JP6422143B2 - プロジェクター及び画像光投射方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1(特開2014−139689号公報)には紫外光及び青色光を発光するLEDやレーザダイオードを光源に用いたプロジェクターが記載されている。また、特許文献2(特開2012−212129号公報)には青色光を発光するレーザダイオードを光源に用いたプロジェクターが記載されている。
しかしながら、放電ランプ等を備える光源装置と同程度の輝度の各色光をレーザダイオードを備える光源装置から出力させる場合、青色光は、赤色光や緑色光と同一輝度であっても、赤色光や緑色光よりも明るく見えてしまう。これはレーザ光で得られる青色光の彩度が高いことが原因であり、ヘルムホルツ・コールラウシュ効果(H−K効果)として知られている。
したがって、青色のレーザ光を光源に用いると、青色光と、赤色光及び緑色光との彩度の差が大きくなり、放電ランプ等を光源とするプロジェクターよりも投射映像にカラーブレーキングがより顕著に表れてしまう。
原色の波長域にピーク波長を有する原色光を出力する、前記原色の波長域における前記ピーク波長が異なる複数の光源と、
前記複数の光源から出力された原色光を空間的に変調して画像光を形成する映像形成素子を含む、前記映像形成素子まで前記複数の光源から出力された原色光を導く照明光学系と、
前記映像形成素子で形成された画像光を投射する投射光学系と、
を有し、
前記複数の光源から出力される原色光のうち、ピーク波長が最長の原色光の輝度と、ピーク波長が最短の原色光の輝度とが同じである。
または、フィールドシーケンシャル方式のプロジェクターであって、
原色の波長域にピーク波長を有する原色光を出力する、前記原色の波長域における前記ピーク波長が異なる複数の光源と、
前記複数の光源から出力された原色光を空間的に変調して画像光を形成する映像形成素子を含む、前記映像形成素子まで前記複数の光源から出力された原色光を導く照明光学系と、
前記映像形成素子で形成された画像光を投射する投射光学系と、
を有し、
前記複数の光源に流れる電流値が同じである。
原色の波長域にピーク波長を有する、前記原色の波長域における前記ピーク波長が異なる原色光を複数の光源から出力し、
前記複数の光源から出力された原色光を、該原色光を空間的に変調して画像光を形成する映像形成素子まで照明光学系により導き、
前記映像形成素子で形成された画像光を投射光学系により投射し、
前記複数の光源から出力される原色光のうち、ピーク波長が最長の原色光の輝度と、ピーク波長が最短の原色光の輝度とが同じである方法である。
または、フィールドシーケンシャル方式のプロジェクターにおける画像光投射方法であって、
原色の波長域にピーク波長を有する、前記原色の波長域における前記ピーク波長が異なる原色光を複数の光源から出力し、
前記複数の光源から出力された原色光を、該原色光を空間的に変調して画像光を形成する映像形成素子まで照明光学系により導き、
前記映像形成素子で形成された画像光を投射光学系により投射し、
前記複数の光源に流れる電流値が同じである方法である。
上述したように、H−K効果は、彩度が高い青色のレーザ光が実際よりも明るく見えることで起こる。したがって、カラーブレーキングは青色光の「彩度」または「輝度」を下げれば低減すると考えられる。
しかしながら、青色光の輝度を変動させると、赤、緑、青の各色光を合成することで白色光を生成する投射映像(カラー映像)の色味が変わってしまうために好ましくない。例えば、青色光の輝度を下げると、投射映像全体が黄色寄りの映像となってしまう。
そこで、本発明では、青色光の「彩度」を下げることでカラーブレーキングを低減させる。具体的には、ピーク波長が異なる青色光を出力する複数種類のレーザダイオードを光源として用意し、それらを同時に発光させて青色光の波長領域幅を広げることで青色光の彩度を低下させる。
図1に示すように、光源装置1は、光源1a、コリメータレンズ1b、レンズ1c〜1e、1i、1k及び1m、ミラー1f、拡散板1g、ダイクロイックミラー1h、1/4波長板1j、蛍光体ユニット1l、並びにカラーフィルタユニット1nを備える。
光源1aには、青色の波長域にピーク波長を有する青色光を出力する、半導体素子である複数の青色レーザダイオード(LD)が用いられる。各青色LDからは、例えばS偏光の青色レーザ光が出力される。
コリメータレンズ1bは、青色LD毎に設けられ、各青色LDから出力された青色光を平行光束に変換する。
レンズ1c〜1eは、光源1aからコリメータレンズ1bを介して入射される各青色光(入射光束)を、光束径を縮小した平行光束に変換する。出射光束の径を入射光束よりも小さくすることで、レンズ1c〜1e以降に配置される部材のサイズを小さくできる。ここでは3つのレンズ1c〜1eを用いる例を示しているが、レンズの数は3つに限定されるものではなく、必要に応じて増減してもよい。
