JP5783406B2 - 光源装置、及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、及び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。

ところで、特許文献１には、複数のレーザー光源とそれぞれに対応した複数のコリメータレンズとを備え、この複数のレーザー光源から複数のコリメータレンズを介して射出された励起光を、集光レンズである凸レンズを介して蛍光ホイールの蛍光体層に照射し、蛍光体層から蛍光光を射出させるプロジェクタが開示されている。

特開２０１１−１３３１３号公報（図５）

しかしながら、特許文献１に記載されたプロジェクタの構成で、高輝度を得るために、レーザー光源及びコリメータレンズの個数を更に増加させ、それらを行及び列をなすように平面状に配列した場合、比較的大きいサイズの集光レンズを要するので、製造コストが大きくなる、プロジェクタ筐体部が大型になる、等の問題がある。

本発明は上述したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で、製造コストが低く、高輝度の光源装置及びその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する。

本発明に係る光源装置は、平面状に配置された複数の光源と、前記複数の光源それぞれの光軸上に配置され、前記各光源から射出された光を集光する複数のコリメータレンズと、前記複数の光源及び前記複数のコリメータレンズを保持する保持体と、を有し、前記複数の光源から前記複数のコリメータレンズを介して射出された光を被照射体上に集光する光源装置であって、前記保持体は、前記コリメータレンズの光軸と前記光源の光軸とが平行にずれるように、前記コリメータレンズ及び前記光源を保持するとともに、前記光源から前記コリメータレンズを介して射出された光が前記被照射体上の所定領域に集光するように、前記コリメータレンズの光軸と前記光源の光軸とのずれ量であるシフト量が規定され、前記保持体は、前記複数の光源を、等間隔に平行として、行及び列をなすように平面状に保持する複数の光源保持穴と、前記光源それぞれに対応する前記コリメータレンズを、各コリメータレンズの光軸を平行として、前記シフト量だけずらして保持する複数のレンズ保持穴と、を有し、各前記レンズ保持穴は、対応する各前記光源保持穴よりも、前記複数の光源が平面状に配置された領域の中心から近い位置に設けられており、前記光源から射出された光が前記コリメータレンズで屈折して、前記被照射体上の前記所定領域に集光することを特徴とする。

また、本発明のプロジェクタは、赤色光源装置と、緑色光源装置と、青色光源装置と、この各光源装置からの射出光を同一光軸とする導光光学系と、表示素子と、前記導光光学系により前記同一光軸とされた光を前記表示素子に導く光源側光学系と、前記表示素子により形成される光学像をスクリーンに投影する投影側光学系と、前記光源装置や前記表示素子を制御するプロジェクタ制御手段と、を備え、前記赤色光源装置、前記緑色光源装置、及び前記青色光源装置の少なくとも何れかの光源装置が、蛍光板と、前記蛍光体にコリメータレンズを介して励起光を照射する光源と、を有し、この励起光を照射する光源が上記本発明に係る光源装置であることを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構造で、製造コストが低く、高輝度の光源装置及びその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プロジェクタの蛍光体である蛍光ホイールの正面模式図である。 本発明の実施形態に係るプロジェクタの蛍光ホイール上の励起光が照射される領域を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る光源装置及び光源装置からの射出光を示す平面模式図である。 本発明の実施形態に係るプロジェクタの光源装置の正面図である。 本発明の実施形態に係るプロジェクタの光源装置の断面図である。 本発明の実施形態に係るプロジェクタの励起光源の光軸とコリメータレンズの光軸とのシフト量と励起光の射出方向を説明するための図である。 本発明の実施形態に係るプロジェクタの励起光源の配置領域と集光レンズの口径を説明するための図である。 本発明の実施形態に係るプロジェクタのコリメータレンズアレイを用いたときの光源装置の断面図である。 本発明の実施形態の変形例に係る光源装置及び光源装置からの射出光を示す平面模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について述べる。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の背面パネル近傍の隅部には、吸気孔18も形成されている。さらに、図示しない下面パネルにおける正面、背面、左側及び右側パネルの近傍にも、吸気孔あるいは排気孔が複数形成されている。

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60から射出された光線束を導光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の励起光照射装置、赤色光源装置、及び青色光源装置の発光を個別に制御する。

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。図４は、プロジェクタ10の蛍光板である蛍光ホイール101の正面模式図である。図５は、本発明の実施形態に係るプロジェクタ10の蛍光ホイール101上の励起光が照射される領域を説明するための図である。

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との間に光学系ユニット160を備えている。

光源ユニット60は、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照射装置70と、この励起光照射装置70から射出される光線束の光軸上であって正面パネル12の近傍に配置される蛍光発光装置100と、この蛍光発光装置100から射出される光線束と平行となるように正面パネル12の近傍に配置される青色光源装置300と、励起光照射装置70と蛍光発光装置100との間に配置される赤色光源装置120と、蛍光発光装置100からの射出光や赤色光源装置120からの射出光、青色光源装置300からの射出光の光軸が夫々同一の光軸となるように変換して各色光を所定の一面であるライトトンネル175の入射口に導光する導光光学系140と、を備える。上記励起光照射装置70と蛍光発光装置100は、本発明に係る光源装置及び緑色光源装置に相当する。

