JP5495051B2 - 照明光学系、光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、照明光学系及びこの照明光学系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、蛍光体をレーザー光で励起し発光させ、その蛍光光をプロジェクタの光源とする照明光学系について、下記の特許文献１には、レーザー光を集光し蛍光体からインコヒーレント光を発光させて、それをリフレクタで平行光にするプロジェクタが開示されている。

また、本願出願人は、先の出願において、青色レーザーダイオードと、反射面上に緑色蛍光体層が敷設されてなる蛍光発光領域、及び、開口部分に拡散透過板が敷設されてなる拡散透過領域、が周方向に並設された蛍光ホイールと、赤色発光ダイオードと、を備える光源ユニットについての提案をしている。この提案では、赤色発光ダイオードからの射出光を赤色波長帯域の光源光とし、青色レーザーダイオードからの射出光を励起光として発光した緑色蛍光体層からの射出光を緑色波長帯域の光源光とし、青色レーザーダイオードからの射出光が拡散透過された拡散透過板からの射出光を青色波長帯域の光源光としている。

特開２００３−２９５３１９号公報

しかしながら上記特許文献１に示すプロジェクタでは、励起光源にレーザーダイオードを用いて励起光を蛍光体により発光させて、それをリフレクタで平行光にする場合に、射出光の利用効率を高くすることができるが、投影画像における画面照度むらが発生しやすいという問題があった。

また、青色レーザー光を拡散板により拡散させ画面投影するプロジェクタでは、拡散板の拡散角度を大きくすることにより照度むらの発生を抑止することができるが、拡散角度を上げるとロスが発生して照度の絶対値が小さくなる虞があった。したがって、なるべく拡散させた光をより効率よく取り込める照明光学系が必要であった。

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、導光装置に拡散部を設置してレーザー光を拡散させ、拡散させたレーザー光をより効率よく確実に取り込める導光装置等からなる照明光学系と、当該照明光学系を用いることで光利用効率を向上させ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。

本発明に係る照明光学系は、赤色発光装置と、青色発光装置と、緑色蛍光体領域と光透過領域を有する蛍光板と、を備える光源装置の照明光学系であって、前記赤色発光装置からの光、前記蛍光板の光透過領域を透過した前記青色発光装置からの光、及び、前記青色発光装置からの光を励起光として前記緑色蛍光体領域から発せられる光、の３種の光を導光装置に導くミラー及びレンズ群を有し、前記蛍光板の光透過領域を透過した光を前記導光装置の端面に入射させ、前記赤色発光装置からの光及び前記緑色蛍光体領域から発せられる光を前記導光装置の側面に入射させるものとし、前記導光装置は、内部にダイクロイック層を備え、前記ダイクロイック層は、青色光を透過させ且つ緑色光及び赤色光を反射し、前記導光装置の中心軸と４５度の角度で交わるように配置されていることを特徴とする。

また、本発明に係る照明光学系は、前記青色発光装置をレーザーダイオードとし、前記赤色発光装置を発光ダイオードとし、前記導光装置は前記端面に拡散部を備え、前記蛍光板の光透過領域を透過した光を前記導光装置の中心軸に合わせて前記拡散部に入射させ、前記赤色発光装置からの光及び前記緑色蛍光体領域から発せられる光の光軸を一致させて前記導光装置の側面から入射させることにより前記ダイクロイック層に照射することを特徴とする。

さらに、本発明に係る照明光学系は、前記導光装置における拡散部の近傍が四角錐台形状のテーパー部とされ、前記拡散部の面積が、四角柱形状とされた前記導光装置の本体部における横断面積よりも小さくされることを特徴とする。

そして、本発明に係る照明光学系は、前記導光装置におけるテーパー部がガラスロッド又は４枚の平板状ミラーによる斜面によって形成されるとともに、前記本体部がガラスロッドとされ、該本体部は、中心軸と４５度の角度で交わる傾斜面を相互に接する２本のガラスロッドで形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る照明光学系は、前記導光装置におけるテーパー部がガラスロッド又は４枚の平板状ミラーによる斜面によって形成されるとともに、前記本体部の側壁が４枚の平板状ミラーとされ、ダイクロイック層の中心で本体部中心軸と直交するように前記ダイクロイック層と４５度の角度で交わる方向に位置する前記平板状ミラーの部分に開口を有することを特徴とする。

