JP2018060223A

JP2018060223A - 光源装置及びプロジェクタ

Info

Publication number: JP2018060223A
Application number: JP2017240801A
Authority: JP
Inventors: 秀将黒崎; Hidemasa Kurosaki
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2018-04-12

Abstract

【課題】光源光の光効率を向上させた光源装置及びプロジェクタを提供する。【解決手段】マイクロレンズアレイ２５４は、微小なマイクロレンズ２５４ａが配列される第一領域５１０と、第一領域５１０よりも大きいマイクロレンズ２５４ｂが第一領域５１０のマイクロレンズ２５４ｂの配列ピッチｄ１、ｄ２よりも広い配列ピッチＤ１、Ｄ２で配列される第二領域５２０と、により構成される。マイクロレンズ２５４ａ，２５４ｂ間の間隔Ｓは、第一領域５１０及び第二領域５２０において略同一である。レーザーダイオードを光源とする光源光は、第一領域５１０に入射される。蛍光発光装置を光源とする光源光は、第二領域５２０に照射される。【選択図】図５

Description

本発明は、レーザーダイオードを光源とし、マイクロレンズアレイを備えた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、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。従来、このようなプロジェクタは、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、省電力、高寿命、高輝度なレーザーダイオードを用いたプロジェクタの提案がなされている。

特許文献１に開示されるプロジェクタは、光源として青色波長帯域を発する青色レーザー発光器と、赤色波長帯域光を発する赤色レーザー発光器と、励起光が蛍光体層に照射されることにより緑色波長帯域光を発する蛍光発光装置が備えられる。そして、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光の光軸と、緑色波長帯域光の光軸は直交し、この光軸が直交する位置にダイクロイックミラーが配置されている。ダイクロイックミラーは、青色波長帯域光と赤色波長帯域光を透過させ、緑色波長帯域光は反射させて、これらの光を同一方向に向けて射出する。ダイクロイックミラーから射出された光は、均一な強度分布の拡散光を得るため、マイクロレンズアレイを介して表示素子に導光される。

特開２０１３−１９０５９１号公報

特許文献１に開示されるプロジェクタにおいては、レーザーダイオードからの射出光と蛍光発光装置からの蛍光光が同じマイクロレンズアレイを介している。一般に、レーザーダイオードからの射出光は、指向性が強く照射範囲が狭い。

このため、蛍光光である緑色波長帯域光の入射範囲に合わせて調整されたマイクロレンズアレイにレーザー光を入射すると、レーザー光が照射されるマイクロレンズの数が少なく、マイクロレンズを透過したレーザー光を重ねても強度分布の均一化が十分に行われないことがあった。

また、レーザー光の均一化を高めるため、各マイクロレンズを小さくすると、マイクロレンズとマイクロレンズとの接合部による透過光の損失が大きくなり、光の利用効率を低下させることとなった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、光源の光効率を向上させたプロジェクタを提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、半導体発光素子を有する第一光源と、励起光源からの光が蛍光体層に照射されることにより蛍光発光光を射出する第二光源と、前記第一光源及び前記第二光源からの光を拡散させるマイクロレンズアレイと、を有し、前記マイクロレンズアレイは、複数の第一領域と、該第一領域よりもマイクロレンズの配列ピッチが広い第二領域を有し、前記第一光源からの光は前記第一領域に入射され、前記第二光源からの光は前記第一領域及び前記第二領域に入射されることを特徴とする。

本発明のプロジェクタは、上述の光源装置と、前記マイクロレンズアレイの透過光を集光する集光レンズと、前記集光レンズからの射出光が照射されて投影光を生成する表示素子と、前記表示素子で生成された投影光を導光する投影光学系と、前記表示素子や前記光源装置の制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明におけるマイクロレンズアレイによれば、レーザーダイオードからの射出光について効果的に均一な拡散光を得ることができるとともに、蛍光発光装置からの蛍光光については、無効光を低減させつつ十分な均一拡散光を得ることができるマイクロレンズアレイを備えた光源装置と、画質の良好な投影を可能とするプロジェクタと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マイクロレンズアレイに光が入射されている様子を示す平面模式図である。本発明の実施形態に係る図４におけるＰ部の拡大図である。本発明の実施形態に係る図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。本発明の実施形態に係るプロジェクタのマイクロレンズアレイに光が入射して射出される様子を示す断面模式図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳説する。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板１２の側方に投影部を有するとともに、この正面板１２には複数の排気孔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、筐体の上ケース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。また、上ケース１１は、プロジェクタ１０の筐体の上面と左側面の一部までを覆っており、故障時等には上ケース１１を下ケース１６から取り外せる構成とされている。

