JP2011065770A - 光源ユニット及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 蛍光ホイールから射出される光線束の集光効率を高めることができる集光装置を備えた光源ユニットを提供する。
【解決手段】 本発明の光源ユニット63は、励起光源72と、励起光源72からの射出光を受けて蛍光発光する蛍光発光領域、及び、励起光源72からの射出光を拡散透過させる拡散透過領域、が周方向に並設された蛍光ホイール71と、蛍光ホイール71を回転駆動するホイールモータ73と、蛍光ホイール71から射出される光線束を所定の一面に集光する集光装置74と、を備え、この集光装置74は、蛍光ホイール71から射出される拡散透過光を集光する集光レンズとして拡散光集光レンズ156を備えており、拡散光集光レンズ156は、蛍光ホイール71の裏面近傍であって、ホイールモータ73の側方直近位置に配置され、縦軸方向の長さが横軸方向の長さよりも長く形成されたＤカットレンズとされている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、蛍光ホイールからの射出光を集光する集光装置を備えた光源ユニットと、この光源ユニットを備えたプロジェクタに関する。

今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像、さらにメモリカード等に記憶されている画像データによる画像等をスクリーンに投影する画像投影装置としてのデータプロジェクタが多用されている。このプロジェクタは、光源から射出された光をＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）と呼ばれるマイクロミラー表示素子、又は、液晶板に集光させ、スクリーン上にカラー画像を表示させるものである。

このようなプロジェクタにおいて、従来は高輝度の放電ランプを光源とするものが主流であったが、近年、光源装置の発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）、あるいは、有機ＥＬ等の半導体発光素子を用いる開発や提案が多々なされている。

しかしながら、発光ダイオードを光源として使用した場合、単体では輝度が足りないという問題点があった。また、赤色、緑色、青色のレーザーダイオードを光源として使用した場合には、緑色レーザーダイオードにおいて電力効率が悪く、赤色レーザーダイオードや青色レーザーダイオードと比較して輝度が極端に低くなるという問題点もあった。

そこで、蛍光体を、紫外線発光ダイオードや青色発光ダイオード、あるいは、紫外線レーザーダイオードや青色レーザーダイオード等で励起し、この蛍光体から発せられる蛍光光を光源光として利用する提案がなされている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の光源装置は、透光性を有した円板からなる蛍光ホイールの表面に、赤色、緑色、青色蛍光体層を並設し、これらの蛍光体層の表面に紫外線反射、可視光透過のダイクロイックフィルタを配置し、蛍光ホイールの裏面側から蛍光体層に紫外光を照射することにより赤色、緑色、青色波長帯域の光源光を生成する構成とされている。

このように蛍光体からの蛍光光を光源光として用いる光源装置では、蛍光光が蛍光体から全方位に射出されるため、効率よく蛍光光を取り出すことが課題となる。また、所定の厚みを有した蛍光体層を励起させる構成とした場合、励起光の入射面と蛍光光の射出面とが異なると、励起光の入射面側で蛍光体から蛍光光が射出面から射出されるまでの間に同一層に含有された他の蛍光体に吸収され、励起光によって励起された蛍光光の光量と、射出面から射出される蛍光光の光量とに大きな差が生じ、蛍光光の利用効率が低下するという問題点があった。

このような問題点を解決するため、反射面上に蛍光体層を形成した蛍光ホイールを備え、蛍光体層の正面から励起光を蛍光体層に照射して蛍光体を励起し、励起光の入射面と同一の面から蛍光光を射出させる光源装置の提案がなされている。この光源装置では、励起光の入射面近傍で蛍光発光した光線束の一部は、励起光の入射面と同一の面から直接外部に射出されるため蛍光体による吸収がない。また、励起光の入射面と異なる方向へ蛍光発光した蛍光光の一部は、反射面で反射した後に励起光の入射面と同一の面から外部に射出されることとなり、励起光の入射面と異なる面から蛍光光を外部に射出させる構成と比較して蛍光光の利用効率を高めることができる。

また、このように励起光の入射面と蛍光光の射出面とを同一の面とする構成の光源装置において、励起光を青色波長帯域光とし、赤色及び緑色波長帯域の光源光に関しては、赤色及び緑色の蛍光体層からの蛍光光を利用し、青色波長帯域の光源光に関しては、励起光を拡散透過させてこの拡散透過光を利用する提案もなされている。

特開２００４−３４１１０５号公報

上述したような励起光の入射面と蛍光光の射出面とが同一の面とされる蛍光ホイールを備えた光源装置では、蛍光ホイールから拡散した光線束として射出される蛍光光及び拡散透過光を集光するための集光光学系、つまり、集光装置が必要となる。また、このような光源装置において蛍光ホイールから射出される光線束の利用効率を高めるために、蛍光ホイールの射出面近傍に大型の集光レンズを配置する必要がある。

蛍光ホイールの正面側から射出される蛍光光に関しては、蛍光ホイールの正面側に集光レンズを配置する上で障害となるものがないため、大型の集光レンズを配置することで蛍光光の利用効率を高めることができる。

しかしながら、蛍光ホイールの裏面側にはホイールモータが配置されるため、ホイールモータと物理的に干渉することから大型の集光レンズを蛍光ホイールの裏面側に配置することができない。よって、蛍光ホイールの裏面側から射出される拡散透過光に関しては、ホイールモータと干渉しない程度の小型の集光レンズを配置することとなるが、この場合、拡散透過光の一部がホイールモータに照射されてケラレを生じ、また、拡散透過光の他の一部は集光レンズに入射することができずに迷光となり、結果として拡散透過光の利用効率が低下してしまう。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、蛍光ホイールから射出される光線束の集光効率及び利用効率を高めることができる集光装置を備えた光源ユニットと、この光源ユニットを備えることにより高品質なカラー画像を投影可能なプロジェクタと、を提供することを目的とする。

