JP2019144530A

JP2019144530A - 光源装置及び投影装置

Info

Publication number: JP2019144530A
Application number: JP2018225183A
Authority: JP
Inventors: 小川　昌宏; Masahiro Ogawa; 昌宏小川
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2019-08-29

Abstract

【課題】明るい光源光を出射する光源装置及び投影装置を提供すること。【解決手段】光源装置６０は、第１波長帯域光（青色波長帯域光）を出射する第１光源（青色レーザダイオード７１）と、第１波長帯域光よりも必要光量が小さい第２波長帯域光（赤色波長帯域光）を出射する第２光源（発光ダイオード１２１）と、第２波長帯域光を第１波長帯域光よりも短い光路で導光して第１波長帯域光及び第２波長帯域光を合成する導光光学系１４０と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置及び投影装置に関する。

今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像等、さらにメモリカード等に記憶されている画像等をスクリーン等に投影する画像投影装置として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、光源から射出された光をＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）や液晶板などの表示素子に集光させ、スクリーン上にカラー画像を表示する。

特許文献１には、発光板、第一光源及び第二光源を備える光源装置が開示されている。発光板には、励起光を受けて所定の波長帯域光を出射する蛍光体層が形成される。蛍光体層が出射する光は緑色波長帯域の光である。第一光源は青色の波長帯域の光を励起光として出射するレーザ発光器である。第一光源はその励起光を蛍光板の蛍光体層及び透過部に照射する。第二光源は、蛍光光の波長帯域や励起光の波長帯域とは異なる波長帯域の光として赤色の波長帯域光を発する発光ダイオードである。

特開２０１１−１３３２０号公報

特許文献１の光源装置においては、第一光源が射出する指向性が大きいレーザ光（青色波長帯域光）、レーザ光により励起されて蛍光体層から出射される蛍光光（緑色波長帯域光）、レーザ光よりも指向性が低い発光ダイオードから出射される赤色波長帯域光を用いている。この際、所定の白色度（ホワイトバランス）を得るために必要な青色、緑色、赤色の各波長帯域光の光量の比率（割合）である必要光量比を維持する必要がある。しかし、この光源装置では、赤色波長帯域光と緑色波長帯域光とは、通過する集光レンズ、ダイクロイックミラー及び反射ミラー等の光学部材の数や光路長が略同じであるため、光学部材における損失により赤色波長帯域光の方が緑色波長帯域光よりも光源光として輝度を確保することが困難な場合がある。そのため、各色の光量バランスを考慮すると投影装置が投影する画像の全体が暗くなったり、無理に明るくしようとすると、赤色波長帯域光の光量が不足して光量バランスが悪くなる等の課題がある。

本発明は、以上の点に鑑み、明るい光源光を出射する光源装置及び投影装置を提供する
ことを目的とする。

本発明に係る光源装置は、複数の光源を用いて、所定の合成光を出射する光源装置において、第１波長帯域光を出射する第１光源と、前記第１波長帯域光を励起光として蛍光光である第３波長帯域光を出射する第３光源と、前記第３波長帯域光と波長帯域が異なる第２波長帯域光を出射する第２光源と、前記第１波長帯域光と前記第３波長帯域光とを合成する第１合成部材と、前記第１合成部材で合成した合成光と前記第２波長帯域光を合成する第２合成部材と、を備え、前記第２合成部材で合成した合成光を導光装置に入射することを特徴とする。

また、本発明に係る光源装置は、第１波長帯域光を出射する第１光源と、前記第１波長帯域光を励起光として第３波長帯域光を出射する第３光源と、前記第１波長帯域光と同色の波長帯域光を出射する第４光源と、前記第３波長帯域光と波長帯域が異なる第２波長帯域光を出射する第２光源と、前記第３波長帯域光と前記第４光源から出射された光とを合成する第１合成部材と、前記第１合成部材で合成した合成光と前記第２波長帯域光を合成する第２合成部材と、を備え、前記第２合成部材で合成した合成光を導光装置に入射することを特徴とする。

本発明に係る投影装置は、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光学系と、前記表示素子と前記光源装置を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、明るい光源光を出射する光源装置及び投影装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る投影装置を示す外観斜視図である。本発明の実施形態に係る投影装置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。本発明の実施形態に係る青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光の光度比率と光線角度との関係を示す図である。本発明の実施形態に係る蛍光体ホイールを示す図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。図１は、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に対しての前後方向を示す。

