JP5618130B2 - 発光ユニット及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、発光ユニットと、この発光ユニットを内蔵する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、更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。

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、光源として発光ダイオードや有機ＥＬを用いたプロジェクタ、あるいは蛍光体を励起させることにより発せられる蛍光光やレーザー光を拡散させて光源光として利用するプロジェクタの開発がなされている。

例えば、特開２００９−２７７５１６号公報（特許文献１）では、可視光を励起光として蛍光体に照射する発光ユニットについての提案がなされている。この発光ユニットは、入射光を吸収することにより蛍光光を発する赤色蛍光発光部や緑色蛍光発光部、入射光を拡散して透過させる拡散部が円周方向に隣接して形成された蛍光ホイールに、青色光などの可視光をレンズによって集光して照射することで、赤色、緑色、青色等の各色の光を順次生成することができるものである。

特開２００９−２７７５１６号公報

上記特許文献１に記載の発明は、光源から拡散部に照射して拡散透過させた光を光源光（例えば青色波長帯域の光源光）として利用することができる。また、プロジェクタの光源に指向性の高い光を射出可能なレーザー発光器などを採用することで、色純度の高い画像を投射することができる。

しかしながら、プロジェクタにおいて、拡散部を透過拡散する光の拡散角度が小さいと、投影画像面内での照度のムラが発生しやすくなり、また、拡散部を透過拡散する光の拡散角度が大きいと、光学系を構成するレンズなどの有効径に拡散光が収まりきらずに不要光が生じてしまうといった問題点があった。

よって、適当な拡散角度で拡散光を射出することができるように光源と拡散部とを配置する必要があるが、拡散部に照射されるレーザー光の照射面積が小さいために、光軸近傍の強度が周囲に比べて高くなってしまうことがあった。そこで、拡散光をより均一に射出することができる発光ユニット、及び、この発光ユニットを備えることで照度ムラの少ない投影画像を生成することのできるプロジェクタの開発が要望されていた。

本発明の発光ユニットは、光を射出する光源と、該光源からの光が照射される基材と、を備え、該基材は、前記光源から射出された光を複屈折させる複屈折部と、該複屈折部の射出側に配置され、複屈折された光を拡散させる拡散部と、を有し、前記複屈折部の入射側に１／４波長板が配置されていることを特徴とする。

そして、本発明のプロジェクタは、上記の発光ユニットと、前記発光ユニットから射出される光を所定の一面に集光する光源側光学系と、表示素子と、前記光源側光学系により所定の一面に集光された光を前記表示素子に導光する導光光学系と、前記表示素子から射出される画像を投影する投影側光学系と、前記表示素子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。

また、本発明のプロジェクタは、上記した蛍光発光部を有する発光ユニットと、赤色波長帯域光を射出する発光ダイオードを有する赤色光源装置と、前記発光ユニットから射出される光と前記赤色光源装置から射出される光とを所定の一面に集光する光源側光学系と、表示素子と、前記光源側光学系により所定の一面に集光された光を前記表示素子に導光する導光光学系と、前記表示素子から射出される画像を投影する投影側光学系と、前記表示素子を制御するプロジェクタ制御手段と、を備え、前記光源は青色波長帯域光を射出するレーザー発光器であり、前記蛍光発光部の蛍光体は緑色波長帯域光を発する蛍光体であることが好ましい。
また、本発明のプロジェクタは、光を射出する光源と、該光源からの光が照射される基材と、を備え、該基材は、前記光源から射出された光を複屈折させる複屈折部と、該複屈折部の射出側に配置され、複屈折された光を拡散させる拡散部と、を有し、前記基材は、蛍光発光部をさらに有し、前記蛍光発光部には、前記光源からの光を受けて所定の波長帯域光を射出する蛍光体が配置されている発光ユニットと、赤色波長帯域光を射出する発光ダイオードを有する赤色光源装置と、前記発光ユニットから射出される光と前記赤色光源装置から射出される光とを所定の一面に集光する光源側光学系と、表示素子と、前記光源側光学系により所定の一面に集光された光を前記表示素子に導光する導光光学系と、前記表示素子から射出される画像を投影する投影側光学系と、前記表示素子を制御するプロジェクタ制御手段と、を備え、前記光源は青色波長帯域光を射出するレーザー発光器であり、前記蛍光発光部の蛍光体は緑色波長帯域光を発する蛍光体であることを特徴とする。

