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技術 光源装置及び投写型映像表示装置

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 田中孝明
出願日 2019年4月2日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-070476
公開日 2020年10月15日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-170064
状態 未査定
技術分野 偏光要素 カラーTV映像再生装置 電気信号の光信号への変換
主要キーワード 近接面 無機光学結晶 ブレイキング 半値角度 カラープリズム 青色半導体レーザ素子 光合成器 微細周期構造
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

従来技術に比較して小型化でき、広色域出力光を発生できる光源装置を提供する。

解決手段

蛍光体ホイール装置37は青色光によって励起されて黄色光を発生する。位相差板28は入射光偏光成分を制御する。ダイクロイックミラー29は、青色光源素子20から位相差板28を介して入射した青色光と、赤色光源素子24から入射した赤色光とを合成する。ダイクロイックミラー31はダイクロイックミラー29の出射光に含まれる青色光をそのS偏光成分及びP偏光成分に分離し、青色光のS偏光成分で蛍光板を励起することによって発生した黄色光と、青色光のP偏光成分と、ダイクロイックミラー29の出射光に含まれる赤色光とを合成する。青色光のP偏光成分と、赤色光とがダイクロイックミラー31から位相差板40を介して反射板41に入射した後反射され、位相差板40を介してダイクロイックミラー31に再び入射し、黄色光と合成される。

概要

背景

従来、ディジタルマイクロミラーデバイスDMD)及び液晶パネルなどのような光変調素子を備えた投写型映像表示装置のための光源として、発光ダイオード及び半導体レーザ素子などの長寿命固体発光素子を備えたさまざまな光源装置が開示されている。

特許文献1は、長寿命で水銀を要しない固体光源を用いて実現された、高輝度かつ低ノイズの光源装置を開示している。

概要

従来技術に比較して小型化でき、広色域出力光を発生できる光源装置を提供する。蛍光体ホイール装置37は青色光によって励起されて黄色光を発生する。位相差板28は入射光偏光成分を制御する。ダイクロイックミラー29は、青色光源素子20から位相差板28を介して入射した青色光と、赤色光源素子24から入射した赤色光とを合成する。ダイクロイックミラー31はダイクロイックミラー29の出射光に含まれる青色光をそのS偏光成分及びP偏光成分に分離し、青色光のS偏光成分で蛍光板を励起することによって発生した黄色光と、青色光のP偏光成分と、ダイクロイックミラー29の出射光に含まれる赤色光とを合成する。青色光のP偏光成分と、赤色光とがダイクロイックミラー31から位相差板40を介して反射板41に入射した後反射され、位相差板40を介してダイクロイックミラー31に再び入射し、黄色光と合成される。

目的

本開示は、従来技術に比較して小型化でき、広色域の出力光を発生できる光源装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

青色光を発生する第1の光源素子と、赤色光を発生する第2の光源素子と、前記青色光の偏光成分を制御する第1の位相差板と、前記第1の光源素子から前記第1の位相差板を介して入射した前記青色光と、前記第2の光源素子から入射した前記赤色光とを合成する第1の光合成器と、前記青色光によって励起されて黄色光を発生する蛍光板と、前記第1の光合成器の出射光に含まれる前記青色光を前記青色光の第1及び第2の偏光成分に分離し、前記青色光の第1の偏光成分で前記蛍光板を励起することによって発生した前記黄色光と、前記青色光の第2の偏光成分と、前記第1の光合成器の出射光に含まれる前記赤色光とを合成する第2の光合成器と、入射光の偏光成分を制御する第2の位相差板と、反射板とを備え、前記第2の光合成器、前記第2の位相差板、及び前記反射板は、前記青色光の第2の偏光成分と、前記第1の光合成器から前記第2の光合成器に入射した前記赤色光とが、前記第2の光合成器から前記第2の位相差板を介して前記反射板に入射した後反射され、前記第2の位相差板を介して前記第2の光合成器に再び入射し、前記黄色光と合成されるように構成された、光源装置

請求項2

前記第1の位相差板は、前記第1の光源素子から前記第1の光合成器に向かって延在する光軸周りに回転可能に支持された、請求項1記載の光源装置。

請求項3

前記第1の位相差板は1/4波長板又は1/2波長板である、請求項1又は2記載の光源装置。

請求項4

前記第1の位相差板は、複屈折を生じるように形成された凹凸パターンを有する基板を備えた、請求項1〜3のうちの1つに記載の光源装置。

請求項5

前記第1の位相差板は、基板と、複屈折を生じるように前記基板の面に対して斜方蒸着された誘電体材料にてなる薄膜とを備えた、請求項1〜3のうちの1つに記載の光源装置。

請求項6

前記第1及び第2の光合成器のそれぞれはダイクロイックミラーである、請求項1〜5のうちの1つに記載の光源装置。

請求項7

前記第2の位相差板は、青色光及び赤色光を含む帯域にわたって動作する1/4波長板である、請求項6記載の光源装置。

請求項8

前記第2の位相差板は、複屈折を生じるように形成された凹凸パターンを有する基板を備えた、請求項6又は7記載の光源装置。

請求項9

前記第2の位相差板は、基板と、複屈折を生じるように前記基板の面に対して斜方蒸着された誘電体材料にてなる薄膜とを備えた、請求項6又は7記載の光源装置。

請求項10

前記第1及び第2の光源素子は半導体レーザ素子である、請求項1〜9のうちの1つに記載の光源装置。

請求項11

前記第1及び第2の光源素子の出射光は直線偏光された、請求項1〜10のうちの1つに記載の光源装置。

請求項12

前記蛍光板は、回転駆動される円形基板と、前記円形基板の上に形成された蛍光体層とを備えた、請求項1〜11のうちの1つに記載の光源装置。

請求項13

前記蛍光体層は、青色光によって励起されて緑色光及び赤色光を含む黄色の蛍光を発生するCe付活YAG系蛍光体を含む請求項12記載の光源装置。

請求項14

請求項1〜13のうちの1つに記載の光源装置と、映像信号に従って入射光を空間的に変調する光変調素子と、前記光源装置の出射光を前記光変調素子に照射する照明光学系と、前記光変調素子の出射光を投写する投写光学系とを備えた、投写型映像表示装置

