JP7775703B2

JP7775703B2 - 画像投射装置

Info

Publication number: JP7775703B2
Application number: JP2021211190A
Authority: JP
Inventors: 淳真下; 果澄中村; 桃太朗吉田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2021-12-24
Publication date: 2025-11-26
Anticipated expiration: 2041-12-24
Also published as: US11843723B2; JP2023095358A; US20230209025A1

Description

本発明は、画像投射装置に関する。

ＬＤ光源を使用した光源装置では、複数のＬＤ光源と蛍光体を使用して、３色の光を発光する技術がある。３色の光を発光する光源装置では、透過型の蛍光体を使用した場合、蛍光体による光の変換効率が低く、プロジェクタの出力が低くなる。そのため、３色の光を発光する光源装置では、反射型の蛍光体を使用することが一般的である。

また、特許文献１には、蛍光体の発光効率を最適な状態に保つことを目的として、蛍光体が発光した蛍光の蛍光光路を同一にする技術が開示されている。また、特許文献２には、励起光源の発光輝度のばらつき、および励起光源の寿命による輝度のばらつきに依らずに、赤色の光および青色の光のカラーバランスを良好に維持することを目的として、蛍光体が発光した蛍光の蛍光光路を同一にする構成が開示されている。

しかし、反射型の蛍光体を使用した光源装置は、各色の光の蛍光光路の長さを同等にするために左右対称の構成が多く、ＬＤ光源の冷却が困難であったり、冷却を考慮して光学素子が増えて大型化したりする場合がある。そのため、小型化した光源装置は、複数の蛍光光路の長さを同等にすることが難しく色ムラが目立つ。また、特許文献１記載の技術では、変換効率の高い反射型の蛍光体を用いた光学系において蛍光光路を同一にすることが困難である。また、特許文献２記載の技術では、出力を高くするために複数の光源を用いた光学系において蛍光光路を同一にすることが困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化した光源装置において発生する色ムラを抑制することができる画像投射装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、特定の波長の第１の励起光を出射する第１の光源と、特定の波長の第２の励起光を出射する第２の光源と、前記第１の励起光を異なる所定の波長に変換する面状の第１の波長変換素子と、前記第２の励起光を前記第１の波長変換素子とは異なる所定の波長に変換する面状の第２の波長変換素子と、を備える。前記第１の波長変換素子および前記第２の波長変換素子は、互いが独立した位置に配置される。また、前記第１の波長変換素子と第２の波長変換素子の位置は、お互いの面が垂直に交わる位置に配置される。また、前記第１の波長変換素子から出射される光の光路長と前記第２の波長変換素子から出射される光の光路長は、同等である。前記第１の励起光の光軸および前記第２の励起光の光軸の少なくとも１つは、前記第１の波長変換素子から出射される光の光軸および前記第２の波長変換素子から出射された光の光軸で形成された面と同一平面外に配置される。

本発明によれば、小型化した光源装置において発生する色ムラを抑制することができる、という効果を奏する。

図１は、本実施の形態にかかる画像投射装置の構成の一例を示す図である。図２は、本実施の形態にかかる画像投射装置が有する光源装置の構成の一例を示す図である。図３は、本実施の形態にかかる画像投射装置が有する光源装置の具体的な構成の一例を説明するための図である。図４は、実施例１にかかる光源装置の構成の一例を説明するための図である。図５は、実施例２にかかる光源装置の構成の一例を説明するための図である。

以下に添付図面を参照して、画像投射装置の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本実施の形態にかかる画像投射装置の構成の一例を示す図である。本実施の形態にかかる画像投射装置は、図１に示すように、光源装置１、画像表示素子２、照明光学系３、投射光学系４等を有する。

画像表示素子２は、画像を形成する画像表示素子の一例である。照明光学系３は、光源装置１から出射される光を画像表示素子２に導く照明光学系の一例である。投射光学系４は、画像表示素子２に形成される画像を拡大してスクリーン等の表示部に投射する投射光学系の一例である。

図２は、本実施の形態にかかる画像投射装置が有する光源装置の構成の一例を示す図である。光源装置１は、３色の光を発光（出射）する光源装置の一例であり、光の変換効率の高い反射型の２つの蛍光体を用いて、２つの蛍光体から出射される光の光路長を同等の長さにし、かつ小型化された光源装置である。