投影装置１０の筐体は、図１に示すように、略直方体形状である。正面板１２、背面板１３、左側板１４及び右側板１５からなる側面板と、上面板１１と下面板１６とにより形成されている。投影装置１０は、正面板１２の左側方に投影部を有する。さらに、正面板１２には、複数の吸排気孔１７が設けられている。また、投影装置１０は、図示はしないが、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。

上面板１１には、キー／インジケータ部３７が設けられる。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、光源装置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。

背面板１３には、図示しない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１３には、複数の吸気孔が形成されている。

次に、投影装置１０の投影装置制御部について図２の機能ブロック図を用いて述べる。投影装置制御部は、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等を構える。

この制御部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、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、この投影装置制御部により、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。投影装置１０は、光源装置６０から出射された光線束を、後述の光源側光学系１７０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（画像光）を形成し、投影光学系２２０を介して図示しないスクリーンに画像を投影表示させる。なお、この投影光学系２２０の可動レンズ群は、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。

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、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に出力する。画像圧縮／伸長部３１は、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。

キー／インジケータ部３７は、筐体の上面板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に送出される。Ｉｒ受信部３５で受信されたリモートコントローラからのキー操作信号は、Ｉｒ処理部３６で復調されて制御部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、光源制御部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の赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光を発光させる個別の制御を行う。

また、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、そ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る。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投影装置１０本体の電源をオフにする等の制御も行う。

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、略中央部分に光源装置６０を、光源装置６０の左側板側に投影光学系２２０を備える。投影光学系２２０と背面板１３との間には、表示素子５１が配置されている。本実施形態の表示素子５１はＤＭＤである。また、投影装置１０は、光源装置６０と正面板１２との間に主制御回路基板２４１を備え、投影光学系２２０と左側板１４との間に電源制御回路基板２４２を備える。

光源装置６０と右側板１５との間には、背面板１３側から順に、電源コネクタ５７、ヒートシンク１９０が配置される。後述する励起光照射装置７０及び蛍光体ホイール１０１で発生する熱をヒートシンク１９０へ導くヒートパイプ１３０、冷却ファン２６１を備えている。

光源装置６０は、励起光照射装置７０、緑色光源装置８０及び赤色光源装置１２０を備える。励起光照射装置７０は、投影装置１０の中央近傍に配置される。緑色光源装置８０は、励起光照射装置７０と蛍光ホイール装置１００により形成される。赤色光源装置１２０は、導光光学系１４０側に配置される。

励起光照射装置７０は、光軸が左側板１４及び右側板１５と略平行となるように配置された半導体発光素子である複数の青色レーザダイオード７１（第１光源）と、青色レーザダイオード７１の光軸上に配置されたコリメータレンズ７３とを備える。青色レーザダイオード７１から出射される青色波長帯域光（第１波長帯域光）はコリメータレンズ７３により所定の拡散範囲に制限された光束となる。青色レーザダイオード７１はヒートシンク１９０によって冷却される。

ここで、図４は、青色波長帯域光Ｌｂ、緑色波長帯域光Ｌｇ及び赤色波長帯域光Ｌｒの光度比率と光線角度との関係を示す図である。青色レーザダイオード７１から出射される青色波長帯域光Ｌｂは、青色レーザダイオード７１からの出射光であるため光線角度が比較的小さく高い指向性を有する。

図３に戻り、蛍光ホイール装置１００は、蛍光体ホイール１０１（第３光源）と集光レンズ群１１７と、集光レンズ１１５とを備える。集光レンズ群１１７と集光レンズ１１５は、蛍光体ホイール１０１を挟むように配置される。蛍光体ホイール１０１は、円盤状の平板であり、右側板１５及び左側板１４と略平行に配置される。

図５は、蛍光体ホイール１０１を模式的に示した図である。蛍光体ホイール１０１は表面が鏡面加工された円盤状の基材１０２を有する。基材１０２上には、蛍光体ホイール１０１は、青色波長帯域光により励起されて緑色波長帯域光（第３波長帯域光）として蛍光光を出射する蛍光発光領域１０３と、青色波長帯域光を透過する透過領域１０４の２つのセグメントを周方向に並設している。図４に示すように蛍光光として出射される緑色波長帯域光Ｌｇは、青色波長帯域光Ｌｂよりも光線角度が広い拡散光である。そのため、緑色波長帯域光Ｌｇは、青色波長帯域光Ｌｂと比較して必要光量が小さい。蛍光発光領域１０３は、耐熱性及び透光性の高いシリコン樹脂等のバインダと、このバインダに均一に分散した緑色蛍光体とから形成される。蛍光体ホイール１０１は、光源制御回路４１により制御されたモータ１１０により、モータ軸１１１に支持されて回転駆動する。

