JP2018045199A - 光源装置及び投影装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 明るさや色バランス等の調光幅が広い光源装置及びこの光源装置を用いた投影装置を提供すること。
【解決手段】 光源装置６０は、第一波長帯域光を出射する第一光源（青色レーザダイオード７１）と、蛍光ホイール１０１を備える蛍光ホイール装置と、第一光源と蛍光ホイール１０１とを制御する制御部と、を有する。蛍光ホイール１０１には、第一波長帯域光により励起される蛍光光である第二波長帯域光を出射する第二光源（緑色蛍光体３２１）と、第一波長帯域光により励起される蛍光光であって第二波長帯域光と波長の異なる第三波長帯域光を出射する第三光源（赤色蛍光体３２２）とが、周方向に隣接して並設される。光源装置６０は、第一波長帯域光の光路上に第二光源と第三光源の境界が位置する第一混色期間（タイミングＴ１７〜Ｔ１８）に、第一光源の点灯を行う。
【選択図】 図６

Description

本発明は、光源装置及びこの光源装置を備える投影装置に関する。
今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画面、さら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撮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、光源から出射された光を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ダイオード、有機ＥＬ、あるいは、蛍光体等を用いる種々のプロジェクタの開発がなされている。
特許文献１には、励起光源と、蛍光体層が設けられた蛍光板と、拡散角度が異なる拡散領域が複数設けられた拡散板とを有する投影装置が開示されている。蛍光板は、蛍光ホイールであり、励起光源からの励起光を透過又は拡散透過させる領域を備える。これにより、多数の投影モードに対応して励起光の明るさが調節された場合においても、励起光の利用効率を低下させずに、適切な拡散角度で励起光を拡散透過させるようにしている。
また、特許文献２に開示される投影装置は、青色波長帯域光のレーザ光を発光する第１の光源と、カラーホイールと、赤色波長帯域光を発光する第２の光源とを具備する。カラーホイールには、レーザ光を励起光として緑色波長帯域光を発光する蛍光体層と、レーザ光を拡散透過する拡散層とが並設される。光源装置は、第一の光源の発光による緑色波長帯域光の発光期間と、第２の光源の発光による赤色波長帯域光の発光期間を部分的に重複させて混色した光源光を発生させる。これにより、特許文献１の光源装置は、色バランスや投影画像の明るさなど所望される色環境に随時対応することが可能なものとしている。
特開２０１５−２２２２９９号公報 特開２０１２−１２８４３８号公報
特許文献１の投影装置は、蛍光板に蛍光体層と、励起光を透過又は拡散透過する領域と、を周方向に連続して設けている。励起光は、光源装置が青色波長帯域光を出射するとき蛍光板の透過又は拡散透過する領域に入射し、光源装置が緑色波長帯域光を出射するとき蛍光板の蛍光体層に照射される。また、励起光の光路上に、励起光を透過又は拡散透過する領域と蛍光体層との境界部が位置するとき、励起光源は励起光を出射しない。そのため、特許文献１の投影装置は、光を出射しない期間を有しており、投影される映像を十分に明るくすることができない場合がある。
また、一般的に、視感度は波長毎に異なる。例えば、赤色波長帯域光は他の色の光と比べ相対的に視感度が低い。従って、特許文献２の投影装置で高輝度の映像を投影させたい場合、視感度が低い赤色光源を視感度が高い青色光源や緑色光源よりも大型化、高電力化して輝度を高くする必要がある。しかしながら、視感度が低い波長帯域光を発する光源を大型化、高電力化すると、光学部品の配置等が非効率となったり発熱量の増加により同光源の発光効率が低下することがある。また、光源光のうちの視感度が低い波長成分の輝度が低いと、投影画像の明るさや色バランス等の調光幅が狭くなってしまう。
本発明は、以上の点に鑑み、明るさや色バランス等の調光幅が広い光源装置及びこの光源装置を用いた投影装置を提供することを目的とする。
本発明の光源装置は、第一波長帯域光を出射する第一光源と、前記第一波長帯域光により励起される蛍光光である第二波長帯域光を出射する第二光源と、前記第一波長帯域光により励起される蛍光光であって前記第二波長帯域光と波長の異なる第三波長帯域光を出射する第三光源とが周方向に隣接して並設される蛍光ホイールを備える蛍光ホイール装置と、前記第二波長帯域光と同系色又は前記第三波長帯域光と同系色の第四波長帯域光を出射する第四光源と、前記第一波長帯域光の光路上に前記第二光源と前記第三光源の境界が位置する第一混色期間に、前記第四光源の点灯を行うように、前記第四光源と前記蛍光ホイール装置とを制御する制御部と、を有することを特徴とする光源装置。
また、本発明の投影装置は、上述の光源装置と、前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、前記表示素子と前記光源装置を制御する前記制御部と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、明るさや色バランス等の調光幅が広い光源装置及びこの光源装置を用いた投影装置を提供することができる。
本発明の実施形態１に係る投影装置を示す外観斜視図である。 本発明の実施形態１に係る投影装置の機能回路ブロックを示す図である。 本発明の実施形態１に係る投影装置の内部構造を示す平面模式図である。 本発明の実施形態１に係る蛍光ホイールを正面から見た模式図である。 本発明の実施形態１に係る第一ダイクロイックミラーの分光分布図である。 本発明の実施形態１に係る光源装置のタイミングチャート図である。 本発明の実施形態２に係る投影装置の内部構造を示す平面模式図である。 本発明の実施形態２に係る第一ダイクロイックミラーの分光分布図である。 本発明の実施形態２に係るカラーホイールの模式図を示し、（ａ）は正面図であり、（ｂ）はＩＸｂ−ＩＸｂ断面のＰ部拡大図である。 本発明の実施形態に係る蛍光ホイールの変形例を示す蛍光ホイールの正面図である。
（実施形態１）
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、本実施形態に係る投影装置１０の外観斜視図である。なお、本実施形態において、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。
投影装置１０は、図１に示すように、略直方体形状であって、筐体の前方の側板である正面パネル１２の側方に投影口を覆うレンズカバー１９を有すると共に、この正面パネル１２には複数の吸気孔１８や排気孔１７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、筐体の背面パネルには、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、筐体の側板である図示しない右側パネル、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が形成されている。
つぎに、投影装置１０の投影装置制御手段について、図２の機能回路ブロック図を用いて述べる。投影装置制御手段は、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等から構成される。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。
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。表示駆動部２６は、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。そして、投影装置１０は、光源装置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の反射光で光学像を形成し、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。