レーザ光は、コヒーレントな光であり、拡散せずに伝播するため、光源1aの出力光がそのまま蛍光体ユニット1lまで到達すると、後述する蛍光体ホイール上に青色LD毎の各出力光がそれぞれ集光した状態で照射される。その場合、蛍光体ホイール上における各集光部位の温度が上昇して蛍光体ホイールの破損を招くおそれがある。拡散板1gは、青色LD毎の各出力光が均一な強度分布で蛍光体ホイール上に照射されるように、青色LD毎の各出力光を拡散させる。
ダイクロイックミラー1hは、拡散板1gを介して入射されたレーザ光(青色光)を蛍光体ユニット1lへ導く。ダイクロイックミラー1hと蛍光体ユニット1lとの間の光路上には、1/4波長板1j、並びにレンズ1i及び1kが配置されている。
図2に示すように、蛍光体ホイール10は、黄色光を発光する蛍光体が設けられた黄色蛍光体領域10Yと、レーザ光(青色光)を反射する反射膜(鏡)が設けられた反射領域10Bとを備えている。黄色蛍光体領域10Y及び反射領域10Bは、蛍光体ホイール10の円周に沿って並ぶように配置されている。黄色蛍光体領域10Y及び反射領域10Bの円周方向における面積の割合(円周方向の分割比)は、光源装置1の出力光に含む黄色光、赤色光、緑色光及び青色光の光強度のバランスに応じて適宜設定される。
ここで、反射領域10Bからの青色光(円偏光)は、1/4波長板1jを再び通過することで、光源1aの偏光(S偏光)から1/2波長位相が異なる直線偏光(P偏光)に変換されてダイクロイックミラー1hに入射される。黄色蛍光体領域10Yからの黄色蛍光は、振動方向がランダムな偏光(非偏光)であるため、1/4波長板1jを透過しても光の特性は変化しない。また、ダイクロイックミラー1hは、青色光よりも波長が十分に長い黄色光を透過させるため、1/4波長板1jを通過した黄色蛍光(非偏光)及び青色光(P偏光)はダイクロイックミラー1hを透過し、レンズ1mによって集光されてカラーフィルタユニット1nに照射される。
黄色透過フィルター11Y、赤色透過フィルター11R、緑色透過フィルター11G及び拡散板11Bは、カラーホイール11の円周に沿って並ぶように配置されている。
黄色透過フィルター11Y、赤色透過フィルター11R及び緑色透過フィルター11Gの領域は、図2に示した蛍光体ホイール10の黄色蛍光体領域10Yに対応し、拡散板11Bの領域は図2に示した蛍光体ホイール10の反射領域10Bに対応する。黄色透過フィルター11Y、赤色透過フィルター11R、緑色透過フィルター11G及び拡散板11Bの円周方向における面積の割合(円周方向の分割比)は、図2に示した蛍光体ホイール10のそれぞれに対応する領域の割合と同じである。
第1青色LD12及び第2青色LD13は、例えば図4に示すように格子状に配列され、行方向及び列方向で隣接する青色LDが互いに異なるように交互に配置される。第1青色LD12及び第2青色LD13は、格子状に配列される必要はなく、千鳥状に配列されていてもよい。図4は、第1青色LD12及び第2青色LD13を、6行4列の格子状に配列する例を示している。青色LDの数は、6×4=24個に限定されるものではなく、必要に応じて増減してもよい。
第1青色LD12の輝度と第2青色LD13の輝度とを同じにするには、例えば第1青色LD12と第2青色LD13とが同様の特性(順電流−相対光度特性)の場合、第1青色LD12と第2青色LD13とに流す電流値を同じにすればよい。その場合、例えば図5A及びBに示すように配線基材14を用いて複数の第1青色LD12及び第2青色LD13を交互に直列に接続すれば、該直列に接続された第1青色LD12及び第2青色LD13に流れる電流値をそれぞれ同じにできる。光源1aとして、より多くの種類の青色LDを用いる場合も、各青色LDを直列に接続してそれらに流れる電流値をそれぞれ同じにすればよい。
なお、図5Aでは第1青色LD12及び第2青色LD13が3つのブロックに分割され、図5Bでは第1青色LD12及び第2青色LD13が2つのブロックに分割されて、ブロック毎に第1青色LD12及び第2青色LD13が直列に接続される構成例を示している。すなわち、図5A及びBは、それぞれが2以上の光源を有する複数のブロックに分割された例を示している。これらのブロックは、直列に接続されて共通の電源装置から電流が供給されてもよく、ブロック毎に個別の電源装置から同じ電源電流が供給されてもよい。
但し、光源1aに用いる青色LDのピーク波長は、光源装置1が備えるダイクロイックミラー1hの特性も考慮して選択することが望ましい。
上述したように、図1に示した光源装置1が備えるダイクロイックミラー1hは、S偏光のカットオフ波長(第1の波長)からP偏光のカットオフ波長(第2の波長)までの波長域において、S偏光とP偏光とを分離できる。
