JP5223941B2 - 投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子を用いたＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（登録商標）方式のプロジェクタ装置に好適な投影装置に関する。

従来、ビーム光による励起源を高出力化しても蛍光体層の熱的損傷を大幅低減するべく、複数の扇形状蛍光体を配置した蛍光体ホイール及びその回転駆動部とを、モータ及びクランク機構により揺動させて、ビーム光が照射される蛍光体の位置を循環的に移動させるようにした技術が考えられている。（例えば、特許文献１）

特開２０１０−１６４８４６号公報

上記特許文献に記載された技術では、ビーム光のスポットが照射される蛍光体層上の位置を移動させることで、蛍光体層が熱的に損傷するのを防ぐものとしている。一方で、この種のプロジェクタでは、光源に用いる半導体発光素子をより高出力化し、投影する画像の輝度をさらに向上させる要求は常にあるが、上記特許文献に記載された技術では装置の機械的な構造をさらに大型で複雑にせざるを得ないなど、上記要求に対応するのには限度がある。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、でき得る限り光源系の機械的な構造を簡略化しながら、励起光を照射して所望の波長帯の光を発生させるための蛍光体が劣化、破損するのを確実に抑制することが可能な投影装置、投影方法及びプログラムを提供することにある。

本発明の一態様は、複数の発光素子をアレイ状に配置し、それぞれ励起光を出射する光源と、上記励起光の照射により蛍光発光光を発する蛍光体層を有する蛍光体板と、上記蛍光体板の上記光源側に設けられ、上記発光素子のそれぞれに対応した複数のレンズをアレイ状に配置して、上記蛍光発光光を集光し、且つ上記蛍光発光光を互いに平行な平行光として照射させる第一レンズアレイと、上記第一レンズアレイを介して取り出した上記蛍光発光光を用いて光像を形成し、投影対象に向けて投射する投影部とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、光源系の機械的な構造を簡略化しながら、励起光を照射して所望の波長帯の光を発生させるための蛍光体が劣化、破損するのを確実に抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るデータプロジェクタ装置の概略的な機能構成を示すブロック図。 同実施形態に係る光源部の第１の構成例を示す図。 同実施形態に係るレンズアレイと蛍光板における励起光としての青色光の照射、及び該励起光によって励起された蛍光発光光の出射を示す図。 同実施形態に係る蛍光板への励起光の照射により発生する蛍光発光光を例示する図。 同実施形態に係るレンズアレイによる蛍光板の対応分割領域を示す図。 同実施形態に係る照明用レンズアレイとマイクロミラー素子の間の光路図。 同実施形態に係る光源部の第２の構成例を示す図。 同実施形態に係る蛍光板の構成と励起光の照射により発生する蛍光発光光を例示する図。 同実施形態に係る光源部の第３の構成例を示す図。 同実施形態に係る蛍光板の構成と励起光の照射により発生する蛍光発光光を例示する図。 同実施形態に係る光源部の第４の構成例を示す図。 同実施形態に係る蛍光板の構成と励起光の照射により発生する蛍光発光光を例示する図。

以下本発明をＤＬＰ（登録商標）方式のデータプロジェクタ装置に適用した場合の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るデータプロジェクタ装置１０の概略機能構成を示す図である。

入力部１１は、例えばピンジャック（ＲＣＡ）タイプのビデオ入力端子、Ｄ−ｓｕｂ１５タイプのＲＧＢ入力端子などにより構成される。入力部１１に入力された各種規格のアナログ画像信号は、入力部１１でデジタル化された後に、システムバスＳＢを介して画像変換部１２に送られる。

画像変換部１２は、スケーラとも称され、入力される画像データを投影に適した所定のフォーマットの画像データに統一して投影処理部１３へ送る。

この際、ＯＳＤ（Ｏｎ Ｓｃｒｅｅｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）用の各種動作状態を示すシンボル等のデータも必要に応じて画像変換部１２により画像データに重畳加工され、加工後の画像データを投影処理部１３へ送る。

投影処理部１３は、送られてきた画像データに応じて、所定のフォーマットに従ったフレームレート、例えば６０［フレーム／秒］と色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した、より高速な時分割駆動により、空間的光変調素子であるマイクロミラー素子１４を表示するべく駆動する。

このマイクロミラー素子１４は、アレイ状に配列された複数、例えばＷＸＧＡ（Ｗｉｄｅ ｅＸｔｅｎｄｅｄ Ｇｒａｐｈｉｃ Ａｒｒａｙ）（横１２８０画素×縦８００画素）分の微小ミラーの各傾斜角度を個々に高速でオン／オフ動作して画像を表示することで、その反射光により光像を形成する。

一方で、光源部１５から時分割でＲ，Ｇ，Ｂの原色光を含む複数色の光源光が循環的に時分割で順次出射される。この光源部１５からの光源光が、ミラー１６で全反射して上記マイクロミラー素子１４に照射される。