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する。画像圧縮／伸長部３１は、その画像データを、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、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。
制御部３８は、システムバス（ＳＢ）を介して音声処理部４７と接続されている。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を駆動して拡声報音させる。
また、制御部３８は、光源制御手段としての光源制御回路４１を制御している。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装置６０から出射されるように、光源装置６０の励起光照射装置７０（図３参照）の動作を個別に制御する。また、光源制御回路４１は、制御部３８の指示により、投影モードに応じて、蛍光ホイール１０１等の同期のタイミングを制御する。本実施形態では、投影装置１０は、明るさ優先モードと色優先モードを備える。明るさ優先モードは、スクリーンに明るい映像を投影するモードである。色優先モードは、スクリーンに色純度の高い映像を投影するモードである。
さらに、制御部３８は、冷却ファン駆動制御回路４３に光源装置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投影装置１０本体の電源の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投影装置１０本体の電源をＯＦＦにする等の制御を行う。
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、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いる。また、投影装置１０は、制御回路基板２４１の側方、つまり、投影装置１０の筐体の略中央部分に光源装置６０を備えている。さらに、投影装置１０には、光源装置６０と左側パネル１５との間に、光源側光学系１７０や投影側光学系２２０が配置されている。
光源装置６０は、青色波長帯域光（第一波長帯域光）の光源であって励起光源ともされる励起光照射装置７０と、赤色波長帯域光（第三波長帯域光）及び緑色波長帯域光（第二波長帯域光）の光源とされる蛍光光源装置９０と、他の赤色波長帯域光の光源とされる赤色光源装置１２０と、を備える。蛍光光源装置９０は、励起光照射装置７０と蛍光ホイール装置１００により構成される。そして、光源装置６０には、各色波長帯域光を導光し、出射する導光光学系１４０が配置される。導光光学系１４０は、各装置（励起光照射装置７０，蛍光光源装置９０，赤色光源装置１２０）から出射される各色波長帯域光を光源側光学系１７０へ導光する。
励起光照射装置７０は、投影装置１０の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。そして、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た複数の半導体発光素子である青色レーザダイオード（第一光源、第一発光手段）７１から成る光源群、各青色レーザダイオード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、及び、青色レーザダイオード７１と右側パネル１４との間に配置されたヒートシンク８１等を備える。
光源群は、複数の青色レーザダイオード７１がマトリクス状に配置されて形成される。本実施形態では、図３の上下方向を行、紙面に垂直な方向を列として、左側パネル側から見た側面視２行３列のマトリクス状に合計６個の青色レーザダイオード７１が配置される。なお、マトリクス状の配置の他にも、青色レーザダイオード７１は、２行２列に配置して、さらにそれらの中央に１つを配置させた合計５個を配置させることができる。
各青色レーザダイオード７１の光軸上には、各青色レーザダイオード７１からの各出射光の指向性を高めるように平行光に変換する複数のコリメータレンズ７３が配置される。また、反射ミラー群７５は、複数の反射ミラーが階段状に配置されてミラー基盤と一体化して形成され、青色レーザダイオード７１から出射される光線束を一方向に縮小して第一ダイクロイックミラー１４１へ向けて出射する。
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とによって青色レーザダイオード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等が冷却される。
蛍光光源装置９０を構成する蛍光ホイール装置１００は、励起光照射装置７０から出射される励起光の光路上であって、正面パネル１２の近傍に配置される。蛍光ホイール装置１００は、蛍光ホイール１０１、モータ１１０、集光レンズ群１１１、集光レンズ１１５を備える。蛍光ホイール１０１は、正面パネル１２と略平行となるように、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る。モータ１１０は、蛍光ホイール１０１を回転駆動させる。集光レンズ群１１１は、励起光照射装置７０から出射される励起光の光線束を蛍光ホイール１０１に集光させるとともに蛍光ホイール１０１から背面パネル１３方向に出射される光線束を集光する。集光レンズ１１５は、蛍光ホイール１０１から正面パネル１２方向に出射される光線束を集光する。なお、モータ１１０の正面パネル１２側には冷却ファン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装置１００等が冷却される。
ここで、蛍光ホイール１０１について説明する。図４は、蛍光ホイール１０１を正面から見た模式図である。蛍光ホイール１０１は、略円盤状に形成され、中心部がモータ１１０の軸部１１２に固定される。蛍光ホイール１０１の基材は銅やアルミニウム等から成る金属基材であって、この基材の励起光照射装置７０側の表面は銀蒸着等によってミラー加工されている。蛍光ホイール１０１の外周縁近傍には、透過部３１０と、蛍光部３２０が周方向に並設される。蛍光部３２０は、ミラー加工された蛍光ホイール１０１の表面に形成される。また、蛍光部３２０には、周方向に並設される第二光源である緑色蛍光体３２１と、第三光源である赤色蛍光体（第三発光手段）３２２とが含まれる。
透過部３１０は、例えば、蛍光ホイール１０１の基材の外周縁部に形成された切欠き部に、透光性を有する透明基材が嵌入されて形成される。透過部３１０は、照射された光を蛍光ホイール１０１の表側から裏側へ向かって拡散透過させる。緑色蛍光体３２１は、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光が照射されると、緑色波長帯域光（第二波長帯域光）を蛍光光として出射する。また、赤色蛍光体３２２は、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光が照射されると、赤色波長帯域光（第三波長帯域光）を蛍光光として出射する。
図３に戻り、赤色光源装置１２０には、青色レーザダイオード７１と光軸が平行となるように配置された赤色光源（第四光源，第四発光手段）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。この赤色光源１２１は、赤色波長帯域（第四波長帯域光）の光を発する半導体発光素子である赤色発光ダイオードである。そして、赤色光源装置１２０は、赤色光源装置１２０が出射する赤色波長帯域光の光軸が、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交差するように配置される。また、赤色光源装置１２０は、赤色光源１２１の右側パネル１４側にヒートシンク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及びヒートシンク１３０によって赤色光源１２１が冷却される。
導光光学系１４０は、各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反射ミラーやダイクロイックミラー等からなる。以下、各部材について説明する。
