JP5406638B2 - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents
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Description
本発明は、蛍光ホイールを備えた光源装置と、該光源装置を備えた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。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。
例えば、特開２００４−２２００１５号公報（特許文献１）では、発光素子を備えた光源装置において、光量の増大を図るために発光素子をマトリクス状に配置した光源装置が提案されている。しかしながら、特許文献１の発明は、発光素子の輝点が増えるため、発光面積と立体角の積で表される光源のエテンデューの値が、表示素子の面積と立体角の積で表される表示素子のエテンデューの値よりも大きくなり、各発光ダイオードから射出される光の利用効率が低くなるという問題点があった。
このような問題を解決するため、発光面積が小さな蛍光体層に励起光を照射し、蛍光体層から射出された蛍光発光光を光源光として利用する提案がなされている。（特許文献２、特許文献３）。
プロジェクタでは、高輝度、高強度の光を射出可能な光源装置が求められる。上述した特許文献２及び特許文献３のように、蛍光体層に励起光を照射し、蛍光体層から射出された蛍光発光光を光源光として利用する光源装置では、励起光の光量を増やすことにより高輝度且つ高強度の光を射出することができる。しかしながら、励起光の光量を増やすために複数の励起光源を使用した場合、発熱量の増加、電気消費量の増加に繋がり、また、プロジェクタ本体の大型化にも繋がる。
そこで、本発明は、蛍光体層に所定波長帯域の励起光を照射した場合において、発光強度が高くなるように蛍光体層の蛍光体含有重量濃度及び蛍光体層の膜厚を決定することで、励起光の光量を増加させることなく高輝度、高強度の光源光を射出可能な光源装置と、この光源装置を備えたプロジェクタ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励起光源と、該励起光源からの射出光を励起光として所定波長帯域の蛍光発光光を射出する蛍光体層を少なくとも一つ以上備えた発光板と、を備え、前記蛍光体層は、蛍光体と、該蛍光体が均一に散りばめられたバインダと、から形成され、前記発光板には前記蛍光体層として少なくとも緑色蛍光体層が形成され、該緑色蛍光体層における緑色蛍光体の前記蛍光体層に対する含有重量濃度は、６０％乃至８５％とされ、前記発光板は、前記緑色蛍光体層が敷設されたセグメントと、前記励起光源からの射出光を指向性の弱い拡散光に変換する拡散領域としてのセグメントと、が周方向に並設された蛍光ホイールとされ、赤色波長帯域光を射出する発光素子としての赤色発光ダイオードを有し、前記蛍光ホイールから射出される蛍光発光光及び拡散光と、前記発光素子からの射出光と、を所定の一面に集光させる集光光学系を備えたことを特徴とする。また、本発明の光源装置は、所定波長帯域光を射出する励起光源と、該励起光源からの射出光を励起光として所定波長帯域の蛍光発光光を射出する蛍光体層を少なくとも一つ以上備えた発光板と、を備え、前記蛍光体層は、蛍光体と、バインダと、から形成され、前記発光板には前記蛍光体層として少なくとも緑色蛍光体層が形成され、該緑色蛍光体層における緑色蛍光体の前記蛍光体層に対する含有重量濃度は、６０％乃至８５％とされ、前記発光板は、前記緑色蛍光体層と、前記励起光源からの励起光を受けて赤色波長帯域の蛍光発光光を射出する赤色蛍光体層と、からなる蛍光発光領域としてのセグメントと、前記励起光源からの射出光を指向性の弱い拡散光に変換する拡散領域としてのセグメントと、が周方向に並設された蛍光ホイールとされ、前記蛍光ホイールからの蛍光発光光及び拡散光を所定の一面に集光させる集光光学系を備えたことを特徴とする。
また、本発明の光源装置において、前記励起光源は、青色波長帯域光を射出する固体発光素子であることを特徴とする。
さらに、本発明の光源装置において、前記緑色蛍光体層の膜厚は、１００μｍ乃至３００μｍとされていることを特徴とする。
なお、本発明の光源装置において、前記緑色蛍光体層における緑色蛍光体の前記蛍光体層に対する含有重量濃度は、７０％乃至８０％とすることが好適である。
また、本発明の光源装置において、前記緑色蛍光体層の膜厚は、１５０μｍ乃至２００μｍとすることが好適である。
