JP2015135465A - 光源ユニット及び投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光板の蛍光体層にムラがあったとしても、投影画像に対する明るさのムラを抑制し、投影画像の安定化を図る。
【解決手段】蛍光光を用いて画像を表示する表示素子５１に対して、蛍光光を照射する光源ユニット６０は、励起光を出射する励起光源７１と、励起光源７１から出射された励起光を集光する集光部１１１と、集光部１１１によって集光された励起光を蛍光光に変換する蛍光板（蛍光ホイール１０１）とを備えている。蛍光板の位置は、蛍光光が最も明るくなる位置から集光部１１１の光軸方向に沿って所定距離だけずれている。これにより、蛍光板の蛍光体層にムラがあったとしても、投影画像に対する明るさのムラを抑制することができ、投影画像の安定化を図ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、光源ユニット及び投影装置に関する。

投影装置としては、青色の励起光を発する励起光照射装置と、蛍光体層（蛍光発光領域）を有し、励起光照射装置から蛍光体層に向けて青色光が照射されることにより、緑色光に変換する蛍光板と、赤色光を発する赤色光源装置と、青色光を発する青色光源装置と、緑色光、赤色光、青色光を反射させることによりスクリーンに画像を投影する例えばＤＭＤなどの表示素子とを含んだ光源ユニットを有する投影装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１−０９５３８８号公報

しかしながら、蛍光板の蛍光体層にはムラがある場合が有り、そのような蛍光板の蛍光体層に対して青色光を照射し緑色光に変換したとしても、ムラによって緑色光の強度が変化してしまい、投影画像にも明るさにムラが生じるおそれがある。
そこで本発明の課題は、蛍光板の蛍光体層にムラがあったとしても、投影画像に対する明るさのムラを抑制し、投影画像の安定化を図ることである。

以上の課題を解決するため、本発明の一の態様によれば、
蛍光光を用いて画像を表示する表示素子に対して、蛍光光を照射する光源ユニットであって、
励起光を出射する励起光源と、
前記励起光源から出射された前記励起光を集光する集光部と、
前記集光部によって集光された前記励起光を前記蛍光光に変換する蛍光板と、
を備え、
前記蛍光板の位置は、前記蛍光光が最も明るくなる位置から前記集光部の光軸方向に沿って所定距離だけずれていることを特徴とする光源ユニットが提供される。

本発明によれば、蛍光板の蛍光体層にムラがあったとしても、投影画像に対する明るさのムラを抑制することができ、投影画像の安定化が可能である。

本実施形態の光源ユニットを備えた投影装置を示す外観斜視図である。 本実施形態の光源ユニットを備えた投影装置の機能回路ブロックを示す図である。 本実施形態の光源ユニットを備えた投影装置の内部構造を示す平面模式図である。 本実施形態に係る蛍光ホイールの正面模式図及び一部断面を示す平面模式図である。 本実施形態に係る励起光源から照射された励起光の照射エリアと、蛍光ホイールとの位置関係を示す説明図である。 投影スクリーン上の明るさの測定点を示す説明図である。 本実施形態に係る励起光照射装置及び二種類の光源装置の点灯期間を示すタイミングチャートである。 本実施形態に係る励起光照射装置及び二種類の光源装置の点灯期間を示すタイミングチャートである。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は、投影装置１０の外観斜視図である。なお、本実施例において、投影装置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、前後とは投影装置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、投影装置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、投影モードを切り替えるための切り替えキー、光源ユニットや表示素子又は制御部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、投影装置１０の制御手段について図２のブロック図を用いて述べる。制御手段は、投影制御部３８、入出力インターフェイス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イス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。入力された画像信号の周波数は、そのまま表示時に用いられる場合もあれば、ティアリングの防止のため適切に変換される場合もある。画像信号の表示時の周波数を表示周波数とする。

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る。具体的に、表示駆動部２６は、投影制御部３８の制御に基づき、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。表示駆動部２６は、光源ユニット６０から出射された光線束を、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。

投影制御部３８は、投影装置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、直接に投影制御部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投影制御部３８に出力される。