本発明によれば、拡散光の均一化を図ることのできる発光ユニットと、この発光ユニットを備えることで照度ムラの少ない投影画像を生成することのできるプロジェクタと、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ブロック図である。 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蛍光ホイールの正面模式図及び一部断面を示す平面模式図である。 光源からの光が直接拡散部に入射したとき、並びに、光源からの光が１／４波長板及び複屈折部を介して拡散部に入射したときの拡散光の様子を示す概念模式図である。 光源からの光が直接拡散部に入射したとき、並びに、光源からの光が１／４波長板及び複屈折部を介して拡散部に入射したときの拡散光の強度分布を示す概念模式図である。

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、光源ユニット60と、表示素子51と、導光光学系170と、投影側光学系220と、プロジェクタ制御手段と、を備える。

導光光学系170は、光源ユニット60からの光を表示素子51に導光する。投影側光学系220は、表示素子51から射出される画像をスクリーンなどの投影対象に投影する。プロジェクタ制御手段は、光源ユニット60や表示素子51を制御する。この光源ユニット60は、発光ユニットと、赤色光源装置120と、光源側光学系140と、を備える。

発光ユニットは、青色光源装置70における青色光源71と、蛍光発光装置100と、から構成される。青色光源装置70は、青色波長帯域光を射出するレーザー発光器である青色光源71を有する。

蛍光発光装置100は、円板形状の蛍光ホイール101と、ホイールモータ110と、を備える。そして、蛍光ホイール101は、青色光源装置70の青色光源71から射出される光の光軸上に配置される。つまり、青色光源71は、光を蛍光ホイール101の一方の面に照射するものである。

蛍光ホイール101は、円板形状の金属基材であって、この基材の一方の面（青色光源71から射出される光の入射側）には円弧状の蛍光発光部103が設けられている。また、この蛍光発光部103と周方向に並設されるように拡散部104が設けられている。蛍光発光部103は、基材に設けられる円弧状の凹部に蛍光体の層が敷設されてなる。この蛍光体の層は、青色光源装置70の青色光源71からの光（青色波長帯域光）を受けて緑色の波長帯域光を射出する蛍光体とバインダとにより形成されるものである。

拡散部104は、基材に設けられる円弧状の切欠き部102にブラスト処理の施されたガラスが配設されてなる。そして、拡散部104の入射側には青色光源71から射出された光を複屈折させる複屈折部105が配設されている。また、この複屈折部105の入射側には直線偏光を円偏光に変換する１／４波長板106が配設されている。

つまり、青色光源71から射出された直線偏光の光は、１／４波長板106に入射して円偏光に変換される。そして、１／４波長板106から射出された円偏光の光は、複屈折部105により複屈折されて射出される。また、複屈折された光は、複屈折部105の射出側に配置されている拡散部104に入射する。さらに、複屈折された光は、その波長帯域を変換することなく拡散部104により拡散して射出される。

ホイールモータ110は、蛍光ホイール101を円周方向に回転させる駆動装置である。つまり、蛍光発光装置100は、青色光源71からの光が回転する蛍光ホイールの一方の面に照射されると、順次蛍光発光部103と、拡散部104と、に青色光が入射するようになっている。

したがって、蛍光ホイール101は、回転する当該蛍光ホイール101の一方の面に青色光源71からの光が照射されることにより、蛍光発光部103に励起光を受けることで緑色波長帯域の蛍光光を発し、１／４波長板106及び複屈折部105を介して拡散部104に青色光源71からの青色波長帯域光を受けることで、この青色光を透過拡散する蛍光板として機能する。

そして、赤色光源装置120は、赤色波長帯域光を射出する発光ダイオードである赤色発光素子121を有する。

また、光源側光学系140は、蛍光発光装置100の蛍光ホイール101から射出される青色及び緑色波長帯域の光と、赤色光源装置120から射出される赤色波長帯域の光と、を所定の一面であるライトトンネル175の入射口に集光するレンズやミラー等から構成される。つまり、蛍光発光装置100の蛍光ホイール101から射出される青色及び緑色光、並びに、赤色光源装置120から射出される赤色光は、光源側光学系140によりライトトンネル175の入射口に集光され、集光された各色光は、更に導光光学系170により表示素子51に導光されることとなる。