そして、本発明の光源装置において、前記緑色蛍光体層の緑色蛍光体は、セリウム賦活ガーネット構造蛍光体であり、蛍光発光光における波長のピークが５２０ｎｍから５４０ｎｍの範囲であることを特徴とする。
また、本発明の光源装置において、前記励起光源は、波長のピークが４３０ｎｍ乃至４６０ｎｍの範囲とされた青色波長帯域光を射出する青色レーザーダイオードであることを特徴とする。
本発明のプロジェクタは、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、プロジェクタ制御手段と、を備え、前記光源装置は、上述したような光源装置であり、前記導光装置の入射面上に光源光が集光されるように配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、蛍光体層に所定波長帯域の励起光を照射した場合において、発光強度が高くなるように蛍光体層の蛍光体含有重量濃度及び蛍光体層の膜厚を決定することで、励起光の光量を増加させることなく高輝度、高強度の光源光を射出可能な光源装置と、この光源装置を備えることにより高輝度かつ明度の高い投影が可能なプロジェクタを提供することができる。
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62と、導光装置75と、表示素子51と、投影側光学系90と、プロジェクタ制御手段と、を備え、光源装置63は、導光装置75の入射面上に光源光が集光するように配置されている。
そして、光源装置63は、青色波長帯域光を射出する励起光源72と、発光板としての蛍光ホイール71と、赤色波長帯域光を射出する発光素子74としての赤色発光ダイオードと、蛍光ホイール71からの射出光及び発光素子74からの射出光を所定の一面、つまり、導光装置75の入射面上に集光する集光光学系と、を備える。
この蛍光ホイール71は、励起光源72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緑色蛍光体層4が敷設された蛍光発光領域2と、励起光源72からの射出光を指向性の弱い拡散光に変換する拡散領域1と、が周方向に並設されてなる。
そして、緑色蛍光体層4は、緑色蛍光体と、該緑色蛍光体が均一に散りばめられたバインダと、から形成されている。また、緑色蛍光体層4は、励起光源72からの射出光が緑色蛍光体層4に照射された場合に緑色蛍光体層4から射出される蛍光発光光の発光強度が高くなるように、蛍光体層に対する緑色蛍光体の含有重量濃度を決定されている。具体的には、蛍光体層に対する緑色蛍光体の含有重量濃度は、７０％乃至８０％の濃度とされている。
また、緑色蛍光体層4は、励起光源72からの射出光が緑色蛍光体層4に照射された場合に緑色蛍光体層4から射出される蛍光発光光の発光強度が高くなるように膜厚が決定されている。具体的には、緑色蛍光体層4の膜厚は、１５０μｍ乃至２００μｍとされている。
そして、本発明の光源装置63において、緑色蛍光体層4は、蛍光発光光における波長のピークが５２０ｎｍから５４０ｎｍの範囲である、セリウム賦活ガーネット構造蛍光体を用いて形成されている。また、励起光源72は、波長のピークが４３０ｎｍ乃至４６０ｎｍの範囲とされた青色波長帯域光を射出する青色レーザーダイオードとされている。
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14、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90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90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。なお、本実施例のプロジェクタ10では、プロジェクタ10の筐体にカードスロットルを設けてこのカードスロットルにメモリカード32を差し込む構成とする場合や、入出力コネクタ部21にＵＳＢメモリとしてのメモリカード32を差し込む構成とする場合等がある。
