JP5527571B2 - 発光装置及び光源装置並びにこの光源装置を用いたプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、発光装置及び複数個のこの発光装置より構成される光源装置並びに当該光源装置を内蔵する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、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、光源として発光ダイオードや有機ＥＬ等の固体発光素子を用いるための開発がなされており多くの提案がなされている。例えば、特許第３９６７１４５号公報（特許文献１）では、固体励起光源から射出する波長５００ｎｍ以下の励起光を赤、緑、青の波長帯域光に変換する蛍光体層と固体励起光源等とから成る各発光装置からの光を組み合わせて任意の画像を作成する画像作成機構を備えたプロジェクタについての提案がなされている。
特許第３９６７１４５号公報

特許文献１の提案は、赤色、緑色、青色の波長帯域光を射出する三個の発光装置が、プロジェクタ内において励起光照射部材である蛍光体層が移動することなく固定されているため、励起光の照射位置が変わることなく蛍光体層の温度が上昇してしまい、これにより、蛍光体の温度上昇に起因する波長変換効率の低下や、経年的な性能劣化を生じてしまうといった問題点があった。

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、蛍光体層を移動させて励起光の照射位置を変化させることで蛍光体の温度上昇を抑制することができるため、発光効率の低下を抑制し、長期間に渡って性能を維持することのできる発光装置と、複数個の発光装置により構成される光源装置と、当該光源装置を備えたプロジェクタを提供することを目的としている。

本発明は、移動制御可能な基材に所定の波長帯域光を発光する蛍光体の層が配置されたセグメント領域を有し、前記蛍光体の層の所定点に励起光を照射する励起光源及び前記基材を回転させるモータを備え、前記基材は、ガラス基材又は透明樹脂基材で円形状に形成されて環状形状の前記セグメント領域を有し、前記蛍光体の層が配置される側の面には、前記励起光を透過し且つ蛍光体が発する波長帯域光を反射するダイクロイック層が形成され、前記基材の前記励起光源とは反対側に、当該基材と平行に配置されて基材と同期駆動制御可能な補助基材を備え、該補助基材の前記基材と対向する面に、前記励起光を反射し、且つ、蛍光体が発する波長帯域光を透過する励起光反射層が前記基材のセグメント領域に対応して形成され、前記基材と前記補助基材は、前記蛍光体の層と前記励起光反射層との間に所定の間隙が生じるように互いに離間して配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、この発光装置は、移動制御可能な基材に所定の波長帯域光を発光する蛍光体の層が配置されたセグメント領域を有し、この蛍光体の層の所定点に励起光を照射する励起光源を備え、励起光源から励起光を射出する際、この基材を励起光源の光軸に対して垂直となる方向に回転移動或いは往復移動などをさせることにより蛍光体の層を移動させて励起光の照射位置を変化させることで蛍光体の温度上昇を抑制することができるため、発光効率の低下を抑制し、長期間に渡って性能を維持することのできる発光装置と、複数個の発光装置により構成される光源装置と、当該光源装置を備えたプロジェクタを提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態のプロジェクタ10は、光源装置63と、表示素子51と、冷却ファンと、光源装置63からの光を表示素子51に導光する光源側光学系61と、表示素子51から射出された画像をスクリーンに投影する投影側光学系62と、光源装置63や表示素子51を制御するプロジェクタ制御手段と、を備えるものである。

そして、この光源装置63は、各々波長帯域の異なる光を発光する三個の発光装置64を有し、各発光装置64の光軸をダイクロイックミラー141で合成して同一の光軸とするものである。又、この発光装置64は、回転制御可能な円形状の基材130と、前記蛍光体の層131の所定点に励起光を照射する励起光源72と、基材130を回転させるホイールモータ73と、を備え、更に、この基材130に励起光を受けて所定の波長帯域光を発光する蛍光体の層131が配置された円環状のセグメント領域を有しているものである。

そして、この光源装置63は、基材130に赤色の波長帯域光を発光する蛍光体の層131が配置された赤色発光装置64Rと、基材130に緑色の波長帯域光を発光する蛍光体の層131が配置された緑色発光装置64Gと、基材130に青色の波長帯域光を発光する蛍光体の層131が配置された青色発光装置64Bと、から構成されているものである。

又、この発光装置64の基材130は、ガラス基材又は透明樹脂基材で形成されるものであり、蛍光体の層131が配置される側の面には、励起光を透過し、且つ、蛍光体が発する波長帯域光を反射するダイクロイック層134が形成され、蛍光体の層131が配置される側とは反対側の面に無反射コート層133が形成されているものである。

そして、各発光装置64の励起光源72は、蛍光体の層131が発する赤色、緑色、青色の波長帯域光よりも波長の短い紫外領域の波長帯域光を射出する発光ダイオード又はレーザー発光器とするものである。

以下、本発明の実施例を図に基づいて詳説する。本発明の一つの実施例に係るプロジェクタ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前面板12の側方に投影口を覆うレンズカバー19を有すると共に、この前面板12には複数の排気孔17を設けている。

又、本体ケースである上面板11にはキー／インジケータ部37を有するものであり、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、光源装置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を備えているものである。

更に、本体ケースの背面には、背面板に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、図示しないメモリカードスロット、リモートコントローラからの制御信号を受信するＩｒ受信部を有しているものである。

