JP2010164846A - 投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビーム光による励起源を高出力化しても蛍光体層の熱的損傷を大幅に低減する。
【解決手段】ビーム光を発する半導体レーザ17と、半導体レーザ17からのビーム光の照射により夫々異なる蛍光を発する複数の扇形状蛍光体を周状に分割配列し、上記ビーム光を回転する周上の一点に照射させて、複数の蛍光を時分割で出射する蛍光体ホイール18と、その回転駆動部とを含むホイール部28と、ホイール部28から出射される蛍光を用い、当該蛍光色に応じた光像を形成して投影する投影系13〜16，19〜22と、半導体レーザ17からのビーム光が照射される蛍光体ホイール18の周上の位置を循環的に移動させるモータ25及びクランク機構27とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からのビーム光を蛍光体ホイールで時分割の蛍光として各色毎の光像を順次形成する投影装置に関する。

良好な色バランスと明るさを有し、光源が発する紫外光を有効利用しながら、蛍光体層が熱的及びソーラリゼーションによる損傷を受けることを抑制された光源装置と該光源装置を備える投射型画像表示装置が考えられている。（例えば、特許文献１）

特開２００７−１５６２７０号公報

近時のように装置の高輝度化と小型化とが求められる中、光源側でもより小さい領域からの高輝度出力が求められている。そのため、励起源の発光体からの出力も大きくなり、蛍光体にかかる熱的負荷も大きくなるので、局所的な温度上昇が課題となっている。

上記特許文献に記載された技術でも、蛍光体層が固定されている場合と比較して、回転するカラーホイールに蛍光体層を備えることで、熱的損傷を低減させる構造としている。

しかしながら、上記特許文献に記載された技術にしても、カラーホイールの回転により励起源からの発光が照射される位置は蛍光体層中の一部で固定化されており、励起源からの発光が照射されない他の位置よりも熱的損傷が大きくなる。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ビーム光を発する励起源を高出力化しても蛍光体層の熱的損傷を大幅に低減することが可能な投影装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、光源と、上記光源からの光の照射により夫々異なる色の光を出射する複数の光出射部を周状に分割配列し、回転することにより複数色の光を時分割で出射する回転ホイールと、その回転駆動部とを含む回転ホイール部と、上記回転ホイール部から出射される光を用い、当該光の色に応じた光像を形成して投影する投影部と、上記光源からの光が照射される上記回転ホイールの周上の位置を往復させる移動部とを具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記移動部は、上記回転ホイール部の位置を移動させることで上記光源からの光が照射される上記回転ホイールの周上の位置を往復させることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記移動部は、上記光源からの光を反射するミラー部を励振駆動することで、該反射光が照射される上記回転ホイールの周上の位置を往復させることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、上記請求項１乃至３いずれか記載の発明において、上記移動部は、光源からの光が照射される上記回転ホイールの周上の位置を該ホイールの径方向に沿って移動させることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、上記請求項１乃至４いずれか記載の発明において、上記移動部は、上記光源からの光が照射される上記回転ホイールの周上の位置が、上記回転ホイールの中心に近づくほど上記往復移動の速度が上がるように駆動制御することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、上記請求項１乃至４いずれか記載の発明において、上記移動部は、上記回転ホイールの回転周期の整数倍、及び整数分の１倍から外れた移動周期で往復させることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、上記請求項１乃至６いずれか記載の発明において、上記回転ホイールは、上記光源からのビーム光の照射により夫々異なる蛍光を発する複数の蛍光体を周状に分割配列して形成することを特徴とする。

請求項８記載の発明は、上記請求項７記載の発明において、上記回転ホイールは、前記複数の蛍光体の一部を拡散板から形成することを特徴とする。

本発明によれば、ビーム光を発する励起源を高出力化しても蛍光体層の熱的損傷を大幅に低減することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るデータプロジェクタ装置の電子回路の概略機能構成を示すブロック図。 同実施形態に係るホイール部とモータの構造の一例を示す図。 同実施形態に係るホイール部の移動とレーザ光照射位置との関係を示す図。

以下本発明をＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（登録商標）方式のデータプロジェクタ装置に適用した場合の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、同実施形態に係るデータプロジェクタ装置１０が備える電子回路の概略機能構成を示すブロック図である。
１１は入出力コネクタ部であり、例えばピンジャック（ＲＣＡ）タイプのビデオ入力端子、Ｄ−ｓｕｂ１５タイプのＲＧＢ入力端子、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）コネクタを含む。

入出力コネクタ部１１より入力される各種規格の画像信号は、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１２、システムバスＳＢを介し、一般にスケーラとも称される画像変換部１３に入力される。