励起光照射装置70は、背面パネル13と光軸が直交するように配置された励起光源71と、励起光源71からの射出光を集光する集光レンズ78と、励起光源71と背面パネル13との間に配置されたヒートシンク81と、を備える。

励起光源71としては、青色レーザーダイオード等のレーザー光源としての発光素子であり、５行８列の計４０個の励起光源71がマトリクス状に配列されており、各励起光源71の光軸上には、励起光源71からの射出光を指向性が増した光に変換するレンズであるコリメータレンズ73がそれぞれ配置されている。本実施形態に係る複数のコリメータレンズ73は、各励起光源71それぞれから射出される光線束の間隔を縮小して集光レンズ78に射出する。

ヒートシンク81の近傍には冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261とヒートシンク81とによって励起光源71が冷却される。

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、励起光照射装置70から凹レンズ76を介して射出した光線束の光軸と直交するように配置された蛍光板としての蛍光ホイール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、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と、を備える。集光レンズ群111は、大径の凸レンズ112と小径の凸レンズ113とを有し、それぞれの光軸と集光レンズ78の光軸とが一致するように直線状に配置されている。

蛍光ホイール101は、図４に示すように、円板状の金属基材であって、励起光源71からの射出光を励起光として緑色波長帯域の蛍光発光光を射出する環状の蛍光発光領域が凹部103として形成され、励起光を受けて蛍光発光する蛍光板として機能する。また、蛍光発光領域を含む蛍光ホイール101の励起光源71側の表面は、銀蒸着等によってミラー加工されることで光を反射する反射面が形成され、この反射面上に被照射体である緑色の蛍光体層104が敷設されている。また、図４に示すように、本実施形態に係るプロジェクタ10では、蛍光ホイール101の蛍光体層104上の所定領域105に、励起光源71からの励起光が照射される。励起光が照射される所定領域105の形状は、所定の形状、例えば略矩形状となるように設定される。

詳細には、図５に示すように、励起光が照射される蛍光体層104の所定領域105は、各励起光源71から各コリメータレンズ73を介して出射された励起光それぞれの一部分又は全部が重なり合うように構成される。図５に示す左右方向に沿った幅（Ｌｘ）、且つ上下方向に沿った幅（Ｌｙ）の矩形状に形成された所定領域105内の励起光の照射強度は、略均一となるように規定される。また、本実施形態のプロジェクタ10は、後述するように、表示素子51として矩形状のＤＭＤ、断面形状が矩形状のライトトンネル175を備え、このＤＭＤ及びライトトンネル175の形状と同形状となるように、励起光の照射される所定領域105が略矩形状とされている。上記励起光が照射される所定領域105の形状は、この形態に限られるものではなく、例えば、円形状、楕円形状など任意の形状であってもよい。後述するように、励起光源71の光軸71aに対するコリメータレンズ73の光軸73aのシフト量701を適宜設定することにより、蛍光ホイール101上の蛍光体層104に励起光が照射される所定領域105を、所望の形状や光の強度分布となるように構成することが可能である。

そして、図３に示すように、励起光源71からコリメータレンズ73、集光レンズ78、凹レンズ76、及びダイクロイックミラー141を介して蛍光ホイール101の緑色の蛍光体層104に照射された光は、緑色の蛍光体層104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、直接励起光源71側へ、あるいは、蛍光ホイール101の反射面で反射した後に励起光源71側へ射出される。また、蛍光体層104の蛍光体に吸収されることなく、金属基材に照射された励起光は、反射面により反射されて再び蛍光体層104に入射し、蛍光体を励起することとなる。よって、蛍光ホイール101の凹部103の表面を反射面とすることにより、励起光源71から射出される励起光の利用効率を上げることができ、より明るく発光させることができる。上記凹レンズ76は、励起光源71からの励起光を略平行光に変換する。

なお、蛍光ホイール101の反射面で蛍光体層104側に反射された励起光において、蛍光体に吸収されることなく励起光源71側に射出された励起光は、ダイクロイックミラーとしての第一ダイクロイックミラー141を透過し、蛍光光は第一ダイクロイックミラー141により反射されるため、励起光が外部に射出されることはない。そして、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によって蛍光ホイール101が冷却される。すなわち、上記ダイクロイックミラー141は、凹レンズ76と集光レンズ群111の光軸に対して斜めに配置され、凹レンズ76から射出された励起光を透過させ、集光レンズ群111で集光された蛍光光を反射するように構成されている。

赤色光源装置120は、励起光源71と光軸が平行となるように配置された赤色光源121と、赤色光源121からの射出光を集光する集光レンズ群125と、を備える。そして、この赤色光源装置120は、励起光照射装置70からの射出光及び蛍光ホイール101から射出される緑色波長帯域光と光軸が交差するように配置されている。また、赤色光源121は、赤色の波長帯域光を発する半導体発光素子としての赤色発光ダイオードである。さらに、赤色光源装置120は、赤色光源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によって赤色光源121が冷却される。