したがって、光源ユニット60は、プロジェクタ制御手段が、蛍光ホイール101を円周方向に回転させるホイールモータ110を動作させる制御を実行するとともに、赤色光源装置120及び青色光源装置70の発光を個別に制御することで、当該光源ユニット60から順次赤色、緑色、青色の波長帯域光を射出させることができる。そして、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。

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。

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、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などの投影対象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なう。

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の青色光源装置の光源及び赤色光源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。

この光源ユニット60は、青色光及び緑色光を生成する発光ユニットと、赤色光を生成する赤色光源装置120と、各色光を所定の一面であるライトトンネル175の入射口に集光する光源側光学系140と、を備える。この発光ユニットは、青色光源装置70における青色光源71と、蛍光発光装置100と、を有する。

青色光源装置70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。そして、蛍光発光装置100は、青色光源装置70における青色光源71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。また、赤色光源装置120は、青色光源装置70と蛍光発光装置100との間に配置される。そして、光源側光学系140は、蛍光発光装置100からの射出光（青色光及び緑色光）や赤色光源装置120からの射出光（赤色光）の光軸が同一の光軸となるように変換して、ライトトンネル175の入射口に集光するように構成されている。

そして、青色光源装置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、青色波長帯域の光を射出するレーザー発光器とされる青色光源71の複数個がマトリクス状に配列されて成るものである。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、蛍光ホイール101と、ホイールモータ110と、を備える。この蛍光ホイール101は、円板形状であって、正面パネル12と平行となるように、つまり、青色光源装置70からの射出光の光軸と直交するように配置される。これにより、青色光源71から射出される光は、蛍光ホイール101の一方の面に照射されることになる。

ホイールモータ110は、蛍光ホイール101を円周方向に回転させる駆動装置である。さらに、この蛍光発光装置100は、青色光源装置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、を備えている。

そして、上記した青色光源装置70における各青色光源71から射出されたレーザー光が励起光として蛍光ホイール101の蛍光発光部に照射されると、蛍光発光部における緑色蛍光体が励起されて、緑色蛍光体から全方位に蛍光発光された緑色光が直接背面パネル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、上記した青色光源装置70における各青色光源71から射出された青色波長帯域のレーザー光が蛍光ホイール101の拡散部に照射されると、入射した青色レーザー光が微細凹凸によって拡散して射出され、集光レンズ115に入射する。

つまり、この蛍光発光装置100と、上記した青色光源装置70の青色光源71と、によって構成される発光ユニットからは、順次青色光と緑色光とが生成されることになる。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。この蛍光ホイール101の具体的な構成については後述する。

赤色光源装置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、を備える単色光源装置である。この赤色発光素子121は、赤色波長帯域の光を射出する赤色発光ダイオードである。そして、この赤色光源装置120は、青色光源装置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、赤色光源装置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、青色光源装置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、赤色光源装置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、蛍光ホイール101を拡散透過した青色波長帯域光の光軸上、つまり、集光レンズ115と正面パネル12との間には、青色波長帯域光を反射してこの青色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で反射した青色波長帯域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。

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で反射した青色波長帯域光の光軸とが交差する位置には、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、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。さらに、ライトトンネル175の近傍には、このライトトンネル175の入射口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、青色光源装置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ライトトンネル175や、ライトトンネル175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、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光源装置70及び赤色光源装置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を介してライトトンネル175に順次入射され、更に導光光学系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。

次に、蛍光ホイール101の具体的な構成について、図４を参照して説明する。蛍光ホイール101は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、円板形状の銅やアルミニウム等から成る金属基材であって、この基材に円弧状の切欠き部102が設けられている。この切欠き部102は、基材の一方の面から他方の面、即ち青色光源71が配置される側の面から反対側の面までを貫通開口とするものである。

そして、この蛍光ホイール101は、青色光源71が配置される側の面である基材の一方の面に設けられる凹部に蛍光発光部103を有し、切欠き部102に拡散部104を有する。この蛍光発光部103は、青色光源装置70の青色光源71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体が、耐熱性を有し且つ透光性の高いシリコン樹脂等のバインダに均一に混合されることで形成されるものであり、円弧状を呈している。また、基材の青色光源71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凹部の表面に蛍光発光部103が敷設されている。

