JP2016153878A - Light source device and projection-type display device - Google Patents
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Abstract
【課題】青色光の出力を大幅に向上することができ、しかも小型で高輝度な光源装置を提供する。
【解決手段】本開示の光源装置は、固体光源と、固体光源から出射する青色の励起光を反射させるダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーで反射した励起光が入射する位相差板と、ダイクロイックミラーで反射し位相差板を透過した励起光が照射することにより蛍光光を発光する蛍光領域および励起光を反射させる反射領域が設けられた蛍光板と、位相差板と蛍光板との間に配置され、励起光と蛍光光を集光する複数の集光レンズと、を備える。複数の集光レンズのうち少なくとも蛍光板に最も近接する集光レンズは、線膨張係数が32.5×10−7以下の低熱膨張ガラス材からなるレンズである。
【選択図】図1A light source device that can greatly improve the output of blue light and that is small in size and high in luminance is provided.
A light source device according to the present disclosure includes a solid-state light source, a dichroic mirror that reflects blue excitation light emitted from the solid-state light source, a retardation plate on which excitation light reflected by the dichroic mirror is incident, and a dichroic mirror that reflects the light. When the excitation light transmitted through the phase difference plate is irradiated, the excitation light is disposed between the fluorescence plate having a fluorescent region that emits fluorescent light and a reflection region that reflects the excitation light, and the retardation plate and the fluorescent plate. And a plurality of condensing lenses for condensing the fluorescent light. Among the plurality of condensing lenses, at least the condensing lens closest to the fluorescent plate is a lens made of a low thermal expansion glass material having a linear expansion coefficient of 32.5 × 10 −7 or less.
[Selection] Figure 1
Description
本開示は、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)や小型のライトバルブ上に形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置、及びそれに使用される光源装置に関する。 The present disclosure relates to a projection display device that irradiates an image formed on a digital micromirror device (DMD) or a small light valve with illumination light, and enlarges and projects the image onto a screen by a projection lens, and is used for the projection display device. The present invention relates to a light source device.
ミラー偏向型のDMDや液晶パネルのライトバルブを用いた投写型表示装置の光源として、放電ランプが広く利用されている。放電ランプは寿命が短く信頼性が低い、という問題点を抱えている。この課題を解決するため、近年、光源として、長寿命である半導体レーザーや発光ダイオードの固体光源を用いた投写型表示装置が多数開示されている中、固体光源から出射する光の偏光特性を利用して、固体光源からの光を小型で、効率よく集光する光源装置が開示されている(特許文献1)(特許文献2)。 A discharge lamp is widely used as a light source of a projection display device using a mirror-deflection type DMD or a light valve of a liquid crystal panel. Discharge lamps have the problem of short life and low reliability. In order to solve this problem, in recent years, a large number of projection display devices using a solid-state light source such as a semiconductor laser or a light-emitting diode as a light source have been disclosed, and the polarization characteristics of light emitted from the solid-state light source are used. And the light source device which condenses the light from a solid light source compactly and efficiently is disclosed (patent document 1) (patent document 2).
本開示は青色光の出力を大幅に向上でき、小型で高輝度な光源装置を提供する。 The present disclosure provides a light source device that can greatly improve the output of blue light and is small and has high brightness.
本開示の光源装置は、固体光源と、固体光源から出射する青色の励起光を反射させるダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーで反射した励起光が入射する位相差板と、ダイクロイックミラーで反射し位相差板を透過した励起光が照射することにより蛍光光を発光する蛍光領域および励起光を反射させる反射領域が設けられた蛍光板と、位相差板と蛍光板との間に配置され、励起光と蛍光光を集光する複数の集光レンズと、を備える。複数の集光レンズのうち少なくとも蛍光板に最も近接する集光レンズは、線膨張係数が32.5×10−7以下のガラス材からなるレンズである。 A light source device according to the present disclosure includes a solid-state light source, a dichroic mirror that reflects blue excitation light emitted from the solid-state light source, a retardation plate on which excitation light reflected by the dichroic mirror is incident, and a retardation plate that is reflected by the dichroic mirror It is placed between a fluorescent plate with a fluorescent region that emits fluorescent light and a reflective region that reflects the excitation light, and between the phase difference plate and the fluorescent plate. A plurality of condensing lenses for condensing. Among the plurality of condensing lenses, at least the condensing lens closest to the fluorescent plate is a lens made of a glass material having a linear expansion coefficient of 32.5 × 10 −7 or less.
また、本開示の光源装置は、固体光源と、固体光源からの光を分離し、かつ、青色光、緑色光、および赤色光を合成するダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーで分離された一方の光を集光する蛍光側集光レンズと、蛍光側集光レンズで集光されたダイクロイックミラーからの光で励起されて蛍光光を発光する蛍光板と、ダイクロイックミラーで分離された他方の光を円偏光に変換する位相差板と、位相差板によって円偏光に変換された光を集光する反射板側集光レンズと、反射板側集光レンズからの光を反射して戻す反射板と、を備える。反射板に近接する反射板側集光レンズは線膨張係数が32.5×10−7以下のガラス材からなるレンズである。 In addition, the light source device of the present disclosure includes a solid light source, a dichroic mirror that separates light from the solid light source, and combines blue light, green light, and red light, and one light separated by the dichroic mirror. The fluorescent side condenser lens that condenses, the fluorescent plate that emits fluorescent light when excited by the light from the dichroic mirror collected by the fluorescent side condenser lens, and the other light separated by the dichroic mirror is circularly polarized A phase difference plate for conversion, a reflection side condensing lens for condensing light converted into circularly polarized light by the phase difference plate, and a reflection plate for reflecting and returning the light from the reflection side condensing lens . The reflector-side condensing lens adjacent to the reflector is a lens made of a glass material having a linear expansion coefficient of 32.5 × 10 −7 or less.
本開示によれば、少なくとも蛍光板や反射板に近接する集光レンズに低熱膨張材のレンズを備えることにより、偏光変換の効率が向上し、青色光の出力を大幅に向上できる。したがって、小型で高輝度な光源装置が構成できる。また、その光源装置を用いることにより、小型で明るく、長寿命の投写型表示装置が実現できる。 According to the present disclosure, by providing at least a condensing lens close to the fluorescent plate or the reflecting plate with a low thermal expansion material lens, the efficiency of polarization conversion can be improved and the output of blue light can be greatly improved. Therefore, a compact and high-brightness light source device can be configured. In addition, by using the light source device, a small, bright and long-life projection display device can be realized.
以下本開示を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present disclosure will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は本開示の実施の形態を示す光源装置11の構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a light source device 11 illustrating an embodiment of the present disclosure.
固体光源ユニット23は、放熱板21上に一定の間隔で2次元状に8個(2×4)を正方配置した半導体レーザー20とコリメートレンズ22を配置したものである。ヒートシンク24は固体光源ユニット23を冷却するためのものである。半導体レーザー20は、440nmから455nmの波長幅で青色光を発光し、直線偏光を出射する。半導体レーザー20から出射する偏光がダイクロイックミラー29の入射面に対してS偏光となるように、各半導体レーザーが配置されている。尚、図1では固体光源ユニット23から出射する各光束の様相と、ダイクロイックミラー29に対して入射および出射する光の偏光方向を示している。 The solid-state light source unit 23 includes a semiconductor laser 20 and a collimator lens 22 in which eight (2 × 4) squarely arranged in a two-dimensional manner at regular intervals on a heat radiating plate 21. The heat sink 24 is for cooling the solid light source unit 23. The semiconductor laser 20 emits blue light with a wavelength width of 440 nm to 455 nm and emits linearly polarized light. Each semiconductor laser is arranged so that the polarized light emitted from the semiconductor laser 20 becomes S-polarized light with respect to the incident surface of the dichroic mirror 29. FIG. 1 shows the appearance of each light beam emitted from the solid-state light source unit 23 and the polarization direction of light incident on and emitted from the dichroic mirror 29.
