JP2017111177A - Light source device and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置及びプロジェクターに関するものである。 The present invention relates to a light source device and a projector.
プロジェクター用の光源装置として、レーザー光からなる青色光を射出する固体光源を用いたものが提案されている(例えば特許文献1)。この光源装置において、固体光源から射出された青色光のうちP偏光成分はダイクロイックミラーを透過する。ダイクロイックミラーを透過した青色光は集光レンズによって蛍光体に集光される。青色光のうち一部は蛍光体で蛍光に変換され、蛍光に変換されなかった青色光はダイクロイックミラーに向かって反射される。ダイクロイックミラーと蛍光体との間には位相差板が設けられているため、ダイクロイックミラーに再び入射する青色光はS偏光となっている。S偏光の青色光は蛍光とともに、被照明物に向けてダイクロイックミラーで反射される。 As a light source device for a projector, one using a solid light source that emits blue light made of laser light has been proposed (for example, Patent Document 1). In this light source device, the P-polarized component of the blue light emitted from the solid light source passes through the dichroic mirror. The blue light transmitted through the dichroic mirror is condensed on the phosphor by the condenser lens. Part of the blue light is converted to fluorescence by the phosphor, and the blue light that has not been converted to fluorescence is reflected toward the dichroic mirror. Since a phase difference plate is provided between the dichroic mirror and the phosphor, the blue light incident again on the dichroic mirror is S-polarized light. S-polarized blue light is reflected by the dichroic mirror toward the object to be illuminated along with the fluorescence.
ところで、上記光源装置において、青色光(レーザー光)のパワーを大きくすると、集光レンズの温度が上昇し、膨張する。その結果、光弾性効果によって集光レンズを構成する硝子に複屈折が発生し、青色光の偏光状態が乱される、という問題があった。この場合、ダイクロイックミラーに再び入射した青色光がダイクロイックミラーで反射されない成分を含んでいるため、青色光の利用効率が低い。 By the way, in the light source device, when the power of blue light (laser light) is increased, the temperature of the condenser lens rises and expands. As a result, there is a problem that birefringence occurs in the glass constituting the condenser lens due to the photoelastic effect, and the polarization state of the blue light is disturbed. In this case, since the blue light incident again on the dichroic mirror includes a component that is not reflected by the dichroic mirror, the utilization efficiency of the blue light is low.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光の偏光状態が乱されにくい、光源装置及びプロジェクターを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a light source device and a projector in which the polarization state of light is not easily disturbed.
本発明の第1態様に従えば、第1の偏光成分を含む光を射出する光源部と、前記第1の偏光成分が入射する集光光学系と、前記集光光学系を透過した前記第1の偏光成分が入射する光学素子と、前記光学素子を経由した前記第1の偏光成分が入射するピックアップ光学系と、を備えた光源装置であって、前記集光光学系および前記ピックアップ光学系のうち少なくとも一方は、第1のレンズを含み、前記第1のレンズが正の線膨張係数を持つ場合、前記第1のレンズは、前記第1の偏光成分が前記第1のレンズに入射していないとき、表層に圧縮応力を有し、前記第1のレンズが負の線膨張係数を持つ場合、前記第1のレンズは、前記第1の偏光成分が前記第1のレンズに入射していないとき、表層に引張応力を有する光源装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, a light source unit that emits light including a first polarization component, a condensing optical system on which the first polarization component is incident, and the first light transmitted through the condensing optical system A light source apparatus comprising: an optical element on which one polarization component is incident; and a pickup optical system on which the first polarization component is incident via the optical element, wherein the light collecting optical system and the pickup optical system At least one of them includes a first lens, and when the first lens has a positive coefficient of linear expansion, the first lens has the first polarization component incident on the first lens. When the first lens has a negative linear expansion coefficient, the first lens has the first polarization component incident on the first lens. When not, a light source device having a tensile stress on the surface layer is provided
第1態様に係る光源装置によれば、第1の偏光成分の入射に伴う温度上昇により第1のレンズに発生した応力の少なくとも一部を、該第1のレンズの潜在応力(圧縮応力或いは引張応力)により相殺することができる。よって、第1のレンズの温度が上昇した時において、第1の偏向成分の偏光状態の乱れが低減される。 According to the light source device according to the first aspect, at least part of the stress generated in the first lens due to the temperature rise accompanying the incidence of the first polarization component is used as the latent stress (compressive stress or tensile stress) of the first lens. Stress). Therefore, when the temperature of the first lens rises, disturbance of the polarization state of the first deflection component is reduced.
上記第1態様において、前記光学素子は前記第1の偏光成分を反射させる反射面を備え、前記光源部と前記集光光学系との間の光路中に設けられた偏光分離素子と、前記偏光分離素子と前記集光光学系との間の光路中に設けられ、前記光のうち前記偏光分離素子を経由した前記第1の偏光成分が入射する位相差素子と、をさらに備え、前記集光光学系は前記ピックアップ光学系を兼ねており、前記反射面で反射された前記第1の偏光成分は、前記ピックアップ光学系と前記位相差素子とを透過して前記偏光分離素子に入射するのが好ましい。
この構成によれば、第1の偏光成分の偏光状態は、位相差素子を2回透過することで異なる偏光状態に変換される。そのため、反射面で反射されてピックアップ光学系及び位相差素子を透過した第1の偏光成分を偏光分離素子で効率的に反射させることができる。
In the first aspect, the optical element includes a reflection surface that reflects the first polarization component, the polarization separation element provided in an optical path between the light source unit and the condensing optical system, and the polarization A phase difference element that is provided in an optical path between the separation element and the condensing optical system, and in which the first polarization component of the light that has passed through the polarization separation element is incident; The optical system also serves as the pickup optical system, and the first polarization component reflected by the reflecting surface passes through the pickup optical system and the phase difference element and enters the polarization separation element. preferable.
According to this configuration, the polarization state of the first polarization component is converted into a different polarization state by passing through the phase difference element twice. Therefore, the first polarization component reflected by the reflection surface and transmitted through the pickup optical system and the phase difference element can be efficiently reflected by the polarization separation element.
上記第1態様において、前記集光光学系は、前記第1のレンズと、石英で形成された第2のレンズとを含むのが好ましい。
この構成によれば、第2のレンズが内部吸収および熱膨張係数が小さい石英で形成されているので、第2のレンズは光吸収による自己発熱をしにくい。たとえ光吸収によって第2のレンズの温度が上昇しても、第2のレンズの熱歪みによって生じる複屈折があまり大きくならない。そのため、ピックアップ光学系に比べて温度上昇がし易い集光光学系において、第1の偏向成分の偏光状態の乱れがより低減される。
In the first aspect, it is preferable that the condensing optical system includes the first lens and a second lens made of quartz.
According to this configuration, since the second lens is made of quartz having a small internal absorption and thermal expansion coefficient, the second lens is unlikely to generate heat due to light absorption. Even if the temperature of the second lens rises due to light absorption, the birefringence caused by the thermal distortion of the second lens does not become very large. For this reason, in the condensing optical system in which the temperature rises more easily than the pickup optical system, the disturbance of the polarization state of the first deflection component is further reduced.
上記第1態様において、前記第2のレンズは、前記集光光学系において最も前記光学素子側に配置されているのが好ましい。
この構成によれば、最も温度が上昇し易い光学素子側に第2のレンズが配置されているため、第1の偏向成分の偏光状態の乱れを良好に低減できる。
In the first aspect, it is preferable that the second lens is disposed closest to the optical element in the condensing optical system.
According to this configuration, since the second lens is disposed on the optical element side where the temperature is most likely to rise, disturbance of the polarization state of the first deflection component can be reduced well.
上記第1態様において、前記集光光学系は、前記第1のレンズと第2のレンズとを含み、前記第1のレンズは、前記集光光学系において最も前記光学素子側に配置されているのが好ましい。
この構成によれば、集光光学系が複数のレンズから構成される場合において、最も温度が上昇し易い光学素子側に第1のレンズが配置されているため、第1の偏向成分の偏光状態の乱れを良好に低減できる。
In the first aspect, the condensing optical system includes the first lens and the second lens, and the first lens is disposed closest to the optical element in the condensing optical system. Is preferred.
According to this configuration, when the condensing optical system is composed of a plurality of lenses, the first lens is disposed on the optical element side where the temperature is most likely to rise, so the polarization state of the first deflection component Disturbance can be reduced satisfactorily.
上記第1態様において、前記第1のレンズは、イオン交換法によって強化されたレンズであり、K2Oを含有するのが好ましい。
この構成によれば、第1のレンズは表層に所定の応力層を備えるため、第1の偏向成分の偏光状態の乱れを良好に低減できる。
In the first aspect, the first lens is a lens reinforced by an ion exchange method, and preferably contains K 2 O.
According to this configuration, since the first lens includes the predetermined stress layer on the surface layer, disturbance of the polarization state of the first deflection component can be reduced satisfactorily.
上記第1態様において、前記光のうち前記偏光分離素子を経由した第2の偏光成分が入射する波長変換素子をさらに含むのが好ましい。
この構成によれば、光源部から射出した光と異なる波長帯の光を生成することができる。
In the first aspect, it is preferable that the light source further includes a wavelength conversion element on which a second polarization component of the light that has passed through the polarization separation element is incident.
According to this configuration, it is possible to generate light having a wavelength band different from the light emitted from the light source unit.
本発明の第2態様に従えば、上記第2態様に係る光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターが提供される。 According to the second aspect of the present invention, the light source device according to the second aspect, a light modulation device that forms image light by modulating light from the light source device according to image information, and the image light A projection optical system for projecting is provided.
第2態様に係るプロジェクターは上記第2態様に係る光源装置を備えるので、明るい画像光を投射することができる。 Since the projector according to the second aspect includes the light source device according to the second aspect, it is possible to project bright image light.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
(第1実施形態)
まず、本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図1は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図1に示すように、本実施形態のプロジェクター1は、スクリーンSCR上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター1は、照明装置2と、色分離光学系3と、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bと、合成光学系5と、投射光学系6とを備えている。
(First embodiment)
First, an example of a projector according to the present embodiment will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the projector 1 of this embodiment is a projection type image display device that displays a color video on a screen SCR. The projector 1 includes an illumination device 2, a color separation optical system 3, a light modulation device 4R, a light modulation device 4G, a light modulation device 4B, a combining optical system 5, and a projection optical system 6.
色分離光学系3は、照明光WLを赤色光LRと、緑色光LGと、青色光LBとに分離する。色分離光学系3は、第1のダイクロイックミラー7a及び第2のダイクロイックミラー7bと、第1の全反射ミラー8a、第2の全反射ミラー8b及び第3の全反射ミラー8cと、第1のリレーレンズ9a及び第2のリレーレンズ9bとを概略備えている。 The color separation optical system 3 separates the illumination light WL into red light LR, green light LG, and blue light LB. The color separation optical system 3 includes a first dichroic mirror 7a and a second dichroic mirror 7b, a first total reflection mirror 8a, a second total reflection mirror 8b, a third total reflection mirror 8c, and a first A relay lens 9a and a second relay lens 9b are roughly provided.
