KR20220122985A - 광원 장치 및 투사형 표시 장치 - Google Patents

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polarization splitting
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마사히로 이시게
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Abstract

(요약) 본 개시의 일 실시형태의 광원 장치는, 제1 파장 영역의 광을 출사하는 제1 광원부와, 제1 파장 영역의 광의 광로 상에 배치되고, 제1 광원부에서 출사된 제1 파장 영역의 광에 의해 여기되어, 제1 파장 영역과는 다른 제2 파장 영역의 광을 출사하는 파장 변환부와, 파장 변환부에서 출사된 제2 파장 영역의 광을 편광에 기초하여 분리하는 제1 편광 분리 소자와, 제1 편광 분리 소자와 함께 제1 광원부와 파장 변환부의 사이에 배치된, 파장 선택성을 가지는 제2 편광 분리 소자를 구비한다.

Description

광원 장치 및 투사형 표시 장치
본 개시는, 예를 들면, 투사형 표시 장치의 조명으로서 사용되는 광원 장치 및 이를 구비한 투사형 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 프로젝터(투사형 표시 장치)에서는, 레이저 등의 고체 광원으로부터 형광체에 광을 조사하고, 형광 발광한 광을 조명광으로서 출력하는 광원 장치(조명 장치)가 사용되고 있다. 또한, 형광체를 금속 등의 반사 재료 상에 형성하여, 소위 반사형의 구성으로 함으로써, 높은 출력을 얻을 수 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에서는, 형광광과, 청색 고체 광원 및 적색 고체 광원으로부터의 광을 동일 광학계에서 집광, 합성함으로써, 소형이고 색순도가 높은 광색역의 광원 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본특허공개 특개2019-028442호 공보
그런데, 형광체를 광원으로 하는 파장 변환 소자를 구비한 광원 장치에서는 광 취출 효율의 향상이 요구되고 있다.
따라서, 편광이 정렬된 광의 취출 효율을 향상시키는 것이 가능한 광원 장치 및 투사형 표시 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시의 일 실시형태의 광원 장치는, 제1 파장 영역의 광을 출사하는 제1 광원부와, 제1 파장 영역의 광의 광로 상에 배치되고, 제1 광원부에서 출사된 제1 파장 영역의 광에 의해 여기되어, 제1 파장 영역과는 다른 제2 파장 영역의 광을 출사하는 파장 변환부와, 파장 변환부에서 출사된 제2 파장 영역의 광을 편광에 기초하여 분리하는 제1 편광 분리 소자와, 제1 편광 분리 소자와 함께 제1 광원부와 파장 변환부의 사이에 배치된, 파장 선택성을 가지는 제2 편광 분리 소자를 구비한 것이다.
본 개시의 일 실시형태의 투사형 표시 장치는, 광원 장치와, 광원 장치로부터 출사되는 광을 변조하는 광 변조 소자와, 광 변조 소자로부터의 광을 투사하는 투영 광학계를 구비한 것이다. 이 투사형 표시 장치에 탑재된 광원 장치는, 상기 본 개시의 일 실시형태의 광원 장치와 동일한 구성 요소를 가지고 있다.
본 개시의 일 실시형태의 광원 장치 및 일 실시형태의 투사형 표시 장치에서는, 제1 광원부와 파장 변환부의 사이에, 파장 변환부에서 출사된 제2 파장 영역의 광을 편광에 기초하여 분리하는, 제1 편광 분리 소자 및 파장 선택성을 가지는 제2 편광 분리 소자를 설치하도록 하였다. 이에 의해, 파장 변환부에서 출사된 형광(제2 파장 영역의 광)의 이용 효율이 향상된다.
[도 1] 본 개시의 제1 실시형태에 관한 광원 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.
[도 2a] 도 1에 나타낸 파장 변환부의 다른 구성예를 나타내는 평면 모식도이다.
[도 2b] 도 2a에 나타낸 파장 변환부의 단면 구성을 나타내는 모식도이다.
[도 3] 본 개시의 제2 실시형태에 관한 광원 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.
[도 4] 본 개시의 변형예 1에 관한 광원 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.
[도 5] 본 개시의 변형예 2에 관한 광원 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.
[도 6] 본 개시의 변형예 3에 관한 광원 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.
[도 7] 본 개시의 제3 실시형태에 관한 광원 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.
[도 8] 본 개시의 제4 실시형태에 관한 광원 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.
[도 9] 본 개시의 투사형 표시 장치의 전체 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
[도 10] 도 9에 나타낸 투사형 표시 장치의 광학계의 구성의 일 예를 나타내는 개략도이다.
[도 11] 도 9에 나타낸 투사형 표시 장치의 광학계의 구성의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
[도 12] 표시 시스템의 구성의 일 예를 나타내는 모식도이다.
[도 13] 도 12에 나타낸 표시 시스템의 기능 블록도이다.
[도 14] 표시 시스템의 구성의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 개시에 있어서의 실시형태에 대해, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 본 개시의 일 구체예이며, 본 개시는 이하의 양태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 개시는, 각 도면에 나타내는 각 구성 요소의 배치나 치수, 치수비 등에 대해서도, 이들에 한정되는 것은 아니다. 한편, 설명하는 순서는, 하기와 같다.
1. 제1 실시형태(여기광 광원부와 파장 변환부의 사이에 편광 분리 소자를 배치하고, 편광 분리 소자의 편광 분리면에 대해 대략 수직으로 파장 선택성을 가지는 편광 분리 소자를 배치한 광원 장치의 예)
1-1. 광원 장치의 구성
1-2. 광원 장치의 동작 원리
1-3. 작용·효과
2. 제2 실시형태(2개의 편광 분리 소자를 프리즘으로 구성한 광원 장치의 예)
3. 변형예
3-1. 변형예 1(각 프리즘을 이격하여 배치한 예)
3-2. 변형예 2(접착층을 통해서 각 프리즘을 일체화한 예)
3-3. 변형예 3(2개의 편광 분리 소자를 프리즘으로 구성한 다른 예)
4. 제3 실시형태(파장 변환부와 편광 분리 소자의 사이에 편광 변환 소자를 더 배치한 예)
5. 제4 실시형태(파장 변환부의 이면에 여기용 광원을 더 배치한 예)
6. 적용예
<1. 제1 실시형태>
도 1은, 본 개시의 제1 실시형태에 관한 광원 장치(광원 장치(1))의 구성예를 나타낸 것이다. 광원 장치(1)는, 예를 들면, 후술하는 투사형 표시 장치(투사형 표시 장치(5), 도 9 참조)의 조명으로서 사용되는 것이다.
(1-1. 광원 장치의 구성)
광원 장치(1)는, 예를 들면, 광원부(11)와, 파장 변환부(12)와, 2개의 편광 분리 소자(13, 14)를 구비하고 있다. 2개의 편광 분리 소자(13, 14)는, 광원부(11)로부터 출사되는 여기광(EL)의 광로 상에, 광원부(11)와 파장 변환부(12)의 사이에 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 2개의 편광 분리 소자(13, 14) 중, 일방(편광 분리 소자(14))은, 파장 선택성을 가지고 있다. 광원 장치(1)는, 광원부(15)와, 집광 광학계(16)를 더 가진다. 광원부(15)는, 예를 들면, 편광 분리 소자(13, 14)를 사이에 두고 광원부(11)와 대향 배치되어 있고, 집광 광학계(16)는, 파장 변환부(12)와 편광 분리 소자(14)의 사이에 배치되어 있다.
광원부(11)는, 하나 또는 복수의 광원(111)과, 각각의 광원(111)에 대향 배치된 렌즈(112)를 가진다. 광원(111)은, 소정의 파장 영역의 광을 출사하는 고체 광원이며, 후술하는 파장 변환부(12)의 형광체층(122)에 포함되는 형광체 입자를 여기하기 위한 것이다. 광원(111)으로서는, 예를 들면, 반도체 레이저(Laser Diode: LD)를 사용할 수 있다. 그 밖에, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 사용해도 된다.
광원부(11)로부터는, 예를 들면 파장 400nm~470nm의 청색에 대응하는 파장 대역의 광(청색광)이나, 예를 들면 파장 350nm 내지 400nm의 자외 영역의 광(ultraviolet: UV광)이 여기광(EL)으로서 출사된다. 광원(111)으로서, UV광을 출사하는 자외 레이저를 사용하는 경우에는, 청색 레이저를 사용한 경우에 비해, 발광 효율 및 변환 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 광원부(11)에 대해 공급하는 전력에 대해 최종적으로 이용 가능한 형광(FL)의 파워의 비율을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 이 광원부(11)가, 본 개시의 "제1 광원부"의 일 구체예에 상당하고, 청색광이나 UV광이, 본 개시의 "제1 파장 영역의 광"의 일 구체예에 상당한다. 한편, 본 명세서에 있어서, 소정의 파장 영역의 광이란, 그 파장 영역에 발광 강도 피크를 갖는 광을 나타낸다.
파장 변환부(12)는, 광원부(11)로부터 출사된 광(여기광(EL))을 파장 영역이 다른 광(형광(FL))으로 변환하여 출사하는 것으로, 본 개시의 "파장 변환부"의 일 구체예에 상당한다. 파장 변환부(12)는, 예를 들면, 광반사성을 갖는 지지 기판(121)에 형광체층(122)이 설치된, 소위 반사형이며, 여기광(EL)의 입사에 의해 생긴 형광(FL)이 반사되어 출사하도록 구성되어 있다.
지지 기판(121)은, 형광체층(122)을 지지하기 위한 것이고, 예를 들면 원판 형상을 가지고 있다. 지지 기판(121)은, 반사 부재임과 동시에, 방열 부재로서의 기능을 가지는 것이 바람직하다. 이 때문에, 지지 기판(121)은, 열전도율이 높은 금속 재료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 경면 가공이 가능한 금속 재료나 세라믹스 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 형광체층(122)의 온도 상승을 억제하고, 파장 변환부(12)에 있어서의 광(형광(FL))의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
이러한 금속 재료로서는, 예를 들면, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 코발트(Co), 크롬(Cr), 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 리튬(Li), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 또는 팔라듐(Pd) 등의 단체(單體) 금속, 또는 이들을 1종 이상 포함하는 합금을 들 수 있다. 세라믹스 재료로서는, 예를 들면, 탄화규소(SiC), 질화알루미늄(AlN), 산화베릴륨(BeO), Si와 SiC의 복합 재료, 또는 SiC와 Al의 복합 재료(단, SiC의 함유율이 50%이상의 것)을 포함하는 것을 들 수 있다.
