JP5397684B2 - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、コリメータレンズとレーザー光源との距離が可変とされた光源ユニットを備えた光源装置と、この光源装置を備えたプロジェクタと、に関するものである。

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。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）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、光源装置の発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）、あるいは、有機ＥＬ等の半導体発光素子を用いる開発や提案が多々なされている。

しかしながら、発光ダイオードを光源として使用した場合、単体では輝度が足りないという問題点があった。また、赤色、緑色、青色のレーザーダイオードを光源として使用した場合には、緑色レーザーダイオードにおいて電力効率が悪く、赤色レーザーダイオードや青色レーザーダイオードと比較して輝度が極端に低くなるという問題点もあった。

そこで、蛍光体を、紫外線発光ダイオードや青色発光ダイオード、あるいは、紫外線レーザーダイオードや青色レーザーダイオード等で励起し、この蛍光光を光源光として利用する提案がなされている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の光源装置は、透光性を有した円板からなる蛍光ホイールの表面に、赤色、緑色、青色蛍光体層を並設し、これらの蛍光体層の表面に紫外線反射、可視光透過のダイクロイックフィルタを配置し、蛍光ホイールの裏面側から蛍光体層に紫外光を照射することにより赤色、緑色、青色波長帯域の光源光を生成する構成とされている。

また、本願出願人は、反射面上に蛍光体層を形成した蛍光ホイールを備え、蛍光体層の正面から励起光を蛍光体層に照射して蛍光体を励起し、励起光の入射面と同一の面から蛍光光を射出させる光源装置の提案を行っている。

さらに、本願出願人は、励起光の入射面と蛍光光の射出面とを同一の面とする構成の光源装置において、励起光を青色波長帯域光とし、赤色及び緑色波長帯域の光源光に関しては赤色及び緑色の蛍光体層からの蛍光光を利用し、青色波長帯域の光源光に関しては、励起光を拡散透過させてこの拡散透過光を利用する提案も行っている。

特開２００４−３４１１０５号公報

上述したような蛍光光を光源光として利用する光源装置では、各色の蛍光体の特性によって輝度が異なるため、プロジェクタで画像を投影した場合に輝度ムラが発生して照度分布が不均一になるという問題点があった。また、蛍光光と拡散光を光源光として用いる構成とした光源装置においても同様に、プロジェクタで画像を投影した場合に輝度ムラが発生して照度分布が不均一になるという問題点があった。

蛍光体には夫々異なる飽和による光量の減少や温度消光等の特性があるため、上述の問題点を解決するためには、各色の蛍光体を励起するときや、励起光を拡散光とするときに励起光の照射方法を変更する必要がある。また、拡散光に関しては、拡散面に照射された励起光の照射面積によって拡散光の拡散面積が決まるため、表示素子の面積に近い面積の拡散光となるように励起光の照射面積を変化させる必要がある。

しかしながら、同一の光源や励起側光学系を用いて蛍光ホイールに励起光を照射する構成としている光源装置では、蛍光体の特性や拡散面の状況に合わせて励起光の照射方法を変化させることが困難であり、プロジェクタで画像を投影した場合に輝度ムラが発生して照度分布が不均一になるという問題点を解決することが困難であった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、コリメータレンズと光源との距離を可変にすることにより励起光の光線束の断面積を変化させることができる光源ユニットを備えた、蛍光ホイールに照射する励起光の照射面積を変化させることによって照度分布が均一で高輝度な光源光を射出できる光源装置と、この光源装置を備えることによって高輝度な投影画像を投影可能なプロジェクタと、を提供することを目的としている。

本発明の光源装置は、所定波長帯域光を射出する光源と、該光源の光射出方向に配置され、前記光源からの射出光を平行光に変換するコリメータレンズと、を備え、前記光源と前記コリメータレンズとの距離が可変とされている光源ユニットと、前記光源ユニットからの射出光を励起光として蛍光発光する蛍光発光領域を有する蛍光ホイールと、前記蛍光ホイールから射出される光線束を同一光路上に集光する集光光学系と、を備えることを特徴とする。

そして、本発明のプロジェクタは、この光源装置と、光源側光学系と、導光装置と、表示素子と、投影側光学系と、光源制御手段と、複数の投影モードから任意の投影モードを選択する投影モード選択手段等のプロジェクタ制御手段と、を備え、前記光源制御手段は、前記投影モード選択手段において選択された投影モードに基づいて前記コリメータレンズを移動させることを特徴とする。