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。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る、或いは、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には、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70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70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62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62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62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76と、この光軸変更ミラー76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の平面模式図である。光源装置63は、図４に示すように、導光装置75の中心軸と光軸が平行となるように配置された複数の励起光源72と、励起光源72の前方に配置された複数のコリメータレンズ149と、コリメータレンズ149を透過した光線束の光軸方向を９０度変換する反射ミラー群150と、を備える。
また、光源装置63は、反射ミラー群150で反射した励起光の光軸と回転軸が平行となるように励起光の光軸上に配置された蛍光ホイール71と、蛍光ホイール71を回転駆動するホイールモータ73を備えている。さらに、光源装置63は、励起光源72から励起光を射出する際の光軸方向と光軸が平行となるように配置された発光素子74としての赤色光源と、蛍光ホイール71から射出される光線束の光軸及び発光素子74から射出された光線束の光軸を一致させて所定の一面に集光する集光光学系と、を備えてなる。
励起光源72は、複数の青色レーザー発光器が平面状に配列されてなり、青色波長帯域のレーザー光を励起光として蛍光ホイール71に射出するとともに、光源装置63における青色波長帯域光として蛍光ホイール71に射出する。また、コリメータレンズ149は、励起光源72における複数の青色レーザー発光器の前方において、各青色レーザー発光器からの射出光を指向性が増した平行光として前方に射出する。さらに、反射ミラー群150は、複数の短冊状の反射ミラーが階段状に配列されてなり、励起光源72からの射出光の光軸を９０度変換するように反射する。
蛍光ホイール71は、図５に示すように、円形の発光板であって、ホイールモータ73によって回転を制御される。この蛍光ホイール71は、励起光源72からの射出光を拡散する拡散領域1としてのセグメントと、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。この拡散領域1は、ガラス等の透光性の高い部材によって形成されており、表面にサンドブラスト加工等によって微細凹凸が施されている。そして、拡散領域1に照射された励起光源72からの射出光は、指向性の高いレーザー光から指向性の低い拡散光に変換されて透過する。
蛍光発光領域2は、金属材料等の表面に銀蒸着等によって反射面が施され、この反射面の表面にスパッタによってフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）等の透明の保護膜が形成され、この保護膜の表面に緑色蛍光体層4が敷設されている。この緑色蛍光体層4は、耐熱性が高くかつ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散りばめられた緑色蛍光体と、から形成されている。また、緑色蛍光体は、セリウム賦活ガーネット構造蛍光体であり、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋を使用することが好適である。
この緑色蛍光体層4は、緑色蛍光体のバインダに対する含有重量濃度によって、及び、蛍光体の膜厚によって、同一の励起光を照射した場合であっても発光強度に差が生じる。図６は、複数の膜厚において、横軸に含有重量濃度をとり、縦軸に蛍光体の発光強度をとったグラフである。図６においては、含有重量濃度の単位は重量％とし、発光強度の単位は任意であるためａｒｂｉｔｒａｒｙ ｕｎｉｔｓ（ａ．ｕ．）としている。また、膜厚は、１００μｍ、１５０μｍ、１７０μｍ、２００μｍの４種類としている。
緑色蛍光体層4は、図６に示すように、含有重量濃度が７５％前後の位置に発光強度のピークがあり、含有重量濃度を７５％前後まであげた場合には発光強度も略含有重量濃度に比例して上がる。また、発光強度は、このピークを過ぎると徐々に下がり始める。