複数の半導体レーザー20を出射した光は、対応するコリメートレンズ22により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。光束群は、凸面のレンズ25、反射ミラー26、凹面のレンズ27により、光路を折り曲げられ、小径化された略平行光束となり、拡散板28に入射する。拡散板28はガラス製で表面の微細な凹凸形状により光を拡散する。拡散光の最大強度の50%となる半値角度幅である拡散角度は略3度と小さく、拡散光は偏光特性を保持する。拡散板28を出射した光は55度入射のダイクロイックミラー29に入射する。 The light emitted from the plurality of semiconductor lasers 20 is condensed by the corresponding collimator lens 22 and converted into a parallel light beam. The light beam group is bent into an optical path by a convex lens 25, a reflection mirror 26, and a concave lens 27, becomes a substantially parallel light beam with a reduced diameter, and is incident on the diffusion plate 28. The diffusing plate 28 is made of glass and diffuses light with a fine uneven shape on the surface. The diffusion angle, which is the half-value angle width that is 50% of the maximum intensity of the diffused light, is as small as about 3 degrees, and the diffused light retains the polarization characteristics. The light emitted from the diffuser plate 28 enters a dichroic mirror 29 having an incident angle of 55 degrees.
図2に、ダイクロイックミラー29の分光特性を示す。分光特性は波長に対する透過率を示している。その分光特性は、波長440〜455nmの半導体レーザー光のS偏光を95%以上の高い反射率で反射させ、P偏光を92%以上で透過する特性である。さらに、緑および赤色光のP偏光、S偏光はそれぞれ92%以上の高い透過率で透過する特性である。P偏光とS偏光で透過率50%となる波長の差を波長分離幅とすると、波長分離幅は31nmである。45度入射のダイクロイックミラーでは、一般的に、P偏光とS偏光の波長分離幅は約22nm以下であり、55度入射の方が、波長分離幅が広いため、半導体レーザーからの発光波長にばらつきがあっても、S偏光の光を高い反射率で反射し、P偏光を高い透過率で透過する特性を得ることができる。 FIG. 2 shows the spectral characteristics of the dichroic mirror 29. The spectral characteristics indicate the transmittance with respect to the wavelength. The spectral characteristic is a characteristic of reflecting S-polarized light of semiconductor laser light having a wavelength of 440 to 455 nm with a high reflectance of 95% or more and transmitting P-polarized light at 92% or more. Further, the P-polarized light and the S-polarized light of green and red light each have a characteristic of transmitting with a high transmittance of 92% or more. The wavelength separation width is 31 nm, where the wavelength separation width is the difference between the P-polarized light and the S-polarized light at a transmittance of 50%. In a dichroic mirror with 45 degree incidence, the wavelength separation width of P-polarized light and S-polarized light is generally about 22 nm or less, and since the wavelength separation width is wider at 55 degree incidence, the emission wavelength from the semiconductor laser varies. Even if there exists, the characteristic which reflects the light of S polarization with high reflectance and permeate | transmits P polarization with high transmittance | permeability can be acquired.
図1に示すように、ダイクロイックミラー29で反射したS偏光の青色光は、位相差板である1/4波長板30に入射する。1/4波長板30は半導体レーザー20の発光波長近傍において位相差が1/4波長となる位相差板である。1/4波長板30は耐熱、耐久性に優れた水晶で構成される。入射するS偏光の光は1/4波長板30で円偏光に変換される。1/4波長板30を透過した光は、第1集光レンズ31と第2集光レンズ32により蛍光板37に集光される。 As shown in FIG. 1, the S-polarized blue light reflected by the dichroic mirror 29 enters a quarter-wave plate 30 that is a retardation plate. The quarter wavelength plate 30 is a retardation plate whose phase difference becomes a quarter wavelength near the emission wavelength of the semiconductor laser 20. The quarter wave plate 30 is made of quartz having excellent heat resistance and durability. Incident S-polarized light is converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 30. The light transmitted through the quarter wavelength plate 30 is condensed on the fluorescent plate 37 by the first condenser lens 31 and the second condenser lens 32.
第1集光レンズ31と第2集光レンズ32により集光された光は、光強度がピーク強度に対して13.5%となる直径をスポット径と定義すると、スポット径が1mm〜2mmのスポット光に重畳され、蛍光板37に入射する。拡散板28はそのスポット光の径が所望の径となるよう光を拡散させている。 The light collected by the first condenser lens 31 and the second condenser lens 32 has a spot diameter of 1 mm to 2 mm when the diameter at which the light intensity is 13.5% of the peak intensity is defined as the spot diameter. The light is superimposed on the spot light and enters the fluorescent screen 37. The diffuser plate 28 diffuses the light so that the spot light has a desired diameter.
蛍光板37は、反射膜34と蛍光体層33を形成したアルミニウム基板35と、中央部にモーター36を備えた回転制御可能な円形基板である。蛍光板37のアルミニウム基板35は、熱伝導率の高いアルミニウムであり、かつ回転することにより、励起光による蛍光体層33の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。 The fluorescent plate 37 is a circularly controllable circular substrate having an aluminum substrate 35 on which a reflective film 34 and a phosphor layer 33 are formed, and a motor 36 at the center. The aluminum substrate 35 of the fluorescent plate 37 is made of aluminum having a high thermal conductivity, and by rotating, the temperature rise of the phosphor layer 33 due to the excitation light can be suppressed and the fluorescence conversion efficiency can be stably maintained.
図3(a)に、蛍光板37の蛍光領域と反射領域について示す。円形の蛍光板37は、3つのセグメントに分割され、そのうち2つのセグメントは緑色蛍光体40が塗布された蛍光領域と、赤色蛍光体41が塗布された蛍光領域であり、他の1つのセグメントは反射膜34のみを形成した反射領域42である。緑成分を含む光を蛍光発光する緑色蛍光体40としてはY3Al5O12:Ce3+、赤色成分を含む光を蛍光発光する赤色蛍光体41として、CaAlSiN3:Eu2+を用いている。反射領域42の反射膜34にはアルミニウムの金属膜を用いている。 FIG. 3A shows the fluorescent region and the reflective region of the fluorescent plate 37. The circular fluorescent plate 37 is divided into three segments, two of which are a fluorescent region coated with a green phosphor 40 and a fluorescent region coated with a red phosphor 41, and the other one segment is reflective. This is a reflection region 42 in which only the film 34 is formed. Y3Al5O12: Ce3 + is used as the green phosphor 40 that fluoresces light containing a green component, and CaAlSiN3: Eu2 + is used as the red phosphor 41 that fluoresces light containing a red component. An aluminum metal film is used for the reflective film 34 in the reflective region 42.
図3(b)は、蛍光領域と反射領域の厚み方向の構成を説明するための図3(a)の3B−3B断面図である。アルミニウム基板35上に反射膜34が形成され、その反射膜34の上に蛍光体層33が0.1〜0.2mm程度の厚みで印刷または塗布されている。蛍光領域の蛍光体層33に入射した光は、緑および赤色光を蛍光発光し、蛍光板37から出射する。また、蛍光領域の反射膜34側に発光する光は反射膜34で反射し、蛍光板37から出射する。一方、反射領域42の反射膜34に入射した円偏光の青色光は、逆周りの円偏光となり、蛍光板37から出射する。蛍光板37から出射した無偏光の光である緑および赤の蛍光光は、図1に示すように、第1集光レンズ31、第2集光レンズ32で集光され、略平行光に変換された後、1/4波長板30、ダイクロイックミラー29を透過する。 FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line 3B-3B in FIG. 3A for explaining the configuration in the thickness direction of the fluorescent region and the reflective region. A reflective film 34 is formed on the aluminum substrate 35, and the phosphor layer 33 is printed or applied on the reflective film 34 with a thickness of about 0.1 to 0.2 mm. The light incident on the phosphor layer 33 in the fluorescent region emits green and red light and emits from the fluorescent plate 37. Further, the light emitted toward the reflective film 34 in the fluorescent region is reflected by the reflective film 34 and is emitted from the fluorescent plate 37. On the other hand, circularly polarized blue light incident on the reflective film 34 in the reflective region 42 becomes circularly polarized light in the reverse direction and is emitted from the fluorescent plate 37. As shown in FIG. 1, green and red fluorescent lights that are non-polarized light emitted from the fluorescent plate 37 are condensed by the first condenser lens 31 and the second condenser lens 32 and converted into substantially parallel light. After that, the light passes through the quarter-wave plate 30 and the dichroic mirror 29.