ここで、キー／インジケータ部３７は、本発明に係る指示入力部であり、ユーザによる指示に基づいて、画質を優先する画質優先モードか、明るさを優先する明るさ優先モードかを切り替えるものである。このキー／インジケータ部３７への指示に基づいて投影制御部３８は、それぞれのモードに対応するように各部を制御する。

なお、投影制御部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、投影制御部３８は、本発明に係る制御部としての制御部４１を制御しており、この制御部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から出射されるように、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。制御部４１は、システムバス（ＳＢ）を介してモータドライバ１１０Ａを制御し、ホイールモータ１１０を同期するように回転させる（詳細は後述する）。

さらに、投影制御部３８は、冷却ファン駆動制御部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、投影制御部３８は、冷却ファン駆動制御部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。
また、投影装置１０は調整部１８０を備えるが、これについては後述する。

次に、この投影装置１０の内部構造について述べる。図３は、投影装置１０の内部構造を示す平面模式図である。投影装置１０は、図３に示すように、右側パネル１４の近傍に制御部基板２４１を備えている。この制御部基板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、投影装置１０は、制御部基板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、投影装置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から出射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から出射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からの出射光や赤色光源装置１２０からの出射光、青色光源装置３００からの出射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の入射口に集光する光源側光学系１４０と、を備える。

励起光照射装置７０は、背面パネル１３と光軸が平行になるよう配置され、励起光を出射する励起光源７１と、励起光源７１からの出射光の光軸を正面パネル１２方向に９０度変換する反射ミラー群７５と、反射ミラー群７５で反射した励起光源７１からの出射光を集光する集光レンズ７８と、励起光源７１と右側パネル１４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は、複数の青色レーザーダイオードがマトリクス状に配列されてなり、各青色レーザーダイオードの光軸上には、各青色レーザーダイオードから出射された励起光を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。また、反射ミラー群７５は、複数の反射ミラーが階段状に配列されてなり、励起光源７１から出射される光線束の断面積を一方向に縮小して集光レンズ７８に出射する。

ヒートシンク８１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８１とによって励起光源７１が冷却される。さらに、反射ミラー群７５と背面パネル１３との間にも冷却ファン２６１が配置されており、この冷却ファン２６１によって反射ミラー群７５や集光レンズ７８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からの出射光の光軸と直交するように配置された蛍光ホイール１０１と、この蛍光ホイール１０１を周方向に回転させるホイールモータ（駆動部）１１０と、蛍光ホイール１０１から背面パネル１３方向に出射される蛍光光の光線束を集光する集光部１１１と、これら蛍光ホイール１０１及びホイールモータ１１０を、励起光照射装置７０からの出射光の光軸方向に沿って移動させる調整部１８０とを備える。
制御部４１は、ホイールモータ１１０の駆動（制御）回路であるモータドライバ１１０Ａから出力された例えばＴＡＣＨ信号などの回転数パルスに基づいて、ホイールモータ１１０の回転周波数、つまり蛍光ホイール１０１の回転周波数を取得するようになっている。

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、励起光を受けて蛍光発光する蛍光板として機能する。具体的に蛍光ホイール１０１には、励起光源７１からの励起光を緑色波長帯域の蛍光発光光に変換する環状の蛍光発光領域が凹部として形成されている。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、この反射面上に緑色蛍光体層１０３が敷設されている。

そして、蛍光ホイール１０１の緑色蛍光体層１０３に照射された励起光照射装置７０からの出射光は、緑色蛍光体層１０３における緑色蛍光体を励起する。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側へ出射される。また、蛍光体の層１０３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１０３に入射し、蛍光体層１０３を励起することとなる。よって、蛍光ホイール１０１の凹部の表面を反射面とすることにより、励起光源７１から出射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。

なお、蛍光ホイール１０１の反射面で蛍光体層１０３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側に出射された励起光は、後述する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、励起光が外部に出射されることはない。そして、図３に示したように、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。

