JP2011112753A - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光利用効率を高めることにより、低消費電力で明るい光源装置を提供すること。
【解決手段】第１光源装置２０により蛍光体２１で発光した蛍光ＦＬを前方に効率的に射出させることが可能となり、省エネルギーで明るい照明光を得ることができるので、省エネルギーで明るい投射像を形成できる。つまり、消費電力を抑えた高性能のプロジェクター１００を提供することができる。特に、第１実施形態のプロジェクター１００の場合、リフレクター２３の光軸ＯＡ周辺の蛍光ＦＬを効率的に取り出して液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃの照明に利用できることから、高コントラストの画像を投射することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、個体光源等で励起した蛍光を用いる光源装置、及び、斯かる光源装置を組み込んだプロジェクターに関する。

光源装置として、短波長のレーザー光を発生するレーザーダイオードと、レーザーダイオードからのレーザー光を平行化するコリメーターと、コリメーターからの平行光線束を集光するコンデンサーと、コンデンサーで集光したレーザー光を吸収してインコヒーレント光を放出する蛍光体と、蛍光体からのインコヒーレント光を反射によって平行化する可視光反射鏡とを有するものがある（特許文献１参照）。

特開２００３−２９５３１９号公報

しかし、上記の光源装置は、可視光反射鏡の開口側にレーザー光反射鏡を有しており、光源装置の前方に射出される光線がレーザー光反射鏡によって反射されるので、蛍光体で発光した光線が蛍光体に戻されることによって吸収され、光の利用効率が下がる。特に、このような光源装置を薄型化して利用する場合は、開口部に配置されたレーザー光反射鏡が開口面積を大きく減少させるため、光利用効率の大幅な低下の原因となる。

また、上記のような光源装置をプロジェクターに組み込む場合、光源装置の射出する光線のうち光軸に平行な光線が遮光される。このため、液晶プロジェクターでは、液晶ライトバルブに垂直入射する光線割合が低下し、低コントラストの映像となる。また、デジタル・マイクロミラー・デバイスを用いたプロジェクターでも、光軸付近の光線成分が欠落するので、有効光線強度が減少して投射像が暗くなり光利用効率が大幅に低下することとなる。或いは、Ｆ値が小さな投射レンズが必要となってコストアップの要因となる。

そこで、本発明は、光利用効率を高めることにより、低消費電力でありながら明るい光源装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、低消費電力の光源装置によって高コントラストで明るい映像を投射することができるプロジェクターを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る光源装置は、蛍光体と、蛍光体を励起するための励起光を射出する励起光源と、蛍光体の発する光線を反射して開口から射出する楕円面型又は放物面型のリフレクターとを備える。ここで、励起光源は、励起光をリフレクターの開口側から入射させ、蛍光体は、リフレクターの焦点位置に配置される。
なお、励起光源には、一般的に固体光源が用いられる。また、楕円面型又は放物面型のリフレクターとは、楕円リフレクターや放物面リフレクターを意味し、楕円リフレクターには、回転楕円面のリフレクターに限られず、トロイダル面のリフレクターも含まれるものとする。

上記光源装置によれば、蛍光体で発光した光線を前方に効率的に射出させることが可能となり、低消費電力で明るい照明光を発生させることができる。また、リフレクターの光軸周辺の光線を効率的に取り出せることから、照明光の質を高め或いは被照明対象に対する照明効率を高めることができる。さらに、光軸周辺の光線が得られることから、光源すなわちリフレクターの薄型化や小型化を行った場合においても、光束の減少を抑制して明るさを確保できる。

本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記光源装置において、蛍光体が、金属、サファイア、及び水晶のうちいずれか１つを含む導熱性材料で形成された支持部材上に配置されている。この場合、蛍光体の温度を効率的に下げることができるので、蛍光体の発光効率の低下を抑制し、蛍光体の劣化防止によって寿命を延ばすことが可能となる。導熱性材料の金属として、銅、アルミ、真鍮、鉄等を用いることができる。

本発明の別の側面によれば、蛍光体に直接的又は間接的に接して蛍光体を冷却する冷却装置をさらに備える。この場合、蛍光体のより効率的な冷却が可能になり、蛍光体の発光効率の低下や劣化を防止して蛍光体の寿命を延ばすことができる。なお、冷却装置としては、例えばヒートパイプ、水冷装置等を用いることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、蛍光体を支持する可動基板をさらに備える。そして、可動基板は、蛍光体が励起光を受ける状態と励起光を受けない状態とに切り替え可能である。この場合、励起光を受ける状態で蛍光体の対応する部分が発光するが、励起光を受けない状態で蛍光体の対応する部分の発熱が停止するので、簡便な構造で蛍光体の冷却が可能となる。