一方、反射領域42で反射した青色光は、偏光特性が維持され、入射する円偏光とは逆周りの円偏光となり、図1に示すように、第1集光レンズ31と第2集光レンズ32で集光され、略平行光に変換された後、1/4波長板30でP偏光に変換される。P偏光に変換された光は、ダイクロイックミラー29を透過する。このようにして、ダイクロイックミラー29を透過した光は、白色光に合成される。励起光から各蛍光光への波長変換効率の値をもとに、3つのセグメントを適切な分割比(分割角度)とすることで、緑、赤および青色光の強度比が調整され、良好なホワイトバランスの白色光を得ることができる。 On the other hand, the blue light reflected by the reflection region 42 maintains the polarization characteristics, becomes circularly polarized light that is opposite to the incident circularly polarized light, and as shown in FIG. 1, the first condenser lens 31 and the second condenser lens. After being condensed at 32 and converted into substantially parallel light, it is converted into P-polarized light by the quarter-wave plate 30. The light converted to P-polarized light passes through the dichroic mirror 29. In this way, the light transmitted through the dichroic mirror 29 is combined with white light. Based on the value of the wavelength conversion efficiency from excitation light to each fluorescent light, the intensity ratio of green, red and blue light is adjusted by adjusting the three segments to an appropriate division ratio (division angle). White light with white balance can be obtained.
第1集光レンズ31と第2集光レンズ32は、蛍光板37から完全拡散光に近い特性で発光する光を効率よく集光するため、非球面形状の第1集光レンズ31と球面形状の第2集光レンズ32の2枚の集光レンズで略±70度の光を集光し、平行光に変換する。 The first condensing lens 31 and the second condensing lens 32 efficiently condense light emitted from the fluorescent plate 37 with characteristics close to completely diffused light. Light of approximately ± 70 degrees is collected by the two condenser lenses of the second condenser lens 32 and converted to parallel light.
第2集光レンズ32は、直径が20mmのレンズで蛍光板37から略1.5mmと近接して配置されている。このため、第2集光レンズ32の平面側での光強度分布は直径4mm程度のガウス分布となり、他の光学デバイスよりも光密度が高く、高温となる。また、第2集光レンズ32の中心部と周辺部の温度差も大きい。高温で、かつ、温度差が大きいレンズには、熱応力により、複屈折が生じ、円偏光の特性が楕円偏光となり、結果として偏光変換の効率が低下し、ダイクロイックミラー29を透過する青色光の出力が低下する。 The second condenser lens 32 is a lens having a diameter of 20 mm, and is arranged in the vicinity of approximately 1.5 mm from the fluorescent plate 37. For this reason, the light intensity distribution on the plane side of the second condenser lens 32 is a Gaussian distribution having a diameter of about 4 mm, and the light density is higher than that of other optical devices, resulting in a high temperature. Further, the temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the second condenser lens 32 is also large. A lens having a high temperature and a large temperature difference causes birefringence due to thermal stress, and circularly polarized light becomes elliptically polarized light. As a result, the efficiency of polarization conversion is reduced, and the blue light transmitted through the dichroic mirror 29 is reduced. Output decreases.
図4は、レンズ材として使用可能な一般のガラス材である光学ガラス102種(クラウン、フリント系)の線膨張係数と、3種の低熱膨張ガラス材の線膨張係数を示している。図4に示すように、光学ガラス102種の線膨張係数は最も小さくても60×10−7であり、かかる線膨張係数をもつ光学ガラスをレンズに用いた場合、上述の熱による偏光光に及ぼす影響が極めて大きい。従って、この値より十分小さい線膨張係数を有するレンズ用ガラス材を選定することが必要となる。 FIG. 4 shows the linear expansion coefficient of 102 types of optical glass (crown, flint type), which is a general glass material that can be used as a lens material, and the linear expansion coefficients of 3 types of low thermal expansion glass materials. As shown in FIG. 4, the optical glass 102 has a linear expansion coefficient of at least 60 × 10 −7 , and when optical glass having such a linear expansion coefficient is used for a lens, The effect is extremely large. Therefore, it is necessary to select a lens glass material having a linear expansion coefficient sufficiently smaller than this value.
このため、レンズ材として使用可能な種々の材料を検討したところ、線膨張係数が60×10−7よりも十分に小さい低熱膨張ガラス材として、線膨張係数が32.5×10−7のレンズ用ガラス材がある。この線膨張係数が32.5×10−7のレンズ用ガラス材としては、パイレックス(登録商標 以下同様)やテンパックス(登録商標 以下同様)のガラス材が使用できる。 Therefore, was examined various materials that can be used as a lens material, a sufficiently small low thermal expansion glass material than the linear expansion coefficient of 60 × 10 -7, the linear expansion coefficient of 32.5 × 10 -7 lens There is a glass material. As the glass material for lenses having a linear expansion coefficient of 32.5 × 10 −7 , a glass material of Pyrex (registered trademark and the like) and Tempax (registered trademark and the same) can be used.
かかる低熱膨張ガラス材を用いると、比較的高温化でも複屈折の発生が抑制され、偏光光に実質的な影響が及ばないことが確認された。 It has been confirmed that when such a low thermal expansion glass material is used, the occurrence of birefringence is suppressed even at a relatively high temperature, and the polarized light is not substantially affected.
パイレックスやテンパックスのレンズは、比較的安価であるが、図4に示すように、合成石英ガラスは線膨張係数が5.0×10−7〜5.9×10−7とこれらよりもさらに小さい。従って、レンズが比較的高価になるが、合成石英ガラスは更に高温化でも低熱膨張ガラス材として優れた性質をもつ。このため、合成石英ガラスをレンズに使用するのがより好ましい。 Pyrex and Tempax lenses are relatively inexpensive, but as shown in FIG. 4, synthetic quartz glass has a linear expansion coefficient of 5.0 × 10 −7 to 5.9 × 10 −7, which is even more than these. small. Therefore, although the lens becomes relatively expensive, synthetic quartz glass has excellent properties as a low thermal expansion glass material even at higher temperatures. For this reason, it is more preferable to use synthetic quartz glass for the lens.
図5に、低熱膨張ガラス材のレンズを用いた場合において、蛍光板37での励起光強度に対する青色光の相対出力強度を示す。第2集光レンズ32のガラス材として低熱膨張ガラス材の合成石英ガラスが用いられている。図5に示すように、蛍光板37への励起光強度に対して、ダイクロイックミラー29から出射する青色光の強度は比例して高くなる。 FIG. 5 shows the relative output intensity of the blue light with respect to the excitation light intensity at the fluorescent plate 37 in the case of using a low thermal expansion glass material lens. As the glass material of the second condenser lens 32, synthetic quartz glass of low thermal expansion glass material is used. As shown in FIG. 5, the intensity of the blue light emitted from the dichroic mirror 29 increases in proportion to the intensity of the excitation light to the fluorescent plate 37.
図6に、一般の光学ガラスのレンズを用いた場合において、蛍光板37での励起光強度に対する青色光の相対出力強度を示す。第2集光レンズ32のガラス材として線膨張係数が72×10−7のレンズが用いられている。図6に示すように、蛍光板37への励起光強度が高くなると、第2集光レンズ32での複屈折により、偏光方向の変換効率が低下して、ダイクロイックミラー29から出射する青色光の出力強度が低下する。 FIG. 6 shows the relative output intensity of blue light with respect to the excitation light intensity at the fluorescent plate 37 when a general optical glass lens is used. As the glass material of the second condenser lens 32, a lens having a linear expansion coefficient of 72 × 10 −7 is used. As shown in FIG. 6, when the intensity of the excitation light to the fluorescent plate 37 increases, the birefringence at the second condenser lens 32 decreases the conversion efficiency of the polarization direction, and the blue light output from the dichroic mirror 29 is output. Strength decreases.