형광체층(122)은, 복수의 형광체 입자를 포함하는 것이며, 여기광(EL)에 의해 여기되어, 여기광(EL)의 파장 영역과는 다른 파장 영역의 광(형광(FL))을 발하는 것이다. 형광체층(122)은, 예를 들면, 플레이트 형상으로 형성되어 있고, 예를 들면, 소위 세라믹스 형광체나 바인더식의 형광체에 의해 구성되어 있다. 형광체층(122)은, 예를 들면, 광원부(11)로부터 출사되는, 예를 들면 청색광(여기광(EL))에 의해 여기되어 황색에 대응하는 파장 영역의 광(형광(FL))을 발하는 형광체 입자를 포함하여 구성되어 있다. 이 황색광이, 본 개시의 "제2 파장 영역의 광"의 일 구체예에 상당한다. 이러한 형광체 입자로서는, 예를 들면 YAG(이트륨·알루미늄·가넷)계 재료를 들 수 있다. 형광체층(122)은, 나아가, 양자점 등의 반도체 나노 입자나 유기 색소 등을 포함하고 있어도 된다.
한편, 파장 변환부(12)에는, 도시하지 않는 냉각 기구가 설치되어 있어도 된다.
또한, 파장 변환부(12)로서는, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 회전축(예를 들면, 축(J123))을 중심으로 회전 가능한, 소위 형광체 휠(12A)을 사용할 수 있다. 형광체 휠(12A)에서는, 지지 기판(121)의 중심(O)에 모터(123)(구동부)가 연결되어 있고, 지지 기판(121)은, 모터(123)의 구동력에 의해 축(J123)을 중심으로, 예를 들면 화살표 C 방향으로 회전 가능하게 되어 있다. 형광체 휠(12A)에서는, 형광체층(122)은, 예를 들면, 지지 기판(121)의 회전 원주 방향으로, 예를 들면 연속하여 형성되어 있다. 형광체 휠(12A)에서는, 지지 기판(121)이 회전함으로써, 형광체층(122)에 대한 여기광(EL)의 조사 위치가, 회전수에 대응한 속도로 시간적으로 변화(이동)하게 되어 있다. 이에 의해, 형광체층(122)의 같은 위치에 여기광(EL)이 장시간 조사되는 것에 의한 변환 효율의 저하나 형광체 입자의 열화를 피할 수 있다.
편광 분리 소자(13)는, 예를 들면 편광 빔 스플리터(PBS)를 포함하여 구성되어 있다. 편광 분리 소자(13)는, 입사광을 편광 성분에 기초하여 분리하는 것으로, 예를 들면, S편광 성분을 반사하고, P편광 성분을 투과하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 편광 분리 소자(13)는, 광원부(11)와 파장 변환부(12)의 사이에 배치되어 있고, 광원부(11)로부터 입사한 여기광(EL)을 반사하여 파장 변환부(12)로 가이드하고, 파장 변환부(12)로부터 입사한 형광(FL)의 일부를 반사하여 후술하는 편광 분리 소자(14)로, 나머지를 후술하는 조명 광학계(예를 들면, 조명 광학계(300), 도 10 참조)로 가이드하는 것이다. 또한, 편광 분리 소자(13)에는, 후술하는 광원부(15)로부터 출사되는 어시스트 광이 입사된다. 어시스트 광은, 편광 분리 소자(13)에 의해 반사되어, 편광 분리 소자(13)를 투과하는 나머지의 형광(FL)과 함께, 조명 광학계(300)로 가이드된다. 즉, 편광 분리 소자(13)는, 색 합성 소자(광로 합성 소자)로서도 기능한다.
편광 분리 소자(13)는, 예를 들면, 대향하는 한 쌍의 면을 가지는 유리판의 일방에, 입사광을 편광 성분별로 반사 또는 투과시키는 광학 기능막이 예를 들면 증착에 의해 제막된, 소위 플레이트형의 편광 빔 스플리터에 의해 구성할 수 있다. 본 실시형태에서는, 예를 들면, 대향하는 한 쌍의 면(면(13S1) 및 면(13S2))중 면(13S1)에, 광학 기능막(PBS막)이 제막되어 있다. 즉, 면(13S1)이 본 개시의 “제1 편광 분리면”의 일 구체예에 상당한다.
편광 분리 소자(14)는, 예를 들면 다이크로익 PBS를 포함하여 구성되고, 상기한 바와 같이 파장 선택성을 가지고, 소정의 파장 영역의 광에 대해서만 작용하는 것이다. 편광 분리 소자(14)는, 소정의 파장 영역의 광을 편광 성분에 기초하여 분리하고, 그 밖의 파장 영역의 광은 전투과하도록 구성된 광학 기능막이 예를 들면 증착에 의해 제막된, 소위 플레이트형의 다이크로익 PBS에 의해 구성할 수 있다. 본 실시형태에서는, 예를 들면, 대향하는 한 쌍의 면(면(14S1) 및 면(14S2))중 면(14S1)에, 이 광학 기능막(다이크로익 PBS막)이 제막되어 있다. 즉, 면(14S1)이 본 개시의 “제2 편광 분리면”의 일 구체예에 상당한다.
편광 분리 소자(14)는, 편광 분리 소자(13)와 함께, 광원부(11)와 파장 변환부(12)의 사이에 배치되어 있다. 구체적으로는, 상세한 것은 후술하지만, 편광 분리 소자(14)는, 예를 들면, 광원부(11)로부터 출사되는 여기광(EL)의 광축 방향에 대해 대략 45°의 각도로 대향하는 면(13S1) 및 면(13S2)이 배치된 편광 분리 소자(13)에 대해, 편광 분리 소자(13)의 면(13S1)과, 편광 분리 소자(14)의 면(14S1)이, 서로 대략 직각을 이루도록 배치되어 있다. 이에 의해, 파장 변환부(12)로부터 출사된 형광(FL) 중, 편광 분리 소자(13)에서 반사된 일부의 형광(FL)이 편광 분리 소자(14)에서 다시 반사되어 파장 변환부(12)로 돌아가도록 되어 있다.
한편, 편광 분리 소자(13)와 편광 분리 소자(14)는, 서로 접합되어 있어도 좋고, 각각이 보유지지구 등에 의해 개별적으로 보유지지되어 있어도 된다.
광원부(15)는, 하나 또는 복수의 광원(151)과, 각각의 광원(151)에 대향 배치된 렌즈(152)를 가진다. 광원(151)은, 투사형 표시 장치(5)에 있어서, 보다 넓은 색역을 표시하기 위해서 RGB의 밸런스를 조정하기 위한 보조 광원이며, 예를 들면, 편광 분리 소자(13, 14)를 사이에 두고, 광원부(11)와 대향 배치되어 있다. 광원(151)으로서는, 상기 광원부(11)와 마찬가지로, 예를 들면, 반도체 레이저(LD)를 사용할 수 있다. 반도체 레이저를 사용함으로써, 에텐듀(Etendue)를 작게 하는 것이 가능하게 된다. 그 밖에, 발광 다이오드(LED)를 사용해도 된다. 발광 다이오드를 사용한 경우에는, 스페클(speckle)을 저감하는 것이 가능하게 된다. 또한, 반도체 레이저를 사용한 경우와 비교하여, 레이저의 안전성의 관점에서 우위이다.
광원부(15)는, 예를 들면, 서로 다른 파장 영역의 광을 출사하는 복수 종류의 광원, 예를 들면, 적색에 대응하는 파장 영역의 광(적색광(R))을 출사하는 광원(151R), 녹색에 대응하는 파장 영역의 광(녹색광(G))을 출사하는 광원(151G) 및 청색에 대응하는 파장 영역의 광(청색광(B))을 출사하는 광원(151B)을 포함하여 구성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 조명 광학계(300)에 출사되는 광의 색역을 확대하는 것이 가능하게 된다. 또한, 광원부(15)는, 같은 색광을 발하는 광원으로서, 서로 발광 파장이 시프트된 광원을 사용하도록 해도 된다. 이에 의해, 스페클을 저감하는 것이 가능하게 된다. 이 광원부(15)가, 본 개시의 "제2 광원부"의 일 구체예에 상당하고, 광원부(15)로부터 출사되는 적색광, 녹색광 및 청색광이, 본 개시의 "제3 파장 영역의 광"의 일 구체예에 상당한다.
집광 광학계(16)는, 하나 또는 복수의 렌즈에 의해 구성되어 있고, 예를 들면, 콜리메이트 렌즈를 포함하여 구성되어 있다. 집광 광학계(16)는, 파장 변환부(12)와 편광 분리 소자(13)의 사이에 배치되고, 여기광(EL)을 소정의 스폿 직경으로 집광하여 형광체층(122)에 입사시킴과 동시에, 파장 변환부(12)로부터 출사된 형광(FL)을 평행광으로 변환하여 편광 분리 소자(13, 14)에 가이드하는 것이다.
(1-2. 광원 장치의 동작 원리)
광원 장치(1)에서는, 광원부(11)와 광원부(15)가 일 방향(예를 들면, X축 방향)을 따라 대향 배치되어 있다. 파장 변환부(12)는, 광원부(11) 및 광원부(15)의 배열 방향(X축 방향)에 대해, 예를 들면 대략 직교 방향(예를 들면, Y축 방향)으로 배치되어 있다. 편광 분리 소자(13)는, 광원부(11)와 광원부(15)의 사이에, 예를 들면 X축 방향 및 Y축 방향에 대해 대향하는 면(13S1) 및 면(13S2)이 대략 45°의 각도가 되도록 배치되어 있다. 편광 분리 소자(14)는, 편광 분리 소자(13)의 면(13S1)측에, 예를 들면, 대향하는 면(14S1) 및 면(14S2)과 편광 분리 소자(13)의 면(13S1)이, 서로 대략 직각을 이루도록 배치되어 있다.
광원 장치(1)에서는, 광원부(11)로부터는, S편광을 주로 하는, 예를 들면 청색광(Bs)(여기광(EL))이 출사된다. 광원부(11)로부터 출사된 청색광(Bs)(여기광(EL))은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 편광 분리 소자(13)의 면(13S1)에 의해 반사되어, 편광 분리 소자(14)를 투과하여 집광 광학계(16)에 입사한다. 집광 광학계(16)에 입사한 청색광(Bs)은, 소정의 스폿 직경으로 집광되어, 파장 변환부(12)를 향해 출사된다. 또한, 청색광(Bs)의 일부는, 먼저 편광 분리 소자(14)를 투과한 후, 편광 분리 소자(13)의 면(13S1)에 의해 반사되어, 집광 광학계(16)에서 소정의 스폿 직경으로 집광되어 파장 변환부(12)를 향해 출사된다. 파장 변환부(12)에 입사한 청색광(Bs)은, 형광체층(122)에서 형광체 입자를 여기한다. 형광체층(122)에서는, 청색광(Bs)의 조사에 의해 형광체 입자가 여기되어, 형광(FL)을 발한다. 이 형광(FL)은, S편광 성분 및 P편광 성분을 포함하는 랜덤 편광(황색광(Ys, Yp))이며, 집광 광학계(16)를 향해 출사된다. 집광 광학계(16)에 입사한 황색광(Ys, Yp)은, 평행광으로 변환되어, 편광 분리 소자(13) 또는 편광 분리 소자(14)에 입사된다.