このような現象において、含有重量濃度が低い場合に発光強度が落ちるのは、励起光を吸収して発光する蛍光体の絶対的な量が少ないためである。よって、含有重量濃度が低い場合は、緑色蛍光体層4に照射された励起光源72からの射出光の中で、蛍光体に照射されずに外部に出て行く光が多く、励起光源72から射出される光の利用効率が下がる。
また、含有重量濃度が高すぎる場合に発光強度が落ちるのは、図７に示すように、蛍光体が５１０ｎｍ近傍までの波長帯域光を吸収して発光する特性を持っているため、蛍光体が蛍光発光した光の中で４６０ｎｍ乃至５２０ｎｍの波長帯域光が他の蛍光体に照射されると、当該他の蛍光体において励起光として吸収されてしまい、蛍光体層から外部に射出される蛍光発光光の量が減るためである。よって、含有重量濃度が高すぎる場合は、蛍光体による蛍光発光光が蛍光体層の内部で吸収されてしまい、蛍光発光光の利用効率が下がることとなる。なお、図７は、横軸に波長をとり、縦軸に蛍光体の発光強度をとったグラフである。
このようなセリウム賦活ガーネット構造蛍光体の特性から、励起光源72からの射出光の利用効率を高め、かつ、蛍光発光光の利用効率を高めることで発光強度を高めるためには、含有重量濃度が６０％乃至８５％、特に７０％乃至８０％とすることが好適であることがわかる。よって、本実施例の緑色蛍光体層4は、緑色蛍光体の蛍光体層に対する含有重量濃度を７５％前後のものとしている。
また、緑色蛍光体層4の膜厚に関しては、図６のグラフに示すように、１７０μｍ前後の膜厚とした場合の発光強度が最も高い。このように膜厚によって発光強度が変化するのは、膜厚が薄すぎる場合、緑色蛍光体層4に照射された励起光源72からの射出光の中で蛍光体に照射されずに外部に出て行く光が多くなるために発光強度が下がる。一方、膜厚が厚すぎる場合、蛍光発光光が緑色蛍光体層4内部で他の蛍光体に吸収される確率が高くなり、外部に射出される蛍光発光光の光量が少なくなるため発光強度が下がる。よって、蛍光体層の膜厚は、厚すぎても薄すぎても発光強度が落ちるため、１００μｍ乃至３００μｍ、特に１５０μｍ乃至２００μｍとするのが好適である。よって、本実施例の緑色蛍光体層4は、膜厚を１７０μｍとしている。
この緑色蛍光体層4における蛍光体の製法について述べる。この緑色蛍光体は、まず原料となる酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）を、Ｙ：Ａｌ：Ｇａ：Ｃｅ＝２．９８：３：２：０．０２のモル比率で配合し、さらに、結晶成長を促進する触媒としてフッ化バリウムを蛍光体原料に対して５０モル％で配合し、ポリエチレン容器に原料とエタノールを入れ、２００ｒｐｍ回転で５時間混合する。次に、混合した原料をろ過した後に乾燥させ、アルミナ容器に入れて４％水素還元雰囲気内で１５００度、４時間の焼成を行う。そして、最後に触媒やその他の不純物を除去するために２基底の硝酸溶液で１時間攪拌し、純水で洗浄を行って乾燥することにより生成する。
発光素子74は、赤色発光ダイオード等の赤色波長帯域光を射出する赤色光源とされている。そして、この赤色光源は、励起光源72と蛍光ホイール71との間の位置において、励起光源72から励起光を射出する際の光軸方向と赤色光源からの射出光の光軸とが平行になるよう配置されている。
そして、集光光学系は、複数のミラーによるミラー群151、複数の凸レンズによる凸レンズ群153、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複数の当該集光レンズによる集光レンズ群155、導光装置入射レンズ154から構成される。
ミラー群151は、反射ミラー群150で反射した励起光の光軸と発光素子74の光軸とが直交する位置に配置された第一ミラー151aと、蛍光ホイール71の裏面側であって導光装置75の中心軸の延長線と反射ミラー群150で反射した励起光の光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、赤色光源の光軸上に配置された第三ミラー151cと、第三ミラー151cで反射した赤色波長帯域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、励起光源72及び赤色光源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を拡散透過した励起光源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、赤色光源からの射出光、及び、蛍光ホイール71で発光した蛍光光を第四ミラー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。
