JP5429574B2 - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、光源装置及び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。

そして、プロジェクタは、パーソナルコンピュータやＤＶＤプレーヤーなどの映像機器の普及に伴って、業務用プレゼンテーションから家庭用に至るまで、用途が拡大している。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、光源としてＬＥＤやレーザーダイオード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。

そこで、下記に示す特許文献１には、赤色、緑色及び青色用の各ＬＥＤのチップ形状や発光色によって変化する配光特性を考慮して光利用効率を向上させる光源装置及びプロジェクタが開示されている。

特開２００７−１５７５４８号公報

しかしながら、上述のプロジェクタは、発光色の配光特性に応じて異なる配光部材を用いて配光特性を調整し、光の利用効率を向上させて所定長の導光装置に導光させるものであるが、導光装置から所定の一面に照射される射出光の当該一面内の照度ムラを抑止させるものではなかった。

本発明は上述したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、光の利用効率を向上させながら、各色光を拡散させて照度ムラを抑止させることができる光源装置及び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、互いに異なる波長帯域の光であって、且つ互いに異なる配光分布の光をそれぞれ照射する複数の光源と、前記各光源からの光を各々集光する集光レンズ群と、前記各光源からの集光された光を同一光軸として所定の一面に照射する導光光学系と、前記所定の一面に照射される光の光軸上に配置されて光を均一な照度に分布するライトトンネルと、前記ライトトンネルの入射口近くに配置され、拡散率の異なる複数のセグメントを円周方向に備える拡散板ホイールと、前記拡散板ホイールを回転させるモータと、前記複数の光源の点灯に同期させて前記拡散板ホイールの回転を制御する光源制御手段と、を有し、前記ライトトンネルのトンネル長は、前記光源が射出する配光分布の異なる光のうち、狭い配光分布の光が均一な照度になる長さより短いことを特徴とする。

本発明によれば、光の利用効率を向上させながら、各色光を拡散させて照度ムラを抑止させることができる光源装置及びプロジェクタを提供することができる。

本発明の実施形態に係るプロジェクタを示す外観斜視図である。 本発明の実施形態に係るプロジェクタの機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係るプロジェクタの内部構造を示す平面模式図である。 本発明の実施形態に係る導光光学系の説明図である。 本発明の実施形態に係る拡散板に照射される各色光の配光特性の説明図である。 本発明の実施形態に係る拡散板ホイールの正面図である。 本発明の実施形態に係る表面処理による拡散板の断面図である。 本発明の実施形態に係る光拡散粒子を含有する拡散板の断面図である。 本発明の実施形態に係る拡散板から射出される各色光の配光特性の説明図である。

以下、本発明の実施形態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、本実施形態において、プロジェクタ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、前後とはプロジェクタ10のスクリーン側方向及び光線束の進行方向に対しての前後方向を示す。

そして、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、プロジェクタ筐体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には複数の吸気孔18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、筐体の上面パネル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、光源ユニット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、筐体の背面には、背面パネルに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20が設けられている。また、背面パネルには、複数の吸気孔が形成されている。なお、図示しない筐体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には、各々複数の排気孔17が形成されている。また、左側パネル15の背面パネル近傍の隅部には、吸気孔18も形成されている。

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の機能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等から構成される。

この制御部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、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、このプロジェクタ制御手段により、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、光源ユニット60から射出された光線束を後述の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、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。

また、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う。

そして、筐体の上面パネル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の光が光源ユニット60から射出されるように、光源ユニット60の赤色光源装置、緑色光源装置及び青色光源装置の発光を個別に制御する。

また、光源制御回路41は、各光源の点灯に同期させて後述する拡散板ホイールの回転を制御する。

さらに、制御部38は、冷却ファン駆動制御回路43に光源ユニット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プロジェクタ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プロジェクタ本体の電源をオフ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。図４は、プロジェクタ10内の光源装置の説明図である。

プロジェクタ10は、図３に示すように、右側パネル14の近傍に制御回路基板241を備えている。この制御回路基板241は、電源回路ブロックや光源制御ブロック等を備えてなる。また、プロジェクタ10は、制御回路基板241の側方、つまり、プロジェクタ筐体の略中央部分に光源ユニット60を備えている。さらに、プロジェクタ10は、光源ユニット60と左側パネル15との間に光学系ユニット160を備えている。