본 실시형태에서는, 편광 분리 소자(13)는, S편광 성분을 반사하고, P편광 성분을 투과하도록 구성되어 있고, 편광 분리 소자(14)는, 소정의 파장 영역의 광으로서, 황색광을, 편광 분리 소자(13)와 마찬가지로, S편광 성분을 반사하고, P편광 성분을 투과하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 편광 분리 소자(13) 또는 편광 분리 소자(14)에 입사한 형광(FL)(황색광(Ys, Yp)) 중, P편광의 황색광(Yp)은 편광 분리 소자(13) 및 편광 분리 소자(14)를 투과한다. 한편, 편광 분리 소자(13)에 입사한 S편광의 황색광(Ys)은, 면(13S1)에 있어서 편광 분리 소자(14)를 향해 반사된다. 또한, 편광 분리 소자(14)에 입사한 S편광의 황색광(Ys)은, 면(14S1)에서 편광 분리 소자(13)를 향해 반사된다. 편광 분리 소자(13, 14)에 각각 입사한 S편광의 황색광(Ys)은, 각각의 편광 분리면(면(13S1), 면(14S1))에서 더 반사되어 집광 광학계(16)에 입사하고, 집광 광학계(16)에서 소정의 스폿 직경으로 집광되어 파장 변환부(12)로 돌아가는 광이 된다. 파장 변환부(12)로 돌아간 황색광(Ys)은, 형광체층(122)에서 산란되어, S편광 성분 및 P편광 성분을 포함하는 랜덤 편광(황색광(Ys, Yp))이 되어 다시 편광 분리 소자(13) 또는 편광 분리 소자(14)에 입사한다. 이 사이클을 반복하는 것에 의해, S편광의 형광(FL)(황색광(Ys))을 파기하지 않고, 광원 장치(1)로부터는, P편광 성분의 형광(황색광(Yp))만이, 후술하는 조명 광학계(300)를 향해 가이드되게 된다.
광원부(15)로부터는, 어시스트 광으로서, S편광을 주로 하는 적색광(Rs), 녹색광(Gs) 및 청색광(Bs)이 출사된다. 적색광(Rs), 녹색광(Gs) 및 청색광(Bs)은, 편광 분리 소자(13)의 면(13S2)측에서 입사하고, 면(13S1)에서 반사된다. 편광 분리 소자(13)를 투과한 황색광(Yp)은, 이들 적색광(Rs), 녹색광(Gs) 및 청색광(Bs)과 합파되어 조명 광학계(300)를 향해 출사된다.
(1-3.작용·효과)
본 실시형태의 광원 장치(1)는, 광원부(11)와 파장 변환부(12)의 사이에, 파장 변환부(12)로부터 출사되는 랜덤 편광의 형광(FL)을, 편광 성분에 기초하여 분리하는 편광 분리 소자(13)를 설치하고, 나아가, 형광(FL)만을 편광 성분에 기초하여 분리하는 파장 선택성의 편광 분리 소자(14)를 설치하도록 했다. 이에 의해, 파장 변환부(12)로부터 출사된 형광(FL)의 일방의 편광 성분을 파기할 일 없이, 예를 들면, 투사형 표시 장치(5)에 있어서의 조명으로서 이용하는 것이 가능하게 된다. 이하, 이에 대해서 설명한다.
프로젝터용의 광원은, 종래의 방전관 타입에서부터 레이저 여기 형광체 광원으로 변화해 오고 있다. 이는, 형광체 광원의 수명이, 방전관 타입의 광원에 비해 약 10배로서 매우 길다는 것이 주된 이유이다. 현재 주류인 형광체 광원에서는, 대부분이 YAG(이트륨·알루미늄·가넷)계의 형광체를 사용하고 있다. 이 YAG계 형광체를 형광체 광원으로서 사용한 프로젝터에서는, 녹색~적색의 연속 파장 대역의 황색의 발광색을 녹색과 적색으로 분광하여 이용하고 있다.
그러나, YAG의 파장 스펙트럼에서는, 발광 파장을 유효하게 이용하는 경우, sRGB의 색역에서 D65 부근의 화이트 밸런스를 실현하는 것이 한계이며, 그보다 넓은 색역을 표시하는 경우에는, 각 원색의 파장 영역을 좁혀 원색성을 높게 할 필요가 있다. 그 경우, 불필요한 부분의 광은 파기된다. 나아가, 백색점의 표시를 위해 RGB의 밸런스를 변경할 경우에는, YAG계 형광체를 사용한 형광체 광원으로부터 출사된 광 중, 녹색의 파장을 파기하게 된다. 이 때문에, 충분한 휘도가 얻어지지 않는다고 하는 과제가 있다.
상기 과제를 해결하는 수단으로서는, 각 원색의 보조광(예를 들면, R, G, B 레이저)을 형광체 광원으로부터 출사되는 형광과 합파시키는 것을 생각할 수 있다. 전술한 광원 장치에서는, 형광광과, 청색 고체 광원 및 적색 고체 광원으로부터의 광을 동일 광학계에서 집광, 합성함으로써, 높은 이용 효율(저 에텐듀)을 실현하고 있지만, 레이저의 파장 영역에서 합성되는 형광광은, 일방의 편광 성분이 파기되어 버린다. 또한, 전술한 광원 장치는, 원리적으로 녹색을 합성할 수 없는 구성으로 되어 있다.
이에 대해, 본 실시형태에서는, 광원부(11)와 파장 변환부(12)의 사이에, 입사광을 편광 성분에 기초하여 분리하는 편광 분리 소자(13)와, 소정의 파장 영역의 광을, 편광 성분에 기초하여 선택적으로 분리하는 편광 분리 소자(14)를 설치하도록 하였다. 이에 의해, 파장 변환부(12)로부터 출사되어, 편광 분리 소자(13) 또는 편광 분리 소자(14)에 입사한 형광(FL)의 일방의 편광 성분(예를 들면, P편광(황색광(Yp)))은, 편광 분리 소자(13) 및 편광 분리 소자(14)를 투과하고, 예를 들면 광원부(15)로부터 출사된 어시스트 광(적색광(Rs), 녹색광(Gs) 및 청색광(Bs))과 합파되어 조명 광학계(300)에 가이드된다. 한편, 편광 분리 소자(13) 또는 편광 분리 소자(14)에 입사한 형광(FL)의 타방의 편광 성분(예를 들면, S편광(황색광(Ys)))은, 각각의 편광 분리면(면(13S1), 면(14S1))에서 2회 반사되어 파장 변환부(12)로 돌아가는 광이 된다. 파장 변환부(12)로 돌아간 황색광(Ys)은, 형광체층(122)에서 산란되어, 랜덤 편광(황색광(Ys+Yp))이 되어 다시 편광 분리 소자(13) 또는 편광 분리 소자(14)에 입사한다. 이 사이클을 반복하는 것에 의해, S편광의 형광(FL)(황색광(Ys))을 파기할 일 없이, 예를 들면, 투사형 표시 장치(5)에 있어서의 조명으로서 이용하는 것이 가능하게 된다.
이상으로부터, 본 실시형태의 광원 장치(1)에서는, 형광(FL)의 일부를 파기하지 않고, 투사형 표시 장치(5)에 있어서의 조명광으로서 취출하는 것이 가능하게 된다. 즉, 따라서, 편광이 정렬된 광 취출 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 보조 광원(광원부(15))으로부터 출사되는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 레이저광과의 합파 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
나아가, 본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이, 형광(FL)의 일부를 파기하지 않고, 합파할 수 있기 때문에, 광 강도를 확대하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 보조 광원(광원부(15))을, 편광 분리 소자(13)의 면(13S2)에 대해 대향 배치하도록 하였다. 이에 의해, 파장 변환부(12)로부터 출사된 형광(FL)과, 광원부(15)로부터 출사된 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 레이저광을, 동일한 광축에서 합성할 수 있게 된다. 따라서, 에텐듀의 악화를 막는 것이 가능하게 된다. 또한, 광원 장치(1)를 소형화하는 것도 가능하게 된다.
나아가, 본 실시형태의 광원 장치(1)에서는, 제조성이나 사용 환경에 대한 견고성(robustness)을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 반도체 레이저의 파장은, 환경 온도에 따라 변동한다. 이 때문에, 전술한 광원 장치와 같이, 다이크로익 미러를 사용하여 형광광과, 어시스트 광을 합성하는 광원 장치에서는, 다이크로익 미러의 컷오프 파장의 편차나, 레이저광의 파장 변동에 의해, 제조 편차나 환경 변동이 크다고 하는 과제가 있다. 이에 대해, 본 실시형태의 광원 장치(1)의 구성에서는, 다이크로익 미러의 제조 편차나, 레이저광의 파장 변동에 의한 영향은 받지 않는다. 이에 의해, 구성 부품의 사양 정밀도나, 레이저의 사용 온도 등에 엄밀한 제어가 불필요하기 때문에, 제조 비용을 저감하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 본 개시의 제2∼제4 실시형태 및 변형예 1∼3 및 적용예에 대해서 설명한다. 이하에서는, 상기 제1 실시형태와 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 적당히 그 설명을 생략한다.
<2. 제2 실시형태>
도 3은, 본 개시의 제2 실시형태에 관한 광원 장치(광원 장치(2))의 구성예를 나타낸 것이다. 광원 장치(2)는, 상기 광원 장치(1)와 마찬가지로, 예를 들면, 후술하는 투사형 표시 장치(투사형 표시 장치(5))의 조명으로서 사용되는 것이다. 상기 제1 실시형태에서는, 플레이트형의 편광 분리 소자(13, 14)를 사용한 예를 나타냈지만, 예를 들면 큐브형의 편광 분리 소자(23)를 사용한 구성으로 해도 된다.
편광 분리 소자(23)는, 예를 들면, 3개의 프리즘형의 편광 빔 스플리터(프리즘(231, 232, 233))로 구성되어 있다. 3개의 프리즘(231, 232, 233)은, 예를 들면, 프리즘(231)의 일면(면(231S1))에 대해, 2개의 프리즘(232, 233)의 각각의 일면(면(232S1), 면(233S1))을, 예를 들면 후술하는 접착층(234)(도 3에서는 도시하지 않음)을 통해서 접합하고, 또한, 2개의 프리즘(232, 233)의 각각의 일면(면(232S1), 면(233S1))과 직각을 이루는 다른 면(면(232S2), 면(233S2))을, 예를 들면 후술하는 접착층(235)(도 3에서는 도시하지 않음)과 접합함으로써, 예를 들면 큐브형의 편광 분리 소자(23)를 이루고 있다.
이 편광 분리 소자(23)에서는, 프리즘(231)의 면(231S1)에, 입사광을 편광 성분별로 반사 또는 투과시키는 광학 기능막(예를 들면, 후술하는 PBS막(231A))이 제막되어 있고, 프리즘(232)의 면(232S2)에, 소정의 파장 영역의 광을 편광 성분별로 선택적으로 반사 또는 투과시키는 광학 기능막(예를 들면, 후술하는 다이크로익 PBS막(232A))이 제막되어 있다. 즉, 프리즘(231)이, 본 개시의 “제1 편광 분리 소자”의 일 구체예에 상당하고, 프리즘(232)이, 본 개시의 “제2 편광 분리 소자”의 일 구체예에 상당한다.
