JP2014062951A - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 励起光源と蛍光体とで構成される光源装置において、蛍光体から発する蛍光光の面均一性を高める。
【解決手段】 励起光源71と、前記励起光源71からの励起光を透過させる面内光分布調整デバイス81と、前記導光部材81を透過した励起光が照射される蛍光体と、を有する光源装置とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、プロジェクタ及びプロジェクタに適した光源装置に関するものである。

今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像、更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する。

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、光源として発光ダイオードやレーザーダイオード、あるいは、有機ＥＬ、蛍光体等を用いる種々のプロジェクタの開発が多々なされている。

そして、本願出願人は、励起光源としての青色レーザー発光器と、反射面上に緑色蛍光体が敷設されてなる蛍光発光領域が周方向に配置された蛍光ホイールと、赤色発光ダイオード及び青色発光ダイオードと、を備える光源ユニットについての提案をしている。この提案では、赤色発光ダイオードからの射出光を赤色波長帯域の光源光とし、青色発光ダイオードからの射出光を青色波長帯域の光源光とし、青色レーザー発光器からの射出光を励起光として発光した緑色蛍光体からの射出光を緑色波長帯域の光源光としている。

特開２０１２−４２９６４号公報

前記光源ユニットは、緑色光源として青色レーザー発光器と緑色蛍光体とを用いているも、励起光とする青色レーザー光が蛍光体に照射されるとき、励起光としての光束全体の面均一性にむらが生じ、蛍光体から発する蛍光光の面均一性も、確保することが困難であった。

本発明は、この様な欠点を排し、より面均一性の高い光束を発する高輝度の光源を提供し、ひいては輝度むらの少ない画像投影を可能とするプロジェクタを提供するものである。

本発明の光源装置は、励起光源と、前記励起光源からの励起光が入射し、射出光の面内光分布を均一とする面内光分布調整デバイスと、前記面内光分布調整デバイスを通過した励起光が照射されることで前記励起光とは異なる波長の蛍光光を出射する蛍光体とを有していることを特徴とする。

さらに、本発明のプロジェクタは、光源装置と、前記光源装置からの光を表示素子に導く光源側光学系と、照射される光により光学像を形成する表示素子と、表示素子により形成された光学像をスクリーンに投影する投影側光学系と、前記光源装置の光源制御手段や表示素子制御手段を有するプロジェクタ制御手段と、備え、前記光源装置は、上記本願発明の光源装置であることを特徴とする。

本発明によれば、蛍光体から発せられる光の面均一性を高めることのできる光源装置とし、単色画像における照度むら、ひいては画像の僅かな部分的色ずれが少ない画像の投影が可能なプロジェクタとすることができる。

本発明の実施形態に係るプロジェクタを示す外観斜視図である。 本発明の実施形態に係るプロジェクタの機能回路ブロックを示す図である。 本発明の実施形態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。 本発明の実施形態に係る光源装置の構造例及び励起光の光路例を示す図である。 本発明の実施形態に係る蛍光ホイールの一例を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る光源装置の出射光の光路例を示す図である。 本発明の実施形態に係る他の光源装置を内蔵したプロジェクタの内部構造を示す図である。 本発明の実施形態に係る光源装置の他の構造例を示す図である。 本発明の実施形態に係る光源装置の他の構造例を示す図である。 本発明の実施形態に係る光源装置の他の構造例を示す図である。 本発明の実施形態に係る光源装置の他の構造例を示す図である。

本発明に係るプロジェクタ用の光源装置の最良の形態は、図３に示すように、励起光源装置70と、励起光源装置70からの励起光が通過する面内光分布調整デバイスとしてのライトトンネル81と、ライトトンネル81を通過した励起光が照射される蛍光体を備える蛍光ホイール101と、を有し、励起光により蛍光体から発せられた蛍光光等は、励起光とは逆方向にライトトンネル81を通過するものとし、蛍光体は、蛍光ホイール101に環状の蛍光体層103として形成されるものであって不連続環状の円弧状とされて円弧状の拡散反射部105と並設されるように蛍光ホイール101の縁周に沿って配置される。

