JP2018031815A - プロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】偏光変換素子の劣化を低減することで透過光が低下することを防止することができるプロジェクタを提供する。【解決手段】本発明は、青色の第1の光B1を出力するための複数の第1の発光素子1aを有する第1の光源1aと、青色の第2の光B2を出力するための複数の第2の発光素子2aを有する第2の光源2aと、第1の光源及び第2の光源から出力された光を反射するダイクロイックミラー1gと、ダイクロイックミラーで反射または透過された光の偏光方向を揃える偏光変換素子3eと、を有し、ダイクロイックミラーは、裏面G2側には青色の波長の光を反射しその他の波長の光を透過するダイクロイックコート層Dが形成されており、表面G1側から入射されたP偏光の第2の励起光を裏面側のダイクロイックコート層で反射して偏光変換素子に入射させる、プロジェクタ10である。【選択図】図1
Description
本発明は、レーザを光源とするプロジェクタに関し、特に光学系を長寿命化することができるプロジェクタに関する。
液晶プロジェクタやDMD(Digital Micromirror Device)プロジェクタのようなスクリーンに画像を投写するプロジェクタの光源としてレーザ(Laser)を用いる技術が注目されている。レーザ光源は寿命が長く信頼性が高い。レーザを光源とするプロジェクタは長寿命かつ高信頼となるため、レーザはランプに代わる次世代の光源として期待されている。
液晶素子を用いたプロジェクタの場合、偏光特性を利用することにより所望の色を得ている。そのため、光源の偏光方向は、液晶素子に入射する前に揃えられる。白色光源を得る場合、青のLD(Laser Diode)と、黄の蛍光体(青LDにて励起)を混色して白色を生成する。ここで、青のLDは直線的な偏光方向を有し、偏光方向が揃っている直線偏光となる。それに対して、黄の蛍光はランダムな偏光方向を有する。従って黄の蛍光は、既存のランプ光源と同様に偏光変換素子によって偏光方向を揃える必要がある。
偏光変換素子を用いた偏光方向の変換は、入射面に垂直なS偏光が光の特性上反射しやすい性質を利用し、S偏光は反射させて通過させる。そして、入射面に平行なP偏光は、透過後に位相差をλ/2(180°)与える1/2波長板にてS偏光へ変換され、S偏光に揃った状態にさせる。特許文献1は、偏光方向を変換するための偏光変換素子が記載されている。
この偏光変換素子は、偏光分離層11aを有する偏光ビームスプリッタ11と、反射層12aを有する反射プリズム12とを交互に貼り合わせて偏光ビームスプリッタアレイを形成し、偏光ビームスプリッタ11と反射プリズム12とが、シリコーン系接着剤からなる接着剤層15を介して貼り付けられている(図10参照)。
また、特許文献2には、偏光変換素子を用いたプロジェクタが記載されている。このプロジェクタは、複数の固体発光素子から射出された複数の青色光を回転拡散板で拡散してダイクロイックミラーで反射し、偏光変換素子で偏光方向が一方向に揃えられた直線偏光に変換している。
特許文献1にかかる偏光変換素子では、光源からの光が上記の偏光変換素子を透過する際、S偏光を反射する際、接着剤層15を入射および反射時の2回通る。そのため、この偏光変換素子ではS偏光が入射および反射される接着剤層15は、P偏光の光線が通る箇所より早く劣化が進行するため、透過光が低下するという課題がある。
そして、特許文献2にかかるプロジェクタの構成では、偏光変換素子に入力される光によって上記の偏光変換素子の接着剤層の劣化の問題が生じる。
本発明は、偏光変換素子の劣化を低減することで透過光が低下することを防止することができるプロジェクタを提供することを目的とする。
本発明は、偏光変換素子の劣化を低減することで透過光が低下することを防止することができるプロジェクタを提供することを目的とする。
本発明に係るプロジェクタは、青色の第1の光を出力するための複数の第1の発光素子を有する第1の光源と、
青色の第2の光を出力するための複数の第2の発光素子を有する第2の光源と、
前記第1の光源及び前記第2の光源から出力された光を反射するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーで反射または透過された光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、を有し、
前記ダイクロイックミラーは、裏面側には青色の波長の光を反射しその他の波長の光を透過するダイクロイックコート層が形成されており、表面側から入射されたP偏光の前記第2の光を前記裏面側の前記ダイクロイックコート層で反射して前記偏光変換素子に入射させる。
本発明の別の態様に係るプロジェクタは、青色の第1の光を出力するための複数の第1の発光素子を有する第1の光源と、
