JP2016218459A - プロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】各色の光の強度の不均一性を抑制することができるプロジェクタを提供すること。【解決手段】本技術に係るプロジェクタは、一対の電極を有し、前記一対の電極の配列方向に沿う偏光面を有する励起光を出射する固体光源素子と、前記一対の電極が所定方向に配列されるように前記固体光源素子を支持する支持部材と、前記励起光を透過する回転基板と、前記回転基板を透過した透過光の入射方向に対して垂直な面内で、前記所定方向とは異なる方向であって当該所定方向に対して非直交方向に配列される複数の透明基板と、前記複数の透明基板の間に設けられ、前記透過光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜とを有する偏光変換素子とを具備する。【選択図】図2
Description
本技術は、光源装置及びこの光源装置を利用するプロジェクタに関する。
近年、プロジェクタの光源として、レーザ光源を用いる技術が提案されている。特許文献1には、レーザ光源から照射されたコヒーレント光であるレーザ光を、蛍光物質の混合された散乱素子によって散乱させて用いることが提案されている。この光源装置では、レーザ光のコヒーレント性を低下させることで出射光のスペックルノイズを低減させる一方、レーザ光で励起された散乱素子が発する蛍光とレーザ光の両方の発光色を組み合わせて画像の色再現を行うことができる(例えば、特許文献1の段落[0018]等参照)。
特許文献1の光源装置は、光損失が大きくなりやすいランダム偏光(自然光の、偏光方向がランダムな状態)である蛍光を使用するため、偏光変換素子を用いて蛍光の偏光方向を揃えることにより、光の利用効率を高めるようにしている。偏光変換素子は、偏光分離素子、反射ミラー及び偏光回転素子を有する。偏光分離素子に入射した光は、第1の偏光方向の偏光成分(p偏光成分)とこれに直交する第2の偏光方向の偏光成分(s偏光成分)とに分離することによって、2つの光路に分岐して出射する。2つのうち一方の光路に設けられた偏光回転素子が、光の偏光面を90°回転させる。反射ミラー等により、2つの光路が平行して偏光変換素子の出射面に向けられる。これにより、偏光変換素子に入射した1本の光線を、1つの偏光成分に揃えられた2本の光線に変換して出射させることができる。
特定の偏光面を有さないランダム偏光である蛍光が偏光変換素子に入射すると、偏光成分に応じた2つの光路に、比較的均等に分岐して出射する。しかしながら、偏光であるレーザ光が偏光変換素子に入射した場合、偏光面の向きによっては、一方の光路に偏って出射する場合がある。したがって、光源装置の光源面(偏光変換素子の出射面)において、蛍光による色光線は均一に分布されるが、一方でレーザ光による色光線は均一に分布されず、光の強度の分布が色によって不均一となってしまう。
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、各色の光の強度の不均一性を抑制することができる光源装置及びプロジェクタを提供することにある。
上記目的を達成するため、本技術に係るプロジェクタは、
一対の電極を有し、前記一対の電極の配列方向に沿う偏光面を有する励起光を出射する固体光源素子と、
前記一対の電極が所定方向に配列されるように前記固体光源素子を支持する支持部材と、
前記励起光を透過する回転基板と、
前記回転基板を透過した透過光の入射方向に対して垂直な面内で、前記所定方向とは異なる方向であって当該所定方向に対して非直交方向に配列される複数の透明基板と、前記複数の透明基板の間に設けられ、前記透過光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜とを有する偏光変換素子と
を具備する。
一対の電極を有し、前記一対の電極の配列方向に沿う偏光面を有する励起光を出射する固体光源素子と、
前記一対の電極が所定方向に配列されるように前記固体光源素子を支持する支持部材と、
前記励起光を透過する回転基板と、
前記回転基板を透過した透過光の入射方向に対して垂直な面内で、前記所定方向とは異なる方向であって当該所定方向に対して非直交方向に配列される複数の透明基板と、前記複数の透明基板の間に設けられ、前記透過光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜とを有する偏光変換素子と
を具備する。
前記回転基板は、蛍光体ホイールである。
前記複数の透明基板は、複数の第1基板及び複数の第2基板で構成され、当該第1基板及び第2基板が交互に配列されて構成され、
前記第1基板は、
前記透過光が入射する入射側端面と、
前記ps分離膜が設けられ前記入射側端面に対して所定角度傾けて設けられた第1面と、
前記入射側端面に平行に対向して設けられた出射側端面と、
前記第1面に平行に対向して設けられた第2面とを有し、
前記第2基板は、
前記透過光が入射する入射側端面と、
前記入射側端面に対して前記所定角度傾けて設けられた第3面と、
前記入射側端面に平行に対向して設けられた出射側端面と、
前記第3面に平行に対向して設けられた第4面とを有し、
前記第1基板の前記第1面と前記第2基板の前記第4面は、前記ps分離膜を介して接続され、
前記第1基板の前記第2面と前記第2基板の前記第3面は、全反射膜を介して接続される。
前記第1基板は、
前記透過光が入射する入射側端面と、
前記ps分離膜が設けられ前記入射側端面に対して所定角度傾けて設けられた第1面と、
前記入射側端面に平行に対向して設けられた出射側端面と、
前記第1面に平行に対向して設けられた第2面とを有し、
前記第2基板は、
前記透過光が入射する入射側端面と、
前記入射側端面に対して前記所定角度傾けて設けられた第3面と、
前記入射側端面に平行に対向して設けられた出射側端面と、
前記第3面に平行に対向して設けられた第4面とを有し、
前記第1基板の前記第1面と前記第2基板の前記第4面は、前記ps分離膜を介して接続され、
前記第1基板の前記第2面と前記第2基板の前記第3面は、全反射膜を介して接続される。
前記固体光源素子は、紫色波長領域から青色波長領域の励起光を発生し、
前記蛍光体ホイールが有する蛍光体は、前記紫色波長領域から青色波長領域の励起光の偏光面を維持した状態の直線偏光を、前記透過光として出射する。
前記蛍光体ホイールが有する蛍光体は、前記紫色波長領域から青色波長領域の励起光の偏光面を維持した状態の直線偏光を、前記透過光として出射する。