本発明のさらに別の側面によれば、蛍光体が、可動基板上に配置された領域に応じて異なる発光波長に設定されている。この場合、単一の光源装置から、時系列で異なった複数色の光を得ることができる。また、これをプロジェクターに組み込んだ場合、色域の広い映像を提供することが可能となる。

本発明のさらに別の側面によれば、励起光源が、励起光をリフレクターの光軸からずれた斜め方向からリフレクター内に入射させる。この場合、蛍光体の発する光線の正面方向への取り出しが妨げられるのを簡易に回避しつつ、励起光源からの励起光をリフレクターに確実に入射させることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、リフレクターが、楕円面で形成された楕円リフレクターであり、励起光源は、少なくとも楕円リフレクターの第２焦点位置又は当該第２焦点位置の近傍に集光像を形成するように配置される。そして、光源装置は、楕円リフレクターの第２焦点位置又は当該第２焦点位置の近傍に、楕円リフレクターの光軸に対して傾斜した状態で配置される波長選択ミラーをさらに備える。この場合、励起光源からの励起光を効率的に集光し蛍光体に導くことができる。また、蛍光体で変換できなかった光線は、楕円リフレクター及び励起光源の反射構造でリサイクルされ、高効率な光源装置を提供することができる。

本発明のさらに別の側面によれば、励起光源が、レーザー光源、ＬＥＤ光源、ＳＬＤ光源、及びＲｃ−ＬＥＤ光源のうちいずれか１つを含む。この場合、光源装置全体の効率を高め、調光が容易でプロジェクターに適した光源装置を提供することができる。

本発明に係るプロジェクターは、上記の光源装置を有し照明用の光束を射出する照明装置と、照明装置から射出された光束を変調する光変調装置と、光変調装置で変調された光束を投射する投射光学系とを備える。

上記プロジェクターによれば、低消費電力で明るい投射像を形成できる。つまり、消費電力を抑えた高性能のプロジェクターを提供することができる。なお、リフレクターの光軸周辺の光線を効率的に取り出して光変調装置の照明に利用できることから、液晶プロジェクターの場合、高コントラストの画像を投射することができ、デジタル・マイクロミラー・デバイスを用いたプロジェクターの場合、比較的低コストで明るい画像を投射することができる。

第１実施形態に係るプロジェクターを概念的に示す図である。 図１のプロジェクターに組み込まれる第１光源装置の側方断面の概念図である。 図２の第１光源装置の変形例を説明する図である。 （Ａ）は第２実施形態のプロジェクターに組み込まれる第１光源装置を説明する図であり、（Ｂ）は変形例の第１光源装置を説明する図である。 （Ａ）は第３実施形態のプロジェクターに組み込まれる第１光源装置を説明する図であり、（Ｂ）は第１光源装置の一部を説明する図である。 第４実施形態のプロジェクターに組み込まれる照明装置を説明する図である。 第５実施形態のプロジェクターを説明する図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照して、本発明の第１実施形態に係るプロジェクターについて説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るプロジェクター１００は、液晶プロジェクターであり、照明装置１０、色分離導光光学系４０、光変調部５０、クロスダイクロイックプリズム６０、及び投射光学系７０を備える。

まず、照明装置１０は、赤（Ｒ）及び緑（Ｇ）色の照明光束を形成する第１光源装置２０と、青（Ｂ）色の照明光束を形成する第２光源装置３０と、両光源装置２０，３０からの光束を重ね合わせて均一化する均一化光学系８０とを備える。

図２に示すように、第１光源装置２０は、蛍光体２１と、励起光源２２と、リフレクター２３と、平行化レンズ２５と、冷却装置２７とを備える。ここで、蛍光体２１は、紫外や青（Ｂ）色の励起光ＥＬの照射を受けることによって、赤（Ｒ）及び緑（Ｇ）色の蛍光ＦＬを発生する。つまり、蛍光体２１は、比較的短波長の励起光ＥＬを比較的長波長のＲ色及びＧ色の蛍光ＦＬに変換する役割を有する。このため、蛍光体２１は、Ｒ色の発光に寄与する例えばNitride系のＣａＳｉＡｌＮ_３：ＥｕやＣａＳｉＮ_２：Ｅｕ、或いはSulfide系の（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ等のＲ色蛍光物質と、Ｇ色の発光に寄与する例えばSilicate系の（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：ＥｕやSulfide系のＺｎＳ：Ｃｕ等のＧ色蛍光物質とを含んでおり、例えば、これらの蛍光物質を光透過性のエポキシ樹脂やアクリル樹脂等で固めた構造を有している。蛍光体２１の形状は、特に制限されないが、点光源とする観点からは、励起光ＥＬを殆ど漏れなく受け止め得る範囲内でなるべく小さくすることが望ましい。

