 구성되어 있다. 반도체 레이저에 있어서의 발광 영역의 크기는, 예를 들면, 장변이 8㎛, 단변이 2㎛이다.
고체 광원(25)은, p 편광으로 이루어지는 청색광을 생성한다. 이 때문에, 제1 여기광 생성부(20)로부터의 청색광은, 여기광 합성부(50)에 p 편광으로 이루어지는 청색광으로서 입사한다. 또한, 제1 여기광 생성부로부터의 여기광이 p 편광으로 이루어지는 여기광으로서 여기광 합성부에 입사하게 되기 위해서는, 상기와 같이 p 편광으로 이루어지는 여기광을 생성하는 고체 광원을 이용하는 것 외에도, s 편광으로 이루어지는 여기광을 사출하는 고체 광원과 λ/2판을 이용해도 좋다.
콜리메이터 렌즈 어레이(27)는, 복수의 제1 고체 광원(25)에 대응하여 설치되고, 복수의 제1 고체 광원(25)에서 생성된 청색광을 각각 대략 평행화하는 25개의 콜리메이터 렌즈(29)(단부(端部)의 1개에만 부호를 도시)를 갖는다. 도시에 의한 설명은 생략하지만, 복수의 콜리메이터 렌즈(29)는, 5행 5열의 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 콜리메이터 렌즈(29)는, 평볼록(plane-convex) 렌즈로 이루어진다.
콜리메이터 렌즈 어레이(27)는, 복수의 콜리메이터 렌즈(29)에 있어서의 볼록면이 제1 고체 광원 어레이(22)측을 향하도록 배치되어 있다. 또한, 콜리메이터 렌즈 어레이는, 복수의 콜리메이터 렌즈에 있어서의 평면이 제1 고체 광원 어레이측을 향하도록 배치되어 있어도 좋다.
제2 여기광 생성부(30)는, 제2 고체 광원 어레이(32) 및 콜리메이터 렌즈 어레이(37)를 갖는다.
제2 고체 광원 어레이(32) 및 콜리메이터 렌즈 어레이(37)는, 도 1, 도 3(b) 및 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 제1 고체 광원 어레이(22) 및 콜리메이터 렌즈 어레이(27)와 동일한 구성을 갖기 때문에, 설명을 생략한다. 또한, 부호 34로 나타내는 것은 제2 고체 광원 어레이(32)에 있어서의 기판이고, 부호 35로 나타내는 것은 제2 고체 광원이며, 부호 39로 나타내는 것은 콜리메이터 렌즈이다.
제1 여기광 생성부(20) 및 제2 여기광 생성부(30)는, 도 1 및 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 후술되는 여기광 합성부(50)에 의해 합성된 청색광의 광축에 수직인 평면에 있어서 제1 여기광 생성부(20)로부터의 청색광과 제2 여기광 생성부(30)로부터의 청색광이 서로 어긋나도록, 배치되어 있다.
λ/2판(40)은, 제2 여기광 생성부(30)로부터의 p 편광으로 이루어지는 청색광을, s 편광으로 이루어지는 청색광으로 변환하는 기능을 갖는 파장판이다. λ/2판(40)에 의해, 제2 여기광 생성부(30)로부터의 청색광이 여기광 합성부(50)에 s 편광으로 이루어지는 청색광으로서 입사한다.
여기광 합성부(50)는, 제1 여기광 생성부(20)로부터의 청색광(제1 여기광)을 통과시킴과 함께 제2 여기광 생성부(30)로부터의 청색광(제2 여기광)을 반사함으로써, 제1 여기광 생성부(20)로부터의 청색광과 제2 여기광 생성부(30)로부터의 청색광을 합성한다. 여기광 합성부(50)는, p 편광으로 이루어지는 빛을 통과하여 s 편광으로 이루어지는 빛을 반사하는 편광 빔 컴바이너로 이루어진다. 여기광 합성부(50)는, 집광 광학계(60)의 광축과 여기광 합성면(50)과의 각도가 45도가 되도록 배치되어 있다.
여기광 합성부(50)에 있어서는, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 제1 여기광 생성부(20)로부터의 청색광 및 제2 여기광 생성부(30)로부터의 청색광의 각각이, 상이한 영역에 입사한다. 그 결과, 5행 10열의 매트릭스 형상의 강도 분포가 얻어진다.
집광 광학계(60)는, 여기광 합성부(50)에서 합성된 청색광을 소정의 집광 위치에 집광한다. 집광 광학계(60)는, 도 1 및 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 제1 렌즈(62) 및 제2 렌즈(64)를 구비한다. 제1 렌즈(62) 및 제2 렌즈(64)는, 양볼록 렌즈로 이루어진다. 또한, 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 형상은, 상기 형상에 한정되는 것이 아니고, 요컨데, 제1 렌즈와 제2 렌즈로 이루어지는 집광 광학계가, 여기광 합성부에서 반사된 여기광을 소정의 집광 위치에 집광하게 되는 형상이면 좋다. 또한, 집광 광학계를 구성하는 렌즈의 매수는, 1매라도 좋고, 3매 이상이라도 좋다.
형광 생성부(70)는, 집광 위치의 근방에 위치하고, 집광 광학계(60)에서 집광된 청색광 중 일부로부터 적색광 및 녹색광을 포함하는 형광을 생성하는 형광층(72) 및 형광층(72)을 담지하는 투명 부재(74)를 갖는다. 형광 생성부(70)는, 집광 광학계(60)에서 집광된 청색광이 디포커스 상태로 형광층(72)에 입사하는 위치에 배치되어 있다. 형광 생성부(70)는, 형광의 생성에 관계되는 일 없이 형광층(72)를 통과하는 청색광과 형광을 모두 포함하는, 전체로서 백색광이 되는 빛을 사출한다.