青色の第2の光を出力するための複数の第2の発光素子を有する第2の光源と、
前記第1の光源及び前記第2の光源から出力された光を反射するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーで反射または透過された光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
前記ダイクロイックミラーと前記偏光変換素子との間に配置された1/2波長板と、を有し、
前記ダイクロイックミラーは、裏面側には青色の波長の光を反射しその他の波長の光を透過するダイクロイックコート層が形成されており、表面側から入射されたS偏光の前記第2の光を前記裏面側の前記ダイクロイックコート層で反射し、
前記ダイクロイックコート層で反射した第2の光が前記1/2波長板を介して、前記偏光変換素子に入射する。
青色の第2の光を出力するための複数の第2の発光素子を有する第2の光源と、
前記第1の光源及び前記第2の光源から出力された光を反射するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーで反射または透過された光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、を有し、
前記ダイクロイックミラーは、裏面側には青色の波長の光を反射しその他の波長の光を透過するダイクロイックコート層が形成されており、表面側から入射されたP偏光の前記第2の光を前記裏面側の前記ダイクロイックコート層で反射して前記偏光変換素子に入射させる。
本発明の別の態様に係るプロジェクタは、青色の第1の光を出力するための複数の第1の発光素子を有する第1の光源と、
青色の第2の光を出力するための複数の第2の発光素子を有する第2の光源と、
前記第1の光源及び前記第2の光源から出力された光を反射するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーで反射または透過された光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
前記ダイクロイックミラーと前記偏光変換素子との間に配置された1/2波長板と、を有し、
前記ダイクロイックミラーは、裏面側には青色の波長の光を反射しその他の波長の光を透過するダイクロイックコート層が形成されており、表面側から入射されたS偏光の前記第2の光を前記裏面側の前記ダイクロイックコート層で反射し、
前記ダイクロイックコート層で反射した第2の光が前記1/2波長板を介して、前記偏光変換素子に入射する。
本発明にかかるプロジェクタによると、偏光変換素子の劣化を低減することで透過光が低下することを防止することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明にかかるプロジェクタの実施形態について説明する。
図1に示されるように、プロジェクタ10は、第1の光学系1と、第2の光学系2と、共通光路3とを有する。第1の光学系1は、第1の光源(光源1a)からの第1の光(レーザ光B1)を共通光路3に導く。第2の光源(光源2a)からの第2の光(レーザ光B2)を共通光路3に導く。第1の光学系1と第2の光学系2とはそれぞれの光路が対向するよう配置され、第1の光学系1と第2の光学系2との間にはそれぞれの光源からの光を反射するダイクロイックミラー1gがそれぞれの光路に対して斜めに配置されている。共通光路3は、それぞれの光源から出力された光を液晶素子等(不図示)に導くための光路となる。
第1の光学系1は、レーザ光B1を出力する複数の光源(発光素子)1aがアレイ状に配置される。光源1aは例えば、LDであり、直線偏光のレーザ光B1を発生する。後述するように、複数の光源1aは、黄色蛍光体Yを励起する励起光(レーザ光B1)を発生する励起光源となる。複数の光源1aの前には、光源用の複数のコリメータレンズ1bがそれぞれ配置される。光源1aから出力されたレーザ光B1は、励起光光路(第1の光路)L1に沿ってコリメータレンズ1bにより平行光にされる。複数のコリメータレンズ1bの前には、集光用のレンズ1c,1dが配置される。レンズ1c,1dの前には、平行光を生成するレンズ1eが配置される。
コリメータレンズ1bから出力されたレーザ光B1はレンズ1c,1dによって集光された後、レンズ1eにて平行光にされる。レンズ1eの前には光を拡散する拡散板1fが配置されている。レンズ1eにて平行にされたレーザ光B1は、拡散板1fで拡散される。
拡散板1fに入射されるのは複数の点状の光(図2(a)参照)である。これらの複数の光は、拡散板1fの表面で拡散される。拡散された光は幅を持った集光形状となり(図2(b)参照)、強度分布が均一となる。これにより、後述する蛍光体ホイール1jに集光する際に、集光部分の温度上昇が抑えられる。同様の効果は、ホモジナイザーやライトトンネルなどを用いても得られる。拡散板1fで拡散された光は、第1の光路L1に対して−45°の角度をなすように配置されたダイクロイックミラー1gの裏面G2によって直角に反射される。