光源装置は、偏光変換素子と、蛍光体と、光源素子とを具備する。
前記偏光変換素子は、入射光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜を有する。
前記蛍光体は、励起光によって励起されることにより生成される、前記励起光の波長よりも長波長域の可視光を、前記ps分離膜に入射する前記入射光として照射可能である。
前記光源素子は、所定波長域のレーザ光を前記励起光として発し、前記励起光を前記蛍光体に照射することにより、前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面の間に偏光面を有する、前記蛍光体から出射されるレーザ光を、前記入射光として照射可能である。
前記偏光変換素子は、入射光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜を有する。
前記蛍光体は、励起光によって励起されることにより生成される、前記励起光の波長よりも長波長域の可視光を、前記ps分離膜に入射する前記入射光として照射可能である。
前記光源素子は、所定波長域のレーザ光を前記励起光として発し、前記励起光を前記蛍光体に照射することにより、前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面の間に偏光面を有する、前記蛍光体から出射されるレーザ光を、前記入射光として照射可能である。
偏光変換素子において、入射光がp及びsの両方の偏光成分を有する状態でps分離膜に入射することにより、ランダム偏光である他の色の可視光と同様に、p偏光成分の光路とs偏光成分の光路とに分岐して出射する。したがって、各色の光の強度の不均一性を抑制することができる光源装置が得られる。
前記光源装置は、前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面の間に前記入射光の前記偏光面を位置させるように、前記光源素子を支持する支持部材をさらに具備してもよい。
支持部材は、光源素子が発するレーザ光の偏光面を適当な方向に向けた状態で、光源素子を支持する。これにより、蛍光体から出射されるレーザ光を、p及びsの両方の偏光成分を有する状態でps分離膜に照射することができる。
前記支持部材は、前記p偏光成分と前記s偏光成分とが1:1となる偏光面である基準偏光面の角度を0°とした場合に、前記入射光の前記偏光面の角度θが−20°≦θ≦20°となるように、前記光源素子を支持してもよい。好ましくは、前記支持部材は、前記入射光の偏光面の角度が、前記基準面偏光面と一致するように、前記光源素子を支持する。
上記の支持部材を用いて、蛍光体から出射されるレーザ光の偏光面を、p及びsの偏光成分が均等に近い角度領域に位置させることで、光の強度の分布を均一にすることができる。
本技術に係る他の光源装置は、偏光変換素子と、蛍光体と、複数の光源素子と、支持部材とを具備する。
前記偏光変換素子は、入射光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜を有する。
前記蛍光体は、励起光によって励起されることにより生成される、前記励起光の波長よりも長波長域の可視光を、前記ps分離膜に入射する前記入射光として照射可能である。
前記複数の光源素子は、所定波長域のレーザ光を前記励起光としてそれぞれ発し、前記励起光を前記蛍光体に照射することにより、前記蛍光体から出射される複数のレーザ光を、前記ps分離膜に入射する複数の入射光として照射可能である。
前記支持部材は、光軸方向で見て前記複数の入射光の各偏光面に沿ったベクトル方向が合成された合成ベクトル方向が、前記光軸方向で見て前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面との間に向くように、前記複数の光源素子を支持する。
前記偏光変換素子は、入射光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜を有する。
前記蛍光体は、励起光によって励起されることにより生成される、前記励起光の波長よりも長波長域の可視光を、前記ps分離膜に入射する前記入射光として照射可能である。
前記複数の光源素子は、所定波長域のレーザ光を前記励起光としてそれぞれ発し、前記励起光を前記蛍光体に照射することにより、前記蛍光体から出射される複数のレーザ光を、前記ps分離膜に入射する複数の入射光として照射可能である。
前記支持部材は、光軸方向で見て前記複数の入射光の各偏光面に沿ったベクトル方向が合成された合成ベクトル方向が、前記光軸方向で見て前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面との間に向くように、前記複数の光源素子を支持する。
入射光が複数の光源素子からのレーザ光である場合、複数の偏光面の方向を合成して得られる偏光面の方向(合成ベクトル方向)が、p偏光の偏光面とs偏光の偏光面との間であれば、全体としてp及びsの両方の偏光成分をps分離膜に照射することができる。
前記支持部材は、前記合成ベクトル方向が、前記光軸方向で見て、前記p偏光成分と前記s偏光成分とが1:1となる偏光面を基準として±20°以内に向くように、前記複数の光源素子を配置してもよい。
複数の光源素子からのレーザ光の複数の偏光面の方向を合成して得られる偏光面の方向が、p及びsの偏光成分が均等に近い角度領域に向くことによって、全体としてp及びsの偏光成分を均等に出射し、光の強度の分布を均一にすることができる。
前記複数の光源素子は、第1の偏光面を有するレーザ光を前記複数の入射光のうち第1の入射光として照射可能な第1の光源素子と、第2の偏光面を有するレーザ光を前記複数の入射光のうち第2の入射光として照射可能な第2の光源素子とを有してもよい。そして、前記支持部材は、前記第1の偏光面と前記第2の偏光面とが互いに垂直となるように、前記第1の光源素子と前記第2の光源素子とを配置してもよい。
2つの光源素子からのレーザ光の偏光面の方向を互いに垂直とした場合、一方のレーザ光の偏光面と他方のレーザ光の偏光面とでp及びsの偏光成分の比率が逆になるので、これらを足し合わせることによって容易に光の強度の分布を均一にすることができる。
本技術に係るプロジェクタは、上述の光源装置と、前記光源装置から出射された光を用いて画像を生成する画像生成素子とを具備する。