第1のダイクロイックミラー7aは、照明装置2からの照明光WLを赤色光LRと、その他の光(緑色光LG及び青色光LB)とに分離する。第1のダイクロイックミラー7aは、分離された赤色光LRを透過すると共に、その他の光(緑色光LG及び青色光LB)を反射する。一方、第2のダイクロイックミラー7bは、緑色光LGを反射すると共に青色光LBを透過することによって、その他の光を緑色光LGと青色光LBとに分離する。 The first dichroic mirror 7a separates the illumination light WL from the illumination device 2 into red light LR and other light (green light LG and blue light LB). The first dichroic mirror 7a transmits the separated red light LR and reflects other light (green light LG and blue light LB). On the other hand, the second dichroic mirror 7b reflects the green light LG and transmits the blue light LB, thereby separating the other light into the green light LG and the blue light LB.
第1の全反射ミラー8aは、赤色光LRの光路中に配置されて、第1のダイクロイックミラー7aを透過した赤色光LRを光変調装置4Rに向けて反射する。一方、第2の全反射ミラー8b及び第3の全反射ミラー8cは、青色光LBの光路中に配置されて、第2のダイクロイックミラー7bを透過した青色光LBを光変調装置4Bに導く。緑色光LGは、第2のダイクロイックミラー7bから光変調装置4Gに向けて反射される。 The first total reflection mirror 8a is disposed in the optical path of the red light LR, and reflects the red light LR transmitted through the first dichroic mirror 7a toward the light modulation device 4R. On the other hand, the second total reflection mirror 8b and the third total reflection mirror 8c are arranged in the optical path of the blue light LB, and guide the blue light LB transmitted through the second dichroic mirror 7b to the light modulation device 4B. The green light LG is reflected from the second dichroic mirror 7b toward the light modulation device 4G.
第1のリレーレンズ9a及び第2のリレーレンズ9bは、青色光LBの光路中における第2の全反射ミラー8bの光射出側に配置されている。第1のリレーレンズ9a及び第2のリレーレンズ9bは、青色光LBの光路長が赤色光LRや緑色光LGの光路長よりも長くなることに起因した青色光LBの光損失を補償する機能を有している。 The first relay lens 9a and the second relay lens 9b are arranged on the light emission side of the second total reflection mirror 8b in the optical path of the blue light LB. The first relay lens 9a and the second relay lens 9b function to compensate for the optical loss of the blue light LB caused by the optical path length of the blue light LB being longer than the optical path lengths of the red light LR and the green light LG. have.
光変調装置4Rは、赤色光LRを画像情報に応じて変調し、赤色光LRに対応した画像光を形成する。光変調装置4Gは、緑色光LGを画像情報に応じて変調し、緑色光LGに対応した画像光を形成する。光変調装置4Bは、青色光LBを画像情報に応じて変調し、青色光LBに対応した画像光を形成する。 The light modulation device 4R modulates the red light LR according to the image information, and forms image light corresponding to the red light LR. The light modulation device 4G modulates the green light LG according to the image information, and forms image light corresponding to the green light LG. The light modulation device 4B modulates the blue light LB according to the image information, and forms image light corresponding to the blue light LB.
光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側及び射出側各々には、偏光板(図示せず。)が配置されている。 For example, a transmissive liquid crystal panel is used for the light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B. A polarizing plate (not shown) is disposed on each of the incident side and the emission side of the liquid crystal panel.
また、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bの入射側には、それぞれフィールドレンズ10R,フィールドレンズ10G,フィールドレンズ10Bが配置されている。フィールドレンズ10R,フィールドレンズ10G,フィールドレンズ10Bは、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bそれぞれに入射する赤色光LR,緑色光LG,青色光LBそれぞれを平行化する。 Further, a field lens 10R, a field lens 10G, and a field lens 10B are disposed on the incident side of the light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B, respectively. The field lens 10R, the field lens 10G, and the field lens 10B collimate the red light LR, the green light LG, and the blue light LB incident on the light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B, respectively.
合成光学系5には、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bからの画像光が入射する。合成光学系5は、各々が赤色光LR,緑色光LG,青色光LBに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系6に向けて射出する。合成光学系5には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。 Image light from the light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B is incident on the combining optical system 5. The synthesis optical system 5 synthesizes image lights corresponding to the red light LR, green light LG, and blue light LB, respectively, and emits the synthesized image light toward the projection optical system 6. For example, a cross dichroic prism is used for the combining optical system 5.
投射光学系6は、投射レンズ群からなり、合成光学系5により合成された画像光をスクリーンSCRに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンSCR上には、拡大されたカラー映像が表示される。 The projection optical system 6 includes a projection lens group, and enlarges and projects the image light combined by the combining optical system 5 toward the screen SCR. As a result, an enlarged color image is displayed on the screen SCR.
(照明装置)
続いて、本発明の一実施形態に係る照明装置2について説明する。図2は照明装置2の概略構成を示す図である。図2に示すように、照明装置2は、光源装置2Aと、インテグレーター光学系31と、偏光変換素子32と、重畳レンズ33aとを備えている。本実施形態において、インテグレーター光学系31と重畳レンズ33aとは重畳光学系33を構成している。
(Lighting device)
Then, the illuminating device 2 which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the illumination device 2. As shown in FIG. 2, the illumination device 2 includes a light source device 2A, an integrator optical system 31, a polarization conversion element 32, and a superimposing lens 33a. In the present embodiment, the integrator optical system 31 and the superimposing lens 33a constitute a superimposing optical system 33.
光源装置2Aは、アレイ光源21Aと、コリメーター光学系22と、アフォーカル光学系23と、第1の位相差板28aと、ホモジナイザー光学系24と、偏光分離素子50Aを含む光学素子25Aと、第1の集光光学系26と、蛍光発光素子27と、第2の位相差板28bと、第2の集光光学系29と、拡散反射素子30とを備える。 The light source device 2A includes an array light source 21A, a collimator optical system 22, an afocal optical system 23, a first retardation plate 28a, a homogenizer optical system 24, an optical element 25A including a polarization separation element 50A, A first condensing optical system 26, a fluorescent light emitting element 27, a second phase difference plate 28b, a second condensing optical system 29, and a diffuse reflection element 30 are provided.
アレイ光源21Aと、コリメーター光学系22と、アフォーカル光学系23と、第1の位相差板28aと、ホモジナイザー光学系24と、光学素子25Aと、第2の位相差板28bと、第2の集光光学系29と、拡散反射素子30とは、光軸ax1上に順次並んで配置されている。一方、蛍光発光素子27と、第1の集光光学系26と、光学素子25Aと、インテグレーター光学系31と、偏光変換素子32と、重畳レンズ33aとは、光軸ax2上に順次並んで配置されている。光軸ax1と光軸ax2とは、同一面内にあり、互いに直交する。 An array light source 21A, a collimator optical system 22, an afocal optical system 23, a first phase difference plate 28a, a homogenizer optical system 24, an optical element 25A, a second phase difference plate 28b, and a second phase difference plate 28b The condensing optical system 29 and the diffuse reflection element 30 are sequentially arranged on the optical axis ax1. On the other hand, the fluorescent light emitting element 27, the first condensing optical system 26, the optical element 25A, the integrator optical system 31, the polarization conversion element 32, and the superimposing lens 33a are sequentially arranged on the optical axis ax2. Has been. The optical axis ax1 and the optical axis ax2 are in the same plane and are orthogonal to each other.
アレイ光源21Aは、固体光源としての複数の半導体レーザー211を備える。複数の半導体レーザー211は光軸ax1と直交する同一面内において、アレイ状に並んで配置されている。半導体レーザー211は、例えば青色の光線BL(例えばピーク波長が460nmのレーザー光)を射出する。本実施形態において、アレイ光源21Aは、複数の光線BLからなる光線束を射出する。 The array light source 21A includes a plurality of semiconductor lasers 211 as solid light sources. The plurality of semiconductor lasers 211 are arranged in an array in the same plane orthogonal to the optical axis ax1. The semiconductor laser 211 emits, for example, a blue light beam BL (for example, a laser beam having a peak wavelength of 460 nm). In the present embodiment, the array light source 21A emits a light bundle composed of a plurality of light beams BL.
アレイ光源21Aから射出された光線BLは、コリメーター光学系22に入射する。コリメーター光学系22は、アレイ光源21Aから射出された光線BLを平行光束に変換する。コリメーター光学系22は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ22aから構成されている。複数のコリメーターレンズ22aは、複数の半導体レーザー211に対応して配置されている。 The light beam BL emitted from the array light source 21 </ b> A enters the collimator optical system 22. The collimator optical system 22 converts the light beam BL emitted from the array light source 21A into a parallel light beam. The collimator optical system 22 is composed of, for example, a plurality of collimator lenses 22a arranged in an array. The plurality of collimator lenses 22 a are arranged corresponding to the plurality of semiconductor lasers 211.
コリメーター光学系22を通過した光線BLは、アフォーカル光学系23に入射する。アフォーカル光学系23は、光線BLの光束径を調整する。アフォーカル光学系23は、例えば凸レンズ23a,凹レンズ23bから構成されている。 The light beam BL that has passed through the collimator optical system 22 enters the afocal optical system 23. The afocal optical system 23 adjusts the beam diameter of the light beam BL. The afocal optical system 23 includes, for example, a convex lens 23a and a concave lens 23b.
アフォーカル光学系23を通過した光線BLは第1の位相差板28aに入射する。第1の位相差板28aは、例えば回転可能とされた1/2波長板である。半導体レーザー211から射出された光線BLは直線偏光である。1/2波長板の回転角度を適切に設定することにより、第1の位相差板28aを透過した光線BLを、光学素子25Aに対するS偏光成分とP偏光成分とを所定の比率で含む光線とすることができる。第1の位相差板28aを回転させることにより、S偏光成分とP偏光成分との比率を変化させることができる。 The light beam BL that has passed through the afocal optical system 23 enters the first retardation plate 28a. The first retardation plate 28a is, for example, a half-wave plate that can be rotated. The light beam BL emitted from the semiconductor laser 211 is linearly polarized light. By appropriately setting the rotation angle of the half-wave plate, the light beam BL transmitted through the first phase difference plate 28a is converted into a light beam containing an S-polarized component and a P-polarized component with respect to the optical element 25A at a predetermined ratio. can do. By rotating the first retardation plate 28a, the ratio of the S-polarized component and the P-polarized component can be changed.
