JP5666865B2 - 光源ユニット及びプロジェクタ - Google Patents
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Description
本発明は、蛍光板を有する光源ユニットと、この光源ユニットを備えたプロジェクタと、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線束をＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）や液晶板等の表示素子に集光し、表示素子からの射出光を投影側光学系を介してスクリーンに投影することにより画像を投影する。
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）やレーザ発光器、有機ＥＬ、あるいは、蛍光体等を用いる開発や提案が多々なされている。例えば、特許第３４１５４０３号（引用文献１）では、赤色、緑色及び青色波長帯域光を射出する３種類のレーザ光源をプロジェクタ光源として用いる提案がなされている。また、特開２００４−３４１１０５号公報（特許文献２）では、紫外光を射出する励起光源と、この励起光源からの射出光を受けて赤色、緑色及び青色波長帯域光を夫々射出する蛍光体層が周方向に敷設された回転蛍光板である蛍光ホイールと、からなる光源装置の提案がなされている。
上述した特許文献１の提案では、３種類のレーザ光源を備えているため夫々に駆動回路が必要となり、近年小型化及び薄型化するプロジェクタに組み込むことが困難であるという問題点があった。また、このような３種類のレーザ光源を備えたプロジェクタにおいて高輝度化を図るためには各レーザ光源の出力を上げる必要があり、出力を上げた場合には各レーザ光源の発熱量も上がるため冷却機構を大型化する必要があり、小型化及び薄型化するプロジェクタに組み込むことが困難であるという問題点もあった。さらに、高輝度化を図るためにレーザ光源を大型化することも考えられるが、レーザ光源を大型化した場合には、小型化及び薄型化するプロジェクタに組み込むことが困難であるとともに、発光面積が広がるため光源側光学系のエテンデューと投影側光学系のエテンデューとの差が大きくなり、光源光の利用効率が下がるという問題点もあった。
一方、上述した特許文献２の提案では、励起光源の出力を上げることで光源側光学系のエテンデューと投影側光学系のエテンデューの差を小さく抑えたままで高輝度化を実現できる。しかしながら、蛍光ホイールの正面から蛍光ホイールの平面に対して垂直に励起光を照射した場合、蛍光体層に入射した光の一部が蛍光体層を透過して蛍光ホイールの反射面で反射し、そのまま蛍光体を励起することなく励起光の入射面から励起光源側に射出されることがあり、励起光の利用効率が下がるという問題点があった。さらに、蛍光体で発光した光は全方位に射出されるため、蛍光光の一部は蛍光体層内で減衰する等無駄になってしまい、蛍光光の利用効率が下がるという問題点もあった。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、反射面上に蛍光体層が敷設されて、この蛍光体層における励起光の入射面が凹凸を有した形状に形成されることにより励起光及び蛍光光の利用効率を高めることができる蛍光板及びこの蛍光板に励起光を照射する光源を備えた光源ユニットと、この光源ユニットを備えることにより高輝度な画像の投影が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。
本発明の光源ユニットは、励起光が入射されて所定波長帯域光を発する蛍光体層を備え、前記蛍光体層の励起光入射面から蛍光光を射出する蛍光板と、該蛍光板に前記励起光を照射する励起光源と、を備え、前記蛍光体層の前記入射面は、複数の凹凸が形成された表面構造を有し、前記蛍光板には前記励起光を受けて異なる波長帯域光を射出する複数のセグメントが形成され、前記複数のセグメントの少なくとも一つは、前記蛍光体層が敷設された蛍光発光領域とされ、前記励起光源は、青色波長帯域光を射出する光源であり、前記蛍光板には、前記励起光源からの射出光を拡散透過する拡散透過領域が形成され、前記蛍光板は、周方向に前記蛍光発光領域及び前記拡散透過領域が並設された蛍光ホイールとされ、前記蛍光ホイールは、前記拡散透過領域と、前記励起光源からの射出光を受けて緑色波長帯域光を射出する緑色蛍光体層を備えた前記蛍光発光領域と、が周方向に並設されてなり、さらに、赤色波長帯域光を射出する赤色光源を備えることを特徴とする。
また、本発明の光源ユニットにおいて、前記表面構造は、底面から頂部にかけて断面積が減少する複数の突起体が平面上で等間隔に、かつ、少なくとも隣り合う突起体の一部が接するように配列されてなる構造で構成されていることを特徴とする。
さらに、本発明の光源ユニットにおいて、前記突起体は、前記蛍光板の表面に対しての立ち上がり角度が３０度以上であることを特徴とする。
また、本発明の光源ユニットでは、前記突起体が、錐体であることを特徴とする。