프리즘(231, 232, 233)은, 예를 들면 광탄성상수가 작은 초재(硝材)를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다. 나아가, 프리즘(231, 232, 233)을 냉각할 수 있도록 해도 된다. 이에 의해, 프리즘(231, 232, 233)을 투과 중인 형광(FL)의 편광의 흐트러짐이 저감된다.
한편, 프리즘(231, 232, 233)의 냉각은, 예를 들면, 팬 등을 설치하여 공냉해도 좋고, 혹은, 프리즘(231, 232, 233)에 금속판이나 수냉 재킷 등의 방열 부재를 붙임으로써 가능하게 된다.
이와 같이, 본 실시형태의 광원 장치(2)에서는, 프리즘형의 편광 빔 스플리터(프리즘(231, 232))를 사용하도록 했기 때문에, 각각의 편광 분리면 (면(231S1), 면(232S2))의 각도 교차를 작게 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 광원부(11) 및 광원부(15)로부터 출사되는 여기광(EL) 및 어시스트 광 및 파장 변환부(12)로부터 출사되는 형광(FL)의 각각의 광축에 대해, 각각의 편광 분리면 (면(231S1), 면(232S2))을, 용이하게 45°로 배치할 수 있게 된다. 이에 의해, 성능의 편차를 저감시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시형태의 광원 장치(3)에서는, 편광 분리 소자(23)로서, 프리즘형의 편광 빔 스플리터를 사용하도록 했기 때문에, 플레이트형의 편광 빔 스플리터를 사용한 경우와 비교하여, 예를 들면 기판의 휨 등의 열화를 저감시키는 것이 가능하게 된다.
한편, 프리즘(231, 232, 233)은, 접착제에 의한 접합 외에, 예를 들면 원자 확산 접합을 사용하여 접합할 수도 있다.
<3. 변형예>
(3-1. 변형예 1)
도 4는, 본 개시의 변형예 1에 관한 광원 장치(2A)의 구성예를 나타낸 것이다. 상기 제2 실시형태에서는, 편광 분리 소자(23)를 구성하는 3개의 프리즘(231, 232, 233)을 서로 접합한 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 각 프리즘(231, 232, 233)은, 각각의 사이에 공극을 설치하고, 각각 보유지지구 등에 의해 개별적으로 보유지지하도록 해도 된다.
이와 같이, 본 변형예의 광원 장치(2A)에서는, 편광 분리 소자(23)를 구성하는 각 프리즘(231, 232, 233)의 사이에 공극을 설치하고, 각각을 보유지지구 등에 의해 개별적으로 보유지지하도록 했기 때문에, 예를 들면, 여기광(EL)이 투과하는 것에 의한 접착층의 열화를 막는 것이 가능하게 된다. 따라서, 접착층을 통해 각 프리즘(231, 232, 233)을 접합했을 경우와 비교하여, 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(3-2. 변형예 2)
도 5는, 본 개시의 변형예 2에 관한 광원 장치(2B)의 구성예를 나타낸 것이다. 상술한 여기광(EL)이 투과하는 것에 의한 접착층의 열화는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 프리즘(231)과, 프리즘(232, 233)을 접합하는 접착층(234)의 양측에 PBS막(231A, 231B)을 설치함으로써 막을 수 있다.
이러한 편광 분리 소자(23)는, 예를 들면, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다. 먼저, 프리즘(231)의 면(231S1)에 PBS막(231A)을 제막한다. 또한, 프리즘(232)의 다이크로익 PBS막(232A)이 제막된 면(232S2)과 프리즘(233)의 면(233S2)을 접착층(235)을 통해 접합한 후, 프리즘(232)의 면(232S1) 및 프리즘(233)의 면(233S1)에 연속하는 PBS막(231B)을 제막한다. 그 후, PBS막(231A)이 제막된 프리즘(231)의 면(231S1)과, PBS막(231B)이 제막된 프리즘(232) 및 프리즘(233)의 면(232S1), 면(233S1)을 대향 배치하고, 예를 들면 일방에 접착층(234)을 도포하여 접합한다. 이에 의해, 접착층(234)이 PBS막(231A)과 PBS막(231B)으로 끼워져 있는 편광 분리 소자(23)가 완성된다.
이와 같이, 본 변형예의 광원 장치(2B)에서는, 프리즘(231)과 프리즘(232) 및 프리즘(233)을 접합하는 접착층(234)의 양측에 PBS막(231A, 231B)을 설치하도록 했기 때문에, 광원부(11)로부터 출사된 여기광(EL)은 접착층(234)을 투과하지 않고, 파장 변환부(12)를 향해 반사되게 된다. 따라서, 접착층(234)의 열화를 저감시키는 것이 가능하게 된다.
(3-3. 변형예 3)
도 6은, 본 개시의 변형예 3에 관한 광원 장치(2C)의 구성예를 나타낸 것이다. 상기 변형예 2에서는, 접착층(234)의 열화는 저감되기는 하지만, 프리즘(232)과 프리즘(233)을 접합하는 접착층(235)은, 여기광(EL)이 투과하기 때문에 열화할 우려가 있다.
이 때문에, 프리즘(232)과 프리즘(233)은 접합하지 않고, 프리즘(231)의 면(231S1)에 프리즘(232)의 면(232S1) 및 프리즘(233)의 면(233S1)을, 접착층(234)을 통해 접합함으로써, 각 프리즘(231, 232, 233)을 일체화하도록 해도 된다. 이 때는, 프리즘(232)과 프리즘(233)의 대향하는 면(232S2)과 면(233S2)의 사이에 공극을 설치하도록 해도 된다.
이에 의해, 프리즘(232)과 프리즘(233)을 접착층(예를 들면, 접착층(235))을 통해 접합한 경우와 비교하여, 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
<4. 제3 실시형태>
도 7은, 본 개시의 제3 실시형태에 관한 광원 장치(광원 장치(3))의 구성예를 나타낸 것이다. 광원 장치(3)는, 상기 광원 장치(1)와 마찬가지로, 예를 들면, 후술하는 투사형 표시 장치(투사형 표시 장치(5))의 조명으로서 사용되는 것이다. 본 실시형태의 광원 장치(3)는, 파장 변환부(12)와 편광 분리 소자(13, 14)의 사이에 편광 변환 소자(17)를 설치한 점이, 상기 제1 실시형태와는 다르다.
편광 변환 소자(17)는, 입사광의 편광 상태를 교란하여 출사하는 것이다. 구체적으로는, 편광 변환 소자(17)는, 편광 분리 소자(13)의 면(13S1) 및 편광 분리 소자(14)의 면(14S1)에서 2회 반사되어 파장 변환부(12)로 돌아가는 S편광의 형광(FL)(황색광(Ys))의 편광 상태를 교란하여 일부를 P편광으로 변환함으로써, 편광 분리 소자(13, 14)에 있어서 형광(FL)을 효율적으로 투과시키기 위한 것이다. 편광 변환 소자(17)는, 예를 들면, 편광 분리 소자(13, 14)와 집광 광학계(16)의 사이에 배치된다.
편광 변환 소자(17)로서는, 예를 들면, 수정판 등의 편광 해소 소자나 편광 해소 필름을 사용할 수 있다. 그 밖에, 편광 변환 소자(17)로서, 예를 들면 1/4λ판이나, 1/4λ+α의 위상차를 낳는 위상차판을 사용할 수 있다. 예를 들면, 편광 변환 소자(17)로서 1/4λ판을 사용한 경우에는, 편광 분리 소자(13)의 면(13S1)에서 반사된 S편광의 형광(FL)(황색광(Ys))은, 원편광으로 변환되어 파장 변환부(12)를 향해 출사되고, 파장 변환부(12)에서 반사되어 다시 1/4λ판을 통과할 때에 직선 편광으로 변환된다. 그 중 P편광의 형광(FL)(황색광(Yp))은, 편광 분리 소자(13)를 투과하여 조명 광학계(300)에 가이드된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 파장 변환부(12)와 편광 분리 소자(13, 14)의 사이, 구체적으로는, 편광 분리 소자(13, 14)와 집광 광학계(16)의 사이에 편광 변환 소자(17)를 설치하도록 했기 때문에, 편광 분리 소자(13)에서 형광(FL)을 효율적으로 투과시킬 수 있다. 이에 의해, 형광(FL)을 어시스트 광과 효율적으로 합파시킬 수 있게 되고, 편광이 정렬된 광 취출 효율을 더욱 향상시키는 것이 가능하게 된다.
한편, 본 실시형태에서는, 편광 변환 소자(17)를 별도 배치한 예를 나타냈지만, 예를 들면, 집광 광학계(16)를 구성하는 렌즈를, 예를 들면 복굴절을 가지는 콜리메이터 초재를 사용하여 구성함으로써, 편광 변환 소자로서의 기능을 부가할 수 있다. 이에 의해, 광원 장치의 부품 개수를 억제하면서, 편광이 정렬된 광 취출 효율을 더욱 향상시키는 것이 가능하게 된다.
<5.제4 실시형태>
도 8은, 본 개시의 제4 실시형태에 관한 광원 장치(광원 장치(4))의 구성예를 나타낸 것이다. 광원 장치(4)는, 상기 광원 장치(1)와 마찬가지로, 예를 들면, 후술하는 투사형 표시 장치(투사형 표시 장치(5))의 조명으로서 사용되는 것이다. 본 실시형태의 광원 장치(4)는, 파장 변환부(22)를 구성하는 지지 기판(221)의 배면으로부터 형광체층(222)에 대해 여기광(EL)을 더 조사한 점이 상기 제1 실시형태와는 다르다.
광원 장치(4)에서는, 상기 제1 실시형태와 마찬가지로, 광원부(11)와 광원부(15)가 일 방향(예를 들면, X축 방향)을 따라 대향 배치되어 있고, 파장 변환부(22)는, 광원부(11) 및 광원부(15)의 배열 방향(X축 방향)에 대해, 예를 들면 대략 직교 방향(예를 들면, Y축 방향)으로 배치되어 있다. 편광 분리 소자(13)는, 광원부(11)와 광원부(15)의 사이에, 예를 들면 Y축 방향에 대해 대향하는 면(13S1) 및 면(13S2)이 대략 45°의 각도가 되도록 배치되어 있다. 편광 분리 소자(14)는, 편광 분리 소자(13)의 면(13S1)측에, 예를 들면, 대향하는 면(14S1) 및 면(14S2)과 편광 분리 소자(13)의 면(13S1)이, 서로 대략 직각을 이루도록 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 나아가, 여기광(EL)을 출사하는 광원부(21)가, Y축 방향을 따라, 파장 변환부(22)의 배면측에 배치되어 있다. 광원부(21)와 파장 변환부(22)의 사이에는, 예를 들면, 색 분리 소자(18) 및 렌즈(19)가 배치되어 있다.