そして、蛍光ホイール１０１及びホイールモータ１１０は、調整部１８０によって励起光源７１の光軸方向に沿って移動し、集光部１１１までの間隔が調整されるようになっている。この間隔が調整されることで、励起光源７１から照射された励起光の照射エリアの面積が調整される。
図５は励起光源７１から照射された励起光の照射エリアと、蛍光ホイール１０１との位置関係を示す説明図である。蛍光ホイール１０１がＡ１位置にある場合、励起光Ｌの焦点Ｐ１に蛍光体層１０３の表面が位置しているため、励起光の照射エリアＡが最も小さくなっている。このＡ１位置から蛍光ホイール１０１を励起光源７１から遠ざけた場合（Ａ２位置）では、照射エリアＡがＡ１位置の場合よりも大きくなる。調整部１８０は、蛍光ホイール１０１及びホイールモータ１１０を集光部１１１の光軸方向に移動させることによって、照射エリアＡの面積を調整するようになっている。

この照射エリアＡの面積が所定の大きさ以上であると、蛍光体層１０３に塗りムラがあったとしてもその影響が照射エリアＡ内で分散される（平均化される）ことになり、投影画像に対する明るさのムラを抑制することが可能である。

例えば、集光部１１１として、有効径１５．０ｍｍの平凸レンズと、有効径７．２ｍｍのメニスカスレンズとからなるレンズ群を用いて、これらレンズ群の焦点位置までの距離が０．８５ｍｍとし、この位置を基準位置とする。この基準位置に蛍光ホイール１０１を配置した場合、蛍光ホイール１０１によって発せられる蛍光光が最も明るくなる。
このとき、図６に示すように、投影スクリーンＳ上の中央の九箇所（ｐ１〜ｐ９）及び角部の４箇所（ｐ１１〜ｐ１４）の明るさを測定する。
まず、測定点ｐ１〜ｐ９及び測定点ｐ１１〜ｐ１４の全１３点については平均値（ｌｍ）を求める。これを平均の明るさとし、下記の表では最も明るい値を１００％として、相対的な値として記載している。
また、この測定結果のうち、測定点ｐ１〜ｐ９については平均値（ｌｍ）を求める。測定点ｐ１１〜ｐ１４についてはこれらの最小値（ｌｍ）を求める。そして、最小値を平均値で割る。これらを明るさのばらつきとする。これにより、明るさのばらつきを評価する。明るさのばらつきがない場合は最小値／平均値＝１となるため、１に近いほど投影スクリーンＳ上において明るさのばらつきが小さいことを意味する。
そして、蛍光ホイール１０１の位置を基準位置から０．１ｍｍ間隔で、集光部１１１に対して遠ざける方向、近づける方向にずらし、各位置で、平均の明るさ及び明るさのばらつきの評価を行った。以下の表は、その評価結果をまとめている。

蛍光ホイール１０１を基準位置から集光部１１１に近づけた場合、基準位置での明るさのばらつき（０．５４６）よりも数値が低下していることがわかる。そして、集光部１１１に近づけば近づくほど低下量が大きくなっている。これは、蛍光ホイール１０１によって反射した蛍光光が平凸レンズ及びメニスカスレンズに取り込まれる際に、中心付近のみに分布してしまうため、明るさのばらつきが大きくなるものと推測される。

他方、蛍光ホイール１０１を基準位置に対して、集光部１１１から遠ざかる方向に配置した場合、基準位置での明るさのばらつき（０．５４６）よりもいずれの位置でも数値が向上していることがわかる。特に、蛍光ホイール１０１を基準位置から０．１ｍｍだけ集光部１１１に対して離れる方向に遠ざけた場合に最も数値が大きい。集光部１１１から焦点位置までの距離８．５ｍｍに対する割合は、０．１／８．５＝０．１１８となる。つまり、蛍光ホイール１０１の位置は、蛍光光が最も明るくなる位置（基準位置）に対して、集光部１１１から焦点位置までの距離の１０％以上分の距離だけずらすことが好ましい。
このように、蛍光ホイール１０１を基準位置に対して、集光部１１１から０．１ｍｍだけ遠ざけるようにずらしたとしても、平均の明るさの低下程度は、最も明るくなる位置（基準位置）に対して、略３％に抑えられることが表１より読み取れる。
ここでは、蛍光ホイール１０１を基準位置から前記１０％分だけ集光部１１１に対して離れる方向に遠ざけた場合の照射エリアＡの大きさを所定の大きさとする。