光源ユニット60は、光源装置として互いに異なる波長帯域の光であって、且つ互いに異なる配光分布の光をそれぞれ照射する複数の光源を備える。具体的には、光源ユニット60は、プロジェクタ筐体の左右方向における略中央部分であって背面パネル13近傍に配置される第一光源である励起光照射装置70及びこの励起光照射装置70から射出される光線束の光軸上であって正面パネル12の近傍に配置される蛍光発光装置100による緑色光源装置80と、この蛍光発光装置100から射出される光線束と平行となるように正面パネル12の近傍に配置される第二光源である青色光源装置300と、励起光照射装置70と蛍光発光装置100との間に配置される第三光源である赤色光源装置120と、図４に示すように蛍光発光装置100からの射出光や赤色光源装置120からの射出光、青色光源装置300からの射出光の光軸が夫々同一の光軸となるように変換して各色光を所定の一面であるライトトンネル175の入射口に導光する導光光学系140及びライトトンネル175と、を備える。

ライトトンネル175は、図３及び図４に示したように略直方体形状であって、導光光学系140により集光された各光を入射口から入射させて当該光を無駄なく射出口で均一な照度に分布させる導光装置である。そして、ライトトンネル175は、入射される各色の光束の配光特性が異なる場合には、配光特性の拡散度が小さい色の光束の光がライトトンネル175の射出口で均一な照度の光となって射出されるようにトンネル長を所定長とされている。なお、導光装置は、ライトトンネル175以外に中実のロッドインテグレータ等の面照度分布を均一化させるものであっても構わない。

また、光源装置は、ライトトンネル175の入射口近傍に配置されて円板状の回転する基材であって、拡散率の異なる複数のセグメントを円周方向に備える拡散板ホイール176と、拡散板ホイール176を回転させるモータである拡散板ホイールモータ177と、を備える。

緑色光源装置80における励起光照射装置70は、第一光源であって背面パネル13と光軸が平行になるよう配置された半導体発光素子による励起光源71と、励起光源71からの射出光の光軸を正面パネル12方向に９０度変換する反射ミラー群75と、反射ミラー群75で反射した励起光源71からの射出光を集光する集光レンズ群78と、励起光源71と右側パネル14との間に配置されたヒートシンク81と、を備える。

励起光源71は、３行８列の計２４個の半導体発光素子である青色レーザーダイオードがマトリクス状に配列された光源群であって、各青色レーザーダイオードの光軸上には、各青色レーザーダイオードからの射出光を平行光に変換する集光レンズであるコリメータレンズ73が夫々配置されている。また、反射ミラー群75は、複数の反射ミラーが階段状に配列されてなり、励起光源71から射出される光線束の断面積を一方向に縮小して集光レンズ群78に射出する。

ヒートシンク81と背面パネル13との間には冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261とヒートシンク81とによって励起光源71が冷却される。さらに、反射ミラー群75と背面パネル13との間にも冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261によって反射ミラー群75や集光レンズ群78が冷却される。

緑色光源装置80における蛍光発光装置100は、正面パネル12と平行となるように、つまり、励起光照射装置70からの射出光の光軸と直交するように配置された蛍光ホイール101と、この蛍光ホイール101を回転駆動するホイールモータ110と、蛍光ホイール101から背面パネル13方向に射出される光線束を集光する集光レンズ群111と、を備える。

蛍光ホイール101は、円板状の金属基材であって、励起光源71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環状の蛍光発光領域が凹部として形成され、励起光を受けて蛍光発光する蛍光体として機能する。また、蛍光発光領域を含む蛍光ホイール101の励起光源71側の表面は、銀蒸着等によってミラー加工されることで光を反射する反射面が形成され、この反射面上に緑色蛍光体の層が敷設されている。

そして、蛍光ホイール101の緑色蛍光体層に照射された励起光照射装置70からの射出光は、緑色蛍光体層における緑色蛍光体を励起し、緑色蛍光体から全方位に蛍光発光された光線束は、直接励起光源71側へ、あるいは、蛍光ホイール101の反射面で反射した後に励起光源71側へ射出される。