尚、この背面板、及び、図示しない本体ケースの側板である右側板、並びに、図１に示した側板である左側板15の下部近傍には、各々複数の吸気孔18を有しているものである。

そして、このプロジェクタ10のプロジェクタ制御手段は、図２に示すように、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等を有するものであって、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に送られるものである。

又、表示エンコーダ24は、送られてき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に出力するものである。

そして、表示エンコーダ24からビデオ信号が入力される表示駆動部26は、送られてくる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、光源装置63からの光を光源側光学系を形成する照明用ユニットを介して表示素子51に入射することにより、表示素子51の反射光で光像を形成し、投影側光学系を形成する投影ユニットを介して図示しないスクリーンに画像を投影表示するものであり、この投影側光学系の可動レンズ群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ものである。

又、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ＡＤＴＣ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や、再生モード時はメモリカード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て画像変換部23を介して表示エンコーダ24に送り、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ものである。

そして、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。

又、本体ケースの上面板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に送られるものである。

尚、制御部38にはシステムバス（ＳＢ）を介して音声処理部47が接続されており、音声処理部47はＰＣＭ音源等の音源回路を備え、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ことができるものである。

又、この制御部38は、電源制御回路41を制御しており、この電源制御回路41は、電源スイッチキーが操作されると光源装置63を点灯させる。更に、制御部38は、冷却ファン駆動制御回路43も制御しており、この冷却ファン駆動制御回路43は、光源装置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て、冷却ファンの回転速度を制御させ、又、タイマー等により光源装置63の消灯後も冷却ファンの回転を持続させるものであり、更に、温度センサによる温度検出の結果によっては光源装置63を停止してプロジェクタ本体の電源をＯＦＦにする等の制御も行うものである。

又、このプロジェクタ10の内部構造は、図３に示したように、光源用電源回路ブロック101等を取付けた電源制御回路基板102を右側板14の近傍に配置し、筐体内を区画用隔壁120により背面板13側の吸気側空間室121と前面板12側の排気側空間室122とを気密に形成し、プロジェクタ10の中央近傍にシロッコファンタイプのブロア110を冷却ファンとして配置し、吸気側空間室121にブロア110の吸込み口111を排気側空間室122にブロア110の吐出口113を位置させている。

更に、排気側空間室122内に光源装置63を配置し、左側板15に沿って照明側ブロック78及び画像生成ブロック79並びに投影側ブロック80で構成する光学ユニットブロック77を配置し、光学ユニットブロック77の照明側ブロック78を排気側空間室122に開口連通させて照明側ブロック78に設ける照明用ユニットの一部が排気側空間室122に位置するように配置し、排気側空間室122の前面板12に沿って排気温低減装置114を配置している。

そして、光源装置63等を冷却する冷却ファンとしてのブロア110は、中心部に吸込み口111を有し、吐出口113は略正方形断面であって、区画用隔壁120に接続され、区画用隔壁120によって区画された排気側空間室122にブロア110からの排風を排出するものであって、ブロア110の吸込み口111の近傍には制御回路基板103が配設されるものである。

そして、光学ユニットブロック77は、光源装置63の近傍に配置され、照明用ユニットの一部を備えて光源装置63からの射出光を画像生成ブロック79に向けて射出する照明側ブロック78と、照明用ユニットの一部と表示素子51を備えて照明側ブロック78からの射出光を画像データに合わせて投影側ブロック80に向けて反射する画像生成ブロック79と、投影ユニットを備えて左側板15の近傍に配置され、画像生成ブロック79で反射した光を投影する投影側ブロック80との三つのブロックから構成されているものである。

この照明側ブロック78が備える光源側光学系61を形成する照明用ユニットの一部としては、光源装置63から射出された光を均一な強度分布の光束とする導光装置75等がある。

又、画像生成ブロック79が備える光源側光学系61を形成する照明用ユニットの一部としては、導光装置75から射出された光の向きを変更する反射ミラー74や、この反射ミラー74により反射した光を表示素子51に集光させる集光レンズ群83及びこの集光レンズ群83を透過した光を表示素子51に所定の角度で照射する照射ミラー84がある。そして、画像生成ブロック79は、表示素子51も備えており、表示素子51としてはＤＭＤを採用している。更に、この表示素子51の背面板13側には表示素子51を冷却するための表示素子放熱板53が配置されている。

このＤＭＤは、複数のマイクロミラーがマトリックス状に配置され、正面方向に対して一方向に傾いた入射方向から入射した光を、複数のマイクロミラーの傾き方向の切換えにより正面方向のオン状態光線と斜め方向のオフ状態光線とに分けて反射することにより画像を表示するものであり、一方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより正面方向に反射してオン状態光線とし、他方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより斜め方向に反射してオフ状態光線とすると共に、このオフ状態光線を吸光板で吸収し、正面方向への反射による明表示と、斜め方向への反射による暗表示とにより画像を生成するものである。

そして、投影側ブロック80は、画像を形成する明表示の光線束を図示しないスクリーン等に照射する投影側光学系62を形成する固定レンズ群93や可動レンズ群97を有する投影ユニットを備えているものである。そして、これらの投影側光学系62のレンズ群によりズーム機能を備えた可変焦点型レンズとしているものであり、光学ユニットブロック77と左側板15の間に配置された光学系制御基板86により前述したレンズモータ45を制御して可動レンズ群97を光軸に沿って移動させ、ズーム調整やフォーカス調整を可能としているものである。

