JP6551044B2 - 波長変換素子、照明装置およびプロジェクター - Google Patents
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Description
この照明装置では、青色拡散光を生成する拡散層と、蛍光光を生成する蛍光体層とが回転ホイールの一面に配置されている。拡散層からの青色拡散光及び蛍光体層からの蛍光光はピックアップレンズにそれぞれ入射する。
この構成によれば、簡便且つ確実に、第1光学素子の第2の面と第2光学素子の第4の面との高さの差を低減することができる。
この構成によれば、簡便且つ確実に、第1光学素子の第2の面と第2光学素子の第4の面との高さの差を低減することができる。
回転体を回転駆動させるための駆動装置が必要となる。回転体は、駆動装置に対する取付加工が容易であることが望ましい。本構成によれば、回転体の中央部に基板が配置されるので、回転体を回転させる駆動装置が基板に取り付けられる。基板であれば、駆動装置の取り付け加工が容易な材料を選択し易いため、回転体の製造が容易となる。
この構成によれば、波長変換層の特定の領域に一回転あたりに照射される励起光のエネルギーを低減することができるため、波長変換層の温度が上昇し難くなる。
この構成によれば、リング形状の基板を有するので、回転体を軽量化することができる。
この構成によれば、第2光学素子を基板に確実に固定することができる。
この構成によれば、第2光学素子と基板とを簡便且つ確実に固定することができる。
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。
<プロジェクター>
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。本実施形態のプロジェクターは、スクリーン(被投射面)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。プロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応した3つの液晶光変調装置を用いている。プロジェクターは、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを用いている。
プロジェクター1は、図1に示すように、照明光WLを照射する照明装置2と、照明装置2からの照明光WLを赤色光LR、緑色光LG、青色光LBに分離する色分離光学系3と、各色光LR,LG,LBを画像情報に応じて変調し、各色の画像光を形成する光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bと、各光変調装置4R,4G,4Bからの各色の画像光を合成する合成光学系5と、合成光学系5からの合成された画像光をスクリーンSCRに向かって投射する投射光学系6とを概略備えている。
次に、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、波長変換素子20と、モーターMと、アレイ光源11と、コリメーター光学系12と、アフォーカル光学系13と、第1の位相差板19aと、ホモジナイザー光学系14と、偏光分離素子15と、第1のピックアップレンズ16と、反射ミラー17と、第2のピックアップレンズ18と、第2の位相差板19bと、均一照明光学系23とを備えている。
なお、アレイ光源11は特許請求の範囲の「光源装置」に相当し、モーターMは特許請求の範囲の「駆動装置」に相当する。
光軸ax2上においては、波長変換素子20と、第1のピックアップレンズ16と、偏光分離素子15と、均一照明光学系23とが、この順に並んで配置されている。
光軸ax3上においては、波長変換素子20と、第2のピックアップレンズ18と、反射ミラー17とが、この順に並んで配置されている。
ホモジナイザー光学系14は、第1レンズアレイ14aの複数の小レンズ各々から射出された複数の小光束を、第1のピックアップレンズ16又は第2のピックアップレンズ18と協同して、波長変換素子20の所定領域(後述)上で互いに重畳させる。これにより、波長変換素子20上に照射される青色光Bの光強度分布を均一な状態(いわゆるトップハット分布)とする。
偏光分離素子15は、光線束Kを、偏光分離素子15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15は、光線束KのうちのS偏光成分の光線BLsを反射させ、光線束KのうちのP偏光成分の光線BLpを透過させる。また、偏光分離素子15は光線束Kとは波長帯が異なる、後述する蛍光光Y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。
拡散部材32は、光線BLcを拡散反射させる。拡散部材32としては、該拡散部材32に入射した光をランバート反射させるものを用いることが好ましい。
拡散部材32は、例えば、透明樹脂等の光透過材料からなる基材33と、該基材33内に分散され、光拡散性を有する複数の拡散粒子34とを含む。拡散部材32の厚さは、例えば、0.5mmである。
図3(a)に示すように、蛍光体層31及び拡散部材32は、回転軸Oの周りに同心円状に設けられており、蛍光体層31は、拡散部材32よりも外側に設けられている。蛍光体層31及び拡散部材32はそれぞれ、リング状の形状を有する。
なお、上面31aおよび下面31bは、それぞれ特許請求の範囲の「第2の面」および「第3の面」に相当し、上面32aおよび下面32bは、それぞれ特許請求の範囲の「第4の面」および「第5の面」に相当する。