さらに、本発明に係る照明光学系における前記ダイクロイック層は、ガラスプリズムの一面に形成され、このガラスプリズムが前記側壁とした平板状ミラーにより形成されたミラートンネル内に配置されていることを特徴とする。

本発明に係る光源装置は、緑色蛍光体領域と光透過領域を円周方向に有する蛍光ホイール及び該蛍光ホイールを回転させるホイールモータと、青色発光装置と、赤色発光装置と、前記青色発光装置及び赤色発光装置の点灯と前記ホイールモータの回転を制御する光源制御部とを備え、上述の何れかの照明光学系を有することを特徴とする。

本発明に係るプロジェクタは、上述の光源装置と、この光源装置からの照射光により投影画像を生成する表示素子と、該表示素子で生成した投影画像を画面に投影する投影側光学系と、前記光源装置、表示素子、投影側光学系を制御するプロジェクタ制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、発光装置や蛍光体からの光をミラーやレンズ群により効率的に導光装置に導くことができ、さらに、導光装置に拡散部を設置してレーザー光を拡散させ、拡散させたレーザー光をより効率よく確実に取り込める導光装置等からなる照明光学系と、当該照明光学系を用いることで光利用効率を向上させる光源装置及びプロジェクタを提供することができる。

本発明の実施例に係るプロジェクタを示す外観斜視図である。 本発明の実施例に係るプロジェクタの機能回路ブロックを示す図である。 本発明の実施例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。 本発明の実施例に係る照明光学系の説明図である。 本発明に係る導光装置の変形例に関する説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について述べる。プロジェクタ10は、光源装置と、この光源装置からの照射光により投影画像を生成する表示素子51と、表示素子51で生成した投影画像を画面に投影する投影側光学系220と、光源装置、表示素子51、投影側光学系220を制御するプロジェクタ制御手段と、を備える。

そして、光源装置は、緑色蛍光体領域と光透過領域を有する蛍光板とされる蛍光ホイール101及びこの蛍光ホイール101を回転させるホイールモータ110と、青色発光装置70と、赤色発光装置120と、青色発光装置70や赤色発光装置120の点灯とホイールモータ110の回転を制御する光源制御部とされる光源制御回路41と、を備える。また、光源装置は、青色発光装置70からの光が蛍光ホイール101の緑色蛍光体領域に照射されて発せられる蛍光光及び蛍光ホイール101の光透過領域を透過した透過光と赤色発光装置120からの光を複数のミラーやレンズ群によって導光装置175に導く光源側光学系140や導光光学系170からなる照明光学系を有する。この蛍光ホイール101は、緑色蛍光体領域と光透過領域とを円周方向に有する。

そして、照明光学系は、蛍光ホイール101の光透過領域を透過した光を導光装置175の端面に入射させ、赤色発光装置120からの光及び緑色蛍光体領域から発せられる光を導光装置175の側面に入射させる光源側光学系140とダイクロイックミラー175cを有する導光装置175からなるものである。その導光装置175は、光透過領域を透過した光が入射される一端である端面に拡散部とされる拡散板175aを備え、内部にダイクロイック層とされるダイクロイックミラー175cを備え、導光装置175の本体部は、四角柱形状とされる。そしてダイクロイックミラー175cは、青色光を透過させ且つ緑色光及び赤色光を反射し、導光装置175の中心軸と４５度の角度で交わるように配置されている。

また、導光装置175における拡散板175aの近傍が四角錐台形状のテーパー部とされており、拡散板175aの面積は、四角柱形状とされた導光装置175の本体部における横断面積よりも小さい。

そして、導光装置175におけるテーパー部がガラスロッドとされるテーパーガラスロッド175b又は４枚の平板状ミラーによる斜面によって形成されるとともに、本体部は、ガラスロッド175dとされることもあり、その本体部は、中心軸と４５度の角度で交わる傾斜面を相互に接する２本のガラスロッド175dで形成されている。