本発明によれば、コリメータレンズと光源との距離を可変とすることにより励起光などの光線束の断面積を変化させることができる光源ユニットを備えた、蛍光ホイールに照射する励起光などの照射面積を変化させることによって照度分布が均一で高輝度な赤色、緑色、青色波長帯域の光源光を射出できる光源装置と、この光源装置を備えることによって高輝度な投影画像を投影可能なプロジェクタと、を提供することができる。

本発明の実施例に係る光源装置を用いたプロジェクタを示す外観斜視図である。 本発明の実施例に係る光源装置を用いたプロジェクタの機能回路ブロック図である。 本発明の実施例に係る光源装置を用いたプロジェクタの内部構造を示す平面模式図である。 本発明の実施例に係る光源装置の平面模式図である。 本発明の実施例に係る光源装置における蛍光ホイールの正面模式図及び一部を断面にした平面模式図である。 本発明の実施例に係る光源ユニットにおける光源及びコリメータレンズ間の距離と光線束との関係を示す説明図である。 本発明の実施例に係る光源ユニットと蛍光ホイールとの関係を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について述べる。本発明のプロジェクタ10は、光源装置63と、光源側光学系61と、導光装置75と、表示素子51と、投影側光学系90と、光源制御手段等のプロジェクタ制御手段と、を備える。

この光源装置63は、光源ユニット65と、蛍光ホイール71と、蛍光ホイール71を回転駆動するホイールモータ73と、蛍光ホイール71から射出される光線束を同一光路上に集光する集光光学系と、を備える。

そして、光源ユニット65は、青色波長帯域光を射出する青色レーザー発光器としての光源72と、光源72の光射出方向に配置され、光源72からの射出光を平行光に変換するコリメータレンズ149と、を備え、光源72とコリメータレンズ149との距離が可変とされている。また、光源ユニット65におけるコリメータレンズ149は、光源72の光軸と平行に可動とされ、任意の断面積とされた光線束を射出可能とされている。

蛍光ホイール71は、赤色蛍光体層4が敷設された赤色蛍光発光領域2Rと、緑色蛍光体層5が敷設された緑色蛍光発光領域2Gと、光源ユニット65からの射出光を拡散透過する拡散透過領域1と、が周方向に並設されて形成されている。

そして、この光源装置63では、光軸上に位置する蛍光ホイール71の領域の特性に応じて光源72とコリメータレンズ149との距離を光源ユニット65の光軸方向に変化させている。

つまり、本発明のプロジェクタ10の光源制御手段は、赤色波長帯域光を投影する場合、光源ユニット65の光軸上に赤色蛍光発光領域2Rが位置するよう蛍光ホイール71を回転させるとともに、光源72とコリメータレンズ149との距離を離れさせる方向にコリメータレンズ149を移動させる。

また、光源制御手段は、緑色波長帯域光を投影する場合、光源ユニット65の光軸上に緑色蛍光発光領域2Gが位置するよう蛍光ホイール71を回転させるとともに、光源72とコリメータレンズ149との距離を近づける方向にコリメータレンズ149を移動させる。

さらに、光源制御手段は、青色波長帯域光を投影する場合、光源ユニット65の光軸上に拡散透過領域1が位置するよう蛍光ホイール71を回転させるとともに、光源72とコリメータレンズ149との距離を離れさせる方向にコリメータレンズ149を移動させる。

以下、本発明の実施例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、本実施例において、左右とは投影方向に対しての左右方向を示し、前後とは光線束の進行方向に対しての前後方向を示す。

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、本体ケースの前方の側板とされる正面パネル12の側方に投影口を覆うレンズカバー19を有するとともに、この正面パネル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、本体ケースである上面パネル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。

さらに、本体ケースの背面には、背面パネルに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。なお、図示しない本体ケースの側板である右側パネル、及び、図１に示した側板である左側パネル15の下部近傍には、各々複数の吸気孔18が形成されている。

次に、プロジェクタ10のプロジェクタ制御手段について図２のブロック図を用いて述べる。プロジェクタ制御手段は、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、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を駆動するものであり、光源装置63から射出された光線束を光源側光学系を介して表示素子51に入射することにより、表示素子51の反射光で光像を形成し、投影側光学系とする投影系レンズ群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97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、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なう。

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。

本体ケースの上面パネル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。

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光が光源装置63から射出されるように、光源装置63を制御する。そして、この光源制御回路41は、後述する光源ユニット65における光源72及びコリメータレンズ149間の距離も制御している。