형광층(72)은, YAG계 형광체인 (Y, Gd) 3(Al, Ga) 5O12:Ce를 함유하는 층으로 이루어진다. 또한, 형광층은, (Y, Gd) 3(Al, Ga) 5O12:Ce 이외의 YAG계 형광체를 함유하는 층으로 이루어지는 것이라도 좋고, 실리케이트계 형광체를 함유하는 층으로 이루어지는 것이라도 좋고, TAG계 형광체를 함유하는 층으로 이루어지는 것이라도 좋다. 또한, 주(主)여기광을 적색광으로 변환하는 형광체(예를 들면 CaAlSiN3 적색 형광체)와, 주여기광을 녹색으로 변환하는 형광체(예를 들면 β 사이알론 녹색 형광체)와의 혼합물을 함유하는 층으로 이루어지는 것이라도 좋다.
형광층(72)은, 집광 광학계(60)로부터의 청색광 중 일부를 적색광(발광 강도의 피크: 약 610㎚) 및 녹색광(발광 강도의 피크: 약 550㎚)을 포함하는 형광으로 변환하여 사출한다(도 4(c) 참조).
또한, 청색광 중, 형광의 생성에 관계되는 일 없이 형광층(72)을 통과하는 일부의 청색광은, 형광과 함께 사출된다. 이때, 청색광은 형광층(72) 중에서 산란 또는 반사되기 때문에, 형광과 거의 동일한 분포(소위 램버시안 분포) 특성을 갖는 빛으로서 형광층(72)으로부터 사출된다.
투명 부재(74)는, 예를 들면, 석영 유리 또는 광학 유리로 이루어진다.
형광층(72)의 집광 광학계측에는, 여기광을 통과시켜 형광을 반사하는 층(소위 다이클로익 코트)이 형성되어 있어도 좋다.
형광층(72)에 있어서의 집광 영역인 형광 생성 영역 내에 있어서는, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, 제1 여기광 생성부(20)로부터의 청색광 및 제2 여기광 생성부(30)로부터의 청색광의 각각이 상이한 영역에 입사하도록 구성되어 이루어진다. 추가로 말하면, 형광층(72)에 있어서의 형광 생성 영역 내에 있어서는, 복수의 제1 고체 광원(25)으로부터 사출된 청색광이 입사하는 제1 입사 영역 및 복수의 제2 고체 광원(35)으로부터 사출된 청색광이 입사하는 제2 입사 영역이 교대로 배열된다. 실시 형태 1에 있어서는, 형광 생성 영역은, 한 변이 1㎜인 정방형이다.
콜리메이터 광학계(80)는, 형광 생성부(70)로부터의 빛을 대략 평행화한다. 콜리메이터 광학계(80)는, 도 1 및 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 제1 렌즈(82) 및 제2 렌즈(84)를 구비한다. 제1 렌즈(82) 및 제2 렌즈(84)는, 양볼록 렌즈로 이루어진다. 또한, 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 형상은, 상기 형상에 한정되는 것이 아니고, 요컨데, 제1 렌즈와 제2 렌즈로 이루어지는 콜리메이터 광학계가, 형광 생성부(70)로부터의 빛을 대략 평행화하게 되는 형상이면 좋다. 또한, 콜리메이터 광학계를 구성하는 렌즈의 매수는, 1매라도 좋고, 3매 이상이라도 좋다.
제1 렌즈 어레이(120)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 광원 장치(10)로부터의 빛을 복수의 부분 광속으로 분할하기 위한 복수의 제1 소렌즈(122)를 갖는다. 제1 렌즈 어레이(120)는, 광원 장치(10)로부터의 빛을 복수의 부분 광속으로 분할하는 광속 분할 광학 소자로서의 기능을 갖고, 복수의 제1 소렌즈(122)가 조명 광축(100ax)과 직교하는 면 내에 복수행·복수열의 매트릭스 형상으로 배열된 구성을 갖는다. 도시에 의한 설명은 생략하지만, 제1 소렌즈(122)의 외형 형상은, 액정 광변조 장치(400R, 400G, 400B)의 화상 형성 영역의 외형 형상에 대하여 대략 상사형(similar fugure)이다.
제2 렌즈 어레이(130)는, 제1 렌즈 어레이(120)의 복수의 제1 소렌즈(122)에 대응하는 복수의 제2 소렌즈(132)를 갖는다. 제2 렌즈 어레이(130)는, 중첩 렌즈(150)와 함께, 제1 렌즈 어레이(120)의 각 제1 소렌즈(122)의 상(像)을 액정 광변조 장치(400R, 400G, 400B)의 화상 형성 영역 근방에 결상시키는 기능을 갖는다. 제2 렌즈 어레이(130)는, 복수의 제2 소렌즈(132)가 조명 광축(100ax)에 직교하는 면 내에 복수행·복수열의 매트릭스 형상으로 배열된 구성을 갖는다.
편광 변환 소자(140)는, 제1 렌즈 어레이(120)에 의해 분할된 각 부분 광속의 편광 방향을, 편광 방향이 가지런해진 대략 1종류의 직선 편광광으로서 사출하는 편광 변환 소자이다.
편광 변환 소자(140)는, 광원 장치(10)로부터의 빛에 포함되는 편광 성분 중 일방의 직선 편광 성분을 그대로 투과하고, 타방의 직선 편광 성분을 조명 광축(100ax)에 수직인 방향으로 반사하는 편광 분리층과, 편광 분리층에서 반사된 타방의 직선 편광 성분을 조명 광축(100ax)에 평행한 방향으로 반사하는 반사층과, 반사층에서 반사된 타방의 직선 편광 성분을 일방의 직선 편광 성분으로 변환하는 위상차판을 갖고 있다.
