JP6205835B2 - 照明装置、この照明装置を備えた投射装置、および、照明方法 - Google Patents
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Description
(実施例1)
図1は本願の実施例1における照明装置およびこの照明装置を備えた投射装置(プロジェクタ)を示す光学図である。図1に示すように、実施例1の投射装置1は、照明装置2と、制御部3と、導光光学系4と、画像生成部5と、投影光学系6と、を備えている。この投射装置1は、投影面であるスクリーンScに画像を投影して拡大表示する装置である。
照明装置2は、赤色光、緑色光、青色光を、時分割で順次に、またはこれらを組み合わせて(混合して)出射する装置である。照明装置2は、導光光学系4の後述するライトトンネル4aへ向けて、各色の光(光束)を出射する。この照明装置2の構成の詳細については、後述する。
導光光学系4は、照明装置2から出射された光を、画像生成部5に導くものである。導光光学系4は、ライトトンネル4aと、集光素子4bと、を有している。ライトトンネル4aは、照明装置2から出射された光が入射するものであり、内部を中空とする筒状を呈し、その内側面にミラーが設けられた構成を有している。ライトトンネル4aは、その内部で光の反射を繰り返すことにより、入射された光の輝度分布を均一化する機能、すなわち、入射された光の光量むらをなくす機能を有している。集光素子4bは、ライトトンネル4aを経て輝度分布が均一化された光(光束)を適宜集光して、画像生成部5の後述する反射ミラー(被照射部)5aへと導く。
画像生成部5は、導光光学系4により導かれた光を用いて、画像生成データに基づくフルカラーの画像を形成するものである。画像生成部5は、反射ミラー5aと、光変調素子5bと、を有している。反射ミラー5aは、導光光学系4により導かれた光を光変調素子5bへ向けて反射し、当該光変調素子5bへと進行させる。
投影光学系6は、画像生成部5の光変調素子5bにより生成された投影画像をスクリーンScに投影する。この投影光学系6は、固定鏡筒に設けられた固定レンズ群や可動鏡筒に設けられた可動レンズ群を備えている。この可動レンズ群を移動させることにより、フォーカス調整やズーム調整を行うことが可能となっている。
制御部3は、投射装置1の全体の動作を統括制御するものであり、画像処理制御部3aと、インターフェース3bとを有している。制御部3のハードウェア構成としては、CPU(中央処理ユニット;Central Processing Unit)、ROM(リードオンリーメモリ;Read Only Memory)、RAM(ランダムアクセスメモリ;Random Access Memory)等を有して構成される。制御部3の画像処理制御部3aは、ROMに予め記憶されているプログラムに従って、RAMをワークメモリとして用いて、以下のように投射装置1の各部を駆動制御する。
次に、本願に係る照明装置の一実施例としての照明装置2の構成について、図1〜図3を用いて説明する。図2は、照明装置2で用いる蛍光体ホイール14の拡大平面図であって、励起光の入射側から見た図である。図3は、光透過制御ホイール15の拡大平面図であって、蛍光等の入射側から見た図である。なお、図1では、理解容易のために、ダイクロイックミラー17から第2集光レンズ18を経て蛍光体ホイール14に至る間、および、ダイクロイックミラー17から、第2集光レンズ18、光透過制御ホイール15を経て、ライトトンネル4aに至る間において、互いに異なる波長領域(λA,λB,λC,λD,λa)の複数の光が通る光軸(第1光軸O1、第2光軸O2、第3光軸O3)を互いにずらして示している。
以下、図4を用いて、実施例1の投射装置における各色の画像の生成シーケンスについて、照明装置2による照明手順(照明方法)およびこのときの画像生成部5で生成される画像に基づいて説明する。図4は、照明装置2から赤色(R),緑色(G),青色(B)の光を出射するための制御と、画像フレームとの関係を示す説明図である。図4では、状態1〜状態3に対応して、第1光源(励起光源)10、第2光源11のON・OFFタイミングと、出射光路Pi中での光透過制御ホイール15の各領域(15a〜15c)の配置タイミングと、画像生成部5での各色の画像の生成タイミングとを示している。
