JP5867536B2

JP5867536B2 - 光源装置及びプロジェクタ

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Publication number: JP5867536B2
Application number: JP2014075487A
Authority: JP
Inventors: 岩永　正国; 正国岩永
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2028-09-30
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Description

本発明は、光源装置及び当該光源装置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、光源として赤、緑、青の発光ダイオードや有機ＥＬ等の固体発光素子を用いるための開発がなされており多くの提案がなされている。例えば、特開２００４−３４１１０５号公報（特許文献１）では、固体光源から射出する紫外光を可視光に変換する蛍光体層と透明基材と固体光源から成る光源装置についての提案がなされている。

特開２００４−３４１１０５号公報

特許文献１の提案は、種類の異なる各蛍光体の特性を考慮して光源装置から射出される各色の波長帯域光が所定の発光量を得るために、一種類の波長帯域の励起光を特性の異なる各蛍光体の層に照射するものであるため、光源装置の発光効率が低く省電力化が困難となってしまうといった問題点があった。又、励起光の光源体の出力が不足する場合もあり、所定の輝度を得るために光源体の数を増加させると消費電力の増大や発熱量が増加するといった問題点もあった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、発光効率が高く省電力化を図ることのできる光源装置と、当該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、所定の波長帯域の励起光を射出する励起光源と、回転軸を有する回転制御可能な円形状の伝熱部材で形成された基材に、前記励起光源が射出する励起光を受けて前記所定の波長帯域光と異なる蛍光光を発光する蛍光体を有する回転板と、を備え、導光装置に前記蛍光光を入射させる光源装置において、前記回転軸は、前記導光装置の光軸に平行に配置され、前記励起光源は、前記基材における前記蛍光体が配置された励起光出射面側に配置され、前記蛍光体に前記励起光を射出するものである。

そして、前記基材は、前記蛍光体の層が配置される側の面には、前記励起光を透過し、且つ、蛍光体が発する波長帯域光を反射するダイクロイック層を有しているものである。

又、前記基材は、前記蛍光体の層が配置される側とは反対側の面に無反射コート層を有していることもある。

又、前記基材は、ガラス基材又は透明樹脂基材で形成されるものである。
又、前記基材は、伝熱部材で形成され、蛍光体の層が配置される側の面に反射層が形成されていることもある。

そして、複数個のうち少なくとも一個の前記光源体は、青色の波長帯域光を射出し、その他の前記光源体は、紫外領域の波長帯域光を射出するものである。

又、前記基材は、赤色の波長帯域光を発光する蛍光体の層が配置されたセグメント領域と、緑色の波長帯域光を発光する蛍光体の層が配置されたセグメント領域と、青色の波長帯域光を発光する蛍光体の層が配置されたセグメント領域と、を有し、前記光源体のうち少なくとも一個は、青色の波長帯域光を前記赤色及び緑色の波長帯域光を発光する蛍光体の層に照射し、前記光源体のうち少なくとも一個は、紫外領域の波長帯域光を前記青色の波長帯域光を発光する蛍光体の層に照射するものである。

そして、本発明のプロジェクタは、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、光源装置が前述の光源装置であることを特徴とするものである。

本発明によれば、発光効率が高く省電力化を図ることができる光源装置と、当該光源装置を備えた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の外観を示す斜視図。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。本発明の実施例に係るプロジェクタの上面板を取り除いた平面図。本発明の実施例に係る光源装置の外観を示す斜視図。本発明の実施例に係る光源装置の正面断面図。本発明の実施例に係る光源装置の平面図。本発明の実施例に係る光源装置の正面断面図。本発明の実施例に係る光源装置の正面断面図。本発明の実施例に係る光源装置の正面断面図。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳説する。本発明の一つの実施例に係るプロジェクタ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前面板１２の側方に投影口を覆うレンズカバー１９を有すると共に、この前面板１２には複数の排気孔１７を設けている。

又、本体ケースである上面板１１にはキー／インジケータ部３７を有するものであり、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、光源装置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を備えているものである。

更に、本体ケースの背面には、背面板に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、図示しないメモリカードスロット、リモートコントローラからの制御信号を受信するＩｒ受信部を有しているものである。

尚、この背面板、及び、図示しない本体ケースの側板である右側板、及び、図１に示した側板である左側板１５の下部近傍には、各々複数の吸気孔１８を有しているものである。

そして、このプロジェクタ１０のプロジェクタ制御手段は、図２に示すように、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等を有するものであって、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に送られるものである。

又、表示エンコーダ２４は、送られてき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に出力するものである。