反射ミラー群７５と集光レンズ群１１１との間の位置には、第一ダイクロイックミラー１４１が配置される。図５は、第一ダイクロイックミラー１４１の分光分布図である。左側の第一縦軸は透過率［％］を示し、右側の第二縦軸は光強度を示す。また、横軸は光の波長［ｎｍ］を示す。図５では、赤色光源１２１から出射される赤色波長帯域光Ｌ１の分布曲線と、赤色蛍光体３２２から出射される赤色波長帯域光Ｌ２の分布曲線と、第一ダイクロイックミラー１４１の透過特性Ａ１と、を示している。
赤色波長帯域光Ｌ１は、帯域範囲が約６００ｎｍ〜６５０ｎｍでピーク波長が約６２０ｎｍの光である。赤色波長帯域光Ｌ２は、帯域範囲が約５８０ｎｍ〜約６２０ｎｍでピーク波長が約６００ｎｍの光である。よって、赤色波長帯域光Ｌ１の波長は赤色波長帯域光Ｌ２の波長よりも長い。また、赤色波長帯域光Ｌ１の光強度は赤色波長帯域光Ｌ２の光強度より強い。
第一ダイクロイックミラー１４１の透過特性Ａ１は、図示する４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲において、約５１０ｎｍまでの波長帯域の光を透過し、約５１０ｎｍ〜約６１０ｎｍの波長帯域の光を反射する。また、第一ダイクロイックミラー１４１は、約６１０ｎｍ以上の波長帯域の光を透過させる。したがって、第一ダイクロイックミラー１４１は、約４５０ｎｍ〜約４９０ｎｍの帯域範囲でピーク波長が約４７０ｎｍである青色波長帯域光Ｌ３の大部分と赤色波長帯域光の長波長側の一部を透過し、約５３０ｎｍ〜約５７０ｎｍの帯域範囲でピーク波長が約５５０ｎｍである緑色波長帯域光Ｌ４の大部分と赤色波長帯域光の短波長側の一部を反射する。
これにより、赤色光源１２１が出射する赤色波長帯域光Ｌ１は第一ダイクロイックミラー１４１を透過し、赤色蛍光体３２２が出射する赤色波長帯域光Ｌ２は第一ダイクロイックミラー１４１を反射して、同系色である複数の赤色波長帯域光を一つの光線束にして同一光路に合成することができる。
図３に戻り、第一ダイクロイックミラー１４１により反射された緑色波長帯域光及び合成された赤色波長帯域光は、左側パネル１５方向に出射する。
蛍光ホイール１０１を透過又は拡散透過した青色波長帯域光の光軸上、つまり、集光レンズ１１５と正面パネル１２との間には、第一反射ミラー１４３が配置される。第一反射ミラー１４３は、青色波長帯域光を反射してその光軸を左側パネル１５方向に９０度変換する。第一反射ミラー１４３における左側パネル１５側には、集光レンズ１４６が配置され、さらにこの集光レンズ１４６の左側パネル１５側には、第二反射ミラー１４５が配置される。第二反射ミラー１４５は、集光レンズ１４６から入射される青色波長帯域光の光軸を背面パネル１３側に９０度変換する。
第二反射ミラー１４５の背面パネル１３側には、集光レンズ１４７が配置される。また、集光レンズ１４９の左側パネル１５側であって、集光レンズ１４７の背面パネル１３側には、第二ダイクロイックミラー１４８が配置される。第二ダイクロイックミラー１４８は、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を反射して背面パネル１３側に９０度光軸を変換し、青色波長帯域光を透過させる。集光レンズ１４７により集光された青色波長帯域光は、第二ダイクロイックミラー１４８を透過して、光源側光学系１７０の集光レンズ１７３に集光される。
一方、第一ダイクロイックミラー１４１の左側パネル１５側には、集光レンズ１４９が配置される。第一ダイクロイックミラー１４１により反射された緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光の光軸は、集光レンズ１４９に入射する。集光レンズ１４９により集光された緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光は、第二ダイクロイックミラー１４８により反射され、光源側光学系１７０の集光レンズ１７３に集光される。こうして、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光が光源側光学系１７０に導光される。
光源側光学系１７０は、集光レンズ１７３、ライトトンネル１７５、集光レンズ１７８、光軸変換ミラー１８１、集光レンズ１８３、照射ミラー１８５、コンデンサレンズ１９５により構成されている。なお、コンデンサレンズ１９５は、コンデンサレンズ１９５の背面パネル１３側に配置される表示素子５１から出射された画像光を投影側光学系２２０に向けて出射するので、投影側光学系２２０の一部でもある。
集光レンズ１７３は、ライトトンネル１７５の入射口の近傍に配置され、光源光を集光する。集光レンズ１７３により集光された各色波長帯域光は、ライトトンネル１７５に向かって出射される。
光軸変換ミラー１８１は、ライトトンネル１７５の背面パネル１３側の光軸上であって、集光レンズ１７８の後方に配置される。ライトトンネル１７５の出射口から出射した光線束は、集光レンズ１７８で集光された後、光軸変換ミラー１８１により、左側パネル１５側に光軸を変換される。
光軸変換ミラー１８１で反射した光線束は、集光レンズ１８３により集光された後、照射ミラー１８５により、コンデンサレンズ１９５を介して表示素子５１に所定の角度で照射される。なお、ＤＭＤとされる表示素子５１は、背面パネル１３側にヒートシンク１９０が設けられ、このヒートシンク１９０により表示素子５１は冷却される。
光源側光学系１７０により表示素子５１の画像形成面に照射された光源光である光線束は、表示素子５１の画像形成面で反射され、投影光として投影側光学系２２０を介してスクリーンに投影される。ここで、投影側光学系２２０は、コンデンサレンズ１９５、可動レンズ群２３５、固定レンズ群２２５により構成される。可動レンズ群２３５は、レンズモータにより移動可能に形成される。そして、可動レンズ群２３５及び固定レンズ群２２５は、固定鏡筒に内蔵される。よって、可動レンズ群２３５を備える固定鏡筒は、可変焦点型レンズとされ、ズーム調節やフォーカス調節が可能に形成される。
このように投影装置１０を構成することで、蛍光ホイール１０１を回転させるとともに励起光照射装置７０及び赤色光源装置１２０から適宜のタイミングで光を出射すると、青色、緑色及び赤色の各波長帯域光が導光光学系１４０及び光源側光学系１７０を介して表示素子５１に入射される。そのため、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。
図６は、光源装置６０のタイミングチャート図である。本図では、明るさ優先モード又は色優先モードにおける、蛍光ホイール１０１の位置４１０と、赤色光源（Ｒ−ＬＥＤ）１２１及び青色レーザダイオード（Ｂ−ＬＤ）７１の発光タイミングとの関係を示している。出射光５１０，５２０は、いずれのタイミングでどの色の光が出射されるかを示している。蛍光ホイール１０１の照射位置４１０は、青色レーザダイオード７１から青色波長帯域光が出射された場合に、その青色波長帯域光が蛍光ホイール１０１上のいずれの位置に照射されるかを示している。なお、本図に示す光源装置６０の動作は、制御部３８により制御される。
まず、明るさ優先モードについて説明する。投影装置１０は、一つの画像フレームをタイミングＴ１ｂからタイミングＴ２ｂの期間である単位周期ＴＵで形成する。単位周期ＴＵは時分割して繰り返される。波形Ｗ１は、明るさ優先モードにおける赤色光源１２１の出力状態を示している。また、波形Ｗ２は、明るさ優先モードにおける青色レーザダイオード７１の出力状態を示している。
明るさ優先モードにおいて、赤色光源１２１は、赤色波長帯域光を、前の単位周期ＴＵから継続したタイミングＴ１０までの間と、タイミングＴ１３〜Ｔ１４の間と、タイミングＴ１７〜Ｔ２０の間に出射する。タイミングＴ０９〜Ｔ１０と、タイミングＴ１９〜Ｔ２０については、前後の単位周期ＴＵを跨って赤色波長帯域光が出射される。赤色光源１２１から出射された赤色波長帯域光は、図３の光路に示すように他の波長の光に変換されることなく、光源側光学系１７０に出射される。
一方、青色レーザダイオード７１から出射された青色波長帯域光は、いずれの期間においても出力状態が維持されている。この青色波長帯域光は、図４に示す蛍光ホイール１０１の透過部３１０、緑色蛍光体３２１又は赤色蛍光体３２２のいずれかに照射される。なお、青色波長帯域光は、タイミングＴ１ｂ付近において図４に示す赤色蛍光体３２２と透過部３１０の境界Ｂｂに照射され、タイミングＴ１ｇ付近において透過部３１０と緑色蛍光体３２１の境界Ｂｇに照射され、タイミングＴ１ｒ付近において緑色蛍光体３２１と赤色蛍光体３２２の境界Ｂｒに照射される。