また、蛍光体層の蛍光体に吸収されることなく、金属基材に照射された励起光は、反射面により反射されて再び蛍光体層に入射し、蛍光体を励起することとなる。よって、蛍光ホイール101の凹部の表面を反射面とすることにより、緑色の光源である励起光源71から射出される励起光の利用効率を上げることができ、より明るく発光させることができる。

なお、蛍光ホイール101の反射面で蛍光体層側に反射された励起光において蛍光体に吸収されることなく励起光源71側に射出された励起光は、後述する第一ダイクロイックミラー141を透過し、蛍光光は第一ダイクロイックミラー141により反射されるため、励起光が外部に射出されることはない。そして、ホイールモータ110と正面パネル12との間には冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261によって蛍光ホイール101が冷却される。

赤色光源装置120は、第三光源であって励起光源71と光軸が平行となるように配置された赤色光源121と、赤色光源121からの射出光を集光する集光レンズ群125と、を備える。そして、この赤色光源装置120は、励起光照射装置70からの射出光及び蛍光ホイール101から射出される緑色波長帯域光と光軸が交差するように配置されている。

また、赤色光源121は、赤色の波長帯域光を発する半導体発光素子としての赤色発光ダイオードである。さらに、赤色光源装置120は、赤色光源121の右側パネル14側に配置されるヒートシンク130を備える。そして、ヒートシンク130と正面パネル12との間には冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261によって赤色光源121が冷却される。

青色光源装置300は、第二光源であって蛍光発光装置100からの射出光の光軸と平行となるように配置された青色光源301と、青色光源301からの射出光を集光する集光レンズ群305と、を備える。そして、この青色光源装置300は、赤色光源装置120からの射出光と光軸が交差するように配置されている。また、青色光源301は、青色の波長帯域光を発する半導体発光素子としての青色発光ダイオードである。さらに、青色光源装置300は、青色光源301の正面パネル12側に配置されるヒートシンク310を備える。そして、ヒートシンク310と正面パネル12との間には冷却ファン261が配置されており、この冷却ファン261によって青色光源301が冷却される。

そして、導光光学系140は、赤色、緑色、青色波長帯域の光線束を集光させる集光レンズや、各色波長帯域の光線束の光軸を変換して同一の光軸とさせるダイクロイックミラー等からなる。

具体的には、励起光照射装置70から射出される青色波長帯域光及び蛍光ホイール101から射出される緑色波長帯域光の光軸と、赤色光源装置120から射出される赤色波長帯域光の光軸と、が交差する位置に、青色及び赤色波長帯域光を透過し、緑色波長帯域光を反射してこの緑色光の光軸を左側パネル15方向に９０度変換する第一ダイクロイックミラー141が配置されている。

また、青色光源装置300から射出される青色波長帯域光の光軸と、赤色光源装置120から射出される赤色波長帯域光の光軸と、が交差する位置に、青色波長帯域光を透過し、緑色及び赤色波長帯域光を反射してこの緑色及び赤色光の光軸を背面パネル13方向に９０度変換する第二ダイクロイックミラー148が配置されている。そして、第一ダイクロイックミラー141と第二ダイクロイックミラー148との間には、集光レンズが配置されている。さらに、ライトトンネル175の近傍には、ライトトンネル175の入射に光源光を集光する集光レンズ173が配置されている。

光学系ユニット160は、励起光照射装置70の左側方に位置する照明側ブロック161と、背面パネル13と左側パネル15とが交差する位置の近傍に位置する画像生成ブロック165と、導光光学系140と左側パネル15との間に位置する投影側ブロック168と、の３つのブロックによって略コの字状に構成されている。

この照明側ブロック161は、光源ユニット60から射出された光源光を画像生成ブロック165が備える表示素子51に導光する光源側光学系170の一部を備えている。この照明側ブロック161が有する光源側光学系170としては、光線束を均一な照度分布の光束とするライトトンネル175を備えた光源装置とした光源ユニット60から射出された光を集光する集光レンズ178、ライトトンネル175から射出された光線束の光軸を画像生成ブロック165方向に変換する光軸変換ミラー181等がある。