画像変換部１３は、入力された画像信号を投影に適した所定のフォーマットの画像信号に統一し、適宜表示用のバッファメモリであるビデオＲＡＭ１４に記憶した後に、投影画像処理部１５へ送る。

この際、ＯＳＤ（Ｏｎ Ｓｃｒｅｅｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）用の各種動作状態を示すシンボル等のデータも必要に応じてビデオＲＡＭ１４で画像信号に重畳加工され、加工後の画像信号が投影画像処理部１５へ送られる。

投影画像処理部１５は、送られてきた画像信号に応じて、所定のフォーマットに従ったフレームレート、例えば６０［フレーム／秒］と色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した、より高速な時分割駆動により、空間的光変調素子（ＳＯＭ）であるマイクロミラー素子１６を表示駆動する。

このマイクロミラー素子１６は、アレイ状に配列された複数、例えばＸＧＡ（横１０２４×縦７６８ドット）分の微小ミラーの各傾斜角度を個々に高速でオン／オフ動作することでその反射光により光像を形成する。

一方で、半導体レーザ１７の発振により紫外領域、例えば波長３４０［ｎｍ］のレーザ光が発生され、回転体である蛍光体ホイール１８の周上の一点に照射される。

蛍光体ホイール１８は、例えば紫外光の照射によりＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の蛍光を発する３枚の扇形状蛍光体を周状に分割配列して構成される。上記半導体レーザ１７からのレーザ光の照射により蛍光体ホイール１８から発したＲ，Ｇ，Ｂのいずれかの蛍光は、インテグレータ１９で輝度分布が均一な光束とされた後に光源レンズ系２０で平行光とされ、ミラー２１で全反射して上記マイクロミラー素子１６に照射される。

そして、マイクロミラー素子１６での反射光で光像が形成され、形成された光像が投影レンズユニット２２を介して、投影対象となる図示しないスクリーンに投影表示される。

半導体レーザ１７は、投影光処理部２３の励振駆動により紫外域のレーザ光を発振する。この投影光処理部２３はさらに、上記蛍光体ホイール１８を回転するモータ（Ｍ）２４、後述するモータ（Ｍ）２５、及びマーカセンサ２６の駆動制御を行なう。

モータ２５は、例えばクランク機構２７により、上記モータ２４とモータ２４に回転される上記蛍光体ホイール１８、及び上記マーカセンサ２６を含むホイール部２８を図中に矢印Ｐで示すように往復移動させる。

マーカセンサ２６は、蛍光体ホイール１８の回転周端に対向して配置され、該蛍光体ホイール１８の周端の一点に配置された図示しないマーカと対向したタイミングで検出信号としてのパルスを出力するもので、このパルスの間隔により蛍光体ホイール１８の回転位相と周期とが検出可能となる。

投影光処理部２３は、投影画像処理部１５から与えられる画像データに応じて蛍光体ホイール１８の回転、及びホイール部２８の往復移動を制御する。

上記各回路の動作すべてをＣＰＵ２９が制御する。このＣＰＵ２９は、ＤＲＡＭで構成されたメインメモリ３０、及び動作プログラムや各種定型データ等を記憶した電気的書換可能な不揮発性メモリでなるプログラムメモリ３１を用いてこのデータプロジェクタ装置１０内の制御動作を実行する。

上記ＣＰＵ２９は、操作部３２からのキー操作信号に応じて各種投影動作を実行する。
この操作部３２は、データプロジェクタ装置１０の本体に設けられるキー操作部と、このデータプロジェクタ装置１０専用の図示しないリモートコントローラの間で赤外光を受光するレーザ受光部を含み、ユーザが本体のキー操作部またはリモートコントローラで操作したキーに基づくキー操作信号をＣＰＵ２９へ直接出力する。

上記ＣＰＵ２９はさらに、上記システムバスＳＢを介して音声処理部３３とも接続される。音声処理部３３は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備え、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ部３４を駆動して拡声放音させ、あるいは必要によりビープ音等を発生させる。

次に上記実施形態の動作について説明する。
図２は、上記ホイール部２８とモータ２５の構造の一例を示す図である。同図で、モータ２５の回転は、クランクギア４１、第１のコネクティングロッド４２、及び第２のコネクティングロッド４３を介して回転運動から往復直線運動に変換される。

具体的には、モータ２５の回転に合わせてクランクギア４１が図中に矢印Ｃで示すように回転することで、第１のコネクティングロッド４２を介して、移動方向が一定方向に規制された第２のコネクティングロッド４３が図中に矢印Ｐ１で示すように往復直線運動する。