タイミングＴ０９〜Ｔ１０（第二混色期間）の間、励起光照射装置７０からの青色波長帯域光は、蛍光ホイール１０１の境界Ｂｂで隣接する赤色蛍光体３２２と透過部３１０の両方に照射される。すると、赤色蛍光体３２２からは赤色波長帯域光Ｌ２が出射され、その赤色波長帯域光Ｌ２が第一ダイクロイックミラー１４１で反射され、その後、第二ダイクロイックミラー１４８に達する。また、透過部３１０からは、青色波長帯域光Ｌ３が出射され、第一反射ミラー１４３や第二反射ミラー１４５等を介して、第二ダイクロイックミラー１４８に達する。従って、図３の第二ダイクロイックミラー１４８でマゼンタ色波長帯域光が出射され、赤色光源１２１が出射した赤色波長帯域光Ｌ１と合成される。そのため、タイミングＴ０９〜Ｔ１０の間、光源装置６０の出射光５１０として、マゼンタ色波長帯域光（Ｍ）が出射される。なお、タイミングＴ１０までの間に出射されて一部が赤色蛍光体３２２に照射される青色波長帯域光の光強度は、赤色蛍光体３２２の光の変換効率が一般的には低いため、後述するタイミングＴ１０〜Ｔ１７の光強度よりも低く設定される。
タイミングＴ１０〜Ｔ１３（第一セグメント期間）の間、青色波長帯域光は蛍光ホイール１０１の透過部３１０に照射され、赤色光源１２１から赤色波長帯域光は出射されない。そのため、光源装置６０は、出射光５１０として青色波長帯域光（Ｂ）を出射する。
タイミングＴ１３〜Ｔ１４（第三混色期間）の間、青色波長帯域光は、蛍光ホイール１０１の境界Ｂｇで隣接する透過部３１０と緑色蛍光体３２１の両方に照射される。そのため、透過部３１０を透過した青色波長帯域光は、図３の第二ダイクロイックミラー１４８に出射され、緑色蛍光体３２１から出射された緑色波長帯域光は、第一ダイクロイックミラー１４１を反射して第二ダイクロイックミラー１４８に達する。青色波長帯域光及び緑色波長帯域光は、第二ダイクロイックミラー１４８で赤色光源１２１が出射した赤色波長帯域光Ｌ１と合成される。そのため、タイミングＴ１３〜Ｔ１４の間、光源装置６０の出射光５１０として、白色波長帯域光（Ｗ）が出射される。
タイミングＴ１４〜Ｔ１７（第二セグメント期間）の間、青色波長帯域光は蛍光ホイール１０１の緑色蛍光体３２１に照射され、赤色光源１２１から赤色波長帯域光は出射されない。そのため、光源装置６０は、出射光５１０として緑色波長帯域光（Ｇ）を出射する。
タイミングＴ１７〜Ｔ１８（第一混色期間）の間、青色波長帯域光は、蛍光ホイール１０１の境界Ｂｒで隣接する緑色蛍光体３２１と赤色蛍光体３２２の両方に照射されるため、図３の第一ダイクロイックミラー１４１に緑色波長帯域光と赤色波長帯域光Ｌ２が共に反射されて黄色波長帯域光として合成された光が出射される。また、黄色波長帯域光は、第一ダイクロイックミラー１４１を透過する赤色光源１２１が出射した赤色波長帯域光Ｌ１と合成される。そのため、タイミングＴ１７〜Ｔ１８の間、光源装置６０の出射光５１０として、黄色波長帯域光（Ｙ）が出射される。なお、タイミングＴ１７〜Ｔ１８の間に出射される青色波長帯域光の光強度は、タイミングＴ１０〜Ｔ１７の間に出射される青色波長帯域光の光強度よりも低く設定される。
タイミングＴ１８〜Ｔ１９（第三セグメント期間）の間、青色波長帯域光は、蛍光ホイール１０１の赤色蛍光体３２２に照射されるため、第一ダイクロイックミラー１４１に赤色波長帯域光Ｌ２が出射される。赤色波長帯域光Ｌ２は、第一ダイクロイックミラー１４１で、赤色光源１２１が出射した赤色波長帯域光Ｌ１と合成される。そのため、タイミングＴ１８〜Ｔ１９の間、光源装置６０の出射光５１０として、赤色波長帯域光（Ｒ）が出射される。また、タイミングＴ１８〜Ｔ１９の間に出射される青色波長帯域光の光強度は、タイミングＴ１７〜Ｔ１８と同様に、タイミングＴ１０〜Ｔ１７の間に出射される青色波長帯域光の光強度よりも低く設定される。
タイミングＴ１９〜Ｔ２０（第二混色期間）の間、青色波長帯域光は、タイミングＴ０９〜Ｔ１０と同様に、蛍光ホイール１０１の境界Ｂｂで隣接する赤色蛍光体３２２と透過部３１０の両方に照射されるため、図３の第二ダイクロイックミラー１４８にマゼンタ色波長帯域光が出射され、赤色光源１２１が出射した赤色波長帯域光Ｌ１と合成される。そのため、タイミングＴ１９〜Ｔ２０の間、光源装置６０の出射光５１０として、マゼンタ色波長帯域光（Ｍ）が出射される。また、タイミングＴ１８〜Ｔ１９の間に出射される青色波長帯域光の光強度は、タイミングＴ１７〜Ｔ１９と同様に、低く設定される。
以上のように、光源装置６０は、タイミングＴ１ｂ〜Ｔ２ｂを一つの単位周期ＴＵとして、青色、緑色、赤色、マゼンタ色、白色及び黄色の出射光５１０を時分割により出射することができる。このように光源装置６０を制御すると、単位周期ＴＵ内の光源装置６０の消灯期間を低減させることができるため、投影装置１０は高輝度の映像をスクリーン等に投影することができる。また、赤色蛍光体３２２及び赤色光源１２１を備えることにより、視感度の低い赤色波長帯域光を明るくすることができる。
なお、タイミングＴ１３〜Ｔ１４において、光源装置６０は、赤色光源１２１から赤色波長帯域光を出射しないようにすることにより、出射光５１０として、シアン色波長帯域光を出射することができる。
また、赤色光源１２１は、上述のタイミングＴ１０，Ｔ１４，Ｔ２０よりも遅いタイミングＴ１１，Ｔ１５，Ｔ２１で赤色波長帯域光の出射をＯＦＦとしてもよい。これにより、タイミングＴ１０〜Ｔ１１及びタイミングＴ２０〜Ｔ２１ではマゼンタ色波長帯域光（Ｍ）を、タイミングＴ１４〜Ｔ１５では黄色波長帯域光（Ｙ）を出射することができ、光源装置６０は、マゼンタ色波長帯域光や黄色波長帯域光の出射期間を増加させることができる。
さらに、赤色光源１２１は、上述のタイミングＴ１３，Ｔ１７よりも早いタイミングＴ１２，Ｔ１６で出力をＯＮとしてもよい。これにより、タイミングＴ１２〜Ｔ１３ではマゼンタ色波長帯域光（Ｍ）を、タイミングＴ１６〜Ｔ１７では黄色波長帯域光（Ｙ）の出射期間を増加させることができる。
以上のように、複数の異系色の光を同期間に出力させる混色期間（タイミングＴ０９〜Ｔ１０，Ｔ１３〜Ｔ１４，Ｔ１７〜Ｔ１８，Ｔ１９〜Ｔ２０）を可変可能とすることにより、光源装置６０からの出射光の明るさを変更する調光を柔軟に行うことができる。
つぎに、色優先モードについて説明する。波形Ｗ３は、色優先モードにおける赤色光源１２１の出力状態を示している。また、波形Ｗ４は、色優先モードにおける青色レーザダイオード７１の出力状態を示している。
色優先モードにおいて、赤色光源１２１は、単位周期ＴＵのうち、赤色波長帯域光をタイミングＴ１８〜Ｔ１９の間に出射する。
一方、青色レーザダイオード７１は、単位周期ＴＵの間、青色波長帯域光を、タイミングＴ１０〜Ｔ１３の間と、タイミングＴ１４〜Ｔ１７の間に出射する。青色波長帯域光は、蛍光ホイール１０１の透過部３１０、緑色蛍光体３２１又は赤色蛍光体３２２のいずれかに照射されるため、光源装置６０は出射光５２０として出力される色を可変することができる。色優先モードにおける青色レーザダイオード７１の光強度は、いずれの期間（タイミングＴ１０〜Ｔ１３，Ｔ１４〜Ｔ１７）においても明るさ優先モードにおける青色レーザダイオード７１の光強度より弱く設定される。なお、色優先モードにおける青色レーザダイオード７１の光強度は、色バランス等により、他の緑色波長帯域光や赤色波長帯域光を出射する際の光強度より低くする又は高くする又は同等とすることができる。
タイミングＴ１０〜Ｔ１３の間、青色波長帯域光は蛍光ホイール１０１の透過部３１０に照射され、赤色光源１２１から赤色波長帯域光は出射されない。そのため、光源装置６０は出射光５２０として青色波長帯域光（Ｂ）を出射する。タイミングＴ１３〜Ｔ１４の間、青色波長帯域光は、蛍光ホイール１０１の境界Ｂｇには照射されない。
タイミングＴ１４〜Ｔ１７の間、青色波長帯域光は、蛍光ホイール１０１の緑色蛍光体３２１に照射される、赤色光源１２１から赤色波長帯域光は出射されないため、光源装置６０は出射光５２０として緑色波長帯域光（Ｇ）を出射する。タイミングＴ１７〜Ｔ１８の間、青色波長帯域光は、蛍光ホイール１０１の境界Ｂｒには照射されない。
タイミングＴ１８〜Ｔ１９の間、青色波長帯域光は出射されない。よって、タイミングＴ１８〜Ｔ１９の間、光源装置６０の出射光５２０として、赤色波長帯域光Ｌ２（Ｒ）が出射される。また、タイミングＴ１９〜Ｔ２１の間、青色波長帯域光は、蛍光ホイール１０１の境界Ｂｂには照射されない。
