JP6557983B2 - projector - Google Patents
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Description
本発明は、照明装置およびプロジェクターに関する。 The present invention relates to a lighting device and a projector.
半導体レーザー等の固体光源と、固体光源から射出される光を励起光として蛍光発光を生じる蛍光体層と、を備えた照明装置が知られている。例えば下記の特許文献1には、半導体レーザー光源と、光分離素子と、蛍光体と、第1の反射素子と、1/4位相差板と、拡散板と、第2の反射素子と、を備えた光源装置が開示されている。 2. Description of the Related Art An illumination device is known that includes a solid-state light source such as a semiconductor laser and a phosphor layer that generates fluorescence by using light emitted from the solid-state light source as excitation light. For example, in the following Patent Document 1, a semiconductor laser light source, a light separation element, a phosphor, a first reflection element, a quarter phase plate, a diffusion plate, and a second reflection element are included. A light source device is disclosed.
この光源装置においては、半導体レーザー光源から射出された励起光が光分離素子に入射し、偏光分離特性を有する光分離素子により2つの光に分離される。光分離素子により分離された光のうちの一方の光は、励起光として蛍光体に照射され、蛍光が射出される。蛍光は、第1の反射素子により光分離素子に向けて反射され、光分離素子を介して外部に射出される。光分離素子により分離された光のうちの他方の光は、1/4位相差板により偏光状態が調整され、偏光方向が維持された状態で拡散板により拡散されるとともに第2の反射素子により1/4位相差板を介して光分離素子に向けて反射され、光分離素子を介して外部に射出される。 In this light source device, the excitation light emitted from the semiconductor laser light source enters the light separation element and is separated into two lights by the light separation element having polarization separation characteristics. One of the lights separated by the light separation element is irradiated to the phosphor as excitation light, and fluorescence is emitted. The fluorescence is reflected toward the light separation element by the first reflection element, and is emitted to the outside through the light separation element. The other light out of the light separated by the light separation element is adjusted in the polarization state by the ¼ phase difference plate, diffused by the diffusion plate while maintaining the polarization direction, and by the second reflection element. The light is reflected toward the light separation element through the ¼ phase difference plate and is emitted to the outside through the light separation element.
特許文献1の光源装置において、固体光源から射出された光のうち、蛍光体層に照射されずに外部に射出される光は、照度分布を均一にするとともにスペックルノイズを解消する目的で、拡散板によって拡散される。拡散光を高い効率で利用するためには、例えば右円偏光が拡散板および反射板で拡散反射される際に、左円偏光に変換される必要がある。しかし、拡散板による光の拡散角度を大きくすると、偏光保持率が低下する。偏光保持率が低下すると、光分離素子を介して外部に射出される光の量が減少する。つまり、拡散光の利用効率が低下する。そこで、偏光保持率を95%以上にするために、拡散角度を13°以下に設定している。しかしながら、この程度では光の拡散が不足しており、照度分布を均一にする効果やスペックルノイズを改善する効果が充分に得られない。 In the light source device of Patent Document 1, among the light emitted from the solid light source, the light emitted outside without being irradiated on the phosphor layer is for the purpose of making the illuminance distribution uniform and eliminating speckle noise. It is diffused by the diffusion plate. In order to use diffused light with high efficiency, for example, right circularly polarized light needs to be converted to left circularly polarized light when diffusely reflected by the diffuser and reflector. However, when the light diffusion angle by the diffusion plate is increased, the polarization holding ratio is lowered. When the polarization holding ratio decreases, the amount of light emitted to the outside via the light separation element decreases. That is, the utilization efficiency of diffused light is reduced. Therefore, the diffusion angle is set to 13 ° or less in order to make the polarization holding ratio 95% or more. However, light diffusion is insufficient at this level, and the effect of making the illuminance distribution uniform and the effect of improving speckle noise cannot be obtained sufficiently.
また、拡散板の拡散角度を13°以下とするための構成については具体的に記載されていない。拡散板の拡散角度が小さすぎると、青色光の拡散角度と黄色光の拡散角度との差が大きくなることに起因して、色むらが生じるという問題がある。したがって、拡散反射素子の拡散角度を適切に設定する必要がある。 Further, the configuration for setting the diffusion angle of the diffusion plate to 13 ° or less is not specifically described. If the diffusion angle of the diffusion plate is too small, there is a problem that unevenness of color occurs due to an increase in the difference between the diffusion angle of blue light and the diffusion angle of yellow light. Therefore, it is necessary to appropriately set the diffusion angle of the diffuse reflection element.
本発明の一つの態様は、上記の課題の少なくとも一つを解決するためになされたものであり、光の利用効率の低下を抑制しつつ、照度分布の均一化やスペックルノイズの改善が図られた照明装置を提供することを目的の一つとする。また、前記照明装置を備えることにより表示品位の高いプロジェクターを実現することを目的の一つとする。 One aspect of the present invention has been made to solve at least one of the above-described problems, and can achieve uniform illumination distribution and improvement of speckle noise while suppressing a decrease in light utilization efficiency. Another object is to provide a lighting device. Another object is to realize a projector with high display quality by including the illumination device.
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の照明装置は、第1の偏光状態の第1の成分を含む第3の光を射出する光源装置と、前記第3の光が入射する偏光分離素子と、前記偏光分離素子を経由した前記第1の成分が入射する位相差素子と、複数の曲面を含む凹凸構造を有するとともに、前記位相差素子を透過することで偏光状態が変化した前記第1の成分が入射する拡散反射素子と、を備え、前記拡散反射素子で反射し、前記位相差素子を透過した前記第1の成分のうち、前記第1の偏光状態とは異なる第2の偏光状態の第4の成分が前記偏光分離素子を介して射出されるように構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an illumination device according to one aspect of the present invention includes a light source device that emits third light including a first component in a first polarization state, and the third light is incident. The polarization separation element, the phase difference element on which the first component is incident via the polarization separation element, and a concavo-convex structure including a plurality of curved surfaces, and the polarization state is changed by transmitting through the phase difference element A diffuse reflection element on which the first component is incident, and the first component reflected by the diffuse reflection element and transmitted through the phase difference element is different from the first polarization state. The fourth component having two polarization states is configured to be emitted through the polarization separation element.
上記の構成によれば、光源装置から射出された第3の光に含まれる第1の成分は、偏光分離素子および位相差素子を介して拡散反射素子に入射し、拡散反射素子で拡散しつつ反射された後、再び位相差素子および偏光分離素子を介して照明装置から射出される。拡散反射素子が、複数の曲面を含む凹凸構造を有しているため、第1の成分が拡散反射素子によって反射されるときの、その偏光状態の乱れが抑制されるとともに、拡散角度を大きくすることができる。これにより、第1の成分の利用効率の低下を抑制しつつ、照度分布の均一化やスペックルノイズの改善が可能な照明装置を実現することができる。 According to said structure, the 1st component contained in the 3rd light inject | emitted from the light source device injects into a diffuse reflection element via a polarization separation element and a phase difference element, and is diffusing by a diffuse reflection element After being reflected, the light is again emitted from the illumination device via the phase difference element and the polarization separation element. Since the diffuse reflection element has a concavo-convex structure including a plurality of curved surfaces, when the first component is reflected by the diffuse reflection element, disturbance of the polarization state is suppressed and the diffusion angle is increased. be able to. Thereby, it is possible to realize an illuminating device capable of making the illuminance distribution uniform and improving speckle noise while suppressing a decrease in the utilization efficiency of the first component.
本発明の一つの態様の照明装置において、前記複数の曲面が、平面視でランダムに配置されていてもよい。
この構成によれば、複数の曲面が規則的に配置されている場合に比べて、照度分布の均一化効果やスペックルノイズの改善効果をより高めることができる。
In the illumination device according to one aspect of the present invention, the plurality of curved surfaces may be randomly arranged in a plan view.
According to this configuration, the effect of uniformizing the illuminance distribution and the effect of improving speckle noise can be further enhanced as compared with the case where a plurality of curved surfaces are regularly arranged.
本発明の一つの態様の照明装置において、前記拡散反射素子は、前記第1の成分が入射する側の面に前記凹凸構造を有し、前記凹凸構造が反射性を有していてもよい。
この構成によれば、例えば第1の成分が入射する側の面とは反対側の面で反射する場合と異なり、拡散反射素子による光の損失が少なく、光の利用効率を高めることができる。
In the illumination device according to one aspect of the present invention, the diffuse reflection element may have the concavo-convex structure on a surface on which the first component is incident, and the concavo-convex structure may have reflectivity.
According to this configuration, for example, unlike the case of reflection on the surface opposite to the surface on which the first component is incident, light loss due to the diffuse reflection element is small, and the light use efficiency can be increased.
本発明の一つの態様の照明装置において、前記凹凸構造の表面に金属反射膜が設けられていてもよい。
この構成によれば、例えば誘電体多層膜からなる反射膜を用いた場合と比べて、光の入射角が変化しても反射特性が低下しにくい。その結果、拡散反射素子による光の損失が少なくなり、光の利用効率を高めることができる。
In the illumination device according to one aspect of the present invention, a metal reflective film may be provided on the surface of the uneven structure.
According to this configuration, the reflection characteristics are less likely to deteriorate even when the incident angle of light changes, compared to the case where a reflective film made of a dielectric multilayer film is used, for example. As a result, light loss due to the diffuse reflection element is reduced, and the light use efficiency can be increased.
本発明の一つの態様の照明装置において、前記凹凸構造は、前記偏光分離素子を介して射出された前記第4の成分の光量が、前記拡散反射素子を平坦な反射面を持つ反射素子と置き換えた場合に得られる前記光量の75%以上となるように構成されていてもよい。 In the illumination device according to one aspect of the present invention, in the uneven structure, the light amount of the fourth component emitted through the polarization separation element replaces the diffuse reflection element with a reflection element having a flat reflection surface. It may be configured to be 75% or more of the amount of light obtained in the case of.
本発明者らは、拡散反射素子の凹凸構造の形状を変えることによって、凹凸構造の形状と光利用効率との相関関係を調べた。本明細書において、光利用効率は、偏光分離素子を介して射出された第4の成分の光量と、前記拡散反射素子を平坦な反射面を持つ反射素子(すなわち、垂直に入射した直線偏光の偏光状態が100%維持される反射素子)と置き換えた場合に得られる前記光量と、の比を意味する。本発明者らの検討結果によれば、上記の比の値が75%以上の領域では、凹凸構造の形状の変化に対して比の値が緩やかに変化する一方、比の値が75%未満の領域では比の値が急激に変化することが判った。本発明の一つの態様の照明装置においては、凹凸構造は、偏光分離素子を介して射出された第4の成分の光量が、拡散反射素子を平坦な反射面を持つ反射素子と置き換えた場合に得られる光量の75%以上となるように構成されているため、光利用効率を適切な範囲内で維持することができる。 The inventors examined the correlation between the shape of the concavo-convex structure and the light utilization efficiency by changing the shape of the concavo-convex structure of the diffuse reflection element. In this specification, the light use efficiency is defined as the amount of light of the fourth component emitted through the polarization separation element and the reflection element having a flat reflection surface (that is, the linearly polarized light incident vertically). It means the ratio of the amount of light obtained when it is replaced with a reflective element whose polarization state is maintained at 100%. According to the examination results of the present inventors, in the region where the ratio value is 75% or more, the ratio value changes gently with respect to the change in the shape of the concavo-convex structure, while the ratio value is less than 75%. It was found that the ratio value suddenly changed in the region of. In the illumination device according to one aspect of the present invention, the uneven structure is obtained when the light amount of the fourth component emitted through the polarization separation element replaces the diffuse reflection element with a reflection element having a flat reflection surface. Since it is comprised so that it may become 75% or more of the light quantity obtained, light utilization efficiency can be maintained within an appropriate range.
本発明の一つの態様の照明装置において、前記第3の光は、前記第2の偏光状態の第2の成分を含み、前記偏光分離素子は、前記第3の光の波長とは異なる波長の光を、偏光状態に係わらず透過させ、前記偏光分離素子で反射した前記光源装置からの前記第2の成分が入射する蛍光体層と、前記蛍光体層の前記第2の成分が入射する面とは反対側に設けられ、前記蛍光体層で生成された光を反射する反射部と、をさらに備えていてもよい。 In the illumination device according to one aspect of the present invention, the third light includes a second component of the second polarization state, and the polarization separation element has a wavelength different from the wavelength of the third light. A phosphor layer on which the second component from the light source device that is transmitted regardless of the polarization state and reflected by the polarization separation element is incident, and a surface on which the second component of the phosphor layer is incident And a reflection part that reflects light generated by the phosphor layer, and may be further provided.
上記の構成によれば、第3の光に含まれる第2の成分は、偏光分離素子で反射され、蛍光層に入射して蛍光体を励起する。蛍光体層で生成された光と拡散反射素子で拡散反射された光とは、偏光分離素子で合成された後、合成光が照明装置から射出される。このようにして、蛍光光と拡散光とが合成された照明光が得られる。 According to the above configuration, the second component contained in the third light is reflected by the polarization separation element and enters the fluorescent layer to excite the phosphor. The light generated by the phosphor layer and the light diffusely reflected by the diffuse reflection element are combined by the polarization separation element, and then the combined light is emitted from the illumination device. In this way, illumination light in which fluorescent light and diffused light are combined is obtained.
本発明の一つの態様の照明装置において、前記第3の光は、前記第2の偏光状態の第2の成分を含み、前記偏光分離素子は、前記第3の光の波長とは異なる波長の光を、偏光状態に係わらず反射させ、前記偏光分離素子を透過した前記光源装置からの前記第2の成分が入射する蛍光体層と、前記蛍光体層の前記第2の成分が入射する面とは反対側に設けられ、前記蛍光体層で生成された光を反射する反射部と、をさらに備えていてもよい。 In the illumination device according to one aspect of the present invention, the third light includes a second component of the second polarization state, and the polarization separation element has a wavelength different from the wavelength of the third light. A phosphor layer on which the second component from the light source device that reflects light regardless of the polarization state and transmits the polarization separation element is incident, and a surface on which the second component of the phosphor layer is incident And a reflection part that reflects light generated by the phosphor layer, and may be further provided.
上記の構成によれば、第3の光に含まれる第2の成分は、偏光分離素子を透過し、蛍光層に入射して蛍光体を励起する。蛍光体層で生成された光と拡散反射素子で拡散反射された光とは、偏光分離素子で合成された後、合成光が照明装置から射出される。このようにして、蛍光光と拡散光とが合成された照明光が得られる。 According to said structure, the 2nd component contained in 3rd light permeate | transmits a polarized light separation element, injects into a fluorescence layer, and excites a fluorescent substance. The light generated by the phosphor layer and the light diffusely reflected by the diffuse reflection element are combined by the polarization separation element, and then the combined light is emitted from the illumination device. In this way, illumination light in which fluorescent light and diffused light are combined is obtained.