なお、照射エリアＡが所定の大きさよりも小さい場合には、それだけ励起光が集中するため、照射エリアＡが所定の大きさ以上である場合よりも明るさを増すこととなる。

そして、キー／インジケータ部３７に対して明るさ優先モードが入力されている場合には、制御部４１は調整部１８０を制御して、照射エリアＡが所定の大きさよりも小さくなるように蛍光ホイール１０１及びホイールモータ１１０の位置を調整する。具体的には蛍光ホイール１０１が基準位置（明るさ最高１００％の位置、略焦点位置）に配置されるように、蛍光ホイール１０１及びホイールモータ１１０の位置を調整する。
他方、キー／インジケータ部３７に対して画質優先モードが入力されている場合には、制御部４１は調整部１８０を制御して、照射エリアＡが所定の大きさ以上となるように蛍光ホイール１０１及びホイールモータ１１０の位置を調整する。具体的には蛍光ホイール１０１が基準位置から０．１ｍｍだけ集光部１１１に対して離れる方向に遠ざけて配置されるように、蛍光ホイール１０１及びホイールモータ１１０の位置を調整する。

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からの出射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からの出射光及び蛍光ホイール１０１から出射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からの出射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からの出射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からの出射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、光源側光学系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から出射される青色波長帯域光及び蛍光ホイール１０１から出射される緑色波長帯域光の光軸と、赤色光源装置１２０から出射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から出射される青色波長帯域光の光軸と、赤色光源装置１２０から出射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、集光レンズが配置されている。

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、光源側光学系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から出射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に導光する導光光学系１７０の一部を備えている。この照明側ブロック１６１が有する導光光学系１７０としては、光源ユニット６０から出射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や、このライトトンネル１７５の入射面に光源光を集光する集光レンズ１７３、ライトトンネル１７５から出射された光を集光する集光レンズ１７８、ライトトンネル１７５から出射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、導光光学系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。

次に制御部４１による励起光照射装置７０、赤色光源装置１２０及び青色光源装置３００の制御について述べる。制御部４１は、励起光照射装置７０、赤色光源装置１２０及び青色光源装置３００の点滅動作を個別に時分割制御する。これにより、光源ユニット６０から合成光又は単色光を出射することができる。なお、制御部４１は、照射エリアＡの場所が蛍光ホイール１０１の周回毎に異なるように、励起光源７１及びホイールモータ１１０を制御している。

具体的には、図７に示すように、制御部４１は、赤色、緑色及び青色波長帯域の光を別々に出射させる期間のみを含むように、赤色光源装置１２０、励起光照射装置７０、青色光源装置３００を１フレームにおいて別々に順次点灯させる制御を実行可能に構成される。

これにより、赤色光源装置１２０のみが点灯しているときには、赤色光が光源側光学系１４０を介してライトトンネル１７５に入射される。そして、励起光照射装置７０のみが点灯しているときには、励起光が蛍光発光装置１００の蛍光ホイール１０１に照射されることで、蛍光ホイール１０１から出射される緑色光が光源側光学系１４０を介してライトトンネル１７５に入射される。また、青色光源装置３００のみが点灯しているときには、青色光が光源側光学系１４０を介してライトトンネル１７５に入射される。つまり、この光源ユニット６０は、励起光照射装置７０及び二種類の光源装置１２０,３００を別々に発光させることで、各色（赤色、緑色、青色）の単色光を順次に出射することができる。そして、投影装置１０の表示素子５１であるＤＭＤがデータに応じて各色の光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投影することができる。