なお、タイミングＴ１８〜Ｔ１９の間に青色波長帯域光を出射することができる。この場合、青色波長帯域光の光強度は、タイミングＴ１０〜Ｔ１３やタイミングＴ１４〜Ｔ１７の間に出射される青色波長帯域光よりも低く設定してもよい。
以上のように、色優先モードにおける光源装置６０は、主に、赤色光源１２１から出射された光を、光源装置６０の赤色の出射光５２０として利用しているため、色再現性や色純度の高い画像をスクリーン等に投影することができる。
以上、本実施形態の光源装置６０は、赤色波長帯域光の最大輝度を高めて全体の調光幅を向上させることができる。また、短波長側の赤色波長帯域光又は長波長側の赤色波長帯域光の光強度を相対的に変化させることで、赤色波長帯域光の色純度や色バランス等を容易に調光することができる。明るさ優先モードや色優先モードに切り替えて、明るさや色バランス等の調光を容易に行うことができる。また、赤色波長帯域光の光源として別体の光学部材を新たに設置しなくてよいため、光源装置６０全体が大型化することを防ぐことができる。
（実施形態２）
つぎに、実施形態２について説明する。図７は、本実施形態の投影装置１０Ａの内部構造を示す平面模式図である。本実施形態の投影装置１０Ａは、実施形態１で発光ダイオードとして説明した赤色光源１２１の代わりにレーザダイオードである赤色光源１２１Ａを備え、第一ダイクロイックミラー１４１の代わりに透過反射特性の異なる第一ダイクロイックミラー１４１Ａを備える。さらに、投影装置１０Ａは、カラーホイール装置２００を備える。なお、以下の説明において、実施形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図８は、第一ダイクロイックミラー１４１Ａの分光分布図である。左側の第一縦軸は透過率［％］及び反射率［％］を示し、右側の第二縦軸は光強度を示す。また、横軸は光の波長［ｎｍ］を示す。図８では、赤色光源１２１Ａから出射される赤色波長帯域光Ｌ５の分布曲線と、赤色蛍光体３２２から出射される赤色波長帯域光Ｌ６の分布曲線と、第一ダイクロイックミラー１４１Ａの透過特性Ａ２と、第一ダイクロイックミラー１４１Ａの反射特性Ｂ１とを示している。第一ダイクロイックミラー１４１Ａの透過特性Ａ２は、一点鎖線で示すＰ偏光に対する透過特性Ａ２１と、破線で示すＳ偏光に対する透過特性Ａ２２に分けて示している。図８の反射特性Ｂ１は、Ｐ偏光とＳ偏光の反射特性を平均したものを示している。
本実施形態の赤色波長帯域光Ｌ５は、帯域幅が１０ｎｍ以下でピーク波長が約６４０ｎｍの光であり、赤色波長帯域光Ｌ６は、帯域範囲が約５７０〜約６３０でピーク波長が約６００ｎｍの光である。よって、赤色波長帯域光Ｌ５の波長は、赤色波長帯域光Ｌ６の波長よりも長い。また、赤色波長帯域光Ｌ５の光強度は、赤色波長帯域光Ｌ６の光強度より高い。赤色波長帯域光Ｌ５は、実施形態１で示した赤色波長帯域光Ｌ１より狭い半値幅を有している。
透過特性Ａ２１に示すように第一ダイクロイックミラー１４１Ａは、Ｐ偏光の光に対して、約４００ｎｍ〜約５１０ｎｍの波長帯域の光を透過し、約５１０ｎｍ〜約６２０ｎｍの波長帯域の光を反射する。また、第一ダイクロイックミラー１４１Ａは、約６２０ｎｍ以上のＰ偏光の波長帯域の光を透過させる。透過特性Ａ２２に示すように第一ダイクロイックミラー１４１Ａは、Ｓ偏光の光に対して約４００ｎｍ〜約５００ｎｍの波長帯域の光を透過し、約５００ｎｍ〜約６３０ｎｍの波長帯域の光を反射する。また、第一ダイクロイックミラー１４１Ａは、Ｓ偏光の光に対して約６３０ｎｍ以上の波長帯域の光を透過させる。よって、第一ダイクロイックミラー１４１Ａは、Ｓ偏光の透過帯域よりＰ偏光の透過帯域の方が広い。いずれの透過特性Ａ２１，Ａ２２を利用するかは、第一ダイクロイックミラー１４１Ａに入射させる光の波長や偏光特性に応じて予め定めることができる。
本実施形態では、赤色光源１２１Ａから出射された赤色波長帯域光は、第一ダイクロイックミラー１４１Ａに対してＰ偏光で入射させる例について説明する。第一ダイクロイックミラー１４１Ａは、約４５０ｎｍ〜約４９０ｎｍの帯域幅でピーク波長が約４７０ｎｍである青色波長帯域光と赤色光源１２１Ａから出射された赤色波長帯域光Ｌ５とを透過し、約５３０ｎｍ〜約５７０ｎｍの帯域幅でピーク波長が約５５０ｎｍである緑色波長帯域光と赤色蛍光体３２２から出射された赤色波長帯域光Ｌ６の赤色波長帯域光とを反射する。
本実施形態では、赤色波長帯域光Ｌ５は、Ｐ偏光で入射しており、赤色波長帯域光Ｌ５の波長である約６４０ｎｍ付近では透過特性Ａ２１の透過率が略１００％である。よって、第一ダイクロイックミラー１４１Ａは、赤色波長帯域光Ｌ５の光の大部分を透過させる。また、赤色波長帯域光Ｌ６の波長である６００ｎｍ付近では、透過特性Ａ２１の透過率が略０％であるとともに反射特性Ｂ１の反射率が略１００％である。よって、第一ダイクロイックミラー１４１Ａは、赤色波長帯域光Ｌ６の大部分を反射する。
カラーホイール装置２００は、カラーホイール２０１と、そのカラーホイール２０１を回転駆動するモータ２１０とを備える。カラーホイール装置２００は、カラーホイール２０１が集光レンズ１７３とライトトンネル１７５との間に位置して集光レンズ１７３から出射された光線束の光軸と直交するように配置される。
図９（ａ）は、カラーホイール２０１の正面模式図である。カラーホイール２０１は、略円盤状に形成され、中心部がモータ２１０の回転軸２１２により回転可能に固定されている。カラーホイール２０１には、青セグメント（第一ダイクロイックフィルタ）６１０、緑セグメント（第二ダイクロイックフィルタ）６２０，赤セグメント（第三ダイクロイックフィルタ）６３０が周方向に並設して配置される。青セグメント６１０、緑セグメント６２０及び赤セグメント６３０は、それぞれ青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を透過するダイクロイックフィルタとして機能する。
図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すＩＸｂ−ＩＸｂ断面のＰ部拡大図である。本図には、赤セグメント６３０部分の断面が示される。赤セグメント６３０は、例えば、透光性のある基材６３１の両面に表面処理を施されて形成される。基材６３１の赤色波長帯域光の入射面には、微細凹凸が設けられた拡散層６３２が形成される。これにより、拡散層６３２を透過する光は、予め定められた角度で拡散される。拡散層６３２の表面には、さらにＡＲコート（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｃｏａｔ）６３３が形成される。また、基材６３１の赤色波長帯域光の出射面には、赤色波長帯域光を透過するダイクロイックコート６３４が形成される。
また、赤セグメント６３０のダイクロイックコート６３４と同様に、青セグメント６１０及び緑セグメント６２０の出射面側にもそれぞれ青色波長帯域光及び緑色波長帯域光を透過するダイクロイックコートが形成される。さらに、赤セグメント６３０のＡＲコート６３３及び拡散層６３２と同様に、青セグメント６１０や緑セグメント６２０の入射面側にもＡＲコート及び拡散層を形成することができる。この場合、蛍光ホイール１０１の透過部３１０に、拡散機能を設けない構成とすることができる。
カラーホイール２０１に入射した光の光線束は、カラーホイール２０１に設けられたいずれかのセグメント６１０〜６３０を透過することにより、所定の波長帯域の成分が遮断されて、ライトトンネル１７５に向かって出射される。その後、ライトトンネル１７５に入射された光線束は、ライトトンネル１７５により均一な強度分布の光線束となる。
本実施形態の光源装置６０は、実施形態１の図６で説明したタイミングチャート図と同様に、明るさ優先モード又は色優先モードにて制御が行われる。その場合、図６において、赤色光源１２１の代わりに赤色光源１２１Ａが用いられる。
また、カラーホイール２０１の回転制御は、蛍光ホイール１０１の回転と同期して行われる。すなわち、蛍光ホイール１０１の照射位置４１０が透過部３１０であるときカラーホイール２０１の青セグメント６１０が光路上に位置し、蛍光ホイール１０１の照射位置４１０が緑色蛍光体３２１であるときカラーホイール２０１の緑セグメント６２０が光路上に位置し、蛍光ホイール１０１の照射位置４１０が緑色蛍光体３２１であるときカラーホイール２０１の赤セグメント６３０が光路上に位置するように、カラーホイール２０１が制御される。