そして、拡散部104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。この拡散部104は、例えば、ガラス材の一方の面にブラスト処理を施すことによって微細凹凸が形成されているものである。また、この拡散部104は、蛍光ホイール101の円弧状の切欠き102に対応した円弧状であって、微細凹凸が形成される一方の面を青色光源71が配置される側に対して反対側となる面と一致させるように取付けられる。そして、この蛍光発光部103と、切欠き部102とは、周方向に並設して成り、青色光源71からの光が回転する蛍光ホイール101に照射されると、順次蛍光発光部103と、切欠き部102と、に青色光が入射するようになっている。

そして、切欠き部102における拡散部104の入射側には、１／４波長板106及び複屈折部105が装着されている。この１／４波長板106は、ガラスや樹脂などから成る透明基材上にコーティングにより偏光面が形成されているものであり、この偏光面に入射した直線偏光の光を円偏光（楕円偏光）に変換させる光学部材である。

そして、この１／４波長板106は、拡散部104側端部において、外方に突出する凸部を有している。また、基材の切欠き部102には、この凸部と当接する段差部が設けられている。そして、この切欠き部102の段差部に凸部を当接させるように１／４波長板106が嵌め込まれている。また、１／４波長板106の射出側に複屈折部105が嵌め込まれている。そして、拡散部104が複屈折部105の射出側に嵌め込まれて、拡散部104に設けられる段差部に枠状の押え部材107が取付けられている。これにより、１／４波長板106、複屈折部105及び拡散部104が、切欠き部102に固定されている。なお、拡散部104や１／４波長板106は、切欠き部102内に設けることなく、ホイール面上に配置させることとしてもよい。

つまり、拡散部104の入射側には青色光源71から射出された光を複屈折させる複屈折部105が配設されている。また、この複屈折部105の入射側には直線偏光を円偏光（楕円偏光）に変換する１／４波長板106が配設されている。なお、１／４波長板106と複屈折部105とを別部材として配置させることに代えて、複屈折部105の入射側表面にコーティングにより入射する直線偏光の光を円偏光（楕円偏光）の光に変換する偏光面を形成することとしてもよい。

したがって、青色光源71から射出された直線偏光の光は、１／４波長板106の偏光面に入射して円偏光（楕円偏光）に変換される。そして、１／４波長板106から射出された円偏光（楕円偏光）の光は、複屈折部105により複屈折されて射出される。また、複屈折された光は、複屈折部105の射出側に配置されている拡散部104に入射する。さらに、複屈折された光は、その波長帯域を変換することなく拡散部104により拡散して射出される。

よって、蛍光ホイール101は、回転する当該蛍光ホイール101の一方の面に青色光源71からの光が照射されることにより、蛍光発光部103に励起光を受けることで緑色波長帯域の蛍光光を青色光源71側に発し、拡散部104に青色光源71からの光を受けることで、この青色光を透過拡散して射出する蛍光板として機能する。よって、この蛍光発光装置100は、青色光と緑色光とを生成することができる。そして、赤色光源装置120が赤色光を生成するため、この光源ユニット60は、光の三原色を順次に射出することができる。そして、このプロジェクタ10は、表示素子51（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。

以下、複屈折部105や１／４波長板106を切欠き部102に装着する有用性について図５及び図６を参照して説明する。図５は、青色光源71からの光が直接拡散部104に入射したとき、並びに、青色光源71からの光が１／４波長板106及び複屈折部105を介して拡散部104に入射したときの拡散光の様子を示す概念模式図である。図６は、青色光源71からの光が直接拡散部104に入射したとき、並びに、青色光源71からの光が１／４波長板106及び複屈折部105を介して拡散部104に入射したときの拡散光の強度分布を示す概念模式図であり、縦軸が強度、横軸が蛍光ホイール101の回転軸と直交する方向（即ち、ホイール面の径方向）における距離を示している。

青色光源71からのレーザー光を直接拡散部104に照射させる場合、図５（ａ）に示すように、直線偏光のレーザー光が拡散部104に入射すると、平行光線束は数ｍｍ程度の直径の略円形照射スポットから拡散されて放出される。したがって、図６（ａ）に示される拡散光の強度分布のように、強度の高い照射中心近傍に対して周囲の強度が低く、その強度差が顕著に表れてしまう。