青色光源装置300は、蛍光発光装置100からの射出光の光軸と平行となるように配置された青色光源301と、青色光源301からの射出光を集光する集光レンズ群305と、を備える。そして、この青色光源装置300は、赤色光源装置120からの射出光と光軸が交差するように配置されている。また、青色光源301は、青色の波長帯域光を発する半導体発光素子としての青色発光ダイオードである。さらに、青色光源装置300は、青色光源301の正面パネル12側に配置されるヒートシンク310を備える。そして、ヒートシンク310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によって青色光源301が冷却される。

そして、導光光学系140は、赤色、緑色、青色波長帯域の光線束を集光させる集光レンズや、各色波長帯域の光線束の光軸を変換して同一の光軸とさせるダイクロイックミラー等からなる。具体的には、励起光照射装置70から射出される青色波長帯域光及び蛍光ホイール101から射出される緑色波長帯域光の光軸と、赤色光源装置120から射出される赤色波長帯域光の光軸と、が交差する位置に、青色及び赤色波長帯域光を透過し、緑色波長帯域光を反射してこの緑色光の光軸を左側パネル15方向に９０度変換する第一ダイクロイックミラー141が配置されている。

また、青色光源装置300から射出される青色波長帯域光の光軸と、赤色光源装置120から射出される赤色波長帯域光の光軸と、が交差する位置に、青色波長帯域光を透過し、緑色及び赤色波長帯域光を反射してこの緑色及び赤色光の光軸を背面パネル13方向に９０度変換する第二ダイクロイックミラー148が配置されている。そして、第一ダイクロイックミラー141と第二ダイクロイックミラー148との間には、凸形状の集光レンズ77が配置されている。さらに、ライトトンネル175の近傍には、ライトトンネル175の入射口に光源光を集光する集光レンズ173が配置されている。

光学系ユニット160は、励起光照射装置70の左側方に位置する照明側ブロック161と、背面パネル13と左側パネル15とが交差する位置の近傍に位置する画像生成ブロック165と、導光光学系140と左側パネル15との間に位置する投影側ブロック168と、の３つのブロックによって略コの字状に構成されている。

この照明側ブロック161は、光源ユニット60から射出された光源光を画像生成ブロック165が備える表示素子51に導光する光源側光学系170の一部を備えている。この照明側ブロック161が有する光源側光学系170としては、光源ユニット60から射出された光線束を均一な強度分布の光束とするライトトンネル175、ライトトンネル175から射出された光を集光する集光レンズ178、ライトトンネル175から射出された光線束の光軸を画像生成ブロック165方向に変換する光軸変換ミラー181等がある。

画像生成ブロック165は、光源側光学系170として、光軸変換ミラー181で反射した光源光を表示素子51に集光させる集光レンズ183と、この集光レンズ183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185と、を有している。さらに、画像生成ブロック165は、表示素子51とするＤＭＤを備え、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。

投影側ブロック168は、表示素子51で反射されたオン光をスクリーンに放出する投影側光学系220のレンズ群を有している。この投影側光学系220としては、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。

次に、プロジェクタ10の光源装置である励起光照射装置70、蛍光発光装置100等を詳細に説明する。図６は、本発明の実施形態に係る光源装置及び光源装置からの射出光を示すプロジェクタ10の平面模式図である。図７は、本発明の実施形態に係るプロジェクタ10の光源装置である励起光照射装置70の正面図である。図８は、図７に示した励起光照射装置70の断面図である。図９は、励起光源71の光軸71aとコリメータレンズ73の光軸73aとのシフト量と励起光の射出方向を説明するための図である。図１０は、本発明の実施形態に係るプロジェクタの励起光源71の配置領域と集光レンズの口径を説明するための図である。

励起光照射装置70は、光源としての複数の励起光源71と、複数の励起光源71それぞれの光軸71a上に配置され、励起光源71から射出された光の指向性を高める集光レンズとしての複数のコリメータレンズ73と、複数の励起光源71と複数のコリメータレンズ73とを保持する保持体としてのレンズ保持体79及び光源保持体80と、を有する。図８、図９に示すように、レンズ保持体79及び光源保持体80は、コリメータレンズ73の光軸73aと励起光源71の光軸71aとが平行にずれるように、複数のコリメータレンズ73及び励起光源71を保持するとともに、励起光源71からコリメータレンズ73を介して射出された光が、図４、図５に示すように、被照射体である蛍光ホイール101の蛍光体層104上の所定領域105に集光するように、コリメータレンズ73の光軸73aと励起光源71の光軸71aとのずれ量であるシフト量701が規定されている。励起光源71から射出された光は、コリメータレンズ73で屈折して、被照射体である蛍光ホイール101の蛍光体層104上の所定領域105に集光する。

レンズ保持体79及び光源保持体80は、図７、図８に示すように、複数の励起光源71及び励起光源71それぞれに対応する複数のコリメータレンズ73を、行及び列をなすように平面状に保持するとともに、励起光が蛍光体層104上の所定領域105に集光するように、複数の励起光源71が平面状に配置された領域の中心79sから、励起光源71それぞれまでの距離に応じて、その励起光源71に対応するコリメータレンズ73のシフト量701が規定されている。