蛍光発光領域１０３は、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を励起光とし、緑色波長帯域の蛍光光を励起光の入射面から出射する。

図３に戻り、赤色光源装置１２０は、光軸が右側板１５及び左側板１４と略平行の赤色光源１２１（第２光源）と、赤色光源１２１の光軸上に配置された集光レンズ群１２５とを備える。赤色光源１２１は赤色発光ダイオードである。そのため、本実施形態の光源装置６０は、レーザダイオード（青色レーザダイオード７１）及び発光ダイオード（赤色光源１２１）を含むハイブリッド方式である。赤色光源１２１は、赤色波長帯域光（第２波長帯域光）を出射する。図４に示すように発光ダイオードから出射される赤色波長帯域光Ｌｒは、緑色波長帯域光Ｌｇと略同様に、青色波長帯域光Ｌｂよりも光線角度が広い拡散光である。緑色波長帯域光Ｌｇは、レーザ光である青色波長帯域光Ｌｂにより励起されるため、赤色波長帯域光Ｌｒは、緑色波長帯域光Ｌｇと比較して必要光量が小さい。図３で、赤色波長帯域光は、集光レンズ群１２５により所定の拡散範囲に出射角度が制御されている。また、赤色光源１２１はヒートシンク１９０によって冷却される。

導光光学系１４０は、複数のダイクロイックミラー（第１ダイクロイックミラー１４１，第２ダイクロイックミラー１４５）と、複数の反射ミラー（第１反射ミラー１４２，第２反射ミラー１４３，第３反射ミラー１４４）と、複数の集光レンズ１４６，１４７，１４８と、により構成される。

第１ダイクロイックミラー（第１合成部材）１４１は、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光の光軸上であり、且つ、蛍光ホイール装置１００から出射される緑色波長帯域光の光軸上に配置される。第１ダイクロイックミラー１４１は、ガラス基板の励起光照射装置７０側である一方側がダイクロイックコートになっている。一方側と反対側の他方側は、光の反射や映り込みを防止するためＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングされている。第１ダイクロイックミラー１４１の一方側のダイクロコートにより青色波長帯域光を蛍光ホイール装置１００側へ反射するとともに、蛍光ホイール装置１００から出射された緑色波長帯域光を第２ダイクロイックミラー１４５側へ透過する。

第１反射ミラー１４２は、蛍光ホイール装置１００の右側板１５側に配置される。第１反射ミラー１４２は、蛍光ホイール装置１００から出射される青色波長帯域光の光軸上に配置されており、入射した青色波長帯域光を第２反射ミラー１４３側へ反射する。

第２反射ミラー１４３は、第１反射ミラー１４２の背面板１３側に配置される。また、第１反射ミラー１４２と第２反射ミラー１４３との間には、集光レンズ１４６が配置される。第２反射ミラー１４３は、第１反射ミラー１４２で反射されて集光レンズ１４６で集光された青色波長帯域光を、第３反射ミラー１４４側へ反射する。

第３反射ミラー１４４は、第２反射ミラー１４３の左側板１４側へ配置される。また、第２反射ミラー１４３と第３反射ミラー１４４との間には、集光レンズ１４７が配置される。第３反射ミラー１４４は、第２反射ミラー１４３で反射されて集光レンズ１４７で集光された青色波長帯域光を、第１ダイクロイックミラー１４１側へ反射する。

第３反射ミラー１４４と第１ダイクロイックミラー１４１との間には、集光レンズ１４８が配置される。第１ダイクロイックミラー１４１は、第３反射ミラー１４４で反射されて集光レンズ１４８で集光された青色波長帯域光を、ダイクロイックコートにより、第２ダイクロイックミラー１４５側へ反射する。

第２ダイクロイックミラー（第２合成部材）１４５は、第１ダイクロイックミラー１４１から出射される青色波長帯域光及び緑色波長帯域光の光軸上であり、且つ、赤色光源装置１２０から出射される赤色波長帯域光の光軸上に配置される。第２ダイクロイックミラー１４５は、青色波長帯域光及び緑色波長帯域光を透過し、赤色波長帯域光を反射する。そのため、第２ダイクロイックミラー１４５は、第１ダイクロイックミラー１４１から出射された青色波長帯域光及び緑色波長帯域光を透過して、光源側光学系１７０の集光レンズ１７３へ導光する。また、第２ダイクロイックミラー１４５は、赤色光源装置１２０から出射された赤色波長帯域光を反射して、集光レンズ１７３へ導光する。したがって、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光は、導光光学系１４０により合成されて、光源側光学系１７０へ導光される。このように、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光の順で、反射又は透過する第１ダイクロイックミラー１４１、第２ダイクロイックミラー１４５、複数の反射ミラー１４２，１４３，１４４、集光レンズ１４６，１４７，１４８，１１５（集光レンズ群１１７，１２５を含む）の総数を少なくし、各光が合成されるまでの光路長も短くしている。

