JP6371439B1 - 光源装置および投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
かかる色むらを抑制するため、所謂ウェッジフィルタを設けることも考えられるが、大幅なコスト増加要因となってしまう。
また、本発明は、投射型表示装置用の光源装置であって、蛍光体と、前記蛍光体を励起するための励起光を出力する励起光源と、曲面を有し、前記曲面において、前記励起光源からの励起光と前記蛍光体からの蛍光のうち一方を透過し他方を反射する曲面ダイクロイックミラーと、前記曲面ダイクロイックミラーと前記蛍光体の間に配置された集光レンズと、を有し、前記曲面ダイクロイックミラーは、透過する光に対しては実質的に集光も発散もさせないが、反射する光に対しては集光作用を奏し、前記曲面は、楕円面またはトロイダル面または非球面の一部である、ことを特徴とする光源装置である。
また、本発明は、投射型表示装置用の光源装置であって、蛍光体と、前記蛍光体を励起するための励起光を出力する励起光源と、曲面を有し、前記曲面において、前記励起光源からの励起光と前記蛍光体からの蛍光のうち一方を透過し他方を反射する曲面ダイクロイックミラーと、前記曲面ダイクロイックミラーと前記蛍光体の間に配置された集光レンズと、を有し、前記曲面ダイクロイックミラーは、透過する光に対しては実質的に集光も発散もさせないが、反射する光に対しては集光作用を奏し、前記曲面ダイクロイックミラーは、前記蛍光を凹面で反射する、ことを特徴とする光源装置である。
また、本発明は、上記光源装置と、光変調素子と、投射レンズとを備えることを特徴とする投射型表示装置である。
図1を参照し、本発明の第一の実施形態である光源装置を備えた投射型表示装置について説明する。最初に光源装置について説明し、その後に投射型表示装置全体について説明する。
図1において、101はモータ、102は回転体、103は蛍光体、104は励起光源ユニット、105は曲面ダイクロイックミラー、106は集光レンズ、107は1/4波長板、108は励起光源側レンズである。
そして、1/4波長板107を経由した後、集光レンズ106によって回転体102の上面に集光される。
主光線の反射角βは、2×α0=90度となるが、この方向(主光線の反射方向)には、後述する投射型表示装置の照明光学系が配置されている。
図1の投射型表示装置は、上記説明の光源装置を照明光源として用いており、さらに、リレーレンズ110、色選択ホイール120、ライトトンネル140、照明レンズ150、光変調デバイス160、プリズム171、プリズム172、投射レンズ180、を備えている。さらに、投影スクリーン190を備える場合もある。
投射レンズ180は、光変調デバイス160により変調された光を、映像として投射するためのレンズである。単数もしくは複数のレンズで構成される。
光源装置から出射した色むらが抑制された照明光は、リレーレンズ110、色選択ホイール120、ライトトンネル140と照明レンズ150を経由して、TIRプリズムのプリズムに入射する。プリズム171の全反射面で反射された光は、光変調デバイス160に所定角度で入射する。
第一の実施形態では、画像表示用の青色光については、励起光を回転体102の反射部200で反射させ、1/4波長板107を介してS偏光に変換して曲面ダイクロイックミラー105の凹面で反射させていた。これに対して、第二の実施形態では、画像表示用の青色光については1/4波長板を用いて偏光変換することはせずに、回転体の一部に励起光を透過させる透過部を設けておき、透過した青色光をミラーと集光レンズを介して、曲面ダイクロイックミラーの凸面側に導き、曲面ダイクロイックミラーを透過させて、投射型表示装置の投射光学系に入射させる。
第一の実施形態の変形例として、図6に第三の実施形態を示す。第三の実施形態も第一の実施形態と同様に、モータ101、回転体102、蛍光体103、励起光源ユニット104、集光レンズ106、1/4波長板107、励起光源側レンズ108、リレーレンズ110、色選択ホイール120、ライトトンネル140を備えている。また、図6では図示が省略されているが、図1に示した照明レンズ150、光変調デバイス160、プリズム171、プリズム172、投射レンズ180、投影スクリーン190も、同様に備えている。これらの個別の構成要素は、特に説明がない限り、第一の実施形態と同様の構成であるものとする。
