JP2017129776A - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】スペックルノイズを低減しつつ入力光に対する出力光の効率を向上する。
【解決手段】本発明に係る光源装置100は、出射口132よりも狭い入射口131を有し、入射口131に入射された光を反射面133で反射させて出射口132から出射する光学積分器130と、コヒーレント光を出射するコヒーレント光源110と、コヒーレント光源110から出射されたコヒーレント光を光学積分器130の入射口131へ集光する丸レンズ120と、光学積分器130から出射された光を出力するシリンドリカルレンズ140と、を備える。
【選択図】図1
【解決手段】本発明に係る光源装置100は、出射口132よりも狭い入射口131を有し、入射口131に入射された光を反射面133で反射させて出射口132から出射する光学積分器130と、コヒーレント光を出射するコヒーレント光源110と、コヒーレント光源110から出射されたコヒーレント光を光学積分器130の入射口131へ集光する丸レンズ120と、光学積分器130から出射された光を出力するシリンドリカルレンズ140と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、光源装置及びプロジェクタに関し、特に、コヒーレント光源を有する光源装置及びプロジェクタに関する。
近年、光源装置及びプロジェクタの光源としてレーザ等のコヒーレント光が用いられている。コヒーレント光を用いると、表示画像に斑点模様のようなスペックルノイズが発生し画質が劣化するため、スペックルノイズを低減する必要がある。
関連する技術として、例えば特許文献1〜3が知られている。スペックルノイズを低減するため、特許文献1では光拡散セルを用い、特許文献2では時間的周期変調を行い、特許文献3では光学積分器を用いている。
しかしながら、上記特許文献1〜3のいずれの対応も、スペックルノイズの低減効果と入力光に対する出力光の効率とが反比例の関係にあるため、スペックルノイズを低減しつつ入力光に対する出力光の効率を向上することは困難であるという課題があった。
本発明は、このような課題に鑑み、スペックルノイズを低減しつつ入力光に対する出力光の効率を向上することが可能な光源装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。
本発明に係る光源装置は、出射口よりも狭い入射口を有し、前記入射口に入射された光を内面で反射させて前記出射口から出射する光学積分器と、コヒーレント光を出射するコヒーレント光源と、前記コヒーレント光源から出射されたコヒーレント光を前記光学積分器の入射口へ集光する集光光学系と、前記光学積分器から出射された光を出力する出力光学系と、を備えるものである。
本発明に係るプロジェクタは、光源装置と、前記光源装置から出力された光に基づいて画像を投写する画像投写部と、を備えたプロジェクタであって、前記光源装置は、出射口よりも狭い入射口を有し、前記入射口に入射された光を内面で反射させて前記出射口から出射する光学積分器と、コヒーレント光を出射するコヒーレント光源と、前記コヒーレント光源から出射されたコヒーレント光を前記光学積分器の入射口へ集光する集光光学系と、前記光学積分器から出射された光を前記画像投写部へ出力する出力光学系と、を備えるものである。
本発明によれば、スペックルノイズを低減しつつ入力光に対する出力光の効率を向上することが可能な光源装置及びプロジェクタを提供することができる。
(実施の形態の概要)
上記のように、特許文献1〜3のような関連する技術では、スペックルノイズの低減率と入力光に対する出力光の効率が反比例関係にあった。また、関連する技術では、光源の輝度や色度を安定化させるために光センサ等を用いた光量測定が必要な場合があり、この配置により入力光に対する出力光の効率が悪化する恐れもある。
上記のように、特許文献1〜3のような関連する技術では、スペックルノイズの低減率と入力光に対する出力光の効率が反比例関係にあった。また、関連する技術では、光源の輝度や色度を安定化させるために光センサ等を用いた光量測定が必要な場合があり、この配置により入力光に対する出力光の効率が悪化する恐れもある。
各特許文献を検討すると、特許文献1の光拡散セルを用いる手法では、光拡散セルが固定されているため、スペックルノイズの低減効果を大きく得るには、光拡散セルの透過率を大きく下げる必要があり、入力光に対する出力光の効率が悪化する問題がある。
特許文献2の光偏向板を回転させる手法では、同期信号を必要とする駆動回路やスペックルノイズの低減効果を均一にするための回転角速度も考慮する必要があり、一般的には光偏向板を大型化しなければならないため、高価で大型な構造となってしまうという問題点がある。