また、この制御部４１は、励起光照射装置７０及び二種類の光源装置１２０,３００の発光を個別に制御することができるため、励起光照射装置７０及び二種類の光源装置１２０,３００のうち何れか二個若しくは三個を所定期間において同時に点灯させる制御を実行できる。
つまり、この制御部４１は、例えば図８（ａ）に示すように、赤色、緑色及び青色波長帯域の光が合成されて生成される白色波長帯域の光を出射させる期間を含むように、赤色光源装置１２０、励起光照射装置７０及び青色光源装置３００の全てを点灯させる制御を実行可能に構成される。
さらに、この制御部４１は、例えば図８（ｂ）に示すように、赤色光源装置１２０の点灯中に励起光照射装置７０の点灯を開始することで、赤色光源装置１２０及び励起光照射装置７０の点灯期間をオーバーラップさせるように赤色光源装置１２０及び励起光照射装置７０の同時点灯制御を実行可能に構成されてもよい。
なお、同時点灯させる組み合わせとしては、赤色光源装置１２０と励起光照射装置７０との組み合わせに限らず、シアン（Ｃｙ）やマゼンタ（Ｍｇ）が出射されるように組み合わされる同時点灯駆動でもよい。

なお、光源装置の、図７、図８（ａ）、図８（ｂ）に示されるような点灯制御の変更に応じて、表示駆動部２６での表示制御も整合するように変更されることは言うまでもない。

これにより、この光源ユニット６０は、赤色、緑色及び青色の単色光のみならず合成光である白色の波長帯域光を生成して出射することができる。即ち、この光源ユニット６０は、順次赤色、白色、緑色、青色の波長帯域光を出射することができる。また、この光源ユニット６０は、赤色及び緑色の合成光である黄色の波長帯域光を生成して出射することもできる。即ち、この光源ユニット６０は、順次赤色、黄色、緑色、青色の波長帯域光を出射することもできる。したがって、投影装置１０の表示素子５１であるＤＭＤがデータに応じて各色の光を時分割表示することにより、スクリーンに輝度の高いカラー画像を生成することができる。

図７、図８（ａ）、図８（ｂ）に示されるような駆動の内、画質優先モードが指示される場合は、図７のように同時点灯が行われずに、色純度が高くなるような駆動が望ましい。
また、明るさ優先モードが指示される場合は、図８（ａ）、図８（ｂ）に示されるように、同時点灯が行われ、明るくなるような駆動が望ましい。

そして、画像投影前、或いは画像投影中にユーザによってキー／インジケータ部３７が操作されて明るさ優先モードが指示されると、制御部４１は、調整部１８０を制御して、蛍光ホイール１０１が基準位置に配置されるように、蛍光ホイール１０１及びホイールモータ１１０の位置を調整する。これにより照射エリアＡが所定の大きさよりも小さくなる。
そして、明るさ優先モードが指示される場合は、このような蛍光ホイール１０１の位置調整とともに、上述のように、図８（ａ）、図８（ｂ）に示されるような同時点灯が行われる駆動が選択される。
他方、画像投影前、或いは画像投影中にユーザによってキー／インジケータ部３７が操作されて画質優先モードが指示されると、制御部４１は、調整部１８０を制御して、蛍光ホイール１０１が基準位置から０．１ｍｍだけ集光部１１１に対して離れる方向に遠ざけて配置されるように、蛍光ホイール１０１及びホイールモータ１１０の位置を調整する。これにより、照射エリアＡが所定の大きさ以上となる。
そして、画質優先モードが指示される場合は、このような蛍光ホイール１０１と集光部１１１間を遠ざけるような位置調整とともに、上述のように、図７に示されるような同時点灯が行われない駆動が選択される。

以上のように本実施形態によれば、明るさ優先モードが指示される場合は、蛍光ホイール１０１の位置が、照射エリアＡが所定の大きさよりも小さくなるように調整されるとともに、図８（ａ）、図８（ｂ）に示されるような同時点灯が行われる駆動が選択されるので、より明るい、明るさが優先される表示を行うことができる。