本発明の一つの態様の照明装置において、前記拡散反射素子を前記反射素子と置き換えた場合の被照明領域における色むらを基準色むらとしたとき、前記凹凸構造は、前記色むらが前記基準色むらの90%以下となるように構成されていてもよい。
本発明者らの検討結果によれば、被照明領域における色むらが、拡散反射素子を平坦な反射面を持つ反射素子と置き換えた場合に得られる色むらの90%以下であれば、色むらがほとんど認識できなくなることが判った。詳細は後述する。
In the illumination device according to one aspect of the present invention, when the color unevenness in the illuminated area when the diffuse reflection element is replaced with the reflection element is set as the reference color unevenness, the uneven structure has the color unevenness as the reference color. You may be comprised so that it may become 90% or less of nonuniformity.
According to the examination results of the present inventors, if the color unevenness in the illuminated area is 90% or less of the color unevenness obtained when the diffuse reflection element is replaced with a reflective element having a flat reflecting surface, the color unevenness is obtained. Was almost unrecognizable. Details will be described later.
本発明の一つの態様の照明装置において、前記凹凸構造は、前記色むらが前記基準色むらの50%以下となるように構成されていてもよい。この場合、前記凹凸構造のアスペクト比が0.002以上であることが好ましい。
本発明者らの検討結果によれば、上記の条件を満たした場合、色むらが少ない状態を安定して維持できることが判った。詳細は後述する。
In the illumination device according to one aspect of the present invention, the uneven structure may be configured such that the color unevenness is 50% or less of the reference color unevenness. In this case, the aspect ratio of the concavo-convex structure is preferably 0.002 or more.
According to the examination results of the present inventors, it has been found that when the above conditions are satisfied, a state with little color unevenness can be stably maintained. Details will be described later.
本発明の一つの態様の照明装置において、前記拡散反射素子は、前記拡散反射素子に入射する前記第1の成分の中心軸に交差する面内で回転可能とされていてもよい。
この構成によれば、拡散反射素子上での第1の成分の照射位置が時間的に変化するため、第1の成分が照射されることによる拡散反射素子のダメージを低減することができる。また、第1の成分の光路上に位置する凹凸構造が時間的に変化するため、照度分布の均一化効果やスペックルノイズの改善効果をより高めることができる。
In the illumination device according to one aspect of the present invention, the diffuse reflection element may be rotatable in a plane intersecting a central axis of the first component incident on the diffuse reflection element.
According to this configuration, since the irradiation position of the first component on the diffuse reflection element changes with time, damage to the diffuse reflection element due to irradiation with the first component can be reduced. In addition, since the concavo-convex structure located on the optical path of the first component changes with time, the effect of uniformizing the illuminance distribution and the effect of improving speckle noise can be further enhanced.
本発明の一つの態様の照明装置において、前記凹凸構造は、多重反射が生じない形状を有していてもよい。
この構成によれば、拡散反射素子における偏光保持率をより確実に高められる。
In the illumination device according to one aspect of the present invention, the uneven structure may have a shape that does not cause multiple reflection.
According to this configuration, the polarization holding ratio in the diffuse reflection element can be more reliably increased.
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の照明装置と、前記照明装置から射出される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、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、本発明の一つの態様の照明装置を備えることにより、表示品位の高いプロジェクターを実現することができる。
A projector according to an aspect of the present invention includes an illumination device according to an aspect of the present invention, a light modulation device that forms image light by modulating light emitted from the illumination device according to image information, A projection optical system for projecting image light.
According to this configuration, a projector with high display quality can be realized by including the illumination device according to one aspect of the present invention.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図4を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、半導体レーザーを用いた照明装置を備えた液晶プロジェクターの一例である。
以下の説明で用いる図面は、特徴を見やすくするために、一部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。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The projector according to the present embodiment is an example of a liquid crystal projector including an illumination device using a semiconductor laser.
In the drawings used in the following description, in order to make the characteristics easy to see, a part of the drawings may be shown in an enlarged manner, and the dimensional ratios and the like of each component are not always the same as actual.
[プロジェクター]
まず、図1に示すプロジェクター1の一例について説明する。
図1は、プロジェクター1の概略構成を示す平面図である。
[projector]
First, an example of the projector 1 shown in FIG. 1 will be described.
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the projector 1.
本実施形態のプロジェクター1は、スクリーン(被投射面)SCR上にカラー映像(画像)を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター1は、赤色光LR、緑色光LG、青色光LBの各色光に対応した3つの光変調装置を用いている。プロジェクター1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(レーザー光源)を用いている。 The projector 1 according to the present embodiment is a projection type image display device that displays a color video (image) on a screen (projection surface) SCR. The projector 1 uses three light modulation devices corresponding to each color light of red light LR, green light LG, and blue light LB. The projector 1 uses a semiconductor laser (laser light source) from which light with high luminance and high output can be obtained as a light source of an illumination device.
具体的に、プロジェクター1は、図1に示すように、照明装置2と、均一照明光学系40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。 Specifically, as shown in FIG. 1, the projector 1 includes an illumination device 2, a uniform illumination optical system 40, a color separation optical system 3, a light modulation device 4R, a light modulation device 4G, and a light modulation device 4B. A synthesis optical system 5 and a projection optical system 6 are roughly provided.
照明装置2は、照明光WLを均一照明光学系40に向けて射出する。照明装置2には、後述する本発明の一つの態様を適用した照明装置が用いられている。 The illumination device 2 emits illumination light WL toward the uniform illumination optical system 40. As the lighting device 2, a lighting device to which one embodiment of the present invention described later is applied is used.
均一照明光学系40は、インテグレータ光学系31と、偏光変換素子32と、重畳光学系33と、を備える。均一照明光学系40は、照明装置2から射出された照明光WL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40から射出された照明光WLは色分離光学系3へ入射する。 The uniform illumination optical system 40 includes an integrator optical system 31, a polarization conversion element 32, and a superimposing optical system 33. The uniform illumination optical system 40 uniformizes the intensity distribution of the illumination light WL emitted from the illumination device 2 in the illuminated area. The illumination light WL emitted from the uniform illumination optical system 40 enters the color separation optical system 3.
色分離光学系3は、白色の照明光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。 The color separation optical system 3 is for separating the white illumination light WL into the red light LR, the green light LG, and the blue light LB. The color separation optical system 3 includes a first dichroic mirror 7a and a second dichroic mirror 7b, a first total reflection mirror 8a, a second total reflection mirror 8b, a third total reflection mirror 8c, and a first A relay lens 9a and a second relay lens 9b are roughly provided.
第1のダイクロイックミラー7aは、照明装置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。 The first dichroic mirror 7a has a function of separating the illumination light WL from the illumination device 2 into red light LR and other light (green light LG and blue light LB). The first dichroic mirror 7a transmits the separated red light LR and reflects other light (green light LG and blue light LB). On the other hand, the second dichroic mirror 7b has a function of separating other light into green light LG and blue light LB. The second dichroic mirror 7b reflects the separated green light LG and transmits the blue light LB.
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。 The first total reflection mirror 8a is disposed in the optical path of the red light LR, and reflects the red light LR transmitted through the first dichroic mirror 7a toward the light modulation device 4R. On the other hand, the second total reflection mirror 8b and the third total reflection mirror 8c are arranged in the optical path of the blue light LB, and direct the blue light LB transmitted through the second dichroic mirror 7b toward the light modulation device 4B. reflect. It is not necessary to arrange a total reflection mirror in the optical path of the green light LG, and the green light LG is reflected toward the light modulation device 4G by the second dichroic mirror 7b.
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。 The first relay lens 9a and the second relay lens 9b are arranged on the light emission side of the second dichroic mirror 7b in the optical path of the blue light LB. The first relay lens 9a and the second relay lens 9b function to compensate for the optical loss of the blue light LB caused by the optical path length of the blue light LB being longer than the optical path lengths of the red light LR and the green light LG. have.
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、赤色の画像光を形成する。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、緑色の画像光を形成する。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、青色の画像光を形成する。 The light modulation device 4R modulates the red light LR according to image information while allowing the red light LR to pass therethrough, thereby forming red image light. The light modulation device 4G modulates the green light LG according to the image information while allowing the green light LG to pass through, thereby forming green image light. The light modulation device 4B modulates the blue light LB according to the image information while passing the blue light LB to form blue image light.
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、各液晶パネルの入射側および射出側それぞれには、偏光板(図示せず)が配置されている。 For example, a transmissive liquid crystal panel is used for the light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B. A polarizing plate (not shown) is disposed on each of the incident side and the emission side of each liquid crystal panel.
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。 A field lens 10R, a field lens 10G, and a field lens 10B are disposed on the incident side of the light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B, respectively. The field lens 10R, the field lens 10G, and the field lens 10B are for parallelizing the red light LR, the green light LG, and the blue light LB incident on the respective light modulation devices 4R, 4G, and 4B. It is.
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。合成光学系5は、入射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。 The combining optical system 5 receives image light from the light modulation device 4R, the light modulation device 4G, and the light modulation device 4B. The combining optical system 5 combines the incident image light and emits the combined image light toward the projection optical system 6. For example, a cross dichroic prism is used for the combining optical system 5.
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。 The projection optical system 6 is composed of a projection lens group. The projection optical system 6 enlarges and projects the image light combined by the combining optical system 5 toward the screen SCR. Thereby, an enlarged color video (image) is displayed on the screen SCR.
[照明装置]
次に、照明装置2に用いられる本発明の一つの態様を適用した照明装置の具体的な実施形態について説明する。
[Lighting device]
Next, a specific embodiment of a lighting device to which one aspect of the present invention used for the lighting device 2 is applied will be described.
図2に示す照明装置20Aについて説明する。
図2は、照明装置20Aの概略構成を示す平面図である。
The illumination device 20A shown in FIG. 2 will be described.
FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the illumination device 20A.
照明装置20Aは、図2に示すように、アレイ光源21Aと、コリメーター光学系22と、アフォーカル光学系23と、ホモジナイザー光学系24と、偏光分離素子50Aを含む光学素子25Aと、第1のピックアップ光学系26と、蛍光発光素子27と、位相差板28と、第2のピックアップ光学系29と、拡散反射素子30と、を概略備えている。
本実施形態の拡散反射素子30は、特許請求の範囲の拡散反射素子に対応する。本実施形態の偏光分離素子50Aは、特許請求の範囲の偏光分離素子に対応する。本実施形態の位相差板28は、特許請求の範囲の位相差素子に対応する。
As shown in FIG. 2, the illumination device 20A includes an array light source 21A, a collimator optical system 22, an afocal optical system 23, a homogenizer optical system 24, an optical element 25A including a polarization separation element 50A, a first Pickup optical system 26, fluorescent light emitting element 27, phase difference plate 28, second pickup optical system 29, and diffuse reflection element 30 are roughly provided.
The diffuse reflection element 30 of the present embodiment corresponds to the diffuse reflection element in the claims. The polarization separation element 50A of the present embodiment corresponds to the polarization separation element in the claims. The retardation plate 28 of the present embodiment corresponds to the retardation element in the claims.
アレイ光源(光源装置)21Aと、コリメーター光学系22と、アフォーカル光学系23と、ホモジナイザー光学系24と、光学素子25Aと、位相差板28と、第2のピックアップ光学系29と、拡散反射素子30とは、光軸ax1上に順次並んで配置されている。蛍光発光素子27と、第1のピックアップ光学系26と、光学素子25Aとは、光軸ax2上に順次並んで配置されている。光軸ax1と光軸ax2とは、同一面内にあり、互いに直交する位置関係にある。 Array light source (light source device) 21A, collimator optical system 22, afocal optical system 23, homogenizer optical system 24, optical element 25A, phase difference plate 28, second pickup optical system 29, and diffusion The reflective elements 30 are sequentially arranged on the optical axis ax1. The fluorescent light emitting element 27, the first pickup optical system 26, and the optical element 25A are sequentially arranged on the optical axis ax2. The optical axis ax1 and the optical axis ax2 are in the same plane and are in a positional relationship orthogonal to each other.
アレイ光源21Aは、本発明における光源装置に相当する。アレイ光源21Aは、第1の光源である第1の半導体レーザー211と、第2の光源である第2の半導体レーザー212と、を備えている。複数の第1の半導体レーザー211および複数の第2の半導体レーザー212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。 The array light source 21A corresponds to the light source device in the present invention. The array light source 21A includes a first semiconductor laser 211 that is a first light source and a second semiconductor laser 212 that is a second light source. The plurality of first semiconductor lasers 211 and the plurality of second semiconductor lasers 212 are arranged in an array in the same plane orthogonal to the optical axis ax1.
第1の半導体レーザー211は、第1の波長帯の第1の光である青色光BL’を射出する。第1の光は、特許請求の範囲における第1の成分に相当する。第1の半導体レーザー211は、青色光BL’として、例えばピーク波長が460nmのレーザー光を射出する。第2の半導体レーザー212は、第2の波長帯の第2の光である励起光BLを射出する励起光用のレーザー光源である。第2の光は、特許請求の範囲における第2の成分に相当する。第2の半導体レーザー212は、励起光BLとして、例えばピーク波長が446nmのレーザー光を射出する。 The first semiconductor laser 211 emits blue light BL ′ that is first light in the first wavelength band. The first light corresponds to the first component in the claims. The first semiconductor laser 211 emits laser light having a peak wavelength of 460 nm, for example, as blue light BL ′. The second semiconductor laser 212 is a laser light source for excitation light that emits excitation light BL that is second light in the second wavelength band. The second light corresponds to the second component in the claims. The second semiconductor laser 212 emits laser light having a peak wavelength of 446 nm, for example, as the excitation light BL.
励起光BLおよび青色光BL’は、アレイ光源21Aから偏光分離素子50Aに向けて射出される。 The excitation light BL and the blue light BL ′ are emitted from the array light source 21A toward the polarization separation element 50A.