そして、マイクロミラー素子１４での反射光で光像が形成され、形成された光像が投影レンズ部１７を介して、投影対象となる図示しないスクリーンに投影表示される。

上記各回路の動作すべてをＣＰＵ１８が制御する。このＣＰＵ１８は、メインメモリ１９及びプログラムメモリ２０と直接接続される。メインメモリ１９は、例えばＳＲＡＭで構成され、ＣＰＵ１８のワークメモリとして機能する。プログラムメモリ２０は、電気的に書換可能な不揮発性メモリで構成され、ＣＰＵ１８が実行する動作プログラムや各種定型データ等を記憶する。ＣＰＵ１８は、上記メインメモリ１９及びプログラムメモリ２０を用いて、このデータプロジェクタ装置１０内の制御動作を実行する。

上記ＣＰＵ１８は、操作部２１からのキー操作信号に応じて各種投影動作を実行する。
この操作部２１は、データプロジェクタ装置１０の本体に設けられるキー操作部と、このデータプロジェクタ装置１０専用の図示しないリモートコントローラからの赤外光を受光する赤外線受光部とを含み、ユーザが本体のキー操作部またはリモートコントローラで操作したキーに基づくキー操作信号をＣＰＵ１８へ直接出力する。

上記ＣＰＵ１８はさらに、上記システムバスＳＢを介して音声処理部２２とも接続される。音声処理部２２は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備え、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ部２３を駆動して拡声放音させ、あるいは必要によりビープ音等を発生させる。

［光源部の第１の構成例］
図２により上記光源部１５を３種類の発光素子を用いて構成した場合の光学系の構成について説明する。

光源部１５−１は、光源光としての赤色光を発するＬＥＤ（発光ダイオード）３１を有する。このＬＥＤ３１の発する赤色光は、コリメータレンズとして機能するレンズ３２，３３を介し、ダイクロイックミラー３４，３５を透過した後、照明用レンズアレイ３６、フィールドレンズ３７を介して上記ミラー１６に至る。

ミラー１６で反射された赤色光はさらに、フィールドレンズ３８を介して上記マイクロミラー素子１４に照射される。そして、このマイクロミラー素子１４での反射光で形成された赤色の光像がフィールドレンズ３８を介して上記投影レンズ部１７により図示しないスクリーンに向けて照射される。

さらに光源部１５−１は、光源光としての青色光を発するＬＥＤ３９、緑色光励起用の青色光を発するＬＤ（レーザダイオード、半導体レーザ）アレイ４２を有する。

このＬＥＤ３９の発する青色光は、コリメータレンズとして機能するレンズ４０，４１を介し、上記ダイクロイックミラー３４で反射された後に上記ダイクロイックミラー３５を透過し、照明用レンズアレイ３６、フィールドレンズ３７を介して上記ミラー１６に至る。

上記ＬＤアレイ４２は、例えば６×６（図面鉛直方向）の計３６個のＬＤがアレイ状に配列される。このＬＤアレイ４２が発する青色のレーザ光は、レンズアレイ４３を介して各光束が拡大され、上記ダイクロイックミラー３５を透過した後、上記ＬＤアレイ４２と対向するべく同一配列で構成されたレンズアレイ４４を介して、蛍光板４５に照射される。

また、このレンズアレイ４３によって、ＬＤアレイ４２のＬＤから照射されるそれぞれの光の進行方向が微修正され、これらの光がレンズアレイ４４のそれぞれのレンズに互いに平行な平行光として良好に入射することになり、集光効率を高めることができる。

また、レンズアレイ４４の焦点位置近傍に蛍光体層が位置するように蛍光板４５が配置されている。

この蛍光板４５は、蛍光体層を全面に形成している。すなわち、蛍光板４５の蛍光体層がある全面は、ＬＤアレイ４２からの青色のレーザ光が照射される面に蛍光体が塗布されて蛍光層を形成すると共に、蛍光体層が形成されている面の裏面には反射板が蛍光体層と重なるように設けられている。ＬＤアレイ４２の青色のレーザ光が蛍光板４５の蛍光体層に照射されると、蛍光体層が励起され、所望の波長の光として緑色の蛍光発光光を発する。この緑色の蛍光発光光も光源光として用いられる。

蛍光板４５から発した拡散光である緑色光は、蛍光板４５の裏面側に形成された上記反射板により一様に上記レンズアレイ４４側に導かれ、レンズアレイ４４で集光されて略平行な光束となってダイクロイックミラー３５で反射された後、上記照明用レンズアレイ３６、フィールドレンズ３７を介して上記ミラー１６に至る。

上述した如く、ダイクロイックミラー３４は赤色光を透過する一方で、青色光を反射する。ダイクロイックミラー３５は、赤色光及び青色光を透過する一方で、緑色光を反射する。

［光源部の第１の構成例における動作］
データプロジェクタ装置１０で投影するカラー画像の１フレームが、例えばＲ（赤色）フィールド、Ｇ（緑色）フィールド、及びＢ（青色）フィールドの計３フィールドで構成される場合、投影処理部１３により、赤色発光用のＬＥＤ３９、緑色励起用の青色光を発するＬＤアレイ４２、及び青色発光用のＬＥＤ３９が順次時分割で循環的に発光駆動される。