他方、画質優先モード時においては、蛍光ホイール１０１の位置が、基準位置から集光部１１１の光軸方向に所定距離だけずれているので、照射エリアＡの面積を所定の大きさ以上にすることができる。照射エリアＡの面積が所定の大きさ以上であると、蛍光体層１０３に塗りムラがあったとしてもその影響が照射エリアＡ内で分散される（平均化される）ことになり、投影画像に対する明るさのムラを抑制することができる。

また、蛍光ホイール１０１の位置が基準位置に対して集光部１１１から離れる方向にずれているので、近づける場合よりも確実に明るさのムラを抑制することができる。

また、蛍光ホイール１０１で反射された蛍光光を集光部１１１が集光するので、反射式の蛍光ホイール１０１に対しても好適に明るさのムラを抑制することができる。

また、蛍光ホイール１０１が周方向に回転するので、回転式の蛍光ホイール１０１に対しても好適に明るさのムラを抑制することができる。

また、照射エリアＡの場所が蛍光ホイール１０１の周回毎に異なる非同期運転時に対しても好適に明るさのムラを抑制することができる。
このように、画質優先モード時においては、明るさのムラが抑制された画質の優れた表示を行うことができる。

そして、画質優先モードが指示される場合は、このような蛍光ホイール１０１と集光部１１１間を遠ざけるような位置調整とともに、図７に示されるような同時点灯が行われない駆動が選択されるので、さらに、明るさよりも画質（色再現性）が優先される表示を行うことができる。
なお、図７に示されるような同時点灯が行われない駆動に限らず、同時点灯が短くなるような駆動が選択されるようにしてもよい。

調整指示としての明るさ優先モード又は画質優先モードがキー／インジケータ部３７に入力されることによって蛍光ホイール１０１の位置が調整されるので、ユーザの意図に応じたタイミングで、明るさを優先させるか又は明るさのムラを抑制するかを選択して表示させることができる。

そして、本発明は、以上の実施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。
上記実施形態では、励起光源７１を時分割に点灯させる単板式の投影装置の例で説明したが、例えば、表示素子を３枚備えるような３板式（多板式）の投影装置に対しても励起光の照射のされ方が限定されるので、本発明に係る構成を好適に用いることができる。
また、制御部４１は、投影装置１０に設けずに、光源ユニット６０に個別に設けることとしてもよい。また、各光学系のレイアウトは上記したものに限定されることなく、様々な構成とすることができる。

また、上記の実施形態では、光軸方向の変換や、透過及び反射を波長に応じて選択するためにダイクロイックミラーを用いることとしたが、これに限らず、例えばダイクロイックプリズムなどの他の代替手段をもって上述のダイクロイックミラーを置換することとしてもよい。

さらに、上記の実施形態では、励起光照射装置７０と二種類の光源装置としての赤色光源装置１２０及び青色光源装置３００により光源ユニット６０を構成したが、これに限定されることもない。また、例えば黄色やシアンなどの補色波長帯域光を発する光源装置を追設する構成としてもよい。そして、励起光照射装置７０の励起光源７１は、青色波長帯域光を出射するものに限定されることなく、例えば紫外領域の励起光を照射するレーザーダイオードを励起光源７１としてもよい。
また、上述した光源ユニット６０は、リアプロジェクション表示装置に適用してもよい。
また、本実施形態では、本発明に係る蛍光板として、回転する蛍光ホイール１０１を例示したが、回転しない蛍光体プレートを本発明に係る蛍光板として用いることも可能である。

なお、本実施形態では、制御部４１は、照射エリアＡの場所が蛍光ホイール１０１の周回毎に異なるように、励起光源７１及びホイールモータ１１０を制御している場合で説明したが、周回毎に同じ領域になるように制御する場合でもかまわない。

また、本実施形態では、蛍光ホイール１０１と集光部１１１間が動的に調整される場合で説明したが、蛍光ホイール１０１の位置が、蛍光光が最も明るくなる位置から集光部１１１の光軸方向に沿って所定距離だけずれて固定されているような構成であってもよい。