さらに、筐体の背面には、図示されない背面板にＵＳＢ端子やアナログＲＧＢ映像信号が入力される映像信号入力用のＤ−ＳＵＢ端子、Ｓ端子、ＲＣＡ端子、音声出力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が設けられている。また、背面板には、複数の吸気孔が形成されている。

次に、プロジェクタ１０の制御手段について図２の機能ブロック図を用いて述べる。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。

この制御部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、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。

そして、この制御手段により、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る。

そして、このプロジェクタ１０では、プロジェクタ用光源装置としての光源ユニット６０から射出された光線束を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、投影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う。

そして、筐体の上ケース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の赤色光源装置、緑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オフ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オフ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。プロジェクタ１０は、中央部分に光源ユニット６０を備え、光源ユニット６０の左側方に投影光学系が内装されたレンズ鏡筒２２５を備えている。また、プロジェクタ１０は、レンズ鏡筒２２５と背面板１３との間にＤＭＤ等の表示素子５１を備えている。さらに、プロジェクタ１０は、光源ユニット６０の下方に主制御回路基板を備えている。

また、プロジェクタ１０は、表示素子５１と背面板１３との間に、表示素子５１を冷却させるヒートシンク１９１を備えている。また、光源ユニット６０と右側板１５との間には、赤色光源装置１２０とする赤色レーザーダイオード１２１及び青色光源装置３００とする青色レーザーダイオード３０１用のヒートシンク１３１，１９０を備えている。

光源ユニット６０には、第一光源と、第二光源と、ダイクロイックミラー１４１と、後述のマイクロレンズアレイ２５４と、集光レンズ２５５と、が備えられる。第一光源は、半導体発光素子を含む。この半導体発光素子は、プロジェクタ１０の筐体の略中央やや右側寄りの位置に、青色光源装置３００と赤色光源装置１２０とにより形成される二色光源装置４００である。また、第二光源は、プロジェクタ１０筐体の左右方向における略中央部分に配置される励起光照射装置７０及び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板１２の近傍に配置される蛍光発光装置１００による緑色光源装置８０である。

第二光源である緑色光源装置８０における励起光照射装置７０は、背面板１３と光軸が垂直になるよう配置された半導体発光素子による励起光源７１と、励起光源７１と背面板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は、２個の半導体発光素子である青色レーザーダイオードが左右方向に並んで配置されており、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の射出光を平行光に変換する集光レンズであるコリメータレンズ７３が夫々配置されている。

ヒートシンク８１と背面板１３との間には、冷却媒体として外気をヒートシンク８１側に送風する送風ファンである冷却ファン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。

第二光源である緑色光源装置８０における蛍光発光装置１００は、正面板１２と平行となるように、つまり、励起光照射装置７０からの射出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から背面板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。ホイールモータ１１０と正面板１２との間にはヒートシンク１３０等が配置されており、これらによって蛍光ホイール１０１が冷却される。

蛍光ホイール１０１は、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として形成され、励起光を受けて蛍光発光する蛍光体層が設けられる。そして、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の層が敷設されている。

蛍光ホイール１０１の緑色蛍光体層に照射された励起光照射装置７０からの射出光は、緑色蛍光体層における緑色蛍光体を励起する。そして、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の凹部の表面を反射面とすることにより、緑色波長帯域光の励起光源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。

青色光源装置３００と赤色光源装置１２０とにより形成される第一光源である二色光源装置４００は、その射出光の光軸と励起光源７１からの光の光軸とが直交するように、すなわち緑色光源装置８０である蛍光発光装置１００からの蛍光発光光の光軸と直交するようにして、青色レーザーダイオード３０１と赤色レーザーダイオード１２１とが並設されている。青色光源装置３００は、青色レーザーダイオード３０１と、青色レーザーダイオード３０１からの射出光を所定範囲の光に集光して射出するコリメータレンズ３０５と、を備える。青色レーザーダイオード３０１は、上下方向に並べて二個が配置されている。