励起光源２２は、固体光源２２ａと、集光レンズ２２ｂとを備える。ここで、固体光源２２ａは、例えばＳＬＤ(Super Luminescent Diode)等の固体発光素子と、これを動作させるための駆動回路等とを有するものとできる。固体光源２２ａは、例えば波長３６０〜４１０ｎｍの紫外励起光、或いは波長４４０〜４６０ｎｍの可視励起光を発生する。固体光源２２ａをＳＬＤで形成する場合、単一のチップ上に単一のＳＬＤデバイスを形成したものを用いることもできるが、単一のチップ上に複数のＳＬＤデバイスを形成したものを用いることもできる。なお、固体光源２２ａは、ＳＬＤで構成されるものに限らず、このＳＬＤに代えて同様の波長の励起光を発生するＬＥＤ(Light Emitting Diode)、Ｒｃ−ＬＥＤ(Resonant-cavity Light Emitting Diode)等を組み込んだものとすることができる。集光レンズ２２ｂは、固体光源２２ａから射出された励起光ＥＬを蛍光体２１の位置に集光させ、蛍光体２１内部に入射させる。これにより、蛍光体２１内の蛍光物質が励起され、上記したようなＲ色及びＧ色の蛍光ＦＬを蛍光体２１の周囲に放出させることができる。この際、蛍光体２１及び励起光源２２の材料、仕様等の選定により、例えば９０％以上の量子効率で波長変換を行わせることもできる。

リフレクター２３は、楕円面のミラーを内側に有する楕円リフレクターであり、光軸ＯＡ上の第１焦点Ｆ１に配置された蛍光体２１から射出された蛍光ＦＬを反射して、開口ＯＰの外側に配置された光軸ＯＡ上の第２焦点Ｆ２に向けて収束させる。なお、励起光源２２の第１光軸ＯＡ１は、リフレクター２３の光軸ＯＡに対して傾斜した状態になっている。つまり、励起光源２２からの励起光ＥＬは、リフレクター２３の開口ＯＰから入射するが、その光軸ＯＡからずれた斜め方向から蛍光体２１に入射する。これにより、蛍光体２１の発する蛍光ＦＬの正面方向への取り出しが妨げられるのを簡易に回避しつつ、励起光源２２からの励起光ＥＬをリフレクターに確実に入射させることができる。なお、リフレクター２３は、光軸ＯＡのまわりに対称的な形状を有するものに限らず、励起光源２２側に切欠きを設けて励起光ＥＬをより取り込み易くした形状とすることもできる。

平行化レンズ２５は、凹レンズからなる平行化素子であり、リフレクター２３から収束されつつ射出された光源光束をリフレクター２３の光軸ＯＡに略平行な光束に平行化して、図１に示す均一化光学系８０の結合ミラー１２に入射させる。このため、平行化レンズ２５の焦点は、リフレクター２３の第２焦点Ｆ２と略一致する位置に配置されている。

冷却装置２７は、ヒートパイプ２７ａと、放熱フィン２７ｂとを備える。ヒートパイプ２７ａは、その先端部２７ｄに固定された蛍光体２１を冷媒によって冷却する。放熱フィン２７ｂは、ヒートパイプ２７ａの根元部２７ｅをリフレクター２３外への放熱によって冷却する。ヒートパイプ２７ａのパイプ部や放熱フィン２７ｂは、銅、アルミ、真鍮、鉄等の金属製の導熱性材料で形成されており、ヒートパイプ２７ａの先端部２７ｄは、支持部材として蛍光体２１を支持する。冷却装置２７によって蛍光体２１を適宜冷却することで、蛍光体２１の発光効率の低下を抑制し、蛍光体２１の劣化を防止して蛍光体２１の寿命を延ばすことができる。この際、蛍光体２１を支持するヒートパイプ２７ａの先端部２７ｄが金属製の導熱性材料であるので、蛍光体２１の冷却効率をより高めることができる。なお、ヒートパイプ２７ａに代えて、例えば水冷装置を用いることもできる。

図１に戻って、第２光源装置３０は、固体光源３１と、集光レンズ３２とを備える。ここで、固体光源３１は、例えばＬＥＤ等の固体発光素子と、これを動作させるための駆動回路等とを有するものとできる。固体光源３１は、例えば波長４４０〜４６０ｎｍのＢ色光を発生する。固体光源３１をＬＥＤで形成する場合、単一のチップ上に単一のＬＥＤデバイスを形成したものを用いることもできるが、単一のチップ上に複数のＬＥＤデバイスを形成したものを用いることもできる。なお、固体光源３１は、ＬＥＤで構成されるものに限らず、このＬＥＤに代えて同様の波長の励起光を発生するＳＬＤ等を組み込んだものとすることができる。集光レンズ３２は、固体光源３１から射出されたＢ色光を第２光軸ＯＡ２に略平行な光束に平行化して、均一化光学系８０の結合ミラー１２に入射させる。