次に、本願の実施例2の照明装置について、図5に基づいて説明する。図5は、実施例2に係る照明装置2aの光学図である。この図5に示す実施例2の照明装置2aは、λAの青色光(励起光)およびλaの青色光を反射させ、λDの黄色蛍光を透過させる実施例1のダイクロイックミラー17に代えて、λAの青色光(励起光)およびλaの青色光を透過させ、λDの黄色蛍光を反射させるダイクロイックミラー17−2に代えたこと以外は、図1に示す実施例1の照明装置2と同様の基本構成を有している。そのため、第1実施例と同様の構成については、詳細な説明は省略する。以降の実施例でも同様である。
次に、本願の実施例3の照明装置を備えた投射装置について、図6、図7に基づいて説明する。図6は、実施例3に係る照明装置で用いる光透過制御ホイール15−2の拡大平面図であって、光の入射側から見た図である。ある。図7は、実施例3の照明装置から赤色(R)、緑色(G)、青色(B)、黄色(Y)の光を出射するための制御と、画像フレームとの関係を示す説明図である。実施例3の照明装置を備えた投射装置は、光透過制御ホイール15を、図6に示す光透過制御ホイール15−2に代えたこと以外は、図1に示す実施例1の照明装置2を備えた投射装置1と同様の基本構成を有している。そのため、実施例と同様の構成については、詳細な説明は省略する。
次に、図7を用いて、実施例3における各色の画像の生成シーケンスを説明する。図7では、状態1〜状態4に対応した第1光源(励起光源)10、第2光源11のON・OFFタイミングと、出射光路中での光透過制御ホイール15−2の各領域(15−2a〜15−2d)の配置タイミングと、画像生成部5での各色の画像の生成タイミングとを示している。この図7に示す状態1では、制御部3(画像処理制御部3a)の制御によって生成された赤色の画像(Rn)が、画像生成部5の光変調素子5bに表示される。この状態1では、出射光路Pi中には、光透過制御ホイール15−2の第1領域15−2aが配置されている。このときに、照明装置2では、制御部3の制御の下、第1光源(励起光源)10である青色レーザダイオードが点灯(ON)され、第2光源11である青色発光ダイオードが消灯(OFF)される。
次に、本願の実施例4の照明装置を備えた投射装置について、図8、図9に基づいて説明する。図8は、実施例4に係る照明装置で用いる光透過制御ホイール15−3の拡大平面図であって、光の入射側から見た図である。図9は、実施例4の照明装置から赤色(R),緑色(G),青色(B)、黄色(Y)、白色(W)の光を出射するための制御と、画像フレームとの関係を示す説明図である。実施例4の照明装置は、光透過制御ホイール15を、図8に示す光透過制御ホイール15−3に代えたこと以外は、図1に示す実施例1の照明装置2を備えた投射装置1と同様の基本構成を有している。そのため、実施例と同様の構成については、詳細な説明は省略する。
次に、図9を用いて、実施例4における各色の画像の生成シーケンスを説明する。図9では、状態1〜状態5に対応した第1光源(励起光源)10、第2光源11のON・OFFタイミングと、出射光路中での光透過制御ホイール15−3の各領域(15−3a〜15−3e)の配置タイミングと、画像生成部5での各色の画像の生成タイミングとを示している。この図9に示す状態1〜状態4に対応した画像生成時の作用、すなわち、第1光源(励起光源)10、第2光源11のON・OFFタイミングと、光透過制御ホイール15−3での各色の光の透過タイミングと、画像生成部5での各色の画像の生成タイミングは、図7に示す実施例3と同様であるため、詳細な説明は省略する。以下では、状態5での画像生成時の作用を説明する。