図6に示す特性を有するダイクロイックミラーは、S偏光の青色光のカットオフ波長が480nm付近にあり、P偏光の青色光のカットオフ波長が430nm付近にある。なお、図6では、出力光のピーク波長が450nm付近の青色LDの発光スペクトルと出力光のピーク波長が460nm付近の青色LDの発光スペクトルとを同時に示している。
したがって、S偏光のカットオフ波長(第1の波長)よりも長い波長域、並びにP偏光のカットオフ波長(第2の波長)よりも短い波長域では、ダイクロイックミラー1hによるS偏光とP偏光の分離が不可能になる。そのため、光源1aに用いる青色LDは、上記第1の波長から第2の波長までの範囲内にピーク波長があるものを選択すればよい。通常、ダイクロイックミラー1hの上記第1の波長から第2の波長までは、およそ50nm程度である。そのため、光源1aには、ピーク波長の差の範囲が50nm以内となるような複数種類の青色LDを用いればよい。
図7は、本発明のプロジェクターの一構成例を示す模式図である。
図7に示すように、プロジェクターは、光源装置1、照明光学系2及び投射光学系3を有する。
光源装置1には、図1に示した光源装置1を用いればよい。
照明光学系2は、ライトトンネル2a、レンズ2b、2c及び2e、ミラー2d、並びに映像形成素子2fを備える。投射光学系3は投射レンズから構成される。
ライトトンネル2aは、入射された光を繰り返し全反射させることで輝度分布が均一となるようにして出力する。ライトトンネル2aから出力された光は、レンズ2b及び2c、ミラー2d、並びにレンズ2eを介して映像形成素子2fに照射される。
そのため、投射映像のカラーブレーキングを低減できるプロジェクターが得られる。
図8に示すプロジェクターは、励起光学系100、リレー光学系200、色合成系300、照明光学系400及び投射光学系500を有する。図8に示すプロジェクターでは、励起光学系100、リレー光学系200及び色合成系300が、図1に示した光源装置1に相当する。
コリメータレンズ100bは、青色LD毎に設けられ、青色LDから出力された青色光を平行光束に変換する。
レンズ100c〜100eは、光源100aからコリメータレンズ100bを介して入射される各青色光(入射光束)を、光束径を縮小した平行光束に変換する。ここでは3つのレンズ100c〜100eを用いているが、レンズの数は3つに限定されるものではなく、必要に応じて増減してもよい。
レンズ100c〜100eから出射した青色光は、拡散板100fに入射され、該拡散板100fにて拡散された後、ダイクロイックミラー300aに入射される。
ダイクロイックミラー300aを透過した青色光はレンズ100g及び100hにより蛍光体ユニット100iが備える蛍光体ホイール上に集光する。このとき、蛍光体ホイールを回転させることで、レンズ100hを通過した青色光(円偏光)が、赤色蛍光体領域、緑色蛍光体領域及び透過領域に順次照射される。その結果、蛍光体ホイールは、赤色光及び緑色光を順次発光し、それに続いて青色光を透過させる。なお、赤色光の発光、緑色光の発光及び青色光の透過の順番は、映像形成素子により形成する画像光の色の順に一致していればよく、赤、緑、青の順である必要はない。
さらに、図8に示した光源装置(励起光学系100、リレー光学系200及び色合成系300)では、ダイクロイックミラー300aの特性を考慮して、光源100aに用いる青色LDのピーク波長を選択する必要がない。そのため、図1に示した光源装置1と比べて光源100aに用いる青色LDの選択自由度が向上する。
Claims (14)
- フィールドシーケンシャル方式のプロジェクターであって、
原色の波長域にピーク波長を有する原色光を出力する、前記原色の波長域における前記ピーク波長が異なる複数の光源と、
前記複数の光源から出力された原色光を空間的に変調して画像光を形成する映像形成素子を含む、前記映像形成素子まで前記複数の光源から出力された原色光を導く照明光学系と、
前記映像形成素子で形成された画像光を投射する投射光学系と、
を有し、
前記複数の光源から出力される原色光のうち、ピーク波長が最長の原色光の輝度と、ピーク波長が最短の原色光の輝度とが同じであるプロジェクター。 - フィールドシーケンシャル方式のプロジェクターであって、
原色の波長域にピーク波長を有する原色光を出力する、前記原色の波長域における前記ピーク波長が異なる複数の光源と、
前記複数の光源から出力された原色光を空間的に変調して画像光を形成する映像形成素子を含む、前記映像形成素子まで前記複数の光源から出力された原色光を導く照明光学系と、
前記映像形成素子で形成された画像光を投射する投射光学系と、
を有し、
前記複数の光源に流れる電流値が同じであるプロジェクター。 - 請求項1または2に記載のプロジェクターにおいて、