画像生成ブロック165は、光源側光学系170として、光軸変換ミラー181で反射した光源光を表示素子51に集光させる集光レンズ183と、この集光レンズ183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185と、を有している。さらに、画像生成ブロック165は、表示素子51とするＤＭＤを備え、この表示素子51と背面パネル13との間には表示素子51を冷却するためのヒートシンク190が配置されて、このヒートシンク190によって表示素子51が冷却される。また、表示素子51の正面近傍には、投影側光学系220としてのコンデンサレンズ195が配置されている。

投影側ブロック168は、表示素子51で反射されたオン光をスクリーンに放出する投影側光学系220のレンズ群を有している。この投影側光学系220としては、固定鏡筒に内蔵する固定レンズ群225と可動鏡筒に内蔵する可動レンズ群235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235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、ライトトンネル175に入射される各色光の配光特性について図を用いて説明する。図５は、ライトトンネル175の入射口に集光される各色光の配光特性の説明図である。

導光光学系140により集光されてライトトンネル175に入射される各色光の配光特性は、配光特性の異なる光源及び光路上における集光レンズ等の光学系の設定により、例えば図５に示すように夫々に異なってくる。

赤色光及び青色光は、発光ダイオードによる射出光であるから、レーザー等と比較して光の直進性が弱く一定の広がりを有するので、図５（ａ）に示したような赤色が最も広がりを有し、青色が赤色と比較してやや劣る広がり有する配光特性とされている。

また、緑色光は、レーザーダイオードによる直進性の良い励起光を緑色蛍光体に照射して励起されて発散された緑色蛍光光として図５（ｂ）に示したように、赤色光や青色光と比較して中央に輝度が偏った配光特性とされている。

そして、ライトトンネル175は、配光特性が中央に偏って拡散度が小さい緑色の光束の光がライトトンネル175の射出口で均一光となって射出されるようにトンネル長を長くする必要がある。

そこで、配光特性が中央に偏って拡散度が小さい緑色の光束の配光特性を最も広がりを有する赤色の配光特性と同様とすることにより、ライトトンネル175のトンネル長を短くすることができる。

次に、本発明のライトトンネル175に入射される各色光の配光特性を同様とするために設けた拡散板ホイール176について図を用いて説明する。図６は、拡散板ホイール176の正面図である。

拡散板ホイール176は、図６に示すように、中央にモータ軸を取り付けるホイール穴176aを有する円形のガラス板とされる基材であって、この基材に円弧状の切欠き部が３つ設けられ、異なる拡散特性を有する各拡散板176R、176G、176Bが、この切欠き部に嵌め込まれて３つの拡散領域を有する構造をしている。

そして、各拡散板176R、176G、176Bは、入射される光の波長帯域を変換することなく拡散効果を付与する光学部品である。また、この各拡散板176R、176G、176Bは、拡散板ホイール176の切欠き部に対応した円弧形状であって、光源が配置される側に取付けられて円弧状の切欠き部を塞ぐ。なお、この各拡散板176R、176G、176Bには、拡散効果を付与するために、例えば、微細凹凸の表面処理が施されている。

拡散板ホイールモータ177は、この拡散板ホイール176を円周方向に回転させる駆動装置であり、光源制御回路41により各光源の発光の制御に併せて拡散板ホイールモータ177の回転を制御されている。

つまり、拡散板ホイール176は、回転する当該拡散板ホイール176の一方の面に各光源からの光を所定の拡散板176R、176G、176Bに照射させることで各色光に所定の拡散効果を付与する拡散板176R、176G、176Bとして機能する。

次に、各拡散板176R、176G、176Bの構成について図を用いて説明する。図７は、各色光の配光特性を同様とするために設けた各拡散板176R、176G、176Bの表面粗さを変化させた場合の断面図である。また、図８は、各色光の配光特性を同様とするために設けた各拡散板176R、176G、176Bの内部に含有する真球形状の光散乱粒子の含有密度を変化させた場合の断面図である。

拡散板176R、176G、176Bは、例えば、ガラス材の表面にブラスト処理等を施すことによって微細凹凸が形成されて入射光を拡散させる構成とすることができる。そして、微細凹凸に強弱を設けることにより、拡散特性を変化させることができる。

微細凹凸の強弱は、例えば、表面粗さを表すパラメータである算術平均粗さ、最大高さ、十点平均粗さ、凹凸の平均間隔等により設定することができる。ここでは、微細凹凸の平均間隔を変化させて拡散特性を変化させる場合について説明する。