本発明の光源ユニットは、所定波長帯域光を射出する励起光源を備えてなる励起光源装置と、該励起光源装置から射出された光線束の光軸と直交するように配置され、該励起光源装置からの射出光を受けて前記励起光源装置からの射出光が照射される側の面である表面から蛍光光を射出し、裏面から拡散透過光を射出する蛍光ホイールと、前記蛍光ホイールの裏面側近傍に配置され、該蛍光ホイールを回転駆動するホイールモータと、前記蛍光ホイールの表裏両面から射出される光線束の光軸方向を同一の光軸方向に変換して所定の一面に集光する集光装置と、を備え、前記集光装置は、前記蛍光ホイールの裏面から射出される拡散透過光を集光する拡散光集光レンズを備えており、該拡散光集光レンズは、前記励起光源装置から射出される光線束の光軸の延長線上であって、前記蛍光ホイールの裏面近傍、且つ、前記ホイールモータの側方直近位置に配置されており、前記拡散光集光レンズは、前記励起光源装置から射出される光線束の光軸と直行する平面上の、前記平面と前記励起光源装置から射出される光線束の光軸との交点と、前記平面と前記ホイールモータの回転軸の延長との交点とを結んだ線の一方向と同一方向である横軸方向の長さよりも、前記平面と平行な面において前記横軸方向と直行する方向の縦軸方向の長さが、長く形成されていることを特徴とする。

また、本発明の光源ユニットにおいて、前記拡散光集光レンズは、前記ホイールモータの近傍に位置する円弧部分を前記縦軸と平行な弦で切断されたＤカットレンズとされ、該切断部分が前記ホイールモータに近接して配置されていることを特徴とする。

さらに、本発明の光源ユニットにおいて、前記拡散光集光レンズは、前記横軸方向の屈折力が、前記縦軸方向の屈折力よりも大きく形成されたトロイダルレンズとされることもある。

また、本発明の光源ユニットにおいて、前記拡散光集光レンズは、前記横軸方向の屈折力が、前記縦軸方向の屈折力よりも大きく形成された第一トロイダルレンズであり、該第一トロイダルレンズの中心軸上であって前記ホイールモータよりも光軸進行方向の前方位置には第二トロイダルレンズが配置され、該第二トロイダルレンズは、前記縦軸方向の屈折力が、前記横軸方向の屈折力よりも大きく形成されており、前記第一トロイダルレンズを透過することにより前記縦軸方向に狭く前記横軸方向に広い拡散角度とされた拡散透過光を、前記第二トロイダルレンズで略一律の拡散角度を有した光線束に変換して射出することもある。

そして、本発明の光源ユニットにおいて、前記励起光源は、青色レーザー発光器であって、該青色レーザー発光器から射出される光線束の断面は、上下方向の径が上下方向と直交する方向の径よりも大きな径とされ、前記蛍光ホイールは、赤色蛍光体層が敷設された赤色蛍光発光領域としてのセグメントと、緑色蛍光体層が敷設された緑色蛍光発光領域としてのセグメントと、前記励起光源からの射出光を拡散透過する前記拡散透過領域としてのセグメントと、が周方向に並設されてなることを特徴とする。

また、本発明の光源ユニットにおいて、前記励起光源は、青色レーザー発光器であって、該青色レーザー発光器から射出される光線束の断面は、上下方向の径が上下方向と直交する方向の径よりも大きな径とされ、前記蛍光ホイールは、緑色蛍光体層が敷設された緑色蛍光発光領域としてのセグメントと、前記励起光源からの射出光を拡散透過する前記拡散透過領域としてのセグメントと、が周方向に並設されてなり、前記励起光源と前記蛍光ホイールとの間において、前記蛍光ホイールから射出される緑色波長帯域光の光軸と直交するように赤色波長帯域光を射出する赤色発光素子を備えていることもある。

本発明のプロジェクタは、光源ユニットと、導光装置と、光源側光学系と、表示素子と、投影側光学系と、プロジェクタ制御手段と、を備え、前記光源ユニットは、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光源ユニットであって、該光源ユニットから射出される光源光は、前記導光装置の入射面上に集光されることを特徴とする。

本発明によれば、蛍光ホイールから射出される光線束の集光効率及び利用効率を高めることができる集光装置を備えた光源ユニットと、この光源ユニットを備えることにより高品質なカラー画像を投影可能なプロジェクタと、を提供することができる。

本発明の実施例に係るプロジェクタを示す外観斜視図である。 本発明の実施例に係るプロジェクタの機能回路ブロック図である。 本発明の実施例に係るプロジェクタの内部構造を示す平面模式図である。 本発明の実施例に係る光源ユニットの平面模式図である。 本発明の実施例に係る光源ユニットの簡略平面図及び簡略側面図である。 本発明の他の実施例に係るトロイダルレンズの例を示す図である。 本発明の他の実施例に係る光源ユニットの簡略平面図である。 本発明の他の実施例に係る光源ユニットの平面模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について述べる。本発明のプロジェクタ10は、光源ユニット63と、光源側光学系62と、導光装置75と、表示素子51と、投影側光学系90と、プロジェクタ制御手段と、を備え、光源ユニット63は、導光装置75の入射面上に光源光が集光するように配置されている。