均一化光学系８０は、結合ミラー１２と、第１及び第２レンズアレイ８１，８２と、偏光変換部材８４と、重畳レンズ８５とを備える。このうち、結合ミラー１２は、ダイクロイックミラーであり、第１光源装置２０からのＲ色及びＧ色光を透過によって直進させ、第２光源装置３０からのＢ色光を反射によって折り曲げることによって、照明光の重ね合わせ又は合成を行う。第１レンズアレイ８１は、マトリクス状に配置された複数の要素レンズ８１ａからなり、結合ミラー１２から射出された照明光ＩＬの光束を、要素レンズ８１ａの区画に対応して複数の部分光束に分割する。また、第２レンズアレイ８２は、複数の要素レンズ８１ａにそれぞれ対応して配置された複数の要素レンズ８２ａからなり、第１レンズアレイ８１からの各部分光束の発散状態を調整する。偏光変換部材８４は、ＰＢＳプリズム及びミラーを組み込んだ構造を有する複数のプリズム素子８４ａを有し、第２レンズアレイ８２から射出した光源光を特定方向の直線偏光のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ８５は、第２レンズアレイ８２から射出し偏光変換部材８４を経た照明光を全体として適宜収束させることにより、光変調部５０に設けた各色の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに対する重畳照明を可能にする。

色分離導光光学系４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと、反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、３つのフィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃと、リレーレンズ４４ａ，４４ｂとを備え、照明装置１０から射出された照明光をＲ色、Ｇ色、及びＢ色の３色に分離するとともに、各色光を後段の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃへ導く。より詳しく説明すると、まず、第１ダイクロイックミラー４１ａは、ＲＧＢの３色のうちＲ色の照明光ＬＲを反射しＧ色及びＢ色の照明光ＬＧ，ＬＢを透過させる。また、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、ＧＢの２色のうちＧ色の照明光ＬＧを反射しＢ色の照明光ＬＢを透過させる。つまり、第１ダイクロイックミラー４１ａで反射された赤色光ＬＲは、フィールドレンズ４３ａのある第１光路ＯＰ１に導かれ、第１ダイクロイックミラー４１ａを透過して第２ダイクロイックミラー４１ｂで反射された緑色光ＬＧは、フィールドレンズ４３ｂのある第２光路ＯＰ２に導かれ、第２ダイクロイックミラー４１ｂを通過した青色光ＬＢは、フィールドレンズ４３ｃのある第３光路ＯＰ３に導かれる。各色用のフィールドレンズ４３ａ，４３ｂ，４３ｃは、第２レンズアレイ８２から射出され光変調部５０に入射する各部分光束が、各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃの被照射領域上において、システム光軸ＳＡに対して適当な収束度又は発散度となるように入射角を調節している。一対のリレーレンズ４４ａ，４４ｂは、第１光路ＯＰ１や第２光路ＯＰ２よりも相対的に長い第３光路ＯＰ３上に配置され、入射側の第１のリレーレンズ４４ａの直前に形成された像を、ほぼそのまま射出側のフィールドレンズ４３ｃに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。

光変調部５０は、３色の照明光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢがそれぞれ入射する３つの液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを備える。各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、光変調装置として機能し、中央に配置される液晶パネル５１ａ，５１ｂ，５１ｃと、これを挟むように一方の光路上流側に配置される入射側偏光フィルター５２ａ，５２ｂ，５２ｃと、他方の光路下流側に配置される射出側偏光フィルター５３ａ，５３ｂ，５３ｃとをそれぞれ備えている。各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃにそれぞれ入射した各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位で強度変調される。なお、液晶パネル５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、透過型の液晶パネルであり、図示による説明を省略するが、透明電極等を有する光透過性の入射側基板と、画素電極等を有する光透過性の駆動基板と、入射側基板及び駆動基板間に密閉封入される液晶層とを備える。

クロスダイクロイックプリズム６０は、カラー画像を合成するための光合成光学系であり、その内部には、Ｒ光反射用の第１ダイクロイック膜６１と、Ｂ光反射用の第２ダイクロイック膜６２とが、平面視Ｘ字状に配置されている。このクロスダイクロイックプリズム６０は、液晶ライトバルブ５０ａからの赤色光ＬＲを第１ダイクロイック膜６１での反射によって折り曲げて−Ｘ方向に射出させ、液晶ライトバルブ５０ｂからの緑色光ＬＧを両ダイクロイック膜６１，６２を介して−Ｘ方向に直進・射出させ、液晶ライトバルブ５０ｃからの青色光ＬＢを第２ダイクロイック膜６２での反射によって折り曲げて−Ｘ方向に射出させる。

投射光学系７０は、光変調部５０によって形成されクロスダイクロイックプリズム６０で合成された変調光の画像光をスクリーン（不図示）上に所望の倍率のカラー画像として投射する。