アレイ光源21Aから射出された励起光BLおよび青色光BL’は、コリメーター光学系22に入射する。コリメーター光学系22は、アレイ光源21Aから射出された励起光BLおよび青色光BL’を平行光束に変換するものである。コリメーター光学系22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22aから構成されている。複数のコリメーターレンズ22aは、複数の第1の半導体レーザー211および複数の第2の半導体レーザー212にそれぞれ対応して配置されている。 Excitation light BL and blue light BL ′ emitted from the array light source 21 </ b> A enter the collimator optical system 22. The collimator optical system 22 converts the excitation light BL and the blue light BL ′ emitted from the array light source 21 </ b> A into parallel light beams. The collimator optical system 22 is composed of, for example, a plurality of collimator lenses 22a arranged in an array. The plurality of collimator lenses 22a are arranged corresponding to the plurality of first semiconductor lasers 211 and the plurality of second semiconductor lasers 212, respectively.
コリメーター光学系22を通過することにより平行光束に変換された各励起光BLおよび青色光BL’は、アフォーカル光学系23に入射する。アフォーカル光学系23は、励起光BLおよび青色光BL’の光束径を調整するものである。アフォーカル光学系23は、例えばアフォーカルレンズ23a,アフォーカルレンズ23bから構成されている。 Each excitation light BL and blue light BL ′ converted into a parallel light beam by passing through the collimator optical system 22 is incident on the afocal optical system 23. The afocal optical system 23 adjusts the beam diameters of the excitation light BL and the blue light BL ′. The afocal optical system 23 includes, for example, an afocal lens 23a and an afocal lens 23b.
アフォーカル光学系23を通過することにより光束径が調整された励起光BLおよび青色光BL’は、ホモジナイザー光学系24に入射する。ホモジナイザー光学系24は、励起光BLおよび青色光BL’の光強度分布を均一な状態(いわゆるトップハット分布)に変換するものである。ホモジナイザー光学系24は、例えばマルチレンズアレイ24a,マルチレンズアレイ24bから構成されている。 Excitation light BL and blue light BL ′ whose beam diameters are adjusted by passing through the afocal optical system 23 are incident on the homogenizer optical system 24. The homogenizer optical system 24 converts the light intensity distribution of the excitation light BL and the blue light BL ′ into a uniform state (so-called top hat distribution). The homogenizer optical system 24 includes, for example, a multi-lens array 24a and a multi-lens array 24b.
ホモジナイザー光学系24により光強度分布が均一な状態に変換された励起光BLおよび青色光BL’は、光学素子25Aに入射する。光学素子25Aは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸ax1に対して45°の角度をなす傾斜面Kを有している。傾斜面Kは、光軸ax2に対しても45°の角度をなしている。光学素子25Aは、互いに直交する光軸ax1,ax2の交点と傾斜面Kの光学中心とが一致するように配置されている。なお、光学素子25Aとしては、ダイクロイックプリズムのようなプリズム形状のものに限らず、平行平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。 The excitation light BL and the blue light BL ′ that have been converted to a uniform light intensity distribution by the homogenizer optical system 24 are incident on the optical element 25A. The optical element 25A is composed of, for example, a dichroic prism having wavelength selectivity. The dichroic prism has an inclined surface K that forms an angle of 45 ° with the optical axis ax1. The inclined surface K forms an angle of 45 ° with respect to the optical axis ax2. The optical element 25A is arranged so that the intersection of the optical axes ax1 and ax2 orthogonal to each other coincides with the optical center of the inclined surface K. The optical element 25A is not limited to a prism shape such as a dichroic prism, and a parallel plate dichroic mirror may be used.
傾斜面Kには、波長選択性を有する偏光分離素子50Aが設けられている。偏光分離素子50Aは、励起光BLおよび青色光BL’を、偏光分離素子50Aに対するS偏光成分(一方の偏光成分あるいは第2の偏光状態の成分)とP偏光成分(他方の偏光成分あるいは第1の偏光状態の成分)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50Aは、励起光BLのS偏光成分および青色光BL’のS偏光成分を反射させ、励起光BLのP偏光成分および青色光BL’のP偏光成分を透過させる。 On the inclined surface K, a polarization separation element 50A having wavelength selectivity is provided. The polarization separation element 50A converts the excitation light BL and the blue light BL ′ into the S polarization component (one polarization component or the second polarization state component) and the P polarization component (the other polarization component or the first polarization component) for the polarization separation element 50A. The polarization separation function is separated into components of the polarization state). Specifically, the polarization separation element 50A reflects the S-polarized component of the excitation light BL and the S-polarized component of the blue light BL ′, and transmits the P-polarized component of the excitation light BL and the P-polarized component of the blue light BL ′.
また、偏光分離素子50Aは、後述する励起光BLと青色光BL’とは波長帯が異なる蛍光光YL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。 In addition, the polarization separation element 50A has a color separation function that transmits fluorescent light YL having different wavelength bands between excitation light BL and blue light BL ′, which will be described later, regardless of the polarization state.
ここで、励起光BLおよび青色光BL’は、コヒーレントな直線偏光光である。また、励起光BLと青色光BL’とは、偏光分離素子50Aに入射する際の互いの偏光方向が異なっている。 Here, the excitation light BL and the blue light BL ′ are coherent linearly polarized light. Further, the excitation light BL and the blue light BL 'have different polarization directions when entering the polarization separation element 50A.
具体的に、励起光BLの偏光方向は、偏光分離素子50Aで反射される一方の偏光成分(例えばS偏光成分)の偏光方向と一致している。一方、青色光BL’の偏光方向は、偏光分離素子50Aで透過される他方の偏光成分(例えばP偏光成分)の偏光方向と一致している。このように、偏光分離素子50Aに入射するとき、励起光BLの偏光方向と青色光BL’の偏光方向とは、互いに直交する。この構成を実現するためには、青色光BL’が第1の半導体レーザー211から射出されたときの偏光方向が、励起光BLが第2の半導体レーザー212から射出されたときの偏光方向と直交するように、第1の半導体レーザー211と第2の半導体レーザー212とを配置すればよい。 Specifically, the polarization direction of the excitation light BL coincides with the polarization direction of one polarization component (for example, S polarization component) reflected by the polarization separation element 50A. On the other hand, the polarization direction of the blue light BL ′ coincides with the polarization direction of the other polarization component (for example, P polarization component) transmitted by the polarization separation element 50A. Thus, when entering the polarization separation element 50A, the polarization direction of the excitation light BL and the polarization direction of the blue light BL 'are orthogonal to each other. In order to realize this configuration, the polarization direction when the blue light BL ′ is emitted from the first semiconductor laser 211 is orthogonal to the polarization direction when the excitation light BL is emitted from the second semiconductor laser 212. Thus, the first semiconductor laser 211 and the second semiconductor laser 212 may be disposed.
したがって、偏光分離素子50Aに入射した励起光BLは、その偏光方向がS偏光成分と一致していることから、S偏光の励起光BLsとして、蛍光発光素子27に向けて反射される。一方、偏光分離素子50Aに入射した青色光BL’は、その偏光方向がP偏光成分と一致していることから、P偏光の青色光BLp’として、拡散反射素子30に向けて透過される。 Accordingly, the excitation light BL incident on the polarization separation element 50A is reflected toward the fluorescent light emitting element 27 as S-polarized excitation light BLs because the polarization direction of the excitation light BL coincides with the S-polarization component. On the other hand, the blue light BL ′ incident on the polarization separation element 50 </ b> A is transmitted toward the diffuse reflection element 30 as the P-polarized blue light BLp ′ because the polarization direction coincides with the P-polarized light component.
ここで、偏光分離素子50Aに入射するとき、励起光BLの偏光方向が青色光BL’の偏光方向と同じ場合について考察する。この場合、青色光BL’はP偏光であるため、励起光BLもP偏光である。偏光分離素子50AがP偏光の励起光BLを反射させるためには、偏光分離素子50Aはピーク波長460nmの青色光BL’に対しては偏光分離機能を持ちながら、ピーク波長446nmの励起光BLに対しては偏光分離機能を持ってはいけない。しかし、このような特性の偏光分離素子を製造することは困難である。 Here, a case where the polarization direction of the excitation light BL is the same as the polarization direction of the blue light BL ′ when entering the polarization separation element 50 </ b> A will be considered. In this case, since the blue light BL ′ is P-polarized light, the excitation light BL is also P-polarized light. In order for the polarization separation element 50A to reflect the P-polarized excitation light BL, the polarization separation element 50A has a polarization separation function with respect to the blue light BL ′ having a peak wavelength of 460 nm, and the excitation light BL having a peak wavelength of 446 nm. On the other hand, it must not have a polarization separation function. However, it is difficult to manufacture a polarization separation element having such characteristics.
一方、本実施形態では、励起光BLはS偏光であり、青色光BL’はP偏光である。この場合、偏光分離素子50Aは、ピーク波長460nmの青色光BL’に対してだけでなく、ピーク波長446nmの励起光BLに対しても偏光分離機能を持っていてもよい。そのため、偏光分離素子の製造は容易である。 On the other hand, in the present embodiment, the excitation light BL is S-polarized light, and the blue light BL ′ is P-polarized light. In this case, the polarization separation element 50A may have a polarization separation function not only for the blue light BL ′ having a peak wavelength of 460 nm but also for the excitation light BL having a peak wavelength of 446 nm. For this reason, it is easy to manufacture the polarization separation element.
偏光分離素子50Aから射出されたS偏光の励起光BLsは、第1のピックアップ光学系26に入射する。第1のピックアップ光学系26は、励起光BLsを蛍光発光素子27の蛍光体層34に向けて集光させるものである。第1のピックアップ光学系26は、例えばピックアップレンズ26a,ピックアップレンズ26bから構成されている。 The S-polarized excitation light BLs emitted from the polarization separation element 50 </ b> A is incident on the first pickup optical system 26. The first pickup optical system 26 focuses the excitation light BLs toward the phosphor layer 34 of the fluorescent light emitting element 27. The first pickup optical system 26 includes, for example, a pickup lens 26a and a pickup lens 26b.
第1のピックアップ光学系26から射出された励起光BLsは、蛍光発光素子27に入射する。蛍光発光素子27は、蛍光体層34と、蛍光体層34を支持する基板35と、蛍光体層34を基板35に固定する固定部材36と、を有している。 The excitation light BLs emitted from the first pickup optical system 26 enters the fluorescent light emitting element 27. The fluorescent light emitting element 27 includes a phosphor layer 34, a substrate 35 that supports the phosphor layer 34, and a fixing member 36 that fixes the phosphor layer 34 to the substrate 35.
蛍光発光素子27においては、蛍光体層34の励起光BLsが入射する側と反対側の面を基板35に接触させた状態で、蛍光体層34の側面と基板35との間に設けられた固定部材36によって、蛍光体層34が基板35に固定支持されている。 The fluorescent light emitting element 27 is provided between the side surface of the phosphor layer 34 and the substrate 35 in a state where the surface of the phosphor layer 34 opposite to the side on which the excitation light BLs is incident is in contact with the substrate 35. The phosphor layer 34 is fixedly supported on the substrate 35 by the fixing member 36.
蛍光体層34は、波長446nmの励起光BLsを吸収して励起される蛍光体を含む。励起光BLsにより励起された蛍光体は、例えば500〜700nmの波長域にピーク波長を有する蛍光光(黄色光)YLを生成する。 The phosphor layer 34 includes a phosphor that is excited by absorbing the excitation light BLs having a wavelength of 446 nm. The phosphor excited by the excitation light BLs generates fluorescent light (yellow light) YL having a peak wavelength in a wavelength range of 500 to 700 nm, for example.
蛍光体層34には、耐熱性および表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。このような蛍光体層34としては、例えば、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などを好適に用いることができる。 For the phosphor layer 34, it is preferable to use a layer excellent in heat resistance and surface processability. As such a phosphor layer 34, for example, a phosphor layer in which phosphor particles are dispersed in an inorganic binder such as alumina, a phosphor layer in which phosphor particles are sintered without using a binder, and the like are preferably used. be able to.
蛍光体層34の励起光BLsが入射する側とは反対側には、反射部37が設けられている。反射部37は、蛍光体層34で生成された蛍光光YLのうち、一部の蛍光光YLを反射する機能を有している。
本実施形態の反射部37は特許請求の範囲の反射部に対応する。
A reflective portion 37 is provided on the side of the phosphor layer 34 opposite to the side on which the excitation light BLs is incident. The reflection unit 37 has a function of reflecting a part of the fluorescent light YL among the fluorescent light YL generated by the phosphor layer 34.
The reflection part 37 of this embodiment corresponds to the reflection part in the claims.
反射部37は、鏡面反射面からなることが好ましい。蛍光発光素子27においては、蛍光体層34で生成された蛍光光YLを反射部37で鏡面反射させることにより、蛍光体層34から効率的に蛍光光YLを射出することができる。 It is preferable that the reflection part 37 consists of a specular reflection surface. In the fluorescent light emitting element 27, the fluorescent light YL generated in the fluorescent material layer 34 is specularly reflected by the reflecting portion 37, whereby the fluorescent light YL can be efficiently emitted from the fluorescent material layer 34.
具体的に、反射部37は、蛍光体層34の励起光BLsが入射する側とは反対側の面に反射膜37aを設けることによって構成することができる。この場合、反射膜37aの蛍光体層34と対向する面が鏡面反射面となる。反射部37は、基板35が光反射特性を有する基材からなる構成であってもよい。この場合、反射膜37aを省略し、基板35の蛍光体層34と対向する面を鏡面化することにより、この面を鏡面反射面とすることができる。 Specifically, the reflecting portion 37 can be configured by providing a reflecting film 37a on the surface of the phosphor layer 34 opposite to the side on which the excitation light BLs is incident. In this case, the surface of the reflective film 37a facing the phosphor layer 34 is a specular reflection surface. The reflection part 37 may be configured such that the substrate 35 is made of a base material having light reflection characteristics. In this case, the reflective film 37a is omitted, and the surface of the substrate 35 facing the phosphor layer 34 is made into a mirror surface, so that this surface can be used as a mirror reflection surface.
固定部材36には、光反射特性を有する無機接着剤を用いることが好ましい。この場合、光反射特性を有する無機接着剤によって蛍光体層34の側面から漏れ出す光を蛍光体層34内へと反射させることができる。これにより、蛍光体層34で生成された蛍光光YLの光取り出し効率を更に高めることができる。 For the fixing member 36, it is preferable to use an inorganic adhesive having light reflection characteristics. In this case, the light leaking from the side surface of the phosphor layer 34 can be reflected into the phosphor layer 34 by the inorganic adhesive having light reflection characteristics. Thereby, the light extraction efficiency of the fluorescent light YL generated by the phosphor layer 34 can be further increased.
基板35の蛍光体層34を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク38が配置されている。蛍光発光素子27においては、ヒートシンク38を介して放熱できるため、蛍光体層34の熱劣化を防ぐことができる。 A heat sink 38 is disposed on the surface of the substrate 35 opposite to the surface that supports the phosphor layer 34. In the fluorescent light emitting element 27, heat can be radiated through the heat sink 38, and thus thermal deterioration of the phosphor layer 34 can be prevented.