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63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ＯＦＦ後も冷却ファンの回転を持続させ、さらに、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ＯＦＦ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、図３に示すように、右側パネル14の近傍に電源回路ブロック101等を取付けた電源制御回路基板102が配置され、略中央にはシロッコファンタイプのブロア110が配置され、このブロア110の近傍に制御回路基板103が配置され、正面パネル12の近傍には光源装置63が配置され、左側パネル15の近傍には光学系ユニット77が配置されている。

また、プロジェクタ10は、筐体内を区画用隔壁120により背面パネル13側の吸気側空間室121と正面パネル12側の排気側空間室122とに気密に区画されており、ブロア110は、吸込み口111が吸気側空間室121に位置し排気側空間室122と吸気側空間室121の境界に吐出口113が位置するように配置されている。

光学系ユニット77は、光源装置63の近傍に位置する照明側ブロック78と、背面パネル13側に位置する画像生成ブロック79と、照明側ブロック78と左側パネル15との間に位置する投影側ブロック80との３つのブロックから構成された略コの字形状である。

この照明側ブロック78は、光源装置63から射出された光を画像生成ブロック79が備える表示素子51に導光する光源側光学系61の一部を備えている。この照明側ブロック78が有する光源側光学系61としては、光源装置63から射出された光線束を均一な強度分布の光束とする導光装置75や、導光装置75を透過した光を集光する集光レンズ等がある。

画像生成ブロック79は、光源側光学系61として、導光装置75から射出された光線束の光軸方向を変更する光軸変更ミラー74と、この光軸変更ミラー74により反射した光を表示素子51に集光させる複数枚の集光レンズと、これらの集光レンズを透過した光線束を表示素子51に所定の角度で照射する照射ミラー84と、を有している。さらに、画像生成ブロック79は、表示素子51とするＤＭＤを備え、この表示素子51の背面パネル13側には表示素子51を冷却するための表示素子冷却装置53が配置されて、表示素子51が高温となることを防止している。

投影側ブロック80は、表示素子51で反射されて画像を形成する光をスクリーンに放出する投影側光学系90のレンズ群を有している。この投影側光学系90としては、固定鏡筒に内蔵する固定レンズ群93と可動鏡筒に内蔵する可動レンズ群97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97を移動させることによりズーム調整やフォーカス調整を可能としている。

次に、本実施例のプロジェクタ10における光源装置63について述べる。図４は、光源装置63の平面模式図であり、図５は、蛍光ホイール71の正面模式図及び一部を断面にした平面模式図である。

光源装置63は、図４に示すように、光源72を備えた光源ユニット65と、光源ユニット65からの射出光を受けて光の三原色である赤色、緑色、青色の波長域の光を射出する発光板としての蛍光ホイール71と、蛍光ホイール71を回転駆動するホイールモータ73と、蛍光ホイール71からの射出光を同一光路上に集光する集光光学系と、を備える。

光源ユニット65は、青色波長帯域光を射出する光源72としての青色レーザー発光器を備えている。また、光源72の光軸上には、光源72からの射出光を指向性が増した平行光に変換するコリメータレンズ149が配置されている。

蛍光ホイール71は、中心にホイールモータ73の回転軸が連結される開口を有した金属あるいは樹脂製の円形板である。そして、この蛍光ホイール71は、図５（ａ）に示すように、光源ユニット65からの射出光を拡散透過する拡散透過領域1としてのセグメントと、光源ユニット65からの射出光を励起光として蛍光光を射出する蛍光発光領域2としてのセグメントと、が周方向に並設されてなる。

拡散透過領域1では、図５（ｂ）に示すように、円形板に帯状の円弧状開口が形成されて、この開口の裏面側に拡散透過板7が敷設されている。また、蛍光発光領域2は、図５（ａ）に示したように、周方向に並設された赤色蛍光発光領域2R及び緑色蛍光発光領域2Gからなる。そして、赤色蛍光発光領域2R及び緑色蛍光発光領域2Gでは、図５（ｂ）に示したように、円形板に帯状の円弧状溝が形成され、この溝に赤色蛍光体層4と緑色蛍光体層5が夫々敷設されている。また、この溝の表面は、銀蒸着等によってミラー加工がされており、蛍光体層4,5から蛍光ホイール71側に射出された蛍光光が溝の表面で反射されて蛍光ホイール71の表面側から射出されるように形成されている。