そして、青色レーザーダイオード３０１の前後の両隣には、赤色光源装置１２０の赤色レーザーダイオード１２１が前後それぞれ上下方向に並べて二個ずつ、合計四つが配置されている。赤色光源装置１２０は、赤色レーザーダイオード１２１と、赤色レーザーダイオード１２１からの射出光を所定範囲の光に集光して射出するコリメータレンズ１２５と、を備える。そして、青色光源装置３００及び赤色光源装置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。

この青色レーザーダイオード３０１や赤色レーザーダイオード１２１から射出されるレーザー光は、光軸に垂直な断面形状が長楕円形のコヒーレント光である。そして、これら赤色レーザーダイオード１２１及び青色レーザーダイオード３０１については、コリメータレンズ１２５、３０５との距離調整を行って、マイクロレンズアレイ２５４への照射光を所定範囲に集光させて射出させる。異なる波長帯域光である赤色波長帯域光及び青色波長帯域光の両発光光は、近接平行で同一方向に射出される。

ヒートシンク１３１、１９０と正面板１２との間には、送風ファンから送風されヒートシンク１３１、１９０によって暖められた冷却媒体を吸い込んで装置外部に排出するための吸込みファンとしての冷却ファン２６１が配置されており、この冷却ファン２６１によって赤色レーザーダイオード１２１及び青色レーザーダイオード３０１が冷却される。

そして、第一光源である二色光源装置４００から射出される赤色波長帯域光及び青色波長帯域光の光軸と、励起光照射装置７０から射出される青色波長帯域光及び第二光源である緑色光源装置８０から射出される緑色波長帯域光の光軸と、が直交して交差する位置に、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板１４方向に９０度変換するダイクロイックミラー１４１が配置されている。したがって、１枚のダイクロイックミラー１４１により、赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光の各光を同一の光路に重ね合わせることができる。

そして、ダイクロイックミラー１４１の左方には、マイクロレンズアレイ２５４が配置されている。マイクロレンズアレイ２５４は、第一光源である二色光源装置４００及び第二光源である緑色光源装置８０それぞれの射出光を拡散させ、輝度分布を均一化させるものである。

本実施形態におけるマイクロレンズは、レンズ形状として平面視横長矩形形状の平凸非球面レンズを格子状に配列されているものである。そして、マイクロレンズアレイ２５４の左側板１４側には、集光レンズ２５５が配置される。集光レンズ２５５は、マイクロレンズアレイ２５４を透過した拡散均一光を表示素子５１の有効サイズに集光させる。

第一光源及び第二光源から射出された光源光は、マイクロレンズアレイ２５４により、均一な強度分布とされ、集光レンズ２５５を介して光軸変換ミラー１７３に射出される。一方、表示素子５１の前方には、コンデンサレンズ１７４が備えられている。よって、光軸変換ミラー１７３で反射した光源光は、コンデンサレンズ１７４により効果的に表示素子５１に照射される。

表示素子５１で反射されたオン光は、投影光として投影光学系１６８によりスクリーンに放出される。この投影光学系１６８としては、レンズ鏡筒２２５に内蔵する固定レンズ群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を移動させてズーム調整やフォーカス調整を可能としている。

次に、図４〜図７により、マイクロレンズアレイ２５４の構成と、マイクロレンズアレイ２５４に第一光源及び第二光源からの光源光が入射される様子について説明する。図４はマイクロレンズアレイ２５４を正面視した模式図で、第一光源である二色光源装置４００及び第二光源である緑色光源装置８０からの光源光が入射されている様子を示している。図５は図４のＰ部拡大図である。図６は図５のＶＩ−ＶＩ断面を示している。図７はマイクロレンズに光が入射された様子を示す模式図である。