光源側光学系１７０は、集光レンズ１７３，１７８，１７９、ライトトンネル（導光装置）１７５、照射ミラー１８５、コンデンサレンズ１９５を有する。なお、コンデンサレンズ１９５は、投影光学系２２０の一部でもある。

光源側光学系１７０に導光された青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光の各光は、集光レンズ１７３により集光されて、ライトトンネル１７５に入射する。ライトトンネル１７５に入射した光は、均一な面密度の光に調整され集光レンズ１７８，１７９で集光される。集光レンズ１７９で集光された光は、照射ミラー１８５で反射して表示素子５１側へ導光される。照射ミラー１８５で反射した光は、コンデンサレンズ１９５を介して表示素子５１へ照射される。

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、投影光として投影光学系２２０に出射される。投影光学系２２０は、コンデンサレンズ１９５、レンズ鏡筒２２５内の固定レンズや駆動レンズにより形成される。表示素子５１から出射された投影光は、投影光学系２２０を介してスクリーンに投影される。

このように投影装置１０を構成することで、蛍光体ホイール１０１を回転させると共に励起光照射装置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、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色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、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。

(変形例１)
次に変形例１を示す。先に示した実施形態において、青色波長帯域光Ｌｂ（第１波長帯域光）は、第１ダイクロイックミラー１４１（第１合成部材）の一方から入射され、第１ダイクロイックミラー１４１で反射された後、第１ダイクロイックミラー１４１の一方とは異なる他方から再度入射され、第１ダイクロイックミラー１４１で反射される、とした。しかし、第１ダイクロイックミラー１４１は、第１波長帯域光を反射する構成に限らない。第１ダイクロイックミラーが、第１波長帯域光を透過する構成であっても良い。

具体的な構成を以下に示す。第１波長帯域光は、第１ダイクロイックミラーの一方から入射され、第１ダイクロイックミラーを透過した後、第１ダイクロイックミラーの一方と異なる他方から再度入射され、第１ダイクロイックミラーを透過する。この場合、青色波長帯域光（第１波長帯域光）は、第１ダイクロイックミラーを透過した後。蛍光体ホイールの透過領域を透過し、複数の反射ミラーによって再び第１ダイクロイックミラーへ導光される。第１ダイクロイックミラーは、第１波長帯域光を透過すると共に緑色波長帯域光（第３波長帯域光）を反射する。また、第２ダイクロイックミラー（第２合成部材）は、第１波長帯域光と第１ダイクロイックミラーで反射された緑色波長帯域光（第３波長帯域光）とを透過させ、赤色波長帯域光（第２波長帯域光）を反射させる。

以上、光源装置６０及び投影装置１０について説明したが、本実施形態の発明は上記に示した実施形態に限らない。例えば、図３では、第１ダイクロイックミラー１４１は、ガラス基板の一方側にダイクロイックコートが形成された板状のミラーとして示したが、一つの部材で青色波長帯域光の分光及び合成することができれば、他の立体形状の部材としてもよい。

また、導光光学系１４０に配置される反射ミラー１４２，１４３，１４４や集光レンズ１４６，１４７，１４８は、第１ダイクロイックミラー１４１と蛍光体ホイール１０１で一度緑色波長帯域光と分離して導光された青色波長帯域光を、緑色波長帯域光と合成するために再度第１ダイクロイックミラー１４１に導光可能であれば、適宜の配置や数に変更することができる。例えば、蛍光ホイール装置１００を透過した青色波長帯域光を、第１反射ミラー１４２及び第３反射ミラー１４４により光軸を変換させて、第２反射ミラー１４３を介さずに第１ダイクロイックミラー１４１に入射させてもよい。

また、蛍光体ホイール１０１には、蛍光発光領域１０３として緑色波長帯域光を出射する領域と、黄色波長帯域光を出射する領域が同方向に並設して設けられていてもよい。これにより、光源装置６０は、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光により励起された黄色波長帯域光を、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光と共に時分割して出射させることができ、投影装置１０から高輝度の画像を表示させるための光源として利用することができる。