중첩 렌즈(150)는, 편광 변환 소자(140)로부터의 각 부분 광속을 피(被)조명 영역에서 중첩시킨다. 중첩 렌즈(150)는, 당해 부분 광속을 집광하여 액정 광변조 장치(400R, 400G)의 화상 형성 영역 근방에 중첩시키기 위한 광학 소자이다. 중첩 렌즈(150)의 광축과 조명 장치(100)의 광축이 대략 일치하도록, 중첩 렌즈(150)가 배치되어 있다. 또한, 중첩 렌즈(150)는, 복수의 렌즈를 조합한 복합 렌즈로 구성되어 있어도 좋다. 제1 렌즈 어레이(120), 제2 렌즈 어레이(130) 및 중첩 렌즈(150)는, 렌즈 인터그레이터 광학계로서, 광원 장치(10)로부터의 빛을 보다 균일하게 하는 인터그레이터 광학계를 구성한다.
또한, 렌즈 인터그레이터 광학계 대신에 인터그레이터 로드를 구비하는 로드 인터그레이터 광학계를 이용할 수도 있다.
색분리 도광 광학계(200)는, 다이클로익 미러(210, 220), 반사 미러(230, 240, 250) 및 릴레이 렌즈(260, 270)를 구비한다. 색분리 도광 광학계(200)는, 조명 장치(100)로부터의 빛을 적색광, 녹색광 및 청색광으로 분리하고, 적색광, 녹색광 및 청색광의 각각의 색광을, 조명 대상이 되는 액정 광변조 장치(400R, 400G, 400B)로 안내하는 기능을 갖는다.
색분리 도광 광학계(200)와, 액정 광변조 장치(400R, 400G, 400B)와의 사이에는, 집광 렌즈(300R, 300G, 300B)가 배치되어 있다.
다이클로익 미러(210, 220)는, 기판 상에, 소정의 파장 영역의 빛을 반사하고, 다른 파장 영역의 빛을 통과시키는 파장 선택 투과막이 형성된 미러이다.
다이클로익 미러(210)는, 적색광 성분을 반사하고, 녹색광 및 청색광 성분을 통과시키는 다이클로익 미러이다.
다이클로익 미러(220)는, 녹색광 성분을 반사하고, 청색광 성분을 통과시키는 다이클로익 미러이다.
반사 미러(230)는, 적색광 성분을 반사하는 반사 미러이다.
반사 미러(240, 250)는 청색광 성분을 반사하는 반사 미러이다.
다이클로익 미러(210)에서 반사된 적색광은, 반사 미러(230)에서 반사되어, 집광 렌즈(300R)를 통과하여 적색광용의 액정 광변조 장치(400R)의 화상 형성 영역에 입사한다.
다이클로익 미러(210)를 통과한 녹색광은, 다이클로익 미러(220)에서 반사되어, 집광 렌즈(300G)를 통과하여 녹색광용의 액정 광변조 장치(400G)의 화상 형성 영역에 입사한다.
다이클로익 미러(220)를 통과한 청색광은, 릴레이 렌즈(260), 입사측의 반사 미러(240), 릴레이 렌즈(270), 사출측의 반사 미러(250), 집광 렌즈(300B)를 거쳐 청색광용의 액정 광변조 장치(400B)의 화상 형성 영역에 입사한다. 릴레이 렌즈(260, 270) 및 반사 미러(240, 250)는, 다이클로익 미러(220)를 투과한 청색광 성분을 액정 광변조 장치(400B)까지 인도하는 기능을 갖는다.
또한, 청색광의 광로에 이러한 릴레이 렌즈(260, 270)가 설치되어 있는 것은, 청색광의 광로의 길이가 다른 색광의 광로의 길이보다도 길기 때문에, 빛의 발산 등에 의한 빛의 이용 효율의 저하를 방지하기 위해서이다. 실시 형태 1에 따른 프로젝터(1000)에 있어서는, 청색광의 광로의 길이가 길기 때문에 이러한 구성으로 되어 있지만, 적색광의 광로의 길이를 길게 하여, 릴레이 렌즈(260, 270) 및 반사 미러(240, 250)를 적색광의 광로에 이용하는 구성도 생각할 수 있다.
액정 광변조 장치(400R, 400G, 400B)는, 입사된 색광을 화상 정보에 따라서 변조하여 컬러 화상을 형성하는 것이며, 조명 장치(100)의 조명 대상이 된다. 또한, 도시를 생략했지만, 각 집광 렌즈(300R, 300G, 300B)와 각 액정 광변조 장치(400R, 400G, 400B)와의 사이에는, 각각 입사측 편광판이 개재 배치되고, 각 액정 광변조 장치(400R, 400G, 400B)와 크로스 다이클로익 프리즘(500)과의 사이에는, 각각 사출측 편광판이 개재 배치된다. 이들 입사측 편광판, 액정 광변조 장치(400R, 400G, 400B) 및 사출측 편광판에 의해, 입사된 각 색광의 광변조가 행해진다.
액정 광변조 장치(400R, 400G, 400B)는, 한 쌍의 투명한 유리 기판에 전기 광학 물질인 액정을 밀폐 봉입한 투과형의 액정 광변조 장치이며, 예를 들면, 폴리 실리콘(TFT)을 스위칭 소자로 하여, 주어진 화상 신호에 따라서, 입사측 편광판으로부터 사출된 1종류의 직선 편광의 편광 방향을 변조한다.
크로스 다이클로익 프리즘(500)은, 사출측 편광판으로부터 사출된 색광마다 변조된 광학상을 합성하여 컬러 화상을 형성하는 광학 소자이다. 이 크로스 다이클로익 프리즘(500)은, 4개의 직각 프리즘을 접합한 평면에서 볼 때 대략 정방형 형상을 이루고, 직각 프리즘끼리를 접합한 대략 X자 형상의 계면에는, 유전체 다층막이 형성되어 있다. 대략 X자 형상의 한쪽의 계면에 형성된 유전체 다층막은, 적색광을 반사하는 것이고, 다른 한쪽의 계면에 형성된 유전체 다층막은, 청색광을 반사하는 것이다. 이들 유전체 다층막에 의해 적색광 및 청색광은 곡절되어, 녹색광의 진행 방향과 가지런해짐으로써, 3개의 색광이 합성된다.