第一の実施形態では主光線の入射角α0を45度とし、主光線の反射角βは2×α0=90度としていたが、第三の実施形態では主光線の入射角α0を50度とし、主光線の反射角βは2×α0=100度としている。
楕円面で反射された緑色蛍光、赤色蛍光、S偏光青色光は、凹面で反射されたことにより焦点F2に向けて集束してゆく。
第一の実施形態の変形例として、図7に第四の実施形態を示す。第四の実施形態も第一の実施形態と同様に、モータ101、回転体102、蛍光体103、励起光源ユニット104、集光レンズ106、1/4波長板107、励起光源側レンズ108、リレーレンズ110、色選択ホイール120、ライトトンネル140を備えている。また、図7では図示が省略されているが、図1に示した照明レンズ150、光変調デバイス160、プリズム171、プリズム172、投射レンズ180、投影スクリーン190も、同様に備えている。これらの個別の構成要素は、特に説明がない限り第一の実施形態と同様の構成であるものとする。
第一の実施形態では主光線の入射角α0を45度とし、主光線の反射角βは2×α0=90度としていたが、第四の実施形態では主光線の入射角α0を44度とし、主光線の反射角βは2×α0=98度としている。
楕円面で反射された緑色蛍光、赤色蛍光、S偏光青色光は、凹面で反射されたことにより焦点F2に向けて集束してゆく。
図8に、第五の実施形態を示す。第一の実施形態〜第四の実施形態では、回転体からの蛍光を曲面ダイクロイックミラーの凹面で反射させて集光しながらリレーレンズの方向に導いたが、第五の実施形態では、励起光を曲面ダイクロイックミラーの凹面で反射させて集光しながら回転体に向けて導く。
第五の実施形態においても、回転体102は図2(a)に示したように、赤色蛍光体
と緑色蛍光体および反射部を有している。また、集光レンズ106の開口数は、NA=0.174である。(NA=sinθなので、集光半角θ=10度に相当する。)
そして、1/4波長板107を経由した後、集光レンズ106によって回転体102の上面に集光される。
緑色蛍光、赤色蛍光、反射された励起光は、集光レンズ106によって集光され、曲面ダイクロイックミラー105の凹面側に入射する。
励起光の主光線の反射角βは、2×α0=90度となる。集光レンズ106の光軸上を進む緑色蛍光、赤色蛍光、反射された励起光は、点Cを透過して直進するが、この方向に投射型表示装置の照明光学系が配置されている。
かかる形状と配置を採用することにより、曲面ダイクロイックミラー805の各点に入射する励起光、蛍光あるいは反射励起光の入射角を揃えることができる。
図10に、第五の実施形態の変形例として、第六の実施形態を示す。
第五の実施形態からの変更点は、主光線の励起光の主光線の反射角βが100度になるように楕円面形状を変更した事と、励起光源側のレンズ構成を凸レンズ908と凹レンズ909の組に変更したことである。
本発明の投射型表示装置用の光源装置においては、曲面ダイクロイックミラーとして用いる楕円ミラーの形状や配置は、ここまでの説明で例示した形状のものには限られない。集光レンズの開口数NA=0.174、θ=10°としたとき、楕円ミラーの形状や配置を変更した場合の入射角α1、α0、α2、及びそれらの入射角差を、表1に示す。
この表において、入射角差は最大で4.9度であり、光束半角θの1/2以下である。また、この表の例示を含め、主光線の反射角度βは、80度以上で120度以下が好適である。また、入射角差を特に低減したい場合には、B/Aは、0.75以上で2.0以下とするのがよいが、さらに望ましくは0.75以上で1.5以下とするのがよい。また、凹面に入射する光束のNA=sinθ は、0.1以上で0.5以下の範囲となるよう設定するのが望ましい。
本発明の投射型表示装置用の光源装置においては、曲面ダイクロイックミラーの曲面形状は、厳密な楕円面でなくともよく、例えばトロイダル面で近似してもよい。図11(a)に、トロイダル面を例示するが、YX平面内の半径Ryxの弧を、YZ面内の半径Ryzの弧に沿って移動させたときに構成される面形状を、曲面ダイクロイックミラーの曲面形状として採用してもよい。(Ryx<Ryz)