前記原色光は青色光であり、
前記複数の光源から出力された青色光がそれぞれ照射される、該青色光を励起光として蛍光を発する蛍光体領域、並びに該青色光を反射させる反射領域を備えた蛍光体ホイールをさらに有するプロジェクター。 - 請求項1または2に記載のプロジェクターにおいて、
前記原色光は青色光であり、
前記複数の光源から出力された青色光がそれぞれ照射される、該青色光を励起光として蛍光を発する蛍光体領域、並びに該青色光を透過させる透過領域を備えた蛍光体ホイールをさらに有するプロジェクター。 - 請求項3に記載のプロジェクターにおいて、
前記複数の光源から出力された青色光を前記蛍光体ホイールまで導くダイクロイックミラーと、
前記蛍光体ホイールと前記ダイクロイックミラーとの間の光路上に配置された1/4波長板と、
をさらに有し、
前記ダイクロイックミラーは、
前記複数の光源から出力された第1の直線偏光から成る青色光を反射させ、前記蛍光体ホイールから前記1/4波長板を介して入射される第2の直線偏光から成る青色光を透過させるプロジェクター。 - 請求項4に記載のプロジェクターにおいて、
前記複数の光源から出力された青色光を前記蛍光体ホイールまで導くダイクロイックミラーと、
前記蛍光体ホイールを透過した青色光を前記ダイクロイックミラーまで導くリレー光学系と、
をさらに有し、
前記ダイクロイックミラーは、
前記複数の光源から出力された青色光及び前記蛍光体ホイールから前記リレー光学系を介して入射される青色光を透過させ、前記蛍光体ホイールから発せされた蛍光を反射させるプロジェクター。 - 請求項5または6に記載のプロジェクターにおいて、
赤色光を透過させる赤色透過フィルター、緑色光を透過させる緑色透過フィルター及び青色光を拡散させつつ透過させる拡散領域を備え、前記ダイクロイックミラーを介して、前記蛍光体ホイールからの蛍光が前記赤色透過フィルター及び前記緑色透過フィルターに照射され、前記蛍光体ホイールからの青色光が前記拡散領域に照射されるカラーホイールをさらに有し、
前記カラーホイールは、
前記赤色透過フィルター、前記緑色透過フィルター及び前記拡散領域に、前記蛍光体ホイールからの蛍光及び青色光が順次照射されるように回転されるプロジェクター。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載のプロジェクターにおいて、
前記光源は、レーザ光を出力する半導体素子であるプロジェクター。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載のプロジェクターにおいて、
前記複数の光源が出力する原色光のピーク波長は400nmから480nmの範囲であるプロジェクター。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載のプロジェクターにおいて、
前記複数の光源として、出力光のピーク波長が異なる第1光源及び第2光源を備え、
前記第1光源及び前記第2光源は、
行方向または列方向で隣接する光源が互いに異なるように、交互に配置されたプロジェクター。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載のプロジェクターにおいて、
前記複数の光源が、電気的に直列に接続されたプロジェクター。 - 請求項11に記載のプロジェクターにおいて、
前記複数の光源が2以上の光源を有する複数のブロックに分割され、前記ブロック毎に、前記2以上の光源が電気的に直列に接続されたプロジェクター。 - フィールドシーケンシャル方式のプロジェクターにおける画像光投射方法であって、
原色の波長域にピーク波長を有する、前記原色の波長域における前記ピーク波長が異なる原色光を複数の光源から出力し、
前記複数の光源から出力された原色光を、該原色光を空間的に変調して画像光を形成する映像形成素子まで照明光学系により導き、
前記映像形成素子で形成された画像光を投射光学系により投射し、
前記複数の光源から出力される原色光のうち、ピーク波長が最長の原色光の輝度と、ピーク波長が最短の原色光の輝度とが同じである画像光投射方法。 - フィールドシーケンシャル方式のプロジェクターにおける画像光投射方法であって、
原色の波長域にピーク波長を有する、前記原色の波長域における前記ピーク波長が異なる原色光を複数の光源から出力し、
前記複数の光源から出力された原色光を、該原色光を空間的に変調して画像光を形成する映像形成素子まで照明光学系により導き、
前記映像形成素子で形成された画像光を投射光学系により投射し、
前記複数の光源に流れる電流値が同じである画像光投射方法。
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