そして、本発明の光源ユニットでは、前記突起体が、四角錐であることを特徴とする。
また、本発明の光源ユニットは、前記四角錐の底部における外周の一辺の長さが１０乃至１００μｍの範囲とされていることを特徴とする。
なお、本発明の光源ユニットでは、前記突起体が、球面体とされることもある。
さらに、本発明の光源ユニットでは、前記突起体が、非球面体とされることもある。
また、本発明の光源ユニットでは、前記突起体が球面体或いは非球面体の場合に、前記突起体の円形底部の外周に内接する方形の一辺の長さが１０乃至１００μｍの範囲とされていることを特徴とする。
さらに、本発明の光源ユニットでは、前記突起体が球面体或いは非球面体の場合に、前記突起体の一部が切断されて底部が六角形とされ、該六角形の一辺の長さが１０乃至１００μｍの範囲とされることもある。
また、本発明の光源ユニットでは、前記突起体が球面体或いは非球面体の場合に、前記突起体の一部が切断されて底部が方形とされ、該方形の一辺の長さが１０乃至１００μｍの範囲とされていることもある。
そして、本発明のプロジェクタは、上述したいずれかの光源ユニットと、表示素子と、前記光源ユニットからの射出光を前記表示素子に射出する光源側光学系と、前記表示素子で生成された投影光をスクリーンに向けて射出する投影側光学系と、前記光源ユニットや表示素子の制御を行う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、反射面上に蛍光体層が敷設されて、この蛍光体層における励起光の入射面が凹凸を有した形状に形成されることにより励起光及び蛍光光の利用効率を高めることができる蛍光板及びこの蛍光板に励起光を照射する光源を備えた光源ユニットと、この光源ユニットを備えることにより高輝度な画像の投影が可能なプロジェクタと、を提供できる。
以下、本発明を実施するための形態について述べる。本実施形態のプロジェクタ10は、光源ユニット60と、表示素子51と、光源ユニット60からの射出光を表示素子51に射出する光源側光学系170と、表示素子51で生成された投影光をスクリーンに向けて射出する投影側光学系220と、光源ユニット60や表示素子51の制御を行うプロジェクタ制御手段と、を備える。
そして、光源ユニット60は、励起光を受けて赤色波長帯域光を射出する赤色蛍光体層421Rを反射面上に備えた赤色蛍光発光領域411、緑色波長帯域光を射出する緑色蛍光体層421Gを反射面上に備えた緑色蛍光発光領域413、及び、励起光を拡散透過する拡散透過領域415が周方向に並設された蛍光板400としての蛍光ホイール101と、蛍光ホイール101に励起光を照射する励起光源71と、を備える。そして、蛍光ホイール101における各蛍光体層421R,421Gの励起光入射面は、複数の凹凸が形成された表面構造を有している。
この蛍光ホイール101における蛍光体層421の励起光入射面の表面構造は、複数の正四角錐431がマトリクス状に、かつ、隣り合う正四角錐431の底部の外周が接するように配列されてなる形状に形成されている。また、この正四角錐431は、基材からの立ち上がり角度θが３０度以上に形成されている。さらに、この正四角錐431の底部の外周における一辺の長さは、１０乃至１００μｍの範囲とされている。
以下、本発明の実施例を図に基づいて詳説する。図１は、本実施例に係る蛍光板の正面模式図であり、図２は、蛍光板における蛍光体層の表面構造を示す模式図である。本実施例の蛍光板400は、図１に示すように、励起光源からの射出光を励起光として赤色波長帯域の蛍光光を射出する赤色蛍光発光領域411と、励起光源からの射出光を励起光として緑色波長帯域の蛍光光を射出する緑色蛍光発光領域413と、励起光源からの射出光を拡散透過する拡散透過領域415と、が周方向に並設された円板状の基材である。
蛍光板400における赤色蛍光発光領域411及び緑色蛍光発光領域413の表面は、銀蒸着等によって反射面とされている。また、この反射面の表面には、スパッタによってフッ化マグネシウム等の透明保護膜が形成されており、この透明保護膜上に所定幅で円弧状の蛍光体層421（赤色蛍光体層421R及び緑色蛍光体層421G）が敷設されている。そして、蛍光体層421は、耐熱性が高く、かつ、透明度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蛍光体と、から形成されている。また、蛍光板400の拡散透過領域415には、所定幅で円弧状の開口が形成されており、この開口に拡散透過板417が設置されている。
従来の蛍光板においては、例えば蛍光体層表面が平坦である形状であると、蛍光体層に入射した励起光の中で蛍光体層を励起することなく蛍光板の反射面や蛍光体の表面で反射され、そのまま外部に出て行ってしまう光量が多く、励起光の利用効率が低いという問題点があった。また、蛍光体から射出された光線束の中で、蛍光体層内で反射を繰り返し励起光の入射面から取り出すことができずに減衰してしまう光量も多く、蛍光光の利用効率が低いという問題点もあった。よって、蛍光板からの出力を増加させるためには、励起光や蛍光光の利用効率を高める必要性がある。