そして、本発明に係る光源装置63は、励起光源72からの励起光を受けて各々波長帯域の異なる光を導光装置75に射出する三個の発光装置64から構成されるものであり、赤色の波長帯域光を射出する赤色発光装置64Rと、緑の波長帯域光を射出する緑色発光装置64Gと、青の波長帯域光を射出する青色発光装置64Bとから構成されているものである。

そして、赤色発光装置64Rは、ブロアの吐出口113の近傍において当該赤色発光装置64Rの光軸が導光装置75の光軸と直交するように配置され、緑色発光装置64Gは、該緑色発光装置64Gの光軸が赤色発光装置64Rの光軸と平行となるように赤色発光装置64Rよりも前面板12側に配置され、青色発光装置64Bは、前面板12の近傍において当該青色発光装置64Bの光軸が導光装置75の光軸と一致するように配置されているものである。

又、この光源装置63は、図４に示すように、所定の波長帯域光を反射又は透過させて各発光装置64の光軸を合成して同一の光軸とするダイクロイックミラー141、及び、発光装置64から射出され導光装置75へ入射する光線束を集光する集光レンズ等により構成される集光光学系を備えている。

この集光光学系は、赤色発光装置64Rから射出される赤色の波長帯域光を導光装置75の光軸方向と同一の光軸方向となるように反射し、緑色発光装置64G及び青色発光装置64Bから射出される緑色及び青色の波長帯域光を透過する第一ダイクロイックミラー141aと、緑色発光装置64Gから射出された緑色の波長帯域光を導光装置75の光軸方向と同一の光軸方向となるように反射し、青色発光装置64Bから射出された青色の波長帯域光を透過する第二ダイクロイックミラー141bと、各発光装置64から射出された光を集光する集光レンズ群148と、集光レンズ群148を介して第一ダイクロイックミラー141aに入射する光を集光する集光レンズ163と、第一ダイクロイックミラー141aを介して導光装置75に入射する光を集光する集光レンズ164と、を備えるものである。

そして、この第一ダイクロイックミラー141aは、赤色発光装置64Rと導光装置75の光軸とが交差する位置において該光軸とのなす角が４５度となるように配置され、第二ダイクロイックミラー141bは、緑色発光装置64Gと導光装置75の光軸とが交差する位置において該光軸とのなす角が４５度となるように配置されているものである。

又、赤色発光装置64Rからの射出光を集光する第一集光レンズ群148aは、該第一集光レンズ群148aの光軸が赤色発光装置64Rの光軸と一致するように赤色発光装置64Rと第一集光レンズ163aとの間に配置され、緑色発光装置64Gからの射出光を集光する第二集光レンズ群148bは、該第二集光レンズ群148bの光軸が緑色発光装置64Gの光軸と一致するように緑色発光装置64Gと第二ダイクロイックミラー141bとの間に配置され、青色発光装置64Bからの射出光を集光する第三集光レンズ群148cは、該第三集光レンズ群148cの光軸が青色発光装置64Bの光軸と一致するように青色発光装置64Bと第二ダイクロイックミラー141bとの間に配置されるものである。

そして、第一集光レンズ群148aを介して第一ダイクロイックミラー141aに入射する赤色光を集光する第一集光レンズ163aは、該第一集光レンズ163aの光軸が赤色発光装置64Rの光軸と一致するように第一集光レンズ群148aと第一ダイクロイックミラー141aとの間に配置され、第二ダイクロイックミラー141bを介して第一ダイクロイックミラー141aに入射する光を集光する第二集光レンズ163bは、該第二集光レンズ163bの光軸が導光装置75の光軸と一致するように第一ダイクロイックミラー141aと第二ダイクロイックミラー141bとの間に配置されるものである。又、第一ダイクロイックミラー141aを介して導光装置75に入射する光を集光する集光レンズ164は、該集光レンズ164の光軸が導光装置75の光軸と一致するように第一ダイクロイックミラー141aと導光装置75との間に配置されるものである。

そして、各発光装置64は、図５及び図６に示すように、透明材質から成る円盤状の基材130の中央部に取り付けられるホイールモータ73によって回転可能に配設される発光ホイール71と、励起光を発光ホイール71が具備する蛍光体層131に含有される蛍光体に照射する励起光源72と、を備えるものであり、プロジェクタ制御手段によって時分割制御される励起光源72から励起光が各発光装置64の発光ホイール71に順次照射されると、蛍光体層131の蛍光体から所定の波長帯域光が生成され、各発光装置64から順次射出された各色光が前述した集光光学系を介して導光装置75に入射されることとなる。

即ち、図４に示したように、赤色発光装置64Rから射出された赤色光は、第一集光レンズ群148aにより集光され第一集光レンズ163aに照射され、該第一集光レンズ163aによって集光された光が第一ダイクロイックミラー141aで反射した後、集光レンズ164によって導光装置75の入射面に集光されることとなる。