また、導光装置175における本体部の側壁は、４枚の平板状ミラーとされることもあり、ダイクロイックミラー175cの中心で本体部中心軸と直交するようにダイクロイックミラー175cと４５度の角度で交わる方向に位置する前記平板状ミラーの部分に開口を有する。

さらに、ダイクロイックミラー175cは、ガラスプリズムの一面に形成されることもあり、そのガラスプリズムは、側壁が４枚の平板状ミラーにより形成されたミラートンネル内に配置される。

また、青色発光装置70における青色光源71は、レーザーダイオードであり、赤色発光装置120における赤色発光素子121は、発光ダイオードである。

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、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。また、背面パネルには、複数の吸気孔18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における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、光源ユニット60から射出された光線束、即ち光源ユニット60の光源側光学系により所定の一面に集光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。

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。

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。

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源光が光源ユニット60から射出されるように、光源ユニット60の青色発光装置の光源及び赤色発光装置の発光素子の発光を個別に制御するとともに、ホイールモータを制御して蛍光発光装置の蛍光ホイールを回転駆動させる。

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複数個の冷却ファンの回転速度を個別に制御させる。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、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。そして、本発明の照明光学系は、赤色発光装置120と、青色発光装置70と、緑色蛍光体領域と光透過領域を有する蛍光ホイール101と、を備え、さらに、ダイクロイックミラー175cを有する導光装置175を含む光源装置の光学系であって、赤色発光装置120からの光、蛍光ホイール101の光透過領域を透過した青色発光装置70からの光、及び、青色発光装置70からの光を励起光として緑色蛍光体領域から発せられる光、の３種の光を導光装置175に導くミラー及びレンズ群を有する。そして、照明光学系は、蛍光ホイール101の光透過領域を透過した光を導光装置175の端面に入射させ、赤色発光装置120からの光及び緑色蛍光体領域から発せられる光を導光装置175の側面に入射させるものである。また、導光装置175は、一端に拡散板175aを備え、内部にダイクロイックミラー175cを備えた四角柱形状である。そして、ダイクロイックミラー175cは、青色光を透過させ且つ緑色光及び赤色光を反射し、前記導光装置の中心軸と４５度の角度で交わるように配置されている。

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近傍に配置される青色発光装置70と、この青色発光装置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と、青色発光装置70と蛍光発光装置100との間に配置される赤色発光装置120と、蛍光発光装置100から射出される緑色蛍光光と赤色発光装置120からの射出光の光軸が同一の光軸となるように、この両色の光を導光装置175の側面に集光し、また、蛍光発光装置100を透過した青色発光装置70からの光を導光装置175の端面に照射させる光源側光学系140と、を備える。

青色発光装置70は、背面パネル13と光軸が平行になるよう配置された複数の青色光源71から成る光源群、各青色光源71からの射出光の光軸を正面パネル12方向に９０度変換する複数の反射ミラー75、複数の反射ミラー75で反射した各青色光源71からの射出光を集光する集光レンズ78、及び、青色光源71と右側パネル14との間に配置されたヒートシンク81等を備える。

光源群は、複数の青色レーザーダイオードとされる青色光源71がマトリクス状に配列されて成る。また、各青色光源71の光軸上には、各青色光源71からの射出光の指向性を高めるように平行光に変換するコリメータレンズ73が夫々配置されている。そして、複数の反射ミラー75は、階段状に配列されて、各青色光源71から射出される光源光束同士の間隔を狭めることにより、光源群から射出される光線束の断面積を水平方向において縮小して、集光レンズ78に向けて反射する。

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とによって青色光源71が冷却される。さらに、反射ミラー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75や集光レンズ78が冷却される。

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、青色発光装置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、青色発光装置70から射出される光線束を蛍光ホイール101に集光するとともに蛍光ホイール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、蛍光ホイール101から正面パネル12方向に射出される光線束を集光する集光レンズ115と、を備える。

