(57)【要約】【課題】光の損失を抑えつつ拡散角を大きくすることができる、光源装置およびプロジェクターを提供する。【解決手段】第１の発光素子と、第１の発光素子から射出された第１の光の光路上に設けられ、光射出面の面積が光入射面の面積よりも小さいロッドと、光路上に設けられた光拡散部材と、を備える光源装置に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の発光素子と、
前記第１の発光素子から射出された第１の光の光路上に設けられ、光射出面の面積が光入射面の面積よりも小さいロッドと、
前記光路上に設けられた光拡散部材と、を備える
光源装置。
【請求項２】
前記光拡散部材は、前記発光素子と前記光射出面との間に設けられている
請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記ロッドを通過した前記第１の光が入射する第１の平行化レンズと、
第２の発光素子と、
前記第２の発光素子から射出された光を第２の光に変換する波長変換素子と、
前記第２の光が入射する第２の平行化レンズと、
前記第１の平行化レンズを透過した前記第１の光と、前記第２の平行化レンズを透過した前記第２の光と、を合成する光合成光学素子と、をさらに備える
請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第２の発光素子から射出された前記光が前記波長変換素子上に形成する光スポットの形状は、前記光射出面の形状と相似である
請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光合成光学素子から射出された光が入射する均一照明光学系をさらに備える
請求項３又は４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記光入射面の面積は、前記光拡散部材から射出された光の光束サイズよりも大きい
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置およびプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクターにおいて、蛍光とレーザー光とを用いて生成した白色光を画像表示に用いるものが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５４１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、蛍光の発散角はレーザー光の発散角よりも大きいため、色ムラを生じさせる要因となる。そこで、レーザー光を拡散素子によって拡散させることで発散角を大きくすることが考えられる。しかしながら、拡散角が大きい拡散素子はレーザー光の透過率を低下させるおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光の損失を抑えつつ拡散角を大きくすることができる、光源装置およびプロジェクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様に従えば、第１の発光素子と、前記第１の発光素子から射出された第１の光の光路上に設けられ、光射出面の面積が光入射面の面積よりも小さいロッドと、前記光路上に設けられた光拡散部材と、を備える光源装置が提供される。
【０００７】
第１態様に係る光源装置によれば、ロッドにより第１の光の放射角を拡げることができるので、光拡散部材として比較的拡散角が小さいものを採用できる。よって、光拡散部材による損失を抑えつつ拡散角を大きくすることができる。
【０００８】
上記第１態様において、前記光拡散部材は、前記発光素子と前記光射出面との間に設けられているのが好ましい。
この構成によれば、ロッドの光射出面の面積に応じた大きさの光を射出することができる。
【０００９】
上記第１態様において、前記ロッドを通過した前記第１の光が入射する第１の平行化レンズと、第２の発光素子と、前記第２の発光素子から射出された光を第２の光に変換する波長変換素子と、前記第２の光が入射する第２の平行化レンズと、前記第１の平行化レンズを透過した前記第１の光と、前記第２の平行化レンズを透過した前記第２の光と、を合成する光合成光学素子と、をさらに備えるのが好ましい。
この構成によれば、例えば、光射出面の面積や第１の平行化レンズの焦点距離を適宜調整することで、第１の平行化レンズを透過した第１の光の光束幅と、第２の平行化レンズを透過した第２の光の光線束の幅との差を小さくできるので、合成後の光の色ムラを低減することができる。
【００１０】
上記第１態様において、前記第２の発光素子から射出された前記光が前記波長変換素子上に形成する光スポットの形状は、前記光射出面の形状と相似であるのが好ましい。
この構成によれば、第１の平行化レンズの倍率および第２の平行化レンズの倍率を調整することで、第１の平行化レンズを透過した第１の光の光束の断面形状と、第２の平行化レンズを透過した第２の光の光線束の断面形状とを揃えることができるので、合成後の光の色ムラをより低減できる。
【００１１】
上記第１態様において、前記光合成光学素子から射出された光が入射する均一照明光学系をさらに備えるのが好ましい。
この構成によれば、均一照明光学により均一な照明光を得ることができる。
【００１２】
上記第１態様において、前記光入射面の面積は、前記光拡散部材から射出された光の光束サイズよりも大きいのが好ましい。
この構成によれば、ロッドが光拡散部材から射出された光を良好に飲み込むことができるので、光拡散部材による損失を抑えることができる。