本技術に係るプロジェクタは、上述の光源装置と、前記光源装置から出射された光を用いて画像を生成する画像生成素子とを具備する。
上記の光源装置をプロジェクタに適用することで、画像の表示面内における各表示色の不均一性を抑制し、画質の向上に寄与することができる。
以上のように、本技術によれば、光源装置における各色の光の強度の不均一性を抑制することができる。
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本技術の第1の実施形態に係る光源装置の構成を示す概略図である。この光源装置1は、青色波長域のレーザ光、及び、そのレーザ光によって励起される蛍光物質から生じる赤色波長域から緑色波長域の光を合成して白色光を出射するタイプの、プロジェクタ用の光源装置である。
図1は、本技術の第1の実施形態に係る光源装置の構成を示す概略図である。この光源装置1は、青色波長域のレーザ光、及び、そのレーザ光によって励起される蛍光物質から生じる赤色波長域から緑色波長域の光を合成して白色光を出射するタイプの、プロジェクタ用の光源装置である。
光源装置1は、レーザ光源2、集光レンズ22、蛍光体ホイール3、コリメート光学系4、インテグレータ素子40、偏光変換素子5等を備える。
光源素子であるレーザ光源2は、所定波長域のレーザ光を蛍光体ホイール3に向けて出射する。レーザ光源2は、例えば、400nm〜500nmの波長範囲内に発光強度のピーク波長を有する青色レーザ光B1を発振可能な青色レーザ光源である。
光源素子であるレーザ光源2は、所定波長域のレーザ光を蛍光体ホイール3に向けて出射する。レーザ光源2は、例えば、400nm〜500nmの波長範囲内に発光強度のピーク波長を有する青色レーザ光B1を発振可能な青色レーザ光源である。
集光レンズ22は、一または複数の凸レンズを含んでおり、レーザ光源2から出射されるレーザ光の光軸上で、レーザ光源2と蛍光体ホイール3の間に配置されている。集光レンズ22は、レーザ光源2から出射された青色レーザ光B1を集光する。
蛍光体ホイール3は、青色レーザ光B1を透過させる円盤形状の基板31と、その基板31上に設けられた蛍光体層32を有している。蛍光体ホイール3は、基板31の2つの主面のうち、蛍光体層32が設けられていない側の主面を集光レンズ22側に向けるようにして配置されている。基板31の中心に、蛍光体ホイール3を駆動するモータ35が接続され、蛍光体ホイール3は、基板31の中心を通る法線に回転軸33を有し、回転軸33を中心として回転可能に設けられている。また、蛍光体ホイール3は、集光レンズ22により集光される青色レーザ光B1の焦点位置が蛍光体層32の位置に一致するように配置されている。
蛍光体層32には、青色レーザ光B1を励起光とし、励起光によって励起されて励起光の波長よりも長波長域の可視光を生成する蛍光物質が含まれている。例えば、蛍光体層32は、約445nmの中心波長を持つ青色レーザ光によって励起されて蛍光を発する物質を含んでおり、レーザ光源2が出射する青色レーザ光B1の一部を、赤色波長域から緑色波長域までを含む波長域の光(すなわち黄色光)に変換して出射する。このような蛍光物質として、例えばYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体が用いられる。
また、蛍光体層32は、励起光の一部を吸収する一方、励起光の一部を透過させることにより、レーザ光源2から出射された青色レーザ光B1も出射することができる。これにより、蛍光体層32から出射される光は、青色の励起光と黄色の蛍光との混色による白色光となる。このように励起光の一部を透過させるため、蛍光体層32は、例えば光透過性を有する粒子状の物質であるフィラー粒子を含んでいてもよい。
モータ35によって基板31が回転することにより、レーザ光源2は、蛍光体層32上の照射位置を相対的に移動させながら、蛍光体層32に励起光を照射する。したがって、蛍光体ホイール3では、同一の位置に長時間励起光が照射されることによる劣化を避けつつ、レーザ光源2からの青色レーザ光B1とそれを変換した蛍光が得られる。
コリメート光学系4は、一または複数の凸レンズを含んでおり、蛍光体ホイール3からの光を平行化してインテグレータ素子40に照射する。
インテグレータ素子40は、二次元に配列された複数のマイクロレンズを有する第1のフライアイレンズ41、及び、その各マイクロレンズに1つずつ対応するように配列された複数のマイクロレンズを有する第2のフライアイレンズ42を含んでいる。コリメート光学系4からインテグレータ素子40に入射する平行光は、第1のフライアイレンズ41のマイクロレンズによって複数の光束に分割され、第2のフライアイレンズ42における対応するマイクロレンズにそれぞれ結像される。第2のフライアイレンズ42のマイクロレンズのそれぞれが、二次光源として機能し、輝度が揃った複数の平行光を、偏光変換素子5に入射光として照射する。
コリメート光学系4及びインテグレータ素子40は、全体として、レーザ光源2及び蛍光体ホイール3から偏光変換素子5に照射される入射光を、均一な輝度分布に整える機能を有する。
偏光変換素子5は、レーザ光源2及び蛍光体ホイール3から照射され、インテグレータ素子40等を介して入射する入射光の、偏光状態を揃える機能を有する。この偏光変換素子5は、例えば光源装置1の出射側に配置された重畳レンズ150等を介して、青色レーザ光B2、緑色光G2及び赤色光R2を含む出射光を出射する。
図2は、図1における光の偏光状態を模式的に示す図である。集光レンズ22、コリメート光学系4及びインテグレータ素子40等については、光の偏光状態に実質的に大きな影響を与えないものとすることができ、以下では図示と説明を省略する。
偏光変換素子5は、光軸方向で見て典型的には四角形の外形を有する。図2を参照して、偏光変換素子5は、図2の紙面垂直方向に長い短冊状の複数の基板10a及び10bを有する。これら基板10a及び10bは、交互に並べられて配置され、これらが接着層14によって接着されている。基板10a及び図中左側の基板10bとの間には、ps分離膜11が設けられている。また、基板10a及び図中右側の基板10bとの間には全反射膜12が設けられている。
基板10a及び基板10bは、ガラス等を材料とする透明基板であり、図2で見て、例えば、一方の対角が約45°、他方の対角が約135°である平行四辺形状となっている。例えば、複数のガラス基板が準備される。そのうちの一部(基板10a)の主面にps分離膜11が蒸着され、残りの基板(基板10b)の主面に全反射膜12が蒸着される。これら基板10a、10b、10a、10b、・・・の貼り合わせの後、主面と45°の角度で基板が切り出されることにより、偏光変換素子5が作製される。その切り出し面として光の入射側端面及び出射側端面となる。これらの各基板の厚さは、例えば2〜4mmである。