そこで、本実施例における蛍光体層421は、図２に示すように、励起光の入射面に複数の凹凸が形成されてなる表面構造を備える。この表面構造は、複数の正四角錐431がマトリクス状に、かつ、隣り合う正四角錐431の底部の外周が接するように配列されてなる形状に形成されている。また、この正四角錐431は、基材からの立ち上がり角度θが３０度以上に形成されている。さらに、この正四角錐431の底部の外周における一辺の長さは、１０乃至１００μｍの範囲としている。このような長さの範囲としたのは、蛍光板400における蛍光体層421の幅が一般的に２乃至５ｍｍ程度であるため、この蛍光体層421の幅の中に数十乃至数百の正四角錐431の形状を配列可能とするためである。なお、このような表面構造は、蛍光体層421を蛍光板400に敷設するときに金型を押し当てることにより形成される。
このように蛍光体層421の励起光入射面が、複数の正四角錐431が配列されてなる形状で形成された場合、蛍光体層421に照射された光線束は、蛍光体層421の表面で屈折して蛍光体層421内に入射する。このとき、蛍光体層421表面構造は、励起光入射面に正四角錐431が配列されてなる形状に形成された構造であるため、照射された角度が一緒であっても照射される位置によって屈折方向が変化し、蛍光体層421内で様々な方向に励起光が拡散されることとなる。これにより、蛍光体層421内の広い範囲に励起光が行き渡るため、蛍光体に照射される励起光が増加することとなり、励起光の利用効率を高くできる。また、励起光を受けて蛍光体で発光した蛍光光は全方位に射出されるが、励起光入射面が様々な角度を有しているため、例え励起光入射面に一度反射されて蛍光板400の反射面に照射された光線束も、次に励起光入射面に照射された場合には異なる角度の励起光入射面に照射される確率が高くなり、いずれ励起光入射面より外部に射出されるため、蛍光体層421内で減衰して消滅してしまう蛍光光を減らすことができる。よって、蛍光光の利用効率を高くできる。
次に、蛍光体層421の励起光入射面に微細凹凸を形成することによる効果について、光線追跡法によりシミュレーションした結果を表したグラフを用いて述べる。図３は、正四角錐431の立ち上がり角度θと、蛍光板400の蛍光体層421に正面側から励起光を照射した場合における励起光の閉込率、再出率、反射損失率と、の関係を示すグラフである。また、図４は、正四角錐431の立ち上がり角度θと、取出効率と、の関係を示すグラフである。さらに、図５は、正四角錐431の立ち上がり角度θと、発光効率と、の関係を示すグラフである。
図３における閉込率とは、蛍光体層421に照射された励起光の中で、蛍光体層421内に入射し蛍光体に照射されて蛍光体を励起した光の割合、すなわち、照射された全励起光に対する有効に利用された光の割合である。再出率とは、蛍光体層421内に入射したものの蛍光体の表面や反射面等で反射し、そのまま外部に再び射出された光の割合である。反射損失率とは、蛍光体層421に照射されたものの、蛍光体層421の表面で反射されて蛍光体層421に入射されなかった光の割合である。また、図３において、横軸は立ち上がり角度θを表し、縦軸は蛍光体層421に照射された全励起光を１．００としてこの全励起光に対する光の割合を表している。すなわち、閉込率、再出率、反射損失率を全て加算すると１．００となる。
図３に示すように、立ち上がり角度θが大きくなるにつれて閉込率及び反射損失率が大きくなり、再出率が小さくなる。そして、立ち上がり角度θが３０度を超えた付近から閉込率が略横ばいになっていることが分かる。反射損失率も立ち上がり角度θが大きくなるにつれて大きくなっているが、再出率がこれ以上に小さくなっているため、蛍光体層421に照射された励起光の利用効率は、立ち上がり角度θが３０度を超えるまでの間で急激に高くなることが分かる。
図４における取出効率とは、蛍光体から射出された蛍光光の中で有効光として蛍光体層421の励起光入射面から外部に射出される光の割合である。また、図４において、横軸は立ち上がり角度θを表し、縦軸は蛍光体層421の励起光入射面に凹凸が形成されていない状態での取出効率を基準値である１．００として取り出すことができた光の割合を表している。図４に示すように、立ち上がり角度θが３０度付近になるまで急激に取出効率が上がっており、３０度付近を超えた辺りから略横ばいとなっていることが分かる。すなわち、立ち上がり角度θを３０度以上とすることにより、取出効率を高くできることが分かる。
図５における発光効率とは、図３に示した閉込率と図４に示した取出効率とを乗算したものである。すなわち、この発光効率が上がると、蛍光体層421内に入射した励起光の利用効率と、蛍光光の利用効率と、が高くなり、光量の増加を図ることができる。図５に示したように、立ち上がり角度θが０度から３０度付近までの間で発光効率が急上昇しており、３０度を超えた辺りから略横ばいになっている。よって、立ち上がり角度θを３０度以上とすることにより、光量を大きく増加させることができ、図５においては略１．５倍の光量を得られることが分かる。