第1の位相差板28aを通過することによりS偏光成分の光線BLsとP偏光成分の光線BLpとを含む光は、ホモジナイザー光学系24に入射する。本実施形態において、第1の位相差板28a及びアレイ光源21Aは、特許請求の範囲の「光源部」に相当し、P偏光成分の光線BLpは、特許請求の範囲の「第1の偏光成分」に相当する。 The light including the S-polarized component light beam BLs and the P-polarized component light beam BLp is incident on the homogenizer optical system 24 by passing through the first retardation plate 28a. In the present embodiment, the first retardation plate 28a and the array light source 21A correspond to the “light source unit” in the claims, and the light beam BLp of the P-polarized component is the “first polarization component” in the claims. Is equivalent to.
ホモジナイザー光学系24は、第1の集光光学系26と協働して、蛍光体層34上での光線BLsによる照度分布を均一化する。また、ホモジナイザー光学系24は、第2の集光光学系29と協働して、後述する拡散反射素子30上での青色光BLc1による照度分布を均一化する。ホモジナイザー光学系24は、例えば第1のレンズアレイ24aと第2のレンズアレイ24bとから構成されている。第1のレンズアレイ24aは複数の第1小レンズ24amを含み、第2のレンズアレイ24bは複数の第2小レンズ24bmを含む。複数の第2小レンズ24bmは複数の第1小レンズ24amとそれぞれ対応している。 The homogenizer optical system 24 collaborates with the first condensing optical system 26 to uniformize the illuminance distribution due to the light beam BLs on the phosphor layer 34. Further, the homogenizer optical system 24 cooperates with the second condensing optical system 29 to uniformize the illuminance distribution by the blue light BLc1 on the diffuse reflection element 30 described later. The homogenizer optical system 24 includes, for example, a first lens array 24a and a second lens array 24b. The first lens array 24a includes a plurality of first small lenses 24am, and the second lens array 24b includes a plurality of second small lenses 24bm. The plurality of second small lenses 24bm correspond to the plurality of first small lenses 24am, respectively.
ホモジナイザー光学系24を透過した光は光学素子25Aに入射する。光学素子25Aは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸ax1に対して45°の角度をなす傾斜面Kを有している。傾斜面Kは、光軸ax2に対しても45°の角度をなしている。 The light transmitted through the homogenizer optical system 24 enters the optical element 25A. The optical element 25A is composed of, for example, a dichroic prism having wavelength selectivity. The dichroic prism has an inclined surface K that forms an angle of 45 ° with the optical axis ax1. The inclined surface K forms an angle of 45 ° with respect to the optical axis ax2.
傾斜面Kには、波長選択特性を有する偏光分離素子50Aが設けられている。偏光分離素子50Aは、第1の位相差板28aを通過した光を、偏光分離素子50Aに対するS偏光成分とP偏光成分とに分離する偏光分離機能を有している。具体的に、偏光分離素子50Aは、S偏光成分の光線BLsを反射させ、P偏光成分の光線BLpを透過させる。 The inclined surface K is provided with a polarization separation element 50A having wavelength selection characteristics. The polarization separation element 50A has a polarization separation function of separating the light that has passed through the first retardation plate 28a into an S-polarized component and a P-polarized component for the polarization separation element 50A. Specifically, the polarization separation element 50A reflects the light beam BLs of the S polarization component and transmits the light beam BLp of the P polarization component.
また、偏光分離素子50Aは光線BLs及び光線BLpとは波長帯が異なる蛍光YLを、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。 Further, the polarization separation element 50A has a color separation function of transmitting the fluorescent light YL having a wavelength band different from that of the light beams BLs and BLp regardless of the polarization state.
偏光分離素子50Aから射出されたS偏光の光線BLsは、第1の集光光学系26に入射する。第1の集光光学系26は、光線BLsを蛍光体層34に向けて集光させるとともに、蛍光体層34の上で互いに重畳させる。本実施形態において、蛍光体層34は特許請求の範囲の「波長変換素子」に相当する。 The S-polarized light beam BLs emitted from the polarization separation element 50 </ b> A is incident on the first condensing optical system 26. The first condensing optical system 26 condenses the light beams BLs toward the phosphor layer 34 and superimposes them on the phosphor layer 34. In the present embodiment, the phosphor layer 34 corresponds to a “wavelength conversion element” in the claims.
本実施形態において、第1の集光光学系26は、例えば第1レンズ26a及び第2レンズ26bから構成されている。第1の集光光学系26から射出された光線BLsは、蛍光発光素子27に入射する。蛍光発光素子27は、蛍光体層34と、この蛍光体層34を支持する基板35と、蛍光体層34を基板35に固定する固定部材36とを有している。 In this embodiment, the 1st condensing optical system 26 is comprised from the 1st lens 26a and the 2nd lens 26b, for example. The light beam BLs emitted from the first condensing optical system 26 enters the fluorescent light emitting element 27. The fluorescent light emitting element 27 includes a phosphor layer 34, a substrate 35 that supports the phosphor layer 34, and a fixing member 36 that fixes the phosphor layer 34 to the substrate 35.
本実施形態において、蛍光体層34は、蛍光体層34の側面と基板35との間に設けられた固定部材36により、基板35に固定されている。蛍光体層34の光線BLsが入射する側とは反対側の面は基板35に接触している。 In the present embodiment, the phosphor layer 34 is fixed to the substrate 35 by a fixing member 36 provided between the side surface of the phosphor layer 34 and the substrate 35. The surface of the phosphor layer 34 opposite to the side on which the light beam BLs is incident is in contact with the substrate 35.
蛍光体層34は、波長440nmの光線BLを吸収して励起される蛍光体を含む。
この光線BLsにより励起された蛍光体は、例えば500〜700nmの波長域にピーク波長を有する蛍光(黄色光)YLを射出する。
The phosphor layer 34 includes a phosphor that is excited by absorbing the light beam BL having a wavelength of 440 nm.
The phosphor excited by the light beam BLs emits fluorescence (yellow light) YL having a peak wavelength in a wavelength region of 500 to 700 nm, for example.
蛍光体層34には、耐熱性及び表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような蛍光体層34としては、例えば、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層や、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などを好適に用いることができる。 It is preferable to use a material having excellent heat resistance and surface processability for the phosphor layer 34. As such a phosphor layer 34, for example, a phosphor layer in which phosphor particles are dispersed in an inorganic binder such as alumina, or a phosphor layer in which phosphor particles are sintered without using a binder is suitable. Can be used.
蛍光体層34の光線BLsが入射する側とは反対側には、第1の反射素子としての反射部37が設けられている。反射部37は、蛍光体層34で生成された蛍光YLのうち、基板35に向かって進む成分を反射する。 On the opposite side of the phosphor layer 34 from the side on which the light beam BLs is incident, a reflecting portion 37 as a first reflecting element is provided. The reflection unit 37 reflects a component traveling toward the substrate 35 in the fluorescence YL generated in the phosphor layer 34.
基板35の蛍光体層34を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク38が配置されている。蛍光発光素子27では、このヒートシンク38を介して放熱できるため、蛍光体層34の熱劣化を防ぐことができる。 A heat sink 38 is disposed on the surface of the substrate 35 opposite to the surface that supports the phosphor layer 34. In the fluorescent light emitting element 27, since heat can be radiated through the heat sink 38, thermal deterioration of the phosphor layer 34 can be prevented.
蛍光体層34で生成された蛍光YLのうち、一部の蛍光YLは、反射部37によって反射され、蛍光体層34の外部へと射出される。また、蛍光体層34で生成された蛍光YLのうち、他の一部の蛍光YLは、反射部37を介さずに蛍光体層34の外部へと射出される。このようにして、蛍光YLが蛍光体層34から射出される。 Among the fluorescence YL generated in the phosphor layer 34, a part of the fluorescence YL is reflected by the reflecting portion 37 and emitted to the outside of the phosphor layer 34. In addition, among the fluorescence YL generated in the phosphor layer 34, another part of the fluorescence YL is emitted outside the phosphor layer 34 without passing through the reflection portion 37. In this way, the fluorescence YL is emitted from the phosphor layer 34.
蛍光体層34から射出された蛍光YLは、非偏光光である。蛍光YLは、第1の集光光学系26を通過した後、偏光分離素子50Aに入射する。そして、この蛍光YLは、偏光分離素子50Aからインテグレーター光学系31に向けて進む。 The fluorescence YL emitted from the phosphor layer 34 is non-polarized light. The fluorescence YL passes through the first condensing optical system 26 and then enters the polarization separation element 50A. The fluorescence YL travels from the polarization separation element 50 </ b> A toward the integrator optical system 31.
一方、偏光分離素子50Aから射出されたP偏光の光線BLpは、第2の位相差板28bに入射する。第2の位相差板28bは、偏光分離素子50Aと拡散反射素子30との間の光路中に配置された1/4波長板から構成されている。したがって、偏光分離素子50Aから射出されたP偏光の光線BLpは、この第2の位相差板28bによって、例えば、右回り円偏光の青色光BLc1に変換された後、第2の集光光学系29に入射する。本実施形態において、第2の位相差板28bは特許請求の範囲の「位相差素子」に相当する。 On the other hand, the P-polarized light beam BLp emitted from the polarization separation element 50A enters the second retardation plate 28b. The second retardation plate 28b is composed of a quarter-wave plate disposed in the optical path between the polarization separation element 50A and the diffuse reflection element 30. Therefore, the P-polarized light beam BLp emitted from the polarization separation element 50A is converted into, for example, clockwise circularly polarized blue light BLc1 by the second retardation plate 28b, and then the second condensing optical system. 29 is incident. In the present embodiment, the second retardation plate 28 b corresponds to a “retardation element” in the claims.
本実施形態において、第2の集光光学系29は、例えば1つのレンズ29aから構成されており、青色光BLc1を拡散反射素子30に向けて集光させる。本実施形態において、レンズ29aは、例えば、正の線膨張係数を持つ硝子から構成されている。 In the present embodiment, the second condensing optical system 29 includes, for example, a single lens 29 a and condenses the blue light BLc 1 toward the diffuse reflection element 30. In the present embodiment, the lens 29a is made of glass having a positive linear expansion coefficient, for example.
拡散反射素子30は、第2の集光光学系29から射出された青色光BLc1を偏光分離素子50Aに向けて拡散反射させる。拡散反射素子30としては、青色光BLc1をランバート反射させるものを用いることが好ましい。 The diffuse reflection element 30 diffusely reflects the blue light BLc1 emitted from the second condensing optical system 29 toward the polarization separation element 50A. As the diffuse reflection element 30, it is preferable to use an element that causes Lambertian reflection of the blue light BLc1.
図3は拡散反射素子30の断面図である。
図3に示すように、拡散反射素子30は、基材43と、反射膜44と、を備えている。基材43は、例えば硝子等の任意の材料で構成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the diffuse reflection element 30.
As shown in FIG. 3, the diffuse reflection element 30 includes a base material 43 and a reflection film 44. The base material 43 is made of an arbitrary material such as glass.