また、集光光学系としての凸レンズ群153は、励起光源72と第一ミラー151aとの間に配置された第一凸レンズ153aと、第二ミラー151bと第四ミラー151dとの間に配置された第二凸レンズ153bと、第一ミラー151aと第三ミラー151cとの間に配置された第三凸レンズ153cと、第三ミラー151cと第四ミラー151dとの間に配置された第四凸レンズ153dと、を備える。
さらに、集光光学系としての集光レンズ群155は、赤色光源の近傍、及び、蛍光ホイール71の表裏両面近傍であって励起光源72からの射出光の光軸上に配置されており、赤色光源や蛍光ホイール71からの射出光を集光する。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。
そして、このような光源装置63において、励起光源72から射出され反射ミラー群150で反射された青色レーザー光は、第一凸レンズ153aによって集光された後、第一ミラー151aを透過し、集光レンズ群155によって蛍光ホイール71の蛍光反射領域や拡散領域に照射される。
また、励起光源72から射出され蛍光発光領域2の緑色蛍光体層4に照射された光線束は、励起光として蛍光体を励起し、蛍光体は所定波長帯域の光を発光する。さらに、励起光源72から射出され蛍光ホイール71の拡散領域に照射された光線束は、拡散して指向性の強いコヒーレント光から指向性の弱いインコヒーレント光に性質を変換され、インコヒーレント光の青色波長帯域光として蛍光ホイール71の裏面側から射出される。
また、赤色光源から射出された赤色波長帯域光は、集光レンズ群155によって集光されて第一ミラー151aを透過し、蛍光ホイール71から励起光源72側へ射出された蛍光発光光は、集光レンズ群155によって集光されて第一ミラー151aに照射される。そして、第一ミラー151aを透過した赤色波長帯域光、及び、第一ミラー151aで反射した蛍光発光光は、第三凸レンズ153cや第四凸レンズ153dによって集光されるとともに、第三ミラー151c及び第四ミラー151dで反射し、導光装置入射レンズ154によって導光装置75の入射面に集光されて導光装置75内に入射する。
さらに、蛍光ホイール71を拡散透過した青色波長帯域光は、集光レンズ群155によって集光されて第二ミラー151bに照射され、第二ミラー151bで反射し、第二凸レンズ153bで集光され、第四ミラー151dを透過した後、導光装置入射レンズ154によって導光装置75の入射面に集光されて導光装置75内に入射する。
そして、導光装置75に入射した光源光は、導光装置75内で均一強度の光線束にされて光軸変更ミラー76に照射され、光軸変更ミラー76で反射して光学系ユニット70の画像生成ブロック79に入射し、表示素子51で投影光に変換されて投影側光学系90に入射し、投影側光学系90で拡大されてスクリーン等に投影される。
本実施例の光源装置63における緑色蛍光体層4は、励起光源72からの射出光が緑色蛍光体層4に照射された場合、緑色蛍光体層4から射出される蛍光発光光の発光強度が高くなるように、蛍光体層に対する緑色蛍光体の含有重量濃度が決定されている。これにより、励起光源72からの射出光の光量を増加させることなく、蛍光発光光の光量を増やすことができ、また、蛍光体層内における蛍光発光光の吸収量を低減できるため、蛍光発光光の利用効率を高めることもできる。
また、本実施例の光源装置63では、緑色蛍光体層4における緑色蛍光体の蛍光体層に対する含有重量濃度を６０％乃至８５％の濃度としている。このように、蛍光体の含有重量濃度に関して多少の幅を持たせることにより、蛍光体層の生成にかかるコストと蛍光発光光の光量とのバランスを吟味して蛍光体層の生成ができることとなる。
そして、励起光源72として青色波長帯域光を射出する固体発光素子を用いることにより、励起光源72からの射出光を励起光として利用できるとともに、励起光源72からの射出光を青色波長帯域の光源光としても利用できるため、青色蛍光体層や青色光源を別途用意する必要がなくなり、光源装置63の小型化を図ることができる。
また、本実施例の光源装置63における緑色蛍光体層4は、励起光源72からの射出光が緑色蛍光体層4に照射された場合、緑色蛍光体層4から射出される蛍光発光光の発光強度が高くなるように、緑色蛍光体層4の膜厚が決定されている。これにより、励起光源72からの射出光の光量を増加させることなく、蛍光発光光の光量を増やすことができ、また、励起光が無駄なく蛍光体に照射されるため、励起光の利用効率を高めることもできる。