このように、蛍光体層421の励起光入射面に微細な凹凸形状を形成することにより、発光効率を高くすることができ、特に、立ち上がり角度θを３０度以上とすることにより発光効率を高くすることができる。よって、上述したように、複数の正四角錐431により蛍光体層421の励起光入射面に凹凸形状を形成し、立ち上がり角度θを３０度以上とすることにより、励起光と蛍光光の利用効率を高め、光量の増加を図ることができる。
次に、上述した蛍光板400を用いた場合と、従来のように蛍光体層の表面を平面形状とした蛍光板を用いた場合との発光強度の差について実験を基にして述べる。
励起光源としては、発光波長ピークが４４５ｎｍ、出力１０Ｗの青色半導体レーザ光源を用いた。
赤色蛍光体は、原料の窒化ストロンチウム、窒化カルシウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ユーロピウムを、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した。混合した原料は窒化ホウ素容器に入れ、９気圧窒素雰囲気中で１９００度、４時間焼成した。
緑色蛍光体は、原料となる酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化セリウムを、Ｙ：Ａｌ：Ｇａ：Ｃｅ＝２．９８：３：２：０．０２のモル比率で配合した。さらに結晶成長を促進するフラックス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時間混合した。混合した原料は、ろ過、乾燥を行い、アルミナ容器に入れ、４％水素還元雰囲気で、１５００度、４時間、焼成を行った。さらに、フラックスやその他の不純物を除去するために２規定の硝酸溶液で１時間攪拌後、純水で洗浄を行い乾燥した。
蛍光板は、鏡面加工した銅円盤にチタン、クロムコートを行い、銀を真空蒸着したものを用意した。緑色蛍光体はシリコン樹脂に８０重量％で混合し、赤色蛍光体はシリコン樹脂に３０重量％で混合し、銅円盤に膜厚約２００μｍで塗布し、底部の外周における１辺の長さ５０μｍ、立ち上がり角４５度の正四角推突起形状に対応する金型を押し当て１５０度４時間で硬化した。
赤色蛍光体は、原料の窒化ストロンチウム、窒化カルシウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ユーロピウムを、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した。混合した原料は窒化ホウ素容器に入れ、９気圧窒素雰囲気中で１９００度、４時間焼成した。
緑色蛍光体は、原料となる酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化セリウムを、Ｙ：Ａｌ：Ｇａ：Ｃｅ＝２．９８：３：２：０．０２のモル比率で配合した。さらに結晶成長を促進するフラックス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時間混合した。混合した原料は、ろ過、乾燥を行い、アルミナ容器に入れ、４％水素還元雰囲気で、１５００度、４時間、焼成を行った。さらに、フラックスやその他の不純物を除去するために２規定の硝酸溶液で１時間攪拌後、純水で洗浄を行い乾燥した。
蛍光板は、鏡面加工した銅円盤にチタン、クロムコートを行い、銀を真空蒸着したものを用意した。緑色蛍光体はシリコン樹脂に８０重量％で混合し、赤色蛍光体はシリコン樹脂に３０重量％で混合し、銅円盤に膜厚約２００μｍで塗布し、底部の外周における１辺の長さ５０μｍ、立ち上がり角４５度の正四角推突起形状に対応する金型を押し当て１５０度４時間で硬化した。
比較例は、上述した蛍光板と同様の構成で、蛍光体層に金型を押し当てることなく蛍光体混合シリコン樹脂を１５０度４時間硬化した。
このような蛍光板400を励起光源の光軸上に配置し、モータによって高速回転をさせた状態で発光強度の測定を行ったところ、上述した蛍光板400の発光強度は、比較例と比較して１．１乃至１．２倍の発光強度となった。よって、蛍光体層421の表面に凹凸を形成することにより、発光効率を高めることができることが明らかとなった。
なお、上述した実施例では、蛍光体層421における励起光入射面の表面構造を、複数の正四角錐431をマトリクス状に、かつ、隣り合う正四角錐431が接するように配列されてなる形状に形成しているも、この構成に限定されるものではない。例えば、図６に示すように、立ち上がり角度θが３０度以上の複数の球面体435を平面上で均一に配列されてなる形状に形成した構造とすることもできる。このように正四角錐431の代わりに球面体435を用いたような構造の場合であっても、励起光と蛍光光の利用効率を高めることができ、光量を増加させることができる。なお、球面体435の大きさは、円形底部に内接する方形の一辺の長さが１０乃至１００μｍの範囲であるのが好ましい。つまり、球面体435における円形底部の外周の全長（円周）が４４μｍ乃至４４０μｍとするのが好ましい。