主としてＧフィールドでの動作について説明する。
Ｇフィールドにおいて、レンズアレイ４３から出射する青色光の光線群は、レンズアレイ４３で各光線の幅が拡大された後にダイクロイックミラー３５を透過し、レンズアレイ４４を介して再び各光線の幅が絞られた上で蛍光板４５に照射される。

図３は、レンズアレイ４４と蛍光板４５における励起光としての青色光の照射、及び該励起光によって励起された蛍光体層による蛍光発光光の出射を示す概略構成図である。レンズアレイ４４を構成する個々のレンズは短い焦点距離を持ち、その焦点距離近傍に蛍光板４５が設置されている。

蛍光板４５は、図示する如く蛍光体層の裏面側に反射体４５ｒｅｆが形成されており、励起光である青色光の照射により発生する緑色光は、レンズアレイ４４側に拡散しながら反射する。レンズアレイ４４では、これら緑色光を集光し、平行な光束に整えた上でダイクロイックミラー３５側へ出射する。

図４は蛍光板４５への励起光の照射により発生する光源光としての緑色の蛍光発光光を例示するものである。こうして各照射位置で発生した蛍光発光光はレンズアレイ４４により個々のレンズ毎に対応する領域からの光が集光され、その出射光が平行光とされる。図５は、上記レンズアレイ４４による蛍光板４５の分割対応領域を示す。

このとき、レンズアレイ４４の焦点位置近傍に蛍光体層が位置するように蛍光板４５が配置されているので、蛍光体層のレンズ毎に対応する各領域から発せられる各蛍光発光光の拡散を小さくでき、対応するレンズにより良好に光が集光され、集光効率を高めることができる。

こうして投影画面の全面に対応して平行光とされた緑色の光源光は、ダイクロイックミラー３５で反射し、照明用レンズアレイ３６、フィールドレンズ３７を介してミラー１６で反射され、フィールドレンズ３８を介してマイクロミラー素子１４に照射される。

このとき上記投影処理部１３はマイクロミラー素子１４により緑色用の画像を表示するため、その反射光により緑色の光像が形成され、フィールドレンズ３８を介して投影レンズ部１７により投影対象の図示しないスクリーン等に向けて出射される。

図６は、上記照明用レンズアレイ３６とマイクロミラー素子１４との間の光路図である。同図では示していないが、光源光の光軸と垂直な面の断面形状は上記図４、図５でも示した通り矩形であり、これも全体で矩形の形状を有する照明用レンズアレイ３６を構成する個々のレンズを用いてそれぞれ部分的な光束を拡大、重畳した上でマイクロミラー素子１４に照射する光源光を生成することにより、マイクロミラー素子１４に照射される光源光としての輝度分布を均一化している。

なお、Ｒフィールドにおいては、ＬＥＤ３１の発する赤色光がレンズ３２，３３で略平行とされ、２つのダイクロイックミラー３４，３５を透過した後に上記照明用レンズアレイ３６に入射される。照明用レンズアレイ３６以降の動作経路についてはＧフィールドの緑色光と同様となる。

またＢフィールドにおいては、ＬＥＤ３９の発する青色光がレンズ４０，４１で略平行とされ、ダイクロイックミラー３４で反射された後にダイクロイックミラー３５を透過して上記照明用レンズアレイ３６に入射される。照明用レンズアレイ３６以降の動作経路等についてはＧフィールドの緑色光と同様となる。

［光源部の第２の構成例とその動作］
図７により上記光源部１５を３種類の発光素子を用いて構成した場合の光学系の構成について説明する。

同図に示す光源部１５−２は、基本的には上記図２で示した構成とほぼ同様であるため、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

しかして、蛍光体層を励起して緑色光を発生させるための青色光を発するＬＤアレイ４２′は、円形の領域内をほぼ等分に照明するようなＬＤの配列、例えば６×４の矩形状のＬＤの配列から４箇所のコーナー位置にある各１個のＬＤを削除した計２０個のＬＤがアレイ状に配列される。

このＬＤアレイ４２′の構成に合わせてレンズアレイ４４′も同様の配列を有する。

さらに、蛍光板４５′は、図８に示すように円形状で構成し、ＬＤアレイ４２′を発光させる投影動作時はモータ（Ｍ）４６により回転させる。

動作時のＲ，Ｇ，Ｂ各フィールドにおけるＬＥＤ３１、ＬＤアレイ４２′、及びＬＥＤ３９の各発光動作と発光された光の経路等は上記第１の構成例と同様である。

Ｇフィールドにおいて、ＬＤアレイ４２からの励起光としての青色光がレンズアレイ４４′を介して照射される蛍光板４５′にあっては、レーザ光である青色光が照射されて、緑色の蛍光発光光を発する位置が上記図８に示すようになる。

この蛍光板４５′は上述した如くモータ４６により回転されるため、蛍光板４５′側から見た場合にはＧフィールド期間中であっても励起光が照射される位置は回転に連れて移動することになる。

したがって、蛍光体へのレーザ光の照射密度が高められている場合であっても、上記図２の構成でも示した如くそもそもレーザ光を照射するスポット位置を分散させていることと合わせて、蛍光板４５′の特定の照射スポットが熱的負荷により劣化、損傷する可能性を著しく低減できる。