レンズ保持体79は、耐熱樹脂性の保持部材であり、図７、図８に示すように、複数のコリメータレンズ73を行及び列をなすように平面状に保持するレンズ保持穴としての複数の穴部79aと、複数の励起光源71を行及び列をなすように平面状に保持する光源保持穴としての穴部79bとを有する。

詳細には、図７、図８に示すように、光源保持穴としての複数の穴部79bは、複数の励起光源71を、等間隔で、行及び列をなすように平面状に保持するように形成されている。レンズ保持穴としての複数の穴部79aは、励起光源71それぞれに対応するコリメータレンズ73を、規定されたシフト量701だけずらして保持するように形成されている。上記レンズ保持体79の複数の穴部79aそれぞれにはコリメータレンズ73が配置され、複数の穴部79bそれぞれにはコリメータレンズ73が配置されている。

又、各励起光源71間は、各励起光源71用の基板を配置するためのスペース、各励起光源71を保持する保持体のためのスペース、配線用のスペースなどを確保するために、更に、励起光源71の放熱対策のために、各光源71の光軸71aの光軸を平行とし所定の間隔を設けているものである。

尚、レンズ保持穴としての複数の穴部79a、及び光源保持穴としての複数の穴部79bは、それぞれレンズ保持体79の前面側の端面に直交するように各々の穴部79a中心軸が平行に形成されている。このように、上記穴部79a、79bが前面側の端面に直交するように形成されたレンズ保持体79は、金型に樹脂材を充填してレンズ保持体79を形成する際に、容易に製造可能な構造となっている。

上述した実施形態では、複数の励起光源71が等間隔で行及び列をなすように配置され、励起光源71それぞれに対応するコリメータレンズ73を、規定されたシフト量701だけシフトして配置されていたが、この形態に限られるものではない。例えば、複数のコリメータレンズ73が等間隔で行及び列をなすように配置され、コリメータレンズ73それぞれに対応する複数の励起光源71が規定されたシフト量701だけシフトして配置されていてもよい。

光源保持体80は、アルミニウム等の放熱部材であり、励起光源71を保持する。詳細には、光源保持体80は、図８に示したように、レンズ保持体79と嵌合するとともにレンズ保持体79との間に励起光源71を保持する。また、光源保持体80とレンズ保持体79とは、励起光源71を保持した状態で、固定ネジ（不図示）で固定されることにより一体とされる。

また、光源保持体80の裏面側には、例えば制御部38に電気的に接続されるフレキシブル基板90が配置され、このフレキシブル基板90は、励起光源71と電気的に接続されている。上記レンズ保持体79と光源保持体80とにより、励起光源71とコリメータレンズ73とが、光軸71aと光軸73aとが平行に規定のシフト量701でシフトした状態で保持される。

上記コリメータレンズ73の光軸73aと励起光源71の光軸71aとのずれ量であるシフト量701は、複数の励起光源71が保持体に平面状に配置された領域の中心79sから、励起光源71それぞれまでの距離に応じて光線束の中心である光軸からの距離に応じて規定されている。

また、本実施形態に係る励起光照射装置70は、図６、図７、図８に示すように、光源保持体80及びレンズ保持体79上に複数の励起光源71が平面状に配置された領域の中心79sから、励起光源71それぞれまでの距離が大きいほど、シフト量701が大きくなるように構成されている。

また、本実施形態に係る励起光照射装置70は、図６に示すように、複数の励起光源71が平面状に配置された領域の中心79sと、図６に示すように複数の励起光源71から射出される励起光の束の光軸と、集光レンズ78の光軸と、凹レンズ76の光軸と、集光レンズ群111の光軸と、蛍光ホイール101の蛍光体層104上の励起光が照射される所定領域105の中心とが、同一直線上に配置されるように構成されている。

尚、図１０に示すように、励起光照射装置70は、複数の励起光源71とコリメータレンズ73と、蛍光ホイール101のとの間に配置された集光レンズ78の口径は、複数の励起光源71が保持体であるレンズ保持体79及び光源保持体80に平面状に配置された領域よりも小さくなるように構成されている。これは、比較例として、複数の励起光源71が保持体に平面状に配置された領域より大きな口径の集光レンズ78sと比較して、本実施形態の集光レンズ78は小口径となるように構成されている。

コリメータレンズ73は、図９（ａ）に示すように、励起光源71側端面に平坦面73bが形成され、励起光の射出側端面に凸形状の曲面73cが形成されている。図９（ａ）に示すように、励起光源71の光軸71aと、コリメータレンズ73の光軸73aとが同軸上となるように配置された場合、図９（ｂ）に示すように、励起光源71から出射された光は、コリメータレンズ73の平坦面73b及び曲面73cを介して光軸73aに沿って直線状に出射する。

図９（ｃ）に示すように、コリメータレンズ73の光軸73aと、励起光源71の光軸71aとが平行に所定のシフト量701だけずれるように、コリメータレンズ73と励起光源71それぞれが配置されている場合には、図９（ｄ）に示すように、励起光源71から出射されたレーザー光は、コリメータレンズ73の平坦面73b側に直交するように入射し、曲面73cで屈折して、詳細には励起光源71の光軸71aに対するコリメータレンズ73の光軸73aのシフト方向に屈折して、コリメータレンズ73の光軸73aに対して斜めに出射する。