そして、この蛍光体層4,5は、ガラス等のバインダに蛍光体を均一に分散させて形成されており、赤色蛍光体としては、ユーロピウム賦活窒化物が使用され、緑色蛍光体としては、セリウム賦活ガーネット構造蛍光体が使用されている。

ホイールモータ73は、回転軸が蛍光ホイール71の中心に連結されており、蛍光ホイール71をホイールモータ73側から見て右回転させている。よって、蛍光ホイール71に光源ユニット65からの射出光が照射された場合、赤色、緑色、青色の順で各波長帯域光が蛍光ホイール71から射出されることとなる。

また、集光光学系は、図４に示したように、複数のミラーによるミラー群151と、複数の凸レンズによる凸レンズ群153と、凸レンズやメニスカスレンズを組み合わせて集光レンズとした集光レンズ群155と、導光装置入射レンズ154と、から構成される。

ミラー群151は、光源ユニット65の光軸上であって蛍光ホイール71の正面側に配置された第一ミラー151aと、蛍光ホイール71の裏面側であって光源ユニット65から射出された光線束の光軸の延長線と導光装置75の中心軸の延長線とが交差する位置に配置された第二ミラー151bと、蛍光ホイール71から射出され第一ミラー151aで反射した蛍光光の光軸上に配置された第三ミラー151cと、第三ミラー151cで反射した蛍光光の光軸と導光装置75の中心軸の延長線とが交差する位置に配置された第四ミラー151dと、を備える。

第一ミラー151aは、光源ユニット65からの射出光を透過し、蛍光ホイール71で発光した蛍光光、つまり、赤色及び緑色波長帯域の光を反射するダイクロイックミラーとされている。また、第二ミラー151bは、反射ミラーとされ、蛍光ホイール71を拡散透過した光源72からの射出光の光軸を導光装置75の中心軸と一致させる。第三ミラー151cは、反射ミラーとされ、蛍光ホイール71で蛍光発光した赤色及び緑色波長帯域光を第四ミラー151dへ反射させる。第四ミラー151dは、第二ミラー151bによって反射された光線束を透過し、第三ミラー151cによって反射された光線束を反射するダイクロイックミラーとされている。

集光光学系としての凸レンズ群153は、第二ミラー151bと第四ミラー151dとの間に配置された第一凸レンズ153aと、第一ミラー151aと第三ミラー151cとの間に配置された第二凸レンズ153bと、第三ミラー151cと第四ミラー151dとの間に配置された第三凸レンズ153cと、からなる。

集光光学系としての集光レンズ群155は、光源ユニット65の光軸上であって蛍光ホイール71の表裏両面の近傍に配置されている。この集光レンズ群155は、凸レンズやメニスカスレンズを組み合わせて集光レンズとされており、光源ユニット65から射出される光線束を蛍光ホイール71のホイール面に集光するとともに、蛍光ホイール71から射出される蛍光光や拡散光を集光する。また、集光光学系としての導光装置入射レンズ154は、導光装置75の近傍に配置されており、光源装置63からの射出光を導光装置75の入射面に集光する。

このような構成とされた光源装置63において、光源ユニット65は、コリメータレンズ149をピエゾアクチュエータ等によって光源72の光軸方向に移動させる駆動機構を有している。つまり、光源ユニット65は、この駆動機構によって光源72とコリメータレンズ149との距離を可変に構成されている。

このように、コリメータレンズ149を光源72の光軸方向に移動させることによって、光源72とコリメータレンズ149との距離を近づけた場合、図６（ａ）に示すように、光源72から射出される光線束の断面積が小さくなる。一方、光源72とコリメータレンズ149との距離を離した場合、図６（ｂ）に示すように、光源72から射出される光線束の断面積が大きくなる。つまり、本実施例の光源装置63における光源ユニット65は、光源72とコリメータレンズ149との距離を制御することにより、励起光の断面積を任意の断面積に制御可能とされている。

なお、光源72とコリメータレンズ149との距離を変化させる方法としては、上述したようにコリメータレンズ149を可動とする場合に限らず、光源72を光軸方向に移動させる、あるいは、光源72とコリメータレンズ149との両方を光軸方向に移動させる構成としてもよい。しかしながら、光源72には電力供給用の配線等が接続されているため、コリメータレンズ149を移動させる構成とすることが好適である。

また、コリメータレンズ149を光軸方向に移動させるためにピエゾアクチュエータを用いているが、これに限らず、振動モータやステッピングモータを用いてコリメータレンズ149を移動させてもよい。さらに、コリメータレンズ149を光軸方向に移動させる場合、コリメータレンズ149を各種モータで直接移動させてもよいが、コリメータレンズ149の保持部材等をコリメータレンズ149とともに光軸方向に移動させる構成とすることもできる。