特許文献3は、光学積分器を用いた手法であるが、光源を光学積分器に直接入射させるため、入射口の径を小さくできない点、複数の光源を用いる場合、複数の入射口が必要になる点、光学積分器内に光センサが配置されるため、光センサに入射される反射光が吸収される点で、入力光に対する出力光の効率が悪化する問題がある。加えて、特許文献3では、駆動ミラーが光学積分器内に配置されているため、可動部の摩耗等による埃で光学積分器内部の反射率が劣化し、入力光に対する出力光の効率が悪化する問題がある。
実施の形態では、これらの問題点の少なくとも一部を解消することを可能とする。具体的には、実施の形態では、レーザ等から照射された広がり角があるコヒーレント光線を丸レンズで集光し、集光点で光学積分器の入射口に入射させる。この集光点径は、コヒーレント光線のため理論的に数百[nm]の回析限界まで集光できるため、光学積分器の入射口径は極小径にできる。
この様な構造により、光学積分器の入射口に戻ってくる内部反射光量を少なくすることで、スペックルノイズを低減しつつ、入力光に対する出力光の効率を向上することができる。また、密閉で且つ可動部が光学積分器内部に無いため、特許文献3のような問題は発生しない。また、任意の実施の形態では、光センサの配置も考慮し、スペックルノイズ低減を小型で安価な構成で行うこともできる。
(実施の形態1)
まず、図面を参照して実施の形態1について説明する。本実施の形態は、本発明の基本構成となる光源装置の例である。
まず、図面を参照して実施の形態1について説明する。本実施の形態は、本発明の基本構成となる光源装置の例である。
図1は、本実施の形態に係る光源装置の構成を示している。図1に示すように、本実施の形態に係る光源装置100は、コヒーレント光源110、丸レンズ120、光学積分器130、シリンドリカルレンズ140を備えている。例えば、光源装置100は、プロジェクタ等の光源となる装置である。プロジェクタの一例では、光源装置100と、光源装置100から出力された光に基づいて画像を投写する画像投写部を備えている。
コヒーレント光源110は、レーザ光等の広角があるコヒーレント光線201を出射する。丸レンズ120は、コヒーレント光源110から照射されたコヒーレント光線201を集光し、その縮角があるコヒーレント光線202を集光点で光学積分器130の入射口131に入射させる。丸レンズ120は、コヒーレント光線201を集光する集光光学系の一例である。
光学積分器130は、内面の一部もしくは全体が反射面(拡散反射面)133で構成された球体(積分球)であり、光を入射する入射口131と光を出射する出射口132を備えている。なお、光学積分器130の形状は説明を判りやすくするため球型を想定しているが、球型に限らずその他の形状で実現してもよい。
光学積分器130は、入射口131及び出射口132のみ透明な構造で密閉されており、湿気や埃等の光学積分器内部反射を劣化させる要因を排除でき、長時間使用しても入力光に対する出力光の効率が下がらない。光学積分器130は、入射口131に入射された光を球体内部の反射面133で反射(拡散反射)を繰り返して多重反射させ、球体内部で空間的に積分され均一強度分布となった反射光を出射口132から出射する。本実施の形態では、入射口131のサイズ(口径)が、出射口132よりも狭い。光学積分器130は、丸レンズ120により集光されて入射したコヒーレント光線202を反射面133で反射し、反射光による光線203を出射口132から出射する。
出射口132から出射される光線203は、積分効果によりスペックルノイズが低減された広角があるコヒーレント光線となり、必要によりシリンドリカルレンズ140を用いて平行光204として出力する。平行光204は、スペックルノイズが低減された広角がない光線である。シリンドリカルレンズ140は、光学積分器130から出射された光を所望の光に変換して出力する出力光学系の一例である。例えば、シリンドリカルレンズ140からの光はプロジェクタの画像投写部へ出力される。
このように、本実施の形態では、丸レンズ120によりコヒーレント光線を集光し、光学積分器130に入射するようにした。光学積分器130の入射光はコヒーレント光線であるため理論的に1[μm]以下の回析限界まで集光でき、それに伴い光学積分器130の入射口131の口径も理論的に1[μm]、もしくは現実的に加工の限界である10[μm]程度まで小さくすることができる。そのため、入射口131に戻る光学積分器130内の反射光を関連する技術よりも大幅に減らすことができ、結果的に入力光に対する出力光の効率を関連する技術よりも大幅に改善できる。したがって、本実施の形態によれば、光学積分器によりスペックルノイズを低減しつつ、入出力光の効率を向上することが可能となる。