具体的には、光源装置１は、図１に示すように、３つのレーザ光源１０１～１０３を用いた光源装置である。１つ目のレーザ光源１０１は、青色の励起光を出射し、当該青色の励起光をダイクロイックミラー１０４に反射させ、青色の励起光をそのままライトトンネルＬＴまで導く。

２つ目のレーザ光源１０２（第１の光源の一例）は、青色の励起光（特定の波長の第１の励起光の一例）を出射し、当該青色の励起光をダイクロイックミラー１０５で反射させて蛍光体（赤）１０６に照射する。赤色の蛍光体１０６（第１の波長変換素子の一例）は、青色の励起光とは異なる波長の赤色の光（所定の波長の光の一例）に変換する面状の波長変換素子であり、赤色の光をライトトンネルＬＴまで導く。

３つ目のレーザ光源１０３（第２の光源の一例）は、青色の励起光（特定の波長の第２の励起光の一例）を出射し、当該青色の励起光をダイクロイックミラー１０７で反射させて蛍光体（緑）１０８に照射する。緑色の蛍光体１０８（第２の波長変換素子の一例）は、蛍光体１０６とは異なる波長の緑色の光（所定の波長の光の一例）に変換する面状の波長変換素子であり、緑色の光をダイクロイックミラー１０５に反射させ、ライトトンネルＬＴまで導く。

この構成の光源装置１では、蛍光体１０６，１０８で変換後の光（蛍光）のライトトンネルＬＴまでの光路（以下、蛍光光路という）の長さ（光路長）が同等になっている。すなわち、蛍光体１０６から出射される赤色の光の光路長と、蛍光体１０８から出射される緑色の光の光路長とが、同等である。また、蛍光体１０６，１０８は、互いに独立した位置に配置され、かつ互いの面が垂直に交わる位置に配置されている。また、ダイクロイックミラー１０５は、その上下で透過と反射の波長域が異なる構成であっても良い。例えば、ダイクロイックミラー１０５は、上部では、赤反射コートと青反射コート、下部では、青反射コートのみのように波長域を変更しても良い。また、ダイクロイックミラー１０５は、上部では、レーザ光源１０３（光源）から出射した励起光を透過し、蛍光体１０８で緑色の蛍光に変換し、当該緑色の蛍光を反射する。まだ、ダイクロイックミラー１０５は、下部では、レーザ光源１０２（光源）から出射した励起光を反射し、蛍光体１０６で赤色の蛍光に変換し、赤色の蛍光を透過する。これにより、光源装置１は３色の光を照明光学系３に導くことができる。ダイクロイックミラー１０７は、光を透過させる光路にミラーが無い構成である。

図３は、本実施の形態にかかる画像投射装置が有する光源装置の具体的な構成の一例を説明するための図である。光源装置１を小型化するための立体構成としては、図３に示すように、レーザ光源１０２，１０３のうち少なくとも一方のレーザ光源（例えば、レーザ光源１０２）から出射される励起光の光軸を、２つの蛍光体１０６，１０８から出射（反射）される２つの光である蛍光（赤，緑）の光軸により形成される面とは、同一平面外に配置する。これにより、レーザ光源１０２から出射される励起光の光軸を、２つの蛍光体１０６，１０８から出射される２つの蛍光の光軸により形成される平面上に配置する構成と比較して、蛍光を照明系に導くためのダイクロイックミラーを１つにすることができるので、光学部品の構成要素を減らすことができる。その結果、出力が高く、色ムラが無く、かつ小型化を図った、３色の光を発光可能な光源装置１を実現できる。その際、レーザ光源１０２，１０３の位置のズレは、蛍光体１０６，１０８まで導く光学素子によって修正される。

このように、本実施の形態にかかる画像投射装置によれば、レーザ光源１０２，１０３のうち少なくとも一方のレーザ光源から出射される励起光の光軸を、２つの蛍光体１０６，１０８から出射される２つの光である蛍光の光軸により形成される面とは、同一平面外に配置する。これにより、レーザ光源１０２から出射される励起光の光軸を、２つの蛍光体１０６，１０８から出射される２つの蛍光の光軸により形成される平面上に配置する構成と比較して、蛍光を照明系に導くためのダイクロイックミラーを１つにすることができるので、光学部品の構成要素を減らすことができる。その結果、出力が高く、色ムラが無く、かつ小型化を図った、３色の光を発光可能な光源装置１を実現できる。

（実施例１）
本実施例は、第１の波長変換素子が配置された第１の回転体の軸が、励起光が入射された位置より、第２の波長変換素子と同じ側に配置され、第２の波長変換素子が配置された第２の回転体の軸が、励起光が入射される位置より、当該励起光の光源と反対側に配置される例である。