偏光変換素子5の光の出射側端面において、各基板10bには位相差フィルム13が設けられている。また、偏光変換素子5の光の入射側端面において、各基板10bには遮光膜15が設けられている。基板10bの光の入射側には、遮光膜15が設けられ、基板10aの光の入射側には、遮光膜15は設けられていない。
偏光変換素子5は、基板10bの入射側端面に遮光膜15を配置していることによって、蛍光体32からの入射光が基板10aの端面から入射する。ps分離膜11が、基板10aの入射側端面に斜めに向けられて配置されているので、上記の入射光はps分離膜11に斜め方向に入射する。
ps分離膜11は、いわゆるPBS(Polarizing Beam Splitter)であり、誘電体多層膜により形成されている。ps分離膜11は、入射光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離する機能を有する。ps分離膜11は、入射面(入射光と反射光の光軸を含む面)に平行な偏光面を有するp偏光成分を透過させ、入射面に垂直な偏光面を有するs偏光成分を反射する。
全反射膜12は、アルミニウム等の金属膜または誘電体多層膜により形成されたミラーである。全反射膜12は、ps分離膜11で反射されて全反射膜12に入射した光(s偏光)を反射することによって、s偏光の光路を、ps分離膜11を透過した光(p偏光)の光路と平行にする。
位相差フィルム13は、1/2波長板の機能を有し、入射した光の偏光方向を90°回転させる機能を有する。したがって、位相差フィルム13は、ps分離膜11を透過して位相差フィルム13に入射したp偏光を、s偏光に変換して出射する。
全体として、偏光変換素子5は、蛍光体32から出射された光に含まれるp偏光成分を、s偏光に変換して基板10bから出射し、蛍光体32から出射された光に含まれるs偏光成分を、s偏光に維持して基板10bの隣の基板10aから出射する。
ここで、蛍光体32から出射される光に含まれる偏光成分について説明する。
図2に示すように、蛍光体32から出射される光は、蛍光としての赤色光R1及び緑色光G1、及び、レーザ光源2からの励起光である青色レーザ光B1の一部である。
図2に示すように、蛍光体32から出射される光は、蛍光としての赤色光R1及び緑色光G1、及び、レーザ光源2からの励起光である青色レーザ光B1の一部である。
蛍光である赤色光R1及び緑色光G1は、特定の偏光面を有さないランダム偏光であり、p偏光成分及びs偏光成分の両方を含むため、ps分離膜11によってp偏光とs偏光とに分離することができる。ランダム偏光の場合、この偏光成分の比率が比較的均等であるため、s偏光の光路(基板10a側の光路Ls)及びp偏光の光路(基板10b側の光路Lp)に、半分ずつの光量で分岐して出射する(図2の出射光R2及びG2)。
一方、蛍光体32から出射される青色レーザ光B1は、励起光として照射された青色レーザ光B1の偏光面を維持した状態の直線偏光である。このため、ps分離膜11に入射する青色レーザ光B1の偏光成分の比率は、レーザ光源2から出射される青色レーザ光B1の偏光面の方向によって決まってしまう。
図2に示すように、光源装置1には、レーザ光源2を支持する支持部材としての支持基板20が設けられている。支持基板20は、例えば回路基板であってもよい。支持基板20は、p偏光の偏光面とs偏光の偏光面の間に青色レーザ光B1の偏光面を位置させるようにレーザ光源2を支持している。具体的には、青色レーザ光B1の偏光面の方向は、レーザ光源2が配置される姿勢、特に、ps分離膜11によって決定されるp偏光面の方向及びs偏光面の方向を基準とした、光軸周りの回転角度位置によって決まる。
図3は、レーザ光源2を示す図である。図3のうち上の図は、レーザ光源2及び支持基板20を図2と同じ方向で見た側面図であり、下の図は、それらを光軸方向で見た正面図である。レーザ光源2は、例えば一対の電極21を有する。例えば、これら電極21の配列方向(一点鎖線で示す矢印の方向)が、このレーザ光源2が発するレーザ光の直線偏光の偏光面に一致する場合、これら電極21の配列方向がp偏光面及びs偏光面の間の方向となるように、支持基板20にこのレーザ光源2が取り付けられればよい。
例えば、p偏光成分とs偏光成分とが1:1となる偏光面を基準偏光面として、青色レーザ光B1の偏光面が基準偏光面に近い偏光面となるような向きで、レーザ光源2が配置される。図4は、入射するレーザ光の偏光面を説明するための図である。図4に示すように、基準偏光面の角度を0°とした場合、s偏光面及びp偏光面の角度は、45°及び−45°と表すことができる。
具体的には、支持基板20は、青色レーザ光B1の偏光面の角度θが−20°≦θ≦20°となるように、レーザ光源2を支持する。このような角度θの偏光面では、p偏光成分及びs偏光成分がそれぞれ約30〜70%の範囲となるので、これらの偏光成分の間の量的な偏りが抑制される。
最も好ましい偏光面の角度θは、基準偏光面と一致する角度、すなわち、p偏光及びs偏光の直角でなる角度の中央値である45°である。
例えば上記のように、上記基準偏光面と一致する偏光面を持つ、レーザ光源2から出射される青色レーザ光B1は、ps分離膜11によってp偏光とs偏光とに分離する。青色レーザ光B1のp偏光成分は、p偏光としてps分離膜11を透過し、位相差フィルム13によってs偏光に変換されて出射する。ps分離膜11で反射される光量と、透過する光量は実質的に同じである。青色レーザ光B1のs偏光成分は、ps分離膜11及び全反射膜12によって反射され、出射側の位相差フィルム13が設けられていない領域から、s偏光として出射する。
このように、偏光である青色レーザ光B1も、ランダム偏光である他の色の可視光と同様に、p偏光成分の光路Lpとs偏光成分の光路Lsとに分岐して出射することができる。最も好ましい角度θとしての入射光(B1)の偏光面が基準偏光面に一致することにより、左右の光路に分岐した青色レーザ光B2の光量の不均一性が抑制される。
図5は、光源装置1による偏光変換素子5の出射側端面における出射光の強度分布を示する図である。上記の結果として、青色レーザ光B2が、赤色光R2及び緑色光G2にほぼ同じ均一性で分布する。
<比較例1>