そして、光源ユニット63は、励起光源装置65と、蛍光ホイール71と、ホイールモータ73と、集光装置74と、を備える。励起光源装置65は、所定波長帯域光を射出する励起光源72を備えてなる。また、蛍光ホイール71は、励起光源装置65から射出された光線束の光軸と直交するように配置され、励起光源装置65からの射出光を受けて励起光源装置65からの射出光が照射される側の面である表面から蛍光光を射出し、裏面から拡散透過光を射出する。さらに、ホイールモータ73は、蛍光ホイール71の裏面側近傍に配置され、蛍光ホイール71を回転駆動する。

そして、集光装置74は、蛍光ホイール71の表裏両面から射出される光線束の光軸方向を同一の光軸方向に変換して所定の一面に集光する。この集光装置74は、蛍光ホイール71の裏面から射出される拡散透過光を集光する拡散光集光レンズ156を備えている。また、拡散光集光レンズ156は、励起光源装置65から射出される光線束の光軸の延長線上であって、蛍光ホイール71の裏面近傍、且つ、ホイールモータ73の側方直近位置に配置されている。

この拡散光集光レンズ156は、励起光源装置65から射出される光線束の光軸と直行する平面上の、この平面と励起光源装置65から射出される光線束の光軸との交点と、平面とホイールモータ73の回転軸の延長との交点と、を結んだ線の一方向と同一方向である横軸方向の長さよりも、平面と平行な面において横軸方向と直行する方向の縦軸方向の長さが、長く形成されている。

また、本発明の光源ユニット63において、拡散光集光レンズ156は、ホイールモータ73の近傍に位置する円弧部分を縦軸と平行な弦で切断されたＤカットレンズとされ、切断部分がホイールモータ73に近接して配置されている。

そして、本発明の光源ユニット63において、励起光源72は、青色レーザー発光器であって、青色レーザー発光器から射出される光線束の断面は、上下方向の径が上下方向と直交する方向の径よりも大きな径とされ、蛍光ホイール71は、赤色蛍光体層が敷設された赤色蛍光発光領域としてのセグメントと、緑色蛍光体層が敷設された緑色蛍光発光領域としてのセグメントと、励起光源72からの射出光を拡散透過する拡散透過領域としてのセグメントと、が周方向に並設されてなる。

以下、本発明の実施例を図に基づいて詳説する。図１は、プロジェクタ10の外観斜視図である。なお、本実施例において、左右とは投影方向に対しての左右方向を示し、前後とは光線束の進行方向に対しての前後方向を示し、上下とはプロジェクタ10を机上等に載置した場合の厚み方向における上下を示す。

プロジェクタ10は、図１に示すように、略直方体形状であって、本体ケースの前方の側板とされる正面パネル12の側方に投影口を覆うレンズカバー19を有するとともに、この正面パネル12には複数の排気孔17を設けている。さらに、図示しないがリモートコントローラからの制御信号を受信するＩｒ受信部を備えている。

また、本体ケースである上面パネル11にはキー／インジケータ部37が設けられ、このキー／インジケータ部37には、電源スイッチキーや電源のオン又はオフを報知するパワーインジケータ、投影のオン、オフを切りかえる投影スイッチキー、光源ユニットや表示素子又は制御回路等が過熱したときに報知をする過熱インジケータ等のキーやインジケータが配置されている。

さらに、本体ケースの背面には、背面パネルにＵＳＢ端子や画像信号入力用のＤ−ＳＵＢ端子、Ｓ端子、ＲＣＡ端子等を設ける入出力コネクタ部及び電源アダプタプラグ等の各種端子20が設けられている。なお、図示しない本体ケースの側板である右側パネル14、及び、図１に示した側板である左側パネル15の下部近傍には、各々複数の吸気孔18が形成されている。

次に、プロジェクタ10のプロジェクタ制御手段について図２のブロック図を用いて述べる。プロジェクタ制御手段は、制御部38、入出力インターフェース22、画像変換部23、表示エンコーダ24、表示駆動部26等から構成され、入出力コネクタ部21から入力された各種規格の画像信号は、入出力インターフェース22、システムバス（ＳＢ）を介して画像変換部23で表示に適した所定のフォーマットの画像信号に統一するように変換された後、表示エンコーダ24に出力される。

また、表示エンコーダ24は、入力された画像信号をビデオＲＡＭ25に展開記憶させた上でこのビデオＲＡＭ25の記憶内容からビデオ信号を生成して表示駆動部26に出力する。

表示駆動部26は、表示素子制御手段として機能するものであり、表示エンコーダ24から出力された画像信号に対応して適宜フレームレートで空間的光変調素子（ＳＯＭ）である表示素子51を駆動するものであり、光源ユニット63から射出された光線束を光源側光学系を介して表示素子51に照射することにより、表示素子51の反射光で光像を形成し、後述する投影側光学系90を介して図示しないスクリーンに画像を投影表示する。なお、この投影側光学系90の可動レンズ群97は、レンズモータ45によりズーム調整やフォーカス調整のための駆動が行われる。

また、画像圧縮伸長部31は、再生モード時にメモリカード32に記録された画像データを読み出し、一連の動画を構成する個々の画像データを１フレーム単位で伸長し、この画像データを画像変換部23を介して表示エンコーダ24に出力し、メモリカード32に記憶された画像データに基づいて動画等の表示を可能とする処理を行なう。なお、本実施例のプロジェクタ10では、プロジェクタ10の筐体にカードスロットルを設けてこのカードスロットルにメモリカード32を差し込む構成とする場合や、入出力コネクタ部21にＵＳＢメモリとしてのメモリカード32を差し込む構成とする場合等がある。

制御部38は、プロジェクタ10内の各回路の動作制御を司るものであって、ＣＰＵや各種セッティング等の動作プログラムを固定的に記憶したＲＯＭ及びワークメモリとして使用されるＲＡＭ等により構成されている。