【００１３】
本発明の第２態様に従えば、上記第１態様に係る光源装置と、前記光源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が提供される。
【００１４】
第２態様に係るプロジェクターは上記第１態様に係る光源装置を備えるので、光損失が少なく色ムラの発生が抑制された画像を投射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】プロジェクターの光学系を示す概略図。
【図２】光源装置の概略構成を示す図。
【図３】変形例に係る拡散板の構造を示す図。
【図４】変形例に係る拡散板の構造を示す図。
【図５】変形例に係る拡散板の構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
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。
【００１７】
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）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備えている。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備えている。
【００１８】
図１は、本実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す概略図である。
プロジェクター１は、図１に示すように、光源装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６と、を概略備えている。
【００１９】
本実施形態において、光源装置２は照明光としての白色光Ｗを色分離光学系３に向けて射出する。
【００２０】
色分離光学系３は、照明光ＷＬを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離するためのものである。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａおよび第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂと、を概略備えている。
【００２１】
第１のダイクロイックミラー７ａは、光源装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する機能を有する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過するとともに、その他の光（緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、分離された緑色光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過する。
【００２２】
第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２の全反射ミラー８ｂおよび第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに向けて反射する。
なお、緑色光ＬＧの光路中には、全反射ミラーを配置する必要はなく、緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂにより光変調装置４Ｇに向けて反射される。
【００２３】
第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの光射出側に配置されている。第１のリレーレンズ９ａおよび第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることに起因した青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。
【００２４】
光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを通過させる間に、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを通過させる間に、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを通過させる間に、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。
【００２５】
光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側および射出側には、一対の偏光板（図示せず）が配置されており、特定の方向の直線偏光光のみを通過させる構成となっている。
【００２６】
光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂは、それぞれの光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢを平行化するためのものである。
【００２７】
合成光学系５は、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂからの画像光が入射することにより、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。
【００２８】