［光源部の第３の構成例］
図９により上記光源部１５を２種類の発光素子を用いて構成した場合の光学系の構成について説明する。

光源部１５−３は、光源光としての青色光を発するＬＥＤ５１を有する。このＬＥＤ５１の発する青色光は、コリメータレンズとして機能するレンズ５２，５３を介し、ダイクロイックミラー５４を透過した後、照明用レンズアレイ５５、フィールドレンズ５６を介して上記ミラー１６に至る。

ミラー１６で反射された青色光はさらに、フィールドレンズ５７を介して上記マイクロミラー素子１４に照射される。そして、このマイクロミラー素子１４での反射光で形成された青色の光像がフィールドレンズ５７を介して上記投影レンズ部１７により図示しないスクリーンに向けて照射される。

さらに光源部１５−３は、赤色光及び緑色光励起用の青色光を発するＬＤアレイ５８を有する。

このＬＤアレイ５８は、例えば６×６（図面鉛直方向）の計３６個のＬＤがアレイ状に配列される。このＬＤアレイ５８が発する青色のレーザ光は、レンズアレイ５９を介して各光束が拡大され、上記ダイクロイックミラー５４を透過した後、上記レンズアレイ５９と対向するべく同一配列で構成されたレンズアレイ６０を介して、蛍光板６１に照射される。

このレンズアレイ５９によって、ＬＤアレイ５８のＬＤから照射されるそれぞれの光の進行方向が微修正され、これらの光がレンズアレイ６０のそれぞれのレンズに互いに平行な平行光として良好に入射することになり、集光効率を高めることができる。

また、レンズアレイ６０の焦点位置近傍に蛍光体層が位置するように蛍光板４５が配置されている。

この蛍光板６１は、２種類の蛍光体層を市松状に全面に形成している。すなわち、蛍光板６１の蛍光体層がある全面は、ＬＤアレイ５８からの青色のレーザ光が照射される面に２種類の蛍光体が市松状に区分を交互に配列するように塗布されて全体で１つの蛍光層を形成すると共に、その蛍光体層が形成されている面の裏面には反射板が蛍光体層と重なるように設けられている。ＬＤアレイ５８の青色のレーザ光が蛍光板６１の蛍光体層に照射されると、所望の波長の蛍光発光光としての赤色光及び緑色光を発する。これらの蛍光発光光も光源光として用いられる。

蛍光板４５から発した拡散光である赤色光及び緑色光は、蛍光板６１の裏面側に形成された上記反射板により一様に上記レンズアレイ６０側に導かれ、レンズアレイ６０で集光されて略平行な光束となってダイクロイックミラー５４で反射された後、照明用レンズアレイ５５、フィールドレンズ５６を介して上記ミラー１６に至る。

上述した如く、ダイクロイックミラー５４は青色光を透過する一方で、赤色光、緑色光を反射する。

なお、上記蛍光板４５に市松状に分割して形成された２種類の蛍光体に１：１に対応するものとして、ＬＤアレイ４２を構成する個々のＬＤも対応し、それぞれ互いに隣り合うＬＤが同時に発光しないような市松状の発光パターンで駆動させることが可能であるものとする。

［光源部の第３の構成例における動作］
データプロジェクタ装置１０で投影するカラー画像の１フレームが、例えばＢ（青色）フィールド、Ｇ（緑色）フィールド、及びＲ（赤色）フィールドの計３フィールドで構成される場合、投影処理部１３により、青色発光用のＬＥＤ５１、ＬＤアレイ５８中の半分の緑色励起用の青色光を発するＬＤ、及びＬＤアレイ５８中の残る半分の赤色励起用の青色光を発するＬＤが順次時分割で循環的に発光駆動される。

Ｂフィールドにおいて、ＬＥＤ５１の発する光源光としての青色光がレンズ５２，５３で略平行とされ、ダイクロイックミラー５４を透過して上記照明用レンズアレイ５５に入射される。照明用レンズアレイ５５では、この照明用レンズアレイ５５を構成する個々のレンズで部分的な光束を拡大、重畳した上で青色の光を出力するもので、出射された青色の光はミラー１６で反射され、フィールドレンズ５７を介してマイクロミラー素子１４に照射される。

このとき上記投影処理部１３はマイクロミラー素子１４により青色用の画像を表示するため、その反射光により青色の光像が形成され、フィールドレンズ５７を介して投影レンズ部１７により投影対象の図示しないスクリーン等に向けて出射される。

Ｇフィールドにおいて、ＬＤアレイ５８を構成する半分のＬＤから出射する青色光の光線群は、レンズアレイ５９で各光線の幅が拡大された後にダイクロイックミラー５４を透過し、レンズアレイ６０を介して再び各光線の幅が絞られた上で蛍光板６１に照射される。

図１０（Ａ）は、蛍光板６１への励起光の照射により発生する緑色の蛍光発光光を例示するものである。こうして市松状に分散して配置された各照射位置で発生した緑色の蛍光発光光はレンズアレイ６０により個々のレンズ毎に対応する領域からの光が集光され、その出射光が平行光とされる。