そして、励起光源装置70は、青色波長帯域光を発するレーザー発光器である青色光源71を複数用い、蛍光体は緑色波長帯域光を発する蛍光体とするものであって、ライトトンネル81と蛍光ホイール101との間に赤色波長帯域光を反射させ、青色波長帯域光及び緑色波長帯域光を透過させるダイクロイックミラー91を有し、ダイクロイックミラー91により赤色発光装置120からの赤色波長帯域光を反射して反射した赤色波長帯域光の光軸方向をダイクロイックミラー91を透過した蛍光光の光軸方向と一致させてライトトンネル81を通過させる光源装置とするものである。

以下、本発明の実施形態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、本実施形態において、プロジェクタ10における左右とは投影方向に対しての左右方向を示し、前後とはプロジェクタ10のスクリーン側方向及び光線束の進行方向に対しての前後方向を示す。

そして、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、プロジェクタ筐体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には複数の吸気孔18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、筐体の上面パネル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、筐体の背面には、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。また、背面パネルには、複数の吸気孔18が形成されている。なお、図示しない筐体の側板である右側パネル、及び、図１に示した側板である左側パネル15には、各々複数の排気孔17が形成されている。また、左側パネル15における背面パネル近傍の隅部には、吸気孔18も形成されている。

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る。

そして、このプロジェクタ10は、光源装置としての光源ユニット60から射出された光線束を光源側光学系により表示素子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、この投影側光学系の可動レンズ群235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、画像信号の輝度信号及び色差信号をＡＤＣＴ及びハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮して着脱自在な記録媒体とされるメモリカード32に順次書き込む記録処理を行う。さらに、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。

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。

筐体の上面パネル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、光源制御手段としての光源制御回路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の光源光が光源ユニット60から射出されるように、光源ユニット60の励起光源装置70の発光素子及び赤色発光装置120の発光素子の発光を個別に制御するとともに、ホイールモータ110を制御して蛍光発光装置100の回転体である蛍光ホイール101を回転駆動させる。

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60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複数個の冷却ファンの回転速度を個別に制御させる。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は、図３に示すように、右側パネル14の近傍に制御回路基板241を備えている。この制御回路基板241は、電源回路ブロックや光源制御ブロック等を備えてなる。また、プロジェクタ10は、制御回路基板241の側方、つまり、プロジェクタ筐体の略中央部分に光源装置としての光源ユニット60を備えている。

さらに、プロジェクタ10は、光源ユニット60と左側パネル15との間に光源側光学系180及び投影側光学系220を備え、投影側光学系220を左側パネル15に沿って配置し、投影側光学系220の後方の背面パネル13近傍にＤＭＤである表示素子51を有し、光源ユニット60の出射光を光源側光学系180により表示素子51に導くものである。

光源ユニット60は、図３及び図４に示すように、プロジェクタ筐体の左右方向における略中央部分であって背面パネル13近傍に配置される励起光源装置70と、プロジェクタ筐体の略中央に配置される面内光分布調整デバイスであるライトトンネル81と、このライトトンネル81の背面パネル13側に配置される集光レンズ83及びライトトンネル81の正面パネル12側に配置される集光レンズ85と、励起光源装置70から射出される光線束がライトトンネル81を介して照射される正面パネル12の近傍に配置される蛍光発光装置100と、を備え、更に、励起光源装置70と蛍光発光装置100との間に配置される赤色発光装置120及びライトトンネル81と蛍光発光装置100との間に配置される赤色波長帯域光を反射させ、青色波長帯域光及び緑色波長帯域光を透過させるダイクロイックミラー91（第1のダイクロイックミラー）をも備え、ダイクロイックミラー91により赤色発光装置120からの射出光の光軸を蛍光発光装置100からの出射光と同一の光軸となるように反射し、各波長帯域の異なる光をライトトンネル81を通過させて出射するものである。

尚、図３及び図４に示した光源装置としての光源ユニット60は、光源側光学系180の光軸変換ミラー181をライトトンネル81の光軸となる中心軸線上における励起光源装置70とライトトンネル81の間に有するものである。

そして、励起光源装置70は、背面パネル13の近傍に配置された複数の励起光源としての青色光源71から成る光源群、青色光源71と右側パネル14との間や背面パネル13近傍に配置されたヒートシンク98,190等を備える。

この光源群は、各青色光源71の光軸上に、各青色光源71からの射出光の指向性を高めるように略平行光に変換するコリメータレンズ73が夫々配置されている。なお、ヒートシンク98と背面パネル13との間には冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261とヒートシンク98,190とによって励起光源装置70の青色光源71などが冷却される。