図４では、青色光源装置３００の青色レーザーダイオード３０１から射出される長楕円形とされる青色波長帯域光のマイクロレンズアレイ２５４への入射光予定範囲を青色入射範囲３０１Ｂとして縦長の矩形で表した。同様に、赤色光源装置１２０の赤色レーザーダイオード１２１から射出される長楕円形の赤色波長帯域光のマイクロレンズアレイ２５４への入射光の予定範囲を赤色入射範囲１２１Ｒとして縦長の矩形で表した。よって、青色入射範囲３０１Ｂは、青色レーザーダイオード３０１の配置に合わせて、マイクロレンズアレイ２５４の略中央部分に上下二箇所に形成される。同様に、赤色入射範囲１２１Ｒは、赤色レーザーダイオード１２１の配置に合わせて、青色入射範囲３０１Ｂの両側に上下二箇所ずつ、合計四か所に形成される。一方で、緑色光源装置８０からの光源光は、緑色入射範囲８０Ｇとして円形で示している。

青色レーザーダイオード３０１及び赤色レーザーダイオード１２１からの射出光は、指向性が強く、照射範囲が狭いものとなっている。一方、緑色光源装置８０からの光源光は、全方向に発光する蛍光ホイール１０１の蛍光体層の蛍光発光光を光源としているため、照射範囲が広い。従って、緑色入射範囲８０Ｇは、青色入射範囲３０１Ｂ及び赤色入射範囲１２１Ｒを含んだ円形で示すように広範囲に渡っている。

次に、図５により図４のＰ部拡大部を説明する。図５において、略中央部分に二点鎖線により矩形で囲む範囲は第一領域５１０である。第一領域５１０は、図４のＰ部における赤色レーザーダイオード１２１の赤色入射範囲１２１Ｒと合致している。第一領域５１０は、レーザーダイオードからの入射光を十分な均一拡散光として射出できるように、極小に形成されたマイクロレンズ２５４ａが配列されている。

また、第一領域５１０の範囲以外であって、マイクロレンズアレイ２５４の有効面の範囲以内の領域を第二領域５２０とする。第二領域５２０は、第一領域５１０のマイクロレンズ２５４ａよりも大きく形成されたマイクロレンズ２５４ｂが配列されているが、蛍光発光光である緑色光源装置８０からの入射光を十分な均一拡散光として射出できる。なお、第一領域５１０及び第二領域５２０それぞれのマイクロレンズ２５４ａ，２５４ｂは、正面視横長矩形に形成されている。また、第一領域５１０は、青色入射範囲３０１Ｂ及び赤色入射範囲１２１Ｒに合わせて複数設けられている。複数の第一領域５１０の隣り合う第一領域５１０の間には、第二領域５２０の一部が形成されることとなる。

第一領域５１０のマイクロレンズ２５４ａが隣り合う間の間隔Ｓは、縦方向及び横方向ともに同一である。そして、第一領域５１０のマイクロレンズ２５４ａの配列ピッチは、横方向をｄ_１、縦方向をｄ_２として配列されている。一方、第二領域５２０のマイクロレンズ２５４ｂが隣り合う間の間隔Ｓも同様に、縦方向及び横方向ともに同一である。そして、第二領域５２０のマイクロレンズ２５４ｂの配列ピッチは、横方向をＤ_１、縦方向をＤ_２として配列されている。なお、第一領域５１０のマイクロレンズ２５４ａと第二領域５２０のマイクロレンズ２５４ｂが隣り合う間の間隔も間隔Ｓで同一である。すなわち、マイクロレンズアレイ２５４のマイクロレンズ２５４ａ，２５４ｂが隣り合う間の間隔は全て同一の間隔Ｓとして極力狭くして形成されている。

また、第一領域５１０のマイクロレンズ２５４ａは、第二領域５２０のマイクロレンズ２５４ｂよりも小さく形成されている。よって、マイクロレンズ２５４ａ，２５４ｂが隣り合う間の間隔は間隔Ｓとして同一であるので、配列ピッチの比較においても、第一領域５１０の配列ピッチｄ_１、ｄ_２は、第二領域の配列ピッチＤ_１，Ｄ_２よりも小さくなる。

ここで、マイクロレンズ２５４ａ，２５４ｂが隣り合う間の間隔Ｓで形成される領域は、図６の断面図に示すように、平坦に形成される非レンズ部となる非レンズ領域５３０である。そして、図７に示すように、マイクロレンズアレイ２５４に入射される光のうち、マイクロレンズ２５４ａ，２５４ｂに入射された光は拡散均一光として射出されるが、非レンズ領域５３０に入射される光は拡散光とされず、有効に使用されなくなる。そして、図５に示すように、非レンズ領域５３０の間隔Ｓは、マイクロレンズアレイ２５４の製法上、小さくするにも限界がある。