蛍光体層34で生成された蛍光光YLのうち、一部の蛍光光YLは、反射部37によって反射され、蛍光体層34の外部へと射出される。また、蛍光体層34で生成された蛍光光YLのうち、他の一部の蛍光光YLは、反射部37を介さずに蛍光体層34の外部へと射出される。このようにして、蛍光光YLが蛍光体層34から射出される。 Of the fluorescent light YL generated in the phosphor layer 34, a part of the fluorescent light YL is reflected by the reflecting portion 37 and emitted to the outside of the phosphor layer 34. In addition, among the fluorescent light YL generated in the fluorescent material layer 34, another part of the fluorescent light YL is emitted outside the fluorescent material layer 34 without passing through the reflecting portion 37. In this way, the fluorescent light YL is emitted from the phosphor layer 34.
蛍光体層34から射出された蛍光光YLは、偏光方向が揃っていない非偏光光のため、第1のピックアップ光学系26を通過した後、非偏光の状態のまま偏光分離素子50Aに入射する。蛍光光YLは、偏光分離素子50Aからインテグレータ光学系31に向けて透過される。 Since the fluorescent light YL emitted from the phosphor layer 34 is non-polarized light whose polarization direction is not uniform, after passing through the first pickup optical system 26, it enters the polarization separation element 50A while remaining in a non-polarized state. . The fluorescent light YL is transmitted from the polarization separation element 50A toward the integrator optical system 31.
偏光分離素子50Aから射出されたP偏光の青色光BLp’は、位相差板28に入射する。位相差板28は、偏光分離素子50Aと拡散反射素子30との間の光路中に配置された1/4波長板(λ/4板)から構成されている。したがって、偏光分離素子50Aから射出されたP偏光の青色光BLp’は、位相差板28を透過することによって、円偏光の青色光BLc’に変換された後、第2のピックアップ光学系29に入射する。 The P-polarized blue light BLp ′ emitted from the polarization separation element 50 </ b> A enters the phase difference plate 28. The phase difference plate 28 is composed of a ¼ wavelength plate (λ / 4 plate) disposed in the optical path between the polarization separation element 50 </ b> A and the diffuse reflection element 30. Accordingly, the P-polarized blue light BLp ′ emitted from the polarization separation element 50A is converted into circularly-polarized blue light BLc ′ by transmitting through the phase difference plate 28, and then is transmitted to the second pickup optical system 29. Incident.
第2のピックアップ光学系29は、青色光BLc’を拡散反射素子30に向けて集光させるものである。第2のピックアップ光学系29は、例えばピックアップレンズ29a、ピックアップレンズ29bから構成されている。 The second pickup optical system 29 collects the blue light BLc ′ toward the diffuse reflection element 30. The second pickup optical system 29 includes, for example, a pickup lens 29a and a pickup lens 29b.
拡散反射素子30は、第2のピックアップ光学系29から射出された青色光BLc’を偏光分離素子50Aに向けて拡散反射させるものである。その中でも、拡散反射素子30としては、拡散反射素子30に入射した青色光BLc’をランバート反射させるものを用いることが好ましい。 The diffuse reflection element 30 diffuses and reflects the blue light BLc ′ emitted from the second pickup optical system 29 toward the polarization separation element 50A. Among them, as the diffuse reflection element 30, it is preferable to use an element that causes Lambert reflection of the blue light BLc ′ incident on the diffuse reflection element 30.
拡散反射素子30は、拡散反射板30Aと、拡散反射板30Aを回転させるためのモーター等の駆動源30Mと、を備えている。駆動源30Mの回転軸は、光軸ax1と略平行に配置されている。これにより、拡散反射板30Aは、拡散反射板30Aに入射する青色光BLc’の中心軸に交差する面内で回転可能に構成されている。拡散反射板30Aは、回転軸の方向から見て例えば円形に形成されている。 The diffuse reflection element 30 includes a diffuse reflection plate 30A and a drive source 30M such as a motor for rotating the diffuse reflection plate 30A. The rotation axis of the drive source 30M is disposed substantially parallel to the optical axis ax1. Accordingly, the diffuse reflector 30A is configured to be rotatable within a plane that intersects the central axis of the blue light BLc 'incident on the diffuse reflector 30A. The diffuse reflection plate 30A is formed, for example, in a circular shape when viewed from the direction of the rotation axis.
図3(a)は、拡散反射板30Aの断面図である。
例えば図3(a)に示す拡散反射板30Aは、基材43と、反射膜44と、を備えている。基材43は、例えばガラス等の任意の材料で構成されている。
FIG. 3A is a cross-sectional view of the diffuse reflector 30A.
For example, the diffuse reflector 30 </ b> A shown in FIG. 3A includes a base material 43 and a reflective film 44. The base material 43 is comprised with arbitrary materials, such as glass, for example.
基材43の2つの面のうち、青色光BLc’が入射する側の面に、ランダムに配置された複数の曲面を含む凹凸構造43aが設けられている。本実施形態では、凹凸構造43aは複数の凹部からなり、個々の凹部は略球面状に形成されている。凹部の深さは、例えば球面全体の径の1/4程度である。 Of the two surfaces of the base material 43, a concavo-convex structure 43a including a plurality of randomly arranged curved surfaces is provided on the surface on which the blue light BLc 'is incident. In the present embodiment, the concavo-convex structure 43a is composed of a plurality of recesses, and each recess is formed in a substantially spherical shape. The depth of the recess is, for example, about 1/4 of the diameter of the entire spherical surface.
図4に示すように、拡散反射板30Aを光の入射方向から見て、複数の凹部はランダムに配置されている。図4の符号Cは各凹部の中心を示し、複数の凹部の中心Cがランダムに配置されている。 As shown in FIG. 4, the plurality of recesses are randomly arranged when the diffusive reflector 30 </ b> A is viewed from the light incident direction. 4 indicates the center of each recess, and the centers C of the plurality of recesses are randomly arranged.
反射膜44は、例えば銀、アルミニウム等の光反射率の高い金属で形成された金属反射膜である。反射膜44は凹凸構造43aの形状に沿って形成されており、反射膜44の表面も略球面状の形状を呈している。凹凸構造43aの表面に反射膜44が形成されたことにより、凹凸構造43aは反射性を有する。拡散反射板30Aの反射膜44の形成面に青色光BLc’が入射したとき、青色光BLc’は1回の反射で射出され、多重反射は生じない。これにより、青色光BLc’ が拡散反射板30Aによって反射されるときの、その偏光状態の乱れが抑制される。 The reflection film 44 is a metal reflection film formed of a metal having a high light reflectance such as silver or aluminum. The reflective film 44 is formed along the shape of the concavo-convex structure 43a, and the surface of the reflective film 44 also has a substantially spherical shape. Since the reflective film 44 is formed on the surface of the uneven structure 43a, the uneven structure 43a has reflectivity. When the blue light BLc ′ is incident on the formation surface of the reflection film 44 of the diffuse reflection plate 30A, the blue light BLc ′ is emitted by one reflection, and multiple reflection does not occur. Thereby, disturbance of the polarization state when the blue light BLc ′ is reflected by the diffuse reflector 30A is suppressed.
反射膜44として、金属反射膜に限らず、例えば誘電体多層膜を用いることも可能である。しかしながら、反射膜44として金属反射膜を用いた場合、誘電体多層膜からなる反射膜を用いた場合と比べて、光の入射角が変化しても反射特性が低下しにくい。その結果、拡散反射板30Aによる光の損失が少なくなり、光の利用効率を高めることができる。 The reflection film 44 is not limited to a metal reflection film, and for example, a dielectric multilayer film can be used. However, when a metal reflection film is used as the reflection film 44, the reflection characteristics are less likely to deteriorate even if the incident angle of light changes, compared to the case where a reflection film made of a dielectric multilayer film is used. As a result, light loss due to the diffusive reflector 30A is reduced, and the light use efficiency can be increased.
上記の拡散反射板30Aを製造する際は、まず、ガラス等の基材の一面に、例えばクロム等のエッチング防止膜を形成する。
次に、エッチング防止膜に、レーザー加工等により複数の孔を形成する。このとき、レーザー加工機において、形成する複数の孔の位置がランダムに配置されるように形成位置の座標を設定する。これにより、ランダムに配置された複数の孔がエッチング防止膜に形成される。
When manufacturing the diffuse reflection plate 30A, first, an etching prevention film such as chromium is formed on one surface of a substrate such as glass.
Next, a plurality of holes are formed in the etching prevention film by laser processing or the like. At this time, in the laser processing machine, the coordinates of the formation position are set so that the positions of the plurality of holes to be formed are randomly arranged. As a result, a plurality of randomly arranged holes are formed in the etching prevention film.
次に、エッチング防止膜をマスクとして、基材の一面を例えばウエットエッチングによりエッチングする。このとき、ウエットエッチングの条件を等方エッチングとなるように調整する。このようにしてエッチングすると、エッチング液がエッチング防止膜の孔の部分から浸透し、孔に対応した位置に凹部が形成される。エッチングは等方エッチングであるため、孔を中心としてエッチングが等方的に進行する結果、凹部の断面形状は略球状となる。
次に、凹凸構造が形成された基材の一面に、銀、アルミニウム等の金属膜をスパッタ法、蒸着法等により形成する。
以上の方法により、拡散反射板30Aが完成する。
Next, using the etching prevention film as a mask, one surface of the substrate is etched by, for example, wet etching. At this time, the wet etching conditions are adjusted to be isotropic etching. When etching is performed in this manner, the etching solution penetrates from the hole portion of the etching preventing film, and a recess is formed at a position corresponding to the hole. Since the etching is isotropic etching, the etching proceeds isotropically with the hole as a center, and as a result, the cross-sectional shape of the recess becomes substantially spherical.
Next, a metal film such as silver or aluminum is formed on one surface of the base material on which the concavo-convex structure is formed by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.
With the above method, the diffuse reflector 30A is completed.
図3(b)、(c)は、拡散反射板の他の例(拡散反射板30B、拡散反射板30C)の断面図である。拡散反射板30Aに代えて、拡散反射板30Bもしくは拡散反射板30Cが用いられてもよい。
図3(b)に示す拡散反射板30Bは、基材45が銀、アルミニウム等の金属で形成されている。基材45の2つの面のうち、青色光BLc’が入射する側の面に、ランダムに配置された複数の曲面を含む凹凸構造45aが設けられている。凹凸構造45aの形状は、図3(a)の凹凸構造43aの形状と同様である。この構成では、基材45自体が光反射性を有しているため、基材45上に金属膜を形成する必要がない。
3B and 3C are cross-sectional views of other examples of the diffuse reflector (diffuse reflector 30B and diffuse reflector 30C). Instead of the diffuse reflector 30A, a diffuse reflector 30B or a diffuse reflector 30C may be used.
In the diffuse reflector 30B shown in FIG. 3B, the base material 45 is formed of a metal such as silver or aluminum. Of the two surfaces of the base material 45, a concavo-convex structure 45a including a plurality of randomly arranged curved surfaces is provided on the surface on which the blue light BLc ′ is incident. The shape of the uneven structure 45a is the same as the shape of the uneven structure 43a in FIG. In this configuration, since the substrate 45 itself has light reflectivity, it is not necessary to form a metal film on the substrate 45.
図3(c)に示す拡散反射板30Cは、基材46と、反射膜47と、を備えている。基材46は、例えばガラス等の任意の材料で構成されている。基材46の2つの面のうち、青色光BLc’が入射する側の面に、ランダムに配置された複数の曲面を含む凹凸構造46aが設けられている。凹凸構造46aの形状は、図3(a)の凹凸構造43aの形状と同様である。基材46の2つの面のうち、青色光BLc’が入射する側の面と反対側の面に、銀、アルミニウム等の金属からなる反射膜47が形成されている。 A diffuse reflection plate 30 </ b> C illustrated in FIG. 3C includes a base material 46 and a reflection film 47. The base material 46 is made of an arbitrary material such as glass. Of the two surfaces of the base material 46, a concavo-convex structure 46a including a plurality of randomly arranged curved surfaces is provided on the surface on which the blue light BLc 'is incident. The shape of the uneven structure 46a is the same as the shape of the uneven structure 43a in FIG. A reflective film 47 made of a metal such as silver or aluminum is formed on the surface opposite to the surface on which the blue light BLc ′ is incident, of the two surfaces of the substrate 46.
本実施形態の拡散反射板としては、図3(a)〜(c)に示したいずれの拡散反射板を用いてもよい。しかしながら、光の損失が少ないという観点では、図3(a)の拡散反射板30A、もしくは図3(b)の拡散反射板30Bのように、青色光BLc’が入射する側の面が光反射性を有するものが好ましい。図3(c)の拡散反射板30Cのように、青色光BLc’が基材46中に入射する構成であると、光の損失がある虞があるためである。 Any of the diffuse reflectors shown in FIGS. 3A to 3C may be used as the diffuse reflector of the present embodiment. However, from the viewpoint that the loss of light is small, the surface on which the blue light BLc ′ is incident is light-reflecting like the diffuse reflector 30A in FIG. 3A or the diffuse reflector 30B in FIG. Those having properties are preferred. This is because there is a possibility of light loss when the blue light BLc ′ is incident on the base material 46 as in the diffusing reflection plate 30 </ b> C of FIG.
また、図3(a)〜(c)に示した拡散反射板は、ランダムに配置された複数の凹部を備えているが、規則的に配置された複数の凹部を備えてもよい。ただし、複数の凹部が規則的に配置されている場合、回折現象が起こる虞があるが、第1の光の利用効率の低下を抑制する、という効果は得られる。 3A to 3C include a plurality of concave portions arranged at random, but may include a plurality of concave portions arranged regularly. However, when a plurality of concave portions are regularly arranged, a diffraction phenomenon may occur, but an effect of suppressing a decrease in the utilization efficiency of the first light can be obtained.
照明装置20Aにおいては、このような拡散反射素子30を用いることにより、青色光BLc’を拡散反射させて、略均一な照度分布を有する青色光BLc’を得ることができる。 In the illuminating device 20A, by using such a diffuse reflection element 30, it is possible to diffusely reflect the blue light BLc 'and obtain the blue light BLc' having a substantially uniform illuminance distribution.