半径Ryzの弧を決定するには、図11(b)に示すように、基本となる楕円面上の3点L,C,Uの3点の座標を用いて、円に近似して半径を求めればよい。また、図11(c)に示すように、トロイダル面をXY面で切った時に見える弧の半径Ryxは、基本となる楕円面の短軸bと長さを等しくすればよい。
また、厳密には楕円面あるいはトロイダル面に該当しなくても、実質的にそれらに近似する非球面を採用することも可能である。
本発明の投射型表示装置用の光源装置においては、蛍光体の材料や形状や配置は、これまでの説明で例示した形状のものには限られない。赤色発光、緑色発光、黄色発光、白色発光以外の蛍光体を設けてもよい。
また、回転体の主面上のリング領域に設けるものには限られない。回転体の斜面や側面に設けるものであってもよい。
また、回転する基体上ではなく、他の運動をする基体上に設けてもよく、たとえば直線上を往復運動する基体上に設けてもよい。要は、励起光が定位置を照射することによる蛍光体の劣化を抑制できるようにすればよい。
定位置を照射し続けたとしても十分に冷却できるような冷却機構を設けた場合や、定位置を照射し続けたとしても劣化が少ない蛍光体材料を用いる場合には、基体は固定されていてもよい。
Claims (8)
- 投射型表示装置用の光源装置であって、
蛍光体と、
前記蛍光体を励起するための励起光を出力する励起光源と、
曲面を有し、前記曲面において、前記励起光源からの励起光と前記蛍光体からの蛍光のうち一方を透過し他方を反射する曲面ダイクロイックミラーと、
前記曲面ダイクロイックミラーと前記蛍光体の間に配置された集光レンズと、を有し、
前記曲面ダイクロイックミラーは、透過する光に対しては実質的に集光も発散もさせないが、反射する光に対しては集光作用を奏し、
前記励起光または前記蛍光が前記曲面ダイクロイックミラーに入射する際の入射角のばらつきが、前記励起光または前記蛍光の光束半角の1/2以下である、
ことを特徴とする光源装置。 - 投射型表示装置用の光源装置であって、
蛍光体と、
前記蛍光体を励起するための励起光を出力する励起光源と、
曲面を有し、前記曲面において、前記励起光源からの励起光と前記蛍光体からの蛍光のうち一方を透過し他方を反射する曲面ダイクロイックミラーと、
前記曲面ダイクロイックミラーと前記蛍光体の間に配置された集光レンズと、を有し、
前記曲面ダイクロイックミラーは、透過する光に対しては実質的に集光も発散もさせないが、反射する光に対しては集光作用を奏し、
前記曲面は、楕円面またはトロイダル面または非球面の一部である、
ことを特徴とする光源装置。 - 投射型表示装置用の光源装置であって、
蛍光体と、
前記蛍光体を励起するための励起光を出力する励起光源と、
曲面を有し、前記曲面において、前記励起光源からの励起光と前記蛍光体からの蛍光のうち一方を透過し他方を反射する曲面ダイクロイックミラーと、
前記曲面ダイクロイックミラーと前記蛍光体の間に配置された集光レンズと、を有し、
前記曲面ダイクロイックミラーは、透過する光に対しては実質的に集光も発散もさせないが、反射する光に対しては集光作用を奏し、
前記曲面ダイクロイックミラーは、前記蛍光を凹面で反射する、
ことを特徴とする光源装置。 - 前記曲面ダイクロイックミラーは、前記励起光を凹面で反射する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。 - 前記曲面ダイクロイックミラーは、前記集光レンズの光軸を通って凹面に入射する光を、80度以上で120度以下の角度で反射させる、
ことを特徴とする請求項1乃至4のうちの何れか1項に記載の光源装置。 - 前記曲面ダイクロイックミラーは、透明で板厚が一定の曲面基板に誘電体多層膜が形成された曲面ダイクロイックミラーである、
ことを特徴とする請求項1乃至5のうちの何れか1項に記載の光源装置。 - 前記蛍光体は、回転軸を中心に回転可能な回転体の少なくとも一部を被覆している、
ことを特徴とする請求項1乃至6のうちの何れか1項に記載の光源装置。 - 請求項1乃至7のうちの何れか1項に記載の光源装置と、
光変調素子と、投射レンズと、を備える、
ことを特徴とする投射型表示装置。
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