請求項15

前記光変調素子は液晶パネルである、請求項14記載の投写型映像表示装置。

請求項16

前記光変調素子はディジタルマイクロミラーデバイスである、請求項14記載の投写型映像表示装置。

技術分野

0001

本開示は、例えば、投写型映像表示装置光源として使用される光源装置、並びに、そのような光源装置を備えた投写型映像表示装置に関する。

背景技術

0002

従来、ディジタルマイクロミラーデバイスDMD)及び液晶パネルなどのような光変調素子を備えた投写型映像表示装置のための光源として、発光ダイオード及び半導体レーザ素子などの長寿命固体発光素子を備えたさまざまな光源装置が開示されている。

0003

特許文献1は、長寿命で水銀を要しない固体光源を用いて実現された、高輝度かつ低ノイズの光源装置を開示している。

先行技術

0004

特許第5979416号公報
国際公開第2017/061170号パンフレット
特開2012−242449号公報

発明が解決しようとする課題

0005

投写型映像表示装置によって投写された映像において物体の色をより忠実再現するために、より広色域出力光を発生可能である光源装置が求められる。

0006

本開示は、従来技術に比較して小型化でき、広色域の出力光を発生できる光源装置を提供する。

課題を解決するための手段

0007

本開示の一態様によれば、光源装置は、
青色光を発生する第1の光源素子と、
赤色光を発生する第2の光源素子と、
前記青色光の偏光成分を制御する第1の位相差板と、
前記第1の光源素子から前記第1の位相差板を介して入射した前記青色光と、前記第2の光源素子から入射した前記赤色光とを合成する第1の光合成器と、
前記青色光によって励起されて黄色光を発生する蛍光板と、
前記第1の光合成器の出射光に含まれる前記青色光を前記青色光の第1及び第2の偏光成分に分離し、前記青色光の第1の偏光成分で前記蛍光板を励起することによって発生した前記黄色光と、前記青色光の第2の偏光成分と、前記第1の光合成器の出射光に含まれる前記赤色光とを合成する第2の光合成器と、
入射光の偏光成分を制御する第2の位相差板と、
反射板とを備え、
前記第2の光合成器、前記第2の位相差板、及び前記反射板は、前記青色光の第2の偏光成分と、前記第1の光合成器から前記第2の光合成器に入射した前記赤色光とが、前記第2の光合成器から前記第2の位相差板を介して前記反射板に入射した後反射され、前記第2の位相差板を介して前記第2の光合成器に再び入射し、前記黄色光と合成されるように構成される。

発明の効果

0008

本開示の一態様によれば、光源装置は、従来技術に比較して小型化でき、広色域の出力光を発生できる。

図面の簡単な説明

0009

第1の実施形態に係る光源装置100の構成を示す概略図である。
図1の第1の位相差板28の構成を示す図である。
図1の第2のダイクロイックミラー31の分光特性を示すグラフである。
図1の光源装置100の出力光のスペクトル特性を示すグラフである。
第2の実施形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す概略図である。
第3の実施形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す概略図である。

実施例

0010

以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

0011

なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

0012

[第1の実施形態]
[1−1.構成]
図1は、第1の実施形態に係る光源装置100の構成を示す概略図である。光源装置100は、青色光源ユニット22、放熱板23、赤色光源ユニット26、放熱板27、第1の位相差板28、第1のダイクロイックミラー29、第1の拡散板30、第2のダイクロイックミラー31、コンデンサレンズ32,33,38、蛍光体ホイール装置37、第2の拡散板39、第2の位相差板40、及び反射板41を備える。

0013

また、図1は、青色光源ユニット22及び赤色光源ユニット26から第1のダイクロイックミラー29への入射光の偏光成分(P偏光成分又はS偏光成分)と、第2のダイクロイックミラー31に対する入射光及び出射光の偏光成分(P偏光成分又はS偏光成分)とを示す。

0014

青色光源ユニット22は、青色光源素子20及びレンズアレイ21を備える。青色光源素子20は、基板上に配列された複数の、例えば20個(4個×5個)の青色半導体レーザ素子からなるアレイを備える。各青色半導体レーザ素子は、例えば、455nm±10nmの波長を有する直線偏光された青色光を発生する。レンズアレイ21は、青色光源素子20の対応する青色半導体レーザ素子の上に位置するように配列された複数のコリメートレンズを備え、各コリメートレンズは、対応する青色半導体レーザ素子によって発生された光を平行光に変換する。