そして、表示エンコーダ２４からビデオ信号が入力される表示駆動部２６は、送られてくる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からの光を光源側光学系を形成する照明用ユニットを介して表示素子５１に入射することにより、表示素子５１の反射光で光像を形成し、投影側光学系を形成する投影ユニットを介して図示しないスクリーンに画像を投影表示するものであり、この投影側光学系の可動レンズ群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ものである。

又、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ＡＤＴＣ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や、再生モード時はメモリカード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て画像変換部２３を介して表示エンコーダ２４に送り、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ものである。

そして、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。

又、本体ケースの上面板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に送られるものである。

尚、制御部３８にはシステムバス（ＳＢ）を介して音声処理部４７が接続されており、音声処理部４７はＰＣＭ音源等の音源回路を備え、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ことができるものである。

又、この制御部３８は、電源制御回路４１を制御しており、この電源制御回路４１は、電源スイッチキーが操作されると光源装置６３を点灯させる。更に、制御部３８は、冷却ファン駆動制御回路４３も制御しており、この冷却ファン駆動制御回路４３は、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て、冷却ファンの回転速度を制御させ、又、タイマー等により光源装置６３の消灯後も冷却ファンの回転を持続させるものであり、更に、温度センサによる温度検出の結果によっては光源装置６３を停止してプロジェクタ本体の電源をＯＦＦにする等の制御も行うものである。

又、このプロジェクタ１０の内部構造は、図３に示したように、光源用電源回路ブロック１０１等を取付けた電源制御回路基板１０２を右側板１４の近傍に配置し、筐体内を区画用隔壁１２０により背面板１３側の吸気側空間室１２１と前面板１２側の排気側空間室１２２とを気密に形成し、プロジェクタ１０の中央近傍にシロッコファンタイプのブロア１１０を冷却ファンとして配置し、吸気側空間室１２１にブロア１１０の吸込み口１１１を排気側空間室１２２にブロア１１０の吐出口１１３を位置させている。

更に、排気側空間室１２２内に光源装置６３を配置し、左側板１５に沿って照明側ブロック７８及び画像生成ブロック７９並びに投影側ブロック８０で構成する光学ユニットブロック７７を配置し、光学ユニットブロック７７の照明側ブロック７８を排気側空間室１２２に開口連通させて照明側ブロック７８に設ける照明用ユニットの一部が排気側空間室１２２に位置するように配置し、排気側空間室１２２の前面板１２に沿って排気温低減装置１１４を配置している。

そして、光源装置６３等を冷却する冷却ファンとしてのブロア１１０は、中心部に吸込み口１１１を有し、吐出口１１３は略正方形断面であって、区画用隔壁１２０に接続され、区画用隔壁１２０によって区画された排気側空間室１２２にブロア１１０からの排風を排出するものであって、ブロア１１０の吸込み口１１１の近傍には制御回路基板１０３が配設されるものである。

そして、光学ユニットブロック７７は、光源装置６３の近傍に配置され、照明用ユニットの一部を備えて光源装置６３からの射出光を画像生成ブロック７９に向けて射出する照明側ブロック７８と、照明用ユニットの一部と表示素子５１を備えて照明側ブロック７８からの射出光を画像データに合わせて投影側ブロック８０に向けて反射する画像生成ブロック７９と、投影ユニットを備えて左側板１５の近傍に配置され、画像生成ブロック７９で反射した光を投影する投影側ブロック８０との三つのブロックから構成されているものである。

この照明側ブロック７８が備える光源側光学系６１を形成する照明用ユニットの一部としては、光源装置６３から射出された光を均一な強度分布の光束とする導光装置７５等がある。

又、画像生成ブロック７９が備える光源側光学系６１を形成する照明用ユニットの一部としては、導光装置７５から射出された光の向きを変更する反射ミラー７４や、この反射ミラー７４により反射した光を表示素子５１に集光させる集光レンズ群８３及びこの集光レンズ群８３を透過した光を表示素子５１に所定の角度で照射する照射ミラー８４がある。そして、画像生成ブロック７９は、表示素子５１も備えており、表示素子５１としてはＤＭＤを採用している。更に、この表示素子５１の背面板１３側には表示素子５１を冷却するための表示素子放熱板５３が配置されている。

このＤＭＤは、複数のマイクロミラーがマトリックス状に配置され、正面方向に対して一方向に傾いた入射方向から入射した光を、複数のマイクロミラーの傾き方向の切換えにより正面方向のオン状態光線と斜め方向のオフ状態光線とに分けて反射することにより画像を表示するものであり、一方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより正面方向に反射してオン状態光線とし、他方の傾き方向に傾動されたマイクロミラーに入射した光をこのマイクロミラーにより斜め方向に反射してオフ状態光線とすると共に、このオフ状態光線を吸光板で吸収し、正面方向への反射による明表示と、斜め方向への反射による暗表示とにより画像を生成するものである。