本体ケースの上面パネル11に設けられるメインキー及びインジケータ等により構成されるキー／インジケータ部37の操作信号は、直接に制御部38に送出され、リモートコントローラからのキー操作信号は、Ｉｒ受信部35で受信され、Ｉｒ処理部36で復調されたコード信号が制御部38に出力される。

なお、制御部38にはシステムバス（ＳＢ）を介して音声処理部47が接続されている。この音声処理部47は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備えており、投影モード及び再生モード時には音声データをアナログ化し、スピーカ48を駆動して拡声放音させる。

また、制御部38は、光源制御回路41を制御しており、この光源制御回路41は、画像生成時に要求される所定波長帯域光が光源ユニット63から射出されるように、光源ユニット63を制御する。さらに、制御部38は、冷却ファン駆動制御回路43に光源ユニット63等に設けた複数の温度センサによる温度検出を行わせ、この温度検出の結果から冷却ファンの回転速度を制御させている。また、制御部38は、冷却ファン駆動制御回路43にタイマー等によりプロジェクタ本体の電源ＯＦＦ後も冷却ファンの回転を持続させる、あるいは、温度センサによる温度検出の結果によってはプロジェクタ本体の電源をＯＦＦにする等の制御も行う。

次に、このプロジェクタ10の内部構造について述べる。図３は、プロジェクタ10の内部構造を示す平面模式図である。プロジェクタ10には、図３に示すように、右側パネル14の近傍に電源回路ブロック101等を取付けた電源制御回路基板102が配置され、略中央にはシロッコファンタイプのブロア110が配置され、このブロア110の近傍に制御回路基板103が配置され、正面パネル12の近傍には光源ユニット63が配置され、左側パネル15の近傍には光学系ユニット70が配置されている。

また、プロジェクタ10は、筐体内を区画用隔壁120により背面パネル13側の吸気側空間室121と正面パネル12側の排気側空間室122とに気密に区画されており、ブロア110は、吸込み口111が吸気側空間室121に位置し排気側空間室122と吸気側空間室121の境界に吐出口113が位置するように配置されている。

光学系ユニット70は、光源ユニット63の近傍に位置する照明側ブロック78と、背面パネル13側に位置する画像生成ブロック79と、照明側ブロック78と左側パネル15との間に位置する投影側ブロック80との３つのブロックから構成された略コの字形状である。

この照明側ブロック78は、光源ユニット63から射出された光を画像生成ブロック79が備える表示素子51に導光する光源側光学系62の一部を備えている。この照明側ブロック78が有する光源側光学系62としては、光源ユニット63から射出された光線束を均一な強度分布の光束とする導光装置75や、導光装置75を透過した光を集光する集光レンズ等がある。

画像生成ブロック79は、光源側光学系62として、導光装置75から射出された光線束の光軸方向を変更する光軸変更ミラー76と、この光軸変更ミラー76により反射した光を表示素子51に集光させる複数枚の集光レンズと、これらの集光レンズを透過した光線束を表示素子51に所定の角度で照射する照射ミラー84と、を有している。さらに、画像生成ブロック79は、表示素子51とするＤＭＤを備え、この表示素子51の背面パネル13側には表示素子51を冷却するための表示素子冷却装置53が配置されて、表示素子51が高温となることを防止している。

投影側ブロック80は、表示素子51で反射されて画像を形成する光をスクリーンに放出する投影側光学系90のレンズ群を有している。この投影側光学系90としては、固定鏡筒に内蔵する固定レンズ群93と可動鏡筒に内蔵する可動レンズ群97とを備えてズーム機能を備えた可変焦点型レンズとされ、レンズモータにより可動レンズ群97を移動させることによりズーム調整やフォーカス調整を可能としている。

次に、本実施例のプロジェクタ10における光源ユニット63について述べる。図４は、光源ユニット63の平面模式図である。光源ユニット63は、図４に示すように、複数の励起光源72を備えた励起光源装置65と、この励起光源装置65の光軸上に配置された蛍光ホイール71と、蛍光ホイール71を回転駆動するホイールモータ73と、蛍光ホイール71の表裏両面から射出される光線束を同一の光軸方向に変換して所定の一面、つまり、導光装置75の入射面内に集光する集光装置74と、を備えてなる。

励起光源装置65は、導光装置75の中心軸と光軸が平行となるようにマトリクス状に配置された複数の励起光源72と、励起光源72の前方に配置された複数のコリメータレンズ149と、コリメータレンズ149を透過した光線束の光軸方向を変換する反射ミラー群150と、を備える。この励起光源装置65において、励起光源72は、青色波長帯域のレーザー光を射出する青色レーザー発光器とされ、励起光源72としての６個の青色レーザー発光器が、プロジェクタ筐体の左右方向に３段、上下方向に２段のマトリクス状に配列されている。

また、コリメータレンズ149は、励起光源72における複数の青色レーザー発光器の前方において、各青色レーザー発光器からの射出光を指向性が増した平行光として前方に射出する。さらに、反射ミラー群150は、青色レーザー発光器と同数の反射ミラーを備えてなり、各反射ミラーは、各青色レーザー発光器の前方において青色レーザー発光器からの射出光が蛍光ホイール71の蛍光体層や拡散透過層上に集光されるよう、各青色レーザー発光器からの射出光の光軸を変換する。