(変形例２)
次に変形例２を示す。先に示した実施形態において、青色レーザダイオード７１は、蛍光体ホイール（第３光源）１０１に形成された蛍光発光領域１０３を励起して蛍光光を発光させるための励起光としての役割を果たすと共に、青色レーザダイオード７１から出射される光を青色光として使用する構成とした。しかし、この変形例においては、青色レーザダイオード７１は、蛍光体ホイール（第３光源）１０１に形成された蛍光発光領域１０３を励起して蛍光光を発光させるための励起光としての役割のみを果たす構成とする。この場合、蛍光体ホイール（第３光源）１０１に形成された蛍光発光領域１０３は、３６０度である全周に形成されている。

投影光として利用する青色波長帯域光として、青色レーザダイオード７１を用いないため、第１ダイクロイックミラー１４１を基準にして青色レーザダイオード７１と対向する位置に、青色光（第１波長帯域光と同色の波長帯域光）を出射する発光ダイオード（第４光源）を設ける。なお、青色レーザダイオード７１でなくても励起光源であれば良く、例えば紫外レーザダイオードを用いても良い。この構成により、第２反射ミラー１４３、第３反射ミラー１４４が不要となるため、構成を簡略化し、装置全体の小型化を図ることができる。

以上、本実施形態の光源装置６０及び投影装置１０は、第１波長帯域光（青色波長帯域光）を出射する第１光源（青色レーザダイオード７１）と、第１波長帯域光よりも必要光量が小さい第２波長帯域光（赤色波長帯域光）を出射する第２光源（発光ダイオード）と、第２波長帯域光を第１波長帯域光よりも短い光路で導光して第１波長帯域光及び第２波長帯域光を合成する導光光学系１４０と、を備える。

赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光の必要光量が小さい順に、光路を短くしたため、光源装置６０内において必要光量が小さい光の損失を低減することができ、投影光全体として明るい画像を表示させることができる。また、光源の数を増加させなくても明るさを改善することができるため、明るい光源光を出射しながら小型化が可能な光源装置６０及び投影装置１０とすることができる。

また、光源装置６０は、第１波長帯域光よりも必要光量が小さく、第２波長帯域光よりも必要光量が大きい第３波長帯域光（緑色波長帯域光）を出射する第３光源（蛍光体ホイール１０１）を備え、導光光学系１４０は第３波長帯域光を第１波長帯域光よりも短く第２波長帯域光よりも長い光路で導光して第１波長帯域光及び第２波長帯域光と合成する。これにより、光源装置６０が出射する複数種類の光について、優先して必要光量が小さい光の損失を低減させることができ、明るい光源光を出射させることができる。このように本願では、白色度（ホワイトバランス）を確保するために必要なＲＧＢの各光量の比率（割合）、即ち必要光量比を維持するため、導光装置から赤色光源の距離を、導光装置から他の光源の距離に対して最も短くし、赤色の光量の損失を抑制している。言い換えれば、光路上に配置されるダイクロイックミラー等の光学素子の表面反射や透過ロスを減少させることができる。

また、本実施形態の光源装置６０では、第１光源がレーザダイオードであり、第２光源が発光ダイオードであり、第３光源が第３波長帯域光として蛍光光を出射する蛍光発光領域１０３と、第１波長帯域光を透過する透過領域１０４とを、周方向に並設した回転する蛍光体ホイール１０１である。これにより、少ない自己発光素子を利用して、高輝度の光源装置６０を構成することができる。

また、第１波長帯域光を反射／透過すると共に第３波長帯域光を透過／反射する第１ダイクロイックミラー１４１と、第１波長帯域光を第１ダイクロイックミラー１４１の他方側へ導光する複数の反射ミラー１４２，１４３，１４４と、第１波長帯域光と第３波長帯域光とを透過させ、第２波長帯域光を反射させて、第１波長帯域光、第２波長帯域光及び第３波長帯域光を合成する第２ダイクロイックミラー１４５と、を備える光源装置６０は、少ない光学部材を用いて各光の光路上の損失を低減することができる。

また、第１波長帯域光、第３波長帯域光及び第２波長帯域光の順で反射又は透過する第１ダイクロイックミラー１４１、第２ダイクロイックミラー１４５及び複数の反射ミラー１４２，１４３，１４４の総数を少なくした光源装置６０は、必要光量が小さい光の合成前における損失を低減することができる。

また、第１波長帯域光が青色波長帯域光であり、第２波長帯域光が赤色波長帯域光であり、第３波長帯域光が緑色波長帯域光である光源装置６０は、カラー画像を投影するための光源として使用することができる。