そして、各青色光源71から射出される各光線束を集光レンズ83を介して面内光分布調整デバイスであるライトトンネル81に斜めに入射させる。このライトトンネル81は、内部で入射光を複数回反射させて、出射光の面内均一性を高めるものである。また、この励起光源装置70から出射された光は、ライトトンネル81の中心軸線上に配置された光源側光学系180の光軸変換ミラー181の側方から集光レンズ83を介してライトトンネル81に入射するものである。

従って、ライトトンネル81に入射された励起光は、ライトトンネル81の内壁で複数回反射された後、集光レンズ85を介して蛍光発光装置100の蛍光ホイール101に照射される。尚、本実施形態では各青色光源71から射出される各光線束が光軸変換ミラー181に入射されないように且つライトトンネル81の光入射面に入射されるように各青色光源71の位置及び向きやコリメータレンズ73の向き及び位置を調整して各励起光源を配置している。

または、後に詳述するが、後述する蛍光ホイール101の拡散反射領域を、青色光源71から照射される光が入射することで青色光源71からの光とは異なる波長帯域の青色光を発する蛍光体とし、光軸変換ミラー181を、励起光源からの光を透過し、蛍光ホイール101からの緑色波長帯域光や青色波長帯域光、及び、赤色発光装置120からの赤色波長帯域光を反射するダイクロイックミラーとしてもよい。

このように青色光源71から照射される各光線束をライトトンネル81の光入射面に対して斜めに入射させるようにすることで、ライトトンネル内で励起光を一定回数以上反射させてライトトンネル81から出射される励起光の面内均一性を好適に高めることができる。

また、図４に示すように青色光源71は、ライトトンネル81の光入射面の中点を通り且つ当該光入射面に垂直な直線に対して対称の位置に夫々配置され、互いにライトトンネル81に向けて同じ角度分傾けた状態で配置されている。即ち、青色光源71のうちの一方から射出される励起光は、ライトトンネル81の光入射面に垂直な直線に対して第一の角度傾いた状態でライトトンネル81に入射し、青色光源71のうちの他方から射出される励起光は光入射面に垂直な直線に対して第一の角度と大きさが等しい第二の角度傾いた状態でライトトンネル81入射している。

このように配置することで、ライトトンネル81の中心軸線に対して対称に配置した各青色光源71から照射される光がライトトンネル81で反射される回数を同一とすることができ、ライトトンネル81から出射される光の面均一性をさらに好適に高めることができる。

尚、ライトトンネル81に入射される励起光は、各青色光源71からの励起光の光軸をライトトンネル81の中心軸線に対して対称に入射する場合に限ることなく、各青色光源71からの励起光がライトトンネル81の光入射面に入射され、ライトトンネル81を透過して集光レンズにより蛍光ホイール101の所要位置に集光されれば足りるものであり、各青色光源71からの励起光のライトトンネル81への入射角が各々異なることもある。

そして、蛍光発光装置100は、正面パネル12と平行となるように、つまり、ライトトンネル81の中心軸線と直交するように配置された回転体である蛍光ホイール101と、この蛍光ホイール101を回転駆動するホイールモータ110と、ライトトンネル81から射出される光線束を蛍光ホイール101に集光するとともに蛍光ホイール101から背面パネル13方向に射出される光線束を集光する集光レンズ群111を備える。

この蛍光ホイール101は、薄板円板形状とされた基材を用い、その一面には、図５に示すように、ライトトンネル81からの光を励起光として受けて緑色波長帯域の蛍光発光光を射出する緑色蛍光発光領域とする蛍光体103と、ライトトンネル81からの照射光を拡散させ且つ反射する拡散反射領域としての拡散反射部105とが、蛍光ホイール101の縁周に沿って周方向に並設されている。

この、緑色蛍光発光領域における基材は銅やアルミニウム等から成る金属基材であって、この基材の背面パネル13側の表面は、銀蒸着等によってミラー加工されており、このミラー加工された表面に緑色蛍光体の蛍光体103が敷設されている。さらに、拡散反射領域は、金属基板の表面にサンドブラスト等によって微細凹凸が形成し、入射光を拡散反射させる拡散反射部105とするものである。

尚、拡散反射領域は、緑色蛍光発光領域と同様に、ミラー加工が施された金属基材の表面に、光を拡散して透過させる拡散透過層を形成することにより、ブラスト加工等をした拡散反射部105と同様に機能させて入射光を拡散反射する透過拡散反射部とすることもある。