蛍光ホイール71は、中心にホイールモータ73の回転軸が連結される開口を備えた円形の発光板であって、ホイールモータ73によって回転を制御される。この蛍光ホイール71は、励起光源装置65からの射出光を励起光として赤色波長帯域光を射出する赤色蛍光発光領域としてのセグメントと、励起光源装置65からの射出光を励起光として緑色波長帯域光を射出する緑色蛍光発光領域としてのセグメントと、励起光源装置65からの射出光を拡散透過する拡散透過領域としてのセグメントと、が周方向に並設されてなる。そして、この蛍光ホイール71は、ホイールモータ73用の開口と外周縁との間、つまり、ホイール面に励起光源装置65からの射出光が照射されるよう、励起光源装置65からの射出光の光軸に対して回転軸を所定方向にスライドさせた状態で配置されている。

この赤色蛍光発光領域及び緑色蛍光発光領域の表面は、銀蒸着等によって反射面とされており、この反射面上に赤色蛍光体層及び緑色蛍光体層が敷設されている。また、拡散透過領域は、ガラス等の透光性の高い部材によって形成されており、表面にサンドブラスト加工等によって微細凹凸が施されている。

そして、赤色蛍光発光領域及び緑色蛍光発光領域に励起光源装置65からの射出光が照射されると、赤色蛍光体及び緑色蛍光体が励起され、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光が正面から、つまり、励起光の入射する面から射出される。また、拡散透過領域に励起光源装置65からの射出光が照射されると、表面の微細凹凸によって拡散され、指向性の高いレーザー光から指向性の低い拡散光に変換されて青色波長帯域光を裏面側から、つまり、ホイールモータ73が位置する側の面から射出する。

そして、集光装置74は、複数のミラーによるミラー群151と、複数の凸レンズによる凸レンズ群153と、凸レンズやメニスカスレンズを組み合わせて集光レンズとした蛍光光集光レンズ155と、Ｄカットされた拡散光集光レンズ156と、導光装置入射レンズ154と、から構成される。

ミラー群151は、反射ミラー群150で反射した励起光の光軸上であって、蛍光ホイール71の正面側に配置された第一ミラー151aと、蛍光ホイール71の裏面側であって反射ミラー群150で反射した励起光の光軸の延長線と導光装置75の中心軸の延長線とが交差する位置に配置された第二ミラー151bと、蛍光ホイール71から射出され第一ミラー151aで反射された蛍光光の光軸上に配置された第三ミラー151cと、第三ミラー151cで反射した蛍光光の光軸と導光装置75の中心軸の延長線とが交差する位置に配置された第四ミラー151dと、を備える。

第一ミラー151aは、励起光源装置65からの射出光を透過し、蛍光ホイール71で発光した蛍光光、つまり、赤色及び緑色波長帯域の光を反射するダイクロイックミラーとされている。また、第二ミラー151bは、反射ミラーとされ、蛍光ホイール71を拡散透過した励起光源72からの射出光の光軸を導光装置75の中心軸と一致させる。第三ミラー151cは、反射ミラーとされ、蛍光ホイール71で蛍光発光した赤色及び緑色波長帯域光を第四ミラー151dへ反射させる。第四ミラー151dは、第二ミラー151bによって反射された光線束を透過し、第三ミラー151cによって反射された光線束を反射するダイクロイックミラーとされている。

集光装置74の凸レンズ群153は、第二ミラー151bと第四ミラー151dとの間に配置された第一凸レンズ153aと、第一ミラー151aと第三ミラー151cとの間に配置された第二凸レンズ153bと、第三ミラー151cと第四ミラー151dとの間に配置された第三凸レンズ153cと、からなる。

集光装置74の蛍光光集光レンズ155は、蛍光ホイール71の表面近傍、つまり、蛍光ホイール71における励起光源装置65から射出される光線束の入射面近傍であって、励起光源装置65からの射出光の光軸上に配置されている。この蛍光光集光レンズ155は、励起光源装置65から射出される光線束を蛍光ホイール71のホイール面に集光するとともに、蛍光ホイール71から射出される蛍光光を第一ミラー151aに集光する。また、集光装置74の導光装置入射レンズ154は、導光装置75の近傍に配置されており、光源ユニット63からの射出光を導光装置75の入射面に集光する。

そして、集光装置74の拡散光集光レンズ156は、蛍光ホイール71の裏面近傍であって、ホイールモータ73の側方近傍位置に配置されている。この拡散光集光レンズ156は、大型のレンズ径、つまり、励起光の光軸の延長線上に中心軸が位置するよう配置された場合、拡散光集光レンズ156の円弧部分がホイールモータ73と物理的に干渉する程度の大きさとされており、ホイールモータ73と物理的に干渉する部分を切断したＤカットレンズとされている。

つまり、拡散光集光レンズ156は、中心軸が励起光の光軸の延長線上に位置するように配置された場合に、ホイールモータ73と物理的に干渉する円弧部分の弦を上下方向に、つまり、縦軸と平行な弦で切断されて、横軸方向の長さが縦軸方向の長さよりも短くされている。ここで、横軸方向とは、励起光源装置65からの射出光の光軸と直行する平面上の、その平面と光軸との交点と、平面とホイールモータ73の回転軸の延長との交点とを結んだ線の一方向と同一方向であり、縦軸方向とは、平面と平行な面において、横軸方向と直行する方向のことである。

本実施例で使用している励起光源72から射出される光線束は、図５（ａ）に示すように、平面方向から見た場合と、図５（ｂ）に示すように、側面方向から見た場合とで光線束の断面における径の長さに差がある。つまり、励起光源72から射出された光線束は、平面方向から見た場合、図５（ａ）に示すように、径が小さいために略直線状となり、側面方向から見た場合には、図５（ｂ）に示すように、径が大きいために帯状となる。よって、励起光源72から射出された光線束の断面形状は、上下方向が大きな径、上下方向と直交する方向が小さな径の略楕円形状となる。