蛍光ホイール101は、青色発光装置70からの射出光を励起光として受けて緑色波長帯域の蛍光発光光を射出する緑色蛍光発光領域と、青色発光装置70からの射出光を透過する透過領域と、が周方向に並設してなる。また、緑色蛍光発光領域における基材は銅やアルミニウム等から成る金属基材であって、この基材の背面パネル13側の表面は、銀蒸着等によってミラー加工されており、このミラー加工された表面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青色発光装置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、直接背面パネル13側へ、あるいは、蛍光ホイール101の表面で反射した後に背面パネル13側へ射出され、集光レンズ群111に入射する。また、蛍光ホイール101の透過領域に照射された青色発光装置70からの射出光は、透過光として集光レンズ115に入射する。なお、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によって蛍光発光装置100等が冷却される。

赤色発光装置120は、青色光源71と光軸が平行となるように配置された赤色発光素子121と、赤色発光素子121からの射出光を集光する集光レンズ群125と、を備える単色発光装置である。この赤色発光素子121は、赤色波長帯域の光を発する赤色発光ダイオードである。そして、この赤色発光装置120は、青色発光装置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。さらに、赤色発光装置120は、赤色発光素子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によって赤色発光素子121が冷却される。

そして、光源側光学系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反射ミラー、ダイクロイックミラー等からなる。具体的には、青色発光装置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と、赤色発光装置120から射出される赤色波長帯域光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波長帯域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。

したがって、この第一ダイクロイックミラー141により、赤色波長帯域光の光軸と緑色波長帯域光の光軸とを一致させレンズにより集光させて、導光装置175の側面から赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光を導光装置175内に照射することができる。

また、蛍光ホイール101を透過した青色レーザー光の光軸上、つまり、集光レンズ115と正面パネル12との間には、青色レーザー光を反射してこの青色レーザー光の光軸を左側パネル15方向に９０度変換する第一反射ミラー143が配置されている。さらに、第一反射ミラー143で反射した青色レーザー光の光軸上であって光学系ユニット160の近傍には、この青色レーザー光の光軸を背面パネル13方向に９０度変換する第二反射ミラー145が配置されている。そして、第二反射ミラー145を反射した青色レーザー光は、導光装置175の入射口にある拡散板175aに入射する。なお、蛍光ホイール101を透過した青色レーザー光は拡散されずに集光レンズ115に照射されることとなるので、従来の蛍光ホイール101により拡散透過する場合と比べて、集光レンズ115、第一反射ミラー143及び第二反射ミラー145を小面積で小型なものにすることができる。

また、第一ダイクロイックミラー141を透過した赤色波長帯域光の光軸及びこの光軸と一致するように第一ダイクロイックミラー141により反射された緑色波長帯域光の光軸と、第二反射ミラー145で反射した青色レーザー光の光軸とが交差する位置である導光装置175の内部には、青色波長帯域光を透過し、赤色及び緑色波長帯域光を反射してこれら赤色及び緑色波長帯域光の光軸を背面パネル13方向に９０度変換するダイクロイックミラー175cが配置されている。そして、これらのダイクロイックミラーや反射ミラーの間には、夫々集光レンズが配置されている。

光学系ユニット160は、青色発光装置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、光源側光学系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に導光する導光光学系170の一部を備えている。この照明側ブロック161が有する導光光学系170としては、光源ユニット60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175や、導光装置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、導光光学系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としての集光レンズ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。

このようにプロジェクタ10を構成することで、蛍光ホイール101を回転させるとともに青色発光装置70及び赤色発光装置120から異なるタイミングで光を射出すると、赤色、緑色及び青色の波長帯域光が光源側光学系140を介して導光装置175に順次入射され、さらに導光光学系170を介して表示素子51に入射されるため、プロジェクタ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生成することができる。

ここで照明光学系について図４を用いて詳説する。照明光学系における導光装置175としてはガラスロッド175dを用い、一端に入射口175eを有し他端に射出口175gを有するとともに、側方に入射部175fを有する。一方の入射口175eとする導光装置175の端部には、拡散板175aを設置して入射する青色レーザー光を拡散させて射出口175gから青色波長帯域光を射出させ、他方の入射部175fとする側方からは、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光を入射させ、導光装置175の内部に設けたダイクロイックミラー175cにより反射させて射出口175gから赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光を射出させる。