そして、蛍光ホイール101の緑色蛍光体に照射された励起光源装置70からのライトトンネル81を介した光は、緑色蛍光体における緑色蛍光体を励起し、緑色蛍光体から全方位に蛍光発光された光線束は、直接背面パネル13側へ、あるいは、蛍光ホイール101の表面で反射した後に背面パネル13側へ射出され、図６に示すように、集光レンズ群111に入射し、集光されてライトトンネル81に向かって出射される。

また、蛍光ホイール101の拡散反射領域に照射された励起光源装置70からの光は、微細凹凸によって拡散された拡散反射光として集光レンズ111に入射し、集光されてライトトンネル81に向かって出射される。なお、ホイールモータ110と正面パネル12との間には冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261によって蛍光発光装置100等が冷却される。

赤色発光装置120は、ライトトンネル81からの射出光の光軸と光軸が直交するように配置された赤色発光素子121と、赤色発光素子121からの射出光を集光する集光レンズ群125と、を備える単色発光装置である。この赤色発光素子121は、赤色波長帯域の光を発する赤色発光ダイオードである。

そして、この赤色発光装置120からの出射光は、図６に示すように、ダイクロイックミラー91に照射されてダイクロイックミラー91で反射され、蛍光ホイール101から射出される緑色波長帯域光である蛍光光や蛍光ホイール101で反射された青色波長帯域光と光軸を一致させて集光レンズ85を介してライトトンネル81に入射される。

なお、赤色発光装置120は、赤色発光素子121の右側パネル14側に配置されるヒートシンク130を備える。そして、ヒートシンク130と正面パネル12との間には冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261によって赤色発光素子121が冷却される。尚、図６には、緑色蛍光体から全方位に蛍光発光された光線束、拡散反射領域に照射された励起光源装置70からの光及び、赤色発光装置120からの出射光については中心光軸のみが記載されており、実際は、これらの光はライトトンネル81内を反射しながら通過することになるのは勿論である。

そして、光源側光学系180は、光源ユニット60とした光源装置からの出射光を表示素子51に導くものであり、図３に示したように、光軸変換ミラー181と、集光レンズ183と、照射ミラー185と、を備える。

この光軸変換ミラー181は、ライトトンネル81の光軸上に配置され、ライトトンネル81から出射され、集光レンズ83を透過した赤色波長帯域光、緑色波長帯域光、及び、青色波長帯域光を左側パネル15方向に反射するものであり、ライトトンネル81から背面パネル13側に出射される各色光の光軸を左側パネル15方向に変換するものである。

そして、光軸変換ミラー181で反射された光は、集光レンズ183を介して照射ミラー185に照射され、照射ミラー185によりＤＭＤである表示素子51に照射され、表示素子51により赤色画像、緑色画像、青色画像が形成され、この３原色の各単色画像を形成する光が投影側光学系220に入射される。

なお、この表示素子51と背面パネル13との間には表示素子51を冷却するためのヒートシンク190が配置されて、このヒートシンク190によって表示素子51が冷却される。また、表示素子51の正面近傍には、投影側光学系220としての集光レンズ195が配置されている。

投影側光学系220は、固定鏡筒に内蔵する固定レンズ群225と可動鏡筒に内蔵する可動レンズ群235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235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。

このようにプロジェクタ10を構成することで、蛍光ホイール101を回転させるとともに励起光源装置70及び赤色発光装置120から異なるタイミングで光を射出すると、赤色、緑色及び青色の波長帯域光がライトトンネル81に順次入射され、各波長帯域光の面均一性を高めた後、光源側光学系180を介して表示素子51に入射される。

このため、プロジェクタ10の表示素子51であるＤＭＤがデータに応じて各色の画像を形成し、輝度むらの無い単色画像を重ね合わせることにより、スクリーンにカラー画像を生成することができる。

なお、上記実施の形態は、光源装置とした光源ユニット60からの出射光を表示素子51に導く光源側光学系180は、光軸変換ミラー181によりライトトンネル81から背面パネル13側に出射される各色光の光軸を左側パネル15方向に変換しているも、図７に示すように、ライトトンネル81の中心軸を背面パネル13と略平行とする光源ユニット60とすることにより、光軸変換ミラー181を有しない光源側光学系180とし、面内光分布調整デバイスであるライトトンネル81を透過した蛍光光などを光源ユニット60から直接に光源側光学系180の集光レンズ183を介して表示素子51に照射することもある。