また、コリメータレンズ73の光軸73aと励起光源71の光軸71aのシフト量701に応じて、励起光源71から射出された光がコリメータレンズ73により屈折する角度が規定される。本実施形態のコリメータレンズ73は、シフト量701が大きいほど、上記屈折角度が大きくなるように構成されている。コリメータレンズ73は、励起光源71側端面に平坦面73bが形成され、励起光の射出側端面に凸形状の曲面73cが形成され、曲面73cのみで光が１回屈折するように構成されているので、コリメータレンズ73の設計が容易であり、低いコストでコリメータレンズ73を製造することができる。

なお、励起光照射装置70では、複数の励起光源71が平面状に配置された領域の中心79sから、各励起光源71それぞれまでの距離が大きいほど、シフト量701が大きくなるように、さらに、コリメータレンズ73が中心79sに近づくように構成されている。

尚、上記シフト量701は、コリメータレンズ73の形成材料の屈折率、焦点距離、コリメータレンズ73の形状等により適宜設定される。

また、上述の実施形態では、複数のコリメータレンズ73で構成されているが、図１１に示すように、各コリメータレンズ73がモールドガラス用材料で一体形成されていても構わない。複数のコリメータレンズ73をモールドガラス用材料等の同一材料で一体形成することで、低い製造コストで励起光照射装置70を作製することができる。詳細には、図１１は、上述の実施形態のコリメータレンズ73が一体形成されたコリメータレンズアレイ74を採用した場合の断面図である。レンズ保持体79dには、コリメータレンズアレイ74を保持する凹部79eが形成され、その凹部79eにコリメータレンズアレイ74は設けられ、さらに板状のコリメータレンズアレイ74の押え板75aでレンズ保持体79dに保持されている。押え板75aは、コリメータレンズアレイ74のコリメータ部74aに対応するように開口部75bを有し、レンズ保持体79dにネジ75dによって螺子止めされている。

本発明の実施形態に係るプロジェクタ10の励起光照射装置70では、上述したように、励起光源71の光軸71aに対するコリメータレンズ73の光軸73aのシフト量701を適宜設定することにより、蛍光ホイール101上の蛍光体層104に励起光が照射される所定領域105を、所望の形状や光の強度分布となるように構成することが可能である。

尚、上述した実施形態に係るプロジェクタ10では、励起光源71及びコリメータレンズ73と、凹レンズ76との間に、集光レンズ78が配置されていたが、この形態に限られるものではない。図１２は、本発明の実施形態の変形例に係る光源装置及び光源装置からの射出光を示す平面模式図である。例えば、図１２に示すように、励起光源71及びコリメータレンズ73と、凹レンズ76との間に、集光レンズ78を設けずに、複数の励起光源71及びコリメータレンズ73それぞれの光軸のシフト量を適宜設定することにより、複数の励起光源71及びコリメータレンズ73からの射出光を、凹レンズ76、集光レンズ群111を介して、蛍光ホイール101の蛍光体層104に照射してもよい。

例えば図１０に示すように、大口径の集光レンズ78sを設けた比較例のプロジェクタと比較して、本発明の実施形態では、上述したように、簡単な構造で、比較的低い製造コストで、且つ高輝度のプロジェクタ10を提供することができる。

以上のように、本発明によれば、励起光照射装置70は、平面状に配置された複数の励起光源71と、複数の励起光源71それぞれの光軸71a上に配置され、各励起光源71から射出された光を集光する複数のコリメータレンズ73と、複数の励起光源71及び複数のコリメータレンズ73を保持するレンズ保持体79及び光源保持体80と、を有し、前記複数の励起光源71から複数のコリメータレンズ73を介して射出された光を被照射体である蛍光体層104上に集光し、レンズ保持体79及び光源保持体80は、コリメータレンズ73の光軸73aと励起光源71の光軸71aとが平行にずれるように、コリメータレンズ73及び励起光源71を保持するとともに、励起光源71からコリメータレンズ73を介して射出された光が蛍光体層104上の所定領域に集光するように、コリメータレンズ73の光軸73aと励起光源71との光軸71aとのずれ量であるシフト量701が規定され、励起光源71から射出された光がコリメータレンズ73で屈折して、蛍光体層104上の所定領域に集光している。このため、簡単な構造で、製造コストが低く、高輝度の光源装置である励起光照射装置70及びその光源装置を備えたプロジェクタ10を提供することができる。

また、上記複数の励起光源71それぞれからコリメータレンズ73を介して出射される光線の束は、平行光でなく、各光線の間隔が縮小するように構成されている。このため、比較的小さい口径の集光レンズ78を採用した構成でもよいし、集光レンズ78を用いることなくプロジェクタ10を構成することが可能である。

また、本発明によれば、保持体であるレンズ保持体79及び光源保持体80は、複数の励起光源71及びその励起光源71それぞれに対応する複数のコリメータレンズ73を、行及び列をなすように平面状に保持するとともに、複数の励起光源71がレンズ保持体79及び光源保持体80に平面状に配置された領域の中心79sから、励起光源71それぞれまでの距離に応じて、励起光源71に対応するコリメータレンズ73のシフト量701が規定されているので、簡単な構造で、製造コストが低く、高輝度の光源装置である励起光照射装置70及びその光源装置を備えたプロジェクタ10を提供することができる。