したがって、この第２のコネクティングロッド４３とホイール部２８とを一体に移動する構造とすることで、ホイール部２８自体が図中に矢印Ｐ２で示すように同一のストロークで往復直線移動することとなる。

そして、この往復直線移動の方向は、半導体レーザ１７の照射スポットＳがより効率的に広範囲の蛍光体領域を通過できるよう、蛍光体ホイール１８の中心点と照射スポットＳとを結んだ直線方向とする。

蛍光体ホイール１８は図中に矢印Ｒで示す如く、一定の方向に定速、例えば投影のフレームレートが上述した６０［フレーム／秒］であればそれに同期して６０［ｒｐｓ］で回転する。

蛍光体ホイール１８は、例えばいずれも中心角が１２０°の扇形状の赤色蛍光体１８Ｒ、緑色蛍光体１８Ｇ、及び青色蛍光体１８Ｂを円周上に分割配列して構成されるもので、図中のＳが半導体レーザ１７からのレーザ光の照射スポットＳを示す。ホイール部２８がモータ２５の回転に応じて往復直線運動で移動することにより、上記照射スポットＳは矢印Ｐ３で示すように蛍光体ホイール１８の径方向に沿って移動する。

図３は、ホイール部２８の移動と半導体レーザ１７からのレーザ光の照射位置との関係を示す図である。図３（Ａ）は、半導体レーザ１７からのレーザ光の照射位置Ｓに対し、ホイール部２８の蛍光体ホイール１８が往復直線移動する範囲の中央に位置する場合を示す。同図（Ａ）では、照射位置Ｓが蛍光体ホイール１８の回転中心と周端のほぼ中央に位置しており、蛍光体ホイール１８を含むホイール部２８が現在の照射位置Ｓに対して次に図中の矢印Ｐａ１及びＰａ２のいずれか一方の方向に移動する。

図３（Ｂ）は、半導体レーザ１７からのレーザ光の照射位置Ｓに対し、ホイール部２８の蛍光体ホイール１８が往復直線移動する範囲中で最も回転中心に近づいた位置にある場合を示す。同図（Ｂ）では、蛍光体ホイール１８を含むホイール部２８が現在の照射位置Ｓに対して次に図中の矢印Ｐｂで示す方向に移動する。

図３（Ｃ）は、半導体レーザ１７からのレーザ光の照射位置Ｓに対し、ホイール部２８の蛍光体ホイール１８が往復直線移動する範囲中で最も回転中心から離れて周端に近づいた位置にある場合を示す。同図（Ｃ）では、蛍光体ホイール１８を含むホイール部２８が現在の照射位置Ｓに対して次に図中の矢印Ｐｃで示す方向に移動する。

図３（Ｄ）は、上記のような照射位置Ｓに対する蛍光体ホイール１８の移動に伴い、回転する蛍光体ホイール１８上で半導体レーザ１７からのレーザ光が照射される全体の範囲ＭＡを例示する。

同図（Ｄ）に示すようにレーザ光が蛍光体ホイール１８上の広い範囲ＭＡ内を移動しながら照射されることにより、一定時間に蛍光体の単位面積当たりに照射されるレーザ光の量を相対的に低く抑えることができ、蛍光体ホイール１８を構成する各蛍光体１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂに対して部分的にレーザ光が連続して照射されるような事態を回避できる。そのため、たとえ光源として要求される輝度が高く、半導体レーザ１７の出力がそれに応じた大きなものであっても、蛍光体ホイール１８の各蛍光体１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂが熱的な損傷を受けるようなことを極力回避することができる。

以上詳述した如く本実施形態によれば、半導体レーザ１７の発するレーザ光の照射位置を蛍光体ホイール１８を移動させて広い範囲に渡るようにすることで、レーザ光を発する励起源としての半導体レーザ１７を高出力化しても蛍光体ホイール１８の各蛍光体１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂの熱的損傷を大幅に低減することが可能となる。

また上記実施形態では、蛍光体ホイール１８を含むホイール部２８側の位置を移動させることで、半導体レーザ１７からのレーザ光が照射される蛍光体ホイール１８の周上の位置を循環的に移動させるものとした。

これにより、レーザ光の照射によって蛍光が励起される位置を移動させずに固定化でき、光源の光量を安定化することができる。

さらに上記実施形態では、半導体レーザ１７からのレーザ光が蛍光体ホイール１８の径方向に沿って移動するように蛍光体ホイール１８を含むホイール部２８を移動させるものとしたので、蛍光体ホイール１８を構成する個々の扇状の蛍光体１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂの形を考慮して少ない移動範囲で効率よく照射位置を移動させることができる。