このとき、レンズアレイ６０の焦点位置近傍に蛍光体層が位置するように蛍光板６１が配置されているので、蛍光体層のレンズ毎に対応する各領域から発せられる各緑色の蛍光発光光の拡散を小さくでき、対応する各レンズにより良好に光が集光され、集光効率を高めることができる。

こうして平行光とされた緑色の蛍光発光光は、照明用レンズアレイ５５において照明用レンズアレイ５５を構成する個々のレンズで部分的な光束を拡大、重畳して出射するもので、出射された緑色の蛍光発光光はミラー１６で反射され、フィールドレンズ５７を介してマイクロミラー素子１４に照射される。

このとき上記投影処理部１３はマイクロミラー素子１４により緑色用の画像を表示するため、その反射光により緑色の光像が形成され、フィールドレンズ５７を介して投影レンズ部１７により投影対象の図示しないスクリーン等に向けて出射される。

Ｒフィールドにおいて、ＬＤアレイ５８を構成する残る半分のＬＤから出射する青色光の光線群は、レンズアレイ５９で各光線の幅が拡大された後にダイクロイックミラー５４を透過し、レンズアレイ６０を介して再び各光線の幅が絞られた上で蛍光板６１に照射される。

図１０（Ｂ）は、蛍光板６１への励起光の照射により発生する赤色の蛍光発光光を例示するものである。こうして、上記図１０（Ａ）で示した位置を補間するように市松状に分散して配置された各照射位置で発生した赤色の蛍光発光光はレンズアレイ６０により個々のレンズ毎に対応する領域からの光が集光され、その出射光が平行光とされる。

このとき、レンズアレイ６０の焦点位置近傍に蛍光体層が位置するように蛍光板６１が配置されているので、蛍光体層のレンズ毎に対応する各領域から発せられる各赤色の蛍光発光光の拡散を小さくでき、対応する各レンズにより良好に光が集光され、集光効率を高めることが出来る。

こうして平行光とされた赤色の蛍光発光光は、照明用レンズアレイ５５において照明用レンズアレイ５５を構成する個々のレンズで部分的な光束を拡大、重畳して出射するもので、出射された赤色の蛍光発光光はミラー１６で反射され、フィールドレンズ５７を介してマイクロミラー素子１４に照射される。

このとき上記投影処理部１３はマイクロミラー素子１４により赤色用の画像を表示するため、その反射光により赤色の光像が形成され、フィールドレンズ５７を介して投影レンズ部１７により投影対象の図示しないスクリーン等に向けて出射される。

なお上記動作例ではカラー画像の１フレームが、Ｂ（青色）フィールド、Ｇ（緑色）フィールド、及びＲ（赤色）フィールドの計３フィールドで構成される場合について説明したが、これら原色のフィールドに加えて、投影画像の輝度を上げると共により、きめ細かな色調を上げるべく補色系のフィールドを設けることも考えられる。

例えばＬＤアレイ５８を構成する個々のＬＤをすべて発光するフィールドを考えた場合、上記Ｇフィールド及びＲフィールドで説明した動作が同時に実行されることになり、蛍光板６１で発生する緑色光及び赤色光が共にダイクロイックミラー５４で反射されて照明用レンズアレイ５５に至り、この照明用レンズアレイ５５で混色によりＹ（イエロー（黄））色光が得られる。

このとき同時に青色光をＬＥＤ５１により発していない場合はＹフィールドとして、青色光を発している場合にはさらに混色によりＷ（ホワイト）フィールドとして、黄色または白色の光源光に対応した画像をマイクロミラー素子１４で表示することにより、その反射光により黄色または白色の光像が形成されて投影レンズ部１７により出射される。

図１０（Ｃ）は、上記ＹフィールドまたはＷフィールドで蛍光板６１への励起光の照射により発生する緑色及び赤色の光源光としての蛍光発光光を例示するものである。このように互いの位置を補間するように市松状に分散して配置された２種類の蛍光体の照射位置で発生した緑色及び赤色の各光が共にレンズアレイ６０により平行光とされて出射される。

［光源部の第４の構成例］
図１１により上記光源部１５を２種類の発光素子を用いて構成した場合の光学系の構成について説明する。

同図に示す光源部１５−４は、基本的には上記図９で示した構成とほぼ同様であるため、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

しかして、蛍光体層を励起して赤色光及び緑色光を発生させるための青色光を発するＬＤアレイ５８′は、円形を同心的に区分するような２つの領域それぞれに複数のＬＤをアレイ状に配列したものとして構成される。具体的には、例えば２重同心円の内側の円形領域内に緑色光を発するための励起用青色光を発するＬＤアレイを、外側のリング状領域内に赤色光を発するための励起用青色光を発するＬＤアレイを、それぞれ配置する。

このＬＤアレイ５８′の構成に合わせてレンズアレイ５９′も同様の配列を有する。

さらに、蛍光板６１′も上記ＬＤアレイ５８′、レンズアレイ５９′、レンズアレイ６０′の構成に合わせて図１２に示すように円形状で構成する。この場合に蛍光板６１′は、円形を同心的に区分するような２つの領域それぞれに異なる蛍光体層を形成する。