さらに、本発明によれば、保持体であるレンズ保持体79及び光源保持体80上に、複数の励起光源71が平面状に配置された領域の中心79sから、励起光源71それぞれまでの距離が大きいほど、シフト量701が大きくなるように構成されているので、簡単な構造で、製造コストが低く、高輝度の光源装置である励起光照射装置70及びその光源装置を備えたプロジェクタ10を提供することができる。

また、本発明によれば、コリメータレンズ73は、光源側端面に平坦面が形成され、励起光の射出側端面に凸形状の曲面が形成されており、コリメータレンズ73と励起光源71とのシフト量701に応じて、励起光源71から射出された光がコリメータレンズ73により屈折する角度が規定されている。すなわち、上記形状のコリメータレンズ73を複数個用いて構成することで、簡単な構造で、製造コストが低く、高輝度の光源装置である励起光照射装置70及びその光源装置を備えたプロジェクタ10を提供することができる。

さらに、本発明によれば、保持体であるレンズ保持体79及び光源保持体80は、複数の励起光源71を、等間隔に平行として、行及び列をなすように平面状に保持する複数の光源保持穴としての穴部79bと、励起光源71それぞれに対応するコリメータレンズ73を、各コリメータレンズ73の光軸73aを平行として、上記シフト量701だけずらして保持する複数のレンズ保持穴としての穴部79aとを備えるので、簡単な構造で、製造コストが低く、高輝度の光源装置である励起光照射装置70及びその光源装置を備えたプロジェクタ10を提供することができる。

また、本発明によれば、励起光源71とコリメータレンズ73とのシフト量701は、被照射体である蛍光体層104上の領域で、所定の幅の光強度分布となるように規定されているので、上記シフト量701を適宜設定することで、簡単に、蛍光体層104上で照射領域が所定の幅の光強度分布とすることが可能な光源装置である励起光照射装置70及びその光源装置を備えたプロジェクタ10を提供することができる。詳細には、多くの励起光源71の光を蛍光体面内に収めつつ、照射強度を蛍光体層104への照射限界上限値である照射限界値以下に抑制することができる。蛍光体層104は、照射強度が上限値以下の場合、照射強度が大きいほど蛍光光の強度が大きくなり、照射強度が上限値で蛍光光の強度が飽和し、照射強度が極めて大きい場合には、蛍光体層104が高熱になり蛍光光の強度が小さくなる傾向を有する。このため、蛍光光の強度が飽和しないように、蛍光体層104への照射強度が上限値以下となるように構成することが好ましい。

さらに、本発明によれば、励起光源71としてレーザー光源を用いることで、簡単な構造で、高輝度の光源装置である励起光照射装置70及びその光源装置を備えたプロジェクタ10を提供することができる。

また、本発明によれば、赤色波長帯域を発する赤色光源装置120と、緑色波長帯域光を発する緑色光源装置である励起光照射装置70と蛍光発光装置100と、青色波長帯域光を発する青色光源装置300と、赤色波長帯域光、緑色波長帯域光、及び青色波長帯域光を同一光軸とする導光光学系140と、表示素子51と、導光光学系140により同一光軸とされた光を表示素子51に導く光源側光学系170と、表示素子51により形成される光学像をスクリーンに投影する投影側光学系220と、光源装置や表示素子51を制御するプロジェクタ制御手段としての制御部38と、を備え、緑色光源装置としての蛍光発光装置100が蛍光板としての蛍光ホイール101を備え、励起光照射装置70が励起光源71とコリメータレンズ73とを備え、励起光を照射する光源が励起光源71であるので、簡単な構造で、製造コストが低く、高輝度の光源装置である励起光照射装置70及びその光源装置を備えたプロジェクタ10を提供することができる。

また、本発明によれば、コリメータレンズ73と蛍光板101の蛍光体層104との間に、凹レンズ76と、第一ダイクロイックミラーと141、集光レンズ群111とが、順に配置され、凹レンズ76は、励起光源71からコリメータレンズ73を介して射出された励起光を略平行光に変換し、集光レンズ群111は、凹レンズ76から第一ダイクロイックミラー141を介した励起光を蛍光板の蛍光体層104上に集光するとともに、蛍光体層104からの蛍光光を集光し、第一ダイクロイックミラー141は、凹レンズ76と集光レンズ群111の光軸に対して斜めに配置され、凹レンズ76から射出された励起光を透過させ、集光レンズ群111で集光された蛍光光を反射する構成であるので、簡単な構造で、製造コストが低く、高い輝度の光源装置である励起光照射装置70及びその光源装置を備えたプロジェクタ10を提供することができる。詳細には、凹レンズ76は、第一ダイクロイックミラー141を透過させる際に、なるべく励起光が略平行光にすることで、第一ダイクロイックミラー141で不要な反射を低減することができる。