0015

放熱板23は、青色光源素子20に熱伝導可能に接触し、青色光源素子20を冷却する。

0016

赤色光源ユニット26は、赤色光源素子24及びレンズアレイ25を備える。赤色光源素子24は、基板上に配列された複数の、例えば20個(4個×5個)の赤色半導体レーザ素子からなるアレイを備える。各赤色半導体レーザ素子は、例えば、640nm±10nmの波長を有する直線偏光された赤色光を発生する。レンズアレイ25は、赤色光源素子24の対応する赤色半導体レーザ素子の上に位置するように配列された複数のコリメートレンズを備え、各コリメートレンズは、対応する赤色半導体レーザ素子によって発生された光を平行光に変換する。

0017

放熱板27は、赤色光源素子24に熱伝導可能に接触し、赤色光源素子24を冷却する。

0018

青色光源ユニット22によって発生された青色光は、第1の位相差板28を介して第2のダイクロイックミラー31の一方の面に入射する。赤色光源ユニット26によって発生された赤色光は、第2のダイクロイックミラー31の他方の面に入射する。青色光源ユニット22は、青色光源ユニット22から第1の位相差板28を介して第2のダイクロイックミラー31に入射する青色光が、第2のダイクロイックミラー31の入射面に対してS偏光成分を有するように配置される。赤色光源ユニット26は、赤色光源ユニット26から第2のダイクロイックミラー31に入射する赤色光が、第2のダイクロイックミラー31の入射面に対してP偏光成分を有するように配置される。

0019

第1の位相差板28は、入射光の偏光状態を変化させることで偏波成分を制御する。第1の位相差板28は、例えば、青色光源素子20の各青色半導体レーザ素子の発光中心波長(例えば455nm)の近傍において、互いに直交する偏光成分の間に1/4波長の位相差を生じる1/4波長板である。第1の位相差板28は、その光学軸の角度を調整することにより、後段の第2のダイクロイックミラー31の入射面を基準とするS偏光成分とP偏光成分との比率を調整(すなわち制御)することができる。

0020

図2は、図1の第1の位相差板28の構成を示す図である。第1の位相差板28は、青色光源素子20から第1のダイクロイックミラー29に向かって延在する光軸(すなわち、図1のZ軸に平行な軸)の周りに回転可能に支持される。第1の位相差板28の光学軸は、例えば、図1のX軸を基準として70.4度の角度を有するように配置される。このとき、第1の位相差板28は、S偏光成分の入射光(すなわち、YZ面に平行な電気ベクトル振動方向を有する入射光)を、約80%のS偏光成分と約20%のP偏光成分とを含む光に変換する。第1の位相差板28を回転することにより、光のP偏光成分とS偏光成分との比率を調整することができる。第1の位相差板28は、手動で回転されてもよく、モータなどを備える回転機構により回転されてもよい。第1の位相差板28は、予め決められた角度範囲にわたって、例えば約±5度にわたって回転されてもよい。

0021

第1の位相差板28は、例えば、複屈折を生じるように形成された凹凸パターンを有する基板を備える。第1の位相差板28は、ガラス基板上に形成された、光の波長よりも小さい微細周期構造を有し、微細周期構造で生じる複屈折を利用して位相差を生じる。微細周期構造を有する第1の位相差板28は、例えばナノインプリント法を用いて無機材料で構成され、水晶などの無機光学結晶と同様に耐久性及び信頼性に優れる。

0022

第1の位相差板28は、例えば特許文献2に開示されているように構成されてもよい。特許文献2は、入射光に位相差を発生させる光学位相差部材を開示している。光学位相差部材は、一方向に延在するとともに延在方向に垂直な面における断面が略台形状である複数の凸部から構成された凹凸パターンを有する透明基体と、透明基体の凸部の上面及び側面に形成された第1層と、凸部の上面の第1層上に形成された第2層とを備える。隣り合う凸部の対向する側面に形成された第1層の間に空気層が存在し、第1層の屈折率は、凸部の屈折率及び第2層の屈折率のいずれよりも高い。

0023

第1のダイクロイックミラー29は、青色光源素子20から第1の位相差板28を介して入射した青色光と、赤色光源素子24から入射した赤色光とを合成する。第1のダイクロイックミラー29は、455nm±10nmの波長を有する青色光のP偏光成分及びS偏光成分を96%以上の高い透過率で透過し、640nm±10nmの波長を有する赤色光のP偏光成分を97%以上の高い反射率反射する特性を有する。従って、第1のダイクロイックミラー29は、青色光源素子20から第1の位相差板28を介して入射した青色光を透過し、赤色光源素子24から入射した赤色光を反射し、これにより、青色光及び赤色光を合成する。青色光及び赤色光を含む第1のダイクロイックミラー29の出射光は第1の拡散板30に入射する。

0024

なお、第1のダイクロイックミラー29は光合成器の一例である。

0025

第1の拡散板30は、ガラス製であり、その表面に微細凹凸形状もしくはマイクロレンズ形状を有し、これにより入射光を拡散する。第1の拡散板30は、その出射光が入射光の偏光特性を保持するように、十分に小さな拡散角度(すなわち、拡散された光の最大強度を基準として半分の強度を有する光の角度幅を示す半値角度幅)、例えば略4度の拡散角度を有する。第1の拡散板30の出射光は第2のダイクロイックミラー31に入射する。

0026

第2のダイクロイックミラー31は、第1の拡散板30から入射する青色光のS偏光成分を反射し、この青色光のP偏光成分を透過する。これにより、第2のダイクロイックミラー31は、第1のダイクロイックミラー29の出射光に含まれる青色光をそのS偏光成分及びP偏光成分に分離する。また、第2のダイクロイックミラー31は、第1のダイクロイックミラー29の出射光に含まれる赤色光のP偏光成分を透過する。