図5と図6より、第2集光レンズ32が低熱膨張ガラス材の合成石英ガラスと一般の光学ガラス材とで青色光の出力強度を比較すると、合成石英ガラス材の方が、相対的な励起光強度が20の場合で1.14倍、励起光強度が40の場合で1.4倍の青色光の出力強度となる。第2集光レンズ32に低熱膨張ガラス材を用いることにより、青色光の出力強度が大幅に向上できる。第1集光レンズ31での複屈折が生じる場合には、第1集光レンズ31にも低熱膨張ガラス材のレンズを用いてもよい。この場合には、さらに青色光の出力が向上できる。 From FIG. 5 and FIG. 6, when the output intensity of the blue light is compared between the synthetic quartz glass of the low thermal expansion glass material and the general optical glass material, the second condenser lens 32 is relatively more in the synthetic quartz glass material. When the excitation light intensity is 20, the output intensity of blue light is 1.14 times, and when the excitation light intensity is 40, the output intensity of blue light is 1.4 times. By using a low thermal expansion glass material for the second condenser lens 32, the output intensity of blue light can be significantly improved. When birefringence occurs in the first condenser lens 31, a lens made of a low thermal expansion glass material may be used for the first condenser lens 31. In this case, the blue light output can be further improved.
図3に示す蛍光板37は3つのセグメントに分割されているが、赤色蛍光体、緑色蛍光体、Ce付活YAG系の黄色蛍光体および蛍光体が塗布されていない反射領域の4つのセグメントに分割してもよい。黄色蛍光体を用いることにより、ホワイトバランスがさらに良好で、明るい白色光を得ることができる。 The fluorescent plate 37 shown in FIG. 3 is divided into three segments, but is divided into four segments of a red phosphor, a green phosphor, a Ce-activated YAG-based yellow phosphor, and a reflective region to which no phosphor is applied. May be. By using a yellow phosphor, white balance is further improved and bright white light can be obtained.
P偏光とS偏光の波長分離幅を大きくするためダイクロイックミラーには55度入射のダイクロイックミラー29を用いているが、45度入射のダイクロイックミラーを用いてもよい。図1ではひとつの固体光源ユニット23を用いているが、複数の固体光源ユニットをミラーで合成して用いてもよい。 In order to increase the wavelength separation width of P-polarized light and S-polarized light, the dichroic mirror 29 uses the dichroic mirror 29 having an incident angle of 55 degrees, but a dichroic mirror having an incident angle of 45 degrees may be used. Although one solid light source unit 23 is used in FIG. 1, a plurality of solid light source units may be combined by a mirror and used.
以上のように本実施の形態の光源装置11は、少なくとも蛍光板37に近接する第2集光レンズ32には線膨張係数が32.5×10−7以下である低熱膨張ガラス材のレンズを備えるため、集光レンズの高温化に伴う複屈折を解消できて、青色光の出力が向上でき、高輝度な光源装置が構成できる。 As described above, in the light source device 11 according to the present embodiment, at least the second condenser lens 32 that is close to the fluorescent plate 37 includes a low thermal expansion glass material lens having a linear expansion coefficient of 32.5 × 10 −7 or less. Therefore, the birefringence accompanying the high temperature of the condenser lens can be eliminated, the output of blue light can be improved, and a high-luminance light source device can be configured.
(実施の形態2)
図7は本開示の実施の形態2を示す光源装置12の構成図である。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a configuration diagram of the light source device 12 according to the second embodiment of the present disclosure.
固体光源ユニット53は、放熱板51上に一定の間隔で2次元状に24個(6×4)を正方配置した半導体レーザー50とコリメートレンズ52を配置したものである。ヒートシンク54は固体光源ユニット53を冷却するためのものである。半導体レーザー50は、440nmから455nmの波長で青色光を発光し、直線偏光を出射する。半導体レーザー50は、ダイクロイックミラー59の入射面に対して、半導体レーザーの数量の約80%がS偏光、約20%がP偏光を出射するように、配置されている。ダイクロイックミラー59は、S偏光光を反射し、P偏光光を透過する特性を有する。尚、図7中では固体光源ユニット53から出射する各光束の様相も示している。 The solid-state light source unit 53 includes a semiconductor laser 50 and a collimating lens 52 in which 24 (6 × 4) are arranged in a two-dimensional manner at regular intervals on a heat radiating plate 51. The heat sink 54 is for cooling the solid light source unit 53. The semiconductor laser 50 emits blue light at a wavelength of 440 nm to 455 nm and emits linearly polarized light. The semiconductor laser 50 is arranged with respect to the incident surface of the dichroic mirror 59 such that about 80% of the number of semiconductor lasers emits S-polarized light and about 20% emits P-polarized light. The dichroic mirror 59 has a characteristic of reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light. In FIG. 7, the appearance of each light beam emitted from the solid light source unit 53 is also shown.
複数の半導体レーザー50を出射した光は、対応するコリメートレンズ52により、それぞれ集光され平行な光束55に変換される。光束55群は凸面のレンズ56と凹面のレンズ57により、さらに小径化され、拡散板58に入射する。拡散板58はガラス製で表面の微細な凹凸形状により光を拡散する。拡散光の最大強度の50%となる半値角度幅である拡散角度は略3度と小さく、拡散光は偏光特性を保持する。拡散板58を出射した光はダイクロイックミラー59に入射する。 The light emitted from the plurality of semiconductor lasers 50 is condensed by the corresponding collimator lens 52 and converted into a parallel light beam 55. The luminous flux 55 group is further reduced in diameter by a convex lens 56 and a concave lens 57 and is incident on the diffusion plate 58. The diffusing plate 58 is made of glass and diffuses light with a fine uneven shape on the surface. The diffusion angle, which is the half-value angle width that is 50% of the maximum intensity of the diffused light, is as small as about 3 degrees, and the diffused light retains the polarization characteristics. The light emitted from the diffusion plate 58 enters the dichroic mirror 59.
ダイクロイックミラー59に入射するS偏光の光束は、ダイクロイックミラー59で反射する。ダイクロイックミラー59で反射したS偏光の光束は、第1集光レンズ60、第2集光レンズ61により集光され、光強度がピーク強度に対して13.5%となる直径が1mm〜2mmのスポット光に重畳され、蛍光板66に入射する。第1集光レンズ60および第2集光レンズ61は蛍光側集光レンズを構成する。拡散板58はそのスポット光の径が所望の径となるよう光を拡散させている。 The S-polarized light beam incident on the dichroic mirror 59 is reflected by the dichroic mirror 59. The S-polarized light beam reflected by the dichroic mirror 59 is condensed by the first condenser lens 60 and the second condenser lens 61, and the diameter at which the light intensity is 13.5% of the peak intensity is 1 mm to 2 mm. The light is superimposed on the spot light and enters the fluorescent screen 66. The 1st condensing lens 60 and the 2nd condensing lens 61 comprise the fluorescence side condensing lens. The diffuser plate 58 diffuses the light so that the spot light has a desired diameter.
図8(a)は、蛍光板66の構成図であり、図8(b)は図8(a)に示す8B−8B断面図である。蛍光板66は、反射膜63、蛍光体層62を形成したアルミニウム基板64と中央部にモーター65を備えた回転制御可能な円形基板である。蛍光板66の反射膜63は可視光を反射する金属膜である。蛍光体層62には青色光により励起され、緑色成分と赤色成分を含んだ黄色光を発光するCe付活YAG系黄色蛍光体を形成している。この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組織はY3Al5O12である。蛍光体層62は円環状に形成している。スポット光で励起された蛍光体層62は緑色成分と赤色成分の光を含む黄色光を発光する。蛍光板66のアルミニウム基板64は熱伝導率の高いアルミニウムであり、かつ回転させることにより、励起光による蛍光体層62の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。 8A is a configuration diagram of the fluorescent plate 66, and FIG. 8B is an 8B-8B cross-sectional view shown in FIG. 8A. The fluorescent plate 66 is an aluminum substrate 64 on which a reflective film 63 and a phosphor layer 62 are formed, and a circular substrate that can be controlled in rotation and includes a motor 65 at the center. The reflection film 63 of the fluorescent plate 66 is a metal film that reflects visible light. In the phosphor layer 62, a Ce-activated YAG yellow phosphor that is excited by blue light and emits yellow light containing a green component and a red component is formed. A typical chemical structure of the crystal matrix of this phosphor is Y3Al5O12. The phosphor layer 62 is formed in an annular shape. The phosphor layer 62 excited by the spot light emits yellow light including green component light and red component light. The aluminum substrate 64 of the fluorescent plate 66 is aluminum having high thermal conductivity, and by rotating, the temperature rise of the phosphor layer 62 due to excitation light can be suppressed, and the fluorescence conversion efficiency can be stably maintained.