크로스 다이클로익 프리즘(500)으로부터 사출된 컬러 화상은, 투사 광학계(600)에 의해 확대 투사되어, 스크린(SCR) 상에서 화상을 형성한다.
다음으로, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10) 및 프로젝터(1000)의 효과를 설명한다.
실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)에 의하면, 각각이 복수의 고체 광원을 갖는 2개의 여기광 생성부(제1 여기광 생성부(20) 및 제2 여기광 생성부(30))로부터의 여기광(청색광)을 이용하여 형광(적색광 및 녹색광)을 생성시키고 있다. 이 때문에, 광원 장치의 휘도를 보다 한층 높게 하는 것이 가능해진다.
또한, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)에 의하면, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광이, 형광층(72)에 있어서의 집광 영역인 형광 생성 영역 내에 입사한다. 이 때문에, 형광이 생성되는 형광 생성 영역의 면적이 충분히 작은 것이 되어, 2개의 여기광 생성부를 이용하는 것에 기인하여 빛의 이용 효율이 저하되는 일이 없다.
또한, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)에 의하면, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광을 여기광 합성부(50)를 이용하여 합성한 후, 집광 광학계(60)에서 집광하도록 하고 있다. 이 때문에, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광을 실시 형태 1에 따른 여기광 합성부를 이용하는 일 없이 합성하는 경우와 비교하여, 형광층(72)에 대하여 보다 한층 작은 입사각으로 여기광을 입사시키는 것이 가능해진다. 이러한 의미에 있어서도, 2개의 여기광 생성부를 이용하는 것에 기인하여 빛의 이용 효율이 저하되는 일이 없다.
이상의 효과에 의해, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)는, 빛의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 광원 장치의 휘도를 보다 한층 높게 할 수 있는 광원 장치가 된다.
또한, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)에 의하면, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광이, 상기한 바와 같이 충분히 작은 사이즈의 형광 생성 영역 내이기는 하더라도 상이한 영역에 입사한다. 이 때문에, 상기한 형광 생성 영역 내의 특정 영역에 과대한 열적 부하가 걸리는 일이 없고, 2개의 여기광 생성부를 이용하는 것에 기인하여 형광층의 수명이 짧아지는 일도 없다.
또한, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)에 의하면, 제1 여기광 생성부(20)로부터의 여기광 및 제2 여기광 생성부(30)로부터의 여기광의 각각이, 여기광 합성부(50)에 있어서도 상이한 영역에 입사하도록 구성되어 이루어진다. 이 때문에, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광이, 여기광 합성부(50)에 있어서의 상이한 영역에 입사하는 점으로부터, 여기광 합성부(50)의 특정 영역에 과대한 열적 부하가 걸리는 일이 없고, 2개의 여기광 생성부를 이용하는 것에 기인하여 여기광 합성부의 수명이 짧아지는 일도 없다.
또한, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)에 의하면, 여기광 합성부(50)는, p 편광으로 이루어지는 빛을 통과시키고 s 편광으로 이루어지는 빛을 반사하는 편광 빔 컴바이너로 이루어지고, 제1 여기광 생성부(20)로부터의 여기광이 여기광 합성부(50)에 p 편광으로 이루어지는 여기광으로서 입사하고, 제2 여기광 생성부(30)로부터의 여기광이 여기광 합성부(50)에 s 편광으로 이루어지는 여기광으로서 입사하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 편광 빔 컴바이너의 원리를 이용하여, 제1 여기광 생성부(20)로부터의 여기광과 제2 여기광 생성부(30)로부터의 여기광을 높은 효율로 합성하는 것이 가능해진다.
또한, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)에 의하면, 형광 생성부(70)는, 집광 광학계(60)에서 집광된 여기광이 디포커스 상태로 형광층(72)에 입사하는 위치에 배치되어 있다. 이 때문에, 형광층에 과대한 열적 부하를 주는 일 없이 큰 광량의 형광을 얻을 수 있어, 형광층의 열화나 소손을 억제하여, 한층 수명을 길게 하는 것이 가능한 광원 장치가 된다.
또한, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)에 의하면, 복수의 제1 고체 광원(25) 및 복수의 제2 고체 광원(35)이 각각 매트릭스 형상으로 배치되고, 형광층(72)에 있어서 복수의 제1 고체 광원(25)으로부터 사출된 여기광이 입사하는 제1 입사 영역 및 복수의 제2 고체 광원(35)으로부터 사출된 여기광이 입사하는 제2 입사 영역이 교대로 배열되도록 구성되어 있다. 이 때문에, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광을 형광 생성 영역 내에 고르게 입사시키는 것이 가능해진다.
또한, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)에 의하면, 제1 고체 광원(25) 및 제2 고체 광원(35)은 모두 반도체 레이저로 이루어지기 때문에, 소형이고 고출력인 광원 장치가 된다.
또한, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)에 의하면, 편광 빔 컴바이너로 이루어지는 여기광 합성부(50)를 이용하여, 반도체 레이저가 편광으로 이루어지는 여기광을 사출하기 때문에, 여기광을 편광으로 이루어지는 여기광으로 변환할 필요가 없다. 그 때문에, 광원 장치의 구조를 간략한 것으로 할 수 있다는 효과도 있다.
실시 형태 1에 따른 프로젝터(1000)에 의하면, 빛의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 휘도를 보다 한층 높게 할 수 있는 본 발명의 광원 장치(10)를 구비하기 때문에, 빛의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 표시 화면의 휘도를 보다 한층 높게 할 수 있는 프로젝터가 된다.
