JP2019168651A - 光源装置及び投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で色再現性の良い光源装置及び投影装置を提供すること。【解決手段】光源装置は、第１波長帯域光を出射する発光素子と、第１波長帯域光を蛍光光に変換する蛍光発光領域３１０と、第１波長帯域光を反射する反射領域３２０とが、周方向に並設される蛍光ホイール１０１と、第１波長帯域光の第１偏光方向の成分を反射し、当該第１偏光方向と直交する第２偏光方向の成分を透過するミラーと、発光素子と蛍光ホイールの動作を制御する制御部と、を備える。反射領域３２０は反射面１０２ａと光学軸Ａｏを有する偏光変換層とを有し、入射した第１偏光方向または第２偏光方向のどちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換する。また、蛍光ホイール１０１における第１波長帯域光の照射位置Ｐにおいて、第１波長帯域光の偏光方向に対して偏光変換層の光学軸Ａｏが略４５度傾斜している。【選択図】 図４

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等をスクリーンに投影する画像投影装置として、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）や液晶板等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させる。

例えば、特許文献１には、励起光源と、蛍光体層が設けられるホイールと、ホイールと励起光源との間に設けられたダイクロイックミラーと、ホイールとダイクロイックミラーとの間に設けられて励起光の偏光方向を変える偏光変換素子と、を備えた光源装置が開示されている。ダイクロイックミラーは、励起光源からの励起光を透過してそのホイールへ導光すると共に、ホイールによって反射された光を反射して、照明光学系へ導光する。また、蛍光体層は赤色及び緑色の波長帯域の光を発することが開示されている。

特開２０１２−２１２１２９号公報

特許文献１の画像表示装置においては、蛍光体層で変換されず当該蛍光体層の表面で反射する青色光も少なからず存在している。この青色光も１／４波長板を通過するためダイクロイックミラーを通過する。つまり、赤色光及び緑色光に青色光が混入してしまい、色再現性を低下させる一因となっていた。

そこで本発明の課題は、青色光が他の色光に混入してしまうことを抑制し、色再現性を向上させることである。

本発明は、以上の点に鑑み、簡易な構成で色再現性の良い光源装置及び投影装置を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、第１波長帯域光を出射する発光素子と、前記第１波長帯域光を蛍光光に変換する蛍光発光領域と、前記第１波長帯域光を反射する反射領域とが、周方向に並設される蛍光ホイールと、前記第１波長帯域光の第１偏光方向の成分を反射し、当該第１偏光方向と直交する第２偏光方向の成分を透過するミラーと、前記発光素子と前記蛍光ホイールの動作を制御する制御部と、を備え、前記反射領域は反射面と光学軸を有する偏光変換層とを有し、入射した前記第１偏光方向または前記第２偏光方向のどちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換し、前記蛍光ホイールにおける前記第１波長帯域光の照射位置において、前記第１波長帯域光の偏光方向に対して前記偏光変換層の光学軸が略４５度傾斜している、ことを特徴とする。

本発明の投影装置は、上記の光源装置と、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、を有し、前記制御部は、前記表示素子と前記光源装置とを制御する、ことを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で色再現性の良い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に係るダイクロイックミラーの反射特性を示す図である。 本発明の実施形態１に係る蛍光ホイールの模式図である。 本発明の実施形態１の変形例に係る図４の蛍光ホイールを回転した様子を示す図である。 本発明の実施形態１の蛍光ホイールの、回転角、偏光方向と光学軸とのなす角度、励起光の出力強度、及びダイクロイックミラーを透過した励起光の出力強度の関係を示す図である。 本発明の実施形態２に係る蛍光ホイールの模式図であり、（ａ）は正面図を示し、（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ断面図を示す。 本発明の実施形態２に係る図７（ｂ）のＡ部拡大断面斜視図である。 本発明の変形例に係る投影装置の内部構造を示す平面模式図である。

（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は投影装置１０の機能回路ブロックを示す図である。投影装置１０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等から構成される投影装置制御手段を有する。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及びシステムバス（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。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の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。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でコード信号に復調された後、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２参照）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。

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２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を備える。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る。また、投影装置１０は、投影装置１０の筐体の略中央前方部分に光源装置６０を備える。さらに、投影装置１０は、光源側光学系１７０や投影側光学系２２０を備える。