また、本実施形態の調整部１８０の調整機構は、例えばリードスクリュー機構によって実現してもよいし、圧電素子によって実現してもよい。
また、本実施形態では、蛍光ホイール１０１側が位置調整される場合を例示して説明したが、蛍光ホイール１０１の位置は固定で、集光部１１１（集光部１１１をなすレンズ全体若しくはその一部）が光軸方向に位置調整可能な構成であってもよい。その場合、集光部１１１が上述の調整機構によって移動されることになる。
また、集光部１１１をなすレンズ全体若しくはその一部の焦点距離が変動する構成にすることで、集光部１１１と蛍光ホイール１０１との相対的な位置関係を調整自在としてもよい。これは例えば液体レンズを採用することにより実現できる。

また、本実施形態では、蛍光ホイール１０１側が光軸方向に移動することにより、蛍光ホイール１０１と集光部１１１との相対な位置関係が調整される場合を例示したが、蛍光ホイール１０１の厚みを複数の同心円状に段階的に異ならせていれば、蛍光ホイール１０１を径方向に移動させることでも、蛍光ホイール１０１と集光部１１１との相対位置を調整することが可能となる。なお、蛍光ホイール１０１の各段階における励起光源７１側の表面には、反射面及び当該反射面上に敷設された緑色蛍光体層が設けられており、段階毎に、励起光照射装置７０からの出射光により緑色蛍光体が励起されるようになっている。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。

〔付記〕
＜請求項１＞
蛍光光を用いて画像を表示する表示素子に対して、蛍光光を照射する光源ユニットであって、
励起光を出射する励起光源と、
前記励起光源から出射された前記励起光を集光する集光部と、
前記集光部によって集光された前記励起光を前記蛍光光に変換する蛍光板と、
を備え、
前記蛍光板の位置は、前記蛍光光が最も明るくなる位置から前記集光部の光軸方向に沿って所定距離だけずれていることを特徴とする光源ユニット。
＜請求項２＞
請求項１記載の光源ユニットにおいて、
前記蛍光板の位置は、前記蛍光光が最も明るくなる位置に対して、前記集光部から離れる方向にずれていることを特徴とする光源ユニット。
＜請求項３＞
請求項１又は２記載の光源ユニットにおいて、
前記集光部は、前記蛍光板で反射された前記蛍光光を集光することを特徴とする光源ユニット。
＜請求項４＞
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源ユニットにおいて、
前記蛍光板を周方向に回転させる駆動部と、
前記励起光源及び前記駆動部を制御する制御部と、
をさらに備えることを特徴とする光源ユニット。
＜請求項５＞
請求項４記載の光源ユニットにおいて、
前記制御部は、前記励起光源から前記蛍光板に照射された励起光の照射エリアの場所が周回毎に異なるように、前記駆動部を制御することを特徴とする光源ユニット。
＜請求項６＞
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源ユニットにおいて、
ユーザから前記蛍光板の位置の調整指示が入力される指示入力部と、
前記指示入力部に前記調整指示が入力されると、前記蛍光板と前記集光部との相対的な位置関係を調整する調整部と、
をさらに備えることを特徴とする光源ユニット。
＜請求項７＞
請求項６に記載の光源ユニットにおいて、
前記蛍光光と異なる波長帯域の光を出射する他の光源をさらに備え、
前記指示入力部が前記調整指示を受け付けた場合、当該光源ユニットは、前記励起光源及び前記他の光源の発光タイミングを変更することを特徴とする光源ユニット。
＜請求項８＞
請求項７に記載の光源ユニットにおいて、
前記指示入力部に、前記蛍光板の位置を、前記蛍光光が最も明るくなる位置から前記集光部の光軸方向に沿って所定距離だけずらすような調整指示が入力された場合、当該光源ユニットは、前記励起光源及び前記他の光源の発光タイミングを、同時発光期間がない又は同時発光期間を短くするように変更することを特徴とする光源ユニット。
＜請求項９＞
請求項１〜８のいずれか一項に記載の光源ユニットにおいて、
前記蛍光板の位置は、前記蛍光光が最も明るくなる位置に対して、前記集光部から焦点位置までの距離の１０％以上分の距離だけずれていることを特徴とする光源ユニット。
＜請求項１０＞
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源ユニットと、
前記表示素子と、
前記光源ユニットからの光を前記表示素子に導光する導光光学系と、
前記表示素子から出射された画像をスクリーンに投影する投影側光学系と、
前記光源ユニット及び前記表示素子を制御する投影制御部とを備えることを特徴とする投影装置。