また、ダイクロイックミラーの分光特性は、一般に、特定の波長の光のすべてを透過させたり反射させたりすることは難しい。従って、励起光照射装置からの出射光がダイクロイックミラーを透過／反射する際に、この出射光の一部の光がかにダイクロイックミラーにより反射／透過して、赤色光源装置を照射することがある。しかし、本実施形態の構成では、青色レーザダイオード（第１光源）７１の光を反射する第１ダイクロイックミラー１４１の反対側に赤色光源（第２光源）１２１は存在しないため、赤色光源（第２光源）１２１に励起光の一部が照射されることはない。従って、投影装置を長時間使用した場合であっても、赤色光源装置１２０の光学装置の耐用年数が短縮してしまう等の影響が生じることはない。よって、ガラス製の非球面レンズの代わりに、励起光の照射により劣化の影響を受け易い樹脂の非球面プラスチックレンズを用いることが可能となる。

なお、本実施形態においては、導光装置としてライトトンネル１７５を用いたが、この構成に限らない。導光装置として、ガラスロッド、マイクロレンズアレイを用いても良い。

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］複数の光源を用いて、所定の合成光を出射する光源装置において、
第１波長帯域光を出射する第１光源と、
前記第１波長帯域光を励起光として蛍光光である第３波長帯域光を出射する第３光源と、
前記第３波長帯域光と波長帯域が異なる第２波長帯域光を出射する第２光源と、
前記第１波長帯域光と前記第３波長帯域光とを合成する第１合成部材と、
前記第１合成部材で合成した合成光と前記第２波長帯域光を合成する第２合成部材と、
を備え、
前記第２合成部材で合成した合成光を導光装置に入射することを特徴とする光源装置。
［２］前記導光装置から前記第２光源の光路の距離は、ホワイトバランスを確保するために必要な前記第１波長帯域光乃至前記第３波長帯域光の各光量の比率である必要光量比を維持するため、前記導光装置から前記第３光源の光路の距離よりも短く、前記導光装置から前記第３光源の光路の距離は、前記導光装置から前記第１光源の光路の距離よりも短い、
ことを特徴とする前記［１］に記載の光源装置。
［３］前記第１波長帯域光は、前記第１合成部材の一方から入射され、前記第１合成部材で反射された後、前記第１合成部材の前記一方とは異なる他方から再度入射され、前記第１合成部材で反射される、
ことを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の光源装置。
［４］前記第１波長帯域光は、前記第１合成部材の一方から入射され、前記第１合成部材を透過した後、前記第１合成部材の前記一方とは異なる他方から再度入射され、前記第１合成部材を透過する、
ことを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の光源装置。
［５］前記第１光源はレーザダイオードであり、
前記第２光源は発光ダイオードであり、
前記第３光源は前記第１波長帯域光により励起されて前記第３波長帯域光として蛍光光を出射する蛍光発光領域と、前記第１波長帯域光を透過する透過領域とが、周方向に並設されて回転する蛍光体ホイールである、
ことを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の光源装置。
［６］前記第１合成部材で反射して前記透過領域を透過した前記第１波長帯域光を、前記第１合成部材へ導光する複数の反射ミラーを備え、
前記第１合成部材は、前記第１波長帯域光を反射すると共に前記第３波長帯域光を透過し、
前記第２合成部材は、前記第１波長帯域光と前記第１合成部材を透過した前記第３波長帯域光とを透過させ、前記第２波長帯域光を反射させる、
ことを特徴とする前記［５］に記載の光源装置。
［７］前記第１合成部材を透過して前記透過領域を透過した前記第１波長帯域光を、前記第１合成部材へ導光する複数の反射ミラーを備え、
前記第１合成部材は、前記第１波長帯域光を透過すると共に前記第３波長帯域光を反射し、
前記第２合成部材は、前記第１波長帯域光と前記第１合成部材を反射した前記第３波長帯域光とを透過させ、前記第２波長帯域光を反射させる、
ことを特徴とする前記［５］に記載の光源装置。
［８］前記第１乃至第３波長帯域光が、反射又は透過する前記第１合成部材、前記第２合成部材及び前記複数の反射ミラーの総数は、前記第１波長帯域光が最も多く、次に前記第３波長帯域光が多く、前記第２波長帯域光が最も少ないことを特徴とする前記［６］又は前記［７］に記載の光源装置。
［９］第１波長帯域光を出射する第１光源と、
前記第１波長帯域光を励起光として第３波長帯域光を出射する第３光源と、
前記第１波長帯域光と同色の波長帯域光を出射する第４光源と、
前記第３波長帯域光と波長帯域が異なる第２波長帯域光を出射する第２光源と、
前記第３波長帯域光と前記第４光源から出射された光とを合成する第１合成部材と、
前記第１合成部材で合成した合成光と前記第２波長帯域光を合成する第２合成部材と、
を備え、
前記第２合成部材で合成した合成光を導光装置に入射することを特徴とする光源装置。
［１０］前記第１光源は、前記第１合成部材の一方側に配置され、
前記第４光源は、前記第１合成部材を基準として、前記第１光源と対向する前記第１合成部材の他方側に配置される、
ことを特徴とする前記［９］に記載の光源装置。
［１１］前記導光装置から前記第２光源の光路の距離は、ホワイトバランスを確保するために必要な前記第１波長帯域光乃至前記第３波長帯域光の各光量の比率である必要光量比を維持するため、前記導光装置から前記第３光源の光路の距離よりも短く、前記導光装置から前記第３光源の光路の距離は、前記導光装置から前記第１光源の光路の距離よりも短い、
ことを特徴とする前記［９］又は前記［１０］に記載の光源装置。
［１２］前記第１波長帯域光は青色波長帯域光であり、
前記第２波長帯域光は赤色波長帯域光であり、
前記第３波長帯域光は緑色波長帯域光である、
ことを特徴とする前記［１］乃至前記［１１］の何れかに記載の光源装置。
［１３］前記第２光源の出射側に配置されるレンズは、非球面のプラスチックレンズである、
ことを特徴とする前記［１］乃至前記［１２］の何れかに記載の光源装置。
［１４］前記［１］乃至前記［１３］の何れかに記載の光源装置と、
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光学系と、
前記表示素子と前記光源装置を制御する制御部と、
を有することを特徴とする投影装置。