仮に、拡散部材32の上面32aが蛍光体層31の上面31aに対し、厚さH2とH1との差だけ上方に位置したとする。蛍光体層31及び拡散部材32は、回転軸Oの周りに同心円状に設けられているため、第1のピックアップレンズ16の下方端部が拡散部材32の上面32aと干渉するおそれがある。
また、本実施形態の照明装置2は上記波長変換素子20を備えるので、第1のピックアップレンズ16と拡散部材32との干渉が防止され、かつ照明装置2の小型化が容易である。
したがって、このような照明装置2を適用したプロジェクター1は、小型、且つ、干渉による動作不良の発生が防止された信頼性の高いものとなる。
続いて、第1実施形態の第1変形例について説明する。本変形例と第1実施形態との違いは、波長変換素子の構造であり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下では第1実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図4(a)に示すように、蛍光体層31及び拡散部材32は、回転軸Oの周りに同心円状に設けられており、蛍光体層31は、拡散部材32よりも内側に設けられている。蛍光体層31及び拡散部材32はそれぞれ、リング状の形状を有する。
続いて、第1実施形態の第2変形例について説明する。本変形例と第1実施形態との違いは、波長変換素子の構造であり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下では第1実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図5(a)に示すように、回転軸Oと平行な方向から見たとき、蛍光体層31はリング状の形状を有している。図5(a),(b)に示すように、波長変換素子41(回転体41A)はリング状の回転基板151を有している。蛍光体層31は、回転基板151の上面151aに設けられている。回転基板151の中央には、円形の貫通孔155が形成されている。
また、本変形例の構成によれば、回転基板151がリング状であるため、回転体41Aを軽量化することができる。
この構成によれば、側面133が貫通孔155と嵌合することで拡散部材132および回転基板151は互いが強固に固定される。すなわち、貫通孔155の内壁面155aと拡散部材132の側面133とは、特許請求の範囲の「嵌合部」に相当する。
具体的に、第1の部分133aは、第1の孔部152の内径に対応した外径を有している。第2の部分133bは、第2の孔部153の内径に対応した外径を有している。
図7(a),(b)に示すように、接続部材154は、回転基板151の下面150bから貫通孔155の内壁面155aに沿って下方に延びる第1延出部材154aと、第1延出部材154aから回転軸O側に向かって延びる第2延出部材154bとを含む。
続いて、第1実施形態の第3変形例について説明する。本変形例と第1実施形態との違いは、波長変換素子の構造であり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下では第1実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図8(a)に示すように、回転軸Oと平行な方向から見たとき、波長変換素子42(回転体42A)はリング状の拡散部材232を有している。拡散部材232の中央には、円形の貫通孔233が形成されている。
図8(b)に示すように、蛍光体層31は、回転基板50の上面50aに配置されている。蛍光体層31及び拡散部材232は、回転軸Oの周りに同心円状に設けられており、蛍光体層31は、拡散部材232よりも内側に設けられている。
蛍光体層31及び拡散部材232はそれぞれ、リング状の形状を有する。
また、本変形例の構成によれば、回転基板50を介してモーターMと回転体42Aとを固定することができる。回転基板50であれば、モーターMの取り付け加工が容易な材料を選択し易い。そのため、本変形例によれば、回転体42Aの製造が容易となる。
続いて、第1実施形態の第4変形例について説明する。本変形例と第1実施形態との違いは、波長変換素子の構造であり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下では第1実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図9に示すように、波長変換素子44は、回転軸Oの周りに回転可能な回転体44Aを備える。本変形例における回転体44Aは、回転基板52と、蛍光体層31と、拡散部材32と、スペーサーSPとを含む。
次に、第2実施形態に係る照明装置について説明する。第1実施形態の照明装置は反射型の波長変換素子20を備える場合を例に挙げたが、本実施形態の照明装置は透過型の波長変換素子を備える点が異なる。なお、以下の説明では、第1実施形態と同様の構成および部材については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図11に示すように、照明装置2Aは、波長変換素子60と、モーターMと、アレイ光源11と、コリメーター光学系12と、アフォーカル光学系13と、第1の位相差板19aと、ホモジナイザー光学系14と、第1偏光分離素子61と、第1の集光レンズ62と、反射ミラー63と、第2の集光レンズ64と、第1のピックアップレンズ16と、反射ミラー67と、第2のピックアップレンズ18と、光合成素子69と、均一照明光学系23とを備えている。