基材43の2つの面のうち、青色光BLc1が入射する側の面に、ランダムに配置された複数の曲面を含む凹凸構造43aが設けられている。本実施形態では、凹凸構造43aは複数の凹部からなり、個々の凹部は略球面状に形成されている。凹部の深さは、例えば球面全体の径の1/4程度である。拡散反射素子30を光の入射方向から見た場合、複数の凹部はランダムに配置されている。 Of the two surfaces of the base material 43, a concavo-convex structure 43a including a plurality of randomly arranged curved surfaces is provided on the surface on which the blue light BLc1 is incident. In the present embodiment, the concavo-convex structure 43a is composed of a plurality of recesses, and each recess is formed in a substantially spherical shape. The depth of the recess is, for example, about 1/4 of the diameter of the entire spherical surface. When the diffuse reflection element 30 is viewed from the incident direction of light, the plurality of concave portions are randomly arranged.
反射膜44は、例えば銀、アルミニウム等の光反射率の高い金属で形成された金属反射膜である。反射膜44は凹凸構造43aの形状に沿って形成されており、反射膜44の表面も略球面状の形状を呈している。凹凸構造43aの表面に反射膜44が形成されたことにより、凹凸構造43aは反射性を有する。拡散反射素子30の反射膜44の形成面に青色光BLc1が入射したとき、青色光BLc1は1回の反射で射出され、多重反射は生じない。これにより、青色光BLc1が拡散反射素子30によって反射されるときの、その偏光状態の乱れが低減される。 The reflection film 44 is a metal reflection film formed of a metal having a high light reflectance such as silver or aluminum. The reflective film 44 is formed along the shape of the concavo-convex structure 43a, and the surface of the reflective film 44 also has a substantially spherical shape. Since the reflective film 44 is formed on the surface of the uneven structure 43a, the uneven structure 43a has reflectivity. When the blue light BLc1 is incident on the formation surface of the reflection film 44 of the diffuse reflection element 30, the blue light BLc1 is emitted by one reflection, and multiple reflection does not occur. Thereby, disturbance of the polarization state when the blue light BLc1 is reflected by the diffuse reflection element 30 is reduced.
反射膜44として、金属反射膜に限らず、例えば誘電体多層膜を用いることも可能である。しかしながら、反射膜44として金属反射膜を用いた場合、誘電体多層膜からなる反射膜を用いた場合と比べて、光の入射角が変化しても反射特性が低下しにくい。その結果、拡散反射素子30による光の損失が少なくなり、光の利用効率を高めることができる。 The reflection film 44 is not limited to a metal reflection film, and for example, a dielectric multilayer film can be used. However, when a metal reflection film is used as the reflection film 44, the reflection characteristics are less likely to deteriorate even if the incident angle of light changes, compared to the case where a reflection film made of a dielectric multilayer film is used. As a result, light loss due to the diffuse reflection element 30 is reduced, and the light use efficiency can be increased.
なお、拡散反射素子30の構造は図3に示した構成に限定されない。例えば、基材が銀、アルミニウム等の金属を形成しても良い。この場合、基材自体が光反射性を有しているため、基材上に金属膜を形成する必要がない。また、図3に示した構造では、凹凸構造43aの表面に反射膜44を形成したが、基材43の2つの面のうち、青色光BLc1が入射する側の面と反対側の面に反射膜44を形成しても良い。 The structure of the diffuse reflection element 30 is not limited to the configuration shown in FIG. For example, the base material may form a metal such as silver or aluminum. In this case, since the base material itself has light reflectivity, it is not necessary to form a metal film on the base material. In the structure shown in FIG. 3, the reflective film 44 is formed on the surface of the concave-convex structure 43a. Of the two surfaces of the base material 43, the reflective film 44 is reflected on the surface opposite to the surface on which the blue light BLc1 is incident. The film 44 may be formed.
拡散反射素子30によって拡散反射された光を青色光BLc2と称する。本実施形態によれば、上記拡散反射素子30を用いることにより、青色光BLc1を拡散反射させて、略均一な照度分布を有する青色光BLc2を得ることができる。ここで、右回り円偏光の青色光BLc1は左回り円偏光の青色光BLc2として反射される。 The light diffusely reflected by the diffuse reflection element 30 is referred to as blue light BLc2. According to the present embodiment, by using the diffuse reflection element 30, the blue light BLc1 can be diffused and reflected to obtain the blue light BLc2 having a substantially uniform illuminance distribution. Here, the clockwise circularly polarized blue light BLc1 is reflected as the counterclockwise circularly polarized blue light BLc2.
青色光BLc2は第2の集光光学系29にピックアップされることで平行光に変換された後に再び第2の位相差板28bに入射する。本実施形態において、第2の集光光学系29は、特許請求の範囲に記載の「集光光学系」及び「ピックアップ光学系」に相当するものである。つまり、第2の集光光学系29は、集光光学系としての機能とピックアップ光学系としての機能とを兼ねた光学系を構成している。 The blue light BLc2 is picked up by the second condensing optical system 29 and converted into parallel light, and then enters the second retardation plate 28b again. In the present embodiment, the second condensing optical system 29 corresponds to a “condensing optical system” and a “pickup optical system” recited in the claims. That is, the second condensing optical system 29 constitutes an optical system that has both a function as a condensing optical system and a function as a pickup optical system.
左回り円偏光の青色光BLc2は、第2の位相差板28bによってS偏光の青色光BL’sに変換される。S偏光の青色光BL’sは、偏光分離素子50Aによってインテグレーター光学系31に向けて反射される。 The counterclockwise circularly polarized blue light BLc2 is converted into S-polarized blue light BL's by the second retardation film 28b. The S-polarized blue light BL's is reflected toward the integrator optical system 31 by the polarization separation element 50A.
これにより、青色光BL’sは、偏光分離素子50Aを透過した蛍光YLと共に、照明光WLとして利用されることになる。すなわち、青色光BL’s及び蛍光YLは、偏光分離素子50Aから互いに同一方向に向けて射出される。これにより、青色光BL’sと蛍光(黄色光)YLとが混ざった白色の照明光WLが得られる。 Thereby, the blue light BL's is used as the illumination light WL together with the fluorescence YL transmitted through the polarization separation element 50A. That is, the blue light BL's and the fluorescence YL are emitted from the polarization separation element 50A in the same direction. Thereby, white illumination light WL in which blue light BL's and fluorescence (yellow light) YL are mixed is obtained.
照明光WLは、インテグレーター光学系31に向けて射出される。インテグレーター光学系31は、例えば、レンズアレイ31a,レンズアレイ31bから構成されている。レンズアレイ31a,31bは、複数の小レンズがアレイ状に配列されたものからなる。 The illumination light WL is emitted toward the integrator optical system 31. The integrator optical system 31 includes, for example, a lens array 31a and a lens array 31b. The lens arrays 31a and 31b are composed of a plurality of small lenses arranged in an array.
インテグレーター光学系31を透過した照明光WLは、偏光変換素子32に入射する。偏光変換素子32は、偏光分離膜と位相差板とから構成されている。偏光変換素子32は、非偏光の蛍光YLを含む照明光WLを直線偏光に変換する。 The illumination light WL that has passed through the integrator optical system 31 enters the polarization conversion element 32. The polarization conversion element 32 includes a polarization separation film and a retardation plate. The polarization conversion element 32 converts the illumination light WL including the non-polarized fluorescence YL into linearly polarized light.
偏光変換素子32を透過した照明光WLは、重畳光学系33に入射する。重畳光学系33はインテグレーター光学系31と協同して、被照明領域における照明光WLによる照度の分布を均一化する。このようにして、照明装置2は照明光WLを生成する。 The illumination light WL that has passed through the polarization conversion element 32 enters the superimposing optical system 33. The superimposing optical system 33 cooperates with the integrator optical system 31 to uniformize the illuminance distribution by the illumination light WL in the illuminated area. In this way, the lighting device 2 generates the illumination light WL.
ところで、上記説明では理想的な場合について説明した。すなわち、拡散反射素子30から戻ってきた青色光BLc2が第2の位相差板28bによってS偏光に変換される場合について説明した。この場合、偏光分離素子50Aにより反射された青色光BL’sの光量は偏光分離素子50Aに入射した青色光BL’sの光量とほぼ同じである。しかしながら、実際には、偏光分離素子50Aにより反射された青色光BL’sの光量が反射前の光量に比べて減少する場合がある。この傾向は半導体レーザー211のパワーが大きくなるほど顕著となる。 In the above description, an ideal case has been described. That is, the case where the blue light BLc2 returned from the diffuse reflection element 30 is converted into S-polarized light by the second retardation plate 28b has been described. In this case, the amount of blue light BL's reflected by the polarization separation element 50A is substantially the same as the amount of blue light BL's incident on the polarization separation element 50A. However, in practice, the amount of blue light BL's reflected by the polarization separation element 50A may decrease compared to the amount before reflection. This tendency becomes more prominent as the power of the semiconductor laser 211 increases.
ここで、第2の集光光学系29(レンズ29a)を構成する硝材は内部吸収率がゼロではない。そのため、レンズ29aはアレイ光源21Aから射出されたレーザー光(青色光BLc1或いはBLc2)の一部を吸収して発熱する。 Here, the internal absorptance of the glass material constituting the second condensing optical system 29 (lens 29a) is not zero. Therefore, the lens 29a absorbs part of the laser light (blue light BLc1 or BLc2) emitted from the array light source 21A and generates heat.
ここで、比較例として、レンズ29aと同じ正の線膨張係数を持つ硝子からなるレンズがレーザー光を吸収した場合のシミュレーション結果について説明する。以下、このレンズを比較用レンズ29bと呼ぶ。比較用レンズ29bとレンズ29aとの違いは、後述のように光が入射していない状態において表層に応力を有しているか否かの点である。 Here, as a comparative example, a simulation result when a lens made of glass having the same positive linear expansion coefficient as the lens 29a absorbs laser light will be described. Hereinafter, this lens is referred to as a comparative lens 29b. The difference between the comparative lens 29b and the lens 29a is whether or not the surface layer has stress in a state where no light is incident as will be described later.
図4は比較用レンズ29bに生じる発熱時の温度分布のシミュレーション結果を示す図である。図4に示すように、比較用レンズ29bはレーザー光を吸収すると、中央部に最も高温となる高温部を有した温度分布が生じる。 FIG. 4 is a diagram showing a simulation result of the temperature distribution during heat generation occurring in the comparative lens 29b. As shown in FIG. 4, when the comparative lens 29b absorbs the laser beam, a temperature distribution having a high temperature portion that is the highest temperature in the center portion is generated.
図5は発熱時の比較用レンズ29bに生じる応力分布のシミュレーション結果である。なお、図5において、符号A1で示す領域は圧縮応力が生じている圧縮応力発生領域に相当し、符号A2で示す領域は引張応力が生じている引張応力発生領域に相当する。 FIG. 5 is a simulation result of a stress distribution generated in the comparative lens 29b during heat generation. In FIG. 5, a region indicated by reference numeral A1 corresponds to a compressive stress generation region where compressive stress is generated, and a region indicated by reference symbol A2 corresponds to a tensile stress generation region where tensile stress is generated.