図6は、上記第1の実施形態に係る光源装置1の比較として第1の比較例に係る光源装置を模式的に示す。上記実施形態と同様の部材は、同一の符号を付している。
図6は、上記第1の実施形態に係る光源装置1の比較として第1の比較例に係る光源装置を模式的に示す。上記実施形態と同様の部材は、同一の符号を付している。
この第1の比較例に係る光源装置100は、上記光源装置1と同様に、青色光としてレーザ光を利用し、青色よりも長波長域の色光(赤色光及び緑色光)として蛍光を利用する光源装置である。光源装置100は、図2に示す光源装置1と同一の偏光変換素子5を備えている。しかし、光源装置1とは異なり、入射光としてs偏光を偏光変換素子5に照射するようにレーザ光源91が配置されている。s偏光である青色レーザ光Bsは、全てps分離膜11によって反射され、全反射膜12に入射してs偏光側(右側)の光路Lsで出射される。この場合、p偏光側(左側)の光路では、青色レーザ光が出射されない。
図7は、この光源装置100の偏光変換素子5の出射側端面における出射光の強度分布を示す。この光源装置100では、出射する青色レーザ光が一方の光路に偏るため、出射面における青色光の強度分布が著しく不均等となってしまい、赤色光及び緑色光のような均一性を得ることができない。そのため、出射する白色光が不均等となってしまうという問題が生じる。
<比較例2>
図8は、第2の比較例に係る光源装置を模式的に示す。図9は、この光源装置200における偏光変換素子5の出射側端面における出射光の強度分布を示す。この第2の比較例では、入射光としてp偏光を偏光変換素子5に照射するようにレーザ光源92が配置されている。この場合、p偏光である青色レーザ光Bpが全てps分離膜11を透過し、位相差フィルム13に入射してs偏光に変換される。したがって、青色レーザ光は、全て左側の光路Lpで出射され、s偏光側(右側)では出射されない。その結果、図9に示すように、青色光の強度分布が赤色光及び緑色光に比べて著しく不均等となり、白色光が不均等となってしまう。
図8は、第2の比較例に係る光源装置を模式的に示す。図9は、この光源装置200における偏光変換素子5の出射側端面における出射光の強度分布を示す。この第2の比較例では、入射光としてp偏光を偏光変換素子5に照射するようにレーザ光源92が配置されている。この場合、p偏光である青色レーザ光Bpが全てps分離膜11を透過し、位相差フィルム13に入射してs偏光に変換される。したがって、青色レーザ光は、全て左側の光路Lpで出射され、s偏光側(右側)では出射されない。その結果、図9に示すように、青色光の強度分布が赤色光及び緑色光に比べて著しく不均等となり、白色光が不均等となってしまう。
<比較例3>
図10は、第2の比較例に係る光源装置を模式的に示す。図11は、この光源装置310における偏光変換素子95の出射側端面における出射光の強度分布を示す。この例では、上記偏光変換素子5に比べ、偏光変換素子95に設けられた全反射膜12とそれに隣接する接着層14との位置が、互いに逆になっている。すなわち、基板10cに全反射膜12が形成され、その全反射膜12と図中右側の基板10dとの間に、接着層14が設けられている。
図10は、第2の比較例に係る光源装置を模式的に示す。図11は、この光源装置310における偏光変換素子95の出射側端面における出射光の強度分布を示す。この例では、上記偏光変換素子5に比べ、偏光変換素子95に設けられた全反射膜12とそれに隣接する接着層14との位置が、互いに逆になっている。すなわち、基板10cに全反射膜12が形成され、その全反射膜12と図中右側の基板10dとの間に、接着層14が設けられている。
入射光としてs偏光を偏光変換素子95に照射するようにレーザ光源93が配置されている。第3の比較例に係る光源装置310では、第1の比較例(図6参照)と同様、入射光としての青色レーザ光Bsの全量がps分離膜11によって反射され、全反射膜12に入射する。
ここで、図6に示したように光源装置100では、青色レーザ光Bsが接着層14を通って全反射膜12に入射し、反射膜12によって反射されて再び接着層14を通る。接着層14を通る青色レーザ光Bsの光量が多くなると、接着層14の劣化が懸念される。図10に示した光源装置310では、青色レーザ光Bsが接着層14を通ることなく反射膜12で全反射するので、接着層14の光劣化を回避することができる。しかしながら、図11に示すように、偏光変換素子95の出射面における青色光の強度分布が不均等であるという問題が残る。
上記第1の実施形態に係る光源装置1によれば、全反射膜12上の接着層14に入射するs偏光成分の光量を、ps分離膜11に入射した青色レーザ光B1の半分に低減することができる。これにより、光による接着層14の劣化も抑えることができる。
このような光による接着層14の劣化防止の観点から、光源装置1において、光源装置310の偏光変換素子95が、偏光変換素子5の代わりに用いられてもよい。
しかしながら、この偏光変換素子95を製造しようとすると、ps分離膜11が形成された基板10cの、ps分離膜11とは反対側の面に全反射膜12を形成する必要がある。つまり、基板の両面に成膜する必要があるため、製造工程が増えるという課題は残る。
光源装置1は、比較的簡易な工程で製造可能な偏光変換素子5を用いつつ、各接着層14を通るレーザ光の光量を低減させることによって劣化を抑制することができる。したがって、製造コストを増大させることなく、偏光変換素子の信頼性の低下を回避することができる。
<第2の実施形態>
図12は、本技術の第2の実施形態に係る光源装置におけるレーザ光源を示す図である。この実施形態において、上記第1の実施形態に係る光源装置1が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
図12は、本技術の第2の実施形態に係る光源装置におけるレーザ光源を示す図である。この実施形態において、上記第1の実施形態に係る光源装置1が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
この光源装置は、レーザ光源201及び202を含む複数の光源素子を有する。複数の光源素子は、例えば、レーザ光源201とレーザ光源202とを同数ずつ含んで構成された、多数のレーザ光源201及び202によるレーザアレイであってもよい。