これに対して、１／４波長板106と複屈折部105とを拡散部104の入射側に配設させる場合、図５（ｂ）に示すように、空間的コヒーレンスの高い直線偏光のレーザー光は１／４波長板106により円偏光（楕円偏光）に変換される。そして、円偏光（楕円偏光）に変換された光は、複屈折部105に入射する。

円偏光（楕円偏光）に変換された光は、偏光方向が様々であるので、複屈折部105から射出される異常光線も様々な方向へ放射されることになる。即ち、１／４波長板106及び複屈折部105を拡散部104の入射側に配置させることで、青色光源71から射出されるレーザー光は、１／４波長板106及び複屈折部105によって多くの光線に分離されて拡散部104に入射する。これにより、拡散部104から射出される光の強度分布は、図６（ｂ）に示すように、強度の偏りが少ない均一な強度分布となる。

なお、強度の小さくなった複数のレーザー光が拡散部104に入射して拡散することにより発生する複数のスペックルパターンが重畳することとなるため、特定のスペックルパターンを認識させにくく、効果的にスペックルを低減できる。このスペックルの低減により、プロジェクタ10からスクリーンに投影される画像のちらつき感を抑制することができる。

したがって、本発明によれば、拡散光の均一化を図ることのできる発光ユニットと、この発光ユニットを備えることで照度ムラの少ない投影画像を生成することのできるプロジェクタ10と、を提供することができる。

また、赤色光源装置120からの赤色光や、蛍光発光部103からの緑色光と適合された強度分布の青色拡散光を射出することのできる発光ユニットと、この発光ユニットを備えることで、色バランスの優れたカラー画像を投影することのできるプロジェクタ10と、を提供することができる。

そして、１／４波長板106を複屈折部105の入射側に配設させることで、異常光線を様々な方向に放射させることができるため、強度の偏りが少ない均一な強度分布を有する光線束を拡散部104から放出することができる。また、透過拡散する光の拡散角度を大きくしない拡散部104を用いた場合であっても、複屈折部105により分離された光線がこの拡散部104に入射するため、強度分布が均一であって、且つ、光学系での損失を抑えることができる。

なお、蛍光ホイール101は、１／４波長板106を配置せずに、青色光源71からのレーザー光を直接に複屈折部105へ入射させる構成とすることもできる。この場合、青色光源71からの光は、直線偏光のまま複屈折部105に入射することとなるも、直接に拡散部104へ光が入射する場合に比べて、強度の均一化を図ることができる。

そして、複屈折部105の光線分離効果は、複屈折部105の厚みに比例するため、厚みのある複屈折部105を配設させることがより好ましい。また、１／４波長板106、複屈折部105及び拡散部104の入射面には反射防止膜を設けることが好ましい。反射防止膜を設けることで、各光学部材に入射する光が青色光源71側へ反射することを抑えて光の利用効率を高めることができる。

そして、蛍光ホイール101に蛍光発光部103と拡散部104とを備えることで、蛍光ホイール101から蛍光光と拡散光とを順次射出することができる。

また、本実施例における発光ユニットは基材を円板形状の蛍光ホイール101として形成し、この蛍光ホイール101を回転させる構成としている。よって、シンプルな発光ユニットであって、照射面積を拡張して熱の集中を避けることができる発光ユニットを提供することができる。

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、蛍光ホイール101に設ける蛍光発光部103は、緑色波長帯域の光を射出する蛍光体のみならず、青色光源71からの光を受けて赤色波長帯域の光を射出する蛍光体を配置させてもよい。この場合、赤色光源装置120の設置を省略することができる。

そして、発光ユニットは、蛍光発光部103と拡散部104とを有する蛍光板を上記のように円板形状として回転させる構成とした蛍光発光装置100を備える場合に限ることなく、矩形状に形成した蛍光板を固定した蛍光発光装置100を備えることとしてもよい。このように蛍光板を固定させる場合、青色光源装置70と蛍光板との間に、青色光源装置70からの光の照射方向を変化させる調整装置を配設する、あるいは、青色光源71の位置及び／又は照射方向を変化させるように駆動する光源駆動装置を設けて、青色光源71からの光の照射スポット位置を移動させることで、蛍光光及び拡散光を蛍光板から射出することができる。なお、調整装置としては、例えば、ＫＴＮ結晶、音響光学素子、ＭＥＭＳミラー等を用いた光偏光器を採用することができる。