このような断面形状とされた励起光源72から射出される光線束が、蛍光ホイール71の拡散透過領域に照射されて拡散透過した場合、上下方向に広く、上下方向と直交する方向に狭い拡散光として蛍光ホイール71の裏面側から射出されることとなる。よって、この拡散透過光を集光させるレンズは、少なくとも上下方向、つまり、少なくとも縦軸方向に広い入射面を有したレンズとする必要がある。

拡散光集光レンズ156は、上述したように、ホイールモータ73との物理的な干渉を避けるよう縦軸と平行な弦で切断されているため、縦軸方向の長さが長く、この縦軸と直交する横軸方向の長さが短いレンズとなっている。よって、拡散光集光レンズ156を用いた光源ユニット63では、蛍光ホイール71から射出される拡散透過光の中で、断面の径が大きい上下方向の光線束が入射される部分に対して広いレンズ面を有する集光レンズによって集光する構成となり、ホイールモータ73との物理的な干渉が起きない小さな径の集光レンズを用いた場合と比較して、迷光となる拡散透過光を減らすことができる。

つまり、蛍光ホイール71から射出された拡散透過光において、ホイールモータ73に照射される方向に射出された光線束の一部は、図５（ａ）に示したように、蛍光ホイール71の近傍に配置された拡散光集光レンズ156によって光軸に対する角度が変換されて第二ミラー151bに射出されることとなる。よって、ホイールモータ73に照射されて迷光となる光量が減少する。

また、蛍光ホイール71から射出された拡散透過光において、上下方向に広く拡散した光線束は、図５（ｂ）に示したように、蛍光ホイール71の近傍に配置された大径の集光レンズ、つまり、拡散光集光レンズ156に入射し、拡散光集光レンズ156によって光軸に対する角度が小さく変換されて第二ミラー151bに射出されることとなる。よって、光源光として取り込むことができる拡散透過光の光量を増やすことができ、集光装置74における集光効率を高めることができる。

このような光源ユニット63において、励起光源72から射出され反射ミラー群150で反射された青色レーザー光は、図４に示したように、第一ミラー151aを透過し、蛍光光集光レンズ155によって蛍光ホイール71の赤色及び緑色蛍光反射領域や拡散透過領域に照射される。

また、励起光源装置65から射出され赤色及び緑色蛍光発光領域に照射された光線束は、励起光として蛍光体を励起し、蛍光体は所定波長帯域の光を発光する。さらに、励起光源装置65から射出され蛍光ホイール71の拡散透過領域に照射された光線束は、拡散透過して指向性の強いコヒーレント光から指向性の弱いインコヒーレント光に性質を変換され、インコヒーレント光の青色波長帯域光として蛍光ホイール71の裏面側から射出される。

そして、蛍光ホイール71の表面で蛍光発光した蛍光光は、蛍光光集光レンズ155によって集光されて第一ミラー151aに照射される。また、第一ミラー151aに照射された蛍光光は、第一ミラー151aで反射されて第二凸レンズ153bや第三凸レンズ153cによって集光されるとともに、第三ミラー151c及び第四ミラー151dで反射し、導光装置入射レンズ154によって導光装置75の入射面に集光されて導光装置75内に入射する。

さらに、蛍光ホイール71を拡散透過した青色波長帯域光は、拡散光集光レンズ156によって集光されて第二ミラー151bに照射され、第二ミラー151bで反射し、第一凸レンズ153aで集光され、第四ミラー151dを透過した後、導光装置入射レンズ154によって導光装置75の入射面に集光されて導光装置75内に入射する。

そして、導光装置75に入射した光源光は、導光装置75内で均一強度の光線束にされて光軸変更ミラー76に照射され、光軸変更ミラー76で反射して光学系ユニット70の画像生成ブロック79に入射し、表示素子51で投影光に変換されて投影側光学系90に入射し、投影側光学系90で拡大されてスクリーン等に投影される。

本実施例の光源ユニット63は、蛍光ホイール71から射出される拡散透過光を集光する集光レンズとして、縦軸方向の長さがこれと直交する横軸方向の長さよりも長く形成された拡散光集光レンズ156を蛍光ホイール71の裏面近傍であってホイールモータ73の側方直近位置に備えている。このような拡散光集光レンズ156によって蛍光ホイール71からの拡散透過光を集光する構成とすることにより、拡散透過光の断面における広がりが大きい上下方向の光等を有効光として多量に取り込むことができるため、集光装置74の集光効率を高くでき、拡散透過光の集光効率及び利用効率を高くすることができる。

また、拡散透過光の集光レンズとしてこのような拡散光集光レンズ156を用いることにより、蛍光ホイール71から射出される拡散透過光の断面面積を小さくしてその後の光学系に射出できるため、第二ミラー151b等の大きさを大きくすることなく拡散透過光の集光効率及び利用効率を高くできる。

また、拡散光集光レンズ156は、ホイールモータ73の近傍に位置する円弧部分の弦が上下方向に切断されたＤカットレンズとされている。このようなＤカットレンズを拡散透過光の集光レンズとして用いることにより、大径レンズであってもホイールモータ73と物理的に干渉することを防止できるため、ホイールモータ73によりケラレが生じる量を減少させることができるとともに、ホイールモータ73との物理的な干渉を避けるために小径レンズを集光レンズとして用いた場合と比較して、拡散透過光における上下方向の光線束を多量に有効光として取り込むことができるようになり、拡散透過光の集光効率及び利用効率を高くできる。さらに、拡散光集光レンズ156としてＤカットレンズを用いることにより、ホイールモータ73とは逆側の方向に射出される光線束も大量に取り込むことができるため、拡散透過光を多量に有効光として取り込むことができる