以上説明した第１実施形態のプロジェクター１００によれば、第１光源装置２０により蛍光体２１で発光した蛍光ＦＬを前方に効率的に射出させることが可能となり、低消費電力で明るい照明光を得ることができるので、低消費電力で明るい投射像を形成できる。つまり、エネルギー消費を抑えたすなわち省エネルギーで高性能のプロジェクター１００を提供することができる。特に、第１実施形態のプロジェクター１００の場合、リフレクター２３の光軸ＯＡ周辺の蛍光ＦＬを効率的に取り出して液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃの照明に利用できることから、高コントラストの画像を投射することができる。

なお、図２に示す第１光源装置２０は、図３に示すような第１光源装置１２０に変更することができる。図３の第１光源装置１２０の場合、リフレクター１２３が放物面のミラーを内側に有する放物面リフレクターであり、図２の平行化レンズ２５が省略されている。リフレクター１２３は、光軸ＯＡ上の焦点Ｆに配置された蛍光体２１から射出された蛍光ＦＬを反射して光軸ＯＡに略平行な光束に平行化する。

〔第２実施形態〕
以下、図４（Ａ）、４（Ｂ）を参照して、第２実施形態のプロジェクターに組み込まれる光源装置について説明する。

図４（Ａ）の第１光源装置２２０は、図３に示す第１光源装置１２０を変形したものであり、特に説明しない部分は、図３に示す第１光源装置１２０と同様であるものとする。

第１光源装置２２０は、蛍光体２１と、励起光源２２２と、リフレクター１２３と、冷却装置２２７とを備える。励起光源２２２は、固体光源２２２ａと、ミラー２２２ｂとを備える。ここで、固体光源２２２ａは、例えば指向性の高いＬＤ(Laser Diode)等の固体発光素子と、これを動作させるための駆動回路等とを有するものとできる。固体光源２２２ａは、例えば波長３６０〜４１０ｎｍの紫外励起光、或いは波長４４０〜４６０ｎｍの可視励起光を発生する。固体光源２２２ａから射出された励起光ＥＬは、殆ど広がらないまま蛍光体２１内部に入射する。蛍光体２１を通過した僅かな励起光ＥＬは、冷却装置２２７のヒートパイプ２７ａの先端部２７ｄに設けられたミラー２７ｒで反射されて、固体光源２２２ａ側に戻され、ミラー２２２ｂで反射されて蛍光体２１の位置に再度集光される。つまり、励起光ＥＬは、ミラー２７ｒとミラー２２２ｂとの間に閉じ込められるよう利用されて有効活用が図られる。ヒートパイプ２７ａの先端部２７ｄの凹面には、例えばアルミの被膜が形成され、さらに保護コートが施されて、ミラー２７ｒが形成されている。この場合、蛍光体２１は、ミラー２７ｒの表面に支持されており効率的な冷却が達成されるが、蛍光体２１は、ミラー２７ｒから僅かに離間して先端部２７ｄに支持されるものとすることもできる。

図４（Ｂ）の光源装置２２０は、図４（Ａ）に示す第１光源装置２２０を変形したものである。図４（Ｂ）の第１光源装置２２０の場合、リフレクター２３が楕円面のミラーを内側に有する楕円リフレクターであり、平行化レンズ２５が追加されている。リフレクター２３は、光軸ＯＡ上の第１焦点Ｆ１に配置された蛍光体２１から射出された蛍光ＦＬを反射して、開口ＯＰの外側に配置された光軸ＯＡ上の第２焦点Ｆ２に向けて収束させる。

〔第３実施形態〕
以下、図５（Ａ）、５（Ｂ）を参照して、第３実施形態のプロジェクターに組み込まれる第１光源装置について説明する。

図５（Ａ）の第１光源装置３２０は、図２に示す第１光源装置２０を変形したものであり、特に説明しない部分は、図２に示す第１光源装置２０と同様であるものとする。

図５（Ａ）に示すように、第１光源装置３２０は、蛍光体２１と、励起光源３２２と、リフレクター２３と、波長選択ミラー２４と、平行化レンズ３２５と、支持装置３２７とを備える。ここで、蛍光体２１は、図５（Ｂ）に示すように、円形の可動基板２７ｆ上に支持されて環状に配置されている。蛍光体２１は、可動基板２７ｆを３つに区分した扇状の領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に対応して、３つの部分２１ａ，２１ｂ，２１ｃに分かれている。第１の部分２１ａは、励起光ＥＬの照射によってＲ色の蛍光ＦＬを発生し、第２の部分２１ｂは、励起光ＥＬの照射によってＧ色の蛍光ＦＬを発生し、第３の部分２１ｃは、励起光ＥＬの照射によってエメラルドグリーン色の蛍光ＦＬを発生する。