図４は、実施例１にかかる光源装置の構成の一例を説明するための図である。本実施例では、蛍光体１０６は、回転体４０１（第１の回転体の一例）に配置された蛍光体の層である。また、本実施例では、蛍光体１０８は、回転体４０２（第２の回転体の一例）に配置された蛍光体の層である。

そして、蛍光体１０６が配置された回転体の軸（回転軸）４０３は、レーザ光源１０２から青色の励起光が入射される位置より、蛍光体１０８と同じ側に配置される。また、蛍光体１０８が配置された回転体の軸（回転軸）４０４は、レーザ光源１０３から青色の励起光が入射される位置より、青色の励起光を出射したレーザ光源１０３と反対側に配置される。これにより、光源装置１の出力が高くなって蛍光体１０６，１０８の大きさが大型化した場合でも、蛍光体１０６，１０８の大型化を吸収して、光源装置１の大型化を抑制することができる。

（実施例２）
本実施例は、第１の波長変換素子が配置された第１の回転体の軸および第２の波長変換素子が配置された第２の回転体の軸で形成される面が、第１の波長変換素子から出射される光の光軸と第２の波長変換素子から出射される光の光軸で形成される面と平行である例である。

図５は、実施例２にかかる光源装置の構成の一例を説明するための図である。また、本実施例では、蛍光体１０６が回転体４０１に配置され、蛍光体１０８が回転体４０２に配置されている場合、図５に示すように、当該回転体４０１の回転軸４０３と回転体４０２の回転軸４０４で形成された面が、蛍光体１０６から出射される蛍光の光軸および蛍光体１０８から出射される蛍光の光軸で形成された面と平行に配置されている。これにより、蛍光体１０６，１０８が形成された回転体４０１，４０２（ホイール）の高さを一致させ、光源装置１全体の高さ方向の大きさへの影響をおさえることができる。

１光源装置
２画像表示素子
３照明光学系
４投射光学系
１０１，１０２，１０３レーザ光源
１０４，１０５，１０７ダイクロイックミラー
１０６，１０８蛍光体
４０１，４０２回転体
４０３，４０４回転軸
ＬＴライトトンネル

特開２０１２－１４１４１１号公報特開２０１１－１４５６８１号公報

Claims

特定の波長の第１の励起光を出射する第１の光源と、
特定の波長の第２の励起光を出射する第２の光源と、
前記第１の励起光を異なる所定の波長に変換する面状の第１の波長変換素子と、
前記第２の励起光を前記第１の波長変換素子とは異なる所定の波長に変換する面状の第２の波長変換素子と、を備え、
前記第１の波長変換素子および前記第２の波長変換素子は、互いが独立した位置に配置され、
前記第１の波長変換素子と前記第２の波長変換素子の位置は、お互いの面が垂直に交わる位置に配置され、
前記第１の波長変換素子から出射される光の光路長と前記第２の波長変換素子から出射される光の光路長は、同等であり、
前記第１の励起光の光軸および前記第２の励起光の光軸の少なくとも１つは、前記第１の波長変換素子から出射される光の光軸および前記第２の波長変換素子から出射された光の光軸で形成された面と同一平面外に配置される、画像投射装置。
前記第１の波長変換素子は、第１の回転体に配置された蛍光体の層であり、
前記第２の波長変換素子は、第２の回転体に配置された蛍光体の層であり、
前記第１の回転体の軸は、前記第１の励起光が入射された位置より、前記第２の波長変換素子と同じ側に配置され、
前記第２の回転体の軸は、前記第２の励起光が入射された位置より、前記第２の光源と反対側に配置される、請求項１に記載の画像投射装置。
画像を形成する画像表示素子と、
前記第１の励起光および前記第２の励起光を前記画像表示素子に導く照明光学系と、
前記画像表示素子の画像を拡大する投射光学系と、
を備える請求項１または２に記載の画像投射装置。
前記第１の波長変換素子は、第１の回転体に配置された蛍光体の層であり、
前記第２の波長変換素子は、第２の回転体に配置された蛍光体の層であり、
前記第１の回転体の軸および前記第２の回転体の軸で形成された面は、前記第１の波長変換素子から出射される光の光軸と前記第２の波長変換素子から出射された光の光軸で形成された面と平行である、請求項１から３のいずれか一に記載の画像投射装置。