光源装置６０は、励起光照射装置７０と、蛍光ホイール装置１００と、ダイクロイックミラー（ミラー）１４１を備える。ダイクロイックミラー１４１は、励起光照射装置７０及び蛍光ホイール装置１００から出射される各色波長帯域光の光軸上に配置される。

励起光照射装置７０は、青色レーザダイオード７１、コリメータレンズ７３、ヒートシンク１３０及び冷却ファン２６１を備える。青色レーザダイオード７１は、背面パネル１３と、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（第１波長帯域光）の出射光軸と、が平行になるよう配置された半導体発光素子である。青色レーザダイオード７１は、青色波長帯域光（第１波長帯域光）の略直線偏光を出射する。さらに、その略直線偏光の偏光軸は、青色レーザダイオード７１の出射光軸に対して４５度傾斜配置されたダイクロイックミラー１４１に対してＳ偏光となる向きになっている。

コリメータレンズ７３は、各青色レーザダイオード７１の光軸上に配置されて、各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の指向性を高めるように平行光に変換する。

ヒートシンク１３０は、青色レーザダイオード７１の後方である右側パネル１４側に配置される。また、冷却ファン２６１は、ヒートシンク１３０と正面パネル１２との間に配置される。青色レーザダイオード７１は、この冷却ファン２６１とヒートシンク１３０とによって冷却される。

ここで、ダイクロイックミラー１４１の反射特性について説明する。図３は、青色波長帯域光Ｌ１、緑色波長帯域光Ｌ２及び赤色波長帯域光Ｌ３の分布曲線と、ダイクロイックミラー１４１の入射角度が４５度の場合のＳ偏光成分の反射特性Ｒｓと、ダイクロイックミラー１４１の入射角度が４５度の場合のＰ偏光成分の反射特性Ｒｐと、を示している。図３の左の縦軸は、Ｓ偏光成分の反射特性ＲｓとＰ偏光成分の反射特性Ｒｐの反射率（％）を示し、右の縦軸は青色波長帯域光Ｌ１、緑色波長帯域光Ｌ２及び赤色波長帯域光Ｌ３の光強度を示す。横軸は、波長（ｎｍ）を示している。例えば、青色波長帯域光Ｌ１のピーク波長Ｂｃは４５０ｎｍ、ダイクロイックミラー１４１のＰ偏光成分の反射特性Ｒｐの半値波長Ｂｌは４３５ｎｍ、ダイクロイックミラー１４１のＳ偏光成分の反射特性Ｒｓの半値波長Ｂｈは４６５ｎｍである。また、緑色波長帯域光Ｌ２のピーク波長Ｇｃは５４０ｎｍ、赤色波長帯域光Ｌ３のピーク波長Ｒｃは６２０ｎｍである。

ダイクロイックミラー１４１は、Ｓ偏光成分の反射特性Ｒｓに示すように、青色波長帯域光Ｌ１のＳ偏光成分を反射し、緑色波長帯域光Ｌ２、赤色波長帯域光Ｌ３を透過する。また、ダイクロイックミラー１４１は、Ｐ偏光成分の反射特性Ｒｐに示すように、青色波長帯域光のＰ偏光成分、緑色波長帯域光Ｌ２及び赤色波長帯域光Ｌ３を透過する。そして、ダイクロイックミラー１４１は、青色波長帯域光のＰ偏光成分よりもＳ偏光成分の方が長波長側の成分を反射することができる。本実施形態のダイクロイックミラー１４１は、青色波長帯域光のうち、Ｓ偏光方向（第１偏光方向）の成分を反射し、Ｐ偏光方向（第２偏光方向）の成分を透過する。

図２に戻り、ダイクロイックミラー１４１は、青色レーザダイオード７１からＳ偏光で出射された青色波長帯域光の殆どを反射して、蛍光ホイール１０１側へ導光する。ダイクロイックミラー１４１で反射された青色波長帯域光は、集光レンズ群１１１で集光されて、蛍光ホイール１０１に照射される。

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、ダイクロイックミラー１４１からの入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から出射される青色波長帯域光を蛍光ホイール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方向に出射される蛍光光及び反射光を集光する。