図2に示すように、拡散反射素子30で拡散反射された青色光BLc’は、再び第2のピックアップ光学系29を通り、位相差板28に入射することにより、青色光BLs’に変換される。青色光BLs’は偏光分離素子50Aに入射する。前述したように、拡散反射素子30に入射する前の青色光BLc’は円偏光である。青色光BLc’の偏光状態が拡散反射素子30によって全く乱されなければ、青色光BLs’はS偏光であって、P偏光成分を含まない。青色光BLc’の偏光状態が拡散反射素子30によってある程度乱されたとしても、青色光BLs’の主成分はS偏光成分である。青色光BLs’のS偏光成分は、偏光分離素子50Aによって反射される。偏光分離素子50Aによって反射された青色光BLs’のS偏光成分は、特許請求の範囲における第4の成分に相当する。 As shown in FIG. 2, the blue light BLc ′ diffusely reflected by the diffuse reflection element 30 passes through the second pickup optical system 29 again and enters the phase difference plate 28 to be converted into blue light BLs ′. The The blue light BLs' is incident on the polarization separation element 50A. As described above, the blue light BLc ′ before entering the diffuse reflection element 30 is circularly polarized light. If the polarization state of the blue light BLc ′ is not disturbed at all by the diffuse reflection element 30, the blue light BLs ′ is S-polarized light and does not include the P-polarized component. Even if the polarization state of the blue light BLc ′ is disturbed to some extent by the diffuse reflection element 30, the main component of the blue light BLs ′ is the S-polarized component. The S-polarized component of the blue light BLs ′ is reflected by the polarization separation element 50A. The S-polarized component of the blue light BLs ′ reflected by the polarization separation element 50A corresponds to the fourth component in the claims.
これにより、青色光BLs’は、偏光分離素子50Aを透過した蛍光光YLとともに、照明光WLとして照明装置20Aから射出される。すなわち、青色光BLs’および蛍光光YLは、偏光分離素子50Aから互いに同一方向に向けて射出される。これにより、青色光BLs’と蛍光光(黄色光)YLとが合成された照明光(白色光)WLが得られる。 As a result, the blue light BLs ′ is emitted from the illumination device 20A as the illumination light WL together with the fluorescent light YL transmitted through the polarization separation element 50A. That is, the blue light BLs ′ and the fluorescent light YL are emitted in the same direction from the polarization separation element 50A. Thereby, illumination light (white light) WL obtained by combining the blue light BLs ′ and the fluorescent light (yellow light) YL is obtained.
照明装置20Aから射出された照明光WLは、インテグレータ光学系31に入射する。インテグレータ光学系31は、輝度分布(照度分布)を均一化するためのものである。インテグレータ光学系31は、例えば、レンズアレイ31a,レンズアレイ31bから構成されている。レンズアレイ31a,31bは、複数のマイクロレンズがアレイ状に配列されたものからなる。 The illumination light WL emitted from the illumination device 20A enters the integrator optical system 31. The integrator optical system 31 is for making the luminance distribution (illuminance distribution) uniform. The integrator optical system 31 includes, for example, a lens array 31a and a lens array 31b. The lens arrays 31a and 31b are made up of a plurality of microlenses arranged in an array.
インテグレータ光学系31を通過した照明光WLは、偏光変換素子32に入射する。偏光変換素子32は、照明光WLの偏光方向を揃えるものである。偏光変換素子32は、例えば、偏光分離膜と位相差板とから構成されている。偏光変換素子32は、偏光方向が揃っていない蛍光光YLと、S偏光の青色光BLs’の偏光方向との偏光方向を揃えるため、他方の偏光成分を一方の偏光成分に(例えばP偏光成分をS偏光成分に)変換する。 The illumination light WL that has passed through the integrator optical system 31 enters the polarization conversion element 32. The polarization conversion element 32 aligns the polarization direction of the illumination light WL. The polarization conversion element 32 includes, for example, a polarization separation film and a phase difference plate. The polarization conversion element 32 aligns the polarization direction of the fluorescent light YL whose polarization direction is not uniform and the polarization direction of the S-polarized blue light BLs ′, so that the other polarization component is changed to one polarization component (for example, a P polarization component). Is converted into an S-polarized component.
偏光変換素子32を通過することにより偏光方向が揃えられた照明光WLは、重畳光学系33に入射する。重畳光学系33は、偏光変換素子32から射出された照明光WLを重畳させるものである。重畳光学系33は、例えば、重畳レンズから構成されている。インテグレータ光学系31と重畳光学系33とによって、被照明領域における照度分布が均一化される。 The illumination light WL whose polarization direction is aligned by passing through the polarization conversion element 32 enters the superimposing optical system 33. The superimposing optical system 33 superimposes the illumination light WL emitted from the polarization conversion element 32. The superimposing optical system 33 is composed of, for example, a superimposing lens. The illuminance distribution in the illuminated area is made uniform by the integrator optical system 31 and the superimposing optical system 33.
以上のような構成を有する照明装置20Aにおいては、拡散反射板30Aが、ランダムに配置された複数の曲面を含む凹凸構造を有しているため、青色光BLc’が拡散反射板30Aによって反射されるときの、その偏光状態の乱れが抑制されるとともに、拡散角度を大きくすることができる。 In the illuminating device 20A having the above-described configuration, since the diffuse reflector 30A has an uneven structure including a plurality of randomly arranged curved surfaces, the blue light BLc ′ is reflected by the diffuse reflector 30A. In this case, disturbance of the polarization state is suppressed, and the diffusion angle can be increased.
青色光BLc’の偏光状態が拡散反射板30Aによって大きく乱されると、青色光BLs’に含まれるP偏光成分が多くなるため、偏光分離素子50Aによって反射される成分が少なくなる。しかし、本発明によれば、青色光BLs’に含まれるP偏光成分を少なくすることができるため、照明装置20Aから射出される青色光BLs’の光量の低下を抑えることができる。その結果、第1の光の利用効率の低下を抑制しつつ、照度分布の均一化やスペックルノイズの改善が可能な照明装置20Aを実現できる。 If the polarization state of the blue light BLc ′ is greatly disturbed by the diffuse reflector 30A, the P-polarized component contained in the blue light BLs ′ increases, and the component reflected by the polarization separation element 50A decreases. However, according to the present invention, since the P-polarized component contained in the blue light BLs ′ can be reduced, it is possible to suppress a decrease in the amount of the blue light BLs ′ emitted from the illumination device 20A. As a result, it is possible to realize an illuminating device 20A capable of making the illuminance distribution uniform and improving speckle noise while suppressing a decrease in the utilization efficiency of the first light.
特に本実施形態の場合、拡散反射素子30が回転可能とされた拡散反射板30Aを備えているため、拡散反射素子30上での青色光BLc’の照射位置が時間的に変化する。そのため、青色光BLc’が照射されることによる拡散反射板30Aのダメージを低減することができる。また、青色光BLc’ の光路上に位置する凹凸構造が時間的に変化するため、照度分布の均一化効果やスペックルノイズの改善効果をより高めることができる。 In particular, in the case of the present embodiment, since the diffuse reflection element 30 includes the diffuse reflection plate 30A that is rotatable, the irradiation position of the blue light BLc ′ on the diffuse reflection element 30 changes with time. Therefore, it is possible to reduce damage to the diffuse reflector 30A due to the irradiation with the blue light BLc '. In addition, since the concavo-convex structure located on the optical path of the blue light BLc ′ changes with time, the effect of uniformizing the illuminance distribution and the effect of improving speckle noise can be further enhanced.
照明装置20Aにおいては、励起光BLsにより蛍光体層34を励起することによって生成された蛍光光YLと、青色光BLp’を拡散反射素子30で拡散反射することにより得られた青色光BLs’とを用いて、色純度や色再現性に優れた照明光WLを得ることができる。 In the illuminating device 20A, the fluorescent light YL generated by exciting the phosphor layer 34 with the excitation light BLs, and the blue light BLs ′ obtained by diffusing and reflecting the blue light BLp ′ with the diffuse reflection element 30. Can be used to obtain illumination light WL excellent in color purity and color reproducibility.
すなわち、ピーク波長が460nmの青色光BL’は、ピーク波長が446nmの励起光BLよりも視感度が高い青色光である。また、ピーク波長が460nmの光を用いた方が、ピーク波長が446nmの光を用いるよりも広い色域を得ることができる。すなわち、ピーク波長が460nmの光の方が、ピーク波長が446nmの光よりもカラー画像の形成に適している。したがって、ピーク波長が460nmの青色光BL’と蛍光光YLとを用いて照明光WLを得る場合の方が、ピーク波長が446nmの励起光BLと蛍光光YLとを用いて照明光WLを得る場合よりも、照明光WLの色域(色の再現範囲)を向上させることが可能である。 That is, the blue light BL ′ having a peak wavelength of 460 nm is blue light having higher visibility than the excitation light BL having a peak wavelength of 446 nm. In addition, a wider color gamut can be obtained when light having a peak wavelength of 460 nm is used than when light having a peak wavelength of 446 nm is used. That is, light having a peak wavelength of 460 nm is more suitable for forming a color image than light having a peak wavelength of 446 nm. Therefore, when the illumination light WL is obtained using the blue light BL ′ having a peak wavelength of 460 nm and the fluorescent light YL, the illumination light WL is obtained using the excitation light BL and the fluorescent light YL having a peak wavelength of 446 nm. It is possible to improve the color gamut (color reproduction range) of the illumination light WL than the case.
また、励起光BLを射出する第2の半導体レーザー212は、青色光BL’を射出する第1の半導体レーザー211よりも一般的に安価である。したがって、照明装置20Aでは、励起光用のレーザー光源にピーク波長が446nmのレーザー光を射出する第2の半導体レーザー212を用い、青色光用のレーザー光源にピーク波長が460nmのレーザー光を射出する第1の半導体レーザー211を用いることによって、より安価に色域の向上を図ることが可能である。 Further, the second semiconductor laser 212 that emits the excitation light BL is generally less expensive than the first semiconductor laser 211 that emits the blue light BL ′. Accordingly, in the illumination device 20A, the second semiconductor laser 212 that emits laser light having a peak wavelength of 446 nm is used as the laser light source for excitation light, and the laser light having a peak wavelength of 460 nm is emitted to the laser light source for blue light. By using the first semiconductor laser 211, it is possible to improve the color gamut at a lower cost.
以上のようにして、このような照明装置20Aを備えたプロジェクター1によれば、装置の小型化、軽量化を図りつつ、画像品質に優れた表示を行うことが可能となる。 As described above, according to the projector 1 including such an illumination device 20A, it is possible to perform display with excellent image quality while reducing the size and weight of the device.
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図5〜図9を用いて説明する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態のプロジェクター1bは、照明装置2bを備えている。プロジェクター1bの基本構成は第1実施形態のプロジェクター1と同様であるが、照明装置2bの構成がプロジェクター1の照明装置2の構成と異なる。プロジェクター1と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を適宜省略する。 The projector 1b according to this embodiment includes a lighting device 2b. The basic configuration of the projector 1b is the same as that of the projector 1 of the first embodiment, but the configuration of the illumination device 2b is different from the configuration of the illumination device 2 of the projector 1. Constituent elements common to the projector 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
(プロジェクター)
図5は、本実施形態に係るプロジェクター1bの概略構成を示す平面図である。
図5に示すように、プロジェクター1bは、照明装置2bと、色分離光学系3と、光変調装置4R、光変調装置4Gおよび光変調装置4Bと、合成光学系5と、投射光学系6と、を備えている。
(projector)
FIG. 5 is a plan view showing a schematic configuration of the projector 1b according to the present embodiment.
As shown in FIG. 5, the projector 1b includes an illumination device 2b, a color separation optical system 3, a light modulation device 4R, a light modulation device 4G and a light modulation device 4B, a synthesis optical system 5, and a projection optical system 6. It is equipped with.
(照明装置)
次に、本実施形態に係る照明装置2bについて説明する。
図6は、第2実施形態の照明装置を示す概略構成図である。
図6に示すように、照明装置2bは、アレイ光源21Bと、コリメーター光学系22と、アフォーカル光学系23と、位相差板28aと、ホモジナイザー光学系24と、偏光分離素子50Aと、第1のピックアップ光学系26と、蛍光発光素子27と、位相差素子28bと、第2のピックアップ光学系29と、拡散反射素子30eと、均一照明光学系40と、を含んでいる。アレイ光源21B、コリメーター光学系22、アフォーカル光学系23、位相差板28aおよびホモジナイザー光学系24は、光源装置25を構成する。光源装置25は、偏光分離素子50Aに対するP偏光成分および偏光分離素子50Aに対するS偏光成分を含む第3の光を射出する。第3の光に含まれるP偏光成分は、特許請求の範囲における、第1の偏光状態の第1の成分に相当する。第3の光に含まれるS偏光成分は、特許請求の範囲における、第2の偏光状態の第2の成分に相当する。本実施形態の場合、第3の光は楕円偏光または円偏光であるが、第3の光は、P偏光とS偏光とが混合された光であってもよい。
(Lighting device)
Next, the illuminating device 2b which concerns on this embodiment is demonstrated.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating the illumination device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 6, the illumination device 2b includes an array light source 21B, a collimator optical system 22, an afocal optical system 23, a phase difference plate 28a, a homogenizer optical system 24, a polarization separation element 50A, 1 pickup optical system 26, fluorescent light emitting element 27, phase difference element 28b, second pickup optical system 29, diffuse reflection element 30e, and uniform illumination optical system 40 are included. The array light source 21B, the collimator optical system 22, the afocal optical system 23, the phase difference plate 28a, and the homogenizer optical system 24 constitute a light source device 25. The light source device 25 emits third light including a P-polarized component for the polarization separation element 50A and an S-polarization component for the polarization separation element 50A. The P-polarized component contained in the third light corresponds to the first component in the first polarization state in the claims. The S polarization component included in the third light corresponds to the second component in the second polarization state in the claims. In the present embodiment, the third light is elliptically polarized light or circularly polarized light, but the third light may be light in which P-polarized light and S-polarized light are mixed.
光源装置25と、偏光分離素子50Aと、位相差素子28bと、第2のピックアップ光学系29と、拡散反射素子30eとは、光軸ax1上に配置されている。一方、蛍光発光素子27と、第1のピックアップ光学系26と、偏光分離素子50Aと、均一照明光学系40とは、光軸ax2上に配置されている。光軸ax1と光軸ax2とは、同一面内にあり、互いに直交する。 The light source device 25, the polarization separation element 50A, the phase difference element 28b, the second pickup optical system 29, and the diffuse reflection element 30e are disposed on the optical axis ax1. On the other hand, the fluorescent light emitting element 27, the first pickup optical system 26, the polarization separation element 50A, and the uniform illumination optical system 40 are disposed on the optical axis ax2. The optical axis ax1 and the optical axis ax2 are in the same plane and are orthogonal to each other.