0027

図3は、図1の第2のダイクロイックミラー31の分光特性を示すグラフである。図3の分光特性は、波長に対する透過率を示す。第2のダイクロイックミラー31は、455nm±10nmの波長を有する青色光のP偏光成分と、640nm±10nmの波長を有する赤色光のP偏光成分とを透過し、これらの青色光及び赤色光のS偏光成分を高い反射率で反射させる特性を有する。さらに、第2のダイクロイックミラー31は、480〜610nmの波長を有する緑色光及び赤色光のP偏光成分及びS偏光成分をそれぞれ96%以上の高い透過率で透過する特性を有する。

0028

第1の拡散板30から第2のダイクロイックミラー31に入射し、第2のダイクロイックミラー31で反射されたS偏光成分の青色光は、コンデンサレンズ32及び33により集光され、蛍光体ホイール装置37に入射する。光強度の最大値に対して13.5%の光強度を有する領域の直径をスポット径と定義するとき、蛍光体ホイール装置37への入射光は、1.5mm〜2.5mmのスポット径を有する領域に入射する。第1の拡散板30は、蛍光体ホイール装置37への入射光のスポット径が所望値になるように、光を拡散させる。

0029

蛍光体ホイール装置37は、円形基板34、蛍光体層35、及びモータ36を備える。円形基板34は、例えばアルミニウムからなる。円形基板34の上には、可視光を反射する金属膜もしくは誘電体膜である反射膜が形成される。さらに、反射膜の上には、蛍光体層35が円環状に形成される。蛍光体層35には、例えば、青色光により励起され、緑色光及び赤色光の各色成分光を含む黄色光を発生するCe付活YAG系黄色蛍光体が形成される。この蛍光体結晶母体の代表的な化学組成は、例えば、Y3Al5O12である。蛍光体層35は、第2のダイクロイックミラー31から入射した青色光によって励起されることにより、緑色光及び赤色光の各色成分光を含む黄色光を発生する。モータ36は、円形基板34を回転させる。円形基板34が回転することにより、第2のダイクロイックミラー31からの青色光が蛍光体層35に入射する位置が移動し、これにより、青色光によって励起されることによる蛍光体層35の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。蛍光体層35によって発生した光の一部は−X方向に進み、他の一部は+X方向に進んで反射層によって−X方向に反射される。

0030

蛍光体ホイール装置37から出射した黄色光(すなわち緑色光及び赤色光からなる)は、自然光となり、再びコンデンサレンズ33及び32で集光されて略平行光に変換された後、第2のダイクロイックミラー31を透過する。

0031

一方、第1の拡散板30から第2のダイクロイックミラー31に入射し、第2のダイクロイックミラー31を透過した青色光及び赤色光のP偏光成分は、コンデンサレンズ38に入射して集光される。コンデンサレンズ38の焦点距離は、反射板41の近傍に集光スポットを形成するように設定される。コンデンサレンズ38からの出射光は第2の拡散板39に入射する。

0032

第2の拡散板39は、ガラス製であり、その表面に微細な凹凸形状もしくはマイクロレンズ形状を有し、これにより入射光を拡散する。第2の拡散板39は、入射光を拡散させて、光強度分布を均一化するとともに、レーザ光スペックルノイズを解消する。第2の拡散板39は、その出射光が入射光の偏光特性を保持するように、十分に小さな拡散角度、例えば略4度の拡散角度を有する。第2の拡散板39の出射光は第2の位相差板40に入射する。

0033

第2の位相差板40は、入射光の偏光状態を変化させることで偏光成分を制御する。第2の位相差板40は、例えば、青色光及び赤色光を含む帯域にわたって、互いに直交する偏光成分の間に1/4波長の位相差を生じる1/4波長板である。第2の位相差板40の光学軸は、例えば、P偏光成分の方向を基準として45度の角度を有するように配置され、このとき、P偏光成分の入射光を円偏光の出射光に変換する。第2の位相差板40の出射光は反射板41に入射する。

0034

第2の位相差板40は、例えば、基板と、複屈折を生じるように基板の面に対して斜方蒸着された誘電体材料にてなる薄膜とを備える。斜方蒸着された薄膜を備える第2の位相差板40は、無機材料で構成され、水晶などの無機光学結晶と同様に耐久性及び信頼性に優れる。また、斜方蒸着された薄膜を備える第2の位相差板40は、比較的に容易に厚膜を形成することができ、広帯域な1/4波長板を構成することができる。

0035

第2の位相差板40は、例えば特許文献3に開示されているように構成されてもよい。特許文献3は、透明基板と、誘電体材料が180°異なる2方向から交互に斜方蒸着され、各層の厚さが使用波長以下である斜方蒸着膜と、透明基板と斜方蒸着膜との間に高屈折率膜低屈折率膜とが交互に積層され、屈折率が透明基板の屈折率よりも高く、斜方蒸着膜の屈折率よりも小さい界面反射防止膜とを備える位相差素子を開示している。

0036

反射板41には、アルミニウム又は誘電体多層膜などの反射膜が形成される。第2の位相差板40から反射板41に入射した光が反射板41によって反射されることにより、その位相反転され、従って、円偏光の入射光が、逆回りの円偏光の反射光になる。反射板41の反射光は、再び第2の位相差板40に入射し、第2の位相差板40によって円偏光からS偏光成分に変換される。次いで、第2の位相差板40の出射光は再び第2の拡散板39で拡散され、第2の拡散板39の出射光はコンデンサレンズ38によって平行光に変換され、コンデンサレンズ38の出射光は第2のダイクロイックミラー31に入射する。コンデンサレンズ38から第2のダイクロイックミラー31への入射光(すなわち、青色光及び赤色光)は、S偏光成分を有するので、第2のダイクロイックミラー31によって反射される。