また、図７に示すように、球面体の一部を切断して底面を六角形とした形状、すなわち、六角柱の上端面に球面が形成されたような略球面体の構造物437を、隣り合う略球面体の構造物437が六角柱部分の側面で接するように均等に配置される形状の構成としてもよい。なお、このような構造物437で励起光入射面に凹凸形状を形成する場合においても球面部分や切断平面の立ち上がり角度θは３０度以上とし、底面における一辺の長さを１０乃至１００μｍの範囲とするのが好ましい。そして、この略球面体の構造物437を配列した形状で形成される表面構造を備える蛍光体層421では、図６に示した球面体435を配列した形状で形成された場合と比較して蛍光体層421の表面における平面部分を無くすことができるため、励起光と蛍光光の利用効率をさらに高めることができる。なお、球面体の一部を切断して底部を方形とする形状の構造にしてもよい。この場合には、底部の方形の一辺の長さが１０乃至１００μｍの範囲であるのが好ましい。
さらに、蛍光体層421における励起光入射面の表面構造としては、立ち上がり角度θが３０度以上の複数の非球面体を平面上で均一に配列されてなる構造とすることもできる。なお、非球面体とは、球面でも平面でもない曲面からなる形状であり、球面体のように同一の角度変化で一点に収束する形状でなく、異なる角度変化で一点に収束するような形状のものをいう（例えば、非球面レンズ）。このように複数の非球面体によって蛍光体層の表面構造を形成した場合であっても、励起光と蛍光光の利用効率を高めることができ、光量を増加させることができる。なお、非球面体の一部を切断して底部を六角形や方形とした形状としてもよい。この場合には、底部を形成する方形や六角形の一辺の長さが１０乃至１００μｍの範囲であるのが好ましい。
このように本実施例の蛍光板400は、蛍光体層421における励起光入射面の表面構造が、複数の突起体を平面上に配列されてなる凹凸状とされることに特徴を有しており、底面から頂部にかけて断面積が減少する形状の突起体を、平面上で等間隔に、かつ、少なくとも隣り合う突起体の一部が接するように配列されてなる形状であればよい。また、いかなる突起体によって凹凸形状を形成した場合であっても、立ち上がり角度θを３０度以上とするのが好適である。さらに、突起体の底部における外周の全長は、正三角錐の一辺が１０μｍの場合を最小とし、一辺が１００μｍの正六角形が内接する円の円周が最大として、３０μｍ乃至６３０μｍとするのが好適である。そして、このような蛍光体層421における励起光入射面の表面構造を有することにより、励起光と蛍光光の利用効率を高めることができる。
さらに、本実施例の蛍光板400は、蛍光体層421の励起光入射面側から蛍光光を射出する構造を１つ以上有していればよく、図１に示した２種類の蛍光発光領域411,413と拡散透過領域415とが周方向に並設された構造に限定されるものではない。
次に、このような蛍光板400を備えた電子機器として、プロジェクタを例にして述べる。図８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。
プロジェクタ10は、図８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９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を表示素子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を制御している。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の励起光照射装置、赤色光源装置の発光を個別に制御する。
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１０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１０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。なお、光源ユニット60や光学系ユニット160の上方、つまり、光源ユニット60や光学系ユニット160と上面パネル11との間には、図示しないがＣＰＵ等を備えた主制御回路基板が配置されている。
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近傍に配置される励起光照射装置70と、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と、蛍光発光装置100からの射出光が同一の光軸となるように変換する導光光学系140と、を備える。
励起光照射装置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、複数の青色レーザ発光器がマトリクス状に配列されてなり、各青色レーザ発光器の光軸上には、各青色レーザ発光器からの射出光を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。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、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上述した蛍光板400である蛍光ホイール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、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。