そして、本実施例の光源ユニット63では、上下方向の径がこれと直交する方向の径よりも大きな略楕円断面の光線束を射出する特性を有した青色レーザー発光器を励起光源72として用いている。このような特性を有した青色レーザー発光器を励起光源72として用いることにより、拡散透過光の断面においても青色レーザー発光器と同様に上下方向に広く上下方向と直交する方向に狭い光線束となる。よって、上下に広い光線束と縦軸方向の長さを長くした拡散光集光レンズ156とを組み合わせることにより、拡散透過光の集光効率及び利用効率を高くできる。

また、このように拡散透過光用の集光レンズとして拡散光集光レンズ156を備えた光源ユニット63をプロジェクタ10の光源ユニット63として用いることにより、蛍光光に関しては大径の蛍光光集光レンズ155を使用して蛍光光の利用効率を高め、拡散透過光に関しては光量が多い上下方向の光を十分に取り込むことで拡散透過光の利用効率を高めることができる。よって、輝度が高く、高品質なカラー画像を投影可能なプロジェクタ10を提供できることとなる。

なお、上述した実施例では、拡散光集光レンズ156としてＤカットレンズを用いているが、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すような、縦軸方向の長さが横軸方向の長さよりも長く形成されるとともに、横軸方向の屈折力が縦軸方向の屈折力よりも大きく形成されたトロイダルレンズを拡散光集光レンズ156として用いることもできる。

このトロイダルレンズは、円環レンズとも呼ばれ縦軸方向と横軸方向とが異なる曲率半径で形成されることにより、縦軸方向と横軸方向とで異なる屈折力を有したレンズのことである。例えば、図６（ａ）に示すような、入射した光線束を縦軸方向には集光させるが横軸方向にはそのまま透過させるレンズや、図６（ｂ）に示すような、横軸方向に強く屈折させ、縦軸方向には緩やかに屈折させるレンズ等がある。

そして、拡散光集光レンズ156として横軸方向の屈折力が縦軸方向の屈折力よりも大きく形成されたトロイダルレンズを用いた場合、蛍光ホイール71から射出された拡散透過光は、横軸方向の強い屈折力によって光軸との角度が大きな光線束も比較的光軸との角度が小さな光線束に変換されて第二ミラー151bに照射されることとなる。よって、ホイールモータ73によってケラレを発生する光線束の一部も有効光として取り込むことができるため、ホイールモータ73によってケラレを発生する光線束の量を減らして拡散透過光の利用効率を高くできる。また、拡散透過光の中で拡散角度が大きい上下方向の光線束も有効光として大量に取り込むことができ、拡散透過光の利用効率を高くできる。

また、このようなトロイダルレンズを拡散集光レンズ156として用いる場合、図７に示すように、他のトロイダルレンズをさらに配置する構成とすることもできる。つまり、拡散光集光レンズ156として、横軸方向の屈折力が、縦軸方向の屈折力よりも大きく形成された第一トロイダルレンズ157を使用し、第一トロイダルレンズ157の中心軸上であってホイールモータ73よりも光軸進行方向の前方位置に第二トロイダルレンズ158を配置して、この２枚のトロイダルレンズ157,158で拡散透過光を集光させる構成とする。

この第二トロイダルレンズ158は、縦軸方向の屈折力が、横軸方向の屈折力よりも大きく形成されている。つまり、第一トロイダルレンズ157とは正反対の特性を有している。このように第一トロイダルレンズ157と第二トロイダルレンズ158を用いることにより、第一トロイダルレンズ157を透過することで縦軸方向に狭く横軸方向に広い拡散角度とされた拡散透過光を、第二トロイダルレンズ158で一律の拡散角度に補正することができ、この第二トロイダルレンズ158から射出された光線束は、拡散角度に偏りが少ない光線束となる。

このように拡散光集光レンズ156としての第一トロイダルレンズ157の光軸上にさらに第二トロイダルレンズ158を配置した光源ユニット63においても、Ｄカットレンズを用いた場合と同様に、拡散透過光の集光レンズとホイールモータ73との物理的な干渉を避けることができるとともに、拡散透過光における上下方向の光線束を多量に有効光として取り込むことができるようになり、拡散透過光の利用効率を高めることができる。

なお、上述した光源ユニット63では、赤色蛍光発光領域と緑色蛍光発光領域と拡散透過領域とが周方向に並設された蛍光ホイール71に青色波長帯域光を照射し、蛍光ホイール71で赤色、緑色、青色波長帯域の光源光を生成する構成としているが、例えば、赤色蛍光発光領域に敷設された赤色蛍光体層の発光量が少ない場合等には、緑色蛍光発光領域と拡散透過領域とが周方向に並設された蛍光ホイール71を使用し、別途、赤色発光素子を独立して配置する構成とすることもできる。

つまり、図８に示すように、励起光源72と蛍光ホイール71との間に赤色発光素子77を配置し、赤色発光素子77からの射出光の光軸と、励起光源72からの射出光及び緑色波長帯域光の光軸と、が交差する位置に赤色及び青色波長帯域光を透過し緑色波長帯域光を反射する第一ミラー151aを配置する構成とすることもできる。

このように赤色波長帯域光に関しては独立した発光素子を配置する構成とした光源ユニット63を用いた場合であっても、上述した実施例と同様に拡散光集光レンズ156で拡散透過光を集光することによって拡散透過光の利用効率を高めることができる。よって、赤色、緑色、青色波長帯域の光源光の輝度が高くなるため、輝度が高く、高品質なカラー画像を投影可能なプロジェクタ10を提供できることとなる。