0037

第2のダイクロイックミラー31、第2の位相差板40、及び反射板41は、第1の拡散板30から第2のダイクロイックミラー31に入射した青色光のP偏光成分と、第1の拡散板30から第2のダイクロイックミラー31に入射した赤色光とが、第2のダイクロイックミラー31から第2の位相差板40を介して反射板41に入射し、反射板41によって反射され、第2の位相差板40を介して第2のダイクロイックミラー31に再び入射し、黄色光と合成されるように配置される。

0038

蛍光体ホイール装置37から第2のダイクロイックミラー31に入射して透過した黄色光と、反射板41から第2のダイクロイックミラー31に入射して反射された青色光及び赤色光とは合成されて白色光になる。言い換えると、第2のダイクロイックミラー31は、第1の拡散板30から第2のダイクロイックミラー31に入射した青色光のS偏光成分で蛍光体ホイール装置37を励起することによって発生した黄色光と、第1の拡散板30から第2のダイクロイックミラー31に入射した青色光のP偏光成分と、第1のダイクロイックミラー29の出射光に含まれる赤色光とを合成する。光源装置100は、合成された白色光を出力する。

0039

なお、第2のダイクロイックミラー31は光合成器の一例である。

0040

[1−2.動作]
図4は、図1の光源装置100の出力光のスペクトル特性を示すグラフである。図4破線において各色成分光を分離することで、高い色純度を有する青、緑、及び赤の3原色光を得ることができる。光源装置100の出力光はこのようなスペクトル特性を有するので、光源装置100の出力光を、後述する投写型映像表示装置の光学系において青色光、緑色光、及び赤色光の3原色光に分離しても、高い色純度の単色光を得ることができる。

0041

また、青色光源素子20の各青色半導体レーザ素子によって発生された青色光と、赤色光源素子24の各赤色半導体レーザ素子によって発生された赤色光とを用いることにより、広色域のスペクトル特性を有する出射光を得ることができる。

0042

また、第1の位相差板28を回転することにより、第1の拡散板30から第2のダイクロイックミラー31に入射する青色光のP偏光成分とS偏光成分との比率を調整することができる。これにより、第2のダイクロイックミラー31から蛍光体ホイール装置37に進む青色光と、第2のダイクロイックミラー31から反射板41に進む青色光との比率を調整し、光源装置100から出力される白色光に含まれる青色光と黄色光(すなわち緑色光及び赤色光からなる)との比率を調整することができる。従って、第1の位相差板28を回転することにより、光源装置100の出力光のホワイトバランスを調整することができる。

0043

また、光源装置100は、第1のダイクロイックミラー29を用いて青色光及び赤色光を合成し、次いで、第2のダイクロイックミラー31を用いて、青色光の各偏光成分を互いに分離し、かつ、第2のダイクロイックミラー31を用いて、蛍光体ホイール装置37によって発生された黄色光と、青色光及び赤色光とを合成する。第1の拡散板30から第2のダイクロイックミラー31に入射した青色光のP偏光成分と、第1の拡散板30から第2のダイクロイックミラー31に入射した赤色光とは、コンデンサレンズ38によって集光及び平行化され、第2の拡散板39によって拡散される。これにより、共通の光学素子を用いて、青色光のP偏光成分と赤色光とを、スペックルノイズ及び輝度むらを低減しつつ、効率よく均一にすることができる。

0044

このように、第1の実施形態によれば、光源装置100により、青、緑、及び赤の3原色の色純度が高く、広色域であり、従来技術に比較して小型化できる。

0045

[1−3.変形例]
第1の位相差板28は、基板と、複屈折を生じるように基板の面に対して斜方蒸着された誘電体材料にてなる薄膜とを備えてもよい。また、光源装置100は、水晶からなる第1の位相差板28を備えてもよい。

0046

また、青色光源ユニット22は、青色光源ユニット22から第1の位相差板28を介して第2のダイクロイックミラー31に入射する青色光が、第2のダイクロイックミラー31の入射面に対してP偏光成分を有するように配置されてもよい。この場合、第1の位相差板28は、青色光源素子20の各青色半導体レーザ素子の発光中心波長の近傍において、互いに直交する偏光成分の間に1/2波長の位相差を生じる1/2波長板である。この場合も同様に、第1の位相差板28を回転することにより、第1の拡散板30から第2のダイクロイックミラー31に入射する青色光のP偏光成分とS偏光成分との比率を調整することができる。

0047

第2の位相差板40は、複屈折を生じるように形成された凹凸パターンを有する基板を備えてもよい。また、光源装置100は、水晶からなる第2の位相差板40を備えてもよい。

0048

また、光源装置100は、複数の青色光源ユニット22を備えてもよく、複数の赤色光源ユニット26を備えてもよい。また、光源装置100は、他の色成分光を発生する1つ又は複数の光源ユニットを備えてもよい。