광원부(21)는, 광원부(11)와 마찬가지로, 하나 또는 복수의 광원(211)과, 각각의 광원(211)에 대향 배치된 렌즈(212)를 가진다. 광원(211)은, 파장 변환부(22)의 형광체층(222)에 포함되는 형광체 입자를 여기하기 위한 것으로, 예를 들면 LD를 사용할 수 있다. 이 밖에, LED를 사용해도 된다.
파장 변환부(22)는, 광원부(21)로부터 출사된 광(여기광(EL))을 파장 영역이 다른 광(형광(FL))으로 변환하여 출사하는 것이며, 본 개시의 “파장 변환부”의 일 구체예에 상당한다. 파장 변환부(22)는, 예를 들면, 광투과성을 가지는 지지 기판(221)에 형광체층(222)이 설치되어 있고, 지지 기판(221)의 형광체층(222)이 형성된 면과는 반대측의 면, 예를 들면, 광원부(21)와 대향하는 면에 색 분리 소자(18)가 설치되어 있다.
색 분리 소자(18)는, 예를 들면 다이크로익 미러를 포함하여 구성되고, 입사광을 파장 영역에 기초하여 분리하는 것이다. 구체적으로는, 색 분리 소자(18)는, 여기광(EL)을 투과하고, 형광(FL)을 반사하도록 구성되어 있다.
한편, 도 8에서는, 색 분리 소자(18)를 지지 기판(221)과 일체 형성한 예를 나타냈지만, 색 분리 소자(18)는, 파장 변환부(22)와는 별도로 배치하도록 해도 된다.
렌즈(19)는, 예를 들면, 집광 광학계(16)와 마찬가지로, 하나 또는 복수의 렌즈에 의해 구성되어 있고, 예를 들면, 콜리메이트 렌즈를 포함하여 구성되어 있다. 렌즈(19)는, 광원부(21)와 파장 변환부(22)의 사이에 배치되어, 여기광(EL)을 소정의 스폿 직경으로 집광하여 형광체층(222)으로 입사시키는 것이다.
이와 같이, 전면 및 배면의 양 방향으로부터 형광체층(222)에 대해 여기광(EL)을 조사하도록 해도 된다. 전면 및 배면의 양 방향으로부터 여기광(EL)을 조사함으로써, 일 방향으로부터 여기광(EL)을 조사하는 경우와 비교하여, 휘도 포화 현상에 의한 파장 변환부(22)의 변환 효율 저하가 저감되어, 광원의 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 고휘도화를 실현하는 것이 가능하게 된다.
<6. 적용예>
<적용예 1>
도 9는, 적용예 1에 관한 투사형 표시 장치(투사형 표시 장치(5))의 전체 구성을 나타내는 기능 블록도이다. 이 투사형 표시 장치(5)는, 예를 들면 스크린(68)(투사면)에 화상을 투사하는 표시 장치이다. 투사형 표시 장치(5)는, 예를 들면, 도시하지 않는 PC 등의 컴퓨터나 각종 화상 플레이어 등의 외부의 화상 공급 장치에, I/F(인터페이스)를 통해 접속되어 있고, 이 인터페이스에 입력되는 화상 신호에 기초하여, 스크린(68)에의 투영을 행하는 것이다.
투사형 표시 장치(5)는, 예를 들면, 광원 구동부(51)와, 광원 장치(1)와, 광변조 장치(52)와, 투영 광학계(53)와, 화상 처리부(54)와, 프레임 메모리(55)와, 패널 구동부(56)와, 투영 광학계 구동부(57)와, 제어부(50)를 구비하고 있다.
광원 구동부(51)는, 광원 장치(1)에 배치된 광원(광원(111) 및 광원(151))의 발광 타이밍을 제어하기 위한 신호를 출력하는 것이다. 이 광원 구동부(51)는, 예를 들면 도시하지 않는 PWM 설정부, PWM 신호 생성부 및 리미터 등을 구비하고 있고, 제어부(50)의 제어에 기초하여, 광원 장치(1)의 광원 드라이버를 제어하고, 광원(111) 및 광원(151)을 PWM 제어함으로써, 광원(111) 및 광원(151)의 점등 및 소등, 혹은 휘도의 조정을 행하는 것이다.
광원 장치(1)는, 특별히 도시하고 있지 않지만, 상기 제1 실시형태에서 설명한 구성 요소 외에, 예를 들면, 광원(111) 및 광원(151)을 각각 구동하는 광원 드라이버와, 광원(111) 및 광원(151)을 구동할 때의 전류값을 각각 설정하는 전류값 설정부를 구비하고 있다. 광원 드라이버는, 도시하지 않는 전원 회로로부터 공급되는 전원에 기초하여, 광원 구동부(51)로부터 입력되는 신호에 동기하여, 전류값 설정부가 설정한 전류값을 가지는 전류를 생성한다. 생성된 전류는, 광원(111) 및 광원(151)에 각각 공급된다.
광 변조 장치(52)는, 화상 신호에 기초하여, 광원 장치(1)로부터 출력된 광(조명광)을 변조하여 화상광을 생성하는 것이다. 광 변조 장치(52)는, 예를 들면, 후술하는 RGB의 각 색에 대응한 3장의 투과형 또는 반사형의 라이트 밸브를 포함하여 구성되어 있다. 예를 들면, 청색광(B)을 변조하는 액정 패널, 적색광(R)을 변조하는 액정 패널 및 녹색광(G)을 변조하는 액정 패널을 들 수 있다. 반사형 액정 패널로서는, 예를 들면 LCOS(Liquid Crystal On Silicon) 등의 액정 소자를 사용할 수 있다. 단, 광 변조 장치(52)에는, 액정 소자에 한정되지 않고, 다른 광변조 소자, 예를 들면 DMD(Digital Micromirror Device) 등이 사용되어도 된다. 광 변조 장치(52)에 의해 변조된 RGB의 각 색광은, 도시하지 않는 크로스 다이크로익 프리즘 등에 의해 합성되어, 투영 광학계(53)로 가이드된다.
투영 광학계(53)는, 광변조 장치(52)에 의해 변조된 광을 스크린(68) 상에 투사하여 결상시키기 위한 렌즈군 등을 포함하는 것이다.
화상 처리부(54)는, 외부에서 입력된 화상 신호를 취득하고, 화상 사이즈의 판별, 해상도의 판별 및 정지 화상인지 동영상인지의 판별 등을 행하는 것이다. 동영상인 경우에는, 프레임 레이트 등의 화상 데이터의 속성 등에 대해서도 판정한다. 또한, 취득한 화상 신호의 해상도가, 광변조 장치(52)의 각 액정 패널의 표시 해상도와 다른 경우에는, 해상도 변환 처리를 행한다. 화상 처리부(54)는, 이들 각 처리 후의 화상을, 프레임마다 프레임 메모리(55)에 전개함과 함께, 프레임 메모리(55)에 전개한 프레임마다의 화상을 표시 신호로서 패널 구동부(56)에 출력한다.
패널 구동부(56)는, 광변조 장치(52)의 각 액정 패널을 구동하는 것이다. 이 패널 구동부(56)의 구동에 의해, 각 액정 패널에 배치된 각 화소에 있어서의 광의 투과율이 변화되고, 화상이 형성된다.
투영 광학계 구동부(57)는, 투영 광학계(53)에 배치된 렌즈를 구동하는 모터를 포함하여 구성되어 있다. 이 투영 광학계 구동부(57)는, 제어부(50)의 제어에 따라, 예를 들면 투영 광학계(53)를 구동하고, 예를 들면 줌 조정, 포커스 조정 및 조리개 조정 등을 행하는 것이다.
제어부(50)는, 광원 구동부(51), 화상 처리부(54), 패널 구동부(56) 및 투영 광학계 구동부(57)를 제어하는 것이다.
이 투사형 표시 장치(5)에서는, 예를 들면, 상술한 광원 장치(1)를 구비함으로써, 장치 전체의 간이화 및 소형화를 실현할 수 있다.
(투사형 표시 장치의 구성예 1)
도 10은, 투사형 표시 장치(5)를 구성하는 광학계의 전체 구성의 일 예(투사형 표시 장치(5A))를 나타낸 개략도이다. 투사형 표시 장치(5A)는, 반사형의 액정 패널(Liquid Crystal Display:LCD)에 의해 광변조를 행하는 반사형 3LCD 방식의 투사형 표시 장치이다.
투사형 표시 장치(5A)는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 광원 장치(1)와, 조명 광학계(300)와, 화상 형성부(400)와, 투영 광학계(500)를 순서대로 구비하고 있다.
조명 광학계(300)는, 예를 들면, 광원 장치(1)에 가까운 위치로부터 플라이아이 렌즈(310)(310A, 310B)와, 편광 변환 소자(320)와, 렌즈(330)와, 다이크로익 미러(340A, 340B)와, 반사 미러(350A, 350B)와, 렌즈(360A, 360B)와, 다이크로익 미러(370)와, 편광판(380A~380C)을 가지고 있다.
플라이아이 렌즈(310)(310A, 310B)는, 광원 장치(1)로부터의 조명광의 조도 분포의 균질화를 도모하는 것이다. 편광 변환 소자(320)는, 입사광의 편광축을 소정 방향으로 정렬하도록 기능하는 것이다. 예를 들면, 랜덤 편광의 광을 P편광으로 변환한다. 렌즈(330)는, 편광 변환 소자(320)로부터의 광을 다이크로익 미러(340A, 340B)를 향해 집광한다. 다이크로익 미러(340A, 340B)는, 소정의 파장 영역의 광을 선택적으로 반사하고, 그 이외의 파장 영역의 광을 선택적으로 투과시키는 것이다. 예를 들면, 다이크로익 미러(340A)는, 주로 적색광(Lr) 및 녹색광(Lg)을 반사 미러(350A)의 방향으로 반사시킨다. 또한, 다이크로익 미러(340B)는, 주로 청색광(Lb)을 반사 미러(350B)의 방향으로 반사시킨다. 반사 미러(350A)는, 다이크로익 미러(340A)로부터의 광(주로 적색광(Lr) 및 녹색광(Lg))을 렌즈(360A)를 향해 반사하고, 반사 미러(350B)는, 다이크로익 미러(340B)로부터의 광(주로 청색광(Lb))을 렌즈(360B)를 향해 반사한다. 렌즈(360A)는, 반사 미러(350A)로부터의 광(주로 적색광(Lr) 및 녹색광(Lg))을 투과하여, 다이크로익 미러(370)에 집광시킨다. 다이크로익 미러(370)는, 녹색광(Lg)을 선택적으로 편광판(380C)을 향해 반사시킴과 동시에 그 이외의 파장 영역의 광을 선택적으로 투과시키는 것이다. 편광판(380A~380C)은, 소정 방향의 편광축을 가지는 편광자를 포함하고 있다. 예를 들면, 편광 변환 소자(320)에서 P편광으로 변환되어 있는 경우, 편광판(380A~380C)은 P편광의 광을 투과하고, S편광의 광을 반사한다.