さらに、本実施例の光源装置63では、緑色蛍光体層4の膜厚を１００μｍ乃至３００μｍとしている。このように、蛍光体層の膜厚に関して多少の幅を持たせることにより、蛍光体層の生成にかかるコストと蛍光発光光の光量とのバランスや、蛍光体の含有重量濃度とのバランス等を吟味して蛍光体層の生成ができることとなる。
また、緑色蛍光体層4における緑色蛍光体の含有重量濃度を７０％乃至８０％の濃度とすることにより、緑色蛍光体層4が、図６に示したように、最も発光強度の高い蛍光体の含有重量濃度となるため、蛍光発光光の利用効率をより高めることができることとなる。
さらに、緑色蛍光体層4の膜厚を１５０μｍ乃至２００μｍとすることにより、緑色蛍光体層4が、図６に示したように、最も発光強度の高い膜厚となるため、緑色蛍光体層4内での蛍光発光光の吸収が最小限に抑えられ、また、緑色蛍光体層4に照射された励起光の中で緑色蛍光体に照射されることなく外部に出て行く光の量も低減することができ、励起光の利用効率を高めることもできる。
そして、緑色蛍光体層4の緑色蛍光体として、青色波長帯域の励起光に対して発光強度の高い物質であるセリウム賦活ガーネット構造蛍光体を用いることにより、緑色波長帯域光の光量を増加させることができる。
また、励起光源72として青色レーザーダイオードを用いることにより、エネルギーが高く、かつ、指向性の高い青色波長帯域光を蛍光ホイール71に照射することができ、緑色蛍光体を効率よく励起することができる。さらに、蛍光ホイール71において拡散させることにより、青色波長帯域の光源光も容易に生成できることとなる。
さらに、本実施例の光源装置63は、赤色波長帯域光を生成するために独立した発光素子74としての赤色発光ダイオードを備えている。これにより、光量や明度の高い赤色波長帯域光を射出可能な光源装置63を提供できる。
そして、プロジェクタ10においてこのような光源装置63を用いることにより、輝度及び明度の高い投影画像の投影が可能なプロジェクタ10を提供できることとなる。
なお、上述した実施例では、赤色に関して独立の発光素子74を設けているが、図８に示すように、蛍光ホイール71を、赤色蛍光体層5及び緑色蛍光体層4からなる蛍光発光領域2と、拡散領域1と、を周方向に並設することにより、蛍光ホイール71によって赤色、緑色、青色波長帯域の光を生成する構成とすることもできる。
このように蛍光ホイール71によって赤色、緑色、青色波長帯域の光を生成する構成とする場合、赤色蛍光体層5における赤色蛍光体は、ユーロピウム賦活窒化物蛍光体を用いることができる。また、赤色蛍光体層5の蛍光体層に対する含有重量濃度及び膜厚は、上述した実施例における緑色蛍光体層4と同様に、発光強度を実験により求め、この実験結果から発光強度が高くなる含有重量濃度及び膜厚を決定することにより、光量が多く明度の高い赤色波長帯域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、このユーロピウム賦活窒化物蛍光体の製法としては、原料の窒化ストロンチウム（Ｓｒ３Ｎ２）、窒化カルシウム（Ｃａ３Ｎ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）を、窒素雰囲気内でＳｒ：Ｃａ：Ａｌ：Ｓｉ：Ｅｕ＝０．７５：０．２５：１．０：１．０：０．０１５のモル比で配合し、遊星ボールミルで混合する。そして、混合した原料を窒化ホウ素容器に入れ、９気圧窒素雰囲気中で１９００度、４時間の焼成を行うことにより生成することができる。
また、このように蛍光ホイール71で赤色、緑色、青色波長帯域の光を生成する構成とした光源装置63では、図４に示した第一ミラー151aを青色透過、赤色及び緑色反射の特性を持つダイクロイックミラーとすることで、導光装置75の入射面に赤色、緑色、青色波長帯域の光を集光することができる。
なお、本発明は、蛍光体層における蛍光体の含有重量濃度及び膜厚を、実験データから発光強度が高くなる数値を求め、この数値に従って決定することを特徴とする。よって、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 拡散領域 2 蛍光発光領域
4 緑色蛍光体層 5 赤色蛍光体層
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 62 光源側光学系
63 光源装置 70 光学系ユニット
71 蛍光ホイール 72 励起光源
73 ホイールモータ 74 発光素子
75 導光装置 76 光軸変更ミラー
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 150 反射ミラー群