支持装置３２７は、可動基板２７ｆと、駆動装置２７ｇとを備える。可動基板２７ｆは、サファイアや水晶といった光透過性の材料で形成された円板であり、上述のように環状の蛍光体２１を支持する。駆動装置２７ｇは、モーター等で構成され、可動基板２７ｆを中心軸ＲＡのまわりに定速度で回転させる。なお、可動基板２７ｆは、リフレクター２３に光軸ＯＡに垂直に形成されたスリットＳＬを介してリフレクター２３内に部分的に挿入されている。また、可動基板２７ｆの中心軸ＲＡは、リフレクター２３の光軸ＯＡから蛍光体２１の環の半径ｒだけ離れて平行に配置されている。これにより、可動基板２７ｆが回転しても、蛍光体２１がリフレクター２３の第１焦点Ｆ１上に常に配置されるようになっている。

励起光源３２２は、固体光源３２２ａと、リフレクター３２２ｂと、集光レンズ３２２ｃとを備える。固体光源３２２ａは、例えばＬＥＤ、ＳＬＤ、Ｒｃ−ＬＥＤ、ＬＤ等の固体発光素子と、これを動作させるための駆動回路等とを有するものとできる。固体光源３２２ａは、例えば波長３６０〜４１０ｎｍの紫外励起光、或いは波長４４０〜４６０ｎｍの可視励起光を発生する。リフレクター３２２ｂは、固体光源３２２ａから射出された励起光ＥＬを、リフレクター２３の第２焦点Ｆ２の位置に集光像を形成するように収束させることで、波長選択ミラー２４及びリフレクター２３を介して第１焦点Ｆ１にある蛍光体２１内部に入射させる。集光レンズ３２２ｃは、固体光源３２２ａから射出された励起光ＥＬを、第１焦点Ｆ１の位置に集光像を形成するように収束させることで、波長選択ミラー２４を介して第１焦点Ｆ１にある蛍光体２１内部に入射させる。なお、蛍光体２１を通過した僅かな励起光ＥＬは、リフレクター２３等で反射されて、励起光源３２２側に戻され、リフレクター３２２ｂや固体光源３２２ａ内に設けられたミラー３２２ｒで反射されて逆進する。つまり、励起光ＥＬは、リフレクター２３やリフレクター３２２ｂ等による反射によってリサイクルされて有効活用が図られる。

波長選択ミラー２４は、リフレクター２３によって集光されたＲ色、Ｇ色、及びエメラルドグリーン色の蛍光ＦＬを反射することによって、蛍光ＦＬの光路をシステム光軸ＳＡの方向に折り曲げる。光路を折り曲げられた蛍光ＦＬは、平行化レンズ３２５によってシステム光軸ＳＡに略平行な光束に平行化される。

この場合、可動基板２７ｆ上の蛍光体２１は、常に一部のみが励起光ＥＬによって照明され残りは照明されないので、励起光ＥＬを受けない状態で蛍光体２１の対応する部分の発熱が停止することになり、簡便な構造で蛍光体２１の効率的な冷却が可能となる。

図５（Ａ）に示す第１光源装置３２０からは、Ｒ色、Ｇ色、及びエメラルドグリーン色の蛍光ＦＬが照明光として周期的に射出される。第１光源装置３２０を図１に示すプロジェクター１００に組み込んだ場合、Ｒ色の照明光が射出されるタイミングと、Ｇ色及びエメラルドグリーン色の照明光が射出されるタイミングとに同期させて、例えばＲ色用の液晶ライトバルブ５０ａと、Ｇ色用の液晶ライトバルブ５０ｂとを順次動作させる。つまり、Ｒ色の画像とＧ色及びエメラルドグリーン色の画像とが交互にスクリーン上に投射される。

以上の実施形態では、蛍光体２１によってＲ色やＧ色の蛍光ＦＬのほかに、エメラルドグリーン色の蛍光ＦＬを発生しているが、エメラルドグリーン色以外の蛍光ＦＬを発生させることもできる。

〔第４実施形態〕
以下、図６を参照して、第４実施形態のプロジェクターに組み込まれる照明装置や光源装置について説明する。

図６に示す照明装置４１０は、光源装置４２０と、均一化光学系４８０とを備える。このうち、光源装置４２０は、図２に示す第１光源装置２０を変形したものであり、特に説明しない部分は、図２に示す第１光源装置２０と同様であるものとする。

図６に示すように、光源装置４２０は、蛍光体２１と、励起光源４２２と、リフレクター２３と、冷却装置４２７とを備える。ここで、励起光源４２２は、固体光源４２２ａと、集光レンズ４２２ｂと、折り曲げミラー４２２ｃとを備える。固体光源４２２ａは、例えば波長３６０〜４１０ｎｍの紫外励起光を発生するＬＤである。励起光源４２２からの励起光ＥＬは、リフレクター２３の開口ＯＰから内部に導かれるが、光軸ＯＡに対して斜めの光軸ＯＡ１方向から蛍光体２１に入射する。蛍光体２１は、この場合、励起光ＥＬに励起されてＲ色、Ｇ色、及びＢ色の蛍光ＦＬを発生する。