蛍光体層62に入射した光は、緑色、赤色成分の光を蛍光発光し、蛍光板66を出射する。また、反射膜63側に発光する光は反射膜63で反射して、蛍光板66を出射する。蛍光板66から出射した緑および赤色光は、第1集光レンズ60、及び第2集光レンズ61で集光され、略平行光に変換後、ダイクロイックミラー59を透過する。この場合、蛍光板66から出射した緑および赤色光は偏光特性を有しないため、第2集光レンズ61には低熱膨張ガラス材を用いなくてもよい。 The light incident on the phosphor layer 62 fluoresces green and red light components, and exits the fluorescent plate 66. Further, the light emitted to the reflective film 63 side is reflected by the reflective film 63 and is emitted from the fluorescent plate 66. The green and red light emitted from the fluorescent plate 66 is collected by the first condenser lens 60 and the second condenser lens 61, converted into substantially parallel light, and then transmitted through the dichroic mirror 59. In this case, since the green and red light emitted from the fluorescent plate 66 does not have polarization characteristics, it is not necessary to use a low thermal expansion glass material for the second condenser lens 61.
一方、ダイクロイックミラー59に入射するP偏光の光束は、ダイクロイックミラー59を透過する。ダイクロイックミラー59を透過するP偏光の青色光は、位相差板である1/4波長板67に入射する。1/4波長板67は半導体レーザー50の発光波長近傍において位相差が1/4波長となる位相差板である。1/4波長板67は水晶で構成される。入射するP偏光の光は1/4波長板67で円偏光に変換される。 On the other hand, the P-polarized light beam incident on the dichroic mirror 59 is transmitted through the dichroic mirror 59. The P-polarized blue light that passes through the dichroic mirror 59 is incident on a quarter-wave plate 67 that is a phase difference plate. The quarter wavelength plate 67 is a retardation plate whose phase difference becomes a quarter wavelength near the emission wavelength of the semiconductor laser 50. The quarter wave plate 67 is made of quartz. Incident P-polarized light is converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 67.
1/4波長板67を透過した光は、第3集光レンズ68、第4集光レンズ69により集光される。第3集光レンズ68、及び第4集光レンズ69の焦点距離は第1集光レンズ60、及び第2集光レンズ61と同程度であり、反射板70の近傍に集光スポットを形成する。集光されるスポット径は励起光と同程度の径となる。第3集光レンズ68および第4集光レンズ69は反射板側集光レンズを構成する。 The light transmitted through the quarter wavelength plate 67 is condensed by the third condenser lens 68 and the fourth condenser lens 69. The focal lengths of the third condenser lens 68 and the fourth condenser lens 69 are approximately the same as those of the first condenser lens 60 and the second condenser lens 61, and a condensing spot is formed in the vicinity of the reflector 70. . The spot diameter to be collected is about the same as the excitation light. The third condenser lens 68 and the fourth condenser lens 69 constitute a reflector side condenser lens.
反射板70はガラス製で、集光レンズ69側の面は微細な凹凸形状で光を拡散する面であり、もう一方の面には金属膜や誘電体膜の反射膜が形成されている。反射板70を拡散反射面として構成しているのは、レーザー光のスペックル低減や輝度均一性を確保するためである。また、反射板70は青色光の偏光特性を維持する範囲の拡散面である。反射板70で反射した光は円偏光の位相が反転し、再び、第3集光レンズ68、第4集光レンズ69で集光される。 The reflecting plate 70 is made of glass, and the surface on the condenser lens 69 side is a surface with a fine uneven shape for diffusing light. On the other surface, a reflective film of a metal film or a dielectric film is formed. The reason why the reflection plate 70 is configured as a diffuse reflection surface is to ensure speckle reduction and luminance uniformity of laser light. The reflection plate 70 is a diffusion surface in a range that maintains the polarization characteristics of blue light. The light reflected by the reflecting plate 70 is inverted in the phase of circularly polarized light, and is condensed again by the third condenser lens 68 and the fourth condenser lens 69.
第3集光レンズ68、及び第4集光レンズ69は、反射板70からの光を効率よく集光するため、非球面形状の第3集光レンズ68と球面形状の第4集光レンズ69の2枚の集光レンズで略±70度の光を集光し、平行光に変換する。 The third condensing lens 68 and the fourth condensing lens 69 condense light from the reflecting plate 70 efficiently, so that the aspherical third condensing lens 68 and the spherical fourth condensing lens 69 are collected. These two condensing lenses condense light of approximately ± 70 degrees and convert it into parallel light.
第4集光レンズ69は、直径が20mmのレンズで反射板70から略1.5mmと近接して配置されている。このため、第4集光レンズ69の平面側(反射板70側)での光強度分布は直径4mm程度のガウス分布となり、他の光学デバイスよりも光密度が高く、高温となる。また、第4集光レンズ69の中心部と周辺部の温度差も大きい。高温で、かつ、温度差が大きいレンズには、熱応力により、複屈折が生じ、円偏光の特性が楕円偏光となり、結果として偏光変換の効率が低下し、ダイクロイックミラー59を透過する青色光の出力が低下する。したがって、高温化によっても複屈折が生じないように、第4集光レンズ69は、線膨張係数が5×10−7の合成石英ガラスを用いた低熱膨張ガラス材のレンズとしている。なお、第3集光レンズ68での複屈折が生じる場合には、第3集光レンズ68にも低熱膨張ガラス材を用いることで、さらに青色光の出力が向上できる。 The fourth condenser lens 69 is a lens having a diameter of 20 mm, and is arranged in the vicinity of approximately 1.5 mm from the reflecting plate 70. For this reason, the light intensity distribution on the plane side (the reflection plate 70 side) of the fourth condenser lens 69 is a Gaussian distribution with a diameter of about 4 mm, and the light density is higher and the temperature is higher than other optical devices. Further, the temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the fourth condenser lens 69 is also large. A lens having a high temperature and a large temperature difference causes birefringence due to thermal stress, and circularly polarized light becomes elliptically polarized light. As a result, the efficiency of polarization conversion is reduced, and the blue light transmitted through the dichroic mirror 59 is reduced. Output decreases. Therefore, the fourth condenser lens 69 is a low thermal expansion glass material lens using synthetic quartz glass having a linear expansion coefficient of 5 × 10 −7 so that birefringence does not occur even when the temperature is increased. When birefringence occurs in the third condenser lens 68, the output of blue light can be further improved by using a low thermal expansion glass material for the third condenser lens 68 as well.
第3集光レンズ68、第4集光レンズ69を出射した光は1/4波長板67へ入射する。1/4波長板67に入射した光は円偏光からS偏光に変換され、S偏光の青色光はダイクロイックミラー59で反射する。 The light emitted from the third condenser lens 68 and the fourth condenser lens 69 enters the quarter wavelength plate 67. Light incident on the quarter-wave plate 67 is converted from circularly polarized light to S-polarized light, and S-polarized blue light is reflected by the dichroic mirror 59.