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 153d 第四凸レンズ
154 導光装置入射レンズ 155 集光レンズ群
4 緑色蛍光体層 5 赤色蛍光体層
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 62 光源側光学系
63 光源装置 70 光学系ユニット
71 蛍光ホイール 72 励起光源
73 ホイールモータ 74 発光素子
75 導光装置 76 光軸変更ミラー
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 150 反射ミラー群
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 153d 第四凸レンズ
154 導光装置入射レンズ 155 集光レンズ群
Claims (9)
- 所定波長帯域光を射出する励起光源と、該励起光源からの射出光を励起光として所定波長帯域の蛍光発光光を射出する蛍光体層を少なくとも一つ以上備えた発光板と、を備え、
前記蛍光体層は、蛍光体と、バインダと、から形成され、
前記発光板には前記蛍光体層として少なくとも緑色蛍光体層が形成され、該緑色蛍光体層における緑色蛍光体の前記蛍光体層に対する含有重量濃度は、６０％乃至８５％とされ、
前記発光板は、前記緑色蛍光体層が敷設されたセグメントと、前記励起光源からの射出光を指向性の弱い拡散光に変換する拡散領域としてのセグメントと、が周方向に並設された蛍光ホイールとされ、
赤色波長帯域光を射出する発光素子としての赤色発光ダイオードを有し、
前記蛍光ホイールから射出される蛍光発光光及び拡散光と、前記発光素子からの射出光と、を所定の一面に集光させる集光光学系を備えていることを特徴とする光源装置。 - 所定波長帯域光を射出する励起光源と、該励起光源からの射出光を励起光として所定波長帯域の蛍光発光光を射出する蛍光体層を少なくとも一つ以上備えた発光板と、を備え、
前記蛍光体層は、蛍光体と、バインダと、から形成され、
前記発光板には前記蛍光体層として少なくとも緑色蛍光体層が形成され、該緑色蛍光体層における緑色蛍光体の前記蛍光体層に対する含有重量濃度は、６０％乃至８５％とされ、
前記発光板は、前記緑色蛍光体層と、前記励起光源からの励起光を受けて赤色波長帯域の蛍光発光光を射出する赤色蛍光体層と、からなる蛍光発光領域としてのセグメントと、前記励起光源からの射出光を指向性の弱い拡散光に変換する拡散領域としてのセグメントと、が周方向に並設された蛍光ホイールとされ、
前記蛍光ホイールからの蛍光発光光及び拡散光を所定の一面に集光させる集光光学系を備えたことを特徴とする光源装置。 - 前記励起光源は、青色波長帯域光を射出する固体発光素子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。
- 前記緑色蛍光体層の膜厚は、１００μｍ乃至３００μｍ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。
- 前記緑色蛍光体層における緑色蛍光体の前記蛍光体層に対する含有重量濃度は、７０％乃至８０％とされてい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。
- 前記緑色蛍光体層の膜厚は、１５０μｍ乃至２００μｍとされ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。
- 前記緑色蛍光体層の緑色蛍光体は、セリウム賦活ガーネット構造蛍光体であり、蛍光発光光における波長のピークが５２０ｎｍから５４０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光源装置。
- 前記励起光源は、波長のピークが４３０ｎｍ乃至４６０ｎｍの範囲とされた青色波長帯域光を射出する青色レーザーダイオードであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の光源装置。
- 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、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８のいずれかに記載の光源装置であり、前記導光装置の入射面上に光源光が集光されるように配置されていることを特徴とするプロジェクタ。
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