このように光源72とコリメータレンズ149との距離を変化させて、光源72から射出される励起光の断面積を小さくした場合、励起光が小さな断面内に凝縮されることとなるため、エネルギー密度が高い光線束となる。また、この小さな断面積の光線束を所定の位置まで導光する場合、使用するレンズ等の光学系を小さくすることができる。しかしながら、蛍光体にこのようなエネルギー密度の高い励起光を照射した場合、蛍光体における飽和現象が発生しやすくなり、必ずしも蛍光体から発光される蛍光光の光量を増加させることにはならない。

一方、励起光の断面積を大きくした場合、エネルギーが分散するため、エネルギー密度が低下した光線束となる。また、この大きな断面積の光線束を所定の位置まで導光する場合、レンズ等の光学系を大きくする必要がある。しかし、飽和現象が起きやすい蛍光体に照射する場合等には、このような断面積が大きくエネルギーが分散された光線束の方が得られる光量が多くなる。

本実施例における光源ユニット65は、一種類の光源72を用いる構成とされているため、蛍光体の特性によって用いる光源72の種類を変えることができない。しかしながら、上述したように光源72とコリメータレンズ149との距離を制御することにより光線束の断面積を変化させることで、エネルギー密度を変化させ、蛍光体の特性に合わせた光線束を照射できることとなる。

蛍光ホイール71の赤色蛍光体層4で使用されるユーロピウム賦活窒化物は、飽和現象が生じやすい特性を有しているため、エネルギー密度が高い励起光を照射しても飽和現象が生じて光量が減少する。よって、エネルギー密度が低い励起光を蛍光体層の広い範囲に照射し、この広い範囲で蛍光発光した蛍光光を集光することにより光量を増加させることができる。

また、緑色蛍光体であるセリウム賦活ガーネット構造蛍光体は、飽和現象が生じ難い特性を有しているため、エネルギー密度が高い励起光を照射することで光量の増加を図ることができる。

さらに、蛍光ホイール71の拡散透過領域1は、拡散透過板7に照射された光線束を拡散透過させる構成となっているため、射出される青色拡散光の断面積が光源72からの射出光の断面積に近い値となるという特性を有している。よって、青色投影光の輝度を増加させるためには、表示素子51の面積に近い断面積の光線束を拡散透過領域1に照射することが好適である。

なお、このように光源72とコリメータレンズ149との距離を変化させた場合、当該距離の変位量と、励起光の断面積の変位量との関係は比例関係となる。また、光源72から射出される光線束の光軸に対する角度が大きいほど励起光の断面積の変位量は大きくなる。

本実施例において光源72として用いるレーザー発光器は、上下方向に広く拡散する特性を有している。よって、光源72とコリメータレンズ149との距離を０．数ｍｍ程度変化させることによって、蛍光体や拡散透過板7の特性に合わせた断面積の変化を実現できる。つまり、コリメータレンズ149を光軸方向に微少距離振動させることにより、蛍光体や拡散透過板7の特性に合わせた断面積の変化を実現できる。

そして、本実施例の光源装置63では、このような蛍光体の特性や、拡散透過板7の特性に鑑みて、蛍光ホイール71の回転制御と、光源72とコリメータレンズ149との距離の制御と、を同時に行っている。

以下に、本実施例の光源装置63において、赤色、緑色、青色波長帯域の光源光を射出する場合の制御について述べる。図７は、本実施例の蛍光ホイール71の各領域と、各領域に光源ユニット65からの射出光を照射する場合の光源72とコリメータレンズ149との距離と、の関係を示す図である。

上述した光源制御手段は、赤色波長帯域光を投影する場合、図７に示すように、まず、光源ユニット65の光軸上に赤色蛍光発光領域2Rが位置するようホイールモータ73を制御して蛍光ホイール71を回転させる。次に、光源制御手段は、光源72とコリメータレンズ149との距離を離れさせるように、コリメータレンズ149を光軸方向に移動させる制御を行う。このように光源装置63を制御することにより、赤色蛍光体層4において飽和現象が生じにくくなり、赤色蛍光体層4からの射出光の光量を増加させることができる。