0049

[1−4.効果等]
第1の実施形態によれば、光源装置100は、青色光源素子20、赤色光源素子24、円形基板34の蛍光体層35、第1のダイクロイックミラー29、及び第2のダイクロイックミラー31を備える。青色光源素子20は青色光を発生する。赤色光源素子24は赤色光を発生する。蛍光体ホイール装置37は、青色光によって励起されて黄色光を発生する。第1の位相差板28は、入射光の偏光成分を制御する。第1のダイクロイックミラー29は、青色光源素子20から第1の位相差板28を介して入射した青色光は、赤色光源素子24から入射した赤色光とを合成する。第2のダイクロイックミラー31は、第1のダイクロイックミラー29の出射光に含まれる青色光を当該青色光のS偏光成分及びP偏光成分に分離し、青色光のS偏光の偏光成分で蛍光板を励起することによって発生した黄色光は、青色光のP偏光成分は、第1のダイクロイックミラー29の出射光に含まれる赤色光とを合成する。第1の位相差板28は、青色光源素子20から入射した青色光のS偏光成分及びP偏光成分の比率を制御する。

0050

すなわち、光強度が比較的強い青色光源素子20から得られる青色光を、赤色光と合成する前に第1の位相差板28で偏光成分の比率を変えて、後段の第2のダイクロイックミラー31で偏光分離して青色光の一部(S偏光成分)を蛍光体層35の励起用に使用し、残余の青色光(P偏光成分)を照明光として使用するように構成したことを特徴としている。

0051

これにより、光源装置100は、従来技術に比較して小型化でき、広色域の出力光を発生できる。

0052

第1の実施形態によれば、光源装置100は、第1の位相差板28は、青色光源素子20から第1のダイクロイックミラー29に向かって延在する光軸の周りに回転可能に支持されてもよい。

0053

これにより、第1の位相差板28を回転することにより、光源装置100の出力光のホワイトバランスを容易に調整することができる。

0054

第1の実施形態によれば、光源装置100は、第1の位相差板28は1/4波長板又は1/2波長板であってもよい。第1の実施形態によれば、光源装置100は、第1の位相差板28は、複屈折を生じるように形成された凹凸パターンを有する基板を備えてもよい。第1の実施形態によれば、光源装置100は、第1の位相差板28は、基板と、複屈折を生じるように基板の面に対して斜方蒸着された誘電体材料にてなる薄膜とを備えてもよい。

0055

これにより、入射光の互いに直交する偏光成分の間に位相差を生じることができる。

0056

第1の実施形態によれば、光源装置100は、光源装置100は、入射光の偏光状態を変化させる第2の位相差板40と、反射板41とをさらに備えてもよい。この場合、第2のダイクロイックミラー31、第2の位相差板40、及び反射板41は、青色光のP偏光成分と、第1のダイクロイックミラー29から第2のダイクロイックミラー31に入射した赤色光とが、第2のダイクロイックミラー31から第2の位相差板40を介して反射板41に入射し、反射板41によって反射された後、第2の位相差板40を介して第2のダイクロイックミラー31に再び入射し、黄色光と合成されるように配置される。

0057

これにより、互いに異なる複数の色成分光を合成することができる。

0058

第1の実施形態によれば、光源装置100は、第2の位相差板40は、青色光及び赤色光を含む帯域にわたって動作する1/4波長板であってもよい。第1の実施形態によれば、光源装置100は、第2の位相差板40は、複屈折を生じるように形成された凹凸パターンを有する基板を備えてもよい。第1の実施形態によれば、光源装置100は、第2の位相差板40は、基板と、複屈折を生じるように基板の面に対して斜方蒸着された誘電体材料にてなる薄膜とを備えてもよい。

0059

これにより、入射光の互いに直交する偏光成分の間に位相差を生じることができる。

0060

第1の実施形態によれば、光源装置100は、青色光源素子20及び赤色光源素子24は半導体レーザ素子であってもよい。

0061

これにより、広色域のスペクトル特性を有する出射光を得ることができる。

0062

第1の実施形態によれば、光源装置100は、青色光源素子20及び赤色光源素子24の出射光は直線偏光されてもよい。

0063

これにより、互いに異なる複数の色成分光を第1及び第2のダイクロイックミラー29,31によって分離及び合成することができる。

0064

第1の実施形態によれば、光源装置100は、蛍光板は、回転駆動される円形基板34と、円形基板34の上に形成された蛍光体層35とを備えてもよい。

0065

これにより、青色光によって励起されることによる蛍光体の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。

0066

第1の実施形態によれば、蛍光体層は、青色光によって励起されて緑色光及び赤色光を含む黄色の蛍光を発生するCe付活YAG系蛍光体を含んでもよい。

0067

これにより、青色光によって励起されることにより、緑色光及び赤色光の各色成分光を含む黄色光を発生することができる。

0068

[第2の実施形態]
第1の実施形態に係る光源装置は、例えば、投写型映像表示装置に適用可能である。第2の実施形態では、光変調素子として、TNモードもしくはVAモードで動作し、画素領域に薄膜トランジスタを形成したアクティブマトリクス方式透過型の液晶パネルを用いる場合について説明する。

0069

[2−1.構成]
図5は、第2の実施形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す概略図である。図5の投写型映像表示装置は、光源装置100、第1のレンズアレイ板200、第2のレンズアレイ板201、偏光変換素子202、重畳レンズ203、青反射のダイクロイックミラー204、緑反射のダイクロイックミラー205、反射ミラー206,207,208、リレーレンズ209,210、フィールドレンズ211,212,213、入射側偏光板214,215,216、液晶パネル217,218,219、出射側偏光板220,221,222、色合成プリズム223、及び投写光学系224を備える。