また、蛍光ホイール101の光透過領域にて射出光を透過した青色レーザー光は、導光装置175の拡散板175aに入射されるまで拡散されないことから、導光装置175における入射口175eの面積を小さくすることができ、入射口175eの近傍は、四角錐台形状のテーパー部であるテーパーガラスロッド175bとし、入射部175f前後は四角柱形状の本体部としている。なお、テーパーガラスロッド175bは、ガラスロッドではなく、４枚の平板状ミラーによる斜面によって形成されるようにしても構わない。

さらに、拡散板175aに入射される青色レーザー光が導光装置175に入射されるまで拡散されないことにより、蛍光ホイール101の光透過領域を透過した後の第一反射ミラー143、第二反射ミラー145は、夫々に小面積のミラーを採用することができる。

なお、導光装置175の内部に設けたダイクロイックミラー175cは、貼り合わせた２つのガラスロッド175dの貼り合わせ面である斜面において、前記２つのガラスロッド175dの何れか１つにコーティングされて形成されている。したがって、導光装置175は、拡散板175aを設置したテーパーガラスロッド175bと、ダイクロイックミラー175cを形成する２つのガラスロッド175dとで形成される。

このようにして、導光装置175の入射口175eに拡散板175aを設けることにより、蛍光ホイール101における青色領域で拡散させる必要がないことから集光しやすく、蛍光ホイール101を透過した青色光の全てを導光装置175に入射して、青色波長帯域光の利用効率を高めることができる。また、導光装置175における入射口175eをテーパーガラスロッド175bとして、拡散させた青色波長帯域光の拡散角度を狭めることにより、光利用効率を向上させることができる。さらに、青色波長帯域光は、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光と比較して導光装置175内の光路長を長くすることができることから画面照度むらが抑制される。

なお、この導光装置175の本体部は、四角柱形状のガラスロッド175dとしているため、緑色光や赤色光は、ガラスロッド175dの側面からダイクロイックミラー175cに照射するように、ガラスロッド175dの側面へ照射することにより、ガラスロッド175d内に入射されてダイクロイックミラー175cで反射され、ガラスロッド175dで全反射されて、射出口175gから射出される。

次に導光装置175の変形例としてガラスロッド175dではなくライトトンネル175dを適用した場合について図５を用いて詳説する。図５（ａ）には、先述のガラスロッド175dを適用した導光装置175の断面図を示し、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）には、ライトトンネル175dを適用した導光装置175の断面図を示す。

導光装置175は、図５（ａ）で示した導光装置175の本体部であるガラスロッド175dの部分を図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示したように、側壁４枚の平板状ミラーで構成したライトトンネル175dとすることもできる。この導光装置175は、テーパーガラスロッド175bと、ダイクロイックミラー175cと、ライトトンネル175dとで形成される。そして、ライトトンネル175dには、図５（ｂ）に示したように板状のダイクロイックミラー175cの中心で本体部中心軸と直交するようにダイクロイックミラー175cと４５度の角度で交わる方向に位置する平板状ミラーの部分を開口して入射部175fを設ける。そして、緑色光や赤色光は、ライトトンネル175dの開口に照射されることにより、ライトトンネル175d内に入射されてダイクロイックミラー175cに照射され、ダイクロイックミラー175cで反射された後はライトトンネル175d内で反射されて射出光175gから射出される。

また、導光装置175は、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示したように、ライトトンネル175d内に四角柱形状の端部を傾斜面とした形状からなるガラスプリズムの斜面にダイクロイックミラー175cをコーティングしたガラスプリズムを配置した構成とすることもできる。この導光装置175は、テーパーガラスロッド175bと、ガラスプリズムのダイクロイックミラー175cと、ライトトンネル175dとで形成される。そして、ライトトンネル175dには、ガラスプリズムのダイクロイックミラー175cの中心で本体部中心軸と直交するようにダイクロイックミラー175cと４５度の角度で交わる方向に位置する平板状ミラーの部分を開口して入射部175fを設ける。そして、緑色光や赤色光は、開口に照射されることにより、ダイクロイックミラー175cに照射され、ダイクロイックミラー175cで反射されるとライトトンネル175d内で反射されて射出口175gから射出される。なお、ガラスプリズムの配置については、図５（ｃ）に示したように、導光装置175の拡散板175a側に向かってガラスプリズムの四角柱形状部分を配置する場合や、図５（ｄ）に示したように、導光装置175の射出口175g側に向かってガラスプリズムの四角柱形状部分を配置する場合がある。