又、緑色発光装置64Gから射出された緑色光は、第二集光レンズ群148bにより集光されて第二ダイクロイックミラー141bに入射し、第二ダイクロイックミラー141bで反射した後、第二集光レンズ163bにより集光されて第一ダイクロイックミラー141aに照射され、第一ダイクロイックミラー141aを透過した後、集光レンズ164によって導光装置75の入射面に集光されることとなる。

そして、青色発光装置64Bから射出された青色光は、第三集光レンズ群148cにより集光されて第二ダイクロイックミラー141bに照射され、第二ダイクロイックミラー141bを透過した後、第二集光レンズ163bにより集光されて第一ダイクロイックミラー141aに照射され、第一ダイクロイックミラー141aを透過した後、集光レンズ164によって導光装置75の入射面に集光されることとなる。

そして、発光ホイール71は、図５及び図６に示したように、蛍光体の層131を備える円形状の基材130とホイールモータ73により構成されるものであり、基材130の中央部にホイールモータ73との接続部である円柱状のロータの形状に対応した円形開口が形成され、該円形開口にロータが挿着されることで一体となるものである。これにより、この発光ホイール71の基材130は、プロジェクタ制御手段の制御部38によって駆動制御されるホイールモータ73によって回転することとなる。

この基材130は、一つの円環状のセグメント領域を有し、ガラス基材又は透明樹脂基材等で形成されるものである。そして、この基材130は、セグメント領域に円環状の蛍光体の層131が配置されているものである。この各蛍光体の層131は、励起光源72から発せられる励起光を受けて所定の波長帯域光を発光するものである。

このように、各発光装置64の発光ホイール71の基材130に一つの円環状のセグメント領域を形成し、単色光を生成する蛍光体の層131を当該セグメント領域に配置すれば、小型のプロジェクタ10においても蛍光体の層131の面積を十分に確保することができ、温度上昇を効果的に抑制することができる。

そして、赤色発光装置64Rの赤色発光ホイール71Rは、セグメント領域の一方の面には原色である赤色の波長帯域光を発光する赤色蛍光体の層131が固着され、同様に、緑色発光装置64Gの緑色発光ホイール71Gにはセグメント領域の一方の面には原色である緑色の波長帯域光を発光する緑色蛍光体の層131が固着され、青色発光装置64Bの青色発光ホイール71Bのセグメント領域の一方の面には原色である青色の波長帯域光を発光する青色蛍光体の層131が固着されている。尚、この蛍光体層131は、蛍光体結晶とバインダから構成されるものである。

そして、この基材130は、図６に示されるように、蛍光体の層131が配置される側の全面には励起光を透過し、且つ、蛍光体が発する波長帯域光などの励起光以外の他の波長帯域光を反射するダイクロイック層134がコーティングにより形成され、このダイクロイック層134の上に蛍光体の層131が形成されているものである。

又、この基材130は、蛍光体の層131が配置される側とは反対側の全面に無反射コート層133がコーティングにより形成されている。

そして、励起光源72は、基材130のセグメント領域に配置される蛍光体の層131の所定点に励起光を照射するものであって、各発光ホイール71の赤色及び緑色及び青色蛍光体の層131が発する赤色及び緑色及び青色の波長帯域光よりも波長の短い不可視光である紫外の波長帯域光を発する発光ダイオード又はレーザー発光器とするものである。又、この励起光源72は、発光ホイール71の回転軸と平行となるように各発光ホイール71に対向して配置され、各励起光源72から射出される光の光軸は、各発光装置64の光軸とされるものである。

尚、各励起光源72を全て同一仕様とする場合に限らず、各蛍光体から所定の波長帯域光が生成されるような励起光を射出することができるものであればよく、例えば、赤色及び緑色発光ホイール71R,71Gには赤色及び緑色の波長帯域よりも波長の短い青色や紫色の波長帯域光を励起光として射出可能な励起光源72を採用してもよい。

又、この発光装置64は、励起光源72からの励起光を所定の発光ホイール71に導くために、導光装置75の形状に対応して形成される開口を有する入射マスク136が、励起光源72と発光ホイール71との間に配置されている。尚、この入射マスク136は、省略することもできる。

次に、発光ホイール71から射出され導光装置75に入射される光について説明する。励起光源72から励起光が発光ホイール71のセグメント領域に照射されると、当該励起光は、発光ホイール71の入射面の無反射コート層133を励起光源72側へほとんど反射されることなく透過して基材130に入射する。そして、基材130を透過した励起光は、ダイクロイック層134を透過して蛍光体の層131に照射される。この蛍光体層131の蛍光体は、当該励起光を吸収して所定の波長帯域光を全方位に射出するものである。即ち、赤色発光装置64Rの赤色蛍光体層131の蛍光体からは赤色の波長帯域光が射出され、緑色発光装置64Gの緑色蛍光体の層131からは緑色の波長帯域光が射出され、青色発光装置64Bの青色蛍光体の層131からは青色の波長帯域光が射出される。

そして、蛍光体から射出され集光レンズ群148に入射される光はそのまま集光光学系を介して導光装置75に入射し、基材130側に射出される光はダイクロイック層134によって反射され、当該反射光の多くが発光ホイール71からの射出光として導光装置75に入射されることとなる。