[실시 형태 2]
도 5는, 실시 형태 2에 따른 광원 장치(12)를 설명하기 위해 나타내는 도면이다. 도 5(a)는 광원 장치(12)의 광학계를 나타내는 평면도이고, 도 5(b)는 여기광 합성부(50)에 있어서의 여기광(청색광)의 강도 분포를 나타내는 도면이며, 도 5(c)는 형광층(72)에 있어서의 형광 생성 영역 내에 입사하는 여기광(청색광)의 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 6은, 실시 형태 2에 있어서의 제1 고체 광원 어레이(22) 및 제2 고체 광원 어레이(33)를 설명하기 위해 나타내는 도면이다. 도 6(a)는 제1 고체 광원 어레이(22)를 여기광 합성부(50)측으로부터 본 도면이고, 도 6(b)은 제2 고체 광원 어레이(33)를 여기광 합성부(50)측으로부터 본 도면이다.
실시 형태 2에 따른 광원 장치(12)는, 기본적으로는 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)와 동일한 구성을 갖지만, 제2 여기광 생성부의 구성이 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)의 경우와는 상이하다. 즉, 실시 형태 2에 따른 광원 장치(12)에 있어서는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 고체 광원(25)의 발광 영역 및 제2 고체 광원(36)의 발광 영역의 각각이, 장변과 단변과의 방향이 서로 반대가 되는 관계를 갖는다. 그 한편, 제1 여기광 생성부(20) 및 제2 여기광 생성부(31)가, 여기광 합성부(50)에 의해 합성된 청색광의 광축에 수직인 평면에 있어서 제1 여기광 생성부(20)로부터의 청색광과 제2 여기광 생성부(30)로부터의 청색광이 서로 어긋나도록, 배치되어 있지 않다. 그에 수반하여, 제2 여기광 생성부(31)는, 고체 광원 어레이(33)에 대응하는 콜리메이터 렌즈 어레이(38)를 구비한다. 또한, 제2 고체 광원(36)은 s 편광으로 이루어지는 청색광을 생성하게 되기 때문에, 광원 장치(12)는, λ/2판(40)을 구비하지 않는다.
이와 같이, 실시 형태 2에 따른 광원 장치(12)는, 제2 여기광 생성부의 구성이 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)의 경우와는 상이하다. 그러나, 실시 형태 2에 따른 광원 장치(12)는, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)와 동일하게, 여기광 합성부(50)를 이용하여, 각각이 복수의 고체 광원을 갖는 2개의 여기광 생성부(제1 여기광 생성부(20) 및 제2 여기광 생성부(31))로부터의 여기광(청색광)이 합성되어, 합성된 여기광이 집광 광학계(60)에서 집광되고, 집광된 여기광이 형광층(72)에 있어서의 집광 영역인 형광 생성 영역 내에 입사하여, 형광층(72)이 형광(적색광 및 녹색광)을 생성한다. 그 때문에, 빛의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 광원 장치의 휘도를 보다 한층 높게 할 수 있는 광원 장치가 된다.
또한, 실시 형태 2에 따른 광원 장치(12)에 의하면, 반도체 레이저는, 장방형 형상의 발광 영역을 갖고, 발광 영역의 단변 방향을 따른 확장각이 발광 영역의 장변 방향을 따른 확장각보다 커지도록 구성되어 있다. 그리고, 제1 고체 광원(25)의 발광 영역 및 제2 고체 광원(36)의 발광 영역의 각각이, 장변과 단변과의 방향이 서로 반대가 되는 관계를 갖는다. 그 때문에, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광이, 상기한 바와 같이 충분히 작은 사이즈의 형광 생성 영역 내이기는 하더라도 서로 상이한 영역에 입사한다. 따라서, 상기한 형광 생성 영역 내의 특정 영역에 과대한 열적 부하가 걸리는 일이 없고, 2개의 여기광 생성부를 이용하는 것에 기인하여 형광층의 수명이 짧아지는 일도 없다.
또한, 실시 형태 2에 따른 광원 장치(12)는, 제2 여기광 생성부의 구성이 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)와 상이한 것 이외는, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)와 동일한 구성을 갖기 때문에, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)가 갖는 효과 중 해당하는 효과를 그대로 갖는다.
[실시 형태 3]
도 7은, 실시 형태 3에 따른 광원 장치(14)를 설명하기 위해 나타내는 도면이다. 도 7(a)은 광원 장치(14)의 광학계를 나타내는 평면도이고, 도 7(b)은 여기광 합성부(50)에 있어서의 여기광(청색광)의 강도 분포를 나타내는 도면이며, 도 7(c)은 형광층(72)에 있어서의 형광 생성 영역 내에 입사하는 여기광(여기광)의 강도 분포를 나타내는 도면이다.
실시 형태 3에 따른 광원 장치(14)는, 기본적으로는 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)와 동일한 구성을 갖지만, 제2 여기광 생성부의 구성이 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)의 경우와는 상이하다. 즉, 실시 형태 3에 따른 광원 장치(14)에 있어서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 고체 광원(25)의 발광 영역 및 제2 고체 광원(36)의 발광 영역의 각각이, 장변과 단변과의 방향이 서로 반대가 되는 관계를 갖는다. 그에 수반하여, 제2 여기광 생성부(31)는, 고체 광원 어레이(33)에 대응하는 콜리메이터 렌즈 어레이(38)를 구비한다. 또한, 제2 고체 광원(36)은 s 편광으로 이루어지는 청색광을 생성하게 되기 때문에, 광원 장치(12)는, λ/2판(40)을 구비하지 않는다. 즉, 실시 형태 3에 따른 광원 장치(14)는, 실시 형태 2에 따른 광원 장치(12)와 기본적으로 동일한 구성을 갖고, 제1 여기광 생성부(20)및 제2 여기광 생성부(31)의 배치 위치가 청색광의 광축에 수직인 평면에 있어서 서로 어긋나는 바와 같은 위치가 되어 있는 광원 장치라고도 할 수 있다.