よって、光源装置６０は、出射光５１０，５２０を、カラーホイール２０１によって不要な波長帯域の光を取り除いて調光した後に出射することができる。
以上、本実施形態の光源装置６０は、半値幅の狭いレーザダイオードを赤色光源１２１Ａとして用いた。そのため、赤色光源１２１Ａが出射した赤色波長帯域光Ｌ５と、赤色蛍光体３２２から出射された赤色波長帯域光Ｌ６とは、重複する波長帯域が少なく、容易に光路の個別制御を行うことができる。よって、複数の経路から合成された同系色で異なる波長帯域の光を出射するため、光源装置６０は輝度の高い赤色波長帯域光を出射することができる。
また、実施形態２では、色補正のためにカラーホイール２０１を備えており、赤セグメント６３０には拡散層６３２を設けた。これにより、レーザダイオードである赤色光源１２１Ａから出射された赤色波長帯域光を拡散させて、輝度分布のばらつきやスペックルノイズを低減させることができる。
つぎに、実施形態１及び実施形態２の変形例について説明する。複数の青色レーザダイオード７１により構成された光源群は、図３の上下方向に形成された平面状に配置される。これら青色レーザダイオード７１の発光パターンを変化させて、出射光の輝度分布が均一となるように調光することができる。
例えば、光源装置６０は、図６の色優先モードのタイミングＴ１８〜Ｔ１９において、発光ダイオードである赤色光源１２１の発光又はレーザダイオードである赤色光源１２１Ａのみの発光により、赤色波長帯域光を出射し、赤色蛍光体３２２の励起により赤色波長帯域光を出射することができる。このとき、光源装置６０は、平面状に配置された複数の青色レーザダイオード７１のうち、中央部に配置された青色レーザダイオード７１よりも中央部の周囲に配置された青色レーザダイオード７１の電流値を下げて周囲の青色レーザダイオード７１の光強度を弱くすることができる。あるいは、光源装置６０は、平面状に配置された複数の青色レーザダイオード７１のうち、中央部の周囲に配置された青色レーザダイオード７１を消灯することができる。
なお、光源装置６０は、これらとは反対に、平面上に配置された複数の青色レーザダイオード７１のうち、中央部に配置された青色レーザダイオード７１を周囲に配置された青色レーザダイオード７１よりも電流値を下げて中央部の青色レーザダイオード７１の光強度を弱くしてもよい。また、光源装置６０は、平面上に配置された複数の青色レーザダイオード７１のうち、中央部の青色レーザダイオード７１を消灯してもよい。あるいは、必要に応じて、複数の青色レーザダイオード７１のうち、中央部に配置された青色レーザダイオード７１を周囲に配置された青色レーザダイオード７１よりも電流値を上げて中央部の青色レーザダイオード７１の光強度を強くしてもよい。
また、光源装置６０は、図６の色優先モードのタイミングＴ１８〜Ｔ１９において、赤色光源装置１２０の赤色光源１２１が平面状に配置された複数の発光ダイオードにより構成された場合、又は赤色光源１２１Ａが平面状に配置された複数のレーザダイオードにより構成された場合、光源装置６０は、赤色光源１２１，１２１Ａの全領域の電流値を同一にして、出射された赤色波長帯域光の輝度分布を均一にすることができる。
つぎに、蛍光ホイール１０１の変形例について説明する。図１０は、蛍光ホイール１０１Ａを示す図である。実施形態１の光源装置６０は、図３の蛍光ホイール１０１の代わりに蛍光ホイール１０１Ａを備えることができる。蛍光ホイール１０１Ａには、透過部３１０、緑色蛍光体３２１及び赤色蛍光体３２２が周方向に並設されている。透過部３１０、緑色蛍光体３２１及び赤色蛍光体３２２は、それぞれ２箇所ずつ設けられる。透過部３１０、緑色蛍光体３２１及び赤色蛍光体３２２の各々は、軸部１１２を中心として周方向に略同じ角度で配置される。
このような場合、図６に示した単位周期ＴＵの長さは約半分となる。制御部３８は、一つの画像フレームを半分となった一つの単位周期ＴＵに形成するように出射光５１０，５２０を出射させることができる。よって、投影装置１０は、画像フレームを２倍の速さで切替表示してフレームレートを増加させることができる。これにより、投影装置１０は、より滑らかな映像をスクリーンに投影することができる。
なお、蛍光ホイール１０１Ａに形成される円弧状の透過部３１０、緑色蛍光体３２１及び赤色蛍光体３２２の各々は、図４の透過部３１０、緑色蛍光体３２１及び赤色蛍光体３２２の角度の半分に相当する角度としてもよい。
また、蛍光ホイール１０１Ａは、実施形態２の光源装置６０Ａに設けることができる。この場合、カラーホイール２０１に設けられた各セグメント６１０〜６３０は、透過部３１０、緑色蛍光体３２１及び赤色蛍光体３２２と対応するよう、二つずつ配置される。よって、透過部３１０を透過した青色波長帯域光は青セグメント６１０に入射し、緑色蛍光体３２１から出射された緑色波長帯域光は緑セグメント６２０に入射し、赤色蛍光体３２２から出射された赤色波長帯域光は赤セグメント６３０に入射する。
実施形態１及び実施形態２に示した蛍光ホイール１０１は緑色蛍光体３２１と赤色蛍光体３２２の領域を有するため、蛍光ホイール１０１上の励起光照射区間が長くなり蛍光体領域の発熱量が増加することがあるが、上述の蛍光ホイール１０１Ａのように発熱する部位を蛍光ホイール１０１Ａ内で分散させることによって、放熱性を高めることができる。
なお、各実施形態において緑色波長帯域光の光源として、緑色蛍光体３２１を用いたが、緑色波長帯域光を出射する発光ダイオード、レーザダイオード又はその他の光源を用いることができる。
また、図６では、単位周期ＴＵの間は赤色光源１２１又は青色レーザダイオード７１のいずれかが光を出射している例について説明したが、光源装置６０は明るさや色バランス等の設定に応じて光を出射する時間を個別に短縮させることができる。
以上説明したように、本発明の実施形態の光源装置６０及び投影装置１０は、第一波長帯域光を出射する第一光源（青色レーザダイオード７１）と蛍光ホイール１０１とを備える蛍光ホイール装置を有する。蛍光ホイール１０１には、第一波長帯域光により励起される蛍光光である第二波長帯域光を出射する第二光源（緑色蛍光体３２１）と、第一波長帯域光により励起される蛍光光であって第二波長帯域光と波長の異なる第三波長帯域光を出射する第三光源（赤色蛍光体３２２）とが、周方向に隣接して並設される。光源装置６０及び投影装置１０は、第一波長帯域光の光路上に第二光源と第三光源の境界が位置する第一混色期間に、第一光源を消灯又は点灯するよう点灯制御を行う。このように、光源全体として明るさや色バランス等の調光幅を広くした光源装置６０及び投影装置１０を提供することができる。
また、蛍光ホイール１０１には第一波長帯域光を透過する透過部３１０が第二光源及び第三光源と周方向に隣接して並設され、第一波長帯域光の光路上に、第三光源と透過部の境界が位置する第二混色期間、又は、透過部と第二光源の境界が位置する第三混色期間に、第一光源を消灯又は点灯するよう点灯制御を行う光源装置６０は、一つの第一光源を発光させることで、蛍光ホイール１０１から第一波長帯域光、第二波長帯域光及び第三波長帯域光の複数の色の光を出射することができる。
また、第三波長帯域光と同系色で波長の異なる第四波長帯域光を出射する第四光源をさらに備え、制御部は、第一混色期間、第二混色期間及び第三混色期間に、第四光源を消灯又は点灯するよう点灯制御を行う光源装置６０は、相対的に視感度の低い色の光源を複数種類用いているとともに混色期間を伸長することができるため、光源全体として調光幅の広い明るい光を出射することができる。
また、第一セグメント期間に第一波長帯域光を出射し、第二セグメント期間に第二波長帯域光を出射し、第三セグメント期間に第三波長帯域光を出射する光源装置６０は、時分割で出射される第一波長帯域光、第二波長帯域光及び第三波長帯域光を合成してカラー映像を形成するための光源光を出射することができる。
また、明るさ優先モードの場合、第三混色期間に第一波長帯域光と第二波長帯域光とを同時に出射させ、第一混色期間に第二波長帯域光と第三波長帯域光と第四波長帯域光とを同時に出射させ、第二混色期間に第三波長帯域光と第四波長帯域光と第一波長帯域光とを同時に出射させる光源装置６０は、単位周期ＴＵにおいて出射光が消灯する期間を低減させることができるため、高輝度の映像を投影することができる。