また、モータ２５によるホイール部２８の移動周期に関しては、決してホイール部２８の蛍光体ホイール１８の回転周期の整数倍、及び整数分の１とならないように、あえて外れた値を設定することで、蛍光体ホイール１８の照射範囲ＭＡ内で照射位置が描く軌跡が一致して特定の蛍光体部分のみが熱的損傷を受けることがないようにすれば、蛍光体ホイール１８の長寿命化を図ることができる。

さらに上記実施形態は、モータ２５の回転によりクランク機構２７を用いて蛍光体ホイール１８を含むホイール部２８を移動させるものとしたが、蛍光体ホイール１８の位置は固定化し、半導体レーザ１７と蛍光体ホイール１８との間に所定周期で首振り運動する励振ミラーを設け、半導体レーザ１７からのレーザ光を該励振ミラーで反射させた後に蛍光体ホイール１８の周上に照射させるものとしてもよい。

この場合、照射位置を移動させるための機構を励振ミラーとその励振駆動部のみで構成できるため、上記実施形態で説明した機構の構成に比して大幅に装置を小型化することができる。

また、上記実施形態では、モータ２５が蛍光体ホイール１８を含むホイール部２８を往復直線移動させる機構に関して、上記図２にも示したクランク機構２７を用いるものとして説明したが、本発明はこれに限らず、他にもカム機構など、比較的簡易な構造でホイール部２８を往復直線移動させる各種の構成を考えることができる。

また、上述の実施形態のモータ２５は、蛍光体ホイール１８を含むホイール部２８を往復直線移動させる際に、常に一定の速度で往復運動するものに限らない。すなわち、例えば上記照射位置Ｓが蛍光体ホイール１８上の中心点に近づいた場合は上記往復運動の速度を上げ、蛍光体ホイール１８上の中心点から遠い場合には上記往復運動の速度を下げることにより、照射位置Ｓが蛍光体ホイール１８上を移動する際の速度変化に起因するレーザ光による蛍光体ホイール１８の熱的損傷をさらに軽減することができるものである。

その他、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１０…データプロジェクタ装置、１１…入出力コネクタ部、１２…入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）、１３…画像変換部、１４…ビデオＲＡＭ、１５…投影画像処理部、１６…マイクロミラー素子（ＳＯＭ）、１７…半導体レーザ、１８…蛍光体ホイール、１９…インテグレータ、２０…光源レンズ系、２１…ミラー、２２…投影レンズユニット、２３…投影光処理部、２４…モータ（Ｍ）、２５…モータ（Ｍ）、２６…マーカセンサ、２７…クランク機構、２８…ホイール部、２９…ＣＰＵ、３０…メインメモリ、３１…プログラムメモリ、３２…操作部、３３…音声処理部、３４…スピーカ部、４１…クランクギア、４２，４３…コネクティングロッド、ＳＢ…システムバス。

Claims (8)

1. 光源と、
   上記光源からの光の照射により夫々異なる色の光を出射する複数の光出射部を周状に分割配列し、回転することにより複数色の光を時分割で出射する回転ホイールと、その回転駆動部とを含む回転ホイール部と、
   上記回転ホイール部から出射される光を用い、当該光の色に応じた光像を形成して投影する投影部と、
   上記光源からの光が照射される上記回転ホイールの周上の位置を往復させる移動部と
   を具備したことを特徴とする投影装置。
2. 上記移動部は、上記回転ホイール部の位置を移動させることで上記光源からの光が照射される上記回転ホイールの周上の位置を往復させることを特徴とする請求項１記載の投影装置。
3. 上記移動部は、上記光源からの光を反射するミラー部を励振駆動することで、該反射光が照射される上記回転ホイールの周上の位置を往復させることを特徴とする請求項１記載の投影装置。
4. 上記移動部は、光源からの光が照射される上記回転ホイールの周上の位置を該ホイールの径方向に沿って移動させることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の投影装置。
5. 上記移動部は、上記光源からの光が照射される上記回転ホイールの周上の位置が、上記回転ホイールの中心に近づくほど上記往復移動の速度が上がるように駆動制御することを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の投影装置。
6. 上記移動部は、上記回転ホイールの回転周期の整数倍、及び整数分の１倍から外れた移動周期で往復させることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の投影装置。
7. 上記回転ホイールは、上記光源からのビーム光の照射により夫々異なる蛍光を発する複数の蛍光体を周状に分割配列して形成することを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の投影装置。
8. 上記回転ホイールは、前記複数の蛍光体の一部を拡散板から形成することを特徴とする請求項７記載の投影装置。

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