また、図５に示した各導光装置175は、テーパー部をガラスロッドとしているも、テーパー部も台形平板状のミラー４枚の斜辺部を相互に接続した中空の四角錐台形状として形成することもできる。

このように導光装置175においてガラスロッド175d、ライトトンネル175dの何れを用いた場合でも、導光装置175の入射口175eに拡散板175aを設置して青色レーザー光を拡散させて、導光装置175内で拡散させた青色波長帯域光をテーパーガラスロッド175bにより拡散角度を狭めることにより、青色波長帯域光の光利用効率を高め、しかも照度むらを抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、発光装置や蛍光体からの光をミラーやレンズ群により効率的に導光装置に導くことができ、さらに、導光装置175に拡散板175aを設置してレーザー光を拡散させ、拡散部である拡散板175aを設置してレーザー光を拡散させ、拡散されたレーザー光をより効率よく確実に取り込める導光装置175からなる照明光学系を備えることにより、光利用効率を向上させることができる。

また、本発明の照明光学系によれば、青色発光装置70をレーザーダイオードとし、赤色発光装置120を発光ダイオードとし、蛍光ホイール101の光透過領域を透過した光を導光装置175の中心軸に合わせて導光装置175の拡散板175aに入射し、赤色発光装置120からの光及び緑色蛍光体領域から発せられる光の光軸を一致させて導光装置175の側面から入射してダイクロイックミラー175cに照射することにより、青色波長帯域光の光利用効率を高めることができる。

さらに、本発明の照明光学系によれば、導光装置175における拡散板175aの近傍が四角錐台形状のテーパー部とされ、拡散板175aの面積が、四角柱形状とされた導光装置175の本体部における横断面積よりも小さくされることにより、青色波長帯域光の光路長を長くすることができ、照度むらを抑制することができる。

そして、本発明の照明光学系によれば、導光装置175の本体部がガラスロッドとされ、その本体部は、中心軸と４５度の角度で交わる傾斜面を相互に接する２本のガラスロッドで形成されていることにより、傾斜面にダイクロイックミラー層をコーティングして形成することができるので、専用にダイクロイックミラーを設ける必要がなく、部品数を削減することができる。

また、本発明の照明光学系によれば、導光装置175の本体部の側壁が４枚の平板状ミラーからなるライトトンネル175dで構成することにより、部品コストの削減及び軽量化に寄与することができる。

さらに、本発明の照明光学系によれば、蛍光ホイール101が、緑色蛍光体領域と光透過領域を円周方向に有することから、青色発光装置70のレーザーダイオードの射出光を蛍光ホイール101の光透過領域を透過させて導光装置175の入射口175eに設けた拡散板175aに指向性の高いレーザー光を照射させることとなるので青色波長帯域光をより効率よく確実に取り込めることができる。

本発明の光源装置によれば、導光装置175に拡散板175aを設置してレーザー光を拡散させ、拡散させたレーザー光をより効率よく取り込める照明光学系を備えることにより、光利用効率を向上させることができる。

本発明のプロジェクタ10によれば、導光装置175に拡散板175aを設置してレーザー光を拡散させ、拡散させたレーザー光をより効率よく確実に取り込める光源装置を備えることにより、光利用効率を向上させることができる。

また、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。例えば、青色発光装置70からの励起光のみを光源として利用し、蛍光ホイール101には、青色発光装置70からの射出光を励起光として受けて緑色波長帯域の蛍光発光光を射出する緑色蛍光発光領域と、青色発光装置70からの射出光を透過する透過領域と、赤色波長帯域の蛍光発光光を射出する赤色蛍光発光領域とが周方向に並設してなるように備え、青色発光装置70からの励起光を用いて赤色、緑色、青色波長帯域光を発するプロジェクタ10にも適用可能である。