更に、上記実施の形態は、ライトトンネル81の中心軸線上に蛍光ホイール101を配置し、励起光源装置70から蛍光ホイール101に照射する励起光を通過させるライトトンネル81に、蛍光ホイール101から発せられる蛍光光と反射光、及び、赤色発光装置120からの光を逆方向から通過させているも、図８に示すように、従来の光源ユニットと同様に、光源装置とした光源ユニット60から出射する光を通過させ、内部で複数回光を反射させることにより出射光の面内均一性を高める出射光用のライトトンネル153を設けることもある。

この場合、赤色発光装置120からの出射光の光軸上に配置するダイクロイックミラー91を、蛍光発光装置100の蛍光ホイール101から発せられる蛍光光を反射し、励起光および赤色発光装置120からの赤色波長帯域光を透過するダイクロイックミラー91とし、赤色発光装置120からの赤色波長帯域光と蛍光ホイール101からの緑色波長帯域光の光軸と出射方向を合わせて励起光の光軸と異なる方向とするものである。

そして、更に、ダイクロイックミラー91により光軸が合わされた蛍光発光装置100の蛍光ホイール101から発せられる蛍光光及び赤色発光装置120からの赤色波長帯域光を反射し、青色波長帯域光を透過する第２ダイクロイックミラー147を、ダイクロイックミラー91を透過した赤色発光装置120からの赤色波長帯域光の光軸と青色発光装置140からの青色波長帯域光の光軸の交わる位置に配置する。このようにして、青色発光装置140からの青色波長帯域光を第２ダイクロイックミラー147で加え、この３原色の波長帯域光を出射光用のライトトンネル153に入射して光源ユニット60から出射させるものとし、この各単色光を通過させる出射光用のライトトンネル153とは別の励起光用のライトトンネル81を励起光源装置70と蛍光発光装置100との間に配置し、このライトトンネル81を介して励起光を蛍光ホイール101に照射するものである。

なお、この青色発光装置140は、青色発光ダイオードである青色発光素子141を有し、青色発光素子141からの射出光を集光する集光レンズ群145と、を備える単色発光装置である。

尚、図８には、緑色蛍光体から全方位に蛍光発光された光線束、青色発光装置140からの出射光及び、赤色発光装置120からの出射光については中心光軸のみが記載されており、実際は、これらの光はライトトンネル153内を反射しながら通過することになるのは勿論である。

そして、この青色発光装置140を用いる場合は、蛍光ホイール101としては、拡散反射部105を形成することなく、蛍光ホイール101の周囲全周に円環状の緑色蛍光発光領域とする蛍光体層103を形成すれば足りるものである。

また、蛍光ホイール101には緑色蛍光体のみを環状に形成し、青色波長帯域光を出射する装置として、赤色発光装置120と同様に、青色波長帯域光を発する発光ダイオードを用いた青色発光装置140を赤色発光装置120と共に蛍光発光装置100の近傍に配置するものとし、図９に示すように、第２ダイクロイックミラー147を用いてこの青色発光装置140からの青色波長帯域光も面内光分布調整デバイスとするライトトンネル81に入射するようにすることもある。

尚、図１０には、緑色蛍光体から全方位に蛍光発光された光線束、青色発光装置140からの出射光及び、赤色発光装置120からの出射光については中心光軸のみが記載されており、実際は、これらの光はライトトンネル81内を反射しながら通過することになるのは勿論である。

また、上記実施の形態は、蛍光ホイール101の縁周に沿って緑色蛍光発光領域とする蛍光体層103と、拡散反射領域とする拡散反射部105とを、環状に並設しているも、拡散反射領域を形成するのではなく、青色波長帯域光を発する蛍光体をミラー加工した機材の上に塗布した蛍光体として青色蛍光発光領域とすることもある。

このように、蛍光ホイール101に緑色波長帯域光を発する蛍光体と青色波長帯域光を発する蛍光体を環状に形成する場合、励起光源としては、蛍光体層とする蛍光体が発する青色波長帯域光よりも波長の短い可視光や紫外線を発するレーザー発光器とするものである。

そして、励起光源としては、青色波長帯域光よりも波長の短い、例えば紫外光を出射するレーザー発光器とする場合、光源側光学系180に備える光軸変換ミラー181としては、励起光源からの光を透過し、蛍光ホイール101からの緑色波長帯域光や青色波長帯域光、及び、赤色発光装置120からの赤色波長帯域光を反射するダイクロイックミラーとするものである。