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を正面側（図２の励起光が入射する側）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る。蛍光ホイール１０１の中心軸１１２は、図２に示したモータ１１０の軸部に固定される。蛍光ホイール１０１の基材１０２は銅やアルミニウム等の金属により形成することができる。ダイクロイックミラー１４１側の基材１０２の表面は銀蒸着等によってミラー加工された反射面１０２ａとなっている。

蛍光ホイール１０１は、外周縁近傍の反射面１０２ａ側に、青色波長帯域光を励起光として受けて蛍光光を出射する蛍光発光領域３１０と、青色波長帯域光を反射する反射領域３２０とを有する。蛍光発光領域３１０は、緑色蛍光発光領域３１１（第１蛍光発光領域）と、赤色蛍光発光領域３１２（第２蛍光発光領域）とを含む。緑色蛍光発光領域３１１、赤色蛍光発光領域３１２及び反射領域３２０は、蛍光ホイール１０１の反射面１０２ａに周方向に並設される。緑色蛍光発光領域３１１及び赤色蛍光発光領域３１２は、各々円弧状に形成される。反射領域３２０は、蛍光発光領域３１０の周方向の両端の間に配置された、破線で示される円弧状の領域である。

緑色蛍光発光領域３１１は、励起光照射装置７０から出射されてダイクロイックミラー１４１で反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２波長帯域光）を蛍光光として出射する。また、赤色蛍光発光領域３１２は、青色波長帯域光が照射されると、緑色波長帯域光と波長帯域が隣接する赤色波長帯域光（第３波長帯域光）を蛍光光として出射する。反射領域３２０は、青色波長帯域光を反射する。

反射領域３２０は、反射面１０２ａ上に設けられた図示しない拡散層と、この拡散層の上に偏光変換層として設けられた複数の１／４波長板３２１とを含む領域に形成される。各１／４波長板３２１は、略二等辺三角形状に形成されて、蛍光ホイール１０１の周方向に並設される。各１／４波長板３２１は、二等辺三角形状における底辺と略平行な一方向に、直線状の光学軸Ａｏを有する。本実施形態の反射領域３２０は、光学軸Ａｏが周方向に沿うように屈折した複数の直線により形成される。

反射領域３２０内の位置Ｐを中心とする領域Ｓに照射された青色波長帯域光は、偏光方向Ｄｐと光学軸Ａｏとのなす角度θ１が略４５度となる。回転角φは、図４に示す位置Ｐ（青色波長帯域光の偏光方向Ｄｐと、蛍光ホイール１０１の周方向との角度が４５度となる位置）を通る径方向Ｄｒから、赤色蛍光発光領域３１２と反射領域３２０との境界までの角度である。角度θ１は、蛍光ホイール１０１の回転とともに変動する回転角φに応じて、４５度を中央値として安定した範囲で変動する。１／４波長板３２１は、角度θ１＝４５度で入射した青色波長帯域光の位相を１／４波長ずらして、青色波長帯域光を楕円偏光として反射面１０２ａ側に透過する。その後、青色波長帯域光は、反射面１０２ａにより反射されることで、１／４波長板３２１を再度透過する。よって、集光レンズ群１１１から反射領域３２０Ａに入射した青色波長帯域光は、偏光方向が９０度変換された直線偏光として、反射領域３２０Ａから集光レンズ群１１１へ向かって出射する。

緑色蛍光発光領域３１１から出射された緑色波長帯域光、赤色蛍光発光領域３１２から出射された赤色波長帯域光、及び反射領域３２０で反射された青色波長帯域光は、集光レンズ群１１１を介してダイクロイックミラー１４１へ向かって出射する。ダイクロイックミラー１４１は、蛍光ホイール１０１から出射された緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を透過して、光源側光学系１７０へ光源光として導光する。また、ダイクロイックミラー１４１は、蛍光ホイール１０１から出射されたＰ偏光の青色波長帯域光の殆どを透過して、光源側光学系１７０側へ光源光として導光する。

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等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、ダイクロイックミラー１４１を透過した青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を集光する。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側の光軸上である、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、本実施形態では、表示素子５１としてＤＭＤを使用している。表示素子５１は、背面パネル１３側に設けられたヒートシンク１９０により冷却される。

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等により構成される。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を回転させながら励起光照射装置７０から光を出射すると、青色、緑色及び赤色の各波長帯域光がダイクロイックミラー１４１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。