レーザ光源201(第1の光源素子)は、第1の偏光面を有する青色レーザ光B11(第1の入射光)を蛍光体層32及びps分離膜11に照射するように、所定の姿勢で支持基板20に取り付けられている。レーザ光源202(第2の光源素子)は、第1の偏光面とは異なる向きの偏光面(第2の偏光面)を有する青色レーザ光B12(第2の入射光)を照射することができるような姿勢で、レーザ光源201と対で支持基板20に取り付けられている。
具体的には、図14に示すように、実質的に同一の素子であるレーザ光源201とレーザ光源202とが、光軸を中心とした回転角度位置を互いにずらすようにして支持基板20に支持される。例えば、回転角度位置の差を90°にすることによって、ps分離膜11に入射する複数のレーザ光の、第1の偏光面と第2の偏光面とを互いに垂直にすることができる。
図12では、レーザ光源201が、p偏光の偏光面を有する青色レーザ光B11を出射するように配置され、レーザ光源202が、s偏光の偏光面を有する青色レーザ光B12を出射するように配置されている。レーザ光源201及び202が、ps分離膜11にp及びsの両方の偏光成分を照射することができる。したがって、p偏光成分の光路Lp(図1参照)及びs偏光成分の光路Lsの両方に青色レーザ光B2を出射し、出射光の偏りを抑制することができる。
<プロジェクタ>
図13は、図1または12で示した光源装置を搭載可能なプロジェクタ100の構成を示す概略図である。プロジェクタ100は、光源装置から出射される光を利用する光学エンジン50を有している。
図13は、図1または12で示した光源装置を搭載可能なプロジェクタ100の構成を示す概略図である。プロジェクタ100は、光源装置から出射される光を利用する光学エンジン50を有している。
光学エンジン50は、ダイクロイックミラー210、220、ミラー230、240及び250、リレーレンズ260及び270、フィールドレンズ300R、300G及び300B、画像生成素子としての液晶ライトバルブ400R、400G及び400B、ダイクロイックプリズム500及び投射光学系600を含んでいる。
ダイクロイックミラー210及び220は、所定の波長域の色光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を透過させる性質を有する。図12を参照して、例えば、ダイクロイックミラー210が、赤色光R2を選択的に反射する。ダイクロイックミラー220は、ダイクロイックミラー210を透過した緑色光G2及び青色光B2のうち、緑色光G2を選択的に反射する。残る青色光B2が、ダイクロイックミラー220を透過する。これにより、光源装置1から出射された光が、異なる色の複数の色光に分離される。
分離された赤色光R2は、ミラー230により反射され、フィールドレンズ300Rを通ることによって平行化された後、赤色光の変調用の液晶ライトバルブ400Rに入射する。緑色光G2は、フィールドレンズ300Gを通ることによって平行化された後、緑色光の変調用の液晶ライトバルブ400Gに入射する。青色光B2は、リレーレンズ260を通ってミラー240により反射され、さらにリレーレンズ270を通ってミラー250により反射される。ミラー250により反射された青色光B2は、フィールドレンズ300Bを通ることによって平行化された後、青色光の変調用の液晶ライトバルブ400Bに入射する。
液晶ライトバルブ400R、400G及び400Bは、画像情報を含んだ画像信号を供給する図示しない信号源(例えばPC等)と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ400R、400G及び400Bは、供給される各色の画像信号に基づき、入射光を画素毎に変調し、それぞれ赤色画像、緑色画像及び青色画像を生成する。変調された各色の光(形成された画像)は、ダイクロイックプリズム500に入射して合成される。ダイクロイックプリズム500は、3つの方向から入射した各色の光を重ね合わせて合成し、投射光学系600に向けて出射する。投射光学系600は、ダイクロイックプリズム500によって合成された光を図示しないスクリーンに照射する。これにより、フルカラーの画像が表示される。
光源装置1によって、光学エンジン50に供給される各色光の出射面における強度分布が均一化されるため、このプロジェクタ100は、レーザ光による青色の画像と、蛍光による赤色及び緑色の画像とを合成する場合において、色合いのばらつきを抑制することができる。したがって、画像の表示面内における各表示色の不均一性を抑制し、画質の向上に寄与することができる。
<その他の実施形態>
上記第2の実施形態のように複数のレーザ光源が設けられる場合に、青色レーザ光B11及びB12の、異なる2つの偏光面の方向は、上記の例に限定されない。例えば、これらのうちいずれか一方または両方の偏光面を、p偏光の偏光面とs偏光の偏光面の間に位置させてもよい。
複数のレーザ光源が設けられる場合に、複数の青色レーザ光の偏光面の方向は、2種類に限定されない。例えば、複数の青色レーザ光に、偏光面の方向が異なる3つ以上の青色レーザ光が含まれるように、複数のレーザ光源が配置されてもよい。これにより、異なる偏光面を有する複数の青色レーザ光がps分離膜11に入射するので、入射光に確実にp偏光成分とs偏光成分とが含まれる。したがって、上記同様の効果を得ることができる。
その場合、複数のレーザ光源の光軸方向で見て、それらレーザ光源による複数の偏光面に沿ったそれぞれのベクトル方向が合成された合成ベクトル方向が、p偏光の偏光面とs偏光の偏光面との間に向くように、これら複数のレーザ光源が支持基板により支持されていてもよい。特に、上述の基準偏光面を0°として、上記合成ベクトル方向の角度θ1が、−20°≦θ1≦20°の範囲内にあることが好ましい。最も好ましい形態は、その角度θ1が、基準偏光面0°と一致する形態である。
上記角度θ(及びθ1)の好ましい形態は、−20°≦θ≦20°であったが、−15°≦θ≦15°、−10°≦θ≦10°、−5°≦θ≦5°であってもよい。
上記実施形態では、青色レーザ光が蛍光体層を励起する励起光として用いられたが、これに限られず、青紫〜紫レーザ光が励起光として用いられてもよい。この場合、青紫〜紫レーザ光の波長域(例えば中心波長405nm、420nm等)に応じて、蛍光体材料が適宜選択され得る。
上記実施形態では、支持基板20に、偏光面の角度が設定されるようにしてレーザ光源が設置される例を示した。しかし、このようなレーザ光源の設置角度ではなく、偏光面を所定の角度に揃える素子により、レーザ光源の偏光面の角度が設定されるようにしてもよい。例えば、その素子は、レーザ光源からの出射光をランダム偏光に変換する素子と、そのランダム偏光から所定方向の偏光面の光を抽出する素子とを含んでいてもよい。