１０投影装置１１上面板
１２正面板１３背面板
１４左側板１５右側板
１６下面板１７吸排気孔
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
３５Ｉｒ受信部３６Ｉｒ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
５７電源コネクタ６０光源装置
７０励起光照射装置
７１青色レーザダイオード（第１光源）
７３コリメータレンズ８０緑色光源装置
１００蛍光ホイール装置１０１蛍光体ホイール（第３光源）
１０２基材１０３蛍光発光領域
１０４透過領域１１０モータ
１１１モータ軸１１５集光レンズ
１１７集光レンズ群
１２０赤色光源装置１２１赤色光源（第２光源）
１２５集光レンズ群１３０ヒートパイプ
１４０導光光学系
１４１第１ダイクロイックミラー（第１合成部材）
１４２第１反射ミラー１４３第２反射ミラー
１４４第３反射ミラー
１４５第２ダイクロイックミラー（第２合成部材）
１４６集光レンズ１４７集光レンズ
１４８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（導光装置）
１７８集光レンズ１７９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２２０投影光学系
２２５レンズ鏡筒２４１主制御回路基板
２４２電源制御回路基板２６１冷却ファン
Ｌｂ青色波長帯域光（第１波長帯域光）
Ｌｇ緑色波長帯域光（第３波長帯域光）
Ｌｒ赤色波長帯域光（第２波長帯域光）

特許文献１には、発光板、第一光源及び第二光源を備える光源装置が開示されている。発光板には、励起光を受けて所定の波長帯域光を出射する蛍光体層が形成される。蛍光体層が出射する光は緑色波長帯域の光である。第一光源は青色の波長帯域の光を励起光として出射するレーザ発光器である。第一光源はその励起光を発光板の蛍光体層及び透過部に照射する。第二光源は、蛍光光の波長帯域や励起光の波長帯域とは異なる波長帯域の光として赤色の波長帯域光を発する発光ダイオードである。

具体的な構成を以下に示す。第１波長帯域光は、第１ダイクロイックミラーの一方から入射され、第１ダイクロイックミラーを透過した後、第１ダイクロイックミラーの一方と異なる他方から再度入射され、第１ダイクロイックミラーを透過する。この場合、青色波長帯域光（第１波長帯域光）は、第１ダイクロイックミラーを透過した後、蛍光体ホイールの透過領域を透過し、複数の反射ミラーによって再び第１ダイクロイックミラーへ導光される。第１ダイクロイックミラーは、第１波長帯域光を透過すると共に緑色波長帯域光（第３波長帯域光）を反射する。また、第２ダイクロイックミラー（第２合成部材）は、第１波長帯域光と第１ダイクロイックミラーで反射された緑色波長帯域光（第３波長帯域光）とを透過させ、赤色波長帯域光（第２波長帯域光）を反射させる。