また、光源制御手段は、緑色波長帯域光を投影する場合、光源ユニット65の光軸上に緑色蛍光発光領域2Gが位置するようホイールモータ73を制御して蛍光ホイール71を回転させる。次に、光源制御手段は、光源72とコリメータレンズ149との距離を近づけるように、コリメータレンズ149を光軸方向に移動させる制御を行う。このように制御することにより、緑色蛍光体層5にエネルギー密度の高い励起光を照射できるため、緑色蛍光体層5からの射出光の光量を増加させることができる。

さらに、光源制御手段は、青色波長帯域光を投影する場合、光源ユニット65の光軸上に拡散透過領域1が位置するようホイールモータ73を制御して蛍光ホイール71を回転させる。次に、光源制御手段は、光源72とコリメータレンズ149との距離を離れさせるように、コリメータレンズ149を光軸方向に移動させる制御を行う。このように制御することにより、表示素子51の面積に近い面積とされた青色波長帯域光を蛍光ホイール71から射出させることができるため、青色波長帯域の有効光の光量を増加させることができる。

なお、蛍光ホイール71は、上述したようにホイールモータ73によって右回転するため、光源ユニット65の光軸上に位置する領域は、赤色蛍光発光領域2R、緑色蛍光発光領域2G、拡散透過領域1の順で変化することとなる。よって、光源ユニット65の光軸上に位置する蛍光ホイール71の領域に合わせて光源72とコリメータレンズ149との距離を制御する場合、蛍光ホイール71の回転速度と、光源72とコリメータレンズ149との距離を変化させるタイミング、つまり、コリメータレンズ149の振動速度を制御することにより、上述した蛍光光や拡散透過板7の特性に合わせて励起光の断面積を変化させることができる。

本実施例の光源ユニット65は、光源72とコリメータレンズ149との距離が可変とされ、任意の断面積とされた光線束を射出可能とされている。これにより、光源ユニット65において、特性の異なる光源72を使用することなく、異なる特性の光線束を射出できる。つまり、一種類の光源72を用いて、エネルギー密度の高い光線束を射出する、あるいは、エネルギーが分散された光線束を射出するといったことが可能となる。

また、本実施例の光源ユニット65は、コリメータレンズ149が、光源72の光軸と平行に可動とされている。このようにコリメータレンズ149を可動とすることにより、電力供給用の配線等が接続された光源72を可動とする場合と比較して、光軸方向の移動を容易に行うことができ、光源72とコリメータレンズ149との距離を容易に制御できることとなる。

さらに、コリメータレンズ149を光軸方向に移動させる場合に、コリメータレンズ149の保持部材を移動させる構成とすることにより、コリメータレンズ149に光軸方向に移動させるための加工等をする必要がないため、導光路を遮ることなくコリメータレンズ149を光軸方向に移動させることができる。

また、光源72として、青色レーザー発光器を用いることにより、高出力な励起光を蛍光ホイール71の各領域に照射することができ、また、レーザー光線は発光ダイオードからの射出光等と比較すると断面積が小さいため、蛍光ホイール71に励起光を導光するレンズ等の光学系の大きさが小さな光源装置63を提供できることとなる。

そして、本実施例の光源装置63では、光源ユニット65の光軸上に位置する蛍光ホイール71の領域の特性に合わせて光源72とコリメータレンズ149との距離を変化させる構成となっているため、蛍光ホイール71の各領域の特性に合わせた励起光を照射することができ、よって、飽和現象等が生じることを防止でき、高輝度な光源光を射出可能な光源装置63を提供できる。

また、このような光源装置63をプロジェクタ10で用いることにより、照度分布が均一で輝度ムラが少なく、高輝度な投影画像を投影可能なプロジェクタ10を提供できることとなる。

なお、これまで述べた実施例では、蛍光ホイール71から赤色、緑色、青色波長帯域光を射出する構成としているが、蛍光ホイール71を緑色蛍光発光領域2Gと拡散透過領域1とが周方向に並設されたものとし、別途赤色波長帯域光を射出する独立した固体発光素子を配置する構成とすることもできる。

このような構成とした光源装置６３を備えたプロジェクタ１０では、光源制御手段は、赤色波長帯域光を投影する場合、赤色波長帯域光を射出する固体発光素子を点灯させる制御を行う。また、光源制御手段は、緑色波長帯域光を投影する場合、光源ユニット６５の光軸上に緑色蛍光発光領域２Ｇが位置するようホイールモータ７３を制御して蛍光ホイール７１を回転させるとともに、光源７２とコリメータレンズ１４９との距離を近づける方向にコリメータレンズ１４９を移動させる制御を行う。さらに、光源制御手段は、青色波長帯域光を投影する場合、光源ユニット６５の光軸上に拡散透過領域１が位置するようホイールモータ７３を制御して蛍光ホイール７１を回転させるとともに、光源７２とコリメータレンズ１４９との距離を離れさせる方向にコリメータレンズ１４９を移動させる制御を行う。