拡散板ホイール176は、図５に示した各色光の異なる配光特性を同様とするために、３つの拡散領域に微細凹凸の強弱を変化させた各拡散板176R、176G、176Bを配置させて構成される。

赤色拡散板176Rは、ライトトンネル175に入射される各色光の中で、赤色光が最も配光特性の広がりを有することから、図７（ａ）に示すように全く表面処理を施さず拡散率を０とする特性を有する、又は、凹凸の平均間隔を長くして僅かに微細凹凸を施して拡散特性を低くする。

青色拡散板176Bは、ライトトンネル175に入射される各色光の中で、青色光が赤色光と比較して配光特性がやや狭い広がりを有することから、図７（ｃ）に示すように凹凸の平均間隔を所定の値とする微細凹凸を施すものとして、拡散特性を高める。

緑色拡散板176Gは、ライトトンネル175に入射される各色光の中で、緑色光が最も配光特性が狭いことから、図７（ｂ）に示すように凹凸の平均間隔を最も狭くする微細凹凸を施すものとして、拡散特性をさらに高める。

なお、各色光の配光特性が、例えば、赤色及び青色について同等であれば、赤色拡散板176R及び青色拡散板176Bを全く表面処理を施さず拡散率を０とし、緑色拡散板176Gのみを凹凸の平均間隔を所定の値とする微細凹凸を施すものとしても構わない。

つまり、ライトトンネル175の入射口近傍に各色光に応じた拡散板176R、176G、176Bを有する拡散板ホイール176を設けることにより、ライトトンネル175を不要に長くすることなく、光の利用効率を向上させながら、各色光を拡散させて照度ムラを抑止させて表示素子51などの所定の面に照射することができる。

なお、拡散板ホイール176は、基材である円形のガラス板に直接、各拡散領域毎に所定の拡散特性を有するように微細凹凸を加工して形成させて、３つの拡散領域を有する構造としても構わない。

また、拡散板176R、176G、176Bは、バインダー等の媒質に屈折率の大きい真球形状の光散乱粒子を含有させて成形された基材によって入射光を拡散させる構成とすることができる。拡散板176R、176G、176Bは、例えば、アクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂などの透明樹脂に真球形状の光散乱粒子として無機系の酸化チタンや硫酸バリウムを添加して生成される。

そして、光散乱粒子の含有密度や大きさ、又は成分を変化させることによって、拡散特性を変化させることができる。ここでは、光散乱粒子の含有密度を変化させて拡散特性を変化させる場合について説明する。

光散乱粒子による赤色拡散板176Rは、ライトトンネル175に入射される各色光の中で、赤色光が最も配光特性の広がりを有することから、図８（ａ）に示すように全く光散乱粒子を含有させないものとする、又は、僅かに光散乱粒子を含有させて拡散特性を低くする。

光散乱粒子による青色拡散板176Bは、ライトトンネル175に入射される各色光の中で、青色光が赤色光と比較して配光特性がやや狭いことから、図８（ｃ）に示すように光散乱粒子の含有密度を所定の値となるものとして、拡散特性を高める。

光散乱粒子による緑色拡散板176Gは、ライトトンネル175に入射される各色光の中で、緑色光が最も配光特性が狭いことから、図８（ｂ）に示すように光散乱粒子の含有密度を最も増加させたものとして、拡散特性をさらに高める。

なお、拡散板176R、176G、176Bは、拡散板ホイール176における３つの拡散領域において、ブラスト処理により拡散効果を付与させる拡散板と、真球形状の光散乱粒子を含有させて成形された基材によって拡散効果を付与させる拡散板とを混在しても構わず、所定の拡散特性を付与する拡散板176R、176G、176Bを採用して図９に示すように各色光の配光特性を同様とする構成にすればよい。

なお、ライトトンネル175に入射される各色光の配光特性は上述の場合に限定されず、赤色光や青色光の配光特性が最も狭い場合の光学系であっても、その狭い配光特性の光を、広い配光特性を有する光と同等の特性になるような拡散板176R、176G、176Bを選択して採用すればよい。