本実施の形態の光源装置をプロジェクタ等に応用する場合、例えば平行光204の後にLCD等の映像素子(画像投写部)を設けることで実現可能である。また、この光源装置による同色の光源を複数組用いる事により、強力な出力光を容易に得ることができる。加えて、光3原色(RGB)に対応した3つの光源装置の組を用いて、LCD等の映像素子を通した映像光線を別途プリズム等で合成することも可能である。この時、関連するプロジェクタの分光プリズム等が不要となる為、そのロスが無くなくなり入力光に対する出力光の効率が高まる。
(実施の形態2)
次に、図面を参照して実施の形態2について説明する。本実施の形態は、実施の形態1の光源装置において、複数組の光源を用いた例である。
次に、図面を参照して実施の形態2について説明する。本実施の形態は、実施の形態1の光源装置において、複数組の光源を用いた例である。
図2は、本実施の形態に係る光源装置の構成を示している。図2に示すように、本実施の形態に係る光源装置100は、実施の形態1の図1と基本的な構成は同様であり、図1のコヒーレント光源110及び丸レンズ120に対応した複数の光源を備えている。例えば、光源装置100は、R(赤)色のレーザ光を出射するコヒーレント光源110R及び丸レンズ120R、G(緑)色のレーザ光を出射するコヒーレント光源110G及び丸レンズ120G、B(青)色のレーザ光を出射するコヒーレント光源110B及び丸レンズ120Bを備えている。
コヒーレント光源110R、110G及び110Bから出射されたコヒーレント光線201R、201G及び201Bは、それぞれ丸レンズ120R、120G及び120Bで集光され、集光した光線202R、202G及び202Bの集光点を光学積分器130の入射口131に各々入射させる。その他の構成及び機能は、実施の形態1の内容と同様である。
例えば、コヒーレント光源110R、110G及び110Bの光線が同色であれば、同色の強力な出力光を得る構成が容易に実現できる。また、コヒーレント光源110R、110G及び110Bを光3原色(RGB)組とすれば、白色光出力を容易に構成できる。
なお、図2は、説明を判りやすくする為に平面的な表現をしているが、実際には立体的な構成が可能であり、入射角を穏やかにすることや4つ以上の光源の構成も容易に実現できる。
(実施の形態3)
次に、図面を参照して実施の形態3について説明する。本実施の形態は、実施の形態1または2の光源装置において、更なるスペックルノイズ低減のために振動素子を追加した例である。
次に、図面を参照して実施の形態3について説明する。本実施の形態は、実施の形態1または2の光源装置において、更なるスペックルノイズ低減のために振動素子を追加した例である。
図3は、本実施の形態に係る光源装置の構成を示している。図3に示すように、本実施の形態に係る光源装置100は、実施の形態1の図1の構成に加えて、さらに丸レンズ120を振動させる振動素子301、振動素子301の振動を駆動する振動素子駆動回路302、振動素子駆動回路302の電気信号(駆動信号)を振動素子301に伝搬する配線303を備えている。
丸レンズ120は振動素子301に固定されており、振動素子301による振動は丸レンズ120に伝わって丸レンズ120が振動し、この振動方向は上下方向304(コヒーレント光線の出射方向と垂直な方向)である。例えば、振動素子301の振動周波数は人間の目に感知できない200Hz以上とする。これらの構成により丸レンズ120を振動させると、丸レンズ120で集光される光線202も上下方向304に対応した上下方向に振れる。
なお、図1の説明でも触れた入射口131の口径は現実的には加工の限界である10[μm]となり、光線202の集光径は1[μm]以下である。このため、上下方向の振れ寸法にもよるが、振動素子301に圧電素子等の微細振動素子を用いた場合、振れ幅5[μm]程度とすれば入射口131は図1と同等に光線202を入射口131へ入射できる。例えば、光線202を全て光学積分器130に入射させるため、入射口131を光源方向から見た形状として拡大図131aのように、上下方向に伸びた楕円形状としてもよい。
光学積分器130に入射された光線202は内部反射し出射口132に至るが、上下方向に振れているため内部反射は一定では無く、振動に同期した反射光となる。つまり、出射口132から出射される光線203は振動素子301により積分状態が変化する事で更なるスペックルノイズ低減が得られる。
(実施の形態4)
次に、図面を参照して実施の形態4について説明する。本実施の形態は、実施の形態1〜3の光源装置において、光センサ等の光量検出機能を追加した例である。
次に、図面を参照して実施の形態4について説明する。本実施の形態は、実施の形態1〜3の光源装置において、光センサ等の光量検出機能を追加した例である。
図4は、本実施の形態に係る光源装置の構成を示している。図4に示すように、本実施の形態に係る光源装置100は、実施の形態1の図1の構成に加えて、さらに拡散板401、光センサ402、制御装置403を備えている。