リフレクター２３は、楕円リフレクターであるが、変曲点を超えて延びており、その先端の開口ＯＰは、小径となっている。この開口ＯＰを塞ぐようにロッドインテグレーター４８１の入射面ＩＳが配置されている。この入射面ＩＳに入射した照明光ＩＬは、ロッドインテグレーター４８１内で伝搬される際に光束の分割が行われるとともに、分割された光束が一旦重ね合わされた状態で射出面ＯＳから射出される。なお、ロッドインテグレーター４８１の射出面ＯＳに対向して配置された重畳レンズ４８２は、ロッドインテグレーター４８１から分割されて射出された照明光ＩＬを重畳させることにより、図１に示す各色の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに対する重畳照明を可能にする。

冷却装置４２７は、ヒートパイプ２７ａと、熱交換器４２７ｂと、支持部材４２７ｄとを備える。ヒートパイプ２７ａは、支持部材４２７ｄに固定された蛍光体２１を冷却する。熱交換器４２７ｂは、ヒートパイプ２７ａを冷却する。支持部材４２７ｄは、冷却効率を考慮して、銅、アルミ等の金属で形成されている。

本実施形態の場合、単一の光源装置４２０によって照明光ＩＬを得ることができる。なお、光源装置４２０によって例えばＲ色及びＧ色の均一光を形成し、別途設けた第２光源装置３０によって例えばＢ色の均一光を形成し、これらの均一光をダイクロイックミラー等で合成し、光変調部５０を照明することもできる。

〔第５実施形態〕
以下、図７を参照して、第５実施形態のプロジェクターについて説明する。なお、本実施形態のプロジェクター５００は、第３及び第４実施形態の光源装置やプロジェクターを変形したものであり、特に説明しない部分は、第３及び第４実施形態の光源装置やプロジェクターと同様であるものとする。

プロジェクター５００は、照明装置５１０と、光変調部５５０と、投射光学系７０とを備える。

ここで、照明装置５１０は、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色の蛍光ＦＬすなわち照明光ＩＬを形成する光源装置５２０と、光源装置５２０から射出された照明光ＩＬを均一化する均一化光学系５８０とを備える。光源装置５２０は、蛍光体２１と、励起光源４２２と、リフレクター２３と、支持装置３２７とを備える。均一化光学系５８０は、ロッドインテグレーター４８１と、重畳レンズ４８２と、ミラー５８５とを備える。

光変調部５５０は、フィールドレンズ５５１と、デジタル・マイクロミラー・デバイス５５２とを備える。デジタル・マイクロミラー・デバイス２５２は、反射方向制御型の光変調装置である。

投射光学系７０は、光変調部５５０によって形成された変調光の像光をスクリーン（不図示）上にカラー画像として投射する。

本実施形態のプロジェクター５００の動作について説明する。光源装置５２０は、ＲＧＢの３色に時系列的に色分割された蛍光ＦＬすなわち照明光ＩＬを射出する。光源装置５２０から射出された照明光ＩＬは、ロッドインテグレーター４８１での分割及び重畳によって均一化され、重畳レンズ４８２を経た後にミラー５８５により折り曲げられて、光変調部５５０を均一に照明する。デジタル・マイクロミラー・デバイス５５２は、これに入射する照明光を、画像信号に応じて各画素に対応するマイクロミラーで必要な期間だけ反射することにより、反射光としての画像光を投射光学系７０のある法線方向に射出する。なお、デジタル・マイクロミラー・デバイス５５２は、光源装置５２０と同期して動作しており、光源装置５２０が例えばＲ色の照明光ＩＬを射出する際には、Ｒ色の画像に対応する光変調を行い、光源装置５２０が例えばＧ色の照明光ＩＬを射出する際には、Ｇ色の画像に対応する光変調を行い、光源装置５２０が例えばＢ色の照明光ＩＬを射出する際には、Ｂ色の画像に対応する光変調を行う。このように、デジタル・マイクロミラー・デバイス５５２から時分割されて射出される各色の像光は、フィールドレンズ５５１を介し、投射光学系７０によって不図示のスクリーン上にカラー画像として投射される。

なお、この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

すなわち、上記第１〜５実施形態では、蛍光体２１が蛍光物質を光透過性の樹脂で固めた構造を有しているとしたが、蛍光体２１は、蛍光物質を例えば光透過性の容器内に封入したものとすることもできる。