そして、投影側ブロック８０は、画像を形成する明表示の光線束を図示しないスクリーン等に照射する投影側光学系６２を形成する固定レンズ群９３や可動レンズ群９７を有する投影ユニットを備えているものである。そして、これらの投影側光学系６２のレンズ群によりズーム機能を備えた可変焦点型レンズとしているものであり、光学ユニットブロック７７と左側板１５の間に配置された光学系制御基板８６により前述したレンズモータ４５を制御して可動レンズ群９７を光軸に沿って移動させ、ズーム調整やフォーカス調整を可能としているものである。

そして、光源装置６３は、所定の波長帯域の励起光を射出する二個以上の光源体７２を備えて少なくとも二種の異なる波長帯域光を発射可能とする励起光源７０と、該励起光源７０からの励起光を受けて各色の波長帯域光を導光装置７５に射出する蛍光ホイール７１から構成されるものであり、この蛍光ホイール７１は、円盤状の透明材質から成る基材１３０の中央部に取り付けられプロジェクタ制御手段の制御部３８によって駆動制御されるホイールモータ７３によって回転可能に配設されているものである。

そして、この光源装置６３は、図４乃至図６に示すように、励起光を受けて所定の波長帯域光を発光する蛍光体の層１３１が配置されるセグメント領域を複数有する回転板及びこの回転板を回転させるホイールモータ７３とから成る蛍光ホイール７１と、励起光を蛍光体層１３１に含有される蛍光体に照射する複数個の光源体７２から構成される励起光源７０を備えるものであり、励起光源７０から励起光が蛍光ホイール７１に照射されると蛍光体層１３１の蛍光体から所定の波長帯域光が射出され、当該射出光が導光装置７５に入射されるように構成されているものである。

蛍光ホイール７１は、円形状の基材１３０に蛍光体の層１３１を備える回転板とホイールモータ７３により構成されるものであり、基材１３０の中央部にホイールモータ７３との接続部である円柱状のロータの形状に対応した円形開口が形成され、該円形開口にロータが挿着されることで一体となるものである。これにより、この蛍光ホイール７１の回転板は、毎秒約１２０回などの回転速度でプロジェクタ制御手段の制御部３８によって駆動制御されるホイールモータ７３によって回転することとなる。

又、回転板の三つのセグメント領域は扇形形状に形成され、回転板の基材１３０は、ガラス基材又は透明樹脂基材等で形成されるものである。そして、この基材１３０の各セグメント領域には、蛍光体の層１３１が配置されているものである。この各蛍光体の層１３１は、励起光源７０から発せられる励起光を受けて夫々が所定の波長帯域光を発光するものである。

そして、この基材１３０は、第一乃至第三の三つのセグメント領域１４１〜１４３を有し、第一領域１４１の一方の面には原色である赤色（Ｒ）の波長帯域光を発光する赤色蛍光体の層１３１Rが固着され、第二領域１４２の一方の面には原色である緑色（Ｇ）の波長帯域光を発光する緑色蛍光体の層１３１Gが固着され、第三領域１４３の一方の面には原色である青色（Ｂ）の波長帯域光を発光する青色蛍光体の層１３１Bが固着されている。

尚、基材１３０を三つのセグメント領域１４１〜１４３に対応した三つのフィルタ片で形成することもでき、夫々のフィルタ片で蛍光体の層１３１を固着して、その後、円形状に組み合わせて接着、或いは取付部材等によって一体としてもよい。又、この蛍光体層１３１は、蛍光体結晶とバインダから構成されるものである。

そして、この基材１３０は、蛍光体の層１３１が配置される側の全面には励起光を透過し、且つ、蛍光体が発する波長帯域光などの励起光以外の他の波長帯域光を反射するダイクロイック層１３４がコーティングにより形成され、このダイクロイック層１３４の上に蛍光体層１３１が形成されているものである。

尚、本実施例においては、基材１３０の蛍光体層１３１の配置される側の全面に励起光を透過し、且つ、蛍光体が発する赤色、緑色、青色の波長帯域光を含む励起光以外の他の波長帯域光を反射するダイクロイック層１３４を形成しているが、各セグメント領域において、異なる特性のダイクロイック層１３４を形成してもよい。例えば、第一領域１４１の全面には励起光を含む赤色光以外の他の波長帯域光を透過し、赤色光を反射するコーティングを施し、第二領域１４２の全面には励起光を含む緑色光以外の他の波長帯域光を透過し、緑色光を反射するコーティングを施し、第三領域１４３の全面には励起光を含む青色光以外の他の波長帯域光を透過し、青色光を反射するコーティングを施してもよい。