（実施形態１の変形例）
次に、実施形態１の変形例について説明する。図５は、図４の蛍光ホイール１０１を回転した様子を示す図である。蛍光ホイール１０１を用いた場合、蛍光ホイール１０１に入射する青色波長帯域光の偏光方向Ｄｐと、各１／４波長板３２１の光学軸Ａｏとのなす角度θ１は、蛍光ホイール１０１の回転に従い４５度を略中央値として、経時的に変化する。

図４に示すように、角度θ１が４５度のとき、反射領域３２０から出射される青色波長帯域光は、入射時よりも偏光方向が９０度回転した直線偏光となる。一方、図５に示すように、角度θ１が４５度より大きいとき、反射領域３２０から出射される青色波長帯域光は楕円偏光となり、角度θ１が４５度より小さいとき、反射領域３２０から出射される青色波長帯域光は、角度θ１が４５度より大きいときとは反対周りの楕円偏光となる。楕円偏光の回転方向は、図５に示す１／４波長板３２１の光学軸Ａｏが、高速軸又は低速軸のいずれに対応するかによって異なる。

図６は、蛍光ホイール１０１の、回転角φ、角度θ１、励起光の出力強度８１、ダイクロイックミラー１４１を透過した励起光の光強度８２の関係を示す図である。各１／４波長板３２１ａ〜３２１ｄ内の角度θ１は、回転角φが増加するに従い増加する。また、青色波長帯域光が照射される領域Ｓは、蛍光ホイール１０１１の回転とともに４枚の１／４波長板３２１ａ〜３２１ｄに順に移動するため、角度θ１は、青色波長帯域光が照射される１／４波長板３２１ａ〜３２１ｄが切り替わる度に、最大値から最小値に変化する。

角度θ１が４５度より小さいほど又は大きいほど、反射領域３２０から出射される青色波長帯域光は楕円偏光成分を多く含むため、ダイクロイックミラー１４１において、蛍光ホイール１０１により反射された青色波長帯域光の透過率が低減する。そのため、光源装置６０が図２の光源側光学系１７０側に光源光として出射する青色波長帯域光の光強度は、角度θ１が４５度のときに最大となり、４５度より小さいほど又は大きいほど小さくなる。そうすると、青色波長帯域光の輝度が、青色波長帯域光を出射するために時分割で予め設定されたセグメント期間内において十分に確保できないことになる。

そこで、本実施形態では、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の出力強度を、角度θ１の変化に応じて変動させている。励起光の出力強度８１は、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の強度を示している。出力強度８１は、角度θ１が４５度のときに最小となるように設定され、角度θ１が４５度より小さいほど又は大きいほど、高くなるように設定される。

これにより、図６に示すように、反射領域３２０で反射されて、ダイクロイックミラー１４１を透過した後の青色波長帯域光の光強度８２を、略平滑にすることができる。

なお、図３に示したようにダイクロイックミラー１４１のＳ偏光の光を反射してＰ偏光の光を透過する範囲を広くしておけば、反射領域３２０で反射した青色波長帯域光が角度θ１の変動により楕円偏光を含む場合であっても、その楕円偏光がＰ偏光の偏光方向に近い振動のため、その青色波長帯域光の殆どをダイクロイックミラー１４１で透過させることができる。

以上本実施形態によると、蛍光ホイール１０１の周方向に沿って略円周方向の光学軸Ａｏを、１／４波長板３２１の切り出しにより形成することができるため、簡易な工程によって、蛍光ホイール１０１に反射領域３２０を形成し、色再現性を向上することができる。

（実施形態２）
つぎに、実施形態２について説明する。本実施形態の光源装置６０は、実施形態１の蛍光ホイール１０１の代わりに、蛍光ホイール１０１Ａを備える。図７（ａ）は、蛍光ホイール１０１Ａを正面側（図２で青色波長帯域光が入射する側）から見た模式図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の蛍光ホイール１０１ＡのＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ断面の模式図である。なお、蛍光ホイール１０１Ａの説明で、実施形態１の蛍光ホイール１０１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。