アレイ光源21Bは、複数の半導体レーザー211を備えている。半導体レーザー211は、直線偏光の青色光からなる光ビームBL’を射出する。後述するように、光ビームBL’の一部は、偏光分離素子50Aにより分離されて蛍光体層の励起光となる。光ビームBL’の他の一部は、偏光分離素子50Aにより分離され、拡散反射素子を経て画像表示用の青色光となる。 The array light source 21B includes a plurality of semiconductor lasers 211. The semiconductor laser 211 emits a light beam BL ′ made of linearly polarized blue light. As will be described later, a part of the light beam BL 'is separated by the polarization separation element 50A to become excitation light of the phosphor layer. The other part of the light beam BL 'is separated by the polarization separation element 50A, and becomes blue light for image display through the diffuse reflection element.
アレイ光源21Bから射出された光ビームBL’は、コリメーター光学系22に入射する。コリメーター光学系22を透過した光ビームBL’は、アフォーカル光学系23に入射する。 The light beam BL ′ emitted from the array light source 21 </ b> B enters the collimator optical system 22. The light beam BL ′ that has passed through the collimator optical system 22 enters the afocal optical system 23.
アフォーカル光学系23を透過した光ビームBL’は、位相差板28aを透過して円偏光に変換される。位相差板28aを透過した光ビームBL’は、ホモジナイザー光学系24に入射する。 The light beam BL 'that has passed through the afocal optical system 23 passes through the phase difference plate 28a and is converted into circularly polarized light. The light beam BL ′ that has passed through the phase difference plate 28 a is incident on the homogenizer optical system 24.
光源装置25から射出された光ビームBL’は、偏光分離素子50Aに入射する。偏光分離素子50Aは、円偏光の光ビームBL’を、偏光分離素子50Aに対するS偏光成分の光ビームBMSeとP偏光成分の光ビームBMpとに分離する。S偏光成分の光ビームBMSeは、偏光分離素子50Aで反射され、蛍光発光素子27に向けて進み、励起光として用いられる。P偏光成分の光ビームBMpは、偏光分離素子50Aを透過し、拡散反射素子30eに向けて進む。また、偏光分離素子50Aは、青色光とは波長帯が異なる蛍光光YLを、偏光状態にかかわらず透過させる波長選択性を有している。 The light beam BL ′ emitted from the light source device 25 enters the polarization separation element 50A. The polarization separation element 50A separates the circularly polarized light beam BL ′ into an S-polarized component light beam BM Se and a P-polarized component light beam BMp for the polarization separation element 50A. The light beam BM Se of the S polarization component is reflected by the polarization separation element 50A, travels toward the fluorescent light emitting element 27, and is used as excitation light. The P-polarized component light beam BMp passes through the polarization separation element 50A and travels toward the diffuse reflection element 30e. Further, the polarization separation element 50A has a wavelength selectivity that transmits the fluorescent light YL having a wavelength band different from that of the blue light regardless of the polarization state.
偏光分離素子50Aで反射された光ビームBMSeは、第1のピックアップ光学系26に入射する。 The light beam BM Se reflected by the polarization beam splitting element 50A enters the first pickup optical system 26.
蛍光体層34は、例えば波長460nmの励起光(光ビームBMSe)により励起される蛍光体を含む。蛍光体は、例えば500〜700nmの波長域にピーク波長を有する蛍光光(黄色光)YLを生成する。蛍光体層34には、偏光分離素子50Aで反射した第2の成分であるS偏光の光ビームBMSeが入射する。 The phosphor layer 34 includes a phosphor that is excited by, for example, excitation light (light beam BM Se ) having a wavelength of 460 nm. The phosphor generates fluorescent light (yellow light) YL having a peak wavelength in a wavelength range of 500 to 700 nm, for example. The S-polarized light beam BM Se that is the second component reflected by the polarization separation element 50A is incident on the phosphor layer 34.
蛍光体層34から射出された蛍光光YLは、偏光方向が揃っていない非偏光光である。蛍光光YLは、第1のピックアップ光学系26を通過した後、偏光分離素子50に入射する。偏光分離素子50は偏光状態にかかわらず蛍光光YLを透過させる特性を有しているため、蛍光光YLは、偏光分離素子50を透過し、インテグレータ光学系31に向かって進む。 The fluorescent light YL emitted from the phosphor layer 34 is non-polarized light whose polarization direction is not uniform. The fluorescent light YL enters the polarization separation element 50 after passing through the first pickup optical system 26. Since the polarization separation element 50 has a characteristic of transmitting the fluorescence light YL regardless of the polarization state, the fluorescence light YL passes through the polarization separation element 50 and proceeds toward the integrator optical system 31.
一方、偏光分離素子50Aを経由したP偏光の光ビームBMPは、位相差素子28bに入射する。位相差素子28bは、偏光分離素子50Aと拡散反射素子30eとの間の光路中に配置された1/4波長板で構成されている。したがって、偏光分離素子50Aから射出されたP偏光の光ビームBMPは、位相差素子28bにより円偏光の光ビームBMCに変換される。本実施形態においては、光ビームBMCは右円偏光である。その後、光ビームBMCは、第2のピックアップ光学系29に入射する。 On the other hand, the light beam BM P of P polarized light passed through the polarization separation element 50A is incident on the phase difference element 28b. The phase difference element 28b is composed of a quarter-wave plate disposed in the optical path between the polarization separation element 50A and the diffuse reflection element 30e. Therefore, the light beam BM P of P-polarized light emitted from the polarization separation element 50A is converted into a light beam BM C circularly polarized light by the phase difference element 28b. In the present embodiment, the light beam BM C is right circularly polarized light. Thereafter, the light beam BM C is incident on the second pick-up optical system 29.
第2のピックアップ光学系29は、光ビームBMCを拡散反射素子30eに向けて集光させる。 The second pickup optical system 29, a light beam BM C toward the diffuse reflection element 30e is condensed.
拡散反射素子30eは、第2のピックアップ光学系29から射出された光ビームBMCを偏光分離素子50Aに向けて拡散反射させる。拡散反射素子30eは、第1実施形態における拡散反射素子30と同様に、複数の曲面を含む凹凸構造143を有する。拡散反射素子30eには、位相差素子28bを透過することで偏光状態が変化した第1の成分が入射する。 Diffuse reflective element 30e diffuses reflects the light beam BM C emitted from the second pick-up optical system 29 to the polarization separation element 50A. Similar to the diffuse reflection element 30 in the first embodiment, the diffuse reflection element 30 e has a concavo-convex structure 143 including a plurality of curved surfaces. The first component whose polarization state has been changed by passing through the phase difference element 28b is incident on the diffuse reflection element 30e.
以下、拡散反射素子30eに入射した光ビームBMCが左円偏光の光ビームBMC’に変換される場合について説明する。
光ビームBMC’は、再び位相差素子28bに入射することによって、S偏光の光ビームBMSdに変換される。その後、光ビームBMSdは偏光分離素子50Aに入射する。本実施形態においては、光ビームBMC’は左円偏光であるため、光ビームBMSdは特許請求の範囲における第2の偏光状態の第4の成分に相当する。すなわち、特許請求の範囲における、拡散反射素子30eで反射し位相差素子28bを透過した第1の成分は、第1の偏光状態の成分を含まない。ただし、凹凸構造143の形状によっては、拡散反射素子30eに入射した光ビームBMCが完全な左円偏光としては反射されない場合がある。この場合は、拡散反射素子30eで反射し位相差素子28bを透過した第1の成分は、第1の偏光状態の成分をいくらか含む。
The following describes the case where the light beam BM C incident on the diffuse reflection element 30e is converted into light beam BM C 'of the left circularly polarized light.
The light beam BM C ′ is again incident on the phase difference element 28b, thereby being converted into an S-polarized light beam BM Sd . Thereafter, the light beam BM Sd enters the polarization separation element 50A. In the present embodiment, since the light beam BM C ′ is left circularly polarized light, the light beam BM Sd corresponds to the fourth component of the second polarization state in the claims. In other words, the first component reflected by the diffuse reflection element 30e and transmitted through the phase difference element 28b does not include the component of the first polarization state. However, depending on the shape of the concavo-convex structure 143 it may not be reflected in the light beam BM C incident on the diffuse reflection element 30e is a full left-circularly polarized light. In this case, the first component reflected by the diffuse reflection element 30e and transmitted through the phase difference element 28b includes some components of the first polarization state.
S偏光の光ビームBMSdは、偏光分離素子50Aにより反射され、インテグレータ光学系31に向かって進む。このようにして、青色光である光ビームBMSdと黄色光である蛍光光YLとが合成された白色の照明光WLが得られる。 The S-polarized light beam BM Sd is reflected by the polarization separation element 50 </ b> A and travels toward the integrator optical system 31. In this way, white illumination light WL obtained by combining the light beam BM Sd that is blue light and the fluorescent light YL that is yellow light is obtained.
ところで、アレイ光源21Bから射出された光の利用効率を高めるためには、光ビームBMSdがS偏光である直線偏光として偏光分離素子50Aに入射することが好ましい。光ビームBMc’が楕円偏光の場合、光ビームBMc’は位相差素子28bを透過しても楕円偏光のままである。偏光分離素子50Aに入射する光ビームBMSdは楕円偏光であるため、偏光分離素子50Aで反射されないP偏光成分を含む。そのため、偏光分離素子50Aによって反射された光ビームBMSdの光量が少なくなる。光ビームBMc’が左円偏光の場合、光ビームBMc’は位相差素子28bによってS偏光である直線偏光に変換されるため、偏光分離素子50Aによって反射された光ビームBMsdの光量が最大となる。 Incidentally, in order to increase the utilization efficiency of the light emitted from the array light source 21B, it is preferable that the light beam BM Sd is incident on the polarization separation element 50A as linearly polarized light that is S-polarized light. When the light beam BMc ′ is elliptically polarized light, the light beam BMc ′ remains elliptically polarized light even if it passes through the phase difference element 28b. Since the light beam BM Sd incident on the polarization separation element 50A is elliptically polarized light, it includes a P-polarized component that is not reflected by the polarization separation element 50A. Therefore, the light amount of the light beam BM Sd reflected by the polarization separation element 50A is reduced. When the light beam BMc ′ is left circularly polarized light, the light beam BMc ′ is converted into linearly polarized light that is S-polarized light by the phase difference element 28b, so that the light amount of the light beam BMsd reflected by the polarization separation element 50A becomes maximum. .
ここで、拡散反射素子30eに光が垂直に入射すると仮定する。拡散反射素子30eが右円偏光の光ビームBMcを左円偏光の光ビームBMc’に変換するためには、拡散反射素子30eは、入射した直線偏光を、その偏光状態を維持したまま反射させる特性を持っていなければならない。偏光状態が維持されない場合、光ビームBMc’は楕円偏光になる。したがって、拡散反射素子30eによって直線偏光の偏光状態が維持される割合が高いほど、偏光分離素子50Aによって反射された光ビームBMSdの光量が多い。その結果、照明光WLとして利用される成分が多くなり、光利用効率を高めることができる。 Here, it is assumed that light enters the diffuse reflection element 30e perpendicularly. In order for the diffuse reflection element 30e to convert the right circularly polarized light beam BMc into the left circularly polarized light beam BMc ′, the diffuse reflection element 30e reflects the incident linearly polarized light while maintaining its polarization state. Must have. When the polarization state is not maintained, the light beam BMc ′ becomes elliptically polarized light. Accordingly, the higher the proportion of the linearly polarized light that is maintained by the diffuse reflection element 30e, the greater the amount of light beam BM Sd reflected by the polarization separation element 50A. As a result, more components are used as the illumination light WL, and the light use efficiency can be increased.
偏光状態を維持するための具体的な手段としては、拡散反射素子30eの凹凸構造のアスペクト比を適切な範囲内に調整すればよい。
図7は、本実施形態の拡散反射素子30eを示す断面図である。
図7に示すように、拡散反射素子30eは、基材141と、基材141の一面141aに設けられた反射膜142と、を備えている。基材141の一面には、凹部143aと凸部143bとが交互に設けられた凹凸構造143が形成されている。反射膜142は、例えば銀、アルミニウムなどの反射率の高い金属材料で構成されている。基材141の材料は特に限定されないが、耐熱性が高い材料であることが好ましい。反射膜142は、基材141の凹凸構造143の形状が反映されるような所定の膜厚で形成されている。なお、基材141は光反射性を有する材料で構成されていてもよく、その場合には反射膜が別途設けられていなくてもよい。
As a specific means for maintaining the polarization state, the aspect ratio of the concavo-convex structure of the diffuse reflection element 30e may be adjusted within an appropriate range.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the diffuse reflection element 30e of this embodiment.
As shown in FIG. 7, the diffuse reflection element 30 e includes a base material 141 and a reflective film 142 provided on one surface 141 a of the base material 141. On one surface of the base material 141, a concavo-convex structure 143 in which concave portions 143a and convex portions 143b are alternately provided is formed. The reflective film 142 is made of a metal material having a high reflectance such as silver or aluminum. Although the material of the base material 141 is not specifically limited, It is preferable that it is a material with high heat resistance. The reflective film 142 is formed with a predetermined film thickness that reflects the shape of the concavo-convex structure 143 of the substrate 141. In addition, the base material 141 may be comprised with the material which has light reflectivity, and the reflective film does not need to be provided separately in that case.
隣り合う2つの凸部143b間の距離(もしくは隣り合う2つの凹部143a間の距離)をピッチPとし、凹部143aの最下部から凸部143bの最上部までの距離を凹部143aの深さDとしたとき、凹凸構造143のアスペクト比をD/Pと定義する。 A distance between two adjacent convex portions 143b (or a distance between two adjacent concave portions 143a) is defined as a pitch P, and a distance from the lowermost portion of the concave portion 143a to the uppermost portion of the convex portion 143b is defined as the depth D of the concave portion 143a. The aspect ratio of the concavo-convex structure 143 is defined as D / P.