ダイクロイックミラー1gは、表面G1側には、AR(Anti-Reflection:反射防止)コート層Rがされ、裏面G2側には、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過するダイクロイックコート層Dが形成されている(図6参照)。
ここで、ダイクロイックミラー1gは、青色の波長域(450〜460nm)である青色光が入射したときは反射し、黄色の波長域である蛍光が入射した時は透過する特性を持っている(図3及び図4参照)。反射されたレーザ光B1は、コリメータレンズ1h,1iを通過して集光され、黄色光を生成するための蛍光体ホイール1jに入射される。蛍光体ホイール1jは、円板状のホイールであり、黄色の蛍光を生成するための円環状の黄色蛍光体Yが形成されている(図7参照)。
蛍光体ホイール1jはモータMにより回転する。モータMの回転によって、蛍光体ホイール1jの表面に形成された黄色蛍光体Yの領域に光が照射される。これにより、蛍光体ホイール1jに入射された光は、黄色の光を生成する。蛍光体ホイール1jで生成された黄色光は、ランバート拡散光と呼ばれるランダム偏光の蛍光B3となってコリメータレンズ1h,1iに入射される。本実施形態ではコリメータレンズ1h,1iは2枚で構成しているが蛍光B3が平行光になるレンズ構成であれば何枚構成でもよい。
入射された黄色の蛍光B3は、コリメータレンズ1h,1iにより蛍光光路(第3の光路)L3に沿うように平行の蛍光B3にされる。その後、平行の蛍光B3は、ダイクロイックミラー1gの裏面G2側に入射する。上述したように、黄色光の透過特性(図4参照)により、黄色の平行光である蛍光B3はダイクロイックミラー1gの裏面G2側で反射せず、第3の光路L3に沿ってダイクロイックミラー1gを透過する。ダイクロイックミラー1gの表面G1を超えて、第3の光路L3に沿った前方には、集光用のコンデンサーレンズ3a,3bが配置されている。
蛍光B3は、コンデンサーレンズ3a,3bにより集光される。その後、蛍光B3は、照度を均一化するインテグレータ3c,3dにて均一の照明とされ、偏光変換素子3eに入射する。このようにして、第1の光学系1で生成された光が偏光変換素子3eに入射される。蛍光B3は、偏光変換素子3eで偏光方向が揃えられる。次に第2の光学系2で生成された光について説明する。
第2の光学系2は、レーザ光(第2の光)B2を出力する複数の光源(発光素子)2aを有する。光源2aは、LDであり、直線偏光のレーザ光B2を発生する。複数の光源2aは、アレイ状に配置されている。複数の光源2aは、青色用の光源として使用される。複数の光源2aから出力されたレーザ光B2は、青色光路(第2の光路)L2に沿って拡散板2cで拡散される。拡散されたレーザ光B2は、レンズ2d,2eで平行光にされる。そして、平行光となったレーザ光B2は、ダイクロイックミラー1gに入射する。
光源1aで発生したレーザ光B1と、光源2aで発生したレーザ光B2は、異なる偏光状態となっている。例えば、レーザ光B1とレーザ光B2は、偏光方向(振動方向)が互いに直交する直線偏光である。ダイクロイックミラー1gに入射するレーザ光B1はS偏光となっている。一方、ダイクロイックミラー1gに入射するレーザ光B2はP偏光となっている。また、以下の説明において、特に言及がない場合、S偏光、及びP偏光は、ダイクロイックミラー1gに対して入射する光の偏光状態を示す。
図5には、ダイクロイックミラー1gにおける表面G1側及び裏面G2側での光線入射角度に対する反射率が示されている。ここで、光線が表面G1側から入射してARコート層Rで反射した場合の角度分布を表面反射と呼び、ARコート層Rを透過してダイクロイックミラー1g内部を進行し、裏面G2側のダイクロイックコート層Dで反射した場合を裏面反射と呼ぶ。
図6に示されるように、平行にされたレーザ光B2は、ダイクロイックミラー1gの表面G1側から入射される。平行にされたレーザ光B2は、表面G1で屈折してダイクロイックミラー1g内に入射される。そして、レーザ光B2は、ダイクロイックミラー1gの裏面G2側に形成されたダイクロイックコート層Dで裏面反射される。次に、ダイクロイックミラー1gにおける光の反射状態について詳述する。
第2の光学系2からダイクロイックミラー1gに入射される青色のレーザ光B2はP偏光である。通常、偏光の特性上、P偏光はS偏光に比べると反射しにくい(図3参照)。そして、P偏光の青色の光(波長域450〜460nm)は、45度に配置されたダイクロイックミラー1gでは反射率がS偏光と比べると低くなる(図3:Rp45degのグラフ参照)。