蛍光ホイール１０１Ａは、蛍光ホイール１０１と同様に略円盤状に形成される。蛍光ホイール１０１は、外周縁近傍の反射面１０２ａ側に、青色波長帯域光を励起光として受けて蛍光光を出射する蛍光発光領域３１０と、青色波長帯域光を反射する反射領域３２０Ａとを有する。蛍光発光領域３１０は、緑色蛍光発光領域３１１（第１蛍光発光領域）と、赤色蛍光発光領域３１２（第２蛍光発光領域）とを含む。緑色蛍光発光領域３１１、赤色蛍光発光領域３１２及び反射領域３２０Ａは、蛍光ホイール１０１の反射面１０２ａに周方向に並設される。そのため、緑色蛍光発光領域３１１、赤色蛍光発光領域３１２及び反射領域３２０Ａは、各々円弧状に形成される。

反射領域３２０Ａは、図７（ｂ）に示すように、反射面１０２ａ上に形成される拡散層３２２と、拡散層３２２上に形成される偏光変換層３２３と、を有する。拡散層３２２は、ガラスや樹脂等の透明な材料の表面に、サンドブラスト等で微細な凹凸を設けた部材を配置して、形成することができる。偏光変換層３２３は、透過する光の偏光方向を変換する機能を有する。偏光変換層３２３の一方の面は空気等の気体と接触しており、他方の面には、拡散層３２２が配置されている。また、拡散層３２２の一方の面には、偏光変換層３２３が配置されており、他方の面は、基材１０２と接触している。従って、偏光変換層３２３の一方の面は放熱され易く、拡散層３２２の他方の面も放熱され易い。更に、拡散層３２２は曇りガラスで一方の面が平滑な面ではなく荒れているので、拡散層３２２の一方の面と偏光変換層３２３の他方の面とは、互いに密着されずに、若干の隙間が開いた構成になっている。従って、拡散層３２２の一方の面と偏光変換層３２３の他方の面との間からも、効率良く放熱することができる。なお、青色波長帯域光（第１波長帯域光）Ｌ１が照射されない偏光変換層３２３の側面が、接着剤等で固定された構成になっている。

図８は、図７（ｂ）の蛍光ホイール１０１ＡのＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ断面におけるＡ部拡大斜視図である。偏光変換層３２３は、第１材料３２３ａ及び第２材料３２３ｂを略同じ厚みで周期的に交互に積層させた構造を有する。第１材料３２３ａ及び第２材料３２３ｂは、屈折率の異なる材料である。また、第１材料３２３ａ及び第２材料３２３ｂは、各々断面視において、蛍光ホイール１０１Ａの径方向Ｄｒに山部と谷部とを交互に繰り返した蛇腹状に屈曲している。そして、第１材料３２３ａと第２材料３２３ｂは、山部同士の位置が積層方向に対して一致するように形成され、谷部同士の位置も積層方向に対して一致するように形成される。なお、本実施形態では、第１材料３２３ａと第２材料３２３ｂの山部と谷部の周期は、径方向Ｄｒに対して略等間隔となるように配置される。また、拡散層３２２と接する第１材料３２３ａは、断面視略三角形状に形成される。

さらに、第１材料３２３ａと第２材料３２３ｂの、各山部の頂部と、各谷部の底部は、蛍光ホイール１０１Ａの周方向と平行となるように弓形の弧状に湾曲しながら延設される。本実施形態では、周方向に平行な頂部と谷部の湾曲方向を光学軸Ａｏとしており、光学軸Ａｏに直交する方向は蛍光ホイール１０１Ａの中心Ｏを通る二点鎖線で示した径方向Ｄｒと一致している。このように、偏光変換層３２３は、蛍光ホイール１０１Ａの周方向に沿った方向に光学軸Ａｏが向くように構成されたフォトニクス結晶波長板により形成される。

図７（ａ）で、集光レンズ群１１１により集光された青色波長帯域光は、反射領域３２０Ａ上の位置Ｐを中心とする領域Ｓの範囲に照射される。蛍光ホイール１０１Ａは、領域Ｓに照射される青色波長帯域光の偏光方向Ｄｐと、位置Ｐにおける周方向である接線Ｌｔとのなす角度θ２が、４５度となる位置に配置される。角度θ２を４５度とすることで、偏光変換層３２３において位相の変換効果を高めることができる。本実施形態の偏光変換層３２３は、角度θ２＝４５度で入射した青色波長帯域光の位相を１／４波長ずらして、青色波長帯域光を楕円偏光として反射面１０２ａ側に透過する。その後、青色波長帯域光は、反射面１０２ａにより反射されることで、偏光変換層３２３を再度透過する。よって、集光レンズ群１１１から反射領域３２０Ａに入射した青色波長帯域光は、偏光方向が９０度変換された直線偏光として、反射領域３２０Ａから集光レンズ群１１１へ向かって出射する。