そして、本実施例における導光装置75は、図４に示したように、中空の略四角錐台形状に形成されたテーパーライトトンネルとするものである。このテーパーライトトンネルは、光軸と垂直な入射面及び出射面を備え、上下左右の面を形成する台形状の４枚の板を有し、各板の稜線近傍でそれぞれを接着固定することにより入射面から出射面にかけて断面積が拡がる略四角錐台形状に形成され、内面を反射面とするものである。又、このテーパーライトトンネルの入射面の縦幅及び横幅の長さに対して出射面の縦幅及び横幅の長さを約２倍とすることにより、入射した拡散光は出射面から光軸に対して約３０度の広がりを持つ光束とすることができる。

尚、導光装置75をテーパーライトトンネルとせずに、入射面及び出射面の縦幅及び横幅の長さを同一なライトトンネルとし、このライトトンネルの入射面側に集光レンズ群を配置して発光ホイール71から射出された拡散光を集光レンズ群により集光させてライトトンネルに入射することとしてもよい。又、導光装置75はライトトンネルに限るものでなく中実のガラスロッドを用いることもある。

このように、この発光装置64は、移動制御可能な基材130に所定の波長帯域光を発光する蛍光体の層131が配置されたセグメント領域を有し、この蛍光体の層131の所定点に励起光を照射する励起光源72を備え、励起光源72から励起光を射出する際、この基材130を励起光源72の光軸に対して垂直となる方向に回転移動をさせることにより蛍光体の層131を円周方向に移動させて励起光の照射位置を変化させることで蛍光体の温度上昇を抑制することができるため、発光効率の低下を抑制し、長期間に渡って性能を維持することのできる発光装置64と、複数個の発光装置64により構成される光源装置63と、当該光源装置63を備えたプロジェクタ10を提供することができる。

そして、プロジェクタ10に内蔵される光源装置63として、赤色及び緑色及び青色の波長帯域光を射出可能とする三個の発光装置64R,64G,64Bで構成し、各発光装置64の発光ホイール71を回転させると共に各発光装置64の励起光源72から射出する励起光を順次点滅させると、赤色及び緑色及び青色の波長帯域光が各発光ホイール71から導光装置75に順次入射され、各励起光源72の照射タイミングに合せてプロジェクタ10の表示素子51であるＤＭＤがデータを時分割表示することにより、スクリーンにカラー画像を生成することができる。

尚、各発光装置64は、プロジェクタ制御手段によって順次点滅するように構成する場合に限ることなく、組み合わせて各色光を合成して導光装置75に照射させることとしてもよい。例えば、赤色、緑色、青色発光装置64R,64G,64Bから同時に各色光を射出すれば、各色光が合成されて形成される白色光を導光装置75に照射させることにより輝度を向上させることができる。更に、赤色、緑色、青色の点灯時間比率を変更して輝度の低い色の点灯時間を長くするなどにより、色の配合等の色合いを調整することも容易に可能となる。

又、基材130をガラス基材とすることにより剛性を持たせることができ、或いは、基材130を透明樹脂基材とすることにより軽量化及び低コスト化を図ることもできる。

そして、基材130の蛍光体層131が配置される側の面にダイクロイック層134が形成されているため、基材130側に射出される光を導光装置75側へ反射して導光装置75に入射する光量を増加することができる。

更に、基材130の蛍光体層131の配置される側とは反対側の面に無反射コート層133が形成されているため、励起光源72から照射される励起光の利用効率を向上させることもできる。

更に、励起光源72として発光ダイオード又はレーザー発光器を採用することにより、従来の放電ランプ等を光源装置とするプロジェクタに比べて、電力消費を抑えることができると共に小型化を図ることができる。又、紫外領域の波長帯域光を射出する励起光源72を採用し、赤色及び緑色及び青色の蛍光体の層131に当該励起光を照射することで、赤色及び緑色及び青色の波長帯域光を生成することができる。

又、発光装置64は、原色である赤色、緑色、青色の波長帯域光を生成する三個の発光装置64で構成する場合に限定することなく、様々な組み合わせを採用することができる。例えば、黄色等の補色の波長帯域光を生成する発光装置64を光源装置63に組込んでもよい。これにより、光源装置63の輝度を上げて色再現性の向上を図ることもできる。

又、この光源装置63は、基材130が矩形状に形成され、図７に示すように、基材130を長軸方向に往復移動させる圧電素子151を備えた複数個の発光装置64によって構成されていることもある。

この発光装置64は、矩形状に形成された基材130に該基材130の一辺に平行な矩形状のセグメント領域が形成され、該セグメント領域の一方の面に励起光を受けて所定の波長帯域光を発光する蛍光体の層131が配置された蛍光振動板150と、励起光を蛍光体に照射する励起光源72と、を備えるものである。

そして、この蛍光振動板150には一端に圧電素子151が取付けられている。この圧電素子151は、制御回路と接続されており、制御部38の指令によりこの圧電素子151に交流電圧が印加されると、圧電素子151が周期的に伸縮運動をすることにより、基材130がセグメント領域の長軸方向に往復移動することとなる。

又、この蛍光振動板150は、前述の発光ホイール71と同様に、蛍光体層131の配置される側の基材130の全面に励起光を透過し、且つ、蛍光体から発する波長帯域光を反射するダイクロイック層134が形成され、蛍光体の層131が配置される側とは反対側の面に無反射コート層133が形成されているものである。