このように、光源側光学系180の光軸変換ミラー181をダイクロイックミラー181とすることにより、図１０に示すように、励起光源装置70からライトトンネル81に励起光を入射するに際し、励起光が光源側光学系180の光軸変換ミラー181に制限されることなく、即ち、励起光が光源側光学系180の光軸変換ミラー181に入射してもよくなり、面内光分布調整デバイスであるライトトンネル81の光軸に対して位置調整を容易として配置することができ、励起光源とするレーザー発光器の配置設計を容易とすることができる。

尚、この光軸変換ミラー181をダイクロイックミラー181とする場合も、蛍光ホイール101から緑色波長帯域光及び青色波長帯域光を出射する構成とすることに限らず、図９の構成と同様に、蛍光ホイール101には緑色蛍光発光領域とする蛍光体層103を設け、青色波長帯域光を照射する青色発光装置140を追加するように設ける構成としてもよい。

また、光軸変換ミラー181として、励起光源からの光を透過し、蛍光ホイール101からの緑色波長帯域光や青色波長帯域光、及び、赤色発光装置120からの赤色波長帯域光を反射するダイクロイックミラー181とする場合、赤色発光ダイオードとする赤色発光素子121を用いた赤色発光装置120を省略し、緑色波長帯域光や青色波長帯域光を発する蛍光体による蛍光体層と合わせて赤色波長帯域光を発する蛍光体による蛍光体層を蛍光ホイール101に形成することもある。

そして、面内光分布調整デバイスであるライトトンネル81は、ライトトンネル81に限るものでなく、中実のガラスロッドである導光ロッドとすることもあり、更に、マイクロレンズアレーを面内光分布調整デバイスとして射出光の均一化を図ることもある。

更に、上記実施の形態は、励起光源として複数のレーザー発光器を使用しているも、レーザー発光器は複数に限ることなく、図１１に示すように、単一であっても良い。尤も、複数のレーザー発光器を使用するときは、調整により蛍光ホイール101への照射光における照度の面均一性をより高めることができる。

そして、励起光源としてレーザー発光器を複数個とする場合、図４等に示したように、ライトトンネル81の中心線に対して略左右対称に各レーザー発光器を配置する場合に限ることなく、ライトトンネル81の中心線に対して左右に配置する各レーザー発光器の個数、及び、各レーザー発光器からの励起光の光軸がライトトンネル81の中心線と交わる角度は、適宜に定めれば足りるものである。

このように、本実施の形態における蛍光体を用いた光源装置は、励起光を蛍光体に照射するに際して面内光分布調整デバイスを介した励起光を照射するため、面内光分布調整デバイス内で励起光を反射させつつ通過させることにより、励起光の照度の面均一性を高め、ひいては、蛍光光の面均一性を高めることができる。

従って、照度むらの無い単色画像の形成が可能となり、投影画像の照度むらや部分的色ずれの無い美麗な画像投影が可能なプロジェクタ10とすることができる。

そして、励起光をライトトンネル81などの面内光分布調整デバイスの光入射面に対して所定の角度で入射することにより、面内光分布調整デバイス内での反射回数を調整することにより、面内光分布調整デバイスから出射される励起光の面内光分布を適正化することができる。

そして、面内光分布調整デバイスに励起光と逆方向に蛍光光を通過させることとすれば、光源装置が射出する各波長帯域光の均一化に必要な面内光分布調整デバイスと励起光を均一化する面内光分布調整デバイスとを共用し、光源装置の小型化ひいてはプロジェクタ10の小型化を容易に行うことができる。

そして、励起光が入射しない位置の励起光源と面内光分布調整デバイスとの間に光源側光学系180の光軸変換ミラー181を配置すれば、光源装置とする光源ユニット60の配置方向の設定が容易となる。

更に、励起光源と面内光分布調整デバイスとの間に励起光を透過し、蛍光体光を反射するダイクロイックミラーを配置すれば、蛍光体から出射される光とは異なる波長帯域光を励起光として出射する光源装置の励起光源の位置を容易に適正位置に配置することができる。

また、光軸変換ミラー181を用いることなく、光源装置とする光源ユニット60からの出射光を直接導光する場合は、当該光源ユニット60を備えるプロジェクタ10を単純化することができる。