このようにして、蛍光板66からの緑および赤成分の蛍光光と、偏光特性を保持し、効率よく集光、均一化された青色光がダイクロイックミラー59で合成され、白色光となって出射する。蛍光発光の緑、赤成分を含む黄色光と半導体レーザー50の青色光により、良好なホワイトバランスの発光特性を得ることができる。この発光スペクトル特性は、投写型表示装置の光学系において青、緑、赤の3原色光に分離しても、所望の色度座標の単色光を得ることができる。 In this way, the green and red component fluorescent light from the fluorescent plate 66 and the blue light that has the polarization characteristics and is efficiently condensed and uniformed are synthesized by the dichroic mirror 59 and emitted as white light. . Good white balance emission characteristics can be obtained by yellow light containing green and red components of fluorescent light emission and blue light of the semiconductor laser 50. Even if this emission spectral characteristic is separated into three primary color lights of blue, green and red in the optical system of the projection display device, monochromatic light having a desired chromaticity coordinate can be obtained.
図7ではひとつの固体光源ユニット53を用いているが、複数の固体光源ユニットをミラーで合成して用いてもよい。ダイクロイックミラー59は青80%反射、緑および赤透過の特性を用いて説明したが、青80%透過緑および赤反射の特性であってもよい。 Although one solid light source unit 53 is used in FIG. 7, a plurality of solid light source units may be combined by a mirror and used. The dichroic mirror 59 has been described using the characteristics of blue 80% reflection, green and red transmission, but may be the characteristics of blue 80% transmission green and red reflection.
以上のように、本実施の形態の光源装置12は、少なくとも反射板70に近接する第4集光レンズ69には線膨張係数が32.5×10−7以下である低熱膨張ガラス材のレンズを備えるため、集光レンズの高温化に伴う複屈折を解消できて、青色光の出力が向上でき、高輝度な光源装置が構成できる。 As described above, in the light source device 12 according to the present embodiment, at least the fourth condensing lens 69 in the vicinity of the reflecting plate 70 has a low thermal expansion glass material lens having a linear expansion coefficient of 32.5 × 10 −7 or less. Therefore, the birefringence accompanying the high temperature of the condenser lens can be eliminated, the output of blue light can be improved, and a high-luminance light source device can be configured.
(実施の形態3)
図9は、本実施の形態の投写型表示装置を示している。画像形成手段として、1つのDMDを用いている。DMDは画像形成素子の一例である。
(Embodiment 3)
FIG. 9 shows the projection display apparatus of the present embodiment. One DMD is used as the image forming means. DMD is an example of an image forming element.
光源装置11は、青色の半導体レーザー20と、放熱板21と、コリメートレンズ22を備えた固体光源ユニット23を備える。ヒートシンク24は、固体光源ユニット23を冷却するためのものである。光源装置11は、更に、レンズ25とレンズ27、反射ミラー26、拡散板28、ダイクロイックミラー29、1/4波長板30、第1集光レンズ31、第2集光レンズ32、蛍光板37を備える。蛍光板37は、蛍光体層33と反射膜34を形成したアルミニウム基板35とモーター36から構成される。以上の構成は本開示の実施の形態1の光源装置11と同じである。 The light source device 11 includes a solid state light source unit 23 including a blue semiconductor laser 20, a heat radiating plate 21, and a collimating lens 22. The heat sink 24 is for cooling the solid light source unit 23. The light source device 11 further includes a lens 25 and a lens 27, a reflection mirror 26, a diffusion plate 28, a dichroic mirror 29, a ¼ wavelength plate 30, a first condenser lens 31, a second condenser lens 32, and a fluorescent plate 37. . The fluorescent plate 37 includes an aluminum substrate 35 on which a phosphor layer 33 and a reflective film 34 are formed, and a motor 36. The above configuration is the same as that of the light source device 11 according to the first embodiment of the present disclosure.
光源装置11から出射する光は、蛍光板37の回転により、時系列的に赤、緑、青色光を出射する。光源装置11からの光は、複数のレンズ素子から構成される第1のレンズアレイ板100に入射する。第1のレンズアレイ板100に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第2のレンズアレイ板101に収束する。第1のレンズアレイ板100のレンズ素子はDMD106と相似形の開口形状である。第2のレンズアレイ板101のレンズ素子は第1のレンズアレイ板100とDMD106が略共役関係となるようにその焦点距離を決めている。 The light emitted from the light source device 11 emits red, green, and blue light in time series by the rotation of the fluorescent plate 37. Light from the light source device 11 enters the first lens array plate 100 composed of a plurality of lens elements. The light beam incident on the first lens array plate 100 is divided into a number of light beams. A large number of the divided light beams converge on the second lens array plate 101 composed of a plurality of lenses. The lens elements of the first lens array plate 100 have an opening shape similar to that of the DMD 106. The focal length of the lens elements of the second lens array plate 101 is determined so that the first lens array plate 100 and the DMD 106 have a substantially conjugate relationship.
第2のレンズアレイ板101から出射した光は重畳用レンズ102に入射する。重畳用レンズ102は第2のレンズアレイ板101の各レンズ素子からの出射した光をDMD106上に重畳照明するためのレンズである。重畳用レンズ102からの光は、反射ミラー103で反射された後、フィールドレンズ104に入射する。フィールドレンズ104は照明光を効率よく投写レンズ107に集光する。フィールドレンズ104からの照明光は全反射プリズム105に入射する。全反射プリズム105は2つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層を形成し、空気層は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。フィールドレンズ104からの照明光は全反射させて、DMD106を照明するとともに、DMD106から出射する投写光を透過する。 The light emitted from the second lens array plate 101 enters the superimposing lens 102. The superimposing lens 102 is a lens for superimposing and illuminating the light emitted from each lens element of the second lens array plate 101 on the DMD 106. The light from the superimposing lens 102 is reflected by the reflecting mirror 103 and then enters the field lens 104. The field lens 104 condenses the illumination light on the projection lens 107 efficiently. Illumination light from the field lens 104 enters the total reflection prism 105. The total reflection prism 105 is composed of two prisms. A thin air layer is formed on the adjacent surfaces of the prisms, and the air layer totally reflects light incident at an angle greater than the critical angle. The illumination light from the field lens 104 is totally reflected to illuminate the DMD 106 and transmit the projection light emitted from the DMD 106.
DMD106に入射する光は映像信号に応じて、画像形成に必要な光束のみを偏向し、全反射プリズム105を透過後、投写レンズ107に入射する。投写レンズ107はDMD106で変調形成される画像光を拡大投写する。本実施の形態では、1つのDMDを用い、光源装置11に本開示の実施の形態1の光源装置11を用いるため、小型で明るい、長寿命の投写型表示装置が構成できる。 The light incident on the DMD 106 deflects only the light beam necessary for image formation according to the video signal, passes through the total reflection prism 105, and then enters the projection lens 107. The projection lens 107 enlarges and projects the image light modulated and formed by the DMD 106. In this embodiment, since one DMD is used and the light source device 11 according to the first embodiment of the present disclosure is used as the light source device 11, a small, bright and long-life projection display device can be configured.
投写画像の均一性を確保するためのインテグレータ光学系として、2枚のレンズアレイ板を用いているが、ロッドを用いて構成してもよい。 Although two lens array plates are used as an integrator optical system for ensuring the uniformity of the projected image, a rod may be used.
以上のように、本実施の形態の投写型表示装置は、複数の固体光源と、固体光源からの青色光を反射するダイクロイックミラーと、位相差板と、ダイクロイックミラーからの光で励起蛍光する蛍光板と、励起光と蛍光光を集光する集光レンズを備えた光源装置を備える。この光源装置は、少なくとも蛍光板に近接する集光レンズには線膨張係数が32.5×10−7以下である低熱膨張ガラス材のレンズを備えている。そして、本実施の形態は、この光源装置と、レンズアレイを用いたインテグレータ照明光学系と、一つのDMDを用いて構成した投写型表示装置であるため、小型で、投写画像の均一性が高く、明るい投写型表示が構成できる。 As described above, the projection display apparatus according to the present embodiment includes a plurality of solid-state light sources, a dichroic mirror that reflects blue light from the solid-state light source, a phase difference plate, and a fluorescent plate that excites fluorescence with light from the dichroic mirror. And a light source device including a condensing lens for condensing excitation light and fluorescent light. In this light source device, at least a condenser lens adjacent to the fluorescent plate is provided with a lens made of a low thermal expansion glass material having a linear expansion coefficient of 32.5 × 10 −7 or less. Since the present embodiment is a projection display device configured using this light source device, an integrator illumination optical system using a lens array, and one DMD, it is small in size and has high uniformity in the projected image. Bright projection display can be configured.