なお、本発明は、以上の実施例に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。

10 プロジェクタ 11 上面パネル
12 正面パネル 13 背面パネル
14 右側パネル 15 左側パネル
17 排気孔 18 吸気孔
19 レンズカバー 20 各種端子
21 入出力コネクタ部 22 入出力インターフェース
23 画像変換部 24 表示エンコーダ
25 ビデオＲＡＭ 26 表示駆動部
31 画像圧縮伸長部 32 メモリカード
35 Ｉｒ受信部 36 Ｉｒ処理部
37 キー／インジケータ部 38 制御部
41 光源制御回路 43 冷却ファン駆動制御回路
45 レンズモータ 47 音声処理部
48 スピーカ 51 表示素子
53 表示素子冷却装置 62 光源側光学系
63 光源ユニット 65 励起光源装置
70 光学系ユニット
71 蛍光ホイール 72 励起光源
73 ホイールモータ 74 集光装置
75 導光装置 76 光軸変更ミラー
77 赤色発光素子
78 照明側ブロック 79 画像生成ブロック
80 投影側ブロック 84 照射ミラー
90 投影側光学系 93 固定レンズ群
97 可動レンズ群 101 電源回路ブロック
102 電源制御回路基板 103 制御回路基板
110 ブロア 111 吸込み口
113 吐出口 120 区画用隔壁
121 吸気側空間室 122 排気側空間室
149 コリメータレンズ 150 反射ミラー群
151 ミラー群 151a 第一ミラー
151b 第二ミラー 151c 第三ミラー
151d 第四ミラー 153 凸レンズ群
153a 第一凸レンズ 153b 第二凸レンズ
153c 第三凸レンズ 154 導光装置入射レンズ
155 蛍光光集光レンズ 156 拡散光集光レンズ
157 第一トロイダルレンズ 158 第二トロイダルレンズ

Claims (7)

1. 所定波長帯域光を射出する励起光源を備えてなる励起光源装置と、
   該励起光源装置から射出された光線束の光軸と直交するように配置され、該励起光源装置からの射出光を受けて前記励起光源装置からの射出光が照射される側の面である表面から蛍光光を射出し、裏面から拡散透過光を射出する蛍光ホイールと、
   前記蛍光ホイールの裏面側近傍に配置され、該蛍光ホイールを回転駆動するホイールモータと、
   前記蛍光ホイールの表裏両面から射出される光線束の光軸方向を同一の光軸方向に変換して所定の一面に集光する集光装置と、を備え、
   前記集光装置は、前記蛍光ホイールの裏面から射出される拡散透過光を集光する拡散光集光レンズを備えており、
   該拡散光集光レンズは、前記励起光源装置から射出される光線束の光軸の延長線上であって、前記蛍光ホイールの裏面近傍、且つ、前記ホイールモータの側方直近位置に配置されており、
   前記拡散光集光レンズは、前記励起光源装置から射出される光線束の光軸と直行する平面上の、前記平面と前記励起光源装置から射出される光線束の光軸との交点と、前記平面と前記ホイールモータの回転軸の延長との交点とを結んだ線の一方向と同一方向である横軸方向の長さよりも、前記平面と平行な面において前記横軸方向と直行する方向の縦軸方向の長さが、長く形成されていることを特徴とする光源ユニット。
2. 前記拡散光集光レンズは、前記ホイールモータの近傍に位置する円弧部分を前記縦軸と平行な弦で切断されたＤカットレンズとされ、該切断部分が前記ホイールモータに近接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
3. 前記拡散光集光レンズは、前記横軸方向の屈折力が、前記縦軸方向の屈折力よりも大きく形成されたトロイダルレンズとされていることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
4. 前記拡散光集光レンズは、前記横軸方向の屈折力が、前記縦軸方向の屈折力よりも大きく形成された第一トロイダルレンズであり、
   該第一トロイダルレンズの中心軸上であって前記ホイールモータよりも光軸進行方向の前方位置には第二トロイダルレンズが配置され、
   該第二トロイダルレンズは、前記縦軸方向の屈折力が、前記横軸方向の屈折力よりも大きく形成されており、
   前記第一トロイダルレンズを透過することにより前記縦軸方向に狭く前記横軸方向に広い拡散角度とされた拡散透過光を、前記第二トロイダルレンズで略一律の拡散角度を有した光線束に変換して射出することを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
5. 前記励起光源は、青色レーザー発光器であって、
   該青色レーザー発光器から射出される光線束の断面は、上下方向の径が上下方向と直交する方向の径よりも大きな径とされ、
   前記蛍光ホイールは、赤色蛍光体層が敷設された赤色蛍光発光領域としてのセグメントと、緑色蛍光体層が敷設された緑色蛍光発光領域としてのセグメントと、前記励起光源からの射出光を拡散透過する前記拡散透過領域としてのセグメントと、が周方向に並設されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光源ユニット。
6. 前記励起光源は、青色レーザー発光器であって、
   該青色レーザー発光器から射出される光線束の断面は、上下方向の径が上下方向と直交する方向の径よりも大きな径とされ、
   前記蛍光ホイールは、緑色蛍光体層が敷設された緑色蛍光発光領域としてのセグメントと、前記励起光源からの射出光を拡散透過する前記拡散透過領域としてのセグメントと、が周方向に並設されてなり、
   前記励起光源と前記蛍光ホイールとの間において、前記蛍光ホイールから射出される緑色波長帯域光の光軸と直交するように赤色波長帯域光を射出する赤色発光素子を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光源ユニット。
7. 光源ユニットと、導光装置と、光源側光学系と、表示素子と、投影側光学系と、プロジェクタ制御手段と、を備え、
   前記光源ユニットは、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光源ユニットであって、該光源ユニットから射出される光源光は、前記導光装置の入射面上に集光されることを特徴とするプロジェクタ。

Images