具体的には、例えば２重同心円の内側の円形領域内に青色光が照射されることで緑色光を発する蛍光体層を、外側のリング状領域内に青色光が照射されることで赤色光を発する蛍光体層を、それぞれ形成する。この蛍光板６１′は、ＬＤアレイ５８′を発光させる投影動作時はモータ（Ｍ）６２により回転させる。

［光源部の第４の構成例における動作］
データプロジェクタ装置１０で投影するカラー画像の１フレームが、例えばＢ（青色）フィールド、Ｇ（緑色）フィールド、及びＲ（赤色）フィールドの計３フィールドで構成される場合、投影処理部１３により、青色発光用のＬＥＤ５１、緑色励起用の青色光を発するＬＤアレイ５８中の一部のＬＤ、及び赤色励起用の青色光を発するＬＤアレイ５８中の残る部分のＬＤが順次時分割で循環的に発光駆動される。

Ｂフィールドにおいて、ＬＥＤ５１の発する青色光がレンズ５２，５３で略平行とされ、ダイクロイックミラー５４を透過して上記照明用レンズアレイ５５に入射される。照明用レンズアレイ５５では、この照明用レンズアレイ５５を構成する個々のレンズで部分的な光束を拡大、重畳した上で光源光としての青色の光を出力するもので、出射された青色光はミラー１６で反射され、フィールドレンズ５７を介してマイクロミラー素子１４に照射される。

このとき上記投影処理部１３はマイクロミラー素子１４により青色用の画像を表示するため、その反射光により青色の光像が形成され、フィールドレンズ５７を介して投影レンズ部１７により投影対象の図示しないスクリーン等に向けて出射される。

Ｇフィールドにおいて、ＬＤアレイ５８を構成する一部分、具体的には２重同心円の内側の円形領域内に配置されたＬＤから出射する青色光の光線群は、レンズアレイ５９′で各光線の幅が拡大された後にダイクロイックミラー５４を透過し、レンズアレイ６０′を介して再び各光線の幅が絞られた上で蛍光板６１′に照射される。

図１２（Ａ）は、蛍光板６１′への励起光の照射により発生する緑色の蛍光発光光を例示するものである。こうして２重同心円の内側の円形領域内に形成された蛍光体層の各照射位置で発生した緑色の蛍光発光光はレンズアレイ６０′により個々のレンズ毎に対応する領域からの光が集光され、その出射光が平行光とされる。

こうして平行光とされた緑色の蛍光発光光は、照明用レンズアレイ５５において照明用レンズアレイ５５を構成する個々のレンズで部分的な光束を拡大、重畳して出射するもので、出射された緑色の蛍光発光光はミラー１６で反射され、フィールドレンズ５７を介してマイクロミラー素子１４に照射される。

このとき上記投影処理部１３はマイクロミラー素子１４により緑色用の画像を表示するため、その反射光により緑色の光像が形成され、フィールドレンズ５７を介して投影レンズ部１７により投影対象の図示しないスクリーン等に向けて出射される。

Ｒフィールドにおいて、ＬＤアレイ５８を構成する他の部分、具体的には２重同心円の外側のリング状領域内に配置されたＬＤから出射する青色光の光線群は、レンズアレイ５９′で各光線の幅が拡大された後にダイクロイックミラー５４を透過し、レンズアレイ６０′を介して再び各光線の幅が絞られた上で蛍光板６１′に照射される。

図１２（Ｂ）は、蛍光板６１′への励起光の照射により発生する赤色の蛍光発光光を例示するものである。こうして、２重同心円の外側のリング状領域内に形成された蛍光体層の各照射位置で発生した赤色の蛍光発光光はレンズアレイ６０により個々のレンズ毎に対応する領域からの光が集光され、その出射光が平行光とされる。

こうして平行光とされた赤色の蛍光発光光は、照明用レンズアレイ５５において照明用レンズアレイ５５を構成する個々のレンズで部分的な光束を拡大、重畳して出射するもので、出射された赤色の蛍光発光光はミラー１６で反射され、フィールドレンズ５７を介してマイクロミラー素子１４に照射される。

このとき上記投影処理部１３はマイクロミラー素子１４により赤色用の画像を表示するため、その反射光により赤色の光像が形成され、フィールドレンズ５７を介して投影レンズ部１７により投影対象の図示しないスクリーン等に向けて出射される。

なお上記動作例ではカラー画像の１フレームが、Ｂ（青色）フィールド、Ｇ（緑色）フィールド、及びＲ（赤色）フィールドの計３フィールドで構成される場合について説明したが、これら原色のフィールドに加えて、投影画像の輝度を上げると共により、きめ細かな色調を上げるべく補色系のフィールドを設けることも考えられる。

例えばＬＤアレイ５８′を構成する個々のＬＤをすべて発光するフィールドを考えた場合、上記Ｇフィールド及びＲフィールドで説明した動作が同時に実行されることになり、蛍光板６１′で発生する光源光としての緑色光及び赤色光が共にダイクロイックミラー５４で反射されて照明用レンズアレイ５５に至り、この照明用レンズアレイ５５で混色によりＹ（イエロー（黄））色光が得られる。