さらに、蛍光発光部103と拡散部104とは、同じ基材上に設ける場合に限られるものでなく、それぞれ別の基材に設けることとしてもよい。即ち、青色光源71からの光を拡散させる拡散部104を有する拡散板からは青色拡散光を射出し、青色光源71からの光を受けて蛍光光を発する蛍光発光部103を有する蛍光板からは緑色蛍光光を射出することとしてもよい。

また、青色光源装置70にレーザー発光器に代えて発光ダイオードを青色光源71として採用することもできる。また、各光学部品のレイアウトも、上述した構成（図３参照）に限ることなく様々なレイアウトを採用することができる。さらに、上述した発光ユニットは、プロジェクタ10に搭載する場合に限定されることなく、様々な電子機器に搭載する発光ユニットとして利用することができる。

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 青色光源装置
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 102 切欠き部
103 蛍光発光部 104 拡散部
105 複屈折部 106 １／４波長板
107 押え部材 110 ホイールモータ
111 集光レンズ群 115 集光レンズ
120 赤色光源装置 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
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 導光光学系
173 集光レンズ 175 ライトトンネル
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 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 (6)

1. 光を射出する光源と、
   該光源からの光が照射される基材と、を備え、
   該基材は、前記光源から射出された光を複屈折させる複屈折部と、
   該複屈折部の射出側に配置され、複屈折された光を拡散させる拡散部と、を有し、
   前記複屈折部の入射側に１／４波長板が配置されていることを特徴とする発光ユニット。
2. 前記基材は、蛍光発光部をさらに有し、
   前記蛍光発光部には、前記光源からの光を受けて所定の波長帯域光を射出する蛍光体が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ユニット。
3. 前記基材は円板形状であり、該基材には前記蛍光発光部と前記拡散部とが周方向に並設され、前記基材を周方向に回転させる駆動装置を有していることを特徴とする請求項２に記載の発光ユニット。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の発光ユニットと、
   前記発光ユニットから射出される光を所定の一面に集光する光源側光学系と、
   表示素子と、
   前記光源側光学系により所定の一面に集光された光を前記表示素子に導光する導光光学系と、
   前記表示素子から射出される画像を投影する投影側光学系と、
   前記表示素子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。
5. 請求項２又は請求項３に記載の発光ユニットと、
   赤色波長帯域光を射出する発光ダイオードを有する赤色光源装置と、
   前記発光ユニットから射出される光と前記赤色光源装置から射出される光とを所定の一面に集光する光源側光学系と、
   表示素子と、
   前記光源側光学系により所定の一面に集光された光を前記表示素子に導光する導光光学系と、
   前記表示素子から射出される画像を投影する投影側光学系と、
   前記表示素子を制御するプロジェクタ制御手段と、
   を備え、
   前記光源は青色波長帯域光を射出するレーザー発光器であり、
   前記蛍光発光部の蛍光体は緑色波長帯域光を発する蛍光体であることを特徴とするプロジェクタ。
6. 光を射出する光源と、該光源からの光が照射される基材と、を備え、該基材は、前記光源から射出された光を複屈折させる複屈折部と、該複屈折部の射出側に配置され、複屈折された光を拡散させる拡散部と、を有し、前記基材は、蛍光発光部をさらに有し、前記蛍光発光部には、前記光源からの光を受けて所定の波長帯域光を射出する蛍光体が配置されている発光ユニットと、
   赤色波長帯域光を射出する発光ダイオードを有する赤色光源装置と、
   前記発光ユニットから射出される光と前記赤色光源装置から射出される光とを所定の一面に集光する光源側光学系と、
   表示素子と、
   前記光源側光学系により所定の一面に集光された光を前記表示素子に導光する導光光学系と、
   前記表示素子から射出される画像を投影する投影側光学系と、
   前記表示素子を制御するプロジェクタ制御手段と、
   を備え、
   前記光源は青色波長帯域光を射出するレーザー発光器であり、
   前記蛍光発光部の蛍光体は緑色波長帯域光を発する蛍光体であることを特徴とするプロジェクタ。
   

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