P偏光の青色の光線がS偏光と同等の反射率を得るためには、ダイクロイックミラー1gへの入射角度を深くする必要がある。そこで、硝材Sの裏面G2側にダイクロイックコート層Dが形成され、かつ、表面G1側にARコート層Rが形成されたダイクロイックミラー1gの表面G1側から、第2の光学系2によってP偏光の青色の光線を入射させる(図6参照)。
この場合、P偏光の青色のレーザ光B2は、ダイクロイックミラー1gに入射すると入射面がARコート層Rのため表面G1では透過する。透過したP偏光の青色のレーザ光B2は、硝材Sの屈折率の影響により表面G1で屈折してダイクロイックミラー1g内に入射される。その後、P偏光の青色のレーザ光B2は、ダイクロイックミラー1gの裏面G2側に形成されたダイクロイックコート層Dに入射角30°で入射し、反射角30°で裏面反射される。従って、この硝材Sでの屈折の影響によりダイクロイックミラー1gの配置角度を変えることなく入射角度を深くすることが可能となる。次に第1の光学系1からダイクロイックミラー1gに入射される光線について説明する。
図8に示されるように、第1の光学系1からダイクロイックミラー1gに入射されるS偏光の青色のレーザ光B1は、ダイクロイックミラー1gの裏面G2側に入射すると、ダイクロイックコート層Dで表面反射する。ここで、青色のレーザ光B1は、S偏光であるため、ダイクロイックコート層Dで全反射する(図3:Rs45degのグラフ参照)。
全反射した青色のレーザ光B1は、蛍光体ホイール1jで黄色の蛍光B3となって出力される(図1参照)。蛍光B3は、黄色の波長域を有するため、ダイクロイックミラー1gの裏面G2側に入射するとダイクロイックコート層Dを透過し(図4参照)、ダイクロイックミラー1gを透過して出力される。
上述したようにプロジェクタ10によると、第1の光学系1からS偏光の青色の光線をダイクロイックミラー1gに裏面G2側から入射させることで全反射させることができる。そして、プロジェクタ10は、全反射したS偏光の青色の光線を黄色の蛍光B3として出力し、黄色の蛍光B3をダイクロイックミラー1gに裏面G2側から入射させることでダイクロイックミラー1gを透過させることができる。
また、プロジェクタ10によると、第2の光学系2からP偏光の青色の光線をダイクロイックミラー1gに裏面反射させることにより、45度で表面反射させた時と比べ、高い反射率を得ることができる。そして、プロジェクタ10によると、P偏光の青色の光線が反射後に蛍光と同じ光路を通りP偏光の状態で偏光変換素子3eへ入射させることでS偏光成分を低減することができ、偏光変換素子3e内の接着剤層の劣化を抑えることができる。即ち、プロジェクタ10によると、透過光が低下することを防止することができる。
なお、本発明は上記実施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。例えば、図9に示されるように、プロジェクタ10において、複数の光源2aからの第2のレーザ光B2が、ダイクロイックミラー1gにS偏光で入射する。そして、共通光路3においてインテグレータ3cとコンデンサーレンズ3bとの間に1/2波長板Pが挿入されている。ダイクロイックミラー1gからの第2のレーザ光B2は、1/2波長板Pを介して、偏光変換素子3eに入射する。1/2波長板Pは、遅相軸を振動する光と、進相軸を振動する光との間に180°の位相差を与える。1/2波長板Pに入射したS偏光は、P偏光に変換される。したがって、偏光変換素子3eには、P偏光のレーザ光B2が入射する。第2の光学系2から出力されるレーザ光B2をP偏光へ変換することにより、上記実施形態と同等の効果を得てもよい。
1 第1の光学系
1a 第1の励起光源
1b コリメータレンズ
1c,1d レンズ
1e レンズ
1f 拡散板
1g ダイクロイックミラー
1h,1i コリメータレンズ
1j 蛍光体ホイール
2 第2の光学系
2a 第2の励起光源
2c 拡散板
2d,2e レンズ
3 共通光路
3a,3b コンデンサーレンズ
3c,3d インテグレータ
3e 偏光変換素子
10 プロジェクタ
B1 レーザ光
B2 レーザ光
B3 蛍光
D ダイクロイックコート層
G1 表面
G2 裏面
L1 第1の光路
L2 第2の光路
L3 第3の光路
M モータ
R ARコート層
S 硝材
P 1/2波長板
Y 黄色蛍光体
1a 第1の励起光源
1b コリメータレンズ
1c,1d レンズ
1e レンズ
1f 拡散板
1g ダイクロイックミラー
1h,1i コリメータレンズ
1j 蛍光体ホイール
2 第2の光学系
2a 第2の励起光源
2c 拡散板
2d,2e レンズ
3 共通光路
3a,3b コンデンサーレンズ
3c,3d インテグレータ
3e 偏光変換素子
10 プロジェクタ
B1 レーザ光
B2 レーザ光
B3 蛍光
D ダイクロイックコート層
G1 表面
G2 裏面
L1 第1の光路
L2 第2の光路
L3 第3の光路
M モータ
R ARコート層
S 硝材
P 1/2波長板