又、この基材１３０は、蛍光体の層１３１が配置される側とは反対側の全面に無反射コート層１３３がコーティングにより形成されている。

そして、励起光源７０は、回転板の各セグメント領域に励起光を照射するものであって、七個の光源体７２により構成されるものである。そして、この励起光源７０を構成する光源体７２のうち四個は、第一領域１４１や第二領域１４２の赤色及び緑色蛍光体の層１３１R、１３１Gが発する赤色及び緑色の波長帯域光よりも波長の短い可視光である青色の波長帯域光を発する青色光源体７２Bとしての発光ダイオード又はレーザー発光器とするものであって、残りの三個の光源体７２は、第三領域１４３の青色蛍光体の層１３１Bが発する青色の波長帯域光よりも波長の短い不可視光である紫外領域の波長帯域光を発する紫外光源体７２Uとしての発光ダイオード又はレーザー発光器とするものである。

この励起光源７０は、図３に示したように、プロジェクタ１０の前方側において、各光源体７２の光軸と、導光装置７５の光軸と、蛍光ホイール７１の回転軸とが平行となるように配置され、各光源体７２の光軸上であって、且つ、蛍光ホイール７１に取付けられる蛍光体の層１３１に励起光が集光されるように励起光集光レンズ１３９が配置されているものである。

又、励起光源７０からの励起光により、一つの蛍光体層１３１の蛍光体から射出される単色光の光量を増やし、有効光の利用効率を向上させるために、図４乃至図６に示したように、導光装置７５の形状に対応して形成される開口を有する入射マスク１３６が、励起光源７０と蛍光ホイール７１との間に配置されている。

そして、励起光源７０の各光源体７２は、プロジェクタ制御手段の制御部３８によって、回転板の回転に連動して点滅制御されるものであり、青色光源体７２Bは、当該青色光源体７２Bから射出される励起光の光路上に回転板の赤色及び緑色蛍光体の層１３１R、１３１Gが位置したときにだけ点灯し、当該青色光源体７２Bからの射出光の光路上に青色蛍光体の層１３１Bが位置したときは消灯するように制御され、又、紫外光源体７２Uは、当該紫外光源体７２Uから射出される紫外光の光路上に回転板の青色蛍光体の層１３１Bが位置したときにだけ点灯し、当該紫外光源体７２Uからの射出光の光路上に赤色及び緑色蛍光体の層１３１R、１３１Gが位置したときは消灯するように制御されるものである。

このように、青色及び紫外光源体７２B、７２Uを、励起光源７０の光軸上に回転する回転板の各セグメント領域が位置する毎に点滅制御されるため、励起光源７０からは二種の異なる波長帯域光が順次切り替えられて発射され、励起光を吸収した蛍光体から赤色、緑色、青色の波長帯域光が順次生成されることとなる。そして、この励起光源７０の照射タイミングに合せてプロジェクタ１０の表示素子５１であるＤＭＤがデータを時分割表示することにより、スクリーンにカラー画像が生成されることになる。

尚、同一波長帯域の励起光を射出する光源体７２を複数種類の蛍光体の層１３１に照射させたときに比較的波長変換効率の低い蛍光体には、複数の異なる波長帯域の励起光を照射させることとしてもよい。例えば、同一波長帯域である青色励起光を赤色蛍光体及び緑色蛍光体に照射することとしたときに赤色蛍光体の波長変換効率が緑色蛍光体の波長変換効率に対して低い場合、緑色蛍光体に対しては青色光源体７２Bによってのみ青色励起光を照射させ、赤色蛍光体に対しては青色光源体７２Bのみならず、いくつかの紫外光源体７２Uから励起光を射出させることで赤色蛍光体からの発光量を増加させて、各蛍光体の層１３１から生成される光を均一に導光装置７５に入射させることもできる。又、逆に、所定の蛍光体から発光される光量を意図的に増大させるなどして、一色だけの輝度を向上させるなどの制御を行うこともできる。