このため、蛍光体層131の配置される側とは反対側に配置される励起光源72より励起光が蛍光体に照射されると、無反射コート層133により基材130に入射する光はほとんど励起光源72側に反射することなく蛍光体の層131に照射され、蛍光体から所定の波長帯域光が集光レンズ群148側に射出される。又、基材130側に射出された光は、ダイクロイック層134により反射して、当該反射光の多くが集光レンズ群148に入射する。

このように、蛍光振動板150と励起光源72から成り、各色の波長帯域光を生成可能とする複数個の発光装置64で構成される光源装置63をプロジェクタ10に取付けることで、順次各色光をＤＭＤに照射して画像を形成することができる。そして、この蛍光振動板150は、長軸方向に振動しているため、励起光の照射位置を変化させることができ、前述と同様に、蛍光体の温度上昇を抑制することができる。

そして、発光装置64は、図８に示すように、基材130と平行になるように当該基材130と同期駆動制御可能な補助基材137が配置されることもある。この補助基材137は、励起光源72側の反対側において基材130の形状に対応して円形状や矩形状に形成されるものである。又、この補助基材137は、基材130と同一形状のセグメント領域を有しているものである。

そして、図８（ａ）に示すように、発光ホイール71に取付けられる補助基材137は、基材130と同様にホイールモータ73に固着されているため、この補助基材137は基材130と同速度で同期回転するものである。そして、図８（ｂ）に示すように、蛍光振動板150に取付けられる補助基材137は、基材130と同様に圧電素子151に一端が固着されているため、この補助基材137は基材130と同期振動するものである。

そして、この補助基材137は、ガラス基材又は透明樹脂基材等で形成されるものであって、励起光を反射し、且つ、蛍光体層131の蛍光体が発する波長帯域光などの励起光以外の他の波長帯域光を透過する励起光反射層132がコーティングにより基材130側の全面に形成され、又、基材130側とは反対側の全面に無反射コート層133がコーティングにより形成されているものである。尚、基材130に励起光反射層132は、基材130の蛍光体層131を有するセグメント領域に対応して形成されるものであり、同一形状に形成される補助基材137のセグメント領域にのみコーティングすることとしてもよい。

これにより、励起光源72から励起光が基材130に照射されると、励起光は励起光源72側にほとんど反射されることなく基材130を透過し、更にダイクロイック層134を透過して蛍光体の層131に照射される。この蛍光体の層131は、当該励起光を吸収して所定の波長帯域光を全方位に射出する。このうち集光レンズ群148に向かって射出される光はそのまま補助基材137側に入射し、基材130側に射出される光はダイクロイック層134によって反射され、当該反射光の多くが補助基材137に入射されることとなる。しかしながら、このとき蛍光体の層131によって吸収されることなく透過して補助基材137に入射される励起光も存在する。

そして、補助基材137側に励起光が入射すると、励起光は、補助基材137の励起光反射層132によって反射され再び蛍光体の層131に入射、吸収され、蛍光体の層131の蛍光体によって所定の波長帯域光が生成され、当該生成光が補助基材137に入射することとなる。又、蛍光体により生成され補助基材137に入射した光は、励起光反射層132及び補助基材137及び無反射コート層133を透過して発光ホイール71或いは蛍光振動板150から射出され、集光光学系を介して導光装置75に入射されることとなる。

このように、基材130の励起光源72側とは反対側に、当該基材130の形状に対応した形状及びセグメント領域などが形成される補助基材137を配置することで、蛍光体層131を透過した励起光を基材130側へ反射して、再度、蛍光体層131に入射して蛍光体に吸収させ、所定の波長帯域光を生成することができるため、導光装置75へ入射する光量を増加させることができる。又、基材130側とは反対側の面に無反射コート層133が形成されているため、射出光の利用効率を向上させることができる。

そして、本発明の光源装置63は、導光装置75へ入射する光量を増加させるため、図９に示すように、補助励起光源160を励起光源72と共に有する場合もある。この光源装置63を構成する各発光装置64は、基材130が励起光源72と補助励起光源160の間に配置されているものである。

そして、この光源装置63は、基材130の出射面とは反対側に励起光源72が備えられ、補助励起光源160が当該補助励起光源160から射出された励起光が基材130の蛍光体の層131に直接的に照射されるように、且つ、発光ホイール71から射出され集光光学系へ入射する光を遮ることのないように、励起光源72の光軸から所定の距離だけ離れた位置において所定の角度で配置されるものである。

これにより、補助励起光源160から、比較的波長変換効率の低い蛍光体の層131に励起光を照射することができ蛍光体の層131からの発光量を増加させ、導光装置75に入射する光量を増加させることができる。このように、複数個の発光装置64のうち、比較的波長変換効率の低い発光装置64にのみ補助励起光源160を備えることで、プロジェクタ10全体の電力消費を抑えて最適な光量を確保することができる。

又、図１０に示すように、基材130の出射面側にのみ励起光源72を配置する場合もあり、この場合、基材130をガラス基材や透明樹脂基材等の透明材質で形成せずに銅板等の伝熱部材で形成することもある。このとき、伝熱部材には、前述と同様に蛍光体の層131が取付けられ、蛍光体の層131が取付けられる出射面側にのみ励起光源72が配置され、この出射面側の全面に銀蒸着等により励起光及び蛍光体で生成される各色光を反射する反射層138が形成されている。