なお、本発明は、以上の実施形態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。本実施形態では、緑色波長帯域の蛍光体を励起させる励起光照射装置70による励起光源71として青色波長帯域のレーザー光を射出する半導体発光素子である青色レーザーダイオードを採用し、赤色、青色については、夫々に発光ダイオードからなる赤色光源装置120、青色光源装置300を設けて生成する光源装置の場合について説明した。しかし、例えば、青色光源装置300を設けずに、緑色波長帯域の蛍光体層及び拡散透過層を敷設した蛍光ホイール101と、その蛍光ホイール101の拡散透過層を通過した青色波長帯域光を本発明で採用した拡散板ホイール176に導光するミラー及びレンズによる光学系とを設け、励起光照射装置70による青色波長帯域のレーザー光を射出する青色レーザーダイオードの励起光を回転した蛍光ホイール101に照射することにより緑色、青色の二色を夫々射出させる光源装置にも本発明を適用することができる。

このようにして、青色光源装置300を設けることなく励起光照射装置70と赤色光源装置120との光源による光源装置としても、照度ムラを抑止させることができる。

また、赤色光源装置120及び青色光源装置300を設けずに励起光照射装置70のみの光源として、赤色及び緑色の蛍光体層と拡散透過層を周方向に夫々敷設した蛍光ホイール101を用いる構成としても構わない。蛍光ホイール101の赤色波長帯域の蛍光体層及び緑色波長帯域の蛍光体層と拡散透過層に励起光を照射することにより射出される赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光を本発明で採用した拡散板ホイール176に導光するミラー及びレンズによる光学系と、を設け、励起光照射装置70による青色波長帯域のレーザー光を射出する半導体発光素子である青色レーザーダイオードの励起光を回転した蛍光ホイール101に照射することにより赤色、緑色、青色を夫々射出させる光源装置とする構成としても構わない。

このようにして、赤色光源装置120と青色光源装置300とを設けることなく励起光照射装置70からの光源による光源装置としても、照度ムラを抑止させることができる。

そして、上述の励起光照射装置70における半導体発光素子としては励起光源71を青色レーザーダイオードではなく、紫外線レーザー光を射出する紫外線レーザーダイオードとする構成としても構わない。この場合、蛍光ホイール101は、赤色の波長帯域光の蛍光光を発する蛍光体が敷設された赤色領域と、緑色の波長帯域光の蛍光光を発する蛍光体が敷設された緑色領域と、青色の波長帯域光の蛍光光を発する蛍光体が敷設された青色領域と、を周方向に夫々敷設したものとなる。

そして、蛍光ホイール101の赤色波長帯域の蛍光体層、緑色波長帯域の蛍光体層及び青色波長帯域の蛍光体層に励起光を照射することにより射出される赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光を本発明で採用した拡散板ホイール176に導光するミラー及びレンズによる光学系を設け、励起光照射装置70による紫外線レーザー光を射出する紫外線レーザーダイオードの励起光を回転した蛍光ホイール101に照射することにより赤色、緑色、青色を夫々射出させる光源装置とする構成としても構わない。

このようにして、赤色光源装置120と青色光源装置300とを設けることなく励起光照射装置70が有する励起光源71としてエネルギー密度の高い紫外線レーザー光を発する紫外線レーザーダイオードを適用する光源による光源装置としても、照度ムラを抑止させることができる。

さらに、本実施形態では、緑色波長帯域の蛍光体を励起させる励起光照射装置70が有する励起光源71として半導体発光素子である青色レーザーダイオードを採用し、緑色以外の赤色、青色については、夫々に赤色光源装置120、青色光源装置300を設けて生成する光源装置の場合について説明したが、例えば、赤色、緑色、青色の三色用に３個の励起光照射装置70を設け、夫々に半導体発光素子として紫外線レーザー光を射出する紫外線レーザーダイオードを設け、赤色、緑色、青色の各色を射出させるための３つの独立した蛍光ホイールである第一、第二、第三蛍光ホイールを設ける構成としても構わない。

そして、第一蛍光ホイールの赤色波長帯域の蛍光体層から射出される赤色波長帯域光をライトトンネル175に導光するミラー及びレンズによる光学系と、第二蛍光ホイールの緑色波長帯域の蛍光体層から射出される緑色波長帯域光を拡散板ホイール176に導光するミラー及びレンズによる光学系と、第三蛍光ホイールの青色波長帯域の蛍光体層から射出される青色波長帯域光を拡散板ホイール176に導光するミラー及びレンズによる光学系と、を設け、各蛍光ホイールに半導体発光素子として紫外線レーザー光を照射させる紫外線レーザーダイオードによる励起光照射装置70を夫々に設けることにより、紫外線レーザー光を各蛍光ホイールに照射して赤色、緑色、青色を夫々射出させる光源装置とする構成としても構わない。