Y 黄色蛍光体
Claims (6)
- 青色の第1の光を出力するための複数の第1の発光素子を有する第1の光源と、
青色の第2の光を出力するための複数の第2の発光素子を有する第2の光源と、
前記第1の光源及び前記第2の光源から出力された光を反射するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーで反射または透過された光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、を有し、
前記ダイクロイックミラーは、裏面側には青色の波長の光を反射しその他の波長の光を透過するダイクロイックコート層が形成されており、表面側から入射されたP偏光の前記第2の光を前記裏面側の前記ダイクロイックコート層で反射して前記偏光変換素子に入射させる、プロジェクタ。 - 黄色の蛍光を生成する蛍光体ホイールを更に有し、
前記蛍光体ホイールは、入射した前記第1の光から黄色の前記蛍光を生成する、
請求項1に記載のプロジェクタ。 - 前記第1の光源からの前記第1の光は、前記ダイクロイックミラーの前記裏面側から前記ダイクロイックミラーに入射し、
前記ダイクロイックコート層で反射した前記第1の光は、前記蛍光体ホイールに入射し、
前記蛍光体ホイールで生成された前記蛍光は、前記ダイクロイックミラーの裏面側から前記ダイクロイックミラーに入射して、前記ダイクロイックミラーを透過し、
前記ダイクロイックミラーを透過した前記蛍光が前記偏光変換素子に入射する、
請求項2に記載のプロジェクタ。 - 青色の第1の光を出力するための複数の第1の発光素子を有する第1の光源と、
青色の第2の光を出力するための複数の第2の発光素子を有する第2の光源と、
前記第1の光源及び前記第2の光源から出力された光を反射するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーで反射または透過された光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
前記ダイクロイックミラーと前記偏光変換素子との間に配置された1/2波長板と、を有し、
前記ダイクロイックミラーは、裏面側には青色の波長の光を反射しその他の波長の光を透過するダイクロイックコート層が形成されており、表面側から入射されたS偏光の前記第2の光を前記裏面側の前記ダイクロイックコート層で反射し、
前記ダイクロイックコート層で反射した第2の光が前記1/2波長板を介して、前記偏光変換素子に入射する、
プロジェクタ。 - 黄色の蛍光を生成する蛍光体ホイールを更に有し、
前記蛍光体ホイールは、入射した前記第1の光から黄色の前記蛍光を生成する、
請求項4に記載のプロジェクタ。 - 前記第1の光源からの前記第1の光は、前記ダイクロイックミラーの前記裏面側から前記ダイクロイックミラーに入射し、
前記ダイクロイックコート層で反射した前記第1の光は、前記蛍光体ホイールに入射し、
前記蛍光体ホイールで生成された前記蛍光は、前記ダイクロイックミラーの裏面側から前記ダイクロイックミラーに入射して、前記ダイクロイックミラーを透過し、
前記ダイクロイックミラーを透過した前記蛍光が前記偏光変換素子に入射する、
請求項5に記載のプロジェクタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016161943A JP2018031815A (ja) | 2016-08-22 | 2016-08-22 | プロジェクタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016161943A JP2018031815A (ja) | 2016-08-22 | 2016-08-22 | プロジェクタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018031815A true JP2018031815A (ja) | 2018-03-01 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016161943A Pending JP2018031815A (ja) | 2016-08-22 | 2016-08-22 | プロジェクタ |
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JP (1) | JP2018031815A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2016
- 2016-08-22 JP JP2016161943A patent/JP2018031815A/ja active Pending
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