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 青色発光装置
71 青色光源
73 コリメータレンズ 75 反射ミラー
78 集光レンズ
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 115 集光レンズ
120 赤色発光装置 121 赤色発光素子
125 集光レンズ群 130 ヒートシンク
140 光源側光学系 141 第一ダイクロイックミラー
143 第一反射ミラー 145 第二反射ミラー
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 導光光学系
175 導光装置 175a 拡散板
175b テーパーガラスロッド 175c ダイクロイックミラー
175d ガラスロッド、ライトトンネル
175e 入射口 175f 入射部
175g 射出口 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 集光レンズ
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

Claims (8)

1. 赤色発光装置と、青色発光装置と、緑色蛍光体領域と光透過領域を有する蛍光板と、を備える光源装置の照明光学系であって、
   前記赤色発光装置からの光、前記蛍光板の光透過領域を透過した前記青色発光装置からの光、及び、前記青色発光装置からの光を励起光として前記緑色蛍光体領域から発せられる光、の３種の光を導光装置に導くミラー及びレンズ群を有し、
   前記蛍光板の光透過領域を透過した光を前記導光装置の端面に入射させ、前記赤色発光装置からの光及び前記緑色蛍光体領域から発せられる光を前記導光装置の側面に入射させるものとし、
   前記導光装置は、内部にダイクロイック層を備え、前記ダイクロイック層は、青色光を透過させ且つ緑色光及び赤色光を反射し、前記導光装置の中心軸と４５度の角度で交わるように配置されていることを特徴とする照明光学系。
2. 前記青色発光装置をレーザーダイオードとし、
   前記赤色発光装置を発光ダイオードとし、
   前記導光装置は前記端面に拡散部を備え、
   前記蛍光板の光透過領域を透過した光を前記導光装置の中心軸に合わせて前記拡散部に入射させ、前記赤色発光装置からの光及び前記緑色蛍光体領域から発せられる光の光軸を一致させて前記導光装置の側面から入射させることにより前記ダイクロイック層に照射することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記導光装置における拡散部の近傍が四角錐台形状のテーパー部とされ、前記拡散部の面積が、四角柱形状とされた前記導光装置の本体部における横断面積よりも小さくされることを特徴とする請求項２に記載の照明光学系。
4. 前記導光装置におけるテーパー部がガラスロッド又は４枚の平板状ミラーによる斜面によって形成されるとともに、前記本体部がガラスロッドとされ、該本体部は、中心軸と４５度の角度で交わる傾斜面を相互に接する２本のガラスロッドで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の照明光学系。
5. 前記導光装置におけるテーパー部がガラスロッド又は４枚の平板状ミラーによる斜面によって形成されるとともに、前記本体部の側壁が４枚の平板状ミラーとされ、ダイクロイック層の中心で本体部中心軸と直交するように前記ダイクロイック層と４５度の角度で交わる方向に位置する前記平板状ミラーの部分に開口を有することを特徴とする請求項３に記載の照明光学系。
6. 前記ダイクロイック層は、ガラスプリズムの一面に形成され、このガラスプリズムが前記側壁とした平板状ミラーにより形成されたミラートンネル内に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の照明光学系。
7. 緑色蛍光体領域と光透過領域を円周方向に有する蛍光ホイール及び該蛍光ホイールを回転させるホイールモータと、青色発光装置と、赤色発光装置と、前記青色発光装置及び赤色発光装置の点灯と前記ホイールモータの回転を制御する光源制御部とを備え、さらに請求項１から６の何れか一項に記載の照明光学系を有することを特徴とする光源装置。
8. 請求項７に記載された光源装置と、この光源装置からの照射光により投影画像を生成する表示素子と、該表示素子で生成した投影画像を画面に投影する投影側光学系と、前記光源装置、表示素子、投影側光学系を制御するプロジェクタ制御手段と、を備えることを特徴とするプロジェクタ。
   

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