前述の通り、本実施の形態においては、第一領域５１０におけるマイクロレンズ２５４ａ間の間隔Ｓは、第二領域５２０におけるマイクロレンズ２５４ｂ間の間隔Ｓとして同一に形成されている。そして、第一領域５１０のマイクロレンズ２５４ａの大きさは、第二領域のマイクロレンズ２５４ｂよりも小さく形成される。よって、第一領域５１０の単位面積当たりの非レンズ領域５３０の面積は、第二領域５２０と比べて大きくなる。換言すれば、無効光となる領域の単位面積当たりの大きさは、第一領域５１０の方が第二領域５２０よりも大きくなる。

本実施の形態においては、レーザー光の入射予定範囲とする赤色入射範囲１２１Ｒ及び青色入射範囲３０１Ｂに第一領域５１０を形成した。そして、指向性が強く照射範囲の狭いレーザーダイオードからの射出光を効率よく拡散させるよう極小に形成したマイクロレンズ２５４ａを、第一領域５１０に形成した。第二領域５２０には、蛍光発光装置１００からの入射光を十分に拡散できるマイクロレンズ２５４ｂを配列した。そして、レーザーダイオードからの入射光は第一領域５１０に入射され、緑色光源装置８０からの入射光は、第一領域５１０及び第二領域５２０の両者に照射される。

すると、青色レーザーダイオード３０１及び赤色レーザーダイオード１２１の発光光は、第一領域５１０に入射されることで十分に分割されて拡散される。また、緑色光源装置８０の発光光は、第一領域５１０及び第二領域５２０により十分に分割されて拡散されるとともに、非レンズ領域５３０が少ない第二領域５２０により、高い光効率でマイクロレンズアレイ２５４から射出されることとなる。このように、第一光源及び第二光源からの射出光がマイクロレンズアレイ２５４に照射されるので、マイクロレンズアレイ２５４を透過した光を集光レンズ２５５で集めて表示素子５１に集光すれば、光効率が高く、十分な均一光とされた光を得ることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、適宜変更を加えて実施することができる。例えば、本実施の形態においては、マイクロレンズ２５４ａ，２５４ｂを平面視横長矩形に形成したが、円形等他の形状とすることもできる。もっとも、マイクロレンズの形状を表示素子５１の形状に合わせた横長矩形とすることが好ましい。また、本実施の形態においては、第一光源を二色光源装置４００として、赤色光源装置１２０及び青色光源装置３００により構成し、第二光源を緑色光源装置８０として構成したが、プロジェクタ１０の態様により、黄色波長帯域光など他の波長帯域光を射出する光源装置を有するプロジェクタ１０用の少なくとも赤色、緑色、青色の各波長帯域光を含む光源装置としての光源ユニット６０とすることもある。

以上の本発明の実施形態おいては、プロジェクタ１０には、複数のレーザーダイオードにより構成される第一光源である二色光源装置４００と、第二光源である緑色光源装置８０と、が備えられる。そして、第一光源及び第二光源からの射出光が入射されるマイクロレンズアレイ２５４が備えられている。マイクロレンズアレイ２５４は、第一領域５１０と、第一領域５１０のマイクロレンズ２５４ａの配列ピッチｄ_１、ｄ_２よりも大きい配列ピッチＤ_１、Ｄ_２としてマイクロレンズ２５４ｂを配列した第二領域５２０とにより構成した。そして、第一光源からの射出光は第一領域５１０に入射させ、第二光源からの射出光は第一領域５１０及び第二領域５２０に入射させるようにした。

これにより、レーザーダイオードを有する第一光源からの射出光は、第一領域５１０により十分に均一化させることができる。また、照射範囲がレーザーダイオードよりも広い第二光源からの射出光は、第一領域５１０でも第二領域５２０においても十分に均一化される。よって、本発明によれば、第一光源及び第二光源の射出光が十分に均一化されるマイクロレンズアレイ２５４において、従来のように、マイクロレンズアレイ２５４の有効面の全面について微小なマイクロレンズを配列した場合に比べて、第二光源からの蛍光発光光が無効光となる非レンズ領域を減少させることができるので、光源光の光利用効率を向上させることができる。