そして、面内光分布調整デバイスの入射側及び出射側に集光レンズを配置した光源装置は、励起光を効率的に面内光分布調整デバイスに入射することができると共に、面内光分布調整デバイスを透過した励起光を蛍光体の所要位置に容易に集光させることができる。

また、励起光源を面内光分布調整デバイスの光入射面の中点を通り且つ当該光入射面に垂直な直線に対して対称の位置に配置すれば、励起光源装置70を小型として各励起光源からの励起光を面内光分布調整デバイスに入射することができる。

更に、面内光分布調整デバイスの光入射面の中点を通り且つ当該光入射面に垂直な直線に対して対称の位置に励起光源を配置して左右の励起光源からの励起光が面内光分布調整デバイスの光入射面への入射角を等しくすれば、対称とされた各励起光源からの励起光を同一条件で面内光分布調整デバイスを透過させて面内項分布の均一化を図ることができる。

更に、蛍光体層103と拡散反射部105とを円形の回転体である蛍光ホイール101に並設すれば、励起光源と蛍光発光装置100とによる光源装置により、蛍光光の波長帯域光と励起光の波長帯域光との色の異なる光を生成することができる。

そして、励起光源を青色波長帯域光の励起光を発するレーザー発光器とし、蛍光光を緑色波長帯域光とすれば、画像形成に必要な三原色中の二色を容易に形成して射出する高輝度の光源装置とすることができる。

また、本発明は、以上の実施の形態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。そして、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以下に、本願出願の最初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１] 励起光源と、
前記励起光源からの励起光が入射し、射出光の面内光分布を均一とする面内光分布調整デバイスと、
前記面内光分布調整デバイスを通過した励起光が照射されることで前記励起光とは異なる波長の蛍光光を出射する蛍光体とを有していることを特徴とする光源装置。
[２] 前記励起光が前記面内光分布調整デバイスの光入射面に対して所定の角度で入射するように、前記励起光源は配置されていることを特徴とする前記[１]に記載の光源装置。
[３] 前記蛍光光が前記励起光とは逆方向から前記面内光分布調整デバイスに入射するように、当該面内光分布調整デバイスは配置されていることを特徴とする前記[１]又は前記[２]に記載の光源装置。
[４] 前記励起光源と前記面内光分布調整デバイスとの間であって、前記励起光が入射しない位置に、前記蛍光光を前記光源装置の外方に向かって反射するミラーが配置されていることを特徴とする前記[１]乃至前記[３]の何れかに記載の光源装置。
[５] 前記励起光源と前記面内光分布調整デバイスとの間に、前記励起光を透過し、前記蛍光光を前記光源装置の外方に向かって反射するダイクロイックミラーが配置されていることを特徴とする前記[１]乃至前記[３]の何れかに記載の光源装置
[６] 前記蛍光光は、前記光源装置の外方に直接導光されることを特徴とする前記[１]乃至前記[３]の何れかに記載の光源装置
[７] 前記面内光分布調整デバイスの励起光入射側及び出射側に集光レンズが配置されることを特徴とする前記[１]乃至前記[６]の何れかに記載した光源装置。
[８] 前記励起光源は２つ配置され、前記面内光分布調整デバイスの光入射面の中点を通り且つ当該光入射面に垂直な直線に対して対称の位置に前記励起光源は夫々配置されることを特徴とする前記[１]乃至前記[７]の何れかに記載の光源装置。
[９] 前記励起光源のうちの一方から射出される励起光は、前記光入射面に垂直な直線に対して第一の角度傾いた状態で前記面内光分布調整デバイスに入射し、
前記励起光源のうちの他方から射出される励起光は、前記光入射面に垂直な直線に対して前記第一の角度と大きさが等しい第二の角度傾いた状態で前記面内光分布調整デバイスに入射することを特徴とする前記[８]に記載の光源装置。
[１０] 前記蛍光体は、回転体に設けられ、
前記回転体は、前記励起光を拡散し且つ反射する拡散反射部を備え、
前記蛍光体は、前記拡散反射部と並設されるように前記回転体に配置されることを特徴とする前記[１]乃至前記[９]の何れかに記載した光源装置。
[１１] 前記励起光源は、青色波長帯域光を発するレーザー発光器であり、
前記蛍光体は、緑色波長帯域光を発する蛍光体であることを特徴とする前記[１]乃至前記[１０]の何れかに記載した光源装置。
[１２] 光源装置と、
前記光源装置からの光を表示素子に導く光源側光学系と、
照射される光により光学像を形成する表示素子と、
表示素子により形成された光学像をスクリーンに投影する投影側光学系と、
前記光源装置の光源制御手段や表示素子制御手段を有するプロジェクタ制御手段と、を備え
前記光源装置は、前記[１]乃至前記[１１]の何れかに記載した光源装置であることを特徴とするプロジェクタ。