次に、本願の実施例5の照明装置を備えた投射装置について、図10、図11に基づいて説明する。図10は、実施例5に係る照明装置で用いる光透過制御ホイール15−4の拡大平面図であって、光の入射側から見た図である。図11は、実施例5の照明装置から赤色(R),緑色(G),シアン色(C)の光を出射するための制御と、画像フレームとの関係を示す説明図である。実施例5の照明装置を備えた投射装置は、第2光源11として中心発光波長450nmの青色LD光源を用い、光透過制御ホイール15を、図10に示す光透過制御ホイール15−4に代えたこと以外は、図1に示す実施例1の照明装置2を備えた投射装置1と同様の基本構成を有している。そのため、実施例と同様の構成については、詳細な説明は省略する。また、実施例5では、画像生成部5(光変調素子5b)で、赤色(Rn)、緑色(Gn)、シアン色(Cn)の画像を生成(表示)するよう構成されている。
次に、図11を用いて、実施例5における各色の画像の生成シーケンスを説明する。図11では、状態1〜状態3に対応した第1光源(励起光源)10、第2光源11のON・OFFタイミングと、光透過制御ホイール15−4での各色の光の透過タイミングと、画像生成部5での各色の画像の生成タイミングとを示している。この図11に示す状態1、状態2に対応した画像生成時の作用、すなわち、第1光源(励起光源)10、第2光源11のON・OFFタイミングと、光透過制御ホイール15−4の第1領域15−4a、第2領域15−4bでの各色の光の透過タイミングと、画像生成部5での各色の画像の生成タイミングは、図4に示す実施例1と同様であるため、詳細な説明は省略する。以下では、状態3での画像生成時の作用を説明する。
次に、本願の実施例6の照明装置を備えた投射装置について、図12に基づいて説明する。図12は、実施例6の照明装置から赤色(R),緑色(G),シアン色(C)の光を出射するための制御と、画像フレームとの関係を示す説明図である。図12に示す第1光源(励起光源)10の帯の高さは、この第1光源(励起光源)10の発光量(発光パワー)を表している。実施例6では、第1光源(励起光源)10点灯時間と発光量(発光パワー)とを変化させたこと以外は、実施例5と同様の照明装置およびこれを備えた投射装置を用いる。実施例6では、このような投射装置を用いて、実施例5と同様の作用により、各色の光を出射して、カラー画像を生成している。そのため、同様の構成および作用については、詳細な説明は省略する。以下、実施例6において、図12に示す状態3での作用について説明する。
図12に示す状態3では、制御部3の制御により、画像生成部5の光変調素子5bに青色の画像(Bn)が表示される。このとき、制御部3は、先の状態1、2で点灯(ON)していた第1光源(励起光源)を、状態3で引き続き点灯(ON)させるが、状態3での第1光源(励起光源)10の発光量を、状態1、2での発光量よりも低くしている。また、状態3では、第2光源11も点灯(ON)させる。これにより、状態3では、ダイクロイックミラー17を介して、出射光路Pi中に、第2光源11からの青色光と蛍光体ホイール14から生じた黄色蛍光(黄色光)とが同時に出射光路Piに出射されて混ざり合う。この混合した光は、光透過制御ホイール15−4に入射し、第2光源11由来の青色光(青色光の全部または波長λa等、青色光の一部の光)と黄色蛍光(黄色光)の一部(例えば、波長領域λCの緑色光)とがシアン色透過用の第3領域15−4cを透過することで、シアン色(C)の光が生成される。このシアン色(C)の光は、出射光路Piから図1に示すライトトンネル4aに向けて出射され、光変調素子5bに照射されることで、状態3でシアン色の投影画像が生成される。
2 照明装置
5 画像生成部
5b 光変調素子(被照射部)
6 投影光学系
10 第1光源(励起光源)
11 第2光源
14 蛍光体ホイール(波長変換部材)
15,15−2,15−3,15−4 光透過制御ホイール(光分離素子)
15a,15−2a,15−3a,15−4a 第1領域
15b,15−2b,15−3b,15−4b 第2領域
15c,15−2c,15−3c,15−4c 第3領域
15−2d,15−3d 第4領域
15−3e 第5領域
17,17−2 ダイクロイックミラー(光路合流素子)
Claims (17)
- 励起光を発光する第1光源と、
前記励起光により励起されて第1波長領域および第2波長領域を少なくとも含む蛍光を生じさせる波長変換部材と、
前記第1波長領域および前記第2波長領域とは異なる第3波長領域を含む光を発光する第2光源と、