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも2つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)入射光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜を有する偏光変換素子と、
励起光によって励起されることにより生成される、前記励起光の波長よりも長波長域の可視光を、前記ps分離膜に入射する前記入射光として照射可能な蛍光体と、
所定波長域のレーザ光を前記励起光として発し、前記励起光を前記蛍光体に照射することにより、前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面の間に偏光面を有する、前記蛍光体から出射されるレーザ光を、前記入射光として照射可能な光源素子と
を具備する光源装置。
(2)(1)に記載の光源装置であって、
前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面の間に前記入射光の前記偏光面を位置させるように、前記光源素子を支持する支持部材をさらに具備する
光源装置。
(3)(2)に記載の光源装置であって、
前記支持部材は、前記p偏光成分と前記s偏光成分とが1:1となる偏光面である基準偏光面の角度を0°とした場合に、前記入射光の前記偏光面の角度θが−20°≦θ≦20°となるように、前記光源素子を支持する
光源装置。
(4)(3)に記載の光源装置であって、
前記支持部材は、前記入射光の偏光面の角度が、前記基準偏光面と一致するように、前記光源素子を支持する
光源装置。
(5)入射光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜を有する偏光変換素子と、
励起光によって励起されることにより生成される、前記励起光の波長よりも長波長域の可視光を、前記ps分離膜に入射する前記入射光として照射可能な蛍光体と、
所定波長域のレーザ光を前記励起光としてそれぞれ発し、前記励起光を前記蛍光体に照射することにより、前記蛍光体から出射される複数のレーザ光を、前記ps分離膜に入射する複数の入射光として照射可能な複数の光源素子と、
光軸方向で見て前記複数の入射光の各偏光面に沿ったベクトル方向が合成された合成ベクトル方向が、前記光軸方向で見て前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面との間に向くように、前記複数の光源素子を支持する支持部材と
を具備する光源装置。
(6)(5)に記載の光源装置であって、
前記支持部材は、前記合成ベクトル方向が、前記光軸方向で見て、前記p偏光成分と前記s偏光成分とが1:1となる偏光面を基準として±20°以内に向くように、前記複数の光源素子を配置している
光源装置。
(7)(6)に記載の光源装置であって、
前記複数の光源素子は、第1の偏光面を有するレーザ光を前記複数の入射光のうち第1の入射光として照射可能な第1の光源素子と、第2の偏光面を有するレーザ光を前記複数の入射光のうち第2の入射光として照射可能な第2の光源素子とを有し、
前記支持部材は、前記第1の偏光面と前記第2の偏光面とが互いに垂直となるように、前記第1の光源素子と前記第2の光源素子とを配置している
光源装置。
(8)入射光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜を有する偏光変換素子と、
励起光によって励起され、前記励起光の波長よりも長波長域の可視光を、前記ps分離膜に入射する入射光として照射可能な蛍光体と、
青色の波長域以下の所定波長のレーザ光を発し、前記励起光を前記蛍光体に照射することにより、前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面の間に偏光成分を有する青色レーザ光を、前記ps分離膜に入射する前記入射光として照射可能な光源素子と
を有する光源装置と、
前記光源装置から出射された光を用いて画像を生成する画像生成素子と
を具備するプロジェクタ。
(9)入射光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜を有する偏光変換素子と、
励起光によって励起されることにより生成される、前記励起光の波長よりも長波長域の可視光を、前記ps分離膜に入射する前記入射光として照射可能な蛍光体と、
所定波長域のレーザ光を前記励起光としてそれぞれ発し、前記励起光を前記蛍光体に照射することにより、前記蛍光体から出射される複数のレーザ光を、前記ps分離膜に入射する複数の入射光として照射可能な複数の光源素子と、
光軸方向で見て前記複数の入射光の各偏光面に沿ったベクトル方向が合成された合成ベクトル方向が、前記光軸方向で見て前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面との間に向くように、前記複数の光源素子を支持する支持部材と
を有する光源装置と、
前記光源装置から出射された光を用いて画像を生成する画像生成素子と
を具備するプロジェクタ。
(1)入射光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜を有する偏光変換素子と、
励起光によって励起されることにより生成される、前記励起光の波長よりも長波長域の可視光を、前記ps分離膜に入射する前記入射光として照射可能な蛍光体と、
所定波長域のレーザ光を前記励起光として発し、前記励起光を前記蛍光体に照射することにより、前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面の間に偏光面を有する、前記蛍光体から出射されるレーザ光を、前記入射光として照射可能な光源素子と
を具備する光源装置。
(2)(1)に記載の光源装置であって、
前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面の間に前記入射光の前記偏光面を位置させるように、前記光源素子を支持する支持部材をさらに具備する
光源装置。
(3)(2)に記載の光源装置であって、
前記支持部材は、前記p偏光成分と前記s偏光成分とが1:1となる偏光面である基準偏光面の角度を0°とした場合に、前記入射光の前記偏光面の角度θが−20°≦θ≦20°となるように、前記光源素子を支持する