以上、本実施形態では、蛍光ホイール１０１Ａの反射領域３２０Ａは、反射面１０２ａと、周方向に沿った方向に光学軸Ａｏを向けた偏光変換層３２３とを有し、蛍光ホイール１０１Ａは、青色波長帯域光の光学軸Ａｏと周方向とのなす角度θ２が４５度となる位置に、青色波長帯域光を入射させる構成とした。そして、偏光変換層３２３の光学軸Ａｏは、周方向に平行な湾曲方向に形成した。そのため、蛍光ホイール１０１Ａが回転しても、青色波長帯域光が反射領域３２０Ａに照射される際、位置Ｐにおける偏光方向Ｄｐと周方向とのなす角度θ２を一定とすることができ、反射領域３２０で反射させた青色波長帯域光の偏光方向の変換を安定して行うことができる。よって、反射領域で反射させた光の殆どをＰ偏光としてダイクロイックミラー１４１で透過させて、色再現性の低下を防ぐことができる。

なお、各実施形態では、図２において１つの青色レーザダイオード７１を図示したが、励起光照射装置７０は、複数の青色レーザダイオード７１を配置したアレイ状の光源としてもよい。

図９は、本発明の変形例に係る投影装置１の内部構造を示す平面模式図である。図９に示すように、蛍光ホイール１０１を青色レーザダイオード７１と対向するように配置し、ダイクロイックミラー１４１の反射方向に光源側光学系１７０を配置する構成としてもよい。この場合、ダイクロイックミラー１４１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のＰ偏光成分を透過して、Ｓ偏光成分を反射させ、蛍光光を反射させる。

実施形態１における１／４波長板３２１の形状は、二等辺三角形状に限らず、蛍光発光領域３１０と略同じ径幅の反射領域３２０内に収まる形状であれば、短い円弧形状や矩形形状等他の形状としてもよい。また、１／４波長板３２１は、蛍光ホイール１０１の径方向に５個以上で分割して配置させてもよいし、３個以下で分割配置させてもよい。

また、第１材料３２３ａと第２材料３２３ｂは、合計５層となる構成を図５に示したが、各層の厚みは光の波長の約半分とすることができ、また、その層数を６層以上の多数積層させる構成としてもよい。

以上説明したように、本発明の各実施形態の光源装置６０及び光源装置６０を有する投影装置１０は、第１波長帯域光を出射する発光素子と、前記第１波長帯域光を蛍光光に変換する蛍光発光領域と、前記第１波長帯域光を反射する反射領域とが、周方向に並設される蛍光ホイールと、前記第１波長帯域光の第１偏光方向の成分を反射し、当該第１偏光方向と直交する第２偏光方向の成分を透過するミラーと、前記発光素子と前記蛍光ホイールの動作を制御する制御部と、を備え、前記反射領域は反射面と光学軸を有する偏光変換層とを有し、入射した前記第１偏光方向または前記第２偏光方向のどちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換し、前記蛍光ホイールにおける前記第１波長帯域光の照射位置において、前記第１波長帯域光の偏光方向に対して前記偏光変換層の光学軸が略４５度傾斜している。

そのため、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光が、励起光照射装置７０（発光源）から同一光路となるので、構造がシンプルで部品点数が少なくなり、装置全体として小型化を行うことができる。また、緑色波長帯域光や赤色波長帯域光を光源光として出射する際に青色波長帯域光の混入を低減することができるため、色再現性を良くすることができる。

また、偏光変換層は円周方向に分割された複数の偏光変換層からなり、複数の偏光変換層の各光学軸は、円周方向に対して所定の角度となっている。

また、偏光変換層が直線状の光学軸Ａｏを有する複数の波長板３２１ａ〜３２１ｄを周方向に並設して形成される光源装置６０は、１／４波長板３２１の切り出しにより形成することができるため、簡易な工程によって、蛍光ホイール１０１に偏光変換層を形成することができる。