これにより、励起光源72から射出された励起光は、蛍光体の層131の蛍光体によって吸収され、当該蛍光体によって所定の波長帯域光が生成され、この蛍光体から射出された光を導光装置75に入射させることができる。尚、蛍光体層131を透過して伝熱部材側に射出された励起光は反射層138によって反射され、再び蛍光体の層131に吸収され、又、蛍光体により生成され伝熱部材側に射出された光も反射層138によって反射し、導光装置75に入射させることができる。

このように、励起光源72は、発光ホイール71の出射面側にのみ配置してもよく、又、必ずしも励起光源72の光軸を発光ホイール71の回転軸と平行になるように配置することを要しない。したがって、複数個の励起光源72を採用したり、配置に自由度を持たせることができるため、光量の増加及びコンパクト化が容易に可能となる。又、銅板等の伝熱部材を基材130として用いることで、伝熱部材全体に熱を分散して効果的に放熱を行うこともできる。

そして、出射面側にのみ励起光源72を配置した赤色及び緑色及び青色発光装置64R,64G,64Bなどの各色を射出可能な複数個の発光装置64によって光源装置63を構成し、各発光装置64の光軸を前述と同様にダイクロイックミラー141で合成して同一の光軸となるように各発光装置64を配置すれば、当該光源装置63から各色光を順次射出することができる。

又、図１１に示すように、この光源装置63を構成する複数個の発光装置64のうちの所定の発光装置64の発光ホイール71、或いは、蛍光振動板150のセグメント領域に、蛍光体層131を配置せずに、照射される波長帯域光に拡散効果を付与する光学物質を拡散層135として配置することもある。

この発光装置64は、例えば前述の励起光源72と同様に配置される光源70を青色の波長帯域光を射出する発光ダイオードやレーザー発光器として、当該光源70からの励起光を拡散層135によって拡散して光を射出し、この光をそのまま利用することができるものである。

尚、拡散層135としては、光学物質である固体物を固着する場合の他、当該基材130の表面にブラスト加工などによる目粗し処理等の光学処理を施すことにより形成してもよい。

そして、この発光ホイール71は、図６で示した発光ホイール71と略同様の構成とされるものであるが、この拡散層135の配置されるセグメント領域における基材130には、ダイクロイック層134が形成されていない。

そして、光源70から青色の波長帯域光である励起光がセグメント領域に配置される拡散層135の所定点に照射されると、当該青色光は、無反射コート層133及び基材130を透過して拡散層135に照射される。この拡散層135は、当該拡散層135に入射した光を、拡散光として射出するものである。したがって、このように拡散層135の形成されたセグメント領域を有する発光ホイール71、或いは、蛍光振動板150においては、この拡散効果を付与する拡散層135が円環状のセグメント領域に形成されているため、光源70からの光が拡散された青色拡散光として集光光学系を介して導光装置75に入射されることとなる。

このように、光源70から射出される光を拡散させて、当該発光装置64も一つの単色光源として利用することができるため、比較的高価な蛍光体の層131の設置面積を低減することができ、安価な光源装置63及び当該光源装置63を備えたプロジェクタ10を提供することができる。

そして、光源装置63を、青色光を励起光とする当該励起光源72を備えて基材130に赤色蛍光体層131を配置させた赤色発光装置64Rと、基材130に緑色蛍光体層131を配置させた緑色発光装置64Gと、この赤色及び緑色発光装置64R,64Gに備えられる励起光源72と同一仕様の光源70を備えて基材130に拡散効果を付与する拡散層135が形成されている青色発光装置64Bと、から構成することにより、前述と同様に、各発光装置64から赤色、緑色、青色の波長帯域光を順次生成し、ＤＭＤ等に入射させることで、カラー画像をスクリーンに投影することができると共に、各発光装置64の発光効率の低下を抑制し、長期間に渡って性能を維持することができる光源装置63を提供することができる。

尚、青色発光装置64Bには青色の波長帯域光を射出する光源70を用いたが、赤色及び緑色発光装置64R,64Gに当該青色光源70を励起光源72として用いずに、夫々異なる波長帯域光を射出する励起光源72を備え付けることもできる。例えば、赤色発光装置64Rには、紫外光を射出する励起光源72を備え付け、緑色発光装置64Gには、紫の波長帯域光を射出する励起光源72を備え付けることもできる。

又、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。例えば、蛍光体の層131を配置した透明材質から成る基材130に対するコーティングとしては、前述のように蛍光体の層131が配置される側の面にダイクロイック層134をコーティングして、蛍光体の層131が配置される側とは反対側の面に無反射コート層133をコーティングする場合に限られるものでなく、逆に蛍光体の層131が配置される側の面に無反射コート層133をコーティングして、反対側の面にダイクロイック層134をコーティングすることとしてもよい。これにより、蛍光体の層131から基材130側に射出される光をダイクロイック層134によって導光装置75側へ反射して導光装置75に入射する光量を増加することができると共に、励起光源72から照射される励起光の利用効率を向上させることができる。