ここで、本発明者らは、凹凸構造143のアスペクト比と光利用効率との関係を調べた。具体的には、凹凸構造143のアスペクト比が異なる拡散反射素子30eを実際に作成し、偏光分離素子50Aを介して射出された光の光量を測定した。また、平坦な反射面を持つ鏡面反射素子で拡散反射素子30eを置き換えた場合に得られる光量を基準光量とした。そして、拡散反射素子30eを用いて得られた光量と基準光量との比を算出した。鏡面反射素子では、入射光が反射素子で1回だけ正反射するため、垂直に入射した直線偏光の偏光状態は100%維持される。したがって、拡散反射素子を鏡面反射素子と置き換えた場合には光利用効率が最大となる。 Here, the inventors examined the relationship between the aspect ratio of the concavo-convex structure 143 and the light utilization efficiency. Specifically, diffuse reflection elements 30e having different aspect ratios of the concavo-convex structure 143 were actually created, and the amount of light emitted through the polarization separation element 50A was measured. The amount of light obtained when the diffuse reflection element 30e was replaced with a specular reflection element having a flat reflection surface was used as the reference light amount. And the ratio of the light quantity obtained using the diffuse reflection element 30e and the reference light quantity was calculated. In the specular reflection element, the incident light is specularly reflected only once by the reflection element, so that the polarization state of the vertically polarized linearly polarized light is maintained at 100%. Therefore, when the diffuse reflection element is replaced with a specular reflection element, the light utilization efficiency is maximized.
図8は、拡散反射素子のアスペクト比と光量比との関係を示すグラフである。
図8の横軸はアスペクト比であり、図8の縦軸は光量比(%)である。2本のグラフAおよびグラフBは、拡散反射素子に入射する光の光路上の光学系の構成を変え、拡散反射素子に入射する光の強度分布を異ならせた2種類の実験結果を示している。
なお、アスペクト比がゼロとは、鏡面反射素子を用いたことに対応する。したがって、アスペクト比がゼロの場合、垂直に入射した直線偏光の偏光状態が100%維持される結果、光量比は100%となる。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the aspect ratio and the light amount ratio of the diffuse reflection element.
The horizontal axis in FIG. 8 is the aspect ratio, and the vertical axis in FIG. 8 is the light amount ratio (%). Two graphs A and B show two types of experimental results in which the configuration of the optical system on the optical path of the light incident on the diffuse reflector is changed and the intensity distribution of the light incident on the diffuse reflector is different. Yes.
Note that an aspect ratio of zero corresponds to the use of a specular reflection element. Therefore, when the aspect ratio is zero, the polarization state of the linearly polarized light that is incident vertically is maintained at 100%, so that the light amount ratio is 100%.
図8に示すように、2種類の光学系で共通する傾向として、光量比が75%以上の領域(光学系Aではアスペクト比が0.35以下の領域、光学系Bではアスペクト比が0.25以下の領域)では、アスペクト比の増加に伴って光量比は緩やかに低下する傾向を示す。これに対して、光量比が75%未満の領域(光学系Aではアスペクト比が0.35よりも大きい領域、光学系Bではアスペクト比が0.25よりも大きい領域)では、アスペクト比の増加に伴って光量比は急激に低下する傾向を示す。この理由は、アスペクト比が相対的に小さい領域では凹部が浅いため、入射光が凹部内で反射される回数が少なく、偏光状態が維持される割合が大きい。これに対して、アスペクト比が相対的に大きい領域では凹部が深いため、入射光が凹部内で多重反射する割合が増加し、偏光状態が維持される光の割合が小さくなるため、と推定される。このように、多重反射しないことが好ましい。 As shown in FIG. 8, as a tendency common to the two types of optical systems, a region having a light amount ratio of 75% or more (a region having an aspect ratio of 0.35 or less in the optical system A, and an aspect ratio of 0.1 in the optical system B). In the region of 25 or less), the light amount ratio tends to gradually decrease as the aspect ratio increases. On the other hand, in the area where the light quantity ratio is less than 75% (the area where the aspect ratio is larger than 0.35 in the optical system A and the area where the aspect ratio is larger than 0.25 in the optical system B), the aspect ratio increases. Along with this, the light quantity ratio tends to decrease rapidly. This is because the concave portion is shallow in a region where the aspect ratio is relatively small, so that the number of times incident light is reflected in the concave portion is small, and the ratio of maintaining the polarization state is large. On the other hand, in the region where the aspect ratio is relatively large, the concave portion is deep, and therefore the ratio of incident light that is multiply reflected within the concave portion increases, and the proportion of light that maintains the polarization state decreases. The Thus, it is preferable that multiple reflections do not occur.
以上の実験結果から、上記の光量比が75%以上の値を示すように凹凸構造のアスペクト比を設定することにより、ある程度高い光利用効率が得られることが実証された。ただし、図8に示すように、光量比が75%以上の値を示すためのアスペクト比の範囲は、用いる光学系によって異なる。 From the above experimental results, it was proved that the light utilization efficiency can be increased to some extent by setting the aspect ratio of the concavo-convex structure so that the above-mentioned light quantity ratio shows a value of 75% or more. However, as shown in FIG. 8, the range of the aspect ratio for showing a light amount ratio of 75% or more differs depending on the optical system used.
上述したように、光利用効率を高める観点からすれば、凹凸構造のアスペクト比は極力小さい方が好ましい。しかしながら、凹凸構造のアスペクト比を小さくし過ぎると、別の問題が生じる。 As described above, from the viewpoint of improving the light utilization efficiency, it is preferable that the aspect ratio of the concavo-convex structure is as small as possible. However, if the aspect ratio of the concavo-convex structure is too small, another problem arises.
拡散光の拡散角度分布は凹凸構造のアスペクト比と相関があり、凹凸構造のアスペクト比が小さいと、それに伴って拡散角度分布が小さくなる。一般に、蛍光体層から射出される蛍光と拡散層から射出される拡散光とでは配光分布が異なる。具体的には、拡散光の拡散角度分布は蛍光の拡散角度分布よりも小さい。そのため、本実施形態の照明装置の場合、凹凸構造のアスペクト比が小さ過ぎると、青色光の拡散角度分布が小さくなり過ぎ、蛍光発光素子から射出される黄色光の拡散角度分布との差異が大きくなって色むらが発生する、という問題がある。 The diffusion angle distribution of the diffused light has a correlation with the aspect ratio of the concavo-convex structure. When the aspect ratio of the concavo-convex structure is small, the diffusion angle distribution becomes small accordingly. In general, the light distribution is different between the fluorescence emitted from the phosphor layer and the diffused light emitted from the diffusion layer. Specifically, the diffusion angle distribution of diffused light is smaller than the diffusion angle distribution of fluorescence. Therefore, in the illumination device of the present embodiment, if the aspect ratio of the concavo-convex structure is too small, the diffusion angle distribution of blue light becomes too small, and the difference from the diffusion angle distribution of yellow light emitted from the fluorescent light emitting element is large. There is a problem that uneven color occurs.
そこで、本発明者らは、凹凸構造のアスペクト比と色むらとの関係を調べた。
具体的には、凹凸構造のアスペクト比を種々変えた拡散反射素子を実際に作成して本実施形態のプロジェクターに組み込み、照明装置から射出された光をスクリーン上に投射し、投射画像の色むらを測定した。色むらの測定方法としては、ズームレンズをワイド設定とし、色彩照度計を用いてスクリーン(被照明領域)上の13箇所の測定点において黒体軌跡からの偏差値(Δu’v’)を測定した。黒体軌跡からの偏差値Δu’v’が大きい程、色むらが大きいことを示す。
Therefore, the present inventors examined the relationship between the aspect ratio of the concavo-convex structure and the color unevenness.
Specifically, diffuse reflection elements with various aspect ratios of the concavo-convex structure are actually created and incorporated in the projector of this embodiment, and the light emitted from the illumination device is projected onto the screen, resulting in uneven color of the projected image. Was measured. As a method for measuring color unevenness, a zoom lens is set to a wide range, and a deviation value (Δu′v ′) from a black body locus is measured at 13 measurement points on a screen (illuminated area) using a color illuminance meter. did. The larger the deviation value Δu′v ′ from the black body locus, the greater the color unevenness.
図9は、拡散反射素子のアスペクト比と色むら相対比との関係を示すグラフである。横軸はアスペクト比であり、縦軸は色むら相対比(%)である。ここで、拡散反射素子30eを鏡面反射素子で置き換えたときの偏差値Δu’v’を基準色むらと定義する。色むら相対比は、所定のアスペクト比を有する拡散反射素子を用いたときの偏差値(色むら)Δu’v’の、基準色むらに対する比である。色むら相対比が小さい方が、色むらが認識されにくい。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the aspect ratio of the diffuse reflection element and the relative color unevenness ratio. The horizontal axis is the aspect ratio, and the vertical axis is the color unevenness relative ratio (%). Here, the deviation value Δu′v ′ when the diffuse reflection element 30 e is replaced with a specular reflection element is defined as reference color unevenness. The color unevenness relative ratio is a ratio of the deviation value (color unevenness) Δu′v ′ when the diffuse reflection element having a predetermined aspect ratio is used to the reference color unevenness. Color unevenness is less likely to be recognized when the color unevenness relative ratio is smaller.
図9に示すように、色むら相対比が50%を超える領域、アスペクト比で言い換えると、アスペクト比が0.002未満の領域では、アスペクト比の増加に伴って色むら相対比は100%から急激に低下する傾向を示す。これに対して、色むら相対比が50%以下の領域、アスペクト比で言い換えると、アスペクト比が0.002以上の領域では、アスペクト比を増加させても、色むら相対比は大きく変化せず、50%程度の値で略一定となる傾向を示す。 As shown in FIG. 9, in an area where the color unevenness relative ratio exceeds 50%, in other words, in an area where the aspect ratio is less than 0.002, the color unevenness relative ratio increases from 100% as the aspect ratio increases. It shows a tendency to decrease rapidly. On the other hand, in the area where the color unevenness relative ratio is 50% or less, in other words, in the area where the aspect ratio is 0.002 or more, even if the aspect ratio is increased, the color unevenness relative ratio does not change greatly. , Tend to be substantially constant at a value of about 50%.
また、本発明者らは、スクリーン上の投射画像を実際に目視して色むらの感応評価を行った。その結果を下の[表1]に示す。
[表1]においては、拡散反射素子に入射させる光の光路上の光学系の構成(光学系Aおよび光学系B)を変えることによって、入射光の強度分布を異ならせた2種類の実験結果を示している。なお、表1における「○」は、色むらが視認されないことを示している。「△」は、色むらは視認されるものの、気にならない程度に色むらが軽微であることを示している。「×」は、色むらが気になることを示している。
In addition, the present inventors actually performed a visual evaluation of the projected image on the screen and performed a sensitivity evaluation of color unevenness. The results are shown in [Table 1] below.
In [Table 1], two types of experimental results in which the intensity distribution of incident light is made different by changing the configuration of the optical system (optical system A and optical system B) on the optical path of the light incident on the diffuse reflection element. Is shown. Note that “◯” in Table 1 indicates that color unevenness is not visually recognized. “Δ” indicates that although the color unevenness is visually recognized, the color unevenness is so slight as not to be noticed. “X” indicates that color unevenness is a concern.
[表1]から明らかなように、色むら相対比が50%の場合、色むらが視認されないことが判った。色むら相対比が90%の場合、光学系によっては色むらが視認されるものの、画像表示にとって特に問題ないレベルであることが判った。これに対し、色むら相対比が100%の場合、色むらが気になり、画像表示に支障を来すレベルであることが判った。 As is apparent from [Table 1], it was found that when the relative ratio of color unevenness was 50%, the color unevenness was not visually recognized. When the color unevenness relative ratio was 90%, it was found that although the color unevenness was visually recognized depending on the optical system, the level was not particularly problematic for image display. On the other hand, it was found that when the relative ratio of color unevenness was 100%, the color unevenness was a concern and the image display was hindered.
図9および表1の結果から、色むら相対比が90%以下の値を示すように凹凸構造のアスペクト比を設定することによって、実用上問題ないレベルまで色むらが低減されることが判った。さらに、色むら相対比が50%以下の値を示すように凹凸構造のアスペクト比を設定することによって、色むらが最大限のレベルまで低減されることが判った。なお、色むら相対比が90%となるアスペクト比は0.0075であり、色むら相対比が50%となるアスペクト比は0.0027であった。 From the results of FIG. 9 and Table 1, it was found that the color unevenness can be reduced to a level where there is no practical problem by setting the aspect ratio of the concavo-convex structure so that the color unevenness relative ratio shows a value of 90% or less. . Furthermore, it was found that the color unevenness is reduced to the maximum level by setting the aspect ratio of the concavo-convex structure so that the color unevenness relative ratio shows a value of 50% or less. The aspect ratio at which the color unevenness relative ratio was 90% was 0.0075, and the aspect ratio at which the color unevenness relative ratio was 50% was 0.0027.
以上述べたように、拡散反射素子から得られる青色光の光利用効率を高めつつ、拡散光と蛍光光との拡散角度分布のバランスを取って色むらを抑制するためには、偏光分離素子を介して射出された光の光量と基準光量との比を75%以上とし、かつ、色むら相対比を90%以下、より好ましくは色むら相対比を50%以下とするように、拡散反射素子の凹凸構造のアスペクト比を制御すればよい。 As described above, in order to suppress the uneven color distribution by balancing the diffusion angle distribution of the diffused light and the fluorescent light while improving the light utilization efficiency of the blue light obtained from the diffuse reflection element, the polarization separation element is used. The diffuse light reflecting element so that the ratio of the amount of light emitted through the light source and the reference light amount is 75% or more, and the color unevenness relative ratio is 90% or less, more preferably 50% or less. The aspect ratio of the concavo-convex structure may be controlled.
ところで、上記の光量比や色むら相対比を所定の範囲内に制御するためには、拡散反射素子の凹凸構造が規則的であることが好ましい。すなわち、凹凸構造のピッチPもしくは凹部の深さDを一定に設計することが好ましい。しかしながら、拡散反射素子の製造プロセス上の要因によって、実際に完成した拡散反射素子の凹凸構造のピッチPや凹部の深さDがばらついたとしても、本実施形態の照明装置に支障なく用いることができる。もしくは、凹凸構造のピッチPもしくは凹部の深さDがランダムになるように設計してもよい。 By the way, in order to control the light quantity ratio and the color unevenness relative ratio within a predetermined range, it is preferable that the uneven structure of the diffuse reflection element is regular. That is, it is preferable that the pitch P of the concavo-convex structure or the depth D of the concave portion is designed to be constant. However, even if the pitch P of the concavo-convex structure of the diffuse reflection element and the depth D of the concave part of the diffuse reflection element that are actually completed vary due to factors in the manufacturing process of the diffuse reflection element, the diffuser reflection element can be used without any problem in the illumination device of this embodiment. it can. Or you may design so that the pitch P of a concavo-convex structure or the depth D of a recessed part may become random.