図5に示すように、比較用レンズ29bでは、発熱による熱歪み(膨張)によって、その表層に引張応力が生じ、その内部に圧縮応力が生じた状態となる。 As shown in FIG. 5, in the comparative lens 29b, due to thermal distortion (expansion) due to heat generation, a tensile stress is generated in the surface layer, and a compressive stress is generated therein.
図6は比較用レンズ29bにおいて熱歪みが生じた場合の現象を模式的に示した図である。図6中の矢印左側に示される状態は比較用レンズ29bに熱歪みが生じない非発熱時に相当し、図6中の矢印右側に示される状態は比較用レンズ29bに熱歪みが生じる発熱時の状態に相当する。 FIG. 6 is a diagram schematically showing a phenomenon when thermal distortion occurs in the comparative lens 29b. The state shown on the left side of the arrow in FIG. 6 corresponds to a non-heat generation state when no thermal distortion occurs in the comparative lens 29b, and the state shown on the right side of the arrow in FIG. 6 corresponds to a state of heat generation when thermal distortion occurs in the comparison lens 29b. Corresponds to the state.
熱歪によって膨張した比較用レンズ29bは、図6に示すように、その表層に引張応力F1が生じ、その内部に圧縮応力F2が生じた状態となる。比較用レンズ29bは熱歪みによって複屈折が大きくなるため、入射光(青色光BLc1或いは青色光BLc2)の偏光状態を乱すようになる。 As shown in FIG. 6, the comparative lens 29b expanded by thermal strain is in a state in which a tensile stress F1 is generated on the surface layer and a compressive stress F2 is generated on the inside. Since the birefringence of the comparative lens 29b increases due to thermal distortion, the polarization state of incident light (blue light BLc1 or blue light BLc2) is disturbed.
光弾性効果による偏光状態の乱れは、偏光分離素子50Aによりインテグレーター光学系31に向けて反射された青色光BL’sの光量を減少させる。そのため、照明光WLとして利用できる青色光BL’sの青色光BLc2に対する割合が減少する。つまり、光線BLp(第1の偏光成分)の利用効率が低下してしまう。 The disturbance of the polarization state due to the photoelastic effect reduces the amount of blue light BL's reflected toward the integrator optical system 31 by the polarization separation element 50A. Therefore, the ratio of the blue light BL's that can be used as the illumination light WL to the blue light BLc2 is reduced. That is, the utilization efficiency of the light beam BLp (first polarization component) decreases.
これに対し、本実施形態においては、第2の集光光学系29を構成するレンズ29aとして予め表層及び内部に応力を有したレンズを用いている。つまり、レンズ29aは特許請求の範囲の「第1のレンズ」に相当する。 On the other hand, in the present embodiment, a lens having a stress in the surface layer and inside is used in advance as the lens 29a constituting the second condensing optical system 29. That is, the lens 29a corresponds to the “first lens” in the claims.
本実施形態のレンズ29aは、青色光BLc1が該レンズ29aに入射していないとき、表層に圧縮応力を有し、内部に引張応力を有している。ここで、青色光BLc1が該レンズ29aに入射していないときとは、例えば、プロジェクター1の電源がOFF状態のため、アレイ光源21Aからレーザー光が射出されず、レンズ29aが室温となっている状態を意味する。 When the blue light BLc1 is not incident on the lens 29a, the lens 29a of the present embodiment has a compressive stress on the surface layer and a tensile stress inside. Here, when the blue light BLc1 is not incident on the lens 29a, for example, since the power of the projector 1 is in an OFF state, the laser light is not emitted from the array light source 21A, and the lens 29a is at room temperature. Means state.
このようなレンズ29aは物理強化法或いは化学強化法(イオン交換法)によって形成することができる。ここで、一般に化学強化法によってレンズ表層に形成される圧縮応力層の厚さは、物理強化法によってレンズ表層に形成される圧縮応力層の厚さよりも薄い。しかしながら、物理強化法によって圧縮応力層に所定の応力分布を持たせることは難しい。 Such a lens 29a can be formed by a physical strengthening method or a chemical strengthening method (ion exchange method). Here, generally, the thickness of the compressive stress layer formed on the lens surface layer by the chemical strengthening method is thinner than the thickness of the compressive stress layer formed on the lens surface layer by the physical strengthening method. However, it is difficult to give the compressive stress layer a predetermined stress distribution by the physical strengthening method.
そこで、本実施形態では、レンズ29aとしてイオン交換法によって強化されたレンズを用いた。さらに、レンズ29aの表層に圧縮応力層をより深く形成するため、K2Oを含有した硝子を用いてレンズ29aを形成するようにした。K2Oは、化学強化におけるイオン交換速度を大きくする作用があるため、レンズ29aの表層に形成される圧縮応力層の厚さを大きくすることができる。このように本実施形態では、K2Oを含有する硝子をイオン交換法によって強化することで、後述の圧力分布を有したレンズ29aを実現している。 Therefore, in this embodiment, a lens reinforced by an ion exchange method is used as the lens 29a. Further, in order to form a deeper compressive stress layer on the surface layer of the lens 29a, the lens 29a is formed using a glass containing K 2 O. Since K 2 O has the effect of increasing the ion exchange rate in chemical strengthening, the thickness of the compressive stress layer formed on the surface layer of the lens 29a can be increased. As described above, in this embodiment, by strengthening glass that contains K 2 O by ion exchange method realizes a lens 29a having a pressure distribution will be described later.
図7は、上記応力分布を有するレンズ29aにおいて熱歪みが生じた場合の現象を模式的に示した図である。図7において、符号F11はレンズ29aの表層に生じている圧縮応力であり、符号F22はレンズ29aの内部に生じている引張応力である。図7中の矢印左側に示される状態はレンズ29aに熱歪みが生じない非発熱時に相当し、図7中の矢印右側に示される状態はレンズ29aに熱歪みが生じる発熱時の状態に相当する。 FIG. 7 is a diagram schematically showing a phenomenon when thermal distortion occurs in the lens 29a having the stress distribution. In FIG. 7, symbol F11 is a compressive stress generated in the surface layer of the lens 29a, and symbol F22 is a tensile stress generated in the lens 29a. The state shown on the left side of the arrow in FIG. 7 corresponds to a non-heat generation state where thermal distortion does not occur in the lens 29a, and the state shown on the right side of the arrow in FIG. 7 corresponds to a state during heat generation where thermal distortion occurs in the lens 29a. .
レンズ29aにおいて上述の温度分布が発生すると、図6に示した比較用レンズ29bと同様に、その表層に引張応力F1が発生し、内部に圧縮応力F2が発生する。このとき、レンズ29aは表層及び内部に上記応力が予め生じているため、レンズ29aの表層においては上記圧縮応力F11と上記引張応力F1とが合成され、レンズ29aの内部においては上記引張応力F22と上記圧縮応力F2とが合成される。 When the above-described temperature distribution is generated in the lens 29a, a tensile stress F1 is generated in the surface layer and a compressive stress F2 is generated in the inside, as in the comparative lens 29b shown in FIG. At this time, since the above-mentioned stress is generated in the surface layer and the inside of the lens 29a at this time, the compression stress F11 and the tensile stress F1 are combined in the surface layer of the lens 29a, and the tensile stress F22 in the lens 29a. The compressive stress F2 is synthesized.
本実施形態においては、光源装置2Aの使用時にレンズ29aに生じる熱歪みの大きさから上記応力(図6に示した引張応力F1及び圧縮応力F2)を予め算出している。そして、この応力を打ち消す大きさに圧縮応力F11及び引張応力F22を設定するようにしている。そのため、熱歪みによりレンズ29aに発生した応力の少なくとも一部は該レンズ29a内に生じている潜在的な応力(圧縮応力F11及び上記引張応力F22)により相殺される。そのため、光源装置2Aの使用時においてレンズ29a内に生じる応力分布は比較的小さい。 In the present embodiment, the stresses (the tensile stress F1 and the compressive stress F2 shown in FIG. 6) are calculated in advance from the magnitude of thermal strain generated in the lens 29a when the light source device 2A is used. Then, the compressive stress F11 and the tensile stress F22 are set so as to cancel the stress. For this reason, at least a part of the stress generated in the lens 29a due to thermal distortion is offset by the potential stress (compression stress F11 and the tensile stress F22) generated in the lens 29a. Therefore, the stress distribution generated in the lens 29a when using the light source device 2A is relatively small.
なお、レンズに生じる熱歪みは以下の方法で検出可能である。例えば、一対の偏光板の間にスライスしたレンズを配置し、単一波長光束を一方の偏向板側から他方の偏光板側に向かって照射する。このとき、一対の偏光板を平行ニコルに保ちながら光線軸回りに一回転したときの、透過光強度の角度依存性からレンズの位相差を算出し、この位相差からレンズに生じている歪みを算出する。 The thermal distortion generated in the lens can be detected by the following method. For example, a sliced lens is disposed between a pair of polarizing plates, and a single wavelength light beam is irradiated from one deflecting plate side toward the other polarizing plate side. At this time, the phase difference of the lens is calculated from the angle dependency of the transmitted light intensity when the pair of polarizing plates is rotated around the light axis while keeping the parallel Nicols, and the distortion generated in the lens is calculated from the phase difference. calculate.
本実施形態の光源装置2Aによれば、光源装置2Aの使用時に温度が上昇した場合、光弾性効果による複屈折が小さくなるので、レンズ29aに入射した光の偏光状態の乱れを低減することができる。よって、レンズ29aに入射した青色光BLc2は、偏光状態が乱れることなく円偏光状態を保ったまま第2の位相差板28bに入射し、第2の位相差板28bによってS偏光に変換される。これにより、青色光BLc2は偏光分離素子50Aによって高い効率で反射され、照明光WLとして有効利用される。 According to the light source device 2A of the present embodiment, when the temperature rises when the light source device 2A is used, birefringence due to the photoelastic effect is reduced, so that disturbance of the polarization state of the light incident on the lens 29a can be reduced. it can. Therefore, the blue light BLc2 incident on the lens 29a is incident on the second retardation plate 28b while maintaining the circular polarization state without disturbing the polarization state, and is converted into S-polarized light by the second retardation plate 28b. . Thereby, the blue light BLc2 is reflected with high efficiency by the polarization separation element 50A, and is effectively used as the illumination light WL.
したがって、本実施形態の照明装置2は、明るい照明光WLを照射することができる。
また、本実施形態のプロジェクター1によれば、明るい照明光WLを射出する照明装置2を備えるので、明るい画像光をスクリーンSCR上に投射できる。
Therefore, the illuminating device 2 of this embodiment can irradiate bright illumination light WL.