光軸ax2上においては、第1偏光分離素子61と、第1の集光レンズ62と、波長変換素子60と、第1のピックアップレンズ16と、反射ミラー67とが、この順に並んで配置されている。
光軸ax3上においては、反射ミラー63と、第2の集光レンズ64と、波長変換素子60と、第2のピックアップレンズ18と、光合成素子69と、均一照明光学系23とが、この順に並んで配置されている。
第1偏光分離素子61は、光線束Kを、該第1偏光分離素子61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。
本実施形態の回転基板50Aは凹部51を有している。そのため、蛍光体層31の下面31bを高さの基準としたとき、蛍光体層31の上面31aの高さと拡散部材32の上面32aの高さとの差が、蛍光体層31の厚さと拡散部材32の厚さとの差よりも小さい。これにより、第1のピックアップレンズ16と拡散部材32の上面32aとの干渉を防止することができる。
したがって、このような照明装置2Aを適用したプロジェクター1は、小型、且つ、干渉による動作不良の発生が防止された信頼性の高いものとなる。
次に、第3実施形態に係るプロジェクターについて説明する。第1実施形態のプロジェクターは3つの液晶パネルを用いる方式の場合を例に挙げたが、本実施形態のプロジェクターは1つのデジタルマイクロミラーデバイスを用いる点が異なる。なお、以下の説明では、第1実施形態と同様の構成および部材については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図12に示すように、プロジェクター1Aは、照明装置2Bと、照明装置2Bからの光が入射する重畳光学系26と、重畳光学系26によって重畳された照明光Lを画像信号に応じて変調する光変調装置27と、光変調装置27からの画像光GをスクリーンSCRに向かって投射する投射光学系6と、を備えている。本実施形態では、光変調装置27としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いた。
光源装置29は、第2実施形態の照明装置2Aの構成要素である、アレイ光源11と、コリメーター光学系12と、アフォーカル光学系13と、ホモジナイザー光学系14とを備えている。光源装置29は、複数の光線を含む光線束Kを射出する。
図13(a)に示すように、回転体70Aは、回転基板71、第1の蛍光体層31G、第2の蛍光体層31R及び拡散部材32を含む。以下の説明では、第1の蛍光体層31Gと第2の蛍光体層31Rとをまとめて蛍光体層31と称する場合がある。回転基板71は、回転軸Oと平行な方向から見たとき、円板状の形状を有する。
Claims (7)
- 回転軸の周りに回転可能な回転体を備えた波長変換素子であって、
前記回転体は、第1の面を有する基板と、該第1の面の上部に設けられた第1光学素子と、第2光学素子と、を含み、
前記第1光学素子は、前記回転軸を中心とする第1の円弧状領域を少なくとも含むとともに、光が射出される第2の面と、該第2の面と対向する第3の面と、を有し、
前記第2光学素子は、前記回転軸を中心とする第2の円弧状領域を少なくとも含むとともに、光が射出される第4の面と、該第4の面と対向する第5の面と、を有し、
前記第1光学素子の厚さは、前記第2光学素子の厚さよりも小さく、
前記基板は、前記第1光学素子の前記第3の面側に設けられており、
前記第2の面と前記第4の面とは、同じ側に面しており、
前記第3の面を高さの基準としたとき、前記第2の面の高さと前記第4の面の高さとの差が、前記第1光学素子の厚さと前記第2光学素子の厚さとの差よりも小さく、
前記回転軸と平行な方向から見たとき、前記基板は、前記第2光学素子の内側又は外側に取り付けられている
波長変換素子。 - 前記第2光学素子はリング状の形状を有し、
前記基板は、前記第2光学素子の内側に取り付けられている
請求項1に記載の波長変換素子。 - 前記基板はリング状の形状を有し、
前記基板は、前記第2光学素子の外側に取り付けられている
請求項1に記載の波長変換素子。 - 前記第1光学素子は、波長変換層を備え、
前記第2光学素子は、拡散部材を備え、
前記回転軸と平行な方向から見たとき、前記第1光学素子は前記第2光学素子の外側に設けられている
請求項3に記載の波長変換素子。 - 前記基板と前記第2光学素子とのうち少なくとも一方は、前記基板を前記第2光学素子と接続するための嵌合部を備える
請求項1〜4のいずれか一項に記載の波長変換素子。 - 光線束を射出する光源装置と、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の波長変換素子と、
前記回転体を前記回転軸の周りに回転させる駆動装置と、
第1のピックアップレンズと、
第2のピックアップレンズと、を備えた照明装置であって、
前記第1の円弧状領域の半径は、前記第2の円弧状領域の半径とは異なり、
前記光線束のうち一部の光は、前記第1光学素子に入射し、
前記光線束のうち他の一部の光は、前記第2光学素子に入射し、
前記第1光学素子から射出された光は、前記第1のピックアップレンズに入射し、
前記第2光学素子から射出された光は、前記第2のピックアップレンズに入射する
照明装置。 - 請求項6に記載の照明装置と、
前記照明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。
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