投射光学系６は、投射レンズ群から構成されている。投射光学系６は、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像（画像）が表示される。
【００２９】
（光源装置）
次に、上記光源装置２の構成について説明する。図２は光源装置２の概略構成を示す図である。
【００３０】
光源装置２は、ダイクロイックミラー８０、均一照明光学系８１、第１光源部１００および第２光源部１０１を含む。
【００３１】
ダイクロイックミラー８０は、青色光を反射し、赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光を通過させる光学特性を有する。これにより、ダイクロイックミラー８０は、後述のように第１光源部１００からの青色光Ｂを反射し、第２光源部１０１から射出された蛍光Ｙを透過させることで、これらを合成して白色光Ｗを生成する。ダイクロイックミラー８０は、特許請求の範囲に記載の「光合成光学素子」に相当する。
【００３２】
均一照明光学系８１は、第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０及び重畳レンズ１５０を備える。ただし、偏光変換素子１４０は省略可能である。均一照明光学系８１は、白色光Ｗの強度分布を被照明領域において均一化する。均一照明光学系８１から射出された白色光Ｗは色分離光学系３へ入射する。
【００３３】
第１光源部１００は、第１光源２１、集光光学系２２、拡散板（光拡散部材）２３、テーパーロッド２４および第１のピックアップレンズ２５を備える。
【００３４】
第１光源２１は青色のレーザー光からなる光線（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）を射出する半導体レーザー（第１の発光素子）２１ａを有する。本実施形態において、第１光源２１は複数の半導体レーザー２１ａから構成されていても良いし、１つの半導体レーザー２１ａから構成されていても良い。なお、半導体レーザー２１ａは、４４５ｎｍ以外の波長（例えば、４６０ｎｍ）の青色光を射出する半導体レーザーを用いることもできる。
【００３５】
集光光学系２２は、第１光源２１からの青色光Ｂを拡散板２３付近に集光する。
【００３６】
拡散板２３は、第１光源２１からの青色光Ｂをある角度で拡散する。拡散板２３としては、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。
【００３７】
本実施形態において、拡散板２３は、テーパーロッド２４の光入射面２４ａの前段に配置されている。拡散板２３は、第１光源２１と光射出面２４ｂとの間に配置されていると換言できる。
【００３８】
テーパーロッド２４は、拡散板２３に対向する光入射面２４ａと、第１のピックアップレンズ２５に対向する光射出面２４ｂと、を有する。テーパーロッド２４は、光射出面２４ｂの面積が光入射面２４ａの面積よりも小さい。
【００３９】
テーパーロッド２４の光入射面２４ａは、拡散板２３によって拡散された青色光Ｂの光束サイズよりも大きくなっている。これにより、テーパーロッド２４が拡散板２３から射出された青色光Ｂを良好に飲み込むことができるので、青色光Ｂの損失を抑えることができる。
【００４０】
このような構成に基づき、テーパーロッド２４は、光入射面２４ａに入射した青色光Ｂを、放射角度を広く変換した状態で光射出面２４ｂから射出することが可能となっている。
【００４１】
第２光源部１０１は、第２光源３１、コリメート光学系３２、第２のピックアップレンズ３３及び回転蛍光板３５を備える。
【００４２】
第２光源３１は、第１光源部１００と同様の青色のレーザー光を射出する半導体レーザー３１ａを複数有する。複数の半導体レーザー３１ａは光軸ａｘ１と直交する同一面内において、アレイ状に並んで配置されている。第２光源３１は、複数の青色のレーザー光からなる励起光Ｅを射出する。
【００４３】
第２光源３１から射出された光（励起光Ｅ）はコリメート光学系３２に入射する。コリメート光学系３２は、第２光源３１から射出された励起光Ｅを平行光束に変換するものである。コリメート光学系３２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ３２ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ３２ａは、複数の半導体レーザー３１ａに対応して配置されている。
【００４４】
第２のピックアップレンズ３３は、ダイクロイックミラー８０からの励起光Ｅを略集光した状態で回転蛍光板３５の蛍光体層４２に入射させる機能と、回転蛍光板３５から射出された蛍光を略平行化する機能とを有する。第２のピックアップレンズ３３は凸レンズからなる。
【００４５】
本実施形態において、第２光源部１０１は、励起光Ｅが蛍光体層４２上に形成する光スポットの形状がテーパーロッド２４の光射出面２４ｂの形状と相似となるように構成されている。
【００４６】
ここで、蛍光Ｙの発光領域の形状は、蛍光体層４２上に形成された励起光Ｅによる光スポット領域の形状とほぼ等しくなる。青色光Ｂによる照明領域の形状は、光射出面２４ｂの形状により規定される。そのため、本実施形態において、蛍光Ｙによる照明領域の形状と青色光Ｂによる照明領域の形状とはほぼ相似の関係を満たすと言える。
【００４７】
回転蛍光板３５は、モーター５０と、円板４０と、反射膜４１と、蛍光体層（波長変換素子）４２とを備える。回転蛍光板３５は、励起光Ｅが入射する側と同じ側に向けて蛍光Ｙを射出する。円板４０は、例えば、アルミや銅といった放熱性に優れた金属製の円板から構成され、モーター５０により回転可能である。