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
６０ 光源ユニット ７０ 励起光源装置
７１ 青色光源 ７３ コリメータレンズ
８１ ライトトンネル ８３ 集光レンズ
８５ 集光レンズ ９８ ヒートシンク
９１ ダイクロイックミラー
１００ 蛍光発光装置 １０１ 蛍光ホイール
１０３ 蛍光体層 １０５ 拡散反射部
１１０ ホイールモータ １１１ 集光レンズ群
１２０ 赤色発光装置 １２１ 赤色発光素子
１２５ 集光レンズ群 １３０ ヒートシンク
１４０ 青色発光装置 １４１ 青色発光素子
１４５ 集光レンズ １４７ 第２ダイクロイックミラー
１４８ ダイクロイックミラー
１５１ 集光レンズ １５３ ライトトンネル
１５５ 集光レンズ
１８０ 光源側光学系 １８１ 光軸変換ミラー
１８３ 集光レンズ １８５ 照射ミラー
１９０ ヒートシンク １９５ 集光レンズ
２２０ 投影側光学系 ２２５ 固定レンズ群
２３５ 可動レンズ群 ２４１ 制御回路基板
２６１ 冷却ファン

Claims (12)

1. 励起光源と、
   前記励起光源からの励起光が入射し、射出光の面内光分布を均一とする面内光分布調整デバイスと、
   前記面内光分布調整デバイスを通過した励起光が照射されることで前記励起光とは異なる波長の蛍光光を出射する蛍光体とを有していることを特徴とする光源装置。
2. 前記励起光が前記面内光分布調整デバイスの光入射面に対して所定の角度で入射するように、前記励起光源は配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記蛍光光が前記励起光とは逆方向から前記面内光分布調整デバイスに入射するように、当該面内光分布調整デバイスは配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
4. 前記励起光源と前記面内光分布調整デバイスとの間であって、前記励起光が入射しない位置に、前記蛍光光を前記光源装置の外方に向かって反射するミラーが配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光源装置。
5. 前記励起光源と前記面内光分布調整デバイスとの間に、前記励起光を透過し、前記蛍光光を前記光源装置の外方に向かって反射するダイクロイックミラーが配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項３の何れかに記載の光源装置
6. 前記蛍光光は、前記光源装置の外方に直接導光されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光源装置
   
7. 前記面内光分布調整デバイスの励起光入射側及び出射側に集光レンズが配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載した光源装置。
8. 前記励起光源は２つ配置され、前記面内光分布調整デバイスの光入射面の中点を通り且つ当該光入射面に垂直な直線に対して対称の位置に前記励起光源は夫々配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の光源装置。
9. 前記励起光源のうちの一方から射出される励起光は、前記光入射面に垂直な直線に対して第一の角度傾いた状態で前記面内光分布調整デバイスに入射し、
   前記励起光源のうちの他方から射出される励起光は、前記光入射面に垂直な直線に対して前記第一の角度と大きさが等しい第二の角度傾いた状態で前記面内光分布調整デバイスに入射することを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
10. 前記蛍光体は、回転体に設けられ、
    前記回転体は、前記励起光を拡散し且つ反射する拡散反射部を備え、
    前記蛍光体は、前記拡散反射部と並設されるように前記回転体に配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項９の何れかに記載した光源装置。
11. 前記励起光源は、青色波長帯域光を発するレーザー発光器であり、
    前記蛍光体は、緑色波長帯域光を発する蛍光体であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れかに記載した光源装置。
12. 光源装置と、
    前記光源装置からの光を表示素子に導く光源側光学系と、
    照射される光により光学像を形成する表示素子と、
    表示素子により形成された光学像をスクリーンに投影する投影側光学系と、
    前記光源装置の光源制御手段や表示素子制御手段を有するプロジェクタ制御手段と、を備え
    前記光源装置は、請求項１乃至請求項１１の何れかに記載した光源装置であることを特徴とするプロジェクタ。

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