Claims

複数の光源を用いて、所定の合成光を出射する光源装置において、
第１波長帯域光を出射する第１光源と、
前記第１波長帯域光を励起光として蛍光光である第３波長帯域光を出射する第３光源と、
前記第３波長帯域光と波長帯域が異なる第２波長帯域光を出射する第２光源と、
前記第１波長帯域光と前記第３波長帯域光とを合成する第１合成部材と、
前記第１合成部材で合成した合成光と前記第２波長帯域光を合成する第２合成部材と、
を備え、
前記第２合成部材で合成した合成光を導光装置に入射することを特徴とする光源装置。
前記導光装置から前記第２光源の光路の距離は、ホワイトバランスを確保するために必要な前記第１波長帯域光乃至前記第３波長帯域光の各光量の比率である必要光量比を維持するため、前記導光装置から前記第３光源の光路の距離よりも短く、前記導光装置から前記第３光源の光路の距離は、前記導光装置から前記第１光源の光路の距離よりも短い、
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記第１波長帯域光は、前記第１合成部材の一方から入射され、前記第１合成部材で反射された後、前記第１合成部材の前記一方とは異なる他方から再度入射され、前記第１合成部材で反射される、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
前記第１波長帯域光は、前記第１合成部材の一方から入射され、前記第１合成部材を透過した後、前記第１合成部材の前記一方とは異なる他方から再度入射され、前記第１合成部材を透過する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
前記第１光源はレーザダイオードであり、
前記第２光源は発光ダイオードであり、
前記第３光源は前記第１波長帯域光により励起されて前記第３波長帯域光として蛍光光を出射する蛍光発光領域と、前記第１波長帯域光を透過する透過領域とが、周方向に並設されて回転する蛍光体ホイールである、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
前記第１合成部材で反射して前記透過領域を透過した前記第１波長帯域光を、前記第１合成部材へ導光する複数の反射ミラーを備え、
前記第１合成部材は、前記第１波長帯域光を反射すると共に前記第３波長帯域光を透過し、
前記第２合成部材は、前記第１波長帯域光と前記第１合成部材を透過した前記第３波長帯域光とを透過させ、前記第２波長帯域光を反射させる、
ことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
前記第１合成部材を透過して前記透過領域を透過した前記第１波長帯域光を、前記第１合成部材へ導光する複数の反射ミラーを備え、
前記第１合成部材は、前記第１波長帯域光を透過すると共に前記第３波長帯域光を反射し、
前記第２合成部材は、前記第１波長帯域光と前記第１合成部材を反射した前記第３波長帯域光とを透過させ、前記第２波長帯域光を反射させる、
ことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
前記第１乃至第３波長帯域光が、反射又は透過する前記第１合成部材、前記第２合成部材及び前記複数の反射ミラーの総数は、前記第１波長帯域光が最も多く、次に前記第３波長帯域光が多く、前記第２波長帯域光が最も少ないことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の光源装置。
第１波長帯域光を出射する第１光源と、
前記第１波長帯域光を励起光として第３波長帯域光を出射する第３光源と、
前記第１波長帯域光と同色の波長帯域光を出射する第４光源と、
前記第３波長帯域光と波長帯域が異なる第２波長帯域光を出射する第２光源と、
前記第３波長帯域光と前記第４光源から出射された光とを合成する第１合成部材と、
前記第１合成部材で合成した合成光と前記第２波長帯域光を合成する第２合成部材と、
を備え、
前記第２合成部材で合成した合成光を導光装置に入射することを特徴とする光源装置。
前記第１光源は、前記第１合成部材の一方側に配置され、
前記第４光源は、前記第１合成部材を基準として、前記第１光源と対向する前記第１合成部材の他方側に配置される、
ことを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
前記導光装置から前記第２光源の光路の距離は、ホワイトバランスを確保するために必要な前記第１波長帯域光乃至前記第３波長帯域光の各光量の比率である必要光量比を維持するため、前記導光装置から前記第３光源の光路の距離よりも短く、前記導光装置から前記第３光源の光路の距離は、前記導光装置から前記第１光源の光路の距離よりも短い、
ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の光源装置。
前記第１波長帯域光は青色波長帯域光であり、
前記第２波長帯域光は赤色波長帯域光であり、
前記第３波長帯域光は緑色波長帯域光である、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の光源装置。
前記第２光源の出射側に配置されるレンズは、非球面のプラスチックレンズである、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れかに記載の光源装置。
請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の光源装置と、
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光学系と、
前記表示素子と前記光源装置を制御する制御部と、
を有することを特徴とする投影装置。