(実施の形態4)
図10は、本実施の形態の投写型表示装置を示している。画像形成手段として、3つのDMDを用いている。
(Embodiment 4)
FIG. 10 shows the projection display apparatus of the present embodiment. Three DMDs are used as image forming means.
光源装置12は、青色の半導体レーザー50と、放熱板51と、コリメートレンズ52を備えた固体光源ユニット53を備える。ヒートシンク54は、固体光源ユニット53を冷却するためのものである。固体光源ユニット53からの光は、レンズ56、レンズ57、拡散板58、ダイクロイックミラー59、第1集光レンズ60、第2集光レンズ61によって蛍光板66に照射される。蛍光板66は、反射膜63と蛍光体層62を形成したアルミニウム基板64とモーター65から構成される。固体光源ユニットからの光は更にダイクロイックミラー59を透過して、1/4波長板67、第3集光レンズ68、第4集光レンズ69を透過して反射板70に入射されるように構成される。以上は本開示の実施の形態2の光源装置12と同一の構成である。 The light source device 12 includes a solid state light source unit 53 including a blue semiconductor laser 50, a heat radiating plate 51, and a collimating lens 52. The heat sink 54 is for cooling the solid light source unit 53. The light from the solid light source unit 53 is applied to the fluorescent plate 66 by the lens 56, the lens 57, the diffusion plate 58, the dichroic mirror 59, the first condenser lens 60, and the second condenser lens 61. The fluorescent plate 66 includes an aluminum substrate 64 on which a reflective film 63 and a phosphor layer 62 are formed, and a motor 65. The light from the solid-state light source unit is further transmitted through the dichroic mirror 59 and transmitted through the quarter-wave plate 67, the third condenser lens 68, and the fourth condenser lens 69 and is incident on the reflector 70. Is done. The above is the same configuration as that of the light source device 12 according to the second embodiment of the present disclosure.
光源装置12からの白色光は、レンズ120に入射し、ロッド121へ集光する。ロッド121への入射光はロッド内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化され出射する。ロッド121からの出射光はリレーレンズ122により集光され、反射ミラー123で反射した後、フィールドレンズ124を透過し、全反射プリズム125に入射する。 White light from the light source device 12 enters the lens 120 and is condensed on the rod 121. Light incident on the rod 121 is reflected a plurality of times inside the rod, so that the light intensity distribution is uniformed and emitted. Light emitted from the rod 121 is collected by the relay lens 122, reflected by the reflection mirror 123, then transmitted through the field lens 124, and enters the total reflection prism 125.
全反射プリズム125は2つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層126を形成している。空気層126は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。フィールドレンズ124からの光は全反射プリズム125の全反射面で反射されて、カラープリズム127に入射する。 The total reflection prism 125 is composed of two prisms, and a thin air layer 126 is formed on the adjacent surfaces of the prisms. The air layer 126 totally reflects light incident at an angle greater than the critical angle. Light from the field lens 124 is reflected by the total reflection surface of the total reflection prism 125 and enters the color prism 127.
カラープリズム127は3つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反射のダイクロイックミラー128と赤反射のダイクロイックミラー129が形成されている。カラープリズム127の青反射のダイクロイックミラー128と赤反射のダイクロイックミラー129により、青、赤、緑色光に分離され、それぞれDMD130、131、132に入射する。 The color prism 127 is composed of three prisms, and a blue reflecting dichroic mirror 128 and a red reflecting dichroic mirror 129 are formed on the adjacent surfaces of the prisms. The light is separated into blue, red, and green light by the blue reflecting dichroic mirror 128 and the red reflecting dichroic mirror 129 of the color prism 127, and enters the DMDs 130, 131, and 132, respectively.
DMD130、131、132は映像信号に応じてマイクロミラーを偏向させ、投写レンズ133に入射する光と、投写レンズ133の有効外へ進む光とに反射させる。DMD130、131、132により反射された光は、再度、カラープリズム127を透過する。カラープリズム127を透過する過程で、分離された青、赤、緑色光は合成され、全反射プリズム125に入射する。全反射プリズム125に入射した光は空気層126に臨海角以下で入射するため、透過して、投写レンズ133に入射する。 DMDs 130, 131, and 132 deflect the micromirror according to the video signal, and reflect the light into the light incident on the projection lens 133 and the light traveling outside the effective range of the projection lens 133. The light reflected by the DMDs 130, 131, and 132 passes through the color prism 127 again. In the process of passing through the color prism 127, the separated blue, red, and green lights are combined and enter the total reflection prism 125. Since the light incident on the total reflection prism 125 is incident on the air layer 126 at a critical angle or less, it is transmitted and incident on the projection lens 133.
このようにして、DMD130、131、132により形成された画像光がスクリーン(図示せず)上に拡大投写される。光源装置12は、複数の固体光源で構成され、高輝度で良好なホワイトバランスの白色光を出射するため、長寿命で、高輝度な投写型表示装置を実現できる。また、画像形成手段にDMDを用いているため、液晶を用いた画像形成手段と比べて、耐光性、耐熱性が高い投写型表示装置が構成できる。さらに、3つDMDを用いているため、色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。 In this manner, the image light formed by the DMDs 130, 131, and 132 is enlarged and projected on a screen (not shown). Since the light source device 12 is composed of a plurality of solid light sources and emits white light with high brightness and good white balance, it is possible to realize a projection display device with long life and high brightness. In addition, since DMD is used for the image forming means, a projection display device having higher light resistance and heat resistance than the image forming means using liquid crystal can be configured. Furthermore, since three DMDs are used, color reproduction is good and a bright and high-definition projected image can be obtained.
画像形成手段として、DMDを用いているが、透過型の液晶パネルを用いてもよい。透過型の液晶パネルは、DMDに対して、耐光性、耐熱性は低いが、全反射プリズムが不要で、色合成用のプリズムが45度入射の小型プリズムになるため、投写型表示装置が小型に構成できる。 Although DMD is used as the image forming means, a transmissive liquid crystal panel may be used. The transmissive liquid crystal panel has low light resistance and heat resistance to DMD, but does not require a total reflection prism, and the color composition prism is a small prism with a 45-degree incidence, so the projection display device is small. Can be configured.
以上のように、本実施の形態の投写型表示装置は、複数の固体光源と、固体光源からの光を分離し、かつ、青色光と緑および赤色光を合成するダイクロイックミラーと、第1、第2集光レンズと、ダイクロイックミラーからの光で励起されて蛍光し、反射する蛍光板を備える。さらに、ダイクロイックミラーで分離したもう一方の光が入射する位相差板と、第3、第4集光レンズと、反射板を備えた光源装置を用いるため、小型で高輝度な投写型表示装置が構成できる。 As described above, the projection display apparatus according to the present embodiment includes a plurality of solid-state light sources, a dichroic mirror that separates light from the solid-state light sources and combines blue light, green, and red light, A second condenser lens and a fluorescent plate that is excited by light from the dichroic mirror to fluoresce and reflect are provided. Further, since the light source device including the phase difference plate on which the other light separated by the dichroic mirror is incident, the third and fourth condenser lenses, and the reflection plate is used, a small and high-brightness projection display device is provided. Can be configured.
本開示は、画像形成手段を用いた投写型表示装置に関するものである。 The present disclosure relates to a projection display apparatus using an image forming unit.