このとき同時に光源光としての青色光をＬＥＤ５１により発していない場合はＹフィールドとして、青色光を発している場合にはさらに混色によりＷ（ホワイト）フィールドとして、黄色または白色の光に対応した画像をマイクロミラー素子１４で表示することにより、その反射光により黄色または白色の光像が形成されて投影レンズ部１７により出射される。

図１２（Ｃ）は、上記ＹフィールドまたはＷフィールドで蛍光板６１′への励起光の照射により発生する緑色及び赤色の蛍光発光光を例示するものである。このように同心円の径位置の異なる種類の蛍光体の照射位置で発生した緑色及び赤色の各蛍光発光光が共にレンズアレイ６０により平行光とされて出射される。

この蛍光板６１′は上述した如くモータ６２により回転されるため、蛍光板６１′側から見た場合にはＧフィールド、及びＲフィールド（またはさらに上記Ｙフィールド及びＷフィールド）のいずれの期間中であっても励起光が照射される位置は回転に連れて移動することになる。

したがって、蛍光体へのレーザ光の照射密度が高められている場合であっても、上記図９の構成でも示した如くそもそもレーザ光を照射するスポット位置を分散させていることと合わせて、蛍光板６１′の特定の照射スポットが熱的負荷により劣化、損傷する可能性を著しく低減できる。

以上第１乃至第４の光源部の構成とその動作とにより詳述した如く本実施形態によれば、でき得る限り光源系の機械的な構造を簡略化しながら、励起光を照射して所望の波長帯の光を発生させるための蛍光体が劣化、破損するのを確実に抑制することが可能となる。

加えて上記実施形態では、光源部の第２及び第４の構成例でも説明した如く、蛍光板４５′，６１′を回転する機構をさらに設けたことで、該蛍光板の特定の照射スポット位置が熱的負荷により劣化、損傷する可能性を著しく低減できる。

さらに上記実施形態では、光源部の第３及び第４の構成例でも説明した如く、発する光の波長が異なる複数種類の蛍光体を分割して配置した蛍光体層を形成し、それら分割した領域に合わせてＬＤアレイ５８，５８′を構成するＬＤの発光タイミングを切換えるようにしたので、装置の構成をよりコンパクトなものとしながら多色を発光する光源部を実現できる。

また、第１乃至第４の光源部の構成例で説明したように、ＬＤアレイ４３、４３´、５９，５９´の蛍光体板側にレンズアレイ４３、４３´、５９、５９´を設けたので、ＬＤアレイ４２のＬＤから照射されるそれぞれの光の進行方向が微修正され、これらの光がレンズアレイ４４のそれぞれのレンズに互いに平行な平行光として良好に入射することになり、集光効率を高めることができる。

また、光源部の第１乃至第４の構成例で説明したように、レンズアレイ４４、４４´、６０、６０´の略焦点位置に、蛍光体層が位置するように蛍光体板が配置されているので、蛍光体層のレンズ毎に対応する各領域から発せられる各蛍光発光光の拡散を小さくでき、対応する各レンズにより良好に光が集光され、集光効率を高めることができる。

また、光源部の第１乃至第４の構成例の説明で述べたようにＬＤ、ＬＥＤ、蛍光板またはダイクロイックミラーを配置すれば光源部の小型化にも寄与することができる。

なお上記実施形態は、ＤＬＰ（登録商標）方式のデータプロジェクタ装置に適用した場合について説明したが、本発明は光像を形成するための表示素子等を限定するものではなく、例えば透過型のモノクロ液晶パネルを用いたフィールドシーケンシャル方式の投影装置等にも適用可能となる。

また、上述した光源部の第３及び第４の構成例で示した、青色光を発するＬＤアレイ５８中の、緑色励起用のＬＤの個数及び赤色励起用のＬＤの個数以外にも青色光を発するＬＤアレイ５８中の緑色励起用のＬＤの個数及び赤色励起用のＬＤの個数はユーザの自由に設定することが可能である。

例えば、緑色光の輝度を強くしたければ、緑色励起用の蛍光体層の面積を広くし、そこに光を照射する緑色励起用のＬＤの個数を増やせば良いし、赤色光の輝度を強くしたければ、赤色励起用の蛍光体層の面積を広くし、そこに光を照射する赤色励起用のＬＤの個数を増やせば良い。上記のようにすることでユーザが所望する光の輝度を自由に調整することが可能となる。

その他、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

以下に、本願出願の当所の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
請求項１記載の発明は、複数の発光素子をアレイ状に配置し、それぞれ励起光を出射する光源と、上記光源からの励起光の照射により所望の波長の蛍光発光光を発する蛍光体層を形成した蛍光体板と、上記蛍光体板の上記光源側に設けられ、上記複数の発光素子のそれぞれに対応した複数のレンズをアレイ状に配置して、上記蛍光体板が発する蛍光発光光を集光し、且つ上記蛍光発光光を互いに平行な方向に進む平行光として照射させる第一レンズアレイと、上記第一レンズアレイを介して取り出した上記蛍光発光光を用いて光像を形成し、投影対象に向けて投射する投影手段とを具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記蛍光体板は、発する蛍光発光光の波長が異なる複数種類の蛍光体を分割して配置した蛍光体層を形成し、上記光源の複数の発光素子は、上記蛍光体板に分割して配置された複数種類の蛍光体に対応して発光タイミングを切換えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、上記請求項１または２記載の発明において、上記第一レンズアレイの略焦点位置に、上記蛍光体層が位置するように上記蛍光体板が配置されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、上記請求項１乃至３いずれか記載の発明において、上記光源の上記蛍光体板側に、上記複数の発光素子のそれぞれに対応した複数のレンズをアレイ状に配置し、上記光源から発せられる上記励起光を平行光として上記蛍光板に向けて照射させる第二レンズアレイをさらに有する。