このような構成とした光源装置63を備えたプロジェクタ10によれば、飽和現象が起こりやすい赤色蛍光体層を使用することなく赤色波長帯域光を投影できるため、投影光の輝度を高めることができる。また、緑色波長帯域光に関しては、エネルギー密度の高い励起光によって発光する構成となっているため、蛍光光の光量を増加させて投影光の輝度を高めることができる。また、青色波長帯域光に関しては、表示素子51の形状に近い青色光源光を生成できるため、投影光における輝度ムラの発生を防止できる。

また、光源ユニット65において複数の光源72をマトリクス状に配置して、これらの光源72の光射出方向に複数のコリメータレンズ149を配置し、複数のコリメータレンズ149を同時に振動させる構成とすることもできる。このように、光源72の数を増やすことにより、励起光の光量を増やすことができ、蛍光ホイール71から射出される各波長帯域光の光量を増加させることができる。

さらに、上述した実施例では、蛍光ホイール71を赤色蛍光発光領域2Rと、緑色蛍光発光領域2Gと、拡散透過領域1と、を周方向に並設して形成しているが、拡散透過領域1の代わりに青色蛍光体層を備えた青色蛍光発光領域を形成する構成とすることもできる。この場合、光源72としては紫外線レーザー発光器を用い、紫外線によって各蛍光体層を励起させる。

このように光源72として紫外線レーザー発光器を用い、紫外線である励起光によって蛍光体を励起する構成とした場合であっても、上述した実施例と同様に、光源72とコリメータレンズ149との距離を蛍光体の特性に合わせて移動させることにより、高輝度な光源光を射出可能な光源装置63を提供できることとなる。

なお、本実施例において述べた、光源72とコリメータレンズ149との距離を可変とした光源ユニット65は、蛍光体を励起させる構成を備えたあらゆる電子機器において用いることができ、また、任意の断面積を射出可能なレーザーユニットとして用いることもできる。

なお、本発明は、以上の実施例に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。

1 拡散透過領域 2 蛍光発光領域
2G 緑色蛍光発光領域 2R 赤色蛍光発光領域
4 赤色蛍光体層 5 緑色蛍光体層
7 拡散透過板 10 プロジェクタ
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 各種端子 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 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 53 表示素子冷却装置
61 光源側光学系 63 光源装置
65 光源ユニット 71 蛍光ホイール
72 光源 73 ホイールモータ
74 光軸変更ミラー 75 導光装置
77 光学系ユニット 78 照明側ブロック
79 画像生成ブロック 80 投影側ブロック
84 照射ミラー 90 投影側光学系
93 固定レンズ群 97 可動レンズ群
101 電源回路ブロック 102 電源制御回路基板
103 制御回路基板 110 ブロア
111 吸込み口 113 吐出口
120 区画用隔壁 121 吸気側空間室
122 排気側空間室 149 コリメータレンズ
151 ミラー群 151a 第一ミラー
151b 第二ミラー 151c 第三ミラー
151d 第四ミラー 153 凸レンズ群
153a 第一凸レンズ 153b 第二凸レンズ
153c 第三凸レンズ 154 導光装置入射レンズ
155 集光レンズ群

Claims (10)