また、発光素子が第１波長帯域光の入射する位置において第１波長帯域光の偏光方向と周方向とのなす角度が４５度より小さいほど又は大きいほど、第１波長帯域光を高い出力で出射する光源装置６０は、ダイクロイックミラー１４１を透過した後の第１波長帯域光の光強度８２を、略平滑にして、光源光としての色再現性を向上させることができる。

また、偏光変換層３２３の光学軸Ａｏが周方向と平行に湾曲するように形成される光源装置６０は、反射領域３２０で反射させた第１波長帯域光の偏光方向の変換を安定して行うことができる。

また、第１偏光方向がＳ偏光方向であり、第２偏光方向がＰ偏光方向であり、ダイクロイックミラー１４１がＳ偏光方向の第１波長帯域光を反射して、Ｐ偏光方向の第１波長帯域光を透過する光源装置６０は、反射特性がＰ偏光方向よりＳ偏光方向の方が良い場合に、図２のような発光素子と蛍光ホイールとを対向させない配置構成においても、励起光を効率良く光源光として利用させることができる。

また、反射面１０２ａと偏光変換層との間に拡散層が配置される光源装置６０は、励起光を蛍光ホイール１０１，１０１Ａで反射させて光源光として使用する場合に、スペックルノイズの低減等により輝度分布を均一化することができる。

また、蛍光発光領域３１０が、第１波長帯域光により励起されて第２波長帯域光を出射する第１蛍光発光領域と、第１波長帯域光により励起されて第３波長帯域光を出射する第２蛍光発光領域とを含む光源装置６０は、反射領域３２０を含めて三種類の波長帯域の光を蛍光ホイール１０１，１０１Ａから出射させることができる。

また、第１波長帯域光が青色波長帯域光であり、第２波長帯域光が緑色波長帯域光であり、第３波長帯域光が赤色波長帯域光である光源装置６０は、カラー画像を形成することができる。

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１波長帯域光を出射する発光素子と、
前記第１波長帯域光を蛍光光に変換する蛍光発光領域と、前記第１波長帯域光を反射する反射領域とが、周方向に並設される蛍光ホイールと、
前記第１波長帯域光の第１偏光方向の成分を反射し、当該第１偏光方向と直交する第２偏光方向の成分を透過するミラーと、
前記発光素子と前記蛍光ホイールの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記反射領域は反射面と光学軸を有する偏光変換層とを有し、入射した前記第１偏光方向または前記第２偏光方向のどちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換し、
前記蛍光ホイールにおける前記第１波長帯域光の照射位置において、前記第１波長帯域光の偏光方向に対して前記偏光変換層の光学軸が略４５度傾斜している、
ことを特徴とする光源装置。
［２］ 前記偏光変換層は円周方向に分割された複数の偏光変換層からなり、
前記複数の偏光変換層の各光学軸は、円周方向に対して所定の角度となっていることを特徴とする上記［１］に記載の光源装置。
［３］ 前記偏光変換層は、直線状の前記光学軸を有する複数の波長板を前記周方向に並設して形成されることを特徴とする上記［２］に記載の光源装置。
［４］ 前記発光素子は、前記第１波長帯域光が入射される位置において前記第１波長帯域光の偏光方向と前記周方向とのなす角度が４５度より小さいほど又は大きいほど、前記第１波長帯域光を高い出力で出射することを特徴とする上記［３］に記載の光源装置。
［５］ 前記偏光変換層の前記光学軸は、前記周方向と平行に湾曲するように形成されることを特徴とする上記［１］に記載の光源装置。
［６］ 前記第１偏光方向はＳ偏光方向であり、
前記第２偏光方向はＰ偏光方向であり、
前記ミラーは、前記第１偏光方向の前記第１波長帯域光を反射し、前記第２偏光方向の前記第１波長帯域光を透過し、前記蛍光光を透過または反射する、
ことを特徴とする上記［１］乃至上記［５］の何れかに記載の光源装置。
［７］ 前記反射面と前記偏光変換層との間には、拡散層が配置されることを特徴とする上記［１］乃至上記［６］の何れかに記載の光源装置。
［８］ 前記蛍光発光領域は、前記第１波長帯域光により励起されて第２波長帯域光を出射する第１蛍光発光領域と、前記第１波長帯域光により励起されて第３波長帯域光を出射する第２蛍光発光領域とを含むことを特徴とする上記［１］乃至上記［７］の何れかに記載の光源装置。
［９］ 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、緑色波長帯域光であり、
前記第３波長帯域光は、赤色波長帯域光である、
ことを特徴とする上記［８］に記載の光源装置。
［１０］ 上記［１］乃至上記［９］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、
を有し、
前記制御部は、前記表示素子と前記光源装置とを制御する、
ことを特徴とする投影装置。