【００４８】
蛍光体層４２は、円板４０の周方向に沿ってリング状に形成されている。蛍光体層４２は、第１光源２１からの励起光Ｅによって励起されて第２の波長帯の蛍光Ｙを射出する。蛍光Ｙは、赤色光及び緑色光を含む黄色光である。
【００４９】
蛍光体層４２は、励起光Ｅを吸収して黄色の蛍光Ｙに変換して射出する蛍光体粒子を含む。蛍光体粒子としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよく、２種以上の材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いてもよい。
【００５０】
蛍光体層４２の励起光Ｅが入射する側とは反対側には、反射膜４１が設けられている。反射膜４１は、蛍光体層４２で生成された蛍光Ｙを上方に向けて反射する機能を有している。なお、反射膜４１は、鏡面反射面からなることが好ましい。このようにすれば、蛍光体層４２で生成された蛍光Ｙを反射膜４１で鏡面反射させることにより、蛍光体層４２から効率的に蛍光Ｙを射出することができる。
【００５１】
蛍光Ｙは第２のピックアップレンズ３３により平行化され、ダイクロイックミラー８０を透過する。蛍光Ｙはダイクロイックミラー８０で反射された青色光Ｂと合成されることで白色光Ｗを生成する。
【００５２】
ところで、蛍光Ｙによる照明領域の大きさと青色光Ｂによる照明領域の大きさとの間に差があると白色光Ｗに色ムラが生じてしまう。
【００５３】
一般に蛍光Ｙは蛍光体層４２から大きな放射角で射出されるため、照明領域が相対的に大きくなっており、上記色ムラを生じさせる可能性がある。本実施形態の光源装置２では青色光Ｂの放射角を大きくことで該青色光Ｂによる照明領域を拡大し、照明領域の大きさの差を小さくすることで色ムラの発生を抑制するようにしている。
【００５４】
光源装置２は、第１光源部１００において、拡散板２３およびテーパーロッド２４により青色光Ｂの放射角を広く変換している。
ここで、拡散板２３として拡散角が大きいものを用いることも想定できる。しかしながら、拡散角が大きくなると拡散板２３の光透過率が低下するため、拡散板２３を通過することによる損失が大きくなって利用効率の低下を招く。
【００５５】
本実施形態の光源装置２は、拡散板２３とテーパーロッド２４とを組み合わせることで青色光Ｂの放射角を拡げるため、拡散板２３の拡散角度を抑えたとしてもテーパーロッド２４により青色光Ｂの放射角を拡げることができる。
【００５６】
また、本実施形態では、上述のように、蛍光Ｙによる照明領域の形状と青色光Ｂによる照明領域の形状とはほぼ相似の関係を満たすの。したがって、第１のピックアップレンズの焦点距離２５および第２のピックアップレンズ３３の焦点距離を適宜調整することで、第１のピックアップレンズ２５を透過した青色光Ｂによる照明領域の形状と第２のピックアップレンズ３３を透過した蛍光Ｙによる照明領域の形状との差を小さくできる。
したがって、本実施形態の光源装置２によれば、青色光Ｂの損失を抑えつつ色ムラが低減された白色光Ｗを生成することができる。
【００５７】
また、上記光源装置２を備えたプロジェクター１によれば、光損失が少なく色ムラが抑制された光を用いて画像光を形成するので、明るくムラの無い画像を表示することが可能な高信頼性なものとなる。
【００５８】
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５９】
上記実施形態では、拡散板２３とテーパーロッド２４との間に隙間が設けられた場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、図３に示すように、拡散板２３はテーパーロッド２４の光入射面２４ａに貼り付けられていても良い。
あるいは、拡散板２３は、図４に示すように、テーパーロッド２４の光入射面２４ａと光射出面２４ｂの間、すなわち、テーパーロッド２４の内部に配置されていても良い。
【００６０】
また、上記実施形態では、拡散板２３を固定配置した構造を例に挙げたが、拡散板を回転させるようにしても良い。
図５は回転拡散板１２３の概略構成を示す図である。
図５に示すように、回転拡散板１２３は、モーター１２２により回転可能とされている。これにより、青色光Ｂの入射位置を時間的に変化させることで回転拡散板１２３の温度上昇を抑制するとともに、回転拡散板１２３を回転させることで効率良く放熱することができる。これにより、青色光Ｂの出力が高い場合でも、回転拡散板１２３が破損するのを抑制することができる。
【００６１】
また、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイスを用いてもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１…プロジェクター、２…光源装置、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、６…投射光学系、２１…第１光源部、２１ａ…半導体レーザー、２３，１２３…拡散板、２４…テーパーロッド、２５…第１のピックアップレンズ、３１…第２光源、３１ａ…半導体レーザー、３３…第２のピックアップレンズ、３５…回転蛍光板、４２…蛍光体層、８１…均一照明光学系。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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