次に、蛍光ホイール７１から射出され導光装置７５に入射される射出光について説明する。励起光源７０から青色励起光が第一領域１４１に照射されると、当該励起光は、第一領域１４１の入射面の無反射コート層１３３を励起光源７０側へほとんど反射されることなく透過して基材１３０に入射する。そして、基材１３０を透過した励起光は、ダイクロイック層１３４を透過して赤色蛍光体の層１３１Rに照射される。この赤色蛍光体層１３１Rの蛍光体は、当該励起光を吸収して赤色の波長帯域光を全方位に射出するものである。このうち、導光装置７５に向かって射出される赤色光はそのまま導光装置７５に入射し、基材１３０側に射出される赤色光はダイクロイック層１３４によって反射され、当該反射光の多くが蛍光ホイール７１からの射出光として導光装置７５に入射されることとなる。

同様に、励起光源７０から青色励起光が第二領域１４２に照射されると、第二領域１４２の緑色蛍光体層１３１Gの蛍光体によって緑色の波長帯域光が生成され、当該緑色光が導光装置７５に入射されることとなる。

そして、励起光源７０から励起光である紫外光が第三領域１４３に照射されると、前述と同様に、第三領域１４３の青色蛍光体の層１３１Bの蛍光体によって青色の波長帯域光が生成され、当該青色光が導光装置７５に入射されることとなる。

そして、本実施例における導光装置７５は、図５及び図６に示したように、中空の略四角錐台形状に形成されたテーパーライトトンネルとするものである。このテーパーライトトンネルは、光軸と垂直な入射面及び出射面を備え、上下左右の面を形成する台形状の４枚の板を有し、各板の稜線近傍でそれぞれを接着固定することにより入射面から出射面にかけて断面積が拡がる略四角錐台形状に形成され、内面を反射面とするものである。そして、このテーパーライトトンネルの入射面の縦幅及び横幅の長さに対して出射面の縦幅及び横幅の長さを約２倍とすることにより、入射した拡散光は出射面から光軸に対して約３０度の広がりを持つ光束とすることができる。

尚、導光装置７５をテーパーライトトンネルとせずに、入射面及び出射面の縦幅及び横幅の長さを同一なライトトンネルとし、このライトトンネルの入射面側に集光レンズ群を配置して蛍光ホイール７１から射出された拡散光を集光レンズ群により集光させてライトトンネルに入射することとしてもよい。又、導光装置７５はライトトンネルに限るものでなく中実のガラスロッドを用いることもある。

これにより、蛍光ホイール７１の回転板を回転させると共に、励起光源７０を構成する光源体７２の各々が対応する蛍光体の層１３１にのみ励起光を照射するように励起光源７０から射出する励起光を切換え制御すると、赤色及び緑色及び青色の波長帯域光が蛍光ホイール７１から導光装置７５に順次入射され、励起光源７０の照射タイミングに合せてプロジェクタ１０の表示素子５１であるＤＭＤがデータを時分割表示することにより、スクリーンにカラー画像が生成されることになる。

このように、回転制御可能な円形状の基材１３０に励起光を受けて所定の波長帯域光を生成する異なる蛍光体層１３１を配置し、所定の波長帯域の励起光を射出する二個以上の光源体７２を備えて少なくとも二種の異なる波長帯域光を発射可能とする励起光源７０から蛍光体によって生成される波長帯域光よりもエネルギーの高い紫外光或いは青色光等の二種以上の異なる波長帯域光を励起光として順次切り替えて各蛍光体層１３１の蛍光体に照射することによって赤色、緑色、青色等の所定の波長帯域光を生成することができる。

これにより、各光源体７２の各々が対応する蛍光体に対してのみ励起光を照射するように、基材１３０の回転に合わせて点灯或いは消灯させることで、各蛍光体層１３１の発光に必要な励起光だけを照射することができるため、発光効率が高く省電力化を図ることができると共に、各蛍光体の特性に合わせた複数種類の光源体７２で励起光源７０を構成することができるため、光源体７２の数を必要以上に増加させることなく所定の発光量を得ることのできる光源装置６３と、当該光源装置６３を備えたプロジェクタ１０を提供することができる。

又、基材１３０をガラス基材とすることにより剛性を持たせることができ、或いは基材１３０を透明樹脂基材とすることにより軽量化及び低コスト化を図ることもできる。

そして、基材１３０の蛍光体層１３１が配置される側の面にはダイクロイック層１３４を有しているため、基材１３０側に射出される光を導光装置７５側へ反射して導光装置７５に入射する光量を増加することができる。

更に、基材１３０の蛍光体層１３１の配置される側とは反対側の面に無反射コート層１３３を有しているため、励起光源７０から照射される励起光の利用効率を向上させることもできる。

又、励起光源７０として発光ダイオード又はレーザー発光器を採用することにより、従来の放電ランプ等を光源装置とするプロジェクタに比べて、電力消費を抑えることができると共に小型化を図ることができる。