拡散板401は、コヒーレント光源110から照射される広がり角があるコヒーレント光線201に一部差し掛かって配置されている。光センサ402は、拡散板401と光学結合されており、拡散板401を介してコヒーレント光線201の光量を検出し、検出した光量観測値を制御装置403へ出力する。制御装置403は、光センサ402から出力された光量観測値(電気信号)に応じて、コヒーレント光源110の出射光量を制御する。
拡散板401は光線201に一部に差し掛かっているため、光線201に比例した拡散板内拡散光401aが発生する。この拡散板内拡散光401aを光学結合された光センサ402で検出し、光量を読み取る。の光量から必要な光源駆動電力を制御装置403にて計算し、コヒーレント光源110にフィードバックを行う。
プロジェクタ等のようにRGB光源の光量調整を外部から行う機器においては、一般的に光量調整を行ったとしてもRGBの合成から作られる白色の色度は変化してはならない。つまり、RGBの比率を一定にしてRGB光源の光量調整を行わなければならない。また、光源駆動電力のみの光量調整制御も考えられるが、光源の劣化等もあり正確な光量調整ができず、結果としてRGBの比率を一定にできない。そのため、本実施の形態を適用し、RGB各色に光センサ等の光量検出機を追加することで、実際の光量を検出し、正確に光量の調整を行うことができる。
(実施の形態5)
次に、図面を参照して実施の形態5について説明する。本実施の形態は、実施の形態1〜4の光源装置において、光源の光を一旦平行光し、丸レンズで集光する例である。
次に、図面を参照して実施の形態5について説明する。本実施の形態は、実施の形態1〜4の光源装置において、光源の光を一旦平行光し、丸レンズで集光する例である。
図5は、本実施の形態に係る光源装置の構成を示している。図5に示すように、本実施の形態に係る光源装置100は、実施の形態1の図1の構成に加えて、さらに、シリンドリカルレンズ121を備えている。シリンドリカルレンズ121は、コヒーレント光源110から照射される広がり角があるコヒーレント光線201を一旦広がり角が無いコヒーレント光線205(平行光)にする。丸レンズ120は、この平行光を集光し、光学積分器130に入射させる。その他の構成及び機能は、図1の内容と同様である。
レーザ光等のコヒーレント光源の光学特性により、丸レンズだけで集光しようとした場合、集光点が大きくなる場合がある。そのため、本実施の形態のように、コヒーレント光線を一旦平行光にしてから丸レンズで集光することで、集光点を小さくすることができる。
(実施の形態6)
次に、図面を参照して実施の形態6について説明する。これまで説明した実施の形態は、説明を判りやすくするため各々特化した構造としているが、それらの一部または全てを組み合わせて構成してもよい。
次に、図面を参照して実施の形態6について説明する。これまで説明した実施の形態は、説明を判りやすくするため各々特化した構造としているが、それらの一部または全てを組み合わせて構成してもよい。
例えば、図6に示す例は、実施の形態1、4及び5の構成を組み合わせた光源装置の例である。図6の例では、光源装置100は、実施の形態1の構成に加えて、実施の形態4の拡散板401、光センサ402、制御装置403、実施の形態5のシリンドリカルレンズ121を備えている。これにより、実施の形態1、4及び5と同様の効果を得ることができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
100 光源装置
110 コヒーレント光源
120 丸レンズ
121 シリンドリカルレンズ
130 光学積分器
131 入射口
132 出射口
133 反射面
140 シリンドリカルレンズ
201〜205 光線
301 振動素子
302 振動素子駆動回路
303 配線
304 上下方向
401 拡散板
401a 拡散板内拡散光
402 光センサ
403 制御装置
110 コヒーレント光源
120 丸レンズ
121 シリンドリカルレンズ
130 光学積分器
131 入射口
132 出射口
133 反射面
140 シリンドリカルレンズ
201〜205 光線
301 振動素子
302 振動素子駆動回路
303 配線
304 上下方向
401 拡散板
401a 拡散板内拡散光
402 光センサ
403 制御装置
Claims (10)
- 出射口よりも狭い入射口を有し、前記入射口に入射された光を内面で反射させて前記出射口から出射する光学積分器と、
コヒーレント光を出射するコヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から出射されたコヒーレント光を前記光学積分器の入射口へ集光する集光光学系と、