さらに、蛍光体層として、黄色（Ｙ）やマゼンダ（Ｍ）などの補色波長帯域光を発する蛍光体を用いた蛍光体層を付加することもある。

このようにして、複数の励起光照射装置70を適用した光源装置としても、照度ムラを抑止させることができる。

以上のように本発明によれば、導光装置の入射口近傍に拡散板ホイール176を設けることにより、光の利用効率を向上させながら、各色光を拡散させて表示素子51などの所定の平面に照射する光、ひいてはスクリーンへの投影先の照度ムラを抑止させることができる光源装置及びプロジェクタ10を提供することができる。

また、従来は、光特性の拡散度が最も小さい色の光束の光がライトトンネル175の射出口で均一な照度の光となって射出されるようにライトトンネル175のトンネル長を決めて設計していた。よって、ライトトンネル175のトンネル長を短くすることは困難であった。しかし、本発明を用いれば、狭い配光特性の光を、広い配光特性を有する光と同等の特性になるようにした後にライトトンネル175に各光を入射するので、従来と比べて、ライトトンネル175のトンネル長の長さを短くすることができる。

さらに、本発明によれば、複数の光源の数と拡散率の異なるセグメントの数が同数であることから、各光源の点灯に同期させて各セグメントに照射するように拡散板ホイールの回転を制御することとなり、設計負荷を軽減することができる。

そして、本発明によれば、複数のセグメントの内の少なくとも１つは拡散率が０とすることにより、配光分布の広がりを有する光源については、必要以上に拡散させて光が発散してしまうことを抑止することができる。

また、本発明によれば、拡散板176R、176G、176Bの少なくとも１つをブラスト処理による微細凹凸が形成された表面処理により拡散効果を付与することにより、微細凹凸のピッチ等を細かに変更することができ、拡散特性の強弱を容易に設定することができる。

さらに、本発明によれば、拡散板176R、176G、176Bの少なくとも１つが真球形状の光散乱粒子からなる拡散材を含有して拡散効果を付与することにより、成形時に光散乱粒子の含有密度を変えることにより、拡散特性の微調整を容易とすることができる。

また、本発明によれば、第一光源は、エネルギー密度の大きい青色波長帯域の励起光を発するレーザーダイオードであることから、緑色蛍光体に励起光が照射されて蛍光体発光することにより、安定した緑色の輝度を得ることができる。

さらに、本発明によれば、第二光源は、青色波長帯域の発光ダイオードであることから色純度の高い青色を活用することができる。

そして、本発明によれば、第三光源は、赤色波長帯域の発光ダイオードであることから色純度の高い赤色を活用することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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、発明の要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] 互いに異なる波長帯域の光であって、且つ互いに異なる配光分布の光をそれぞれ照射する複数の光源と、
前記各光源からの光を各々集光する集光レンズ群と、
前記各光源からの集光された光を同一光軸として所定の一面に照射する導光光学系と、
前記所定の一面に照射される光の光軸上に配置されて光を均一な照度に分布する導光装置と、
前記導光装置の入射口近くに配置され、拡散率の異なる複数のセグメントを円周方向に備える拡散板ホイールと、
前記拡散板ホイールを回転させるモータと、
前記複数の光源の点灯に同期させて前記拡散板ホイールの回転を制御する光源制御手段と、
を有することを特徴とする光源装置。
[２] 前記複数の光源の数と前記拡散率の異なるセグメントの数が同数であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
[３] 前記複数のセグメントの内の少なくとも１つは拡散率が０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。
[４] 前記拡散率の異なるセグメントの少なくとも１つは、ブラスト処理が施された拡散板であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光源装置。
[５] 前記拡散率の異なるセグメントの少なくとも１つは、拡散材を含有する拡散板であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の光源装置。
[６] 前記光源の内の少なくとも１つは、発光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５の何れかに記載の光源装置。
[７] 前記光源の内の少なくとも１つは、レーザー光を励起光として蛍光体発光を行う光源であ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。
[８] 前記発光ダイオードの光源は２個とし、赤色波長帯域の光を発する発光ダイオードによる光源と、青色波長帯域の光を発する発光ダイオードによる光源であることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
[９] 前記蛍光体発光を行う光源は１個とし、緑色波長帯域光を発することを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
[１０] 光源装置と、
表示素子と、
前記光源装置からの光を前記表示素子に導光する光源側光学系と、
前記表示素子から射出された画像をスクリーンに投影する投影側光学系と、
前記光源装置や表示素子を制御するプロジェクタ制御手段と、を備え、
前記光源装置が、複数の光源として赤色波長帯域光を発する光源、青色波長帯域光を発する光源、及び、緑色波長帯域光を発する光源を備えている請求項１乃至請求項９の何れかに記載の光源装置であることを特徴とするプロジェクタ。