そして、蛍光ホイール101の赤色蛍光体層421R及び緑色蛍光体層421Gに照射された励起光照射装置70からの射出光は、蛍光体を励起し、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の拡散透過板417に照射された励起光照射装置70からの射出光は、微細凹凸によって拡散された青色波長帯域の拡散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によって蛍光ホイール101が冷却される。
導光光学系140は、赤色、緑色及び青色波長帯域の光線束を集光させる集光レンズや、各色波長帯域光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、励起光照射装置70と蛍光ホイール101との間に、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の赤色及び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により反射された赤色及び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、各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の入射面近傍には、光源光をライトトンネル175の入射口に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、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。
このように、プロジェクタ10の光源ユニット60に上述した蛍光板400を用いることで、輝度の高い投影が可能となり、また、励起光源71の出力を上げる必要がないため、プロジェクタ10の小型化及び薄型化にも貢献することとなる。なお、上述した実施例では、赤色及び緑色蛍光発光領域と拡散透過領域とが周方向に並設された蛍光ホイール101を使用し、励起光照射装置70からの射出光を蛍光ホイール101に照射することにより赤色及び緑色波長帯域の蛍光光及び青色波長帯域の拡散透過光を生成する構成としているも、この構成に限定されるものではない。
すなわち、緑色蛍光体領域と拡散透過領域とが周方向に並設された蛍光ホイール101とし、赤色波長帯域光に関しては、図１１に示すように、赤色光源装置120を別途設けてこの赤色光源装置120からの射出光を赤色波長帯域光として用いる構成としてもよい。この場合、第一ダイクロイックミラー141を赤色及び青色透過、緑色反射の特性を有するものとする必要がある。このような構成とした場合においても、緑色蛍光体層の励起光入射面の表面構造を、複数の突起体を配列してなる凹凸状とすることにより、発光効率を高めることができ、高輝度な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。
また、蛍光ホイール101には緑色蛍光発光領域のみを設け、図１２に示すように、青色発光ダイオードである青色光源301を備えた青色光源装置300を別途設けることにより、緑色波長帯域の光源光に関しては蛍光ホイール101からの蛍光光を使用し、青色波長帯域の光源光に関しては青色光源装置300からの射出光を用いる構成とすることもできる。このような構成としたプロジェクタ10においても、緑色蛍光体層の励起光入射面の表面構造を、複数の突起体を配列してなる凹凸状とすることにより、発光効率を高めることができ、高輝度な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。
さらに、蛍光ホイール101の周方向に赤色蛍光体層を備えた赤色蛍光発光領域、緑色蛍光体層を備えた緑色蛍光発光領域及び青色蛍光体層を備えた青色蛍光発光領域を設け、励起光源として紫外線レーザ発光器を用いる構成としてもよい。この場合であっても各蛍光体層の表面を上述したような凹凸を備えた形状とすることにより、励起光及び蛍光光の利用効率を高めることができる。
そして、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。
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
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 赤色光源装置 140 導光光学系
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 光源側光学系