本発明者らは、規則的な凹凸構造を有する拡散反射素子とランダムな凹凸構造を有する拡散反射素子とを作製し、光利用効率と色むらとを評価した。具体的には、アスペクト比を0.05で一定にした拡散反射素子と0.05を中心としてアスペクト比をランダムにばらつかせた拡散反射素子とを用いた。 The present inventors produced diffuse reflection elements having a regular uneven structure and diffuse reflection elements having a random uneven structure, and evaluated light utilization efficiency and color unevenness. Specifically, a diffuse reflection element having a constant aspect ratio of 0.05 and a diffuse reflection element having an aspect ratio randomly varied around 0.05 were used.
光利用効率(図8の光量比)は、いずれの場合も96%であった。 The light utilization efficiency (light quantity ratio in FIG. 8) was 96% in all cases.
また、プロジェクターのズームレンズをワイド設定またはテレ設定として、上記の偏差値(Δu’v’)を測定した結果を図10に示す。 FIG. 10 shows the result of measuring the deviation value (Δu′v ′) with the projector zoom lens set to the wide setting or the tele setting.
図10に示すように、凹凸構造のランダム性の有無による偏差値Δu’v’の差は、ワイド設定、テレ設定の双方ともに0.001程度であった。0.001程度の偏差値Δu’v’の差は、目視される色むらとしては無視できるレベルである。 As shown in FIG. 10, the difference of the deviation value Δu′v ′ depending on the presence or absence of the randomness of the concavo-convex structure was about 0.001 in both the wide setting and the tele setting. The difference of the deviation value Δu′v ′ of about 0.001 is a level that can be ignored for visually observed color unevenness.
以上のことから、拡散反射素子の凹凸構造のピッチPや凹部の深さDは、一定であってもよいし、ランダムであってもよいことが確認された。なお、ピッチPや凹部の深さDがランダムである場合のアスペクト比は、複数箇所の凹凸のピッチPや凹部の深さDの平均値と考えることができる。平均値を算出する際の凹部もしくは凸部の母数は適宜決定すればよい。 From the above, it was confirmed that the pitch P of the concavo-convex structure of the diffuse reflection element and the depth D of the concave portion may be constant or random. The aspect ratio in the case where the pitch P and the depth D of the recesses are random can be considered as an average value of the pitch P and the depth D of the recesses at a plurality of locations. What is necessary is just to determine suitably the parameter of a recessed part or a convex part at the time of calculating an average value.
[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態について図11を用いて説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は第2実施形態の照明装置と同様であるが、拡散反射素子と蛍光発光素子との位置関係が第2実施形態と異なる。
図11は、第3実施形態の照明装置の概略構成図である。
図11において、第2実施形態における照明装置2bと共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the illumination device of the present embodiment is the same as that of the illumination device of the second embodiment, but the positional relationship between the diffuse reflection element and the fluorescent light emitting element is different from that of the second embodiment.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a lighting apparatus according to the third embodiment.
In FIG. 11, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as the illuminating device 2b in 2nd Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
本実施形態の偏光分離素子が第2実施形態の偏光分離素子と異なる点は、青色光とは波長帯が異なる蛍光光を、その偏光状態にかかわらず反射させる特性を有する点である。このような偏光分離素子の特性の相違に伴って、本実施形態の照明装置では、拡散反射素子と蛍光発光素子との位置関係が第2実施形態と入れ替わっている。 The polarization separation element of this embodiment is different from the polarization separation element of the second embodiment in that it has a characteristic of reflecting fluorescent light having a wavelength band different from that of blue light regardless of its polarization state. With such a difference in the characteristics of the polarization separation element, in the illumination device of this embodiment, the positional relationship between the diffuse reflection element and the fluorescent light emitting element is replaced with that in the second embodiment.
図11に示すように、本実施形態の照明装置52においては、光源装置25と、偏光分離素子53と、第1のピックアップ光学系26と、蛍光発光素子27とは、光軸ax1上に配置されている。 As shown in FIG. 11, in the illumination device 52 of the present embodiment, the light source device 25, the polarization separation element 53, the first pickup optical system 26, and the fluorescent light emitting element 27 are arranged on the optical axis ax1. Has been.
拡散反射素子30eと、第2のピックアップ光学系29と、位相差板28bと、偏光分離素子53と、インテグレータ光学系31と、偏光変換素子32と、重畳光学系33とは、光軸ax2上に配置されている。本実施形態においても、拡散反射素子30eが凹凸構造を有し、凹凸構造のアスペクト比が第2実施形態と同様に設定されている。 The diffuse reflection element 30e, the second pickup optical system 29, the phase difference plate 28b, the polarization separation element 53, the integrator optical system 31, the polarization conversion element 32, and the superposition optical system 33 are on the optical axis ax2. Is arranged. Also in this embodiment, the diffuse reflection element 30e has an uneven structure, and the aspect ratio of the uneven structure is set in the same manner as in the second embodiment.
本実施形態のプロジェクターにおいて、S偏光の光ビームBMSは、偏光分離素子53で反射され、位相差素子28bに向けて進む。偏光分離素子53から射出された光ビームBMSは、位相差素子28bにより右円偏光の光ビームBMCに変換される。その後、光ビームBMCは、第2のピックアップ光学系29を経て拡散反射素子30eに入射する。拡散反射素子30eは、入射した光ビームBMCを左円偏光のBMC’に変換して偏光分離素子53に向けて拡散反射させる。本実施形態においても、拡散反射素子30eから射出された光ビームBMC’が左円偏光である場合について説明する。 The projector of this embodiment, the light beam BM S of S-polarized light is reflected by the polarization beam splitter 53 and travels toward the retardation element 28b. The light beam BM S emitted from the polarization separating element 53 is converted into light beam BM C of right-handed circularly polarized light by the phase difference element 28b. Thereafter, the light beam BM C is incident on the diffuse reflection element 30e via the second pickup system 29. Diffuse reflective element 30e is a light beam BM C which enters into a BM C 'of the left circularly polarized light is diffused reflected toward the polarization separation element 53. Also in the present embodiment, the case where the light beam BM C ′ emitted from the diffuse reflection element 30e is left circularly polarized light will be described.
拡散反射素子30eで拡散反射された光ビームBMC’は、再び位相差素子28bに入射することによって、P偏光の光ビームBMPdに変換される。その後、P偏光の光ビームBMPdは、偏光分離素子53を透過し、インテグレータ光学系31に向かって進む。一方、P偏光成分の光ビームBMpは、偏光分離素子53を透過し、励起光として蛍光発光素子27に向けて進む。 The light beam BM C ′ diffusely reflected by the diffuse reflection element 30e is incident on the phase difference element 28b again, thereby being converted into a P-polarized light beam BM Pd . Thereafter, the P-polarized light beam BM Pd passes through the polarization separation element 53 and proceeds toward the integrator optical system 31. On the other hand, the P-polarized component light beam BMp passes through the polarization separation element 53 and travels toward the fluorescent light emitting element 27 as excitation light.
本実施形態においても、拡散反射素子30eから得られる青色光の光利用効率を高めつつ、色むらを抑制することができる、という第1実施形態と同様の効果が得られる。 Also in the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained in that the color unevenness can be suppressed while improving the light use efficiency of the blue light obtained from the diffuse reflection element 30e.
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に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。
例えば上記実施形態で用いた拡散反射板では、凹凸構造は曲面からなる複数の凹部によって構成されていたが、曲面からなる複数の凸部によって構成されていてもよい。すなわち、図3に示した拡散反射板に対して、凹凸形状が反転した拡散反射板を用いてもよい。また、凹凸構造は曲面からなる複数の凹部と曲面からなる複数の凸部によって構成されていてもよい。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the diffusive reflector used in the above embodiment, the concavo-convex structure is configured by a plurality of concave portions having a curved surface, but may be configured by a plurality of convex portions having a curved surface. That is, you may use the diffuse reflection board which the uneven | corrugated shape reversed with respect to the diffuse reflection board shown in FIG. Moreover, the concavo-convex structure may be composed of a plurality of concave portions made of a curved surface and a plurality of convex portions made of a curved surface.
第1実施形態では、第1の波長帯が第2の波長帯とは異なる例を挙げたが、第1の波長帯は第2の波長帯と一致していてもよい。 In the first embodiment, the first wavelength band is different from the second wavelength band. However, the first wavelength band may coincide with the second wavelength band.
各実施形態の照明装置では、偏光分離素子と拡散反射素子との間に設ける位相差素子として1/4波長板が用いられているが、位相差素子の位相差は必ずしも1/4波長に限ることはなく、適宜変更が可能である。その他、照明装置およびプロジェクターの各種構成要素の形状、数、配置、材料などについては、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。 In the illuminating device of each embodiment, a quarter-wave plate is used as a phase difference element provided between the polarization separation element and the diffuse reflection element, but the phase difference of the phase difference element is not necessarily limited to a quarter wavelength. It is not necessary to make any changes. In addition, the shape, number, arrangement, material, and the like of various components of the illumination device and the projector are not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate.
各実施形態において、拡散反射素子は固定されていてもよいし、第1実施形態のように回転可能に構成されていてもよい。 In each embodiment, the diffuse reflection element may be fixed, or may be configured to be rotatable as in the first embodiment.
各実施形態では、本発明による光源装置を、液晶ライトバルブを用いた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。光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに搭載してもよい。 In each embodiment, although the example which mounted the light source device by this invention in the projector using a liquid crystal light valve was shown, it is not restricted to this. You may mount in the projector using a digital micromirror device as a light modulation apparatus.
各実施形態では、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。 In each embodiment, although the example which mounted the light source device by this invention in the projector was shown, it is not restricted to this. The light source device according to the present invention can also be applied to lighting fixtures, automobile headlights, and the like.
1,1b…プロジェクター、2,2b,20A,52…照明装置、4R,4G,4B…光変調装置、6…投射光学系、21A…アレイ光源(光源装置)、21B…アレイ光源、25…光源装置、28,28b…位相差素子、30,30e…拡散反射素子、34…蛍光体層、37…反射部、43a,45a,46a,143…凹凸構造、44,47…反射膜、50A,53…偏光分離素子、211…第1の半導体レーザー(第1の光源)、212…第2の半導体レーザー(第2の光源)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1b ... Projector, 2, 2b, 20A, 52 ... Illumination device, 4R, 4G, 4B ... Light modulation device, 6 ... Projection optical system, 21A ... Array light source (light source device), 21B ... Array light source, 25 ... Light source Device, 28, 28b ... Phase difference element, 30, 30e ... Diffuse reflection element, 34 ... Phosphor layer, 37 ... Reflection part, 43a, 45a, 46a, 143 ... Uneven structure, 44, 47 ... Reflection film, 50A, 53 ... polarization separation element, 211 ... first semiconductor laser (first light source), 212 ... second semiconductor laser (second light source).
Claims (9)
前記照明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、
前記照明装置は、
レーザー光を射出する光源装置と、
前記レーザー光が入射する第1位相差素子と、
前記第1位相差素子から射出した前記レーザー光を、第1の偏光状態を有する第1の成分と、前記第1の偏光状態とは異なる第2の偏光状態を有する第2の成分と、に分離する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子を経由した前記第1の成分が入射し、前記第1の成分の偏光状態を変化させる第2位相差素子と、
複数の曲面を含む凹凸構造を有し、前記第2位相差素子を透過した前記第1の成分を拡散反射する拡散反射素子と、
前記偏光分離素子を経由した前記第2の成分が入射し、前記第2の成分により励起されて、前記レーザー光の波長帯とは異なる波長帯の光を発する蛍光体層と、を備え、
前記拡散反射素子で反射された前記第1の成分は、前記第2位相差素子に入射して、前記第2の偏光状態を有する光ビームに変換され、
前記蛍光体層が発する光と前記光ビームとが前記偏光分離素子を経由して前記照明光として射出されることを特徴とするプロジェクター。 An illumination device that emits illumination light;
A light modulation device that forms image light by modulating the illumination light according to image information;
A projection optical system for projecting the image light,
The lighting device includes:
A light source device for emitting laser light;
A first phase difference element on which the laser beam is incident;
The laser light emitted from the first phase difference element is divided into a first component having a first polarization state and a second component having a second polarization state different from the first polarization state. A polarized light separating element to separate;
A second phase difference element that is incident on the first component via the polarization separation element and changes a polarization state of the first component;
A diffusive reflecting element having a concavo-convex structure including a plurality of curved surfaces, and diffusively reflecting the first component transmitted through the second phase difference element;
A phosphor layer that is incident on the second component via the polarization separation element and is excited by the second component to emit light in a wavelength band different from the wavelength band of the laser light; and
The first component reflected by the diffuse reflection element is incident on the second phase difference element and converted into a light beam having the second polarization state,
The projector, wherein the light emitted from the phosphor layer and the light beam are emitted as the illumination light via the polarization separation element.
前記基材における前記第1の成分が入射する側の面に、前記凹凸構造が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプロジェクター。 The diffuse reflection element includes a base material made of metal,
The projector according to claim 1, wherein the concavo-convex structure is provided on a surface of the base material on a side on which the first component is incident.
前記基材における前記第1の成分が入射する側の面に、前記凹凸構造が設けられ、
前記凹凸構造の表面に、前記凹凸構造の形状に沿って金属反射膜が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプロジェクター。 The diffuse reflection element includes a base material made of glass,
The concavo-convex structure is provided on the surface of the base on which the first component is incident,
The projector according to claim 1, wherein a metal reflective film is provided on a surface of the concavo-convex structure along the shape of the concavo-convex structure.
前記偏光分離素子は、前記レーザー光の波長帯とは異なる波長帯の光を、偏光状態に係わらず透過させ、
前記蛍光体層の前記第2の成分が入射する面とは反対側に設けられ、前記蛍光体層が発する光を反射する反射部、を備えることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のプロジェクター。 In the lighting device,
The polarization separation element transmits light in a wavelength band different from the wavelength band of the laser light regardless of the polarization state,
6. The phosphor layer according to claim 1, further comprising a reflecting portion that is provided on a side opposite to a surface on which the second component of the phosphor layer is incident and reflects light emitted from the phosphor layer. The projector according to any one of the above.
前記偏光分離素子は、前記レーザー光の波長帯とは異なる波長帯の光を、偏光状態に係わらず反射させ、
前記蛍光体層の前記第2の成分が入射する面とは反対側に設けられ、前記蛍光体層が発する光を反射する反射部、を備えることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のプロジェクター。 In the lighting device,
The polarization separation element reflects light in a wavelength band different from the wavelength band of the laser light regardless of the polarization state,
6. The phosphor layer according to claim 1, further comprising a reflecting portion that is provided on a side opposite to a surface on which the second component of the phosphor layer is incident and reflects light emitted from the phosphor layer. The projector according to any one of the above.
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