Moreover, according to the projector 1 of this embodiment, since the illumination device 2 that emits the bright illumination light WL is provided, it is possible to project bright image light on the screen SCR.
(第2実施形態)
続いて、第2実施形態に係るプロジェクター1について説明する。なお、上記実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その説明については省略若しくは簡略化する。
(Second Embodiment)
Next, the projector 1 according to the second embodiment will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same structure and member as the said embodiment, and the description is abbreviate | omitted or simplified.
図8は本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。
図8に示すように、本実施形態のプロジェクター1Aは、上記実施形態のプロジェクター1における照明装置2の代わりに、第1照明装置12Aおよび第2照明装置12Bを備えている。
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the projector according to the present embodiment.
As shown in FIG. 8, the projector 1 </ b> A of the present embodiment includes a first lighting device 12 </ b> A and a second lighting device 12 </ b> B instead of the lighting device 2 in the projector 1 of the above embodiment.
本実施形態において、第1照明装置12Aは赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光YLを射出し、第2照明装置12Bは青色光を射出する。そのため、本実施形態のプロジェクター1Aは、色分離光学系3Aの構成が上記実施形態の色分離光学系3とは異なっている。 In the present embodiment, the first lighting device 12A emits yellow fluorescent light YL including red light and green light, and the second lighting device 12B emits blue light. Therefore, the projector 1A of the present embodiment is different from the color separation optical system 3 of the above embodiment in the configuration of the color separation optical system 3A.
本実施形態の色分離光学系3Aは、第1照明装置12Aから射出された蛍光YLを赤色光LRと、緑色光LGとに分離する。色分離光学系3Aは、第1のダイクロイックミラー7aと、第1の全反射ミラー8aと、第4の全反射ミラー8dとを含む。 The color separation optical system 3A of the present embodiment separates the fluorescence YL emitted from the first illumination device 12A into red light LR and green light LG. The color separation optical system 3A includes a first dichroic mirror 7a, a first total reflection mirror 8a, and a fourth total reflection mirror 8d.
第1のダイクロイックミラー7aは、第1照明装置12Aからの蛍光YLを赤色光LRと、緑色光LGとに分離する。第1のダイクロイックミラー7aは、分離された赤色光LRを透過すると共に緑色光LGを反射する。第1の全反射ミラー8aは、赤色光LRを反射して光変調装置4Rに導く。第4の全反射ミラー8dは、緑色光LGを反射して光変調装置4Gに導く。 The first dichroic mirror 7a separates the fluorescence YL from the first illumination device 12A into red light LR and green light LG. The first dichroic mirror 7a transmits the separated red light LR and reflects the green light LG. The first total reflection mirror 8a reflects the red light LR and guides it to the light modulation device 4R. The fourth total reflection mirror 8d reflects the green light LG and guides it to the light modulation device 4G.
第1照明装置12Aは、図8に示すように、第1光源100、コリメート光学系70、ダイクロイックミラー80、コリメート集光光学系90、回転蛍光板40、インテグレーター光学系31と、偏光変換素子32と、重畳レンズ33aとを備える。 As shown in FIG. 8, the first illumination device 12A includes a first light source 100, a collimating optical system 70, a dichroic mirror 80, a collimating condensing optical system 90, a rotating fluorescent plate 40, an integrator optical system 31, and a polarization conversion element 32. And a superimposing lens 33a.
第1光源100は、励起光としてレーザー光からなる第1の波長帯の青色光(発光強度のピーク:約445nm)Eを射出する半導体レーザーからなる。第1光源100は、1つの半導体レーザーからなるものであってもよいし、多数の半導体レーザーからなるものであってもよい。なお、第1光源100は、445nm以外の波長(例えば、460nm)の青色光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。 The first light source 100 is composed of a semiconductor laser that emits blue light (emission intensity peak: about 445 nm) E in the first wavelength band composed of laser light as excitation light. The first light source 100 may be composed of one semiconductor laser or may be composed of a large number of semiconductor lasers. The first light source 100 may be a semiconductor laser that emits blue light having a wavelength other than 445 nm (for example, 460 nm).
本実施形態において、第1光源100は、その光軸が照明光軸100axと直交するように配置されている。
コリメート光学系70は、第1レンズ72と、第2レンズ74とを備え、第1光源100からの光を略平行化する。第1レンズ72及び第2レンズ74は、凸レンズからなる。
In the present embodiment, the first light source 100 is arranged so that its optical axis is orthogonal to the illumination optical axis 100ax.
The collimating optical system 70 includes a first lens 72 and a second lens 74, and makes the light from the first light source 100 substantially parallel. The first lens 72 and the second lens 74 are convex lenses.
ダイクロイックミラー80は、コリメート光学系70からコリメート集光光学系90までの光路中に、第1光源100の光軸及び照明光軸100axのそれぞれに対して45°の角度で交わるように配置されている。ダイクロイックミラー80は、青色光Eを反射し、赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光YLを通過させる。 The dichroic mirror 80 is disposed in the optical path from the collimating optical system 70 to the collimating condensing optical system 90 so as to intersect with each of the optical axis of the first light source 100 and the illumination optical axis 100ax at an angle of 45 °. Yes. The dichroic mirror 80 reflects the blue light E and transmits the yellow fluorescent light YL including red light and green light.
コリメート集光光学系90は、ダイクロイックミラー80からの青色光Eを略集光した状態で回転蛍光板40の蛍光体層42に入射させる機能と、回転蛍光板40から射出される蛍光YLを略平行化する機能とを有する。コリメート集光光学系90は、第1レンズ92及び第2レンズ94を備える。第1レンズ92及び第2レンズ94は、凸レンズからなる。 The collimating condensing optical system 90 substantially collimates the fluorescence YL emitted from the rotating fluorescent plate 40 and the function of making the blue light E from the dichroic mirror 80 incident on the phosphor layer 42 of the rotating fluorescent plate 40 in a substantially condensed state. It has the function to do. The collimator condensing optical system 90 includes a first lens 92 and a second lens 94. The first lens 92 and the second lens 94 are convex lenses.
回転蛍光板40は、モーター50と、モーター50により回転する円板40aと、円板40a上に形成された蛍光体層42と、蛍光体層42と円板40aとの間に形成された反射層41と、を備える。蛍光体層42及び反射層41は、円板40a上にリング状に形成される。 The rotating fluorescent plate 40 includes a motor 50, a disc 40a rotated by the motor 50, a phosphor layer 42 formed on the disc 40a, and a reflective layer formed between the phosphor layer 42 and the disc 40a. 41. The phosphor layer 42 and the reflective layer 41 are formed in a ring shape on the disc 40a.
第2照明装置12Bは、第2光源110と、集光光学系160と、拡散板132と、ピックアップ光学系170と、インテグレーター光学系31と、重畳レンズ33aとを備える。本実施形態において、第2光源110、集光光学系160、拡散板132及びピックアップ光学系170は光源装置12B1を構成する。 The second lighting device 12B includes a second light source 110, a condensing optical system 160, a diffusion plate 132, a pickup optical system 170, an integrator optical system 31, and a superimposing lens 33a. In the present embodiment, the second light source 110, the condensing optical system 160, the diffusion plate 132, and the pickup optical system 170 constitute a light source device 12B1.
第2光源110は、上記第1照明装置12Aの第1光源100と同一構成からなり、例えば、複数の半導体レーザーから構成される。第2光源110は、その光軸が照明光軸101axと平行に配置され、レーザー光からなる青色光Bを射出する。本実施形態において、第2光源110は、特許請求の範囲の「光源部」に相当する。 The second light source 110 has the same configuration as that of the first light source 100 of the first illumination device 12A, and includes, for example, a plurality of semiconductor lasers. The second light source 110 has its optical axis arranged parallel to the illumination optical axis 101ax, and emits blue light B made of laser light. In the present embodiment, the second light source 110 corresponds to a “light source unit” in the claims.
集光光学系160は、第1レンズ162及び第2レンズ164を備える。集光光学系160は、第2光源110からの青色光を拡散板132付近に集光する。第1レンズ162及び第2レンズ164は、凸レンズからなる。第1レンズ162は、第2レンズ164よりも拡散板132の近くに配置される。本実施形態において、拡散板132は、特許請求の範囲の「光学素子」に相当する。 The condensing optical system 160 includes a first lens 162 and a second lens 164. The condensing optical system 160 condenses the blue light from the second light source 110 in the vicinity of the diffusion plate 132. The first lens 162 and the second lens 164 are convex lenses. The first lens 162 is disposed closer to the diffusion plate 132 than the second lens 164. In the present embodiment, the diffusion plate 132 corresponds to an “optical element” in the claims.
拡散板132は、第2光源110からの青色光Bを拡散し、回転蛍光板40から射出される蛍光YLの配光分布に似た配光分布を有する青色光Bを生成する。拡散板132としては、例えば、光学硝子からなる磨り硝子を用いることができる。なお、拡散板132をモーター等の駆動装置により回転させるようにしても良い。このようにすれば、レーザー光からなる青色光Bのスペックルを低減させることができる。 The diffusion plate 132 diffuses the blue light B from the second light source 110 and generates blue light B having a light distribution similar to the light distribution of the fluorescence YL emitted from the rotating fluorescent plate 40. As the diffusing plate 132, for example, polished glass made of optical glass can be used. The diffusion plate 132 may be rotated by a driving device such as a motor. In this way, speckles of blue light B made of laser light can be reduced.
ピックアップ光学系170は、第1ピックアップレンズ172と、第2ピックアップレンズ174とを備え、拡散板132からの光をピックアップして略平行化する。第1ピックアップレンズ172及び第2ピックアップレンズ174は、凸レンズからなる。第1ピックアップレンズ172は、第2ピックアップレンズ174よりも拡散板132の近くに配置される。 The pickup optical system 170 includes a first pickup lens 172 and a second pickup lens 174, and picks up light from the diffusion plate 132 and makes it substantially parallel. The first pickup lens 172 and the second pickup lens 174 are convex lenses. The first pickup lens 172 is disposed closer to the diffusion plate 132 than the second pickup lens 174.
本実施形態において、光源装置12B1から射出された青色光Bは、インテグレーター光学系31、重畳レンズ33a、第3の全反射ミラー8cおよびフィールドレンズ10Bを介して被照明領域(光変調装置4Bの画素形成領域近傍)に青色光LBとして重畳される。これにより、被照明領域は略均一な照度分布の青色光LBで照明される。 In the present embodiment, the blue light B emitted from the light source device 12B1 is illuminated via the integrator optical system 31, the superimposing lens 33a, the third total reflection mirror 8c, and the field lens 10B (pixels of the light modulation device 4B). The blue light LB is superimposed on the vicinity of the formation region. Thereby, the illuminated area is illuminated with the blue light LB having a substantially uniform illuminance distribution.