前記波長変換部材からの前記蛍光の光路および前記第2光源からの前記光の光路を合流させて単一の出射光路に導く光路合流素子と、
前記出射光路中に配置され、前記蛍光の少なくとも前記第1波長領域、第2波長領域、および、前記第2光源からの少なくとも前記第3波長領域を、時分割に取り出して出射させる光分離素子と、を備え、
前記波長変換部材は、前記励起光が照射されて前記蛍光を生じる領域の全部が、前記蛍光を前記光路合流素子に向けて反射させる反射光路を形成し、
前記光分離素子は、前記第1光源を、前記第2光源が消灯しているときの前記第1光源の発光量よりも小さい発光量で点灯するとともに前記第2光源を点灯させているときに、前記蛍光の前記第1波長領域および前記第2波長領域の少なくとも一方と、前記第2光源からの前記第3波長領域とを取り出して出射させることを特徴とする照明装置。 - 前記第1光源からの前記励起光と、前記第2光源からの前記第3波長領域を含む光とは、それぞれ異なる方向から前記光路合流素子に入射するように構成され、
前記励起光が、前記第3波長領域の光を含むとき、
前記光路合流素子は、前記励起光中の前記第3波長領域の光を反射または透過させ、前記出射光路に合流させない方向に導くことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 - 前記光分離素子は、前記第1波長領域の光を少なくとも透過させて前記出射光路に導く第1領域と、前記第2波長領域の光を少なくとも透過させて前記出射光路に導く第2領域と、前記第3波長領域の光を少なくとも透過させて前記出射光路に導く第3領域と、を有し、前記第1領域、前記第2領域、および、前記第3領域を、前記出射光路中に順次に配置させることを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。
- 前記光分離素子は、前記出射光路中に、前記第1波長領域の光および前記第2波長領域の光を同時に透過させて前記出射光路に導く第4領域を、さらに有し、前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域、および、前記第4領域を、前記出射光路中に順次に配置させることを特徴とする請求項3に記載の照明装置。
- 前記光分離素子は、前記第1波長領域の光、前記第2波長領域の光、および前記第3波長領域の光を同時に透過させて前記出射光路に導く第5領域を、さらに有し、前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域、前記第4領域、および、前記第5領域を、前記出射光路中に順次に配置させることを特徴とする請求項3または4に記載の照明装置。
- 前記第1領域または前記第2領域が、前記第1波長領域の光または前記第2波長領域の光と、前記第3波長領域の光とを同時に透過させるよう構成されたことを特徴とする請求項3から5のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記第3領域が、前記第1波長領域の光または前記第2波長領域の光と、前記第3波長領域の光とを同時に透過させるよう構成されたことを特徴とする請求項3から6のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記第1光源は、レーザダイオードであり、前記光路合流素子は、前記レーザダイオードからの前記励起光を反射させて、前記波長変換部材に導くよう構成されたことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の照明装置。
- 請求項1から8のいずれか一項に記載の照明装置を備え、前記照明装置から出射された光が照射される画像生成部と、該画像生成部で変調された画像を投射する投影光学系と、を備えたことを特徴とする投射装置。
- 第1光源からの励起光により励起されて波長変換部材から生じた蛍光と、第2光源から発光された光とを、時分割に被照明部に照射する照明方法において、
前記波長変換部材は、前記励起光の照射により前記蛍光を生じる領域の全部が、前記蛍光を前記光路合流素子に向けて反射させるよう構成され、