화상 형성부(400)는, 반사형 편광판(410A~410C)과, 반사형 액정 패널(420A~420C)(광 변조 소자)과, 다이크로익 프리즘(430)을 가진다.
반사형 편광판(410A~410C)은, 각각, 편광판(380A~380C)으로부터의 편광광의 편광축과 같은 편광축의 광(예를 들면, P편광)을 투과하고, 그 이외의 편광축의 광(S편광)을 반사하는 것이다. 구체적으로는, 반사형 편광판(410A)은, 편광판(380A)으로부터의 P편광의 적색광(Lr)을 반사형 액정 패널(420A)의 방향으로 투과시킨다. 반사형 편광판(410B)은, 편광판(380B)으로부터의 P편광의 청색광(Lb)을 반사형 액정 패널(420B)의 방향으로 투과시킨다. 반사형 편광판(410C)은, 편광판(380C)으로부터의 P편광의 녹색광(Lg)을 반사형 액정 패널(420C)의 방향으로 투과시킨다. 또한, 반사형 편광판(410A)은, 반사형 액정 패널(420A)로부터의 S편광의 적색광(Lr)을 반사하여 다이크로익 프리즘(430)에 입사시킨다. 반사형 편광판(410B)은, 반사형 액정 패널(420B)로부터의 S편광의 청색광(Lb)을 반사하여 다이크로익 프리즘(430)에 입사시킨다. 반사형 편광판(410C)은, 반사형 액정 패널(420C)로부터의 S편광의 녹색광(Lg)을 반사하여 다이크로익 프리즘(430)에 입사시킨다.
반사형 액정 패널(420A~420C)은, 각각, 적색광(Lr), 청색광(Lb) 또는 녹색광(Lg)의 공간 변조를 행하는 것이다.
다이크로익 프리즘(430)은, 입사되는 적색광(Lr), 청색광(Lb) 및 녹색광(Lg)을 합성하여, 투영 광학계(500)를 향해 출사하는 것이다.
투영 광학계(500)는, 예를 들면, 복수의 렌즈 등을 가진다. 투영 광학계(500)는, 화상 형성부(400)로부터의 출사광을 확대해 스크린(600) 등에 투사한다.
(투사형 표시 장치의 구성예 2)
도 11은, 투사형 표시 장치(5)를 구성하는 광학계의 전체 구성의 다른 예(투사형 표시 장치(5B))를 나타낸 개략도이다. 투사형 표시 장치(5B)는, 투과형의 액정 패널(LCD)에 의해 광변조를 행하는 투과형 3LCD방식의 투사형 표시 장치이다.
투사형 표시 장치(5B)는, 예를 들면, 광원 장치(1)와, 조명 광학계(710) 및 화상 생성부(730)를 가지는 화상 생성 시스템(700)과, 투영 광학계(500)를 순서대로 구비하고 있다.
조명 광학계(710)는, 예를 들면, 인테그레이터 소자(711)와, 편광 변환 소자(712)와, 집광 렌즈(713)를 가진다. 인테그레이터 소자(711)는, 2차원으로 배열된 복수의 마이크로 렌즈를 가지는 제1 플라이아이 렌즈(711A) 및 그 각 마이크로 렌즈에 하나씩 대응하도록 배열된 복수의 마이크로 렌즈를 가지는 제2 플라이아이 렌즈(711B)를 포함하고 있다.
광원 장치(1)로부터 인테그레이터 소자(711)에 입사하는 광(평행광)은, 제1 플라이아이 렌즈(711A)의 마이크로 렌즈에 의해 복수의 광속으로 분할되고, 제2 플라이아이 렌즈(711B)에 있어서의 대응하는 마이크로 렌즈에 각각 결상된다. 제2 플라이아이 렌즈(711B)의 마이크로 렌즈의 각각이, 2차 광원으로서 기능하여, 휘도가 정렬된 복수의 평행광을, 편광 변환 소자(712)에 입사광으로서 조사한다.
인테그레이터 소자(711)는, 전체로서, 광원 장치(1)로부터 편광 변환 소자(712)에 조사되는 입사광을, 균일한 휘도 분포로 정돈하는 기능을 가진다.
편광 변환 소자(712)는, 인테그레이터 소자(711) 등을 통해 입사하는 입사광의 편광 상태를 정렬하는 기능을 가진다. 이 편광 변환 소자(712)는, 예를 들면, 광원 장치(1)의 출사측에 배치된 렌즈 등을 통해, 청색광(Lb), 녹색광(Lg) 및 적색광(Lr)을 포함하는 출사광을 출사한다.
조명 광학계(710)는, 나아가, 다이크로익 미러(714) 및 다이크로익 미러(715), 미러(716), 미러(717) 및 미러(718), 릴레이 렌즈(719) 및 릴레이 렌즈(720), 필드 렌즈(721R), 필드 렌즈(721G) 및 필드 렌즈(721B), 화상 생성부(730)로서의 액정 패널(731R, 731G 및 731B), 다이크로익 프리즘(732)을 포함하고 있다.
다이크로익 미러(714) 및 다이크로익 미러(715)는, 소정의 파장 영역의 색광을 선택적으로 반사하고, 그 이외의 파장 영역의 광을 투과시키는 성질을 가진다. 예를 들면, 다이크로익 미러(714)는, 적색광(Lr)을 선택적으로 반사한다. 다이크로익 미러(715)는, 다이크로익 미러(714)를 투과한 녹색광(Lg) 및 청색광(Lb) 중, 녹색광(Lg)을 선택적으로 반사한다. 남은 청색광(Lb)이, 다이크로익 미러(715)를 투과한다. 이에 의해, 광원 장치(1)로부터 출사된 광(예를 들면 백색의 합파광(Lw))이, 다른 색의 복수의 색광으로 분리된다.
분리된 적색광(Lr)은, 미러(716)에 의해 반사되고, 필드 렌즈(721R)를 통과함으로써 평행화된 후, 적색광의 변조용 액정 패널(731R)에 입사한다. 녹색광(Lg)은, 필드 렌즈(721G)를 통과함으로써 평행화된 후, 녹색광의 변조용 액정 패널(731G)에 입사한다. 청색광(Lb)은, 릴레이 렌즈(719)를 통과하여 미러(717)에 의해 반사되고, 나아가 릴레이 렌즈(720)를 통과하여 미러(718)에 의해 반사된다. 미러(718)에 의해 반사된 청색광(Lb)은, 필드 렌즈(721B)를 통과함으로써 평행화된 후, 청색광(Lb)의 변조용 액정 패널(731B)에 입사한다.
액정 패널(731R, 731G 및 731B)은, 화상 정보를 포함한 화상 신호를 공급하는 도시하지 않은 신호원(예를 들면, PC 등)과 전기적으로 접속되어 있다. 액정 패널(731R, 731G 및 731B)은, 공급되는 각 색의 화상 신호에 기초하여 입사광을 화소마다 변조하여, 각각 적색 화상, 녹색 화상 및 청색 화상을 생성한다. 변조된 각 색의 광(형성된 화상)은, 다이크로익 프리즘(732)에 입사되어 합성된다. 다이크로익 프리즘(732)은, 3개의 방향으로부터 입사된 각 색의 광을 중첩하여 합성하고, 투영 광학계(500)를 향해 출사한다.
투영 광학계(500)는, 예를 들면, 복수의 렌즈 등을 가진다. 투영 광학계(500)는, 화상 생성 시스템(700)으로부터의 출사광을 확대해 스크린(600)에 투사한다.
<적용예 2>
도 12는, 적용예 2에 관한 표시 시스템의 구성을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 13은, 적용예 2에 관한 표시 시스템의 기능 구성을 나타낸 것이다. 이 표시 시스템은, 손목밴드형 단말(손목밴드형 정보 처리 장치)(8)과, 스마트폰(외부 장치)(6)을 구비하고 있다.
스마트폰(6)은, 예를 들면 손목밴드형 단말(8)과 연계하여 동작하는 정보 처리 장치이며, 손목밴드형 단말(8)에 대해, 투영 또는 표시시키기 위한 화상을 송신함과 동시에, 사용자 조작을 나타내는 정보를 수신하는 기능을 가지고 있다. 구체적으로는, 스마트폰(6)은, 손목밴드형 단말(8)에 대해, 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 나타내는 화상을 송신하고, 그 GUI에 대한 사용자 조작 신호를 수신한다. 그리고, 스마트폰(6)은, 수신한 사용자 조작에 따른 처리를 행하고, 그 처리에 따라 갱신한 GUI를 나타내는 화상을 손목밴드형 단말(8)에 송신한다.
한편, 손목밴드형 단말(8)과 연계하여 동작하는 외부 장치로서는, 스마트폰에 한하지 않고, 다른 정보처리장치, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라, PDA(Personal Digital Assistants), PC(Personal Computer), 노트북, 태블릿 단말, 휴대전화 단말, 휴대용 음악 재생 장치, 휴대용 영상 처리 장치 또는 휴대용 게임기기 등이어도 된다.
손목밴드형 단말(8)은, 예를 들면, 표시부(810)와, 상기 실시형태 등의 광원 장치(예를 들면, 광원 장치(1))를 구비한 투사형 표시 장치(5)를 가지고 있고, 밴드부(7a)에 의해 사용자의 손목 등에 장착되어 사용되는 것이다. 밴드부(7a)는, 손목 시계용 밴드와 마찬가지로, 예를 들면 피혁이나 금속, 섬유, 고무 등으로 구성되어 있다.
이 손목밴드형 단말(8)은, 나아가, 예를 들면 도 13에 나타낸 바와 같이, 제어부(820), 통신부(830), 촬상부(840), 조작부(850) 및 센서부(860)를 가지고 있다. 또한, 손목밴드형 단말(8)은, 스마트폰(6)과 무선 통신에 의해 접속되어 있고, 스마트폰(6)과 연계하여 동작하는 것이다. 예를 들면, 사용자의 의복의 포켓 등에 들어 있는 스마트폰(6)으로부터 수신한 화상을, 표시부(810)에 표시하거나, 투사형 표시 장치(5)를 사용해 사용자의 손바닥 등에 투영하거나 할 수 있다.
표시부(810)는, 제어부(820)에 의한 제어에 기초하여, 화상(정지화상 또는 동영상)의 표시를 행하는 것이며, 예를 들면 LCD 또는 OLED(Organic Light-Emitting Diode) 등을 포함하여 구성되어 있다. 이 표시부(810)는, 예를 들면 조작부(850)와 일체적으로 구성되어, 소위 터치 패널로서 기능한다.
통신부(830)는, 스마트폰(6)과의 사이에서 신호(화상 신호 및 사용자 조작 신호 등)의 송수신을 행하는 것이다. 통신 방식으로서는, 예를 들면, 무선, Bluetooth(등록상표), WiHD(Wireless High Definition), WLAN(Wireless Local Area Network), Wi-Fi(Wireless Fidelity: 등록상표), NFC(Near Field communication), 적외선통신 등의 방식을 들 수 있다. 또한, 그 밖에도, 3G/LTE(Long Term Evolution) 또는 밀리파 대역의 전파를 사용한 통신이 행하여져도 된다.