0070

図5の光源装置100は、第1の実施形態に係る光源装置100である。

0071

光源装置100からの白色光は、複数のレンズ素子から構成される第1のレンズアレイ板200に入射する。第1のレンズアレイ板200に入射した光束は、多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズ素子から構成される第2のレンズアレイ板201に収束する。第1のレンズアレイ板200のレンズ素子は、液晶パネル217〜219と相似形の開口形状を有する。第2のレンズアレイ板201の各レンズ素子の焦点距離は、第1のレンズアレイ板200と液晶パネル217〜219とが略共役関係となるように決定される。第2のレンズアレイ板201の出射光は偏光変換素子202に入射する。

0072

偏光変換素子202は、偏光分離プリズムと1/2波長板とにより構成され、光源からの自然光を一つの偏光方向の光に変換する。蛍光光は自然光であるので、自然光をひとつの偏光方向に偏光変換されるが、青色光はP偏光の光で入射するので、S偏光に変換される。偏光変換素子202の出射光は重畳用レンズ203に入射する。

0073

重畳用レンズ203は、第2のレンズアレイ板201の各レンズ素子の出射光を液晶パネル217〜219の上に重畳照明するためのレンズである。

0074

第1及び第2のレンズアレイ板200、201と、偏光変換素子202と、重畳用レンズ203を照明光学系としている。

0075

重畳用レンズ203の出射光は、色分離手段である青反射のダイクロイックミラー204及び緑反射のダイクロイックミラー205により、青色光、緑色光、及び赤色光に分離される。緑色光は、フィールドレンズ211及び入射側偏光板214を透過して、液晶パネル217に入射する。青色光は、反射ミラー206で反射した後、フィールドレンズ212及び入射側偏光板215を透過して液晶パネル218に入射する。赤色光は、リレーレンズ209,210及び反射ミラー207,208を透過屈折及び反射し、さらに、フィールドレンズ213及び入射側偏光板216を透過して、液晶パネル219に入射する。

0076

液晶パネル217〜219の両側には、入射側偏光板214〜216及び出射側偏光板220〜222が、それらの透過軸を直交するようにそれぞれ配置される。液晶パネル217〜219は、その各画素へ印加する電圧映像信号に従って制御することにより、入射光の偏光状態を変化させて空間的に変調し、緑色光、青色光、赤色光の映像光を形成する。

0077

色合成プリズム223は、赤反射のダイクロイックミラーと、青反射のダイクロイックミラーとを備える。出射側偏光板220〜222を透過した各色の映像光のうち、緑色光は色合成プリズム223を透過し、赤色光は色合成プリズム223の赤反射のダイクロイックミラーによって反射され、青色光は色合成プリズム223の青反射のダイクロイックミラーによって反射され、これにより、透過した緑色光は、反射された赤色光及び青色光と合成され、投写光学系224に入射する。投写光学系224に入射した光は、スクリーン(図示せず)上に拡大して投写される。

0078

光源装置100は、青色光源ユニット22及び赤色光源ユニット26を用いて小型に構成され、高い色純度及び良好なホワイトバランスを有する白色光を出力する。このため、小型かつ広色域な投写型映像表示装置を実現することができる。また、光変調素子として、時分割方式ではなく偏光を利用する3枚の液晶パネル217〜219を用いているので、カラーブレイキングがなく色再現が良好であり、明るく高精細投写映像を得ることができる。また、全反射プリズムが不要であり、色合成プリズムが45度入射の小型プリズムになるので、光変調素子として3つのDMD素子を用いる場合よりも、小型の投写型映像表示装置を構成することができる。

0079

前述のように、光源装置100は、青反射のダイクロイックミラー204を用いて青色光及び赤色光を合成し、次いで、緑反射のダイクロイックミラー205を用いて、青色光をその各偏光成分に分離し、かつ、緑反射のダイクロイックミラー205を用いて、蛍光体ホイール装置37によって発生された黄色光と、青色光及び赤色光とを合成する。従って、光源装置100を備えた小型の投写型映像表示装置を提供することができる。

0080

このように、第2の実施形態によれば、光源装置100を備えた小型の投写型映像表示装置により、青、緑、及び赤の3原色の色純度が高く、広色域であり、良好なホワイトバランスのスペクトル特性を有する出射光を得ることができる。

0081

第2の実施形態では、光変調素子として、透過型の液晶パネルを用いる場合について説明したが、反射型の液晶パネルを用いてもよい。反射型の液晶パネルを用いることにより、より小型で高精細な投写型映像表示装置を構成することができる。

0082

[2−2.効果等]
第2の実施形態によれば、投写型映像表示装置は、第1の実施形態に係る光源装置100と、映像信号に従って入射光を空間的に変調する光変調素子と、光源装置100の出射光を光変調素子に照射する照明光学系と、光変調素子の出射光を投写する投写光学系とを備える。光変調素子はディジタルマイクロミラーデバイス(以下、DMDという。)310,311,312である。

0083

これにより、第1の実施形態に係る光源装置100を用いて、従来技術に比較して小型化して広色域の出力光を発生でき、第2の実施形態に係る投写型映像表示装置を従来技術に比較して小型化できる。

0084

[第3の実施形態]
第3の実施形態では、光変調素子として、ディジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を用いる場合について説明する。

0085

[3−1.構成]
図6は、第3の実施形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す概略図である。図6の投写型映像表示装置は、光源装置100、集光レンズ300、ロッドインテグレータ301、リレーレンズ302、反射ミラー303、フィールドレンズ304、全反射プリズム305、空気層306、カラープリズム307、青反射のダイクロイックミラー308、赤反射のダイクロイックミラー309、DMD310,311,312、及び投写光学系313を備える。