さらに、本発明によれば、上記凹レンズ76と励起光を照射する励起光源71との間に配置された集光レンズ78を有するので、集光レンズ78を設けない構成と比較して、励起光照射装置70と蛍光ホイール101間が短距離であり、比較的小型のプロジェクタ10を提供することができる。

また、本発明によれば、励起光が照射される蛍光体層104上の所定領域105を矩形状にすることができ、例えば、表示素子51とする矩形状のＤＭＤに略均一の光強度の光を照射することができ、ムラの少ない輝度分布のプロジェクタ10を提供することができる。

上記実施形態に係るプロジェクタ10では、励起光照射装置70と、蛍光ホイール101との間に、凹レンズ76と、ダイクロイックミラー141と、集光レンズ群111とが順に配置され、蛍光ホイール101の蛍光体層104に励起光源71からの励起光が照射されると、蛍光体層104からの蛍光光が励起光照射装置70側に出射され、集光レンズ群111により集光された蛍光光がダイクロイックミラー141で反射される構成であったが、この形態に限られるものではない。例えば、凹レンズ76と、ダイクロイックミラー141と、集光レンズ群111とを設けずに、励起光照射装置70の励起光源71から蛍光ホイール101の蛍光体層104に励起光を照射し、蛍光体層104から励起光照射装置70側と反対方向に蛍光光が出射する構成とすることで、凹レンズ76、ダイクロイックミラー141、及び集光レンズ群111が不要となり、簡単な構成で、小型のプロジェクタ10を提供することができる。

また、上記実施形態では、励起光源71が等間隔に配置され、励起光源71に対してコリメータレンズ73がシフトしていたが、この形態に限られるものではない。例えば、コリメータレンズ73が等間隔に配置され、励起光源71がシフトしてもよい。

また、例えば、複数のコリメータレンズ73のうち、一部分のコリメータレンズ73のみがシフトしてもよい。

本発明は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではなく、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。

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］ 平面状に配置された複数の光源と、
前記複数の光源それぞれの光軸上に配置され、前記各光源から射出された光を集光する複数のコリメータレンズと、
前記複数の光源及び前記複数のコリメータレンズを保持する保持体と、を有し、
前記複数の光源から前記複数のコリメータレンズを介して射出された光を被照射体上に集光する光源装置であって、
前記保持体は、前記コリメータレンズの光軸と前記光源の光軸とが平行にずれるように、前記コリメータレンズ及び前記光源を保持するとともに、前記光源から前記コリメータレンズを介して射出された光が前記被照射体上の所定領域に集光するように、前記コリメータレンズの光軸と前記光源の光軸とのずれ量であるシフト量が規定され、
前記光源から射出された光が前記コリメータレンズで屈折して、前記被照射体上の前記所定領域に集光することを特徴とする光源装置。
［２］ 前記保持体は、前記複数の光源及び該光源それぞれに対応する前記複数のコリメータレンズを、行及び列をなすように平面状に保持するとともに、前記複数の光源が前記保持体に平面状に配置された領域の中心から、前記光源それぞれまでの距離に応じて、該光源に対応する前記コリメータレンズの前記シフト量が規定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］ 前記保持体上に前記複数の光源が平面状に配置された領域の前記中心から、前記光源それぞれまでの距離が大きいほど、前記シフト量が大きいことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
［４］ 前記保持体は、前記複数の光源を、等間隔に平行として、行及び列をなすように平面状に保持する複数の光源保持穴と、
前記光源それぞれに対応する前記コリメータレンズを、各コリメータレンズの光軸を平行として、前記シフト量だけずらして保持する複数のレンズ保持穴と、を有す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］ 前記光源と前記コリメータレンズとの前記シフト量は、前記被照射体上の領域で、所定の幅の光強度分布となるように規定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の光源装置。
［６］ 前記光源は、レーザー光源であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の光源装置。
［７］ 赤色光源装置と、緑色光源装置と、青色光源装置と、この各光源装置からの射出光を同一光軸とする導光光学系と、表示素子と、前記導光光学系により前記同一光軸とされた光を前記表示素子に導く光源側光学系と、前記表示素子により形成される光学像をスクリーンに投影する投影側光学系と、前記光源装置や前記表示素子を制御するプロジェクタ制御手段と、を備え、
前記赤色光源装置、前記緑色光源装置、及び前記青色光源装置の少なくとも何れかの光源装置が、蛍光板と、前記蛍光板にコリメータレンズを介して励起光を照射する光源と、を有し、この励起光を照射する光源が請求項１乃至請求項６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。
［８］ 前記コリメータレンズと前記蛍光板との間に、凹レンズと、ダイクロイックミラーと、集光レンズ群とが、順に配置され、
前記凹レンズは、前記光源から前記コリメータレンズを介して射出された励起光を略平行光に変換し、
前記集光レンズ群は、前記凹レンズから前記ダイクロイックミラーを介した励起光を前記蛍光板の蛍光体層上に集光するとともに、前記蛍光体層からの蛍光光を集光し、
前記ダイクロイックミラーは、前記凹レンズと前記集光レンズ群の光軸に対して斜めに配置され、前記凹レンズから射出された励起光を透過させ、前記集光レンズ群で集光された前記蛍光光を反射することを特徴とする請求項７に記載のプロジェクタ。
［９］ 前記凹レンズと前記励起光を照射する前記光源との間に配置された集光レンズを有することを特徴とする請求項８に記載のプロジェクタ。