이와 같이, 실시 형태 3에 따른 광원 장치(14)는, 제2 여기광 생성부의 구성이 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)의 경우와는 상이하다. 그러나, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)와 동일하게, 여기광 합성부(52)를 이용하여, 각각이 복수의 고체 광원을 갖는 2개의 여기광 생성부(제1 여기광 생성부(20) 및 제2 여기광 생성부(30))로부터의 여기광(청색광)이 합성되어, 합성된 여기광이 집광 광학계(60)에서 집광되고, 집광된 여기광이 형광층(72)에 있어서의 집광 영역인 형광 생성 영역 내에 입사하여, 형광층(72)이 형광(적색광 및 녹색광)을 생성한다. 이 때문에, 빛의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 광원 장치의 휘도를 보다 한층 높게 할 수 있는 광원 장치가 된다.
또한, 실시 형태 3에 따른 광원 장치(14)에 의하면, 반도체 레이저는, 장방형 형상의 발광 영역을 갖고, 발광 영역의 단변 방향을 따른 확장각이 발광 영역의 장변 방향을 따른 확장각보다 커지도록 구성되어 있다. 그리고, 제1 고체 광원(25)의 발광 영역 및 제2 고체 광원(36)의 발광 영역의 각각이, 장변과 단변과의 방향이 서로 반대가 되는 관계를 갖는다. 그 때문에, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광이, 상기한 바와 같이 충분히 작은 사이즈의 형광 생성 영역 내이기는 하더라도 서로 상이한 영역에 입사한다. 따라서, 상기한 형광 생성 영역 내의 특정 영역에 과대한 열적 부하가 걸리는 일이 없고, 2개의 여기광 생성부를 이용하는 것에 기인하여 형광층의 수명이 짧아지는 일도 없다.
또한, 실시 형태 3에 따른 광원 장치(14)는, 제2 여기광 생성부의 구성이 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)와 상이한 것 이외는, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)와 동일한 구성을 갖기 때문에, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)가 갖는 효과를 그대로 갖는다.
[실시 형태 4]
도 8은, 실시 형태 4에 따른 광원 장치(16)의 광학계를 나타내는 평면도이다.
도 9는, 실시 형태 4에 있어서의 여기광 합성부(52)를 설명하기 위해 나타내는 도면이다. 도 9(a)는 여기광 합성부(52)의 사시도이고, 도 9(b)는 여기광 합성부(52)를 제1 여기광 생성부(20)측으로부터 본 도면이다.
실시 형태 4에 따른 광원 장치(16)는, 기본적으로는 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)와 동일한 구성을 갖지만, 여기광 합성부의 구성이 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)의 경우와는 상이하다. 즉, 실시 형태 4에 따른 광원 장치(16)에 있어서는, 도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 여기광 합성부(52)는, 제1 여기광 생성부(20)로부터의 청색광을 통과시키는 통과 영역(54)(하부 중앙의 1개에만 부호를 도시)과, 제2 여기광 생성부(30)로부터의 청색광을 반사하는 반사 영역(56)을 갖는다. 여기광 합성부(52)는 통과 영역(54)에 대응하는 영역에 구멍을 낸 반사 미러로 이루어진다.
이와 같이, 실시 형태 4에 따른 광원 장치(16)는, 여기광 합성부의 구성이 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)의 경우와는 상이하다. 그러나, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)와 동일하게, 여기광 합성부(52)를 이용하여, 각각이 복수의 고체 광원을 갖는 2개의 여기광 생성부(제1 여기광 생성부(20) 및 제2 여기광 생성부(30))로부터의 여기광(청색광)이 합성되어, 합성된 여기광이 집광 광학계(60)에서 집광되고, 집광된 여기광이 형광층(72)에 있어서의 집광 영역인 형광 생성 영역 내에 입사하여, 형광층(72)이 형광(적색광 및 녹색광)을 생성한다. 이 때문에, 빛의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 광원 장치의 휘도를 보다 한층 높게 할 수 있는 광원 장치가 된다.
또한, 실시 형태 4에 따른 광원 장치(16)에 의하면, 여기광 합성부(52)는, 제1 여기광 생성부(20)로부터의 여기광을 통과시키는 통과 영역(54)과, 제2 여기광 생성부(30)로부터의 여기광을 반사하는 반사 영역(56)을 갖는다. 제1 여기광 생성부(20)로부터의 여기광을 통과 영역(54)에 입사시킴과 함께 제2 여기광 생성부(30)로부터의 여기광을 반사 영역(56)에 입사시킴으로써, 제1 여기광 생성부(20)로부터의 여기광과 제2 여기광 생성부(30)로부터의 여기광을 높은 효율로 합성하는 것이 가능해진다.
또한, 실시 형태 4에 따른 광원 장치(16)에 의하면, 제1 여기광 생성부(20)로부터의 여기광을 통과시키는 통과 영역(54)과, 제2 여기광 생성부(30)로부터의 여기광을 반사하는 반사 영역(56)을 갖는 여기광 합성부(52)와, 반도체 레이저로 이루어지는 각 고체 광원을 이용하고 있다. 이 때문에, 제1 여기광 생성부(20)로부터의 여기광을 효율 좋게 통과 영역(54)에 입사시킬 수 있어, 제2 여기광 생성부(30)로부터의 여기광을 효율 좋게 반사 영역(56)에 입사시킬 수 있다.