光源装置。
(4)(3)に記載の光源装置であって、
前記支持部材は、前記入射光の偏光面の角度が、前記基準偏光面と一致するように、前記光源素子を支持する
光源装置。
(5)入射光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜を有する偏光変換素子と、
励起光によって励起されることにより生成される、前記励起光の波長よりも長波長域の可視光を、前記ps分離膜に入射する前記入射光として照射可能な蛍光体と、
所定波長域のレーザ光を前記励起光としてそれぞれ発し、前記励起光を前記蛍光体に照射することにより、前記蛍光体から出射される複数のレーザ光を、前記ps分離膜に入射する複数の入射光として照射可能な複数の光源素子と、
光軸方向で見て前記複数の入射光の各偏光面に沿ったベクトル方向が合成された合成ベクトル方向が、前記光軸方向で見て前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面との間に向くように、前記複数の光源素子を支持する支持部材と
を具備する光源装置。
(6)(5)に記載の光源装置であって、
前記支持部材は、前記合成ベクトル方向が、前記光軸方向で見て、前記p偏光成分と前記s偏光成分とが1:1となる偏光面を基準として±20°以内に向くように、前記複数の光源素子を配置している
光源装置。
(7)(6)に記載の光源装置であって、
前記複数の光源素子は、第1の偏光面を有するレーザ光を前記複数の入射光のうち第1の入射光として照射可能な第1の光源素子と、第2の偏光面を有するレーザ光を前記複数の入射光のうち第2の入射光として照射可能な第2の光源素子とを有し、
前記支持部材は、前記第1の偏光面と前記第2の偏光面とが互いに垂直となるように、前記第1の光源素子と前記第2の光源素子とを配置している
光源装置。
(8)入射光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜を有する偏光変換素子と、
励起光によって励起され、前記励起光の波長よりも長波長域の可視光を、前記ps分離膜に入射する入射光として照射可能な蛍光体と、
青色の波長域以下の所定波長のレーザ光を発し、前記励起光を前記蛍光体に照射することにより、前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面の間に偏光成分を有する青色レーザ光を、前記ps分離膜に入射する前記入射光として照射可能な光源素子と
を有する光源装置と、
前記光源装置から出射された光を用いて画像を生成する画像生成素子と
を具備するプロジェクタ。
(9)入射光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜を有する偏光変換素子と、
励起光によって励起されることにより生成される、前記励起光の波長よりも長波長域の可視光を、前記ps分離膜に入射する前記入射光として照射可能な蛍光体と、
所定波長域のレーザ光を前記励起光としてそれぞれ発し、前記励起光を前記蛍光体に照射することにより、前記蛍光体から出射される複数のレーザ光を、前記ps分離膜に入射する複数の入射光として照射可能な複数の光源素子と、
光軸方向で見て前記複数の入射光の各偏光面に沿ったベクトル方向が合成された合成ベクトル方向が、前記光軸方向で見て前記p偏光の偏光面と前記s偏光の偏光面との間に向くように、前記複数の光源素子を支持する支持部材と
を有する光源装置と、
前記光源装置から出射された光を用いて画像を生成する画像生成素子と
を具備するプロジェクタ。
1、101…光源装置
2、201、202…レーザ光源
5、95…偏光変換素子
11…ps分離膜
20…支持基板
32…蛍光体層
100…プロジェクタ
400R、400G及び400B…液晶ライトバルブ
2、201、202…レーザ光源
5、95…偏光変換素子
11…ps分離膜
20…支持基板
32…蛍光体層
100…プロジェクタ
400R、400G及び400B…液晶ライトバルブ
Claims (4)
- 一対の電極を有し、前記一対の電極の配列方向に沿う偏光面を有する励起光を出射する固体光源素子と、
前記一対の電極が所定方向に配列されるように前記固体光源素子を支持する支持部材と、
前記励起光を透過する回転基板と、
前記回転基板を透過した透過光の入射方向に対して垂直な面内で、前記所定方向とは異なる方向であって当該所定方向に対して非直交方向に配列される複数の透明基板と、前記複数の透明基板の間に設けられ、前記透過光の偏光成分をp偏光成分及びs偏光成分に分離可能なps分離膜とを有する偏光変換素子と
を具備するプロジェクタ。 - 請求項1に記載のプロジェクタであって、
前記回転基板は、蛍光体ホイールである
プロジェクタ。 - 請求項1に記載のプロジェクタであって、
前記複数の透明基板は、複数の第1基板及び複数の第2基板で構成され、当該第1基板及び第2基板が交互に配列されて構成され、
前記第1基板は、
前記透過光が入射する入射側端面と、
前記ps分離膜が設けられ前記入射側端面に対して所定角度傾けて設けられた第1面と、
前記入射側端面に平行に対向して設けられた出射側端面と、
前記第1面に平行に対向して設けられた第2面とを有し、
前記第2基板は、
前記透過光が入射する入射側端面と、
前記入射側端面に対して前記所定角度傾けて設けられた第3面と、
前記入射側端面に平行に対向して設けられた出射側端面と、
前記第3面に平行に対向して設けられた第4面とを有し、
前記第1基板の前記第1面と前記第2基板の前記第4面は、前記ps分離膜を介して接続され、
前記第1基板の前記第2面と前記第2基板の前記第3面は、全反射膜を介して接続される
プロジェクタ。 - 請求項2に記載のプロジェクタであって、
前記固体光源素子は、紫色波長領域から青色波長領域の励起光を発生し、
前記蛍光体ホイールが有する蛍光体は、前記紫色波長領域から青色波長領域の励起光の偏光面を維持した状態の直線偏光を、前記透過光として出射する
プロジェクタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016137254A JP6176371B2 (ja) | 2016-07-12 | 2016-07-12 | プロジェクタ |
Applications Claiming Priority (1)
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