0086

図6の光源装置100は、第1の実施形態に係る光源装置100である。

0087

光源装置100から出射した白色光は、集光レンズ300に入射し、ロッドインテグレータ301へ集光される。ロッドインテグレータ301への入射光は、ロッドインテグレータの内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化されて出射される。ロッドインテグレータ301からの出射光は、リレーレンズ302により集光され、反射ミラー303で反射された後、フィールドレンズ304を透過し、全反射プリズム305に入射する。

0088

全反射プリズム305は2つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層306を形成している。空気層306は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。フィールドレンズ304の出射光は、全反射プリズム305の全反射面で反射されて、カラープリズム307に入射する。

0089

カラープリズム307は3つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には、青反射のダイクロイックミラー308と、赤反射のダイクロイックミラー309とが形成されている。カラープリズム307の青反射のダイクロイックミラー308と赤反射のダイクロイックミラー309とにより、入射光は青色光、赤色光、及び緑色光に分離され、それぞれDMD310〜312に入射する。

0090

DMD310〜312は、映像信号に従ってマイクロミラーを偏向させ、入射光を、投写光学系313に向かう反射光と、投写光学系313の有効外へ進む反射光とに分離する。DMD310〜312により反射された光は、再びカラープリズム307を透過する。

0091

カラープリズム307を透過する過程で、分離された青色光、赤色光、及び緑色光は合成され、全反射プリズム305に入射する。全反射プリズム305に入射した光は空気層306に臨海角以下で入射するので、全反射プリズム305を透過して、投写光学系313に入射する。このようにして、DMD310〜312により形成された映像光がスクリーン(図示せず)上に拡大投写される。

0092

光源装置100は、青色光源ユニット22及び赤色光源ユニット26を用いて小型に構成され、高い色純度及び良好なホワイトバランスを有する白色光を出力する。このため、小型かつ広色域な投写型映像表示装置を実現することができる。また、光変調素子として、また、光変調素子としてDMD310〜312を用いているので、液晶パネルを用いた光変調素子と比べて、高い耐光性及び耐熱性を有する投写型映像表示装置を構成することができる。さらに、3つのDMD310〜312を用いているので、色再現が良好であり、明るく高精細な投写映像を得ることができる。

0093

前述のように、光源装置100は、青反射のダイクロイックミラー308を用いて青色光及び赤色光を合成し、次いで、赤反射のダイクロイックミラー309を用いて、青色光をその各偏光成分に分離し、かつ、赤反射のダイクロイックミラー309を用いて、蛍光体ホイール装置37によって発生された黄色光と、青色光及び赤色光とを合成する。従って、光源装置100を備えた小型の投写型映像表示装置を提供することができる。

0094

このように、第3の実施形態によれば、光源装置100を備えた小型の投写型映像表示装置により、青、緑、及び赤の3原色の色純度が高く、広色域であり、良好なホワイトバランスのスペクトル特性を有する出射光を得ることができる。

0095

第3の実施形態では、光変調素子として3つのDMD310〜312を用いる場合について説明したが、1つのDMDを用いて構成してもよい。1つのDMDを用いことにより、より小型の投写型映像表示装置を構成することができる。

0096

[3−2.効果等]
第3の実施形態によれば、投写型映像表示装置は、第1の実施形態に係る光源装置100と、映像信号に従って入射光を空間的に変調する光変調素子と、光源装置100の出射光を光変調素子に照射する照明光学系と、光変調素子の出射光を投写する投写光学系とを備える。光変調素子はディジタルマイクロミラーデバイス310,311,312である。

0097

これにより、第1の実施形態に係る光源装置100を用いて、従来技術に比較して小型化して広色域の出力光を発生でき、第3の実施形態に係る投写型映像表示装置を従来技術に比較して小型化できる。

0098

[他の実施形態]
以上のように、本開示の技術の例示として、いくつかの実施形態を説明した。しかしながら、本開示の技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用できる。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。

0099

本開示に係る光源装置は、光変調素子を用いた投写型映像表示装置に適用可能である。

0100

20青色光源素子
21,25レンズアレイ
22 青色光源ユニット
23,27放熱板
24赤色光源素子
26赤色光源ユニット
28 第1の位相差板
29 第1のダイクロイックミラー
30 第1の拡散板
31 第2のダイクロイックミラー
32,33,38コンデンサレンズ
34円形基板
35蛍光体層
36モータ
37蛍光体ホイール装置
39 第2の拡散板
40 第2の位相差板
41反射板
100光源装置
200 第1のレンズアレイ板
201 第2のレンズアレイ板
202偏光変換素子
203重畳用レンズ
204 青反射のダイクロイックミラー
205 緑反射のダイクロイックミラー
206,207,208反射ミラー
209,210リレーレンズ
211,212,213フィールドレンズ
214,215,216入射側偏光板
217,218,219液晶パネル
220,221,222出射側偏光板
223色合成プリズム
224投写光学系
300集光レンズ
301ロッドインテグレータ
302 リレーレンズ
303 反射ミラー
304 フィールドレンズ
305全反射プリズム
306空気層
307カラープリズム
308 青反射のダイクロイックミラー
309 赤反射のダイクロイックミラー
310,311,312ディジタルマイクロミラーデバイス(DMD)
313 投写光学系

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