또한, 실시 형태 4에 따른 광원 장치(16)는, 여기광 합성부의 구성이 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)와 상이한 것 이외는, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)와 동일한 구성을 갖기 때문에, 실시 형태 1에 따른 광원 장치(10)가 갖는 효과 중 해당하는 효과를 그대로 갖는다.
이상, 본 발명을 상기의 실시 형태에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 형태에 있어서 실시하는 것이 가능하고, 예를 들면, 다음과 같은 변형도 가능하다.
상기 실시 형태 1에 있어서는, 청색광 중 일부로부터 적색광 및 녹색광을 포함하는 형광을 생성하는 형광층(72)을 이용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 10은, 변형예에 따른 프로젝터(1008)의 광학계를 나타내는 평면도이다. 변형예에 있어서의 광원 장치(18)는, 형광층으로서, 청색광의 전부로부터 형광(적색광 및 녹색광)을 생성하는 형광층(78)을 갖는 형광 생성부(76)를 구비한다. 또한, 프로젝터(1008)는, 청색광을 사출하는 제2 조명 장치(700)를 추가로 구비한다. 부호 720으로 나타내는 것은 청색광 생성부이고, 제1 여기광 생성부(20)와 동일한 구성을 갖는다. 부호 730으로 나타내는 것은 청색광을 집광하고, 산란한 후에 대략 평행화하는 산란 광학계이다. 청색광 생성부(720) 및 산란 광학계(730)는, 제2 광원 장치(710)를 구성한다. 부호 740으로 나타내는 제1 렌즈 어레이는 제1 렌즈 어레이(120)와, 부호 750으로 나타내는 제2 렌즈 어레이는 제2 렌즈 어레이(130)와, 부호 760으로 나타내는 편광 변환 소자는 편광 변환 소자(140)와, 부호 770으로 나타내는 중첩 렌즈는 중첩 렌즈(150)와 각각 동일한 구성을 갖는다. 또한 프로젝터(1008)는, 조명 장치(108) 및 제2 조명 장치(700)에 대응하는 색분리 도광 광학계(202)를 구비한다. 예를 들면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 프로젝터가 청색광을 사출하는 별도의 조명 장치(예를 들면, 제2 조명 장치(700))를 구비하는 경우에는, 청색광 중 전부로부터 적색광 및 녹색광을 포함하는 형광을 생성하는 형광층을 이용해도 좋다.
상기 각 실시 형태에 있어서는, 여기광으로서 청색광을 생성하는 각 고체 광원과 청색광 중 일부로부터 적색광 및 녹색광을 포함하는 형광을 생성하는 형광층(72)을 이용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 여기광으로서 자색광 또는 자외광을 생성하는 각 고체 광원과, 자색광 또는 자색광으로부터 적색광, 녹색광 및 청색광을 포함하는 색광을 생성하는 형광층을 이용해도 좋다. 또한, 상기 각 실시 형태에 있어서는, 광원 장치는, 전체로서 백색광을 사출하도록 구성되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 광원 장치는, 백색광 이외의 빛을 사출하도록 구성되어 있어도 좋다.
상기 실시 형태 1, 3에 있어서는, 2개의 여기광 생성부로부터의 각 여기광이 형광 생성 영역 내에 입사하는 구성으로서, 여기광의 광축에 수직인 평면에 있어서의 제1 여기광 생성부(20) 및 제2 여기광 생성부의 배치 위치를 서로 어긋나게 하는 구성을 이용하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 집광 광학계의 광축과 여기광 합성면과의 각도를 45도로부터 조금 어긋나게 하는 구성을 이용해도 좋다.
상기 실시 형태 4에 있어서는, 통과 영역(54)에 대응하는 영역에 구멍을 낸 반사 미러로 이루어지는 여기광 반사부(52)를 이용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 반사 영역에 대응하는 영역에 반사층을 형성한 투명 기판을 이용해도 좋다.
상기 각 실시 형태에 있어서는, 반도체 레이저로 이루어지는 각 고체 광원을 이용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 발광 다이오드로 이루어지는 각 고체 광원을 이용해도 좋다.
상기 각 실시 형태에 있어서는, 발광 강도의 피크가 약 460㎚인 청색광을 생성하는 반도체 레이저로 이루어지는 각 고체 광원을 이용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 발광 강도의 피크가 440㎚～450㎚인 청색광을 생성하는 반도체 레이저로 이루어지는 각 고체 광원을 이용해도 좋다. 이러한 구성으로 함으로써, 형광체에 있어서, 청색광으로부터 형광을 생성하는 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
상기 각 실시 형태에 있어서는, 일방의 편광으로서 p 편광을 이용하고, 타방의 편광으로서 s 편광을 이용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 일방의 편광으로서 s 편광을 이용하고, 타방의 편광으로서 p 편광을 이용해도 좋다.
상기 각 실시 형태에 있어서는, 형광 생성 영역으로서, 한 변이 1㎜인 정방형의 형광 생성 영역을 이용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 한 변이 1㎜인 정방형에 포함되는 사이즈의 형광 생성 영역이면 좋기 때문에, 형광 생성 영역으로서, 더욱 작은(예를 들면, 한 변이 0.8㎜인 정방형이나, 한 변이 0.6㎜인 정방형) 형광 생성 영역을 이용해도 좋다. 이러한 구성으로 함으로써, 형광이 생성되는 형광 생성 영역의 면적을 보다 충분히 작은 것으로 할 수 있다.