1. 所定波長帯域光を射出する光源と、該光源の光射出方向に配置され、前記光源からの射出光を平行光に変換するコリメータレンズと、を備え、前記光源と前記コリメータレンズとの距離が可変とされている光源ユニットと、
   前記光源ユニットからの射出光を励起光として蛍光発光する蛍光発光領域を有する蛍光ホイールと、
   前記蛍光ホイールから射出される光線束を同一光路上に集光する集光光学系と、を備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記蛍光ホイールを回転駆動するホイールモータと、を備え、
   前記蛍光ホイールは、前記光源ユニットからの射出光を拡散透過する拡散透過領域を前記蛍光発光領域に周方向に並設して有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記コリメータレンズは、前記光源の光軸と平行に可動とされ、任意の断面積とされた光線束を射出可能とされてい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。
4. 前記コリメータレンズは、保持部材に保持されており、該保持部材が前記光源の光軸と平行に可動とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光源装置。
5. 前記光源ユニットは、該光源ユニットの光軸上に位置する前記蛍光ホイールの領域の特性に応じて前記光源と前記コリメータレンズとの距離を前記光源ユニットの光軸方向に変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光源装置。
6. 前記光源ユニットの光源は、青色波長帯域光を射出する青色レーザー発光器であって、
   前記蛍光ホイールは、赤色蛍光体層が敷設された赤色蛍光発光領域と、緑色蛍光体層が敷設された緑色蛍光発光領域と、前記光源ユニットからの射出光を拡散透過する前記拡散透過領域と、が周方向に並設されて形成されており、
   前記光源ユニットは、前記光源ユニットの光軸上に前記赤色蛍光発光領域又は前記拡散透過領域が位置するとき、前記コリメータレンズと前記光源との距離が離れる方向に前記コリメータレンズを移動させ、前記光源ユニットの光軸上に前記緑色蛍光発光領域が位置するとき、前記コリメータレンズと前記光源との距離が近づく方向に前記コリメータレンズを移動させる駆動機構を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光源装置。
7. 前記光源ユニットの光源は、青色波長帯域光を射出する青色レーザー発光器であって、
   赤色波長帯域光を射出する固体発光素子を備え、
   前記蛍光ホイールは、緑色蛍光体層が敷設された緑色蛍光発光領域と、前記光源ユニットからの射出光を拡散透過する前記拡散透過領域と、が周方向に並設されて形成されており、
   前記光源ユニットは、前記光源ユニットの光軸上に前記拡散透過領域が位置するとき、前記コリメータレンズと前記光源との距離が離れる方向に前記コリメータレンズを移動させ、前記光源ユニットの光軸上に前記緑色蛍光発光領域が位置するとき、前記コリメータレンズと前記光源との距離が近づく方向に前記コリメータレンズを移動させる駆動機構を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光源装置。
8. 光源装置と、光源側光学系と、導光装置と、表示素子と、投影側光学系と、光源制御手段と、複数の投影モードから任意の投影モードを選択する投影モード選択手段等のプロジェクタ制御手段と、を備え、
   前記光源装置は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の光源装置とされ、
   前記光源制御手段は、前記投影モード選択手段において選択された投影モードに基づいて前記コリメータレンズを移動させることを特徴とするプロジェクタ。
9. 光源装置と、光源側光学系と、導光装置と、表示素子と、投影側光学系と、光源制御手段等のプロジェクタ制御手段と、を備え、
   前記光源装置は、請求項６に記載の光源装置とされ、
   前記光源制御手段は、
   赤色波長帯域光を投影する場合、前記光源ユニットの光軸上に前記赤色蛍光発光領域が位置するよう前記蛍光ホイールを回転させるとともに、前記光源と前記コリメータレンズとの距離を離れさせる方向に前記コリメータレンズを移動させ、
   緑色波長帯域光を投影する場合、前記光源ユニットの光軸上に前記緑色蛍光発光領域が位置するよう前記蛍光ホイールを回転させるとともに、前記光源と前記コリメータレンズとの距離を近づける方向に前記コリメータレンズを移動させ、
   青色波長帯域光を投影する場合、前記光源ユニットの光軸上に前記拡散透過領域が位置するよう前記蛍光ホイールを回転させるとともに、前記光源と前記コリメータレンズとの距離を離れさせる方向に前記コリメータレンズを移動させることを特徴とするプロジェクタ。
10. 光源装置と、光源側光学系と、導光装置と、表示素子と、投影側光学系と、光源制御手段等のプロジェクタ制御手段と、を備え、
    前記光源装置は、請求項７に記載の光源装置とされ、
    前記光源制御手段は、
    赤色波長帯域光を投影する場合、前記赤色波長帯域光を射出する固体発光素子を点灯させ、
    緑色波長帯域光を投影する場合、前記固体発光素子を消灯して前記光源を点灯させ、前記光源ユニットの光軸上に前記緑色蛍光発光領域が位置するよう前記蛍光ホイールを回転させるとともに、前記光源と前記コリメータレンズとの距離を近づける方向に前記コリメータレンズを移動させ、
    青色波長帯域光を投影する場合、前記光源ユニットの光軸上に前記拡散透過領域が位置するよう前記蛍光ホイールを回転させるとともに、前記光源と前記コリメータレンズとの距離を離れさせる方向に前記コリメータレンズを移動させることを特徴とするプロジェクタ。

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