１０ 投影装置 １２ 正面パネル
１３ 背面パネル １４ 右側パネル
１５ 左側パネル 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 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
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 ８１ 出力強度
８２ 光強度 １００ 蛍光ホイール装置
１０１ 蛍光ホイール １０１Ａ 蛍光ホイール
１０２ 基材 １０２ａ 反射面
１１０ モータ １１１ 集光レンズ群
１１２ 中心軸 １３０ ヒートシンク
１４１ ダイクロイックミラー（ミラー） 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
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 蛍光発光領域
３１１ 緑色蛍光発光領域 ３１２ 赤色蛍光発光領域
３２０，３２０Ａ 反射領域 ３２１ １／４波長板
３２１ａ〜３２１ｄ １／４波長板 ３２２ 拡散層
３２３ 偏光変換層 ３２３ａ 第１材料
３２３ｂ 第２材料
Ａｏ 光学軸 Ｂｃ ピーク波長
Ｂｈ 半値波長 Ｂｌ 半値波長
Ｄｐ 偏光方向 Ｄｒ 径方向
Ｇｃ ピーク波長 Ｌ１ 青色波長帯域光
Ｌ２ 緑色波長帯域光 Ｌ３ 赤色波長帯域光
Ｌｔ 接線 Ｏ 中心
Ｐ 位置 Ｒｃ ピーク波長
Ｒｐ 反射特性 Ｒｓ 反射特性
Ｓ 領域 θ１ 角度
θ２ 角度 φ 回転角

Claims (10)

1. 第１波長帯域光を出射する発光素子と、
   前記第１波長帯域光を蛍光光に変換する蛍光発光領域と、前記第１波長帯域光を反射する反射領域とが、周方向に並設される蛍光ホイールと、
   前記第１波長帯域光の第１偏光方向の成分を反射し、当該第１偏光方向と直交する第２偏光方向の成分を透過するミラーと、
   前記発光素子と前記蛍光ホイールの動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記反射領域は反射面と光学軸を有する偏光変換層とを有し、入射した前記第１偏光方向または前記第２偏光方向のどちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換し、
   前記蛍光ホイールにおける前記第１波長帯域光の照射位置において、前記第１波長帯域光の偏光方向に対して前記偏光変換層の光学軸が略４５度傾斜している、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記偏光変換層は円周方向に分割された複数の偏光変換層からなり、
   前記複数の偏光変換層の各光学軸は、円周方向に対して所定の角度となっていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記偏光変換層は、直線状の前記光学軸を有する複数の波長板を前記周方向に並設して形成されることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記発光素子は、前記第１波長帯域光が入射される位置において前記第１波長帯域光の偏光方向と前記周方向とのなす角度が４５度より小さいほど又は大きいほど、前記第１波長帯域光を高い出力で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. 前記偏光変換層の前記光学軸は、前記周方向と平行に湾曲するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
6. 前記第１偏光方向はＳ偏光方向であり、
   前記第２偏光方向はＰ偏光方向であり、
   前記ミラーは、前記第１偏光方向の前記第１波長帯域光を反射し、前記第２偏光方向の前記第１波長帯域光を透過し、前記蛍光光を透過または反射する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の光源装置。
7. 前記反射面と前記偏光変換層との間には、拡散層が配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の光源装置。
8. 前記蛍光発光領域は、前記第１波長帯域光により励起されて第２波長帯域光を出射する第１蛍光発光領域と、前記第１波長帯域光により励起されて第３波長帯域光を出射する第２蛍光発光領域とを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の光源装置。
9. 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、緑色波長帯域光であり、
   前記第３波長帯域光は、赤色波長帯域光である、
   ことを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
10. 請求項１乃至請求項９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、
    を有し、
    前記制御部は、前記表示素子と前記光源装置とを制御する、
    ことを特徴とする投影装置。

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