１０ 投影装置
３７ キー／インジケータ部（指示入力部）
３８ 投影制御部
４１ 制御部
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
１００ 蛍光発光装置
１０１ 蛍光ホイール（蛍光板）
１０３ 緑色蛍光体層
１１０ ホイールモータ（駆動部）
１１０Ａ モータドライバ
１１１ 集光部
１２０ 赤色光源装置
１２１ 赤色光源
１６０ 光学系ユニット
１７０ 導光光学系
１８０ 調整部
２２０ 投影側光学系
３００ 青色光源装置
３０１ 青色光源

Claims (10)

1. 蛍光光を用いて画像を表示する表示素子に対して、蛍光光を照射する光源ユニットであって、
   励起光を出射する励起光源と、
   前記励起光源から出射された前記励起光を集光する集光部と、
   前記集光部によって集光された前記励起光を前記蛍光光に変換する蛍光板と、
   を備え、
   前記蛍光板の位置は、前記蛍光光が最も明るくなる位置から前記集光部の光軸方向に沿って所定距離だけずれていることを特徴とする光源ユニット。
2. 請求項１記載の光源ユニットにおいて、
   前記蛍光板の位置は、前記蛍光光が最も明るくなる位置に対して、前記集光部から離れる方向にずれていることを特徴とする光源ユニット。
3. 請求項１又は２記載の光源ユニットにおいて、
   前記集光部は、前記蛍光板で反射された前記蛍光光を集光することを特徴とする光源ユニット。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源ユニットにおいて、
   前記蛍光板を周方向に回転させる駆動部と、
   前記励起光源及び前記駆動部を制御する制御部と、
   をさらに備えることを特徴とする光源ユニット。
5. 請求項４記載の光源ユニットにおいて、
   前記制御部は、前記励起光源から前記蛍光板に照射された励起光の照射エリアの場所が周回毎に異なるように、前記駆動部を制御することを特徴とする光源ユニット。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源ユニットにおいて、
   ユーザから前記蛍光板の位置の調整指示が入力される指示入力部と、
   前記指示入力部に前記調整指示が入力されると、前記蛍光板と前記集光部との相対的な位置関係を調整する調整部と、
   をさらに備えることを特徴とする光源ユニット。
7. 請求項６に記載の光源ユニットにおいて、
   前記蛍光光と異なる波長帯域の光を出射する他の光源をさらに備え、
   前記指示入力部が前記調整指示を受け付けた場合、当該光源ユニットは、前記励起光源及び前記他の光源の発光タイミングを変更することを特徴とする光源ユニット。
8. 請求項７に記載の光源ユニットにおいて、
   前記指示入力部に、前記蛍光板の位置を、前記蛍光光が最も明るくなる位置から前記集光部の光軸方向に沿って所定距離だけずらすような調整指示が入力された場合、当該光源ユニットは、前記励起光源及び前記他の光源の発光タイミングを、同時発光期間がない又は同時発光期間を短くするように変更することを特徴とする光源ユニット。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の光源ユニットにおいて、
   前記蛍光板の位置は、前記蛍光光が最も明るくなる位置に対して、前記集光部から焦点位置までの距離の１０％以上分の距離だけずれていることを特徴とする光源ユニット。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源ユニットと、
    前記表示素子と、
    前記光源ユニットからの光を前記表示素子に導光する導光光学系と、
    前記表示素子から出射された画像をスクリーンに投影する投影側光学系と、
    前記光源ユニット及び前記表示素子を制御する投影制御部とを備えることを特徴とする投影装置。

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