촬상부(840)는, 예를 들면, 촬상 렌즈, 조리개, 줌 렌즈 및 포커스 렌즈 등을 포함하는 렌즈부와, 렌즈부를 구동하여 포커스 동작이나 줌 동작을 행하게 하는 구동부와, 렌즈부를 통해 얻어진 촬상광에 기초하여 촬상 신호를 생성하는 고체 촬상 소자를 가지는 것이다. 고체 촬상 소자는, 예를 들면 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등으로 구성되어 있다. 촬상부(840)는, 디지털 신호로 된 촬영 화상의 데이터를, 제어부(820)에 출력한다.
조작부(850)는, 사용자로부터의 입력 신호(사용자 조작 신호)를 수취하는 기능을 가진다. 이 조작부(850)는, 예를 들면, 버튼, 터치 센서, 트랙볼 등에 의해 구성되어 있다. 여기에서는, 조작부(850)는, 표시부(810)와 일체적으로 구성됨으로써, 터치 패널로서 기능한다. 이 조작부(850)는, 입력된 사용자 조작 신호를, 제어부(820)에 출력한다.
센서부(860)는, 사용자의 동작이나 상태에 관한 정보를 취득하는 기능을 가지는 것이다. 예를 들면, 센서부(860)는, 사용자의 얼굴이나 눈, 또는 손목밴드형 단말(8)이 장착된 손을 촬상 대상으로 하는 카메라를 구비하고 있다. 그 밖에도, 센서부(860)는, 예를 들면, 깊이 검출 기능을 가진 카메라, 마이크, GPS, 적외선 센서, 광선 센서, 근전 센서, 신경 센서, 맥박 센서, 체온 센서, 자이로 센서, 가속도 센서 또는 터치 센서 등을 구비하고 있어도 된다. 이들 중, 근전 센서, 신경 센서, 맥박 센서 및 체온 센서는, 밴드부(7a)에 설치되어도 된다. 이러한 센서부(860)는, 사용자의 손에 가까운 위치에서 센싱을 행할 수 있기 때문에, 손의 움직임을 정밀하게 검출할 수 있다. 센서부(860)는, 사용자의 동작이나 상태를 센싱하고, 그 센싱 결과를 나타내는 정보를, 제어부(820)에 출력한다.
　제어부(820)는, 연산 처리 장치 및 제어 장치로서 기능하고, 각종 프로그램에 따라 손목밴드형 단말(8) 내의 동작 전반을 제어하는 것이다. 제어부(820)는, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit) 또는 마이크로프로세서에 의해 구성되어 있다. 이 제어부(820)는, 사용하는 프로그램이나 연산 파라미터 등을 기억하는 ROM(Read Only Memory), 및 적절히 변화되는 파라미터 등을 일시 기억하는 RAM(Random Access Memory) 등을 포함하고 있어도 된다.
이 제어부(820)는, 예를 들면 인식부(821) 및 검출부(822)를 가지고 있고, 이에 의해, 제스처 입력이 가능하게 되어 있다. 인식부(821)는, 밴드부(7a)가 장착된 사용자의 손 움직임을 인식하는 기능을 가진다. 구체적으로는, 인식부(821)는, 센서부(860)로부터 입력된 화상(예를 들면, 사용자의 손을 촬상한 화상)을 사용한 화상 인식 및 모션 인식 등에 의해, 손의 움직임을 인식한다. 제어부(820)는, 인식부(821)에 의한 인식 결과에 기초하여, 화면 천이 등의 각종 처리를 행한다. 검출부(822)는, 투사형 표시 장치(5)에 의한 투영 화상(Y1)에 대한 사용자 조작을 검출하는 기능을 가진다. 예를 들면, 검출부(822)는, 투영 화상에 대한 플릭(flick)이나 터치 등의 사용자 조작을 검출한다. 제어부(820)는, 검출부(822)에 의해 검출된 사용자 조작을 나타내는 정보를 스마트폰(6)에 송신하고, 스마트폰(6)에 의해 사용자 조작에 따른 처리가 행해진다. 이에 의해, 손목밴드형 단말(8)에서는, 스마트폰(6)의 터치 패널에 대해 행하는 조작(플릭이나 터치 등)을 한 경우와 마찬가지의 기능(화면 천이 등)을, 표시부(810) 또는 사용자의 손에서 실행할 수 있다. 예를 들면, 사용자가 투영 화상(Y1)에 대해 상하로 플릭하면, 투영 화상(Y1)이 스크롤하는 기능을 실행하는 것이 가능하다.
한편, 도 12에 나타낸 예에서는, 스마트폰(6)에서 GPS(Global Positioning System) 기능을 사용하여 생성된 지도 화상이, 표시부(810)에 표시됨과 함께, 투영 화상(Y1)으로서 투영되고 있다. 손목밴드형 단말(8)에서는, 휴대성의 실현을 위해, 표시부(810)의 물리적인 크기에 한계가 있어, 사용자가 표시부(810)의 표시 화상을 보기 힘든 경우가 있다. 이러한 경우에, 투사형 표시 장치(5)를 사용하여, 화상을 예를 들면 스마트폰(6)과 동등한 인치 사이즈로 확대해 손에 투영함으로써, 화상의 시인성을 높일 수 있다. 또한, 스마트폰(6)을 포켓이나 가방 등에 넣은 채로, 스마트폰(6)으로부터 수신한 화상을 손 위에서 볼 수 있으므로, 사용성의 향상으로 이어진다.
상기와 같은 표시 시스템에 있어서, 광원 장치(1)의 조명광의 색 밸런스를 조정하는 경우나, 센서부(860)에서 적외선을 이용하는 경우 등에 있어서, 상기 실시형태 등의 광원 장치(예를 들면, 광원 장치(1))를 바람직하게 사용할 수 있다.
(적용예 3)
도 14는, 적용예 3에 관한 표시 시스템의 구성을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 표시 시스템은, 상기 실시형태 등의 광원 장치(예를 들면, 광원 장치(1))를 구비한 투사형 표시 장치(5)와, 레이저 포인터(910)와, 투영용의 컨텐츠를 투사형 표시 장치(5)에 출력하는 PC(920)를 구비한 것이다. 투영용의 컨텐츠란, 도표, 문장, 그 밖의 다양한 그래픽 화상이나, 지도 혹은 웹 사이트 등이다.
레이저 포인터(910)는, 사용자에 의한 조작 버튼(910a)의 누름 조작에 따라, 레이저광(비가시광 또는 가시광)을 조사하는 기능을 가지는 것이다. 사용자는, 레이저 포인터(910)를 사용하여, 스크린(930)에 투영된 화상 위에 레이저광을 조사하고, 예를 들면, 조사 위치(P)를 설명 위치에 맞추어 지시하면서 프레젠테이션을 행할 수 있다.
PC(920)는, 투영용의 화상 데이터를 생성하고, 이 화상 데이터를 투사형 표시 장치(5)에 유선 또는 무선에 의해 송신하고, 투영 제어를 행하는 것이다. 도 14에서는, 일례로서 노트형 PC를 나타내고 있지만, 이 PC(920)는 노트형 PC에 한정되지 않고, 데스크톱형 PC나, 네트워크(클라우드) 상의 서버여도 된다.
이 적용예에서는, 투사형 표시 장치(5)는, PC(920)로부터 수신한 화상을, 스크린(930)에 투영함과 함께, 투영 화상 위로의 레이저 포인터(910)에 의한 조사를 인식하기 위한 촬상부를 가진다. 촬상부에서는, 스크린(930) 상에 조사된 레이저광(비가시광 또는 가시광)을 사용한 검출이 가능하다. 이 촬상부는, 투사형 표시 장치(5)에 내장되어 있어도 되고, 외장되어도 된다. 투사형 표시 장치(5)에 있어서, 상기 실시형태 등의 광원 장치(예를 들면, 광원 장치(1))가 사용됨으로써, 상술한 바와 같이 복수 파장의 합성광을 1종의 광원을 사용하여 출력 가능하게 된다. 이에 의해, 투영용의 광원과 촬상용의 광원을 각각 따로따로 설치할 필요가 없어, 장치 전체의 간이화 및 컴팩트화를 실현할 수 있다.
이상, 제1∼제4 실시형태 및 변형예 1∼3 및 적용예를 들어 설명했지만, 본 개시는 상기 실시형태 등에 한정되는 것이 아니고, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태 등에서는, 광원부(11) 및 광원부(15)를, 적색광, 녹색광 및 청색광 등의 가시광 혹은 UV를 발진하는 레이저를 사용한 예를 나타냈지만, 예를 들면 적외 영역의 광(infrared ray:IR) 등을 사용해도 된다.
또한, 상기 실시형태 등에 있어서 예시한 광학계의 구성 요소(예를 들면, 광원부(11, 15), 파장 변환부, 편광 분리 소자(13, 14), 집광 광학계(16) 등)의 배치 및 수 등은, 어디까지나 일 예이며, 모든 구성 요소를 구비할 필요는 없고, 또한, 다른 구성 요소를 더 구비하고 있어도 된다.
나아가, 상기 실시형태 등의 광원 장치(예를 들면, 광원 장치(1))의 적용예로서 설명한 투사형 표시 장치 및 표시 시스템은 일 예이며, 상술한 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 적외선을 사용한 나이트 비전(night vision) 장치(나이트 비전 시스템)에도, 본 개시의 광원 장치는 적용 가능하다.
나아가, 본 개시에 관한 투사형 표시 장치로서, 상기 투사형 표시 장치(5)(5A, 5B) 이외의 장치가 구성되어도 된다. 또한 투사형 표시 장치가 아닌 장치에 본 개시에 관한 광원 장치가 사용되어도 된다. 예를 들면, 본 개시의 광원 장치(1)는, 조명 용도로서 사용해도 되고, 예를 들면, 자동차의 헤드 램프나 라이트업용의 광원에 적용 가능하다.
한편, 본 명세서 중에 기재된 효과는 어디까지나 예시이며 그 기재에 한정되는 것은 아니고, 다른 효과가 있어도 된다.
본 기술은 이하와 같은 구성을 취하는 것도 가능하다. 이하의 구성의 본 기술에 의하면, 제1 광원부와 파장 변환부의 사이에, 파장 변환부로부터 출사된 제2 파장 영역의 광을 편광에 기초하여 분리하는 편광 분리 소자를 설치하고, 이 편광 분리 소자와 제1 광원부의 사이에, 입사된 광의 파장 영역에 기초하여 분리하는 색 분리 소자도 설치함으로써, 파장 변환부로부터 출사된 형광(제2 파장 영역의 광)의 이용 효율을 향상시킨다. 따라서, 편광이 정렬된 광 취출 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(1)
제1 파장 영역의 광을 출사하는 제1 광원부와,
상기 제1 파장 영역의 광의 광로 상에 배치되고, 상기 제1 광원부에서 출사된 상기 제1 파장 영역의 광에 의해 여기되어, 상기 제1 파장 영역과는 다른 제2 파장 영역의 광을 출사하는 파장 변환부와,
상기 파장 변환부에서 출사된 제2 파장 영역의 광을 편광에 기초하여 분리하는 제1 편광 분리 소자와,
상기 제1 편광 분리 소자와 함께 상기 제1 광원부와 상기 파장 변환부의 사이에 배치된, 파장 선택성을 가지는 제2 편광 분리 소자
를 구비한 광원 장치.