そして、励起光源７０から射出する所定の波長帯域光と、複数個の蛍光体の層１３１から射出する所定の波長帯域光との組合せについては、励起光を青色及び紫外領域の波長帯域光とし、蛍光ホイール７１からの射出光を原色の波長帯域光とする場合に限ることなく種種の態様を採用することができる。

例えば、各セグメント領域に、原色の波長帯域光を射出する蛍光体の層１３１に加えて補色である黄色の波長帯域光を射出する蛍光体の層１３１を配置させてもよい。これにより、光源装置６３の輝度を上げて色再現性の向上を図ることができる。

又、蛍光体の層１３１の円周方向に一定配置パターンとして、赤色、緑色、青色、赤色、緑色、青色となるように六つのセグメント領域より三色の波長帯域光を繰り返し射出されるようにしてもよい。これにより、蛍光ホイール７１の回転速度を変えずにカラーブレーキング現象による色分離を防止することができる。

更に、励起光源７０を紫外領域の波長帯域光を発光する紫外光源体７２Uと、青色の波長帯域光を発光する青色光源体７２Bとで構成する場合に限ることなく、紫色の波長帯域光等の各蛍光体により生成される波長帯域光よりもエネルギーの高い波長帯域光を出射可能な種種の光源体７２を組込むこともでき、例えば、紫色の波長帯域光を射出する励起光源７０によって赤色、緑色、青色の蛍光体を発光させたり、緑色の波長帯域光を射出する光源体７２によって赤色の波長帯域光を射出させることができる。

そして、光源装置６３は、図７に示すように、基材１３０の励起光源７０側とは反対側に基材１３０の形状に対応して円形状に形成された透明材質から成る補助基材１３７を配置することもある。この補助基材１３７は、基材１３０と同一形状のセグメント領域を有しているものである。又、基材１３０と同様にホイールモータ７３に固着されているため、この補助基材１３７は基材１３０と同速度で同期回転するものである。

そして、この補助基材１３７は、青色又は紫外領域の波長帯域光である励起光を反射し、且つ、蛍光体層１３１の蛍光体が発する波長帯域光などの励起光以外の他の波長帯域光を透過する励起光反射層１３２がコーティングにより基材１３０側の面におけるセグメント領域に形成され、基材１３０側とは反対側の全面に無反射コート層１３３がコーティングにより形成されているものである。

この励起光反射層１３２は、各セグメント領域において、当該補助基材１３７に対向して配置される基材１３０の蛍光体の層１３１の種類によって異なる特性の反射層として形成されるものであり、対面する蛍光体の層１３１に照射される励起光を反射し、その他の波長帯域光を透過させるものである。具体的には、赤色及び緑色蛍光体の層１３１R、１３１Gが形成される基材１３０のセグメント領域に対面する補助基材１３７のセグメント領域には、赤色及び緑色蛍光体の層１３１R、１３１Gに照射される青色励起光を反射し他の波長帯域光を透過する青色励起光反射層１３２Bが形成され、青色蛍光体の層１３１Bが形成される基材１３０のセグメント領域に対面する補助基材１３７のセグメント領域には、青色蛍光体の層１３１Bに照射される紫外光を反射し他の波長帯域光を透過する紫外励起光反射層１３２Uが形成されている。

そして、図６に示したものと同様に、蛍光ホイール７１の回転板には三つのセグメント領域を形成し、第一領域１４１に赤色蛍光体の層１３１Rを固着し、第二領域１４２に緑色蛍光体の層１３１Gを固着し、第三領域１４３に青色蛍光体の層１３１Bを固着し、青色光源体７２Bから青色の波長帯域光である励起光が第一領域１４１に照射されると、当該励起光は、第一領域１４１の入射面の無反射コート層１３３を励起光源７０側へほとんど反射されることなく透過して基材１３０に入射する。

そして、図７に示したように、基材１３０を透過した励起光は、ダイクロイック層１３４を透過して赤色蛍光体の層１３１Rに照射される。この赤色蛍光体の層１３１Rは、当該励起光を吸収して赤色の波長帯域光を全方位に射出する。このうち導光装置７５に向かって射出される光はそのまま補助基材１３７側に入射し、基材１３０側に射出される光はダイクロイック層１３４によって反射され、当該反射光の多くが補助基材１３７に入射されることとなる。しかしながら、このとき赤色蛍光体の層１３１Rによって吸収されることなく透過して補助基材１３７に入射される青色励起光も存在する。