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 60 光源ユニット
70 励起光照射装置 71 励起光源
73 コリメータレンズ 75 反射ミラー群
78 集光レンズ群 80 緑色光源装置
81 ヒートシンク
100 蛍光発光装置 101 蛍光ホイール
110 ホイールモータ
111 集光レンズ群
120 赤色光源装置 121 赤色光源
125 集光レンズ群 130 ヒートシンク
140 導光光学系 141 第一ダイクロイックミラー
148 第二ダイクロイックミラー
160 光学系ユニット 161 照明側ブロック
165 画像生成ブロック 168 投影側ブロック
170 光源側光学系 173 集光レンズ
175 ライトトンネル 176 拡散板ホイール
176a ホイール穴 176R 赤色拡散板
176G 緑色拡散板 176B 青色拡散板
177 拡散板ホイールモータ 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
300 青色光源装置 301 青色光源
305 集光レンズ群 310 ヒートシンク

Claims (10)

1. 互いに異なる波長帯域の光であって、且つ互いに異なる配光分布の光をそれぞれ照射する複数の光源と、
   前記各光源からの光を各々集光する集光レンズ群と、
   前記各光源からの集光された光を同一光軸として所定の一面に照射する導光光学系と、
   前記所定の一面に照射される光の光軸上に配置されて光を均一な照度に分布するライトトンネルと、
   前記ライトトンネルの入射口近くに配置され、拡散率の異なる複数のセグメントを円周方向に備える拡散板ホイールと、
   前記拡散板ホイールを回転させるモータと、
   前記複数の光源の点灯に同期させて前記拡散板ホイールの回転を制御する光源制御手段と、
   を有し、
   前記ライトトンネルのトンネル長は、前記光源が射出する配光分布の異なる光のうち、狭い配光分布の光が均一な照度になる長さより短いことを特徴とする光源装置。
2. 前記複数の光源の数と前記拡散率の異なるセグメントの数が同数であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記複数のセグメントの内の少なくとも１つは拡散率が０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。
4. 前記拡散率の異なるセグメントの少なくとも１つは、ブラスト処理が施された拡散板であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光源装置。
5. 前記拡散率の異なるセグメントの少なくとも１つは、拡散材を含有する拡散板であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の光源装置。
6. 前記光源の内の少なくとも１つは、発光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５の何れかに記載の光源装置。
7. 前記光源の内の少なくとも１つは、レーザー光を励起光として蛍光体発光を行う光源であ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. 前記蛍光体発光を行う光源は１個とし、当該蛍光体発光を行う光源は緑色波長帯域光を発することを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
9. 前記光源の内の少なくとも１つは、赤色波長帯域の光を発する発光ダイオードによる光源又は、青色波長帯域の光を発する発光ダイオードによる光源であることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れかに記載の光源装置。
10. 光源装置と、
    表示素子と、
    前記光源装置からの光を前記表示素子に導光する光源側光学系と、
    前記表示素子から射出された画像をスクリーンに投影する投影側光学系と、
    前記光源装置や表示素子を制御するプロジェクタ制御手段と、を備え、
    前記光源装置が、複数の光源として赤色波長帯域光を発する光源、青色波長帯域光を発する光源、及び、緑色波長帯域光を発する光源を備えている請求項１乃至請求項９の何れかに記載の光源装置であることを特徴とするプロジェクタ。
    

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