ところで、本実施形態の第2照明装置12Bにおいて、集光光学系160或いはピックアップ光学系170は第1光源100から射出されたレーザー光(青色光B)の一部を吸収して発熱するおそれがある。 By the way, in the 2nd illumination device 12B of this embodiment, there exists a possibility that the condensing optical system 160 or the pick-up optical system 170 may absorb a part of laser beam (blue light B) inject | emitted from the 1st light source 100, and may generate | occur | produce heat. is there.
本実施形態において、第1光源100から射出される青色光Bは直線偏光である。そのため、上述のように集光光学系160或いはピックアップ光学系170が発熱すると熱歪みが生じ、光弾性効果によって青色光Bの偏光状態が乱れる。 In the present embodiment, the blue light B emitted from the first light source 100 is linearly polarized light. Therefore, when the condensing optical system 160 or the pickup optical system 170 generates heat as described above, thermal distortion occurs, and the polarization state of the blue light B is disturbed by the photoelastic effect.
青色光Bの偏光状態が乱れると、青色光Bの一部の成分は、光変調装置4Bの前段に配置された入射側偏光板(不図示)を通過できない。 When the polarization state of the blue light B is disturbed, some components of the blue light B cannot pass through an incident-side polarizing plate (not shown) disposed in the front stage of the light modulation device 4B.
つまり、青色光Bの光利用効率が低下してしまうおそれがある。特に集光光学系160はレーザー光を集光させるため、発熱量が大きくなることで熱歪みが生じやすく、光弾性効果による複屈折が大きくなる。そのため、青色光Bの光利用効率が大きく低下するおそれがある。 That is, the light utilization efficiency of the blue light B may be reduced. In particular, the condensing optical system 160 condenses laser light, so that the amount of heat generation increases, so that thermal distortion tends to occur, and birefringence due to the photoelastic effect increases. Therefore, there is a possibility that the light utilization efficiency of the blue light B is greatly reduced.
本実施形態では、集光光学系160は、第1レンズ162及び第2レンズ164から構成されている。第1レンズ162を通過する青色光Bの集光度は第2レンズ164を通過する青色光Bの集光度よりも高いため、第1レンズ162の方が第2レンズ164よりも温度が高くなりやすい。そのため、光源装置12B1の使用時に第1レンズ162の方がより大きな複屈折を持つ。 In the present embodiment, the condensing optical system 160 includes a first lens 162 and a second lens 164. Since the concentration of the blue light B passing through the first lens 162 is higher than the concentration of the blue light B passing through the second lens 164, the temperature of the first lens 162 is likely to be higher than that of the second lens 164. . Therefore, the first lens 162 has a larger birefringence when the light source device 12B1 is used.
本実施形態においては、第1レンズ162として表層および内部に応力を有したレンズを用いた。つまり、第1レンズ162は特許請求の範囲の「第1のレンズ」に相当する。一方、第2レンズ164としては、応力分布を有しない、一般的な硝子からなるレンズを用いた。 In the present embodiment, a lens having a surface layer and stress inside is used as the first lens 162. That is, the first lens 162 corresponds to a “first lens” in the claims. On the other hand, as the second lens 164, a lens made of general glass having no stress distribution was used.
図9は第1レンズ162及び第2レンズ164で熱歪みが生じた場合の現象を模式的に示した図である。なお、本実施形態の第1レンズ162は、正の線膨張係数を持ち、K2Oを含有した硝子から構成されたレンズである。図9中の矢印左側に示される状態は第1レンズ162及び第2レンズ164に熱歪みが生じない非発熱時に相当し、図9中の矢印右側に示される状態は第1レンズ162及び第2レンズ164に熱歪みが生じる発熱時の状態に相当する。 FIG. 9 is a diagram schematically showing a phenomenon when thermal distortion occurs in the first lens 162 and the second lens 164. Note that the first lens 162 of the present embodiment is a lens having a positive linear expansion coefficient and made of glass containing K 2 O. The state shown on the left side of the arrow in FIG. 9 corresponds to a non-heat generation state where no thermal distortion occurs in the first lens 162 and the second lens 164, and the state shown on the right side of the arrow in FIG. This corresponds to a heat generation state in which thermal distortion occurs in the lens 164.
図9において、符号F3は第1レンズ162の表層に生じている圧縮応力であり、符号F4は第1レンズ162の内部に生じている引張応力である。なお、第1レンズ162においては、青色光Bが入射しないとき(室温状態の場合)、これら圧縮応力F3及び引張応力F4が生じている。 In FIG. 9, reference symbol F <b> 3 is a compressive stress generated in the surface layer of the first lens 162, and reference symbol F <b> 4 is a tensile stress generated in the first lens 162. In the first lens 162, when the blue light B is not incident (in the room temperature state), the compressive stress F3 and the tensile stress F4 are generated.
本実施形態において、圧縮応力F3及び引張応力F4は、青色光Bが入射することで発熱した際に第1レンズ162に生じる熱歪みによる後述の引張応力F32及び圧縮応力F42をそれぞれ相殺する力よりも強い力に設定されている。以下、便宜上、圧縮応力F3を強圧縮応力F3と称し、引張応力F4を強引張応力F4と称す。 In the present embodiment, the compressive stress F3 and the tensile stress F4 are based on forces that cancel out a tensile stress F32 and a compressive stress F42, which will be described later, due to thermal strain generated in the first lens 162 when the blue light B is heated to generate heat. Is also set to a strong force. Hereinafter, for the sake of convenience, the compressive stress F3 is referred to as a strong compressive stress F3, and the tensile stress F4 is referred to as a strong tensile stress F4.
集光光学系160に青色光Bが入射すると、青色光Bの一部を吸収することで第2レンズ164及び第1レンズ162が発熱する。
光源に近い第2レンズ164においては、その表層に引張応力F31が発生し、内部に圧縮応力F41が発生する。第2レンズ164においては、第1レンズ162で生じる温度分布よりも小さい温度分布が生じる。そのため、第2レンズ164には、その表層に相対的に弱い引張応力F31(以下、弱引張応力F31と称す)が発生し、内部に相対的に弱い圧縮応力F41(以下、弱圧縮応力F41と称す)が発生する。
このような応力分布が生じた第2レンズ164においては、光弾性効果による複屈折が僅かに生じてしまう。そのため、第2レンズ164を透過した青色光Bにおいては、僅かな偏光状態の乱れが生じる。
When the blue light B is incident on the condensing optical system 160, the second lens 164 and the first lens 162 generate heat by absorbing a part of the blue light B.
In the second lens 164 close to the light source, a tensile stress F31 is generated on the surface layer, and a compressive stress F41 is generated inside. In the second lens 164, a temperature distribution smaller than the temperature distribution generated in the first lens 162 occurs. Therefore, relatively weak tensile stress F31 (hereinafter referred to as weak tensile stress F31) is generated on the surface layer of the second lens 164, and relatively weak compressive stress F41 (hereinafter referred to as weak compressive stress F41) is generated inside. Occurs).
In the second lens 164 in which such a stress distribution is generated, birefringence due to the photoelastic effect is slightly generated. For this reason, in the blue light B transmitted through the second lens 164, a slight disturbance of the polarization state occurs.
一方、第1レンズ162においては発熱による熱歪みによって、その表層に引張応力F32が生じ、内部に圧縮応力F42が生じる。 On the other hand, in the first lens 162, due to thermal distortion due to heat generation, a tensile stress F32 is generated in the surface layer, and a compressive stress F42 is generated inside.
第1レンズ162は強圧縮応力F3及び強引張応力F4を予め有するため、第1レンズ162の表層では上記強圧縮応力F3と上記弱引張応力F32とが合成され、第1レンズ162の内部では上記強引張応力F4と上記弱圧縮応力F42とが合成されることになる。 Since the first lens 162 has a strong compressive stress F3 and a strong tensile stress F4 in advance, the strong compressive stress F3 and the weak tensile stress F32 are combined on the surface layer of the first lens 162, and the first lens 162 has the above-mentioned inside. The strong tensile stress F4 and the weak compressive stress F42 are combined.
そのため、第1レンズ162は、表層において強圧縮応力F3よりも弱い弱圧縮応力F33が発生し、内部において強引張応力F4よりも弱い弱引張応力F43が発生する。本実施形態において、弱圧縮応力F33と弱引張応力F43の大きさはそれぞれ、第2レンズ164に生じている弱引張応力F31と弱圧縮応力F41の大きさと略同等となっている。 Therefore, the first lens 162 generates a weak compressive stress F33 weaker than the strong compressive stress F3 on the surface layer, and generates a weak tensile stress F43 weaker than the strong tensile stress F4 on the inside. In the present embodiment, the magnitudes of the weak compressive stress F33 and the weak tensile stress F43 are substantially equal to the magnitudes of the weak tensile stress F31 and the weak compressive stress F41 generated in the second lens 164, respectively.
このような応力分布が生じた第1レンズ162においては、光弾性効果による複屈折が僅かに生じてしまう。 In the first lens 162 in which such a stress distribution is generated, birefringence due to the photoelastic effect is slightly generated.
ここで、第1レンズ162に生じている応力分布は、第2レンズ164の応力分布をレンズ内部と表層とで反転させた関係となっている。そのため、第1レンズ162によって生じる複屈折は、第2レンズ164によって生じる複屈折によって略相殺される。つまり、第2レンズ164を透過した際に生じていた青色光Bの偏光状態の乱れが第1レンズ162を透過することで低減される。 Here, the stress distribution generated in the first lens 162 has a relationship in which the stress distribution of the second lens 164 is inverted between the inside of the lens and the surface layer. Therefore, the birefringence generated by the first lens 162 is substantially canceled by the birefringence generated by the second lens 164. That is, the disturbance of the polarization state of the blue light B that has occurred when passing through the second lens 164 is reduced by passing through the first lens 162.
本実施形態の第2照明装置12Bによれば、第1レンズ162に付与する室温時の応力分布を調整することで、青色光Bが集光光学系160を透過する際に生じる偏光状態の乱れを低減することができる。よって、偏光状態の乱れが低減された青色光Bは光変調装置4Bの前段に配置された入射側偏光板(不図示)を高い効率で通過する。つまり、青色光Bの光利用効率を向上させることができる。 According to the second illumination device 12 </ b> B of the present embodiment, the polarization state disturbance generated when the blue light B passes through the condensing optical system 160 by adjusting the stress distribution at room temperature applied to the first lens 162. Can be reduced. Therefore, the blue light B in which the disturbance of the polarization state is reduced passes through the incident side polarizing plate (not shown) arranged in the front stage of the light modulation device 4B with high efficiency. That is, the light use efficiency of the blue light B can be improved.