また、隣り合う第一領域５１０の間には、第二領域の一部が形成されるようにした。これにより、第一光源である青色光源装置３００及び赤色光源装置１２０の各色レーザーダイオードの配列に合わせて第一領域５１０を形成することができる。

また、第一光源である青色光源装置３００及び赤色光源装置１２０からの射出光の光軸と、第二光源である緑色光源装置８０からの射出光の光軸が交わる位置に、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光を透過させ、緑色波長帯域光を反射させて、青、赤、緑の各波長帯域光を同一方向に向けて射出するダイクロイックミラー１４１を配置した。

これにより、各波長帯域光の光路変更を一つのダイクロイックミラー１４１により行うことができるので、光学部品を削減することができ、プロジェクタ１０もコンパクトにして携帯しやすく形成することができる。

また、第一光源及び第二光源は、第一光源である二色光源装置４００からの射出光の光軸と、第二光源である緑色光源装置８０からの射出光の光軸が直交するように形成した。これにより、プロジェクタ１０内において、ダイクロイックミラー１４１のレイアウトがし易くなるとともに、マイクロレンズアレイ２５４等の他の光学機器もレイアウトし易くなる。

また、第一光源は、青色レーザーダイオード３０１及び赤色レーザーダイオード１２１を含み、第二光源の励起光源７１を青色レーザーダイオードとした。これにより、各光源の光源光を高輝度のレーザーダイオードとすることができるので、プロジェクタ１０に適した高輝度の光源ユニット６０として、発色が良く明るい投影光を投影可能なプロジェクタ１０を得ることができる。

また、マイクロレンズアレイ２５４のマイクロレンズ２５４ａ，２５４ｂを、平面視略矩形に形成されたマイクロレンズとした。これにより、平面視円形等のマイクロレンズに比べて、入射光が無効光となる非レンズ領域５３０をより少なくしたマイクロレンズアレイとすることができる。

また、プロジェクタ１０は、マイクロレンズアレイ２５４からの射出光を集光する集光レンズ２５５と、この集光レンズ２５５からの射出光が照射されて投影光を生成する表示素子５１と、この投影光を導光する投影光学系１６８と、制御手段と、を有するよう形成した。これにより、マイクロレンズアレイ２５４への入射光が無効光となる非レンズ領域５３０を低減し、光効率を向上させたプロジェクタ１０として、ＤＭＤ等の表示素子を用いて明るく色バランスの良い高画質の投影を可能とすることができる。

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］半導体発光素子を有する第一光源と、励起光源からの光が蛍光体層に照射されることにより蛍光発光光を射出する第二光源と、前記第一光源及び前記第二光源からの光を拡散させるマイクロレンズアレイと、を有し、前記マイクロレンズアレイは、複数の第一領域と、該第一領域よりもマイクロレンズの配列ピッチが広い第二領域を有し、前記第一光源からの光は前記第一領域に入射され、前記第二光源からの光は前記第一領域及び前記第二領域に入射されることを特徴とする光源装置。
［２］複数の前記第一領域の隣り合う前記第一領域間には、前記第二領域の一部が形成されていることを特徴とする前記［１］記載の光源装置。
［３］前記第一光源及び前記第二光源は、前記第一光源からの射出光の光軸と、前記第二光源からの射出光の光軸が交わるように設けられ、前記第一光源からの射出光を透過させ、前記第二光源からの射出光を反射させて両者を同一方向に向けて射出するダイクロイックミラーが、前記第一光源からの射出光の光軸と、前記第二光源からの射出光の光軸が交わる位置に配置されることを特徴とする前記［１］又は前記［２］記載の光源装置。
［４］前記第一光源及び前記第二光源は、前記第一光源からの射出光の光軸と、前記第二光源からの射出光の光軸が直交するように設けられたことを特徴とする前記［１］乃至前記［３］の何れか記載の光源装置。
［５］前記半導体発光素子は、青色レーザーダイオードと赤色レーザーダイオードを含み、前記励起光源は、青色レーザーダイオードを含むことを特徴とする前記［１］乃至前記［４］の何れか記載の光源装置。
［６］前記マイクロレンズは、平面視略矩形に形成されていることを特徴とする前記［１］乃至前記［５］の何れか記載の光源装置。
［７］前記［１］乃至前記［６］の何れか記載の光源装置と、前記マイクロレンズアレイの透過光を集光する集光レンズと、前記集光レンズからの射出光が照射されて投影光を生成する表示素子と、前記表示素子で生成された投影光を導光する投影光学系と、前記表示素子や前記光源装置の制御を行う制御手段と、を有することを特徴とするプロジェクタ。