そして、補助基材１３７側に赤色光と青色励起光が入射すると、青色励起光は、補助基材１３７の励起光反射層１３２によって反射され再び赤色蛍光体の層１３１Rに入射、吸収され、赤色蛍光体の層１３１Rの蛍光体によって赤色の波長帯域光が生成され、当該赤色光が補助基材１３７に入射することとなる。又、補助基材１３７に入射した赤色光は、励起光反射層１３２及び補助基材１３７及び無反射コート層１３３を透過して蛍光ホイール７１から射出され、導光装置７５に入射されることとなる。

同様に、青色光源体７２Bから励起光が第二領域１４２に照射されると、緑色蛍光体層１３１Gの蛍光体によって緑色の波長帯域光が生成され、当該緑色光が導光装置７５に入射されることとなる。そして、紫外光源体７２Uから紫外の波長帯域光である励起光が第三領域１４３に照射されると、当該励起光を第三領域１４３の青色蛍光体層１３１Bの蛍光体に吸収されて青色の波長帯域光が生成される。そして、前述と同様に、青色蛍光体の層１３１Bによって吸収されることなく透過して補助基材１３７に入射された紫外光は、補助基材１３７の紫外励起光反射層１３２Uによって反射され再び青色蛍光体の層１３１Bに入射、吸収され、青色光が生成される。

尚、赤色及び緑色蛍光体の層１３１R、１３１Gに青色光源体７２Bのみならず紫外光源体７２Uから励起光を照射する場合は、赤色及び緑色蛍光体の層１３１R、１３１Gが形成される基材１３０のセグメント領域に対面する補助基材１３７のセグメント領域に、赤色及び緑色蛍光体の層１３１R、１３１Gに照射される青色光及び紫外光を反射し他の波長帯域光を透過する励起光反射層１３２を形成することで、赤色及び緑色蛍光体の層１３１R、１３１Gを透過した励起光である青色光及び紫外光を反射し、赤色及び緑色蛍光体の層１３１R、１３１Gへ入射させて赤色光及び緑色光を生成させることができる。

このように、基材１３０の励起光源７０側とは反対側に、当該基材１３０の形状に対応した形状及びセグメント領域などが形成される補助基材１３７を配置することで、蛍光体層１３１を透過した励起光を基材１３０側へ反射して、再度、蛍光体層１３１に入射して蛍光体に吸収させ、所定の波長帯域光を生成することができるため、導光装置７５へ入射する光量を増加させることができる。又、基材１３０側とは反対側の面に無反射コート層１３３が形成されているため、射出光の利用効率を向上させることができる。

そして、本発明の光源装置６３は、導光装置７５へ入射する光量を増加させるため、図８に示すように、回転板を青色光源体７２Bで構成される励起光源７０と紫外光源体７２Uで構成される励起光源７０との間に配置させて、回転板の前後方向から励起光を射出して、所定の波長帯域光を生成し、導光装置７５へ入射させる場合もある。この光源装置６３は、基材１３０の出射面とは反対側に複数個の紫外光源体７２Uが備えられ、当該紫外光源体７２Uの光軸が蛍光ホイール７１の回転軸と平行となるように配置されるものであり、複数個の青色光源体７２Bが、基材１３０の出射面側において、当該青色光源体７２Bから射出された励起光が励起光集光レンズ１３９を介して基材１３０の蛍光体の層１３１に照射されるように、且つ、蛍光ホイール７１から射出され導光装置７５へ入射する光を遮ることのないように、励起光源７０の光軸から所定の距離だけ離れた位置に所定の角度で配置されるものである。

尚、図示したように、青色光源体７２Bの集合体である励起光源７０と、紫外光源体７２Uの集合体である励起光源７０とをそれぞれ別の位置に配置させる場合に限定することなく、励起光源７０を、蛍光ホイール７１の出射面側のみに配置してもよいし、青色及び紫外光源体７２B、７２Uを混在させた集合体を励起光源７０として、蛍光ホイール７１の前後方向に配置させて、蛍光体へ励起光を照射することとしてもよい。

そして、励起光源７０を回転板の出射面側のみに配置する場合、図９に示すように、回転板の基材１３０をガラス基材や透明樹脂基材等の透明材質で形成せずに銅板等の伝熱部材で形成することもある。このとき、円盤状の基材１３０には、前述と同様に蛍光体の層１３１が取付けられ、蛍光体の層１３１が取付けられる出射面側にのみ励起光源７０が配置され、この出射面側の全面に銀蒸着等により励起光及び蛍光体で生成される各色光を反射する反射層１３８が形成されている。