本発明の実施例に係るプロジェクタの外観を示す斜視図。 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を示す図。 本発明の実施例に係るプロジェクタの上面板を取り除いた平面図。 本発明の実施例に係る光源装置の平面図。 本発明の実施例に係る発光装置の外観を示す斜視図。 本発明の実施例に係る発光装置の一部断面を示す平面図。 本発明の実施例に係る発光装置の一部断面を示す平面図。 本発明の実施例に係る発光装置の一部断面を示す平面図。 本発明の実施例に係る発光装置の一部断面を示す平面図。 本発明の実施例に係る発光装置の一部断面を示す平面図。 本発明の実施例に係る発光装置の一部断面を示す平面図。

符号の説明

10 プロジェクタ 11 上面板
12 前面板 13 背面板
14 右側板 15 左側板
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 電源制御回路 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 表示素子放熱板 61 光源側光学系
62 投影側光学系 63 光源装置
64 発光装置 64R 赤色発光装置
64G 緑色発光装置 64B 青色発光装置
70 光源 71 発光ホイール
71R 赤色発光ホイール 71G 緑色発光ホイール
71B 青色発光ホイール 72 励起光源
73 ホイールモータ 74 反射ミラー
75 導光装置 77 光学ユニットブロック
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 83 集光レンズ群
84 照射ミラー 86 光学系制御基板
93 固定レンズ群 97 可動レンズ群
101 光源用電源回路ブロック 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
114 排気温低減装置 120 区画用隔壁
121 吸気側空間室 122 排気側空間室
130 基材 131 蛍光体の層
132 励起光反射層 133 無反射コート層
134 ダイクロイック層 135 拡散層
136 入射マスク 137 補助基材
138 反射層 141 ダイクロイックミラー
141a 第一ダイクロイックミラー 141b 第二ダイクロイックミラー
148 集光レンズ群 148a 第一集光レンズ群
148b 第二集光レンズ群 148c 第三集光レンズ群
150 蛍光振動板 151 圧電素子
160 補助励起光源 163a 第一集光レンズ
163b 第二集光レンズ 164 集光レンズ

Claims (9)

1. 移動制御可能な基材に所定の波長帯域光を発光する蛍光体の層が配置されたセグメント領域を有し、 前記蛍光体の層の所定点に励起光を照射する励起光源及び前記基材を回転させるモータを備え、 前記基材は、ガラス基材又は透明樹脂基材で円形状に形成されて環状形状の前記セグメント領域を有し、前記蛍光体の層が配置される側の面には、前記励起光を透過し且つ蛍光体が発する波長帯域光を反射するダイクロイック層が形成され、 前記基材の前記励起光源とは反対側に、当該基材と平行に配置されて基材と同期駆動制御可能な補助基材を備え、 該補助基材の前記基材と対向する面に、前記励起光を反射し、且つ、蛍光体が発する波長帯域光を透過する励起光反射層が前記基材のセグメント領域に対応して形成され、 前記基材と前記補助基材は、前記蛍光体の層と前記励起光反射層との間に所定の間隙が生じるように互いに離間して配置されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記基材は、伝熱部材で形成され、蛍光体の層が配置される側に反射層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 各々波長帯域の異なる光を発光する少なくとも三個の発光装置を有し、各発光装置の光軸をダイクロイックミラーで合成して同一の光軸とし、前記発光装置の内の少なくとも二個が請求項１又は請求項２に記載の発光装置であることを特徴とする光源装置。
4. 前記少なくとも二個とされた発光装置の基材は、前記蛍光体の層が配置される側とは反対側の面に無反射コート層が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 各々波長帯域の異なる光を発光する少なくとも三個の発光装置を有し、各発光装置の光軸をダイクロイックミラーで合成して同一の光軸とし、前記発光装置の内の少なくとも二個が請求項１または請求項２に記載の発光装置であることを特徴とする光源装置。
6. 前記少なくとも二個とされた各発光装置の励起光源は、紫外領域の波長帯域光を射出する発光ダイオード又はレーザー発光器とすることを特徴とする請求項３乃至請求項５の何れかに記載の光源装置。
7. 前記発光装置を三個とし、三つの前記発光装置の夫々は、前記基材に赤色の波長帯域光を発光する蛍光体の層が配置された発光装置と、前記基材に緑色の波長帯域光を発光する蛍光体の層が配置された発光装置と、前記基材に青色の波長帯域光を発光する蛍光体の層が配置された発光装置とされていることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 三個の発光装置の内の一個の発光装置が、移動制御可能な基材に光を拡散させる拡散層が配置されたセグメント領域を有し、前記拡散層の所定点に青色の波長帯域光を照射する光源を備えた発光装置とされ、三個の発光装置の内の二個の発光装置は、励起光源が青色の波長帯域光を射出する発光ダイオード又はレーザー発光器であり、前記基材に赤色の波長帯域光を発光する蛍光体の層が配置された発光装置と、前記基材に緑色の波長帯域光を発光する蛍光体の層が配置された発光装置とされていることを特徴とする請求項３乃至請求項５の何れかに記載の光源装置。
9. 光源装置と、表示素子と、冷却ファンと、前記光源装置からの光を前記表示素子に導光する光源側光学系と、前記表示素子から射出された画像をスクリーンに投影する投影側光学系と、前記光源装置や表示素子を制御するプロジェクタ制御手段と、を備え、 前記光源装置が請求項３乃至請求項８の何れかに記載の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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