また、第一混色期間では第一波長帯域光が第二光源と第三光源の境界に照射され、第二混色期間では第一波長帯域光が第三光源と透過部３１０の境界に照射され、第三混色期間では第一波長帯域光が透過部と第二光源の境界に照射される光源装置６０は、第一混色期間〜第三混色期間に複数の波長の光を出射させて合成した光を光源光として出射させることができる。
また、明るさ優先モードにおいて、第三混色期間にさらに第四波長帯域光を出射する光源装置６０は、単位周期ＴＵにおいて白色波長帯域光を出射させることができる。よって、白色の光を時分割で投影する三原色により表現する必要がなく、高い輝度の映像をスクリーン等に投影することができる。
また、色優先モードの場合、第一混色期間、第二混色期間及び第三混色期間に第一光源を消灯させる光源装置６０は、混色した光が出射されないため、色純度の高い光源光を出射させることができる。
また、透過部３１０、第二光源及び第三光源は、各々二つずつ配置される光源装置６０は、蛍光ホイール１０１Ａのように発熱する部位が蛍光ホイール１０１Ａ内で分散されるため、蛍光ホイール１０１Ａの放熱性を高めることができる。
また、第一波長帯域光を透過させる第一ダイクロイックフィルタと、第二波長帯域光を透過させる第二ダイクロイックフィルタと、第三波長帯域光及び第四波長帯域光を拡散透過させる第三ダイクロイックフィルタとが周方向に並設されたカラーホイール２０１を備える光源装置６０は、レーザダイオードである赤色光源１２１Ａから出射された赤色波長帯域光を拡散させて、輝度分布のばらつきやスペックルノイズを低減させることができる。
また、第一波長帯域光は青色波長帯域光であり、第二波長帯域光は緑色波長帯域光であり、第三波長帯域光及び前記第四波長帯域光は赤色波長帯域光である光源装置６０は、三原色により構成されるカラー画像をスクリーンに投影させることができる。
また、第四光源は発光ダイオードであり、第三波長帯域光の波長は第四波長帯域光の波長よりも短い光源装置６０は、輝度ムラの少ない赤色波長帯域光を用いてより均一な輝度分布を持った映像を投影することができる。
また、第四光源はレーザダイオードであり、第三波長帯域光の波長は第四波長帯域光の波長よりも短い光源装置６０は、輝度の高い赤色波長帯域光を用いて全体として高輝度の映像をスクリーン等に投影することができる。
また、第四波長帯域光を透過し、第三波長帯域光を反射して、第四波長帯域光及び第三波長帯域光を同一光路に合成する第一ダイクロイックミラー１４１，１４１Ａを備える光源装置６０は、同系色で波長の異なる複数の光を合成して、光源光を出射することができる。
なお、以上説明した実施形態では、赤色光源（Ｒ−ＬＥＤ）１２１の例を示したが、赤色光源の代わりに緑色光源（Ｇ−ＬＥＤ）を使用しても良い。
なお、以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
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］ 第一波長帯域光を出射する第一光源と、
前記第一波長帯域光により励起される蛍光光である第二波長帯域光を出射する第二光源と、前記第一波長帯域光により励起される蛍光光であって前記第二波長帯域光と波長の異なる第三波長帯域光を出射する第三光源とが周方向に隣接して並設される蛍光ホイールを備える蛍光ホイール装置と、
前記第二波長帯域光と同系色又は前記第三波長帯域光と同系色の第四波長帯域光を出射する第四光源と、
前記第一波長帯域光の光路上に前記第二光源と前記第三光源の境界が位置する第一混色期間に、前記第四光源の点灯を行うように、前記第四光源と前記蛍光ホイール装置とを制御する制御部と、
を有することを特徴とする光源装置。
［２］ 前記蛍光ホイールには、前記第一波長帯域光を透過する透過部が前記第二光源及び前記第三光源と周方向に隣接して並設され、
前記制御部は、前記第一波長帯域光の光路上に、前記第三光源と前記透過部の境界が位置する第二混色期間、又は、前記透過部と前記第二光源の境界が位置する第三混色期間に、前記第四光源の点灯を行うことを特徴とする上記［１］に記載の光源装置。
［３］ 前記制御部は、前記第一混色期間、前記第二混色期間及び前記第三混色期間に、前記第一光源の点灯を行うことを特徴とする上記［２］に記載の光源装置。
［４］
前記制御部は、時分割に繰り返される単位周期内の第一セグメント期間、第二セグメント期間及び第三セグメント期間において、前記第一セグメント期間に前記第一波長帯域光を出射し、前記第二セグメント期間に前記第二波長帯域光を出射し、前記第三セグメント期間に前記第三波長帯域光を出射することを特徴とする上記［３］に記載の光源装置。
［５］ 前記制御部は、明るさ優先モードの場合、
前記第一セグメント期間と前記第二セグメント期間との間の前記第三混色期間に前記第一波長帯域光と前記第二波長帯域光とを同時に出射させ、
前記第二セグメント期間と前記第三セグメント期間との間の前記第一混色期間に前記第二波長帯域光と前記第三波長帯域光と前記第四波長帯域光とを同時に出射させ、
前記第三セグメント期間と次の前記単位周期の前記第一セグメント期間との間の前記第二混色期間に前記第三波長帯域光と前記第四波長帯域光と前記第一波長帯域光とを同時に出射させる、
ことを特徴とする上記［４］に記載の光源装置。
［６］ 前記第一混色期間では前記第一波長帯域光が前記第二光源と前記第三光源の境界に照射され、
前記第二混色期間では前記第一波長帯域光が前記第三光源と前記透過部の境界に照射され、
前記第三混色期間では前記第一波長帯域光が前記透過部と前記第二光源の境界に照射される、
ことを特徴とする上記［５］に記載の光源装置。
［７］ 前記制御部は、前記第三混色期間にさらに前記第四波長帯域光を出射することを特徴とする上記［５］又は上記［６］に記載の光源装置。
［８］ 前記制御部は、色優先モードの場合、前記第一混色期間、前記第二混色期間及び前記第三混色期間に前記第一光源を消灯させることを特徴とする上記［４］に記載の光源装置。
［９］ 前記制御部は、色優先モードの場合、前記第三セグメント期間に、前記第四光源のみ点灯させる、又は前記第四光源を点灯させると共に前記第三光源から前記第三波長帯域光を出射させ、
前記第三セグメント期間のときに前記第三光源に出射する前記第一波長帯域光の光量は、前記第一セグメント期間及び前記第二セグメント期間に出射する前記第一波長帯域光の光量より低いことを特徴とする上記［４］に記載の光源装置。
［１０］ 前記透過部、前記第二光源及び前記第三光源は、各々二つずつ配置されることを特徴とする上記［３］乃至上記［８］の何れかに記載の光源装置。
［１１］ 前記第一波長帯域光を透過させる第一ダイクロイックフィルタと、前記第二波長帯域光を透過させる第二ダイクロイックフィルタと、前記第三波長帯域光及び前記第四波長帯域光を拡散透過させる第三ダイクロイックフィルタとが周方向に並設されたカラーホイールを備えるカラーホイール装置を有し、
前記制御部は、さらに前記カラーホイール装置を制御する、
ことを特徴とする上記［３］乃至上記［１０］の何れかに記載の光源装置。
［１２］ 前記第一波長帯域光は青色波長帯域光であり、
前記第二波長帯域光は緑色波長帯域光であり、
前記第三波長帯域光は赤色波長帯域光であり、
前記第四波長帯域光は赤色波長帯域光又は緑色波長帯域光である、
ことを特徴とする上記［３］乃至上記［１１］の何れかに記載の光源装置。
［１３］ 前記第四光源は発光ダイオードであり、
前記第三波長帯域光の波長は前記第四波長帯域光の波長よりも短い、
ことを特徴とする上記［３］乃至上記［１２］の何れかに記載の光源装置。
［１４］ 前記第四光源はレーザダイオードであり、
前記第三波長帯域光の波長は前記第四波長帯域光の波長よりも短い、
ことを特徴とする上記［３］乃至上記［１２］の何れかに記載の光源装置。
［１５］ 前記第四波長帯域光を透過し、前記第三波長帯域光を反射して、前記第四波長帯域光及び前記第三波長帯域光を同一光路に合成する第一ダイクロイックミラーを備えることを特徴とする上記［３］乃至上記［１４］の何れかに記載の光源装置。
［１６］ 上記［１］乃至上記［１５］の何れか記載の光源装置と、
前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、
前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、
前記表示素子と前記光源装置を制御する前記制御部と、
を有することを特徴とする投影装置。