また、上記第１〜３実施形態において、蛍光体２１から光軸ＯＡに沿って開口ＯＰ側に直接射出された蛍光ＦＬについては、特に集光等を行っていないが、蛍光体２１から光軸ＯＡに沿って開口ＯＰ側に直接射出される蛍光ＦＬを平行化等するためのレンズ等を蛍光体２１の開口ＯＰ側に比較的近接して配置することもできる。

また、上記第１〜４実施形態では、透過型の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを備えるプロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型のライトバルブを備えるプロジェクターにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含むライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。

また、プロジェクターとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面投射型のプロジェクターと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面投射型のプロジェクターとがあるが、図１等に示すプロジェクター１００，５００の構成は、いずれにも適用可能である。

また、上記第１〜４実施形態では、３つの液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを用いたプロジェクター１００の例のみを挙げたが、本発明は、１つ又は２つのライトバルブを用いたプロジェクター、４つ以上のライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。

１０，４１０，５１０…照明装置、 ２０，１２０，２２０，３２０，４２０…第１光源装置、 ２１…蛍光体、 ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…蛍光体の部分、 ２２，２２２，３２２，４２２…励起光源、 ２２ａ…固体光源、 ２２ｂ…集光レンズ、 ２３，１２３…リフレクター、 ２５，３２５…平行化レンズ、 ２７，２２７，４２７…冷却装置、 ２７ａ…ヒートパイプ、２７ｂ…放熱フィン、 ２７ｆ…可動基板、 ２７ｇ…駆動装置、 ２７ｒ…ミラー、 ３０…第２光源装置、 ３１…固体光源、 ３２…集光レンズ、 ４０…色分離導光光学系、 ４１ａ，４１ｂ…ダイクロイックミラー、 ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…反射ミラー、 ５０…光変調部、 ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ…液晶ライトバルブ、 ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ…液晶パネル、 ６０…クロスダイクロイックプリズム、 ７０…投射光学系、 ８０，４８０，５８０…均一化光学系、 ８１，８２…レンズアレイ、 ８４…偏光変換部材、 ８５…重畳レンズ、 １００，５００…プロジェクター、 ２５２…デジタル・マイクロミラー・デバイス、 ３２７…支持装置、 ４８１…ロッドインテグレーター、 ４８２…重畳レンズ、 ５２０…光源装置、 ５５０…光変調部、 ５５２…デジタル・マイクロミラー・デバイス、 Ａ１，Ａ２，Ａ３…領域、 ＥＬ…励起光、 Ｆ…焦点、 Ｆ１…第１焦点、 Ｆ２…第２焦点、 ＦＬ…蛍光、 ＩＬ…照明光、 ＬＲ，ＬＧ，ＬＢ…照明光、 ＯＡ…光軸、 ＯＡ１…光軸、 ＯＡ２…光軸、 ＯＰ…開口、 ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３…光路、 ＲＡ…中心軸、 ＳＡ…システム光軸、 ＳＬ…スリット

Claims (9)

1. 蛍光体と、
   前記蛍光体を励起するための励起光を射出する励起光源と、
   前記蛍光体の発する光線を反射して開口から射出する楕円面型又は放物面型のリフレクターと、を備え、
   前記励起光源は、前記励起光を前記リフレクターの前記開口側から入射させ、
   前記蛍光体は、前記リフレクターの焦点位置に配置される、
   光源装置。
2. 前記蛍光体は、金属、サファイア、及び水晶のうちいずれか１つを含む導熱性材料で形成された支持部材上に配置されている、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記蛍光体に直接的又は間接的に接して前記蛍光体を冷却する冷却装置をさらに備える、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の光源装置。
4. 前記蛍光体を支持する可動基板をさらに備え、
   前記可動基板は、前記蛍光体が前記励起光を受ける状態と前記励起光を受けない状態とに切り替え可能である、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記蛍光体は、前記可動基板上に配置された領域に応じて異なる発光波長に設定されている、請求項４に記載の光源装置。
6. 前記励起光源は、励起光をリフレクターの光軸からずれた方向からリフレクター内に入射させる、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光源装置。
7. 前記リフレクターは、楕円面で形成された楕円リフレクターであり、
   前記励起光源は、少なくとも前記楕円リフレクターの第２焦点位置又は当該第２焦点位置の近傍に集光像を形成するように配置され、
   前記楕円リフレクターの前記第２焦点位置又は当該第２焦点位置の近傍に、前記楕円リフレクターの光軸に対して傾斜した状態で配置される波長選択ミラーをさらに備える、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記励起光源は、レーザー光源、ＬＥＤ光源、ＳＬＤ光源、及びＲｃ−ＬＥＤ光源のうちいずれか１つを含む、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光源装置。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の光源装置を有し、照明用の光束を射出する照明装置と、
   前記照明装置から射出された光束を変調する光変調装置と、
   前記光変調装置で変調された光束を投射する投射光学系と、
   を備えるプロジェクター。

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