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 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 400 蛍光板
411 赤色蛍光発光領域 413 緑色蛍光発光領域
415 拡散透過領域 417 拡散透過板
421 蛍光体層 421R 赤色蛍光体層
421G 緑色蛍光体層 431 正四角錐
435 球面体 437 略球面体の構造物
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
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 赤色光源装置 140 導光光学系
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 光源側光学系
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 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 400 蛍光板
411 赤色蛍光発光領域 413 緑色蛍光発光領域
415 拡散透過領域 417 拡散透過板
421 蛍光体層 421R 赤色蛍光体層
421G 緑色蛍光体層 431 正四角錐
435 球面体 437 略球面体の構造物
Claims (12)
- 励起光が入射されて所定波長帯域光を発する蛍光体層を備え、前記蛍光体層の励起光入射面から蛍光光を射出する蛍光板と、
該蛍光板に前記励起光を照射する励起光源と、
を備え、
前記蛍光体層の前記入射面は、複数の凹凸が形成された表面構造を有し、
前記蛍光板には前記励起光を受けて異なる波長帯域光を射出する複数のセグメントが形成され、
前記複数のセグメントの少なくとも一つは、前記蛍光体層が敷設された蛍光発光領域とされ、
前記励起光源は、青色波長帯域光を射出する光源であり、
前記蛍光板には、前記励起光源からの射出光を拡散透過する拡散透過領域が形成され、
前記蛍光板は、周方向に前記蛍光発光領域及び前記拡散透過領域が並設された蛍光ホイールとされ、
前記蛍光ホイールは、前記拡散透過領域と、前記励起光源からの射出光を受けて緑色波長帯域光を射出する緑色蛍光体層を備えた前記蛍光発光領域と、が周方向に並設されてなり、
さらに、赤色波長帯域光を射出する赤色光源を備えることを特徴とする光源ユニット。 - 前記表面構造は、底面から頂部にかけて断面積が減少する複数の突起体が平面上で等間隔に、かつ、少なくとも隣り合う突起体の一部が接するように配列されてなる構造で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
- 前記突起体は、前記蛍光板の表面に対しての立ち上がり角度が３０度以上であることを特徴とする請求項２に記載の光源ユニット。
- 前記突起体が、錐体であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光源ユニット。
- 前記突起体が、四角錐であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の光源ユニット。
- 前記四角錐の底部における外周の一辺の長さが１０乃至１００μｍの範囲とされていることを特徴とする請求項５に記載の光源ユニット。
- 前記突起体が、球面体であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光源ユニット。
- 前記突起体が、非球面体であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光源ユニット。
- 前記突起体の円形底部の外周に内接する方形の一辺の長さが１０乃至１００μｍの範囲とされていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の光源ユニット。
- 前記突起体の一部が切断されて底部が六角形とされ、該六角形の一辺の長さが１０乃至１００μｍの範囲とされていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の光源ユニット。
- 前記突起体の一部が切断されて底部が方形とされ、該方形の一辺の長さが１０乃至１００μｍの範囲とされていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の光源ユニット。
- 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の光源ユニットと、
表示素子と、
前記光源ユニットからの射出光を前記表示素子に射出する光源側光学系と、
前記表示素子で生成された投影光をスクリーンに向けて射出する投影側光学系と、
前記光源ユニットや表示素子の制御を行う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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