11,12 光源装置
20,50 半導体レーザー
21,51 放熱板
22,52 コリメートレンズ
23,53 固体光源ユニット
24,54 ヒートシンク
25,27,56,57,120 レンズ
26,103,123 反射ミラー
28,58 拡散板
29,59 ダイクロイックミラー
30,67 1/4波長板
31,32,60,61,68,69 集光レンズ
33,62 蛍光体層
34,63 反射膜
35,64 アルミニウム基板
36,65 モーター
37,66 蛍光板
40 緑色蛍光体
41 赤色蛍光体
42 反射領域
70 反射板
100 第1のレンズアレイ板
101 第2のレンズアレイ板
102 重畳用レンズ
104,124 フィールドレンズ
105,125 全反射プリズム
106,130,131,132 DMD
107,133 投写レンズ
121 ロッド
122 リレーレンズ
126 空気層
127 カラープリズム
128 青反射のダイクロイックミラー
129 赤反射のダイクロイックミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11,12 Light source device 20,50 Semiconductor laser 21,51 Heat sink 22,52 Collimating lens 23,53 Solid light source unit 24,54 Heat sink 25,27,56,57,120 Lens 26,103,123 Reflection mirror 28,58 Diffusion plate 29, 59 Dichroic mirror 30, 67 1/4 wavelength plate 31, 32, 60, 61, 68, 69 Condensing lens 33, 62 Phosphor layer 34, 63 Reflective film 35, 64 Aluminum substrate 36, 65 Motor 37 , 66 Fluorescent plate 40 Green phosphor 41 Red phosphor 42 Reflecting area 70 Reflecting plate 100 First lens array plate 101 Second lens array plate 102 Superimposing lens 104, 124 Field lens 105, 125 Total reflection prism 106, 130, 131,132 DMD
107, 133 Projection lens 121 Rod 122 Relay lens 126 Air layer 127 Color prism 128 Blue reflection dichroic mirror 129 Red reflection dichroic mirror
Claims (11)
前記固体光源から出射する青色の励起光を反射するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーで反射した前記励起光が入射する位相差板と、
前記ダイクロイックミラーで反射し前記位相差板を透過した前記励起光が照射することにより蛍光光を発光する蛍光領域および前記励起光を反射させる反射領域が設けられた蛍光板と、
前記位相差板と前記蛍光板との間に配置され、前記励起光と前記蛍光光を集光する複数の集光レンズと、を備え、
前記複数の集光レンズのうち少なくとも前記蛍光板に最も近接する前記集光レンズは、線膨張係数が32.5×10−7以下のガラス材からなるレンズである、光源装置。 A solid light source;
A dichroic mirror that reflects blue excitation light emitted from the solid-state light source;
A retardation plate on which the excitation light reflected by the dichroic mirror is incident;
A fluorescent plate provided with a fluorescent region that emits fluorescent light when irradiated with the excitation light reflected by the dichroic mirror and transmitted through the retardation plate, and a reflective region that reflects the excitation light;
A plurality of condensing lenses that are arranged between the retardation plate and the fluorescent plate and condense the excitation light and the fluorescent light; and
The light source device, wherein at least the condensing lens closest to the fluorescent plate among the plurality of condensing lenses is a lens made of a glass material having a linear expansion coefficient of 32.5 × 10 −7 or less.
前記固体光源からの光を分離し、かつ、青色光、緑色光、および赤色光を合成するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーで分離された一方の光を集光する蛍光側集光レンズと、
前記蛍光側集光レンズで集光された前記ダイクロイックミラーからの光で励起されて蛍光光を発光する蛍光板と、
前記ダイクロイックミラーで分離された他方の光を円偏光に変換する位相差板と、
前記位相差板によって前記円偏光に変換された光を集光する反射板側集光レンズと、
前記反射板側集光レンズからの光を反射して戻す反射板と、を備え、
前記反射板に近接する前記反射板側集光レンズは線膨張係数が32.5×10−7以下のガラス材からなるレンズである、光源装置。 A solid light source;
A dichroic mirror that separates light from the solid-state light source and combines blue light, green light, and red light;
A fluorescent-side condenser lens that condenses one of the lights separated by the dichroic mirror;
A fluorescent plate that is excited by light from the dichroic mirror collected by the fluorescent-side condenser lens to emit fluorescent light;
A phase difference plate that converts the other light separated by the dichroic mirror into circularly polarized light;
A reflector-side condensing lens that condenses the light converted into the circularly polarized light by the retardation plate;
A reflection plate that reflects and returns the light from the reflection side condenser lens,
The light source device, wherein the reflector side condensing lens adjacent to the reflector is a lens made of a glass material having a linear expansion coefficient of 32.5 × 10 −7 or less.
前記光源装置からの光を集光する照明光学系と、
前記照明光学系で集光された光から映像信号に応じて画像を形成する画像形成素子と、
前記画像形成素子で形成された画像を投写する投写レンズと、を備える、投写型表示装置。 The light source device according to claim 1 or 2,
An illumination optical system for condensing light from the light source device;
An image forming element that forms an image according to a video signal from the light collected by the illumination optical system;
A projection display device comprising: a projection lens that projects an image formed by the image forming element.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019139205A (en) * | 2018-02-09 | 2019-08-22 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Phosphor wheel, light source device, and projection type video display device |
KR20210017830A (en) * | 2019-08-09 | 2021-02-17 | 최승미 | Curtain lighting apparatus |
CN113311655A (en) * | 2021-06-18 | 2021-08-27 | 青岛海信激光显示股份有限公司 | Projection light source and projection apparatus |
CN114200761A (en) * | 2018-08-21 | 2022-03-18 | 卡西欧计算机株式会社 | Light source device and projection device |
WO2023045882A1 (en) * | 2021-09-27 | 2023-03-30 | 青岛海信激光显示股份有限公司 | Laser projection device |
US11768428B2 (en) | 2020-06-22 | 2023-09-26 | Hisense Laser Display Co., Ltd | Laser source and laser projection apparatus |
US12117719B2 (en) | 2020-06-22 | 2024-10-15 | Hisense Laser Display Co., Ltd | Laser projection apparatus |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007163726A (en) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Seiko Epson Corp | Projector and optical component |
JP2011243374A (en) * | 2010-05-17 | 2011-12-01 | Sharp Corp | Light-emitting device, illumination device, and vehicular headlight |
WO2012039331A1 (en) * | 2010-09-21 | 2012-03-29 | 株式会社ニコン | Glass forming mold, glass forming device, glass forming method, and method for manufacturing photomask substrate |
JP2013250494A (en) * | 2012-06-04 | 2013-12-12 | Panasonic Corp | Light source device and projection type display device |
WO2014171135A1 (en) * | 2013-04-18 | 2014-10-23 | パナソニック株式会社 | Projection type image display device |
-
2016
- 2016-01-08 JP JP2016002205A patent/JP2016153878A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007163726A (en) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Seiko Epson Corp | Projector and optical component |
JP2011243374A (en) * | 2010-05-17 | 2011-12-01 | Sharp Corp | Light-emitting device, illumination device, and vehicular headlight |
WO2012039331A1 (en) * | 2010-09-21 | 2012-03-29 | 株式会社ニコン | Glass forming mold, glass forming device, glass forming method, and method for manufacturing photomask substrate |
JP2013250494A (en) * | 2012-06-04 | 2013-12-12 | Panasonic Corp | Light source device and projection type display device |
WO2014171135A1 (en) * | 2013-04-18 | 2014-10-23 | パナソニック株式会社 | Projection type image display device |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019139205A (en) * | 2018-02-09 | 2019-08-22 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Phosphor wheel, light source device, and projection type video display device |
CN114200761A (en) * | 2018-08-21 | 2022-03-18 | 卡西欧计算机株式会社 | Light source device and projection device |
CN114200761B (en) * | 2018-08-21 | 2023-10-27 | 卡西欧计算机株式会社 | Light source device and projection device |
KR20210017830A (en) * | 2019-08-09 | 2021-02-17 | 최승미 | Curtain lighting apparatus |
KR102317650B1 (en) * | 2019-08-09 | 2021-10-26 | 최승미 | Curtain lighting apparatus |
US11768428B2 (en) | 2020-06-22 | 2023-09-26 | Hisense Laser Display Co., Ltd | Laser source and laser projection apparatus |
US12117719B2 (en) | 2020-06-22 | 2024-10-15 | Hisense Laser Display Co., Ltd | Laser projection apparatus |
CN113311655A (en) * | 2021-06-18 | 2021-08-27 | 青岛海信激光显示股份有限公司 | Projection light source and projection apparatus |
WO2023045882A1 (en) * | 2021-09-27 | 2023-03-30 | 青岛海信激光显示股份有限公司 | Laser projection device |
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