상기 실시 형태 1에 있어서는, 투과형의 프로젝터를 이용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 반사형의 프로젝터를 이용해도 좋다. 여기에서, 「투과형」이란, 투과형의 액정 표시 장치 등과 같이 광변조 수단으로서의 광변조 장치가 빛을 투과하는 타입인 것을 의미하고 있고, 「반사형」이란, 반사형의 액정 표시 장치 등과 같이 광변조 수단으로서의 광변조 장치가 빛을 반사하는 타입인 것을 의미하고 있다. 반사형의 프로젝터에 본 발명을 적용한 경우에도, 투과형의 프로젝터와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
상기 실시 형태 1에 있어서는, 프로젝터의 광변조 장치로서 액정 광변조 장치를 이용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 광변조 장치로서는, 일반적으로, 화상 정보에 따라서 입사광을 변조하는 것이면 좋고, 마이크로 미러형광변조 장치 등을 이용해도 좋다. 마이크로 미러형 광변조 장치로서는, 예를 들면, DMD(디지털 마이크로 미러 디바이스)(TI사의 상표)를 이용할 수 있다.
상기 실시 형태 1에 있어서는, 3개의 액정 광변조 장치를 이용한 프로젝터를 예시하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 1개, 2개 또는 4개 이상의 액정 광변조 장치를 이용한 프로젝터에도 적용 가능하다.
본 발명은, 투사 화상을 관찰하는 측으로부터 투사하는 프론트 투사형 프로젝터에 적용하는 경우에도, 투사 화상을 관찰하는 측과는 반대의 측으로부터 투사하는 리어 투사형 프로젝터에 적용하는 경우에도 가능하다.
상기 각 실시 형태에 있어서는, 본 발명의 광원 장치를 프로젝터에 적용한 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명의 광원 장치를 다른 광학 기기(예를 들면, 광디스크 장치, 자동차의 헤드 램프, 조명 기기 등)에 적용할 수도 있다.

Claims (10)

  1. 제1 여기광을 생성하는 제1 고체 광원을 갖는 제1 고체 광원 어레이와, 상기 제1 고체 광원에 대응하여 설치되고, 상기 제1 고체 광원에서 생성된 여기광을 대략 평행화하는 제1 콜리메이터 렌즈를 갖는 제1 콜리메이터 렌즈 어레이를 갖는 제1 여기광 생성부와,
    제2 여기광을 생성하는 제2 고체 광원을 갖는 제2 고체 광원 어레이와, 상기 제2 고체 광원에 대응하여 설치되고, 상기 제2 고체 광원에서 생성된 여기광을 대략 평행화하는 제2 콜리메이터 렌즈를 갖는 제2 콜리메이터 렌즈 어레이를 갖는 제2 여기광 생성부와,
    상기 제1 여기광과 상기 제2 여기광을 합성하는 여기광 합성부와,
    상기 여기광 합성부에서 합성된 상기 제1 여기광 및 상기 제2 여기광을 소정의 집광 위치에 집광하는 집광 광학계와,
    상기 집광 위치의 근방에 위치하고, 상기 집광 광학계에서 집광된 상기 제1 여기광 및 상기 제2 여기광 중 적어도 일부로부터 형광을 생성하는 형광층을 갖는 형광 생성부를 구비하고,
    상기 제1 고체 광원 어레이는 적어도 2개의 상기 제1 고체 광원을 갖고,
    상기 제2 고체 광원 어레이는 적어도 2개의 상기 제2 고체 광원을 갖고,
    상기 제1 콜리메이터 렌즈 어레이는 적어도 2개의 제1 콜리메이터 렌즈를 갖고,
    상기 제2 콜리메이터 렌즈 어레이는 적어도 2개의 제2 콜리메이터 렌즈를 갖고,
    상기 여기광 합성부는, 상기 제1 여기광을 통과시킴과 함께 상기 제2 여기광을 반사함으로써, 상기 제1 여기광과 상기 제2 여기광을 합성하는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 여기광 및 상기 제2 여기광이, 상기 형광층에 있어서의 집광 영역인 형광 생성 영역 내의 서로 상이한 영역에 입사하도록 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광원 장치는, 상기 제1 여기광 및 상기 제2 여기광의 각각이, 상기 여기광 합성부에 있어서 상이한 영역에 입사하도록 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 여기광 합성부는, 상기 제1 여기광을 통과시키는 통과 영역과, 상기 제2 여기광을 반사하는 반사 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여기광 합성부는, 일방의 편광으로 이루어지는 빛을 통과하고 타방의 편광으로 이루어지는 빛을 반사하는 편광 빔 컴바이너로 이루어지고,
    상기 광원 장치는, 상기 제1 여기광이 상기 여기광 합성부에 일방의 편광으로 이루어지는 여기광으로서 입사하고, 상기 제2 여기광이 상기 여기광 합성부에 타방의 편광으로 이루어지는 여기광으로서 입사하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광 생성부는, 상기 집광 광학계에서 집광된 상기 제1 여기광 및 상기 제2 여기광이 디포커스 상태로 상기 형광층에 입사하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 여기광 생성부 및 상기 제2 여기광 생성부에 있어서는, 상기 제1 고체 광원 및 상기 제2 고체 광원이 각각, 매트릭스 형상으로 배치되고,
    상기 광원 장치는, 상기 형광층에 있어서, 상기 제1 여기광이 입사하는 제1 입사 영역 및 상기 제2 여기광이 입사하는 제2 입사 영역이 교대로 배열되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 고체 광원 및 상기 제2 고체 광원은 모두, 반도체 레이저로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반도체 레이저는, 장방형 형상의 발광 영역을 갖고, 상기 발광 영역의 단변 방향을 따른 확장각이 상기 발광 영역의 장변 방향을 따른 확장각보다 커지도록 구성되고, 그리고, 상기 제1 고체 광원의 상기 발광 영역 및 상기 제2 고체 광원의 상기 발광 영역의 각각이, 장변과 단변과의 방향이 서로 반대가 되는 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 광원 장치를 구비하는 조명 장치와,
    상기 조명 장치로부터의 빛을 화상 정보에 따라서 변조하는 광변조 장치와,
    상기 광변조 장치로부터의 변조광을 투사 화상으로서 투사하는 투사 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
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