前記光学積分器から出射された光を出力する出力光学系と、
を備える、光源装置。 - 前記コヒーレント光は、前記集光光学系による集光点で前記光学積分器の入射口に入射される、
請求項1に記載の光源装置。 - 前記集光光学系に固定され、前記集光光学系を振動させる振動素子をさらに備える、
請求項1または2に記載の光源装置。 - 前記振動素子は、前記集光光学系を前記コヒーレント光の出射方向に対し垂直方向へ振動させる、
請求項3に記載の光源装置。 - 前記コヒーレント光の光量を検出する光センサと、
前記光センサの検出結果に基づいて、前記コヒーレント光源の出射光量を制御する制御部と、
をさらに備える、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光源装置。 - 前記コヒーレント光の一部を拡散する拡散板を備え、
前記光センサは、前記拡散板が拡散した拡散光に応じて前記コヒーレント光の光量を検出する、
請求項5に記載の光源装置。 - 前記集光光学系は、
前記コヒーレント光源から出射された広がり角のあるコヒーレント光を平行光とするシリンドリカルレンズと、
前記平行光を前記光学積分器の入射口へ集光する丸レンズと、
を備える、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光源装置。 - 前記コヒーレント光源及び前記集光光学系を複数備え、
複数の前記コヒーレント光源から出射され、複数の前記集光光学系で集光された光を前記光学積分器の入射口へ入射する、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光源装置。 - 光源装置と、前記光源装置から出力された光に基づいて画像を投写する画像投写部と、を備えたプロジェクタであって、
前記光源装置は、
出射口よりも狭い入射口を有し、前記入射口に入射された光を内面で反射させて前記出射口から出射する光学積分器と、
コヒーレント光を出射するコヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から出射されたコヒーレント光を前記光学積分器の入射口へ集光する集光光学系と、
前記光学積分器から出射された光を前記画像投写部へ出力する出力光学系と、
を備える、プロジェクタ。 - 前記光源装置を複数備え、
前記画像投写部は、複数の前記光源装置の光を合成し、前記画像を投写する、
請求項9に記載のプロジェクタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016009705A JP2017129776A (ja) | 2016-01-21 | 2016-01-21 | 光源装置及びプロジェクタ |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016009705A JP2017129776A (ja) | 2016-01-21 | 2016-01-21 | 光源装置及びプロジェクタ |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017129776A true JP2017129776A (ja) | 2017-07-27 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2016009705A Pending JP2017129776A (ja) | 2016-01-21 | 2016-01-21 | 光源装置及びプロジェクタ |
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JP (1) | JP2017129776A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109270703A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-01-25 | 四川长虹电器股份有限公司 | 一种消散斑光路及三色激光投影*** |
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2016
- 2016-01-21 JP JP2016009705A patent/JP2017129776A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109270703A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-01-25 | 四川长虹电器股份有限公司 | 一种消散斑光路及三色激光投影*** |
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