(2)
상기 제1 편광 분리 소자의 제1 편광 분리면과 상기 제2 편광 분리 소자의 제2 편광 분리면은, 서로 대략 직각을 이루는 방향으로 배치되어 있는, 상기 (1)에 기재된 광원 장치.
(3)
상기 제1 편광 분리 소자는 상기 제1 파장 영역의 광 및 상기 제2 파장 영역의 광에 작용하고,
상기 제2 편광 분리 소자는 상기 제2 파장 영역의 광에만 작용하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 광원 장치.
(4)
상기 제1 편광 분리 소자 및 상기 제2 편광 분리 소자는, 각각, 플레이트형의 편광 빔 스플리터인, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 광원 장치.
(5)
상기 제1 편광 분리 소자 및 상기 제2 편광 분리 소자는, 각각, 프리즘형의 편광 빔 스플리터이며,
상기 제1 편광 분리 소자는, 제1 프리즘의 제1면에 제1 편광 빔 스플리터 막이 제막되고,
상기 제2 편광 분리 소자는, 상기 제1면과 대략 직각을 이루는 제2 프리즘의 제2면에 제2 편광 빔 스플리터 막이 제막되어 있는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 광원 장치.
(6)
제3 프리즘을 더 가지고,
상기 제1 프리즘, 상기 제2 프리즘 및 상기 제3 프리즘은, 서로 간격을 두고 대략 큐브 형상으로 구성되어 있는, 상기 (5)에 기재된 광원 장치.
(7)
제3 프리즘을 더 가지고,
상기 제1 프리즘, 상기 제2 프리즘 및 상기 제3 프리즘은, 서로 접착층을 통해 대략 큐브 형상으로 일체 형성되어 있는, 상기 (5)에 기재된 광원 장치.
(8)
상기 제2 프리즘의, 상기 제1면과 대향하는 제3면 및 상기 제3 프리즘의, 상기 제1면과 대향하는 제4면에는, 상기 제1 편광 빔 스플리터 막과 동일한 특성을 가지는 제3 편광 빔 스플리터 막이 더 설치되어 있고,
상기 접착층은, 상기 제1 편광 빔 스플리터 막과 상기 제3 편광 빔 스플리터 막의 사이에 설치되어 있는, 상기 (7)에 기재된 광원 장치.
(9)
상기 제2 파장 영역의 광과는 다른 제3 파장 영역의 광을 출사하는 제2 광원부를 더 가지는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 광원 장치.
(10)
제2 광원부는, 서로 다른 파장 영역의 광을 출사하는 복수의 광원을 가지는, 상기 (4) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 광원 장치.
(11)
상기 제1 편광 분리 소자는, 광로 합성 소자를 겸하고 있는, 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 광원 장치.
(12)
상기 제2 파장 영역의 광 및 상기 제3 파장 영역의 광은, 상기 제1 편광 분리 소자에 의해 광로 합성되는, 상기 (9) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 광원 장치.
(13)
상기 파장 변환부와 상기 제2 편광 분리 소자의 사이에 집광 광학계를 더 가지는, 상기 (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 기재된 광원 장치.
(14)
상기 집광 광학계는 콜리메이트 렌즈인, 상기 (13)에 기재된 광원 장치.
(15)
상기 파장 변환부와, 상기 제2 편광 분리 소자의 사이에 배치되고, 상기 제1 편광 분리 소자에서 반사된 상기 제2 파장 영역의 광의 편광을 바꾸는 편광 변환 소자를 더 가지는, 상기 (1) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재된 광원 장치.
(16)
상기 편광 변환 소자는 편광 해소 소자인, 상기 (15)에 기재된 광원 장치.
(17)
상기 편광 변환 소자는 위상차판인, 상기 (15)에 기재된 광원 장치.
(18)
상기 파장 변환부는, 형광체와, 상기 형광체를 보유지지하는 보유지지부를 가지는, 상기 (1) 내지 (17) 중 어느 하나에 기재된 광원 장치.
(19)
상기 파장 변환부는, 상기 보유지지부를 회전시키는 구동부를 더 가지는, 상기 (18)에 기재된 광원 장치.
(20)
광원 장치와,
상기 광원 장치로부터 출사되는 광을 변조하는 광변조 소자와,
상기 광변조 소자로부터의 광을 투사하는 투사 광학계를 구비하고,
상기 광원 장치는,
제1 파장 영역의 광을 출사하는 제1 광원부와,
상기 제1 파장 영역의 광의 광로 상에 배치되고, 상기 제1 광원부에서 출사된 상기 제1 파장 영역의 광에 의해 여기되어, 상기 제1 파장 영역과는 다른 제2 파장 영역의 광을 출사하는 파장 변환부와,
상기 파장 변환부에서 출사된 제2 파장 영역의 광을 편광에 기초하여 분리하는 제1 편광 분리 소자와,
상기 제1 편광 분리 소자와 함께 상기 제1 광원부와 상기 파장 변환부의 사이에 배치된, 파장 선택성을 가지는 제2 편광 분리 소자
를 가지는 투사형 표시 장치.
본 출원은, 일본 특허청에 있어서 2019년 12월 27일에 출원된 일본 특허출원번호 2019-239311호를 기초로 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.
당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 따라, 다양한 수정, 콤비네이션, 서브콤비네이션, 및 변경을 생각해낼 수 있는데, 이들은 첨부한 청구의 범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것으로 이해된다.

Claims (20)

  1. 제1 파장 영역의 광을 출사하는 제1 광원부와,
    상기 제1 파장 영역의 광의 광로 상에 배치되고, 상기 제1 광원부에서 출사된 상기 제1 파장 영역의 광에 의해 여기되어, 상기 제1 파장 영역과는 다른 제2 파장 영역의 광을 출사하는 파장 변환부와,
    상기 파장 변환부에서 출사된 제2 파장 영역의 광을 편광에 기초하여 분리하는 제1 편광 분리 소자와,
    상기 제1 편광 분리 소자와 함께 상기 제1 광원부와 상기 파장 변환부의 사이에 배치된, 파장 선택성을 가지는 제2 편광 분리 소자
    를 구비한 광원 장치.
  2. 제1항에 있어서,　
    상기 제1 편광 분리 소자의 제1 편광 분리면과 상기 제2 편광 분리 소자의 제2 편광 분리면은, 서로 실질적으로 직각을 이루는 방향으로 배치되어 있는, 광원 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 편광 분리 소자는 상기 제1 파장 영역의 광 및 상기 제2 파장 영역의 광에 작용하고,
    상기 제2 편광 분리 소자는 상기 제2 파장 영역의 광에만 작용하는, 광원 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 편광 분리 소자 및 상기 제2 편광 분리 소자는, 각각, 플레이트형의 편광 빔 스플리터인, 광원 장치.
  5. 제1항에 있어서,　
    상기 제1 편광 분리 소자 및 상기 제2 편광 분리 소자는, 각각, 프리즘형의 편광 빔 스플리터이며,
    상기 제1 편광 분리 소자는, 제1 프리즘의 제1면에 제1 편광 빔 스플리터 막이 제막되고,
    상기 제2 편광 분리 소자는, 상기 제1면과 실질적으로 직각을 이루는 제2 프리즘의 제2면에 제2 편광 빔 스플리터 막이 제막되어 있는, 광원 장치.
  6. 제5항에 있어서,　
    제3 프리즘을 더 가지고,
    상기 제1 프리즘, 상기 제2 프리즘 및 상기 제3 프리즘은, 서로 간격을 두고 실질적으로 큐브 형상으로 구성되어 있는, 광원 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    제3 프리즘을 더 가지고,
    상기 제1 프리즘, 상기 제2 프리즘 및 상기 제3 프리즘은, 서로 접착층을 통해 실질적으로 큐브 형상으로 일체 형성되어 있는, 광원 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 프리즘의, 상기 제1면과 대향하는 제3면 및 상기 제3 프리즘의, 상기 제1면과 대향하는 제4면에는, 상기 제1 편광 빔 스플리터 막과 동일한 특성을 가지는 제3 편광 빔 스플리터 막이 더 설치되어 있고,
    상기 접착층은, 상기 제1 편광 빔 스플리터 막과 상기 제3 편광 빔 스플리터 막의 사이에 설치되어 있는, 광원 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 파장 영역의 광과는 다른 제3 파장 영역의 광을 출사하는 제2 광원부를 더 가지는, 광원 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    제2 광원부는, 서로 다른 파장 영역의 광을 출사하는 복수의 광원을 가지는, 광원 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 편광 분리 소자는, 광로 합성 소자를 겸하고 있는, 광원 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제2 파장 영역의 광 및 상기 제3 파장 영역의 광은, 상기 제1 편광 분리 소자에 의해 광로 합성되는, 광원 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환부와 상기 제2 편광 분리 소자의 사이에 집광 광학계를 더 가지는, 광원 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 집광 광학계는 콜리메이트 렌즈인, 광원 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환부와 상기 제2 편광 분리 소자의 사이에 배치되어, 상기 제1 편광 분리 소자에서 반사된 상기 제2 파장 영역의 광의 편광을 바꾸는 편광 변환 소자를 더 가지는, 광원 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 편광 변환 소자는 편광 해소 소자(depolarization element)인, 광원 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 편광 변환 소자는 위상차판인, 광원 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환부는, 형광체와, 상기 형광체를 보유지지하는 보유지지부를 가지는, 광원 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 파장 변환부는, 상기 보유지지부를 회전시키는 구동부를 더 가지는, 광원 장치.
  20. 광원 장치와,
    상기 광원 장치로부터 출사되는 광을 변조하는 광변조 소자와,
    상기 광변조 소자로부터의 광을 투사하는 투사 광학계를 구비하고,
    상기 광원 장치는,
    제1 파장 영역의 광을 출사하는 제1 광원부와,
    상기 제1 파장 영역의 광의 광로 상에 배치되고, 상기 제1 광원부에서 출사된 상기 제1 파장 영역의 광에 의해 여기되어, 상기 제1 파장 영역과는 다른 제2 파장 영역의 광을 출사하는 파장 변환부와,
    상기 파장 변환부에서 출사된 제2 파장 영역의 광을 편광에 기초하여 분리하는 제1 편광 분리 소자와,
    상기 제1 편광 분리 소자와 함께 상기 제1 광원부와 상기 파장 변환부의 사이에 배치된, 파장 선택성을 가지는 제2 편광 분리 소자
    를 가지는 투사형 표시 장치.
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