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 励起光照射装置
71 励起光源 71a 光軸
73 コリメータレンズ 73a 光軸
73b 平坦面 73c 曲面
74 コリメータレンズアレイ 74a コリメータ部
75a 押え板 75b 開口部
75d ネジ
76 凹レンズ 77 集光レンズ
78 集光レンズ 79 レンズ保持体（保持体）
79a 穴部（レンズ保持穴） 79b 穴部（光源保持穴）
79d レンズ保持体 79e 凹部
79s 中心 80 光源保持体（保持体）
81 ヒートシンク 90 フレキシブル基板
100 蛍光発光装置 101 蛍光ホイール（蛍光板）
103 凹部 104 蛍光体層（緑色）
105 所定領域
110 ホイールモータ 111 集光レンズ群
112 凸レンズ 113 凸レンズ
120 赤色光源装置 121 赤色光源
125 集光レンズ群 130 ヒートシンク
140 導光光学系
141 第一ダイクロイックミラー（ダイクロイックミラー）
148 第二ダイクロイックミラー 160 光学系ユニット
161 照明側ブロック 165 画像生成ブロック
168 投影側ブロック 170 光源側光学系
173 集光レンズ 175 ライトトンネル
178 集光レンズ 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 300 青色光源装置
301 青色光源 305 集光レンズ群
310 ヒートシンク 701 シフト量

Claims (7)

1. 平面状に配置された複数の光源と、
   前記複数の光源それぞれの光軸上に配置され、前記各光源から射出された光を集光する複数のコリメータレンズと、
   前記複数の光源及び前記複数のコリメータレンズを保持する保持体と、を有し、
   前記複数の光源から前記複数のコリメータレンズを介して射出された光を被照射体上に集光する光源装置であって、
   前記保持体は、前記コリメータレンズの光軸と前記光源の光軸とが平行にずれるように、前記コリメータレンズ及び前記光源を保持するとともに、前記光源から前記コリメータレンズを介して射出された光が前記被照射体上の所定領域に集光するように、前記コリメータレンズの光軸と前記光源の光軸とのずれ量であるシフト量が規定され、
   前記保持体は、前記複数の光源を、等間隔に平行として、行及び列をなすように平面状に保持する複数の光源保持穴と、前記光源それぞれに対応する前記コリメータレンズを、各コリメータレンズの光軸を平行として、前記シフト量だけずらして保持する複数のレンズ保持穴と、を有し、
   各前記レンズ保持穴は、対応する各前記光源保持穴よりも、前記複数の光源が平面状に配置された領域の中心から近い位置に設けられており、
   前記光源から射出された光が前記コリメータレンズで屈折して、前記被照射体上の前記所定領域に集光することを特徴とする光源装置。
2. 前記保持体は、前記複数の光源及び該光源それぞれに対応する前記複数のコリメータレンズを、行及び列をなすように平面状に保持するとともに、前記複数の光源が前記保持体に平面状に配置された領域の中心から、前記光源それぞれまでの距離に応じて、該光源に対応する前記コリメータレンズの前記シフト量が規定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. 前記保持体上に前記複数の光源が平面状に配置された領域の前記中心から、前記光源それぞれまでの距離が大きいほど、前記シフト量が大きいことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記平面状に行及び列をなすように配置された前記複数の光源から射出されたそれぞれの光は、対応する前記被照射体上の異なる位置に照射され、照射される領域全体では略矩形状とな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. 赤色光源装置と、緑色光源装置と、青色光源装置と、この各光源装置からの射出光を同一光軸とする導光光学系と、表示素子と、前記導光光学系により前記同一光軸とされた光を前記表示素子に導く光源側光学系と、前記表示素子により形成される光学像をスクリーンに投影する投影側光学系と、前記光源装置や前記表示素子を制御するプロジェクタ制御手段と、を備え、
   前記赤色光源装置、前記緑色光源装置、及び前記青色光源装置の少なくとも何れかの光源装置が、蛍光板と、前記蛍光板にコリメータレンズを介して励起光を照射する光源と、を有し、この励起光を照射する光源が請求項１乃至請求項４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。
6. 前記コリメータレンズと前記蛍光板との間に、凹レンズと、ダイクロイックミラーと、集光レンズ群とが、順に配置され、
   前記凹レンズは、前記光源から前記コリメータレンズを介して射出された励起光を略平行光に変換し、
   前記集光レンズ群は、前記凹レンズから前記ダイクロイックミラーを介した励起光を前記蛍光板の蛍光体層上に集光するとともに、前記蛍光体層からの蛍光光を集光し、
   前記ダイクロイックミラーは、前記凹レンズと前記集光レンズ群の光軸に対して斜めに配置され、前記凹レンズから射出された励起光を透過させ、前記集光レンズ群で集光された前記蛍光光を反射することを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。
7. 前記凹レンズと前記励起光を照射する前記光源との間に配置された集光レンズを有することを特徴とする請求項６に記載のプロジェクタ。
   

Images