請求項５記載の発明は、上記請求項１乃至４いずれか記載の発明において、上記蛍光体板を回転する回転機構をさらに具備したことを特徴とする。

１０…データプロジェクタ装置、１１…入力部、１２…画像変換部、１３…投影処理部、１４…マイクロミラー素子、１５，１５−１〜１５−４…光源部、１６…ミラー、１７…投影レンズ部、１８…ＣＰＵ、１９…メインメモリ、２０…プログラムメモリ、２１…操作部、２２…音声処理部、２３…スピーカ部、３１…（赤色発光用）ＬＤ、３２…ミラー、３１…（赤色発光用）ＬＥＤ、３２，３３…レンズ、３４，３５…ダイクロイックミラー、３６…照明用レンズアレイ、３７，３８…フィールドレンズ、３９…（青色発光用）ＬＥＤ、４０，４１…レンズ、４２，４２′…（緑色光励起用青色発光）ＬＤアレイ、４３，４３′…レンズアレイ（第二レンズアレイ）、４４，４４′…レンズアレイ（第一レンズアレイ）、４５，４５′…蛍光板、４６…モータ（Ｍ）、５１…（青色発光用）ＬＥＤ、５２，５３…レンズ、５４…ダイクロイックミラー、５５…照明用レンズアレイ、５６，５７…フィールドレンズ、５８，５８′…（赤色光及び緑色光励起用青色発光）ＬＤアレイ、５９，５９′…レンズアレイ（第二レンズアレイ）、６０，６０′…レンズアレイ（第一レンズアレイ）、６１，６１′…蛍光板、６２…モータ（Ｍ）。

Claims (10)

1. 複数の発光素子をアレイ状に配置し、それぞれ励起光を出射する光源と、
   上記励起光の照射により蛍光発光光を発する蛍光体層を有する蛍光体板と、
   上記蛍光体板の上記光源側に設けられ、上記発光素子のそれぞれに対応した複数のレンズをアレイ状に配置して、上記蛍光発光光を集光し、且つ上記蛍光発光光を互いに平行な平行光として照射させる第一レンズアレイと、
   上記第一レンズアレイを介して取り出した上記蛍光発光光を用いて光像を形成し、投影対象に向けて投射する投影部と
   を具備したことを特徴とする投影装置。
2. 上記蛍光体板は、発する蛍光発光光の波長が異なる複数種類の蛍光体を分割して配置した蛍光体層を形成し、
   上記光源の発光素子は、上記蛍光体板に分割して配置された複数種類の蛍光体に対応して発光タイミングを切換える
   ことを特徴とする請求項１記載の投影装置。
3. 上記発する蛍光発光光の波長が異なる複数種類の蛍光体は、発する蛍光発光の波長が互いに異なる第１の蛍光体と第２の蛍光体であり、
   上記第１の蛍光体と上記第２の蛍光体とが互いに市松状に配列されていることを特徴とする請求項２記載の投影装置。
4. 上記蛍光体板の上記蛍光体層が形成された面は、当該蛍光体板の内側に形成された第１領域と上記第１領域の外側に形成された第２領域とからなり、
   上記発する蛍光発光光の波長が異なる複数種類の蛍光体は、発する蛍光発光の波長が互いに異なる第１の蛍光体と第２の蛍光体であり、
   上記第１の蛍光体が上記蛍光体板の第１領域に形成され、上記第２の蛍光体が上記蛍光体板の第２領域に形成される
   ことを特徴とする請求項２記載の投影装置。
5. 上記光源の発光素子は、上記蛍光体板に分割して配置された複数種類の蛍光体に向けて同時に励起光を照射することを特徴とする請求項２乃至４の何れか記載の投影装置。
6. 上記第一レンズアレイの略焦点位置に、上記蛍光体層が位置するように上記蛍光体板が配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか記載の投影装置。
7. 上記光源の上記蛍光体板側に、上記複数の発光素子のそれぞれに対応した複数のレンズをアレイ状に配置し、上記光源から発せられる上記励起光を平行光として上記蛍光体板に向けて照射させる第二レンズアレイをさらに有する請求項１乃至６の何れか記載の投影装置。
8. 上記蛍光体板を回転する回転機構をさらに具備したことを特徴とする請求項１乃至７の何れか記載の投影装置。
9. 上記蛍光体板は上記蛍光体が形成されている面の裏面に反射板をさらに具備したことを特徴とする請求項１乃至８の何れか記載の投影装置。
10. 上記蛍光体層は上記蛍光体板全面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか記載の投影装置。

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