これにより、励起光源７０から射出された励起光は、蛍光体の層１３１の蛍光体によって吸収され、当該蛍光体によって各色の波長帯域光が生成され、この蛍光体から射出された各色光を導光装置７５に順次入射させることができる。尚、蛍光体層１３１を透過して基材１３０側に射出された励起光は反射層１３８によって反射され、再び蛍光体の層１３１に吸収され、又、蛍光体により生成され基材１３０側に射出された各色光も反射層１３８によって反射し、導光装置７５に入射させることができる。

このように、励起光源７０は、蛍光ホイール７１の出射面側にのみ配置してもよく、又、必ずしも励起光源７０の光軸を蛍光ホイール７１の回転軸と平行になるように配置することを要しない。したがって、複数個の励起光源７０を採用したり、配置に自由度を持たせることができるため、光量の増加及びコンパクト化が容易に可能となる。又、銅板等の伝熱部材を基材１３０として用いることで、伝熱部材全体に熱を分散して効果的に放熱を行うこともできる。

又、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、蛍光体層１３１を配置するセグメント領域は、図面に示したような扇形形状に限るものでなく、回転円周方向を長軸とする長円形など、他の形状とすることもある。

そして、透明材質から成る基材１３０に対するコーティングとしては、前述のように蛍光体の層１３１が配置される側の面にダイクロイック層１３４をコーティングして、蛍光体の層１３１が配置される側とは反対側の面に無反射コート層１３３をコーティングする場合に限られるものでなく、逆に蛍光体の層１３１が配置される側の面に無反射コート層１３３をコーティングして、反対側の面にダイクロイック層１３４をコーティングすることとしてもよい。これにより、蛍光体の層１３１から基材１３０側に射出される光をダイクロイック層１３４によって導光装置７５側へ反射して導光装置７５に入射する光量を増加することができると共に、励起光源７０から照射される励起光の利用効率を向上させることができる。

１０プロジェクタ１１上面板
１２前面板１３背面板
１４右側板１５左側板
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ＲＡＭ２６表示駆動部
３１画像圧縮伸長部３２メモリカード
３５Ｉｒ受信部３６Ｉｒ処理部
３７キー／インジケータ部３８制御部
４１電源制御回路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表示素子放熱板６１光源側光学系
６２投影側光学系６３光源装置
７０励起光源７１蛍光ホイール
７２光源体７２B 青色光源体
７２U 紫外光源体７３ホイールモータ
７４反射ミラー７５導光装置
７７光学ユニットブロック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
８３集光レンズ群８４照射ミラー
８６光学系制御基板９３固定レンズ群
９７可動レンズ群１０１光源用電源回路ブロック
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１１４排気温低減装置
１２０区画用隔壁１２１吸気側空間室
１２２排気側空間室１３０基材
１３１蛍光体の層１３１R 赤色蛍光体の層
１３１G 緑色蛍光体の層１３１B 青色蛍光体の層
１３２励起光反射層１３２B 青色励起光反射層
１３２U 紫外励起光反射層１３３無反射コート層
１３４ダイクロイック層１３６入射マスク
１３７補助基材１３８反射層
１３９励起光集光レンズ１４１第一領域
１４２第二領域１４３第三領域

Claims

所定の波長帯域の励起光を射出する励起光源と、
回転軸を有する回転制御可能な円形状の伝熱部材で形成された基材に、前記励起光源が射出する励起光を受けて前記所定の波長帯域光と異なる蛍光光を発光する蛍光体を有する回転板と、
を備え、導光装置に前記蛍光光を入射させる光源装置において、
前記回転軸は、前記導光装置の光軸に平行に配置され、
前記励起光源は、前記基材における前記蛍光体が配置された励起光出射面側に配置され、前記蛍光体に前記励起光を射出することを特徴とする光源装置。
前記基材は、蛍光体の層が配置される側の面に反射層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記回転板は、二種以上の蛍光体が配置され、
前記励起光源は、少なくとも二種の異なる波長帯域光を射出する複数の光源体を備え、当該光源体の各々が対応する蛍光体の層にのみ励起光を照射するように前記基材の回転に連動して点灯或いは消灯されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記基材は、赤色の波長帯域光を発光する蛍光体の層が配置されたセグメント領域と、緑色の波長帯域光を発光する蛍光体の層が配置されたセグメント領域と、青色の波長帯域光を発光する蛍光体の層が配置されたセグメント領域と、を有し、前記複数の光源体のうち少なくとも一個は、前記赤色及び緑色の波長帯域光を発光する蛍光体の層に青色の波長帯域光を照射し、前記複数の光源体のうち少なくとも一個は、前記青色の波長帯域光を発光する蛍光体の層に紫外領域の波長帯域光を照射することを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
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導光装置と、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、請求項１乃至請求項４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。