本実施形態においては、光変調装置4Bに偏光状態の乱れが低減された青色光Bが入射するので、前記入射側偏光板を省略してもよい。このようにすれば、入射側偏光板による青色光Bの損失が起こらないので、青色光Bを効率良く利用することができる。 In the present embodiment, since the blue light B with the polarization state disturbance reduced is incident on the light modulation device 4B, the incident side polarizing plate may be omitted. By so doing, the loss of blue light B by the incident side polarizing plate does not occur, so that the blue light B can be used efficiently.
以上述べたように、本実施形態のプロジェクター1Aによれば、明るい青色光Bを射出する第2照明装置12Bを備えるので、明るい画像光をスクリーンSCR上に投射できる。 As described above, according to the projector 1A of the present embodiment, since the second illumination device 12B that emits the bright blue light B is provided, the bright image light can be projected on the screen SCR.
なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記第2実施形態では、集光光学系160を構成する第1レンズ162及び第2レンズ164のうち、拡散板132に近い第1レンズ162に応力分布を持たせるようにしたが、第2レンズ164に応力分布を持たせるようにしても良い。
In addition, this invention is not limited to the content of the said embodiment, In the range which does not deviate from the main point of invention, it can change suitably.
For example, in the second embodiment, the first lens 162 close to the diffusion plate 132 out of the first lens 162 and the second lens 164 constituting the condensing optical system 160 has a stress distribution. The two lenses 164 may have a stress distribution.
また、拡散板132で拡散された青色光Bが入射するピックアップ光学系170においても発熱による熱歪みが生じることで、青色光Bの偏光状態に乱れが生じるおそれがある。そこで、ピックアップ光学系170を構成する第1ピックアップレンズ172及び第2ピックアップレンズ174のいずれか一方に応力分布を持たせることで複屈折を低減するようにしても良い。 Further, in the pickup optical system 170 on which the blue light B diffused by the diffusion plate 132 is incident, there is a possibility that the polarization state of the blue light B may be disturbed due to thermal distortion caused by heat generation. Therefore, birefringence may be reduced by giving a stress distribution to one of the first pickup lens 172 and the second pickup lens 174 constituting the pickup optical system 170.
また、集光光学系160を構成する第1レンズ162及び第2レンズ164の一方を石英レンズで形成しても用いても良い。
ここで、石英レンズとしては例えば、合成石英を用いることができる。合成石英は、青色光Bの波長において内部吸収率が例えば、0.1%以下であり、一般の光学硝子の内部吸収率の1/50程度である。そのため、強い光が入射しても発熱しにくい。また、合成石英は、熱膨張係数が一般の光学硝子の熱膨張係数の1/10程度であるため、温度が上昇しても歪みにくい。そのため、青色光Bの強度を強くしても、大きな熱歪みが起こりにくい。つまり、光弾性効果による偏光状態の変化が起こりにくい。
One of the first lens 162 and the second lens 164 constituting the condensing optical system 160 may be formed of a quartz lens.
Here, for example, synthetic quartz can be used as the quartz lens. Synthetic quartz has an internal absorptivity of, for example, 0.1% or less at the wavelength of blue light B, and is about 1/50 of the internal absorptivity of a general optical glass. Therefore, it is difficult to generate heat even when strong light is incident. Synthetic quartz has a thermal expansion coefficient of about 1/10 of that of a general optical glass, and therefore is not easily distorted even when the temperature rises. Therefore, even if the intensity of the blue light B is increased, a large thermal distortion is unlikely to occur. That is, the polarization state is hardly changed by the photoelastic effect.
石英レンズは、通常の硝子からなるレンズに比べて、光弾性効果による偏光状態の変化が起こり難くい。そのため、第1レンズ162及び第2レンズ164のうち、拡散板132に近く高温となる第1レンズ162を石英レンズで形成するのが好ましい。この構成によれば、偏光状態の変化をより低減させることができる。なお、この場合において、第1レンズ162は特許請求の範囲の「第2のレンズ」に相当する。 Quartz lenses are less susceptible to changes in the polarization state due to the photoelastic effect than lenses made of ordinary glass. Therefore, it is preferable that the first lens 162 that is close to the diffusion plate 132 and has a high temperature among the first lens 162 and the second lens 164 is formed of a quartz lens. According to this configuration, the change in the polarization state can be further reduced. In this case, the first lens 162 corresponds to a “second lens” in the claims.
また、上記実施形態では、第2の集光光学系29を構成するレンズ29a及び集光光学系160の第1レンズ162が正の線膨張係数を持つ硝子から構成される場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。 Moreover, in the said embodiment, the case where the lens 29a which comprises the 2nd condensing optical system 29, and the 1st lens 162 of the condensing optical system 160 were comprised from the glass which has a positive linear expansion coefficient was mentioned as an example. However, the present invention is not limited to this.
例えば、レンズ29a及び第1レンズ162が負の線膨張係数を持つ硝子から構成されていても良い。この場合、レンズ29a及び第1レンズ162は、室温において表層に引張応力を有し、内部に圧縮応力を有していればよい。例えば、レンズ29aにおいて熱歪みが生じると、その表層に圧縮応力が発生し、内部に引張応力が発生する。このとき、レンズ29aは表層及び内部に上記応力が生じているため、レンズ29aの表層においては引張応力と圧縮応力とが合成され、レンズ29aの内部においては圧縮応力と引張応力とが合成される。これにより、発熱時にレンズ29aに発生する応力分布を低減することができる。 For example, the lens 29a and the first lens 162 may be made of glass having a negative linear expansion coefficient. In this case, the lens 29a and the first lens 162 may have a tensile stress on the surface layer at room temperature and a compressive stress inside. For example, when thermal distortion occurs in the lens 29a, compressive stress is generated in the surface layer, and tensile stress is generated in the inside. At this time, since the stress is generated in the surface layer and the inside of the lens 29a, the tensile stress and the compressive stress are combined in the surface layer of the lens 29a, and the compressive stress and the tensile stress are combined in the lens 29a. . Thereby, the stress distribution generated in the lens 29a during heat generation can be reduced.
また、上記実施形態では、3つの光変調装置4R,4G,4Bを備えるプロジェクター1を例示したが、1つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the projector 1 provided with the three light modulation apparatuses 4R, 4G, and 4B was illustrated, it is also possible to apply to the projector which displays a color image | video with one light modulation apparatus. A digital mirror device may be used as the light modulation device.
また、上記実施形態では本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。 Moreover, although the example which mounted the light source device by this invention in the projector was shown in the said embodiment, it is not restricted to this. The light source device according to the present invention can also be applied to lighting fixtures, automobile headlights, and the like.
1,1A…プロジェクター、2,2A…光源装置、4R,4G,4B…光変調装置、6…投射光学系、28b…第2の位相差板(位相差素子)、29…第2の集光光学系、29a…レンズ(第1のレンズ)、30…拡散反射素子(光学素子)、34…蛍光体層(波長変換素子)、44…反射膜(反射面)、50A…偏光分離素子、110…第2光源(光源部)、132…拡散板(光学素子)、160…集光光学系、162…第1レンズ、BLp…光線(第1の偏光成分)、F3,F11…圧縮応力、F4,F22…引張応力。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A ... Projector, 2, 2A ... Light source device, 4R, 4G, 4B ... Light modulation device, 6 ... Projection optical system, 28b ... 2nd phase difference plate (phase difference element), 29 ... 2nd condensing Optical system, 29a ... lens (first lens), 30 ... diffuse reflection element (optical element), 34 ... phosphor layer (wavelength conversion element), 44 ... reflection film (reflection surface), 50A ... polarization separation element, 110 ... 2nd light source (light source part), 132 ... Diffusing plate (optical element), 160 ... Condensing optical system, 162 ... 1st lens, BLp ... Light beam (1st polarization component), F3, F11 ... Compression stress, F4 , F22: Tensile stress.
Claims (8)
前記第1の偏光成分が入射する集光光学系と、
前記集光光学系を透過した前記第1の偏光成分が入射する光学素子と、
前記光学素子を経由した前記第1の偏光成分が入射するピックアップ光学系と、を備えた光源装置であって、
前記集光光学系および前記ピックアップ光学系のうち少なくとも一方は、第1のレンズを含み、
前記第1のレンズが正の線膨張係数を持つ場合、前記第1のレンズは、前記第1の偏光成分が前記第1のレンズに入射していないとき、表層に圧縮応力を有し、
前記第1のレンズが負の線膨張係数を持つ場合、前記第1のレンズは、前記第1の偏光成分が前記第1のレンズに入射していないとき、表層に引張応力を有する
光源装置。 A light source unit that emits light including a first polarization component;
A condensing optical system on which the first polarization component is incident;
An optical element on which the first polarized component transmitted through the condensing optical system is incident;
A light source apparatus comprising: a pickup optical system on which the first polarization component incident via the optical element is incident;
At least one of the condensing optical system and the pickup optical system includes a first lens,
When the first lens has a positive linear expansion coefficient, the first lens has a compressive stress on a surface layer when the first polarization component is not incident on the first lens;
When the first lens has a negative linear expansion coefficient, the first lens has a tensile stress on a surface layer when the first polarization component is not incident on the first lens.
前記光源部と前記集光光学系との間の光路中に設けられた偏光分離素子と、
前記偏光分離素子と前記集光光学系との間の光路中に設けられ、前記光のうち前記偏光分離素子を経由した前記第1の偏光成分が入射する位相差素子と、をさらに備え、
前記集光光学系は前記ピックアップ光学系を兼ねており、
前記反射面で反射された前記第1の偏光成分は、前記ピックアップ光学系と前記位相差素子とを透過して前記偏光分離素子に入射する
請求項1に記載の光源装置。 The optical element includes a reflecting surface that reflects the first polarization component;
A polarization separation element provided in an optical path between the light source unit and the condensing optical system;
A phase difference element that is provided in an optical path between the polarization separation element and the condensing optical system, and in which the first polarization component of the light that has passed through the polarization separation element is incident;
The condensing optical system also serves as the pickup optical system,
The light source device according to claim 1, wherein the first polarization component reflected by the reflection surface is transmitted through the pickup optical system and the phase difference element and is incident on the polarization separation element.
請求項1又は2に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the condensing optical system includes the first lens and a second lens formed of quartz.
請求項3に記載の光源装置。 The light source device according to claim 3, wherein the second lens is disposed closest to the optical element in the condensing optical system.
前記第1のレンズは、前記集光光学系において最も前記光学素子側に配置されている
請求項1又は2に記載の光源装置。 The condensing optical system includes the first lens and the second lens,
The light source device according to claim 1, wherein the first lens is disposed closest to the optical element in the condensing optical system.
請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の光源装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 5, wherein the first lens is a lens reinforced by an ion exchange method and contains K 2 O.
請求項2に記載の光源装置。 The light source device according to claim 2, further comprising a wavelength conversion element on which a second polarization component of the light that has passed through the polarization separation element is incident.
前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
プロジェクター。 The light source device according to any one of claims 1 to 7,
A light modulation device that forms image light by modulating light from the light source device according to image information;
A projection optical system that projects the image light.
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