１０，１０Ａ 投影装置 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 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
２８ 制御部 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 光源装置
６０Ａ 光源装置 ７０ 励起光照射装置
７１ 青色レーザダイオード ７３ コリメータレンズ
７５ 反射ミラー群 ７８ 集光レンズ
８１ ヒートシンク ９０ 蛍光光源装置
１００ 蛍光ホイール装置 １０１，１０１Ａ 蛍光ホイール
１１０ モータ １１１ 集光レンズ群
１１２ 軸部 １１５ 集光レンズ
１２０ 赤色光源装置 １２１ 赤色光源
１２１Ａ 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
１４１Ａ 第一ダイクロイックミラー １４３ 第一反射ミラー
１４５ 第二反射ミラー １４６ 集光レンズ
１４７ 集光レンズ １４８ 第二ダイクロイックミラー
１４９ 集光レンズ 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 コンデンサレンズ
２００ カラーホイール装置 ２０１ カラーホイール
２１０ モータ ２１２ 回転軸
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 ３１０ 透過部
３２０ 蛍光部 ３２１ 緑色蛍光体
３２２ 赤色蛍光体 ４１０ 照射位置
５１０ 出射光 ５２０ 出射光
６１０ 青セグメント ６２０ 緑セグメント
６３０ 赤セグメント ６３１ 基材
６３２ 拡散層 ６３３ ＡＲコート
６３４ ダイクロイックコート
Ａ１，Ａ２ 透過特性 Ａ２１ 透過特性
Ａ２２ 透過特性 Ｂ１ 反射特性
Ｂｂ，Ｂｇ，Ｇｒ 境界
Ｔ０９〜Ｔ２１ タイミング Ｔ１ｂ，Ｔ１ｇ，Ｔ１ｒ，Ｔ２ｂ タイミング
ＴＵ 単位周期 Ｗ１〜Ｗ４ 波形

Claims (16)

  1. 第一波長帯域光を出射する第一光源と、
    前記第一波長帯域光により励起される蛍光光である第二波長帯域光を出射する第二光源と、前記第一波長帯域光により励起される蛍光光であって前記第二波長帯域光と波長の異なる第三波長帯域光を出射する第三光源とが周方向に隣接して並設される蛍光ホイールを備える蛍光ホイール装置と、
    前記第二波長帯域光と同系色又は前記第三波長帯域光と同系色の第四波長帯域光を出射する第四光源と、
    前記第一波長帯域光の光路上に前記第二光源と前記第三光源の境界が位置する第一混色期間に、前記第四光源の点灯を行うように、前記第四光源と前記蛍光ホイール装置とを制御する制御部と、
    を有することを特徴とする光源装置。
  2. 前記蛍光ホイールには、前記第一波長帯域光を透過する透過部が前記第二光源及び前記第三光源と周方向に隣接して並設され、
    前記制御部は、前記第一波長帯域光の光路上に、前記第三光源と前記透過部の境界が位置する第二混色期間、又は、前記透過部と前記第二光源の境界が位置する第三混色期間に、前記第四光源の点灯を行うことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  3. 前記制御部は、前記第一混色期間、前記第二混色期間及び前記第三混色期間に、前記第一光源の点灯を行うことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
  4. 前記制御部は、時分割に繰り返される単位周期内の第一セグメント期間、第二セグメント期間及び第三セグメント期間において、前記第一セグメント期間に前記第一波長帯域光を出射し、前記第二セグメント期間に前記第二波長帯域光を出射し、前記第三セグメント期間に前記第三波長帯域光を出射することを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
  5. 前記制御部は、明るさ優先モードの場合、
    前記第一セグメント期間と前記第二セグメント期間との間の前記第三混色期間に前記第一波長帯域光と前記第二波長帯域光とを同時に出射させ、
    前記第二セグメント期間と前記第三セグメント期間との間の前記第一混色期間に前記第二波長帯域光と前記第三波長帯域光と前記第四波長帯域光とを同時に出射させ、
    前記第三セグメント期間と次の前記単位周期の前記第一セグメント期間との間の前記第二混色期間に前記第三波長帯域光と前記第四波長帯域光と前記第一波長帯域光とを同時に出射させる、
    ことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
  6. 前記第一混色期間では前記第一波長帯域光が前記第二光源と前記第三光源の境界に照射され、
    前記第二混色期間では前記第一波長帯域光が前記第三光源と前記透過部の境界に照射され、
    前記第三混色期間では前記第一波長帯域光が前記透過部と前記第二光源の境界に照射される、
    ことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
  7. 前記制御部は、前記第三混色期間にさらに前記第四波長帯域光を出射することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の光源装置。
  8. 前記制御部は、色優先モードの場合、前記第一混色期間、前記第二混色期間及び前記第三混色期間に前記第一光源を消灯させることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
  9. 前記制御部は、色優先モードの場合、前記第三セグメント期間に、前記第四光源のみ点灯させる、又は前記第四光源を点灯させると共に前記第三光源から前記第三波長帯域光を出射させ、
    前記第三セグメント期間のときに前記第三光源に出射する前記第一波長帯域光の光量は、前記第一セグメント期間及び前記第二セグメント期間に出射する前記第一波長帯域光の光量より低いことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
  10. 前記透過部、前記第二光源及び前記第三光源は、各々二つずつ配置されることを特徴とする請求項３乃至請求項８の何れかに記載の光源装置。
  11. 前記第一波長帯域光を透過させる第一ダイクロイックフィルタと、前記第二波長帯域光を透過させる第二ダイクロイックフィルタと、前記第三波長帯域光及び前記第四波長帯域光を拡散透過させる第三ダイクロイックフィルタとが周方向に並設されたカラーホイールを備えるカラーホイール装置を有し、
    前記制御部は、さらに前記カラーホイール装置を制御する、
    ことを特徴とする請求項３乃至請求項１０の何れかに記載の光源装置。
  12. 前記第一波長帯域光は青色波長帯域光であり、
    前記第二波長帯域光は緑色波長帯域光であり、
    前記第三波長帯域光は赤色波長帯域光であり、
    前記第四波長帯域光は赤色波長帯域光又は緑色波長帯域光である、
    ことを特徴とする請求項３乃至請求項１１の何れかに記載の光源装置。
  13. 前記第四光源は発光ダイオードであり、
    前記第三波長帯域光の波長は前記第四波長帯域光の波長よりも短い、
    ことを特徴とする請求項３乃至請求項１２の何れかに記載の光源装置。
  14. 前記第四光源はレーザダイオードであり、
    前記第三波長帯域光の波長は前記第四波長帯域光の波長よりも短い、
    ことを特徴とする請求項３乃至請求項１２の何れかに記載の光源装置。
  15. 前記第四波長帯域光を透過し、前記第三波長帯域光を反射して、前記第四波長帯域光及び前記第三波長帯域光を同一光路に合成する第一ダイクロイックミラーを備えることを特徴とする請求項３乃至請求項１４の何れかに記載の光源装置。
  16. 請求項１乃至請求項１５の何れか記載の光源装置と、
    前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、
    前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、
    前記表示素子と前記光源装置を制御する前記制御部と、
    を有することを特徴とする投影装置。
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