１０プロジェクタ１１上ケース
１２正面板１３背面板
１４左側板１５右側板
１６下ケース１７排気孔
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ＲＡＭ２６表示駆動部
３１画像圧縮／伸長部３２メモリカード
３５受信部３６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７３コリメータレンズ
８０緑色光源装置８０Ｇ緑色入射範囲
８１ヒートシンク
１００蛍光発光装置
１０１蛍光ホイール１１０ホイールモータ
１１１集光レンズ群１２０赤色光源装置
１２１赤色レーザーダイオード１２１Ｒ赤色入射範囲
１２５コリメータレンズ１３０ヒートシンク
１３１ヒートシンク１４１ダイクロイックミラー
１６８投影光学系１７３光軸変換ミラー
１７４コンデンサレンズ１９１ヒートシンク
２２５レンズ鏡筒
２３５可動レンズ群２５４マイクロレンズアレイ
２５４ａマイクロレンズ２５４ｂマイクロレンズ
２５５集光レンズ２６１冷却ファン
３００青色光源装置３０１青色レーザーダイオード
３０１Ｂ青色入射範囲３０５コリメータレンズ
４００二色光源装置５１０第一領域
５２０第二領域５３０非レンズ領域

本発明の光源装置は、第一の波長帯域光を発光する第一光源と、前記第一の波長帯域光と異なる第二の波長帯域光を発光する第二光源と、前記第一光源及び前記第二光源からの光を拡散させるマイクロレンズアレイと、を有し、前記マイクロレンズアレイは、第一領域と、該第一領域よりもマイクロレンズの配列ピッチが広い第二領域を有し、前記第一光源からの光は前記第一領域に入射され、前記第二光源からの光は前記第一領域及び前記第二領域に入射されることを特徴とする。

Claims

半導体発光素子を有する第一光源と、
励起光源からの光が蛍光体層に照射されることにより蛍光発光光を射出する第二光源と、
前記第一光源及び前記第二光源からの光を拡散させるマイクロレンズアレイと、
を有し、
前記マイクロレンズアレイは、複数の第一領域と、該第一領域よりもマイクロレンズの配列ピッチが広い第二領域を有し、
前記第一光源からの光は前記第一領域に入射され、前記第二光源からの光は前記第一領域及び前記第二領域に入射されることを特徴とする光源装置。
複数の前記第一領域の隣り合う前記第一領域間には、前記第二領域の一部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
前記第一光源及び前記第二光源は、前記第一光源からの射出光の光軸と、前記第二光源からの射出光の光軸が交わるように設けられ、
前記第一光源からの射出光を透過させ、前記第二光源からの射出光を反射させて両者を同一方向に向けて射出するダイクロイックミラーが、前記第一光源からの射出光の光軸と、前記第二光源からの射出光の光軸が交わる位置に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光源装置。
前記第一光源及び前記第二光源は、前記第一光源からの射出光の光軸と、前記第二光源からの射出光の光軸が直交するように設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか記載の光源装置。
前記半導体発光素子は、青色レーザーダイオードと赤色レーザーダイオードとを含み、
前記励起光源は、青色レーザーダイオードを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか記載の光源装置。
前記マイクロレンズは、平面視略矩形に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか記載の光源装置。
請求項１乃至請求項６の何れか記載の光源装置と、
前記マイクロレンズアレイの透過光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズからの射出光が照射されて投影光を生成する表示素子と、
前記表示素子で生成された投影光を導光する投影光学系と、
前記表示素子や前記光源装置の制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とするプロジェクタ。