前記第1光源を点灯させて前記励起光を発光させるステップと、
前記励起光を前記波長変換部材に導き、該波長変換部材に第1波長領域および第2波長領域を少なくとも含む蛍光を生じさせるステップと、
前記第2光源を点灯させて前記第1波長領域および前記第2波長領域とは異なる第3波長領域を含む前記光を発光させるステップと、
前記蛍光の光路および前記第2光源からの前記光の光路を合流させて単一の出射光路に導くステップと、
前記出射光路に合流された前記蛍光の少なくとも前記第1波長領域、第2波長領域、および、前記第2光源からの少なくとも前記第3波長領域の各光を、時分割に取り出して出射させるステップと、を有し、
前記各光を、時分割に取り出して出射させるステップでは、前記第1光源を、前記第2光源が消灯しているときの前記第1光源の発光量よりも小さい発光量で点灯させるとともに前記第2光源を点灯させ、前記蛍光の前記第1波長領域の光および前記第2波長領域の光の少なくとも一方と、前記第2光源からの前記第3波長領域の光とを取り出して出射させるステップを少なくとも含むことを特徴とする照明方法。 - 前記第1波長領域の光を少なくとも透過させて前記出射光路に導く第1領域と、前記第2波長領域の光を少なくとも透過させて前記出射光路に導く第2領域と、前記第3波長領域の光を少なくとも透過させて前記出射光路に導く第3領域と、を有し、前記出射光路中に配置された光分離素子を備え、
前記光分離素子の前記第1領域、前記第2領域、および、前記第3領域を、前記出射光路中に順次に配置させるステップを、さらに有することを特徴とする請求項10に記載の照明方法。 - 前記出射光路中に、前記第1領域または前記第2領域が配置されているとき、前記第1光源を点灯させるとともに前記第2光源を消灯させ、
前記出射光路中に、前記第3領域が配置されているとき、前記第1光源を消灯させるとともに前記第2光源を点灯させることを特徴とする請求項11に記載の照明方法。 - 前記出射光路中に、前記第1領域または前記第2領域が配置されているとき、前記第1光源および前記第2光源を点灯させ、前記第1波長領域または前記第2波長領域の光と、前記第3波長領域の光とが、前記第1領域または前記第2領域を同時に透過するようにし、
前記出射光路中に、前記第3領域が配置されているとき、前記第1光源を消灯させるとともに前記第2光源を点灯させることを特徴とする請求項11に記載の照明方法。 - 前記出射光路中に、前記第1領域または前記第2領域が配置されているとき、前記第1光源を点灯させるとともに前記第2光源を消灯させ、
前記出射光路中に、前記第3領域が配置されているとき、前記第2光源を点灯させるとともに該第2の光源を点灯させている間の少なくとも一定期間、前記第1光源を点灯させて、前記第1波長領域または前記第2波長領域の光と、前記第3波長領域の光とが、前記第3領域を同時に透過するようにしたことを特徴とする請求項11に記載の照明方法。 - 前記出射光路中に、前記第1領域または前記第2領域が配置されているとき、前記第1光源を点灯させるとともに前記第2の光源を消灯させ、
前記出射光路中に、前記第3領域が配置されているとき、前記第2の光源を点灯させるとともに前記第1光源を、前記第1領域または前記第2領域が配置されているときの前記第1光源の発光量よりも小さい発光量で、点灯させて、前記第1波長領域または前記第2波長領域の光と、前記第3波長領域の光とが、前記第3領域を同時に透過するようにしたことを特徴とする請求項11に記載の照明方法。 - 前記光分離素子が、前記第1波長領域の光と前記第2波長領域の光とを少なくとも透過させて前記出射光路に導く第4領域を、さらに有し、
前記出射光路中に、前記第4領域が配置されているとき、前記第1光源を点灯させるとともに前記第2光源を消灯させることを特徴とする請求項11から15のいずれか一項に記載の照明方法。 - 前記光分離素子が、前記第1波長領域の光、前記第2波長領域の光、および前記第3波長領域の光を同時に透過させて前記出射光路に導く第5領域を、さらに有し、
前記出射光路中に、前記第5領域が配置されているとき、前記第1光源および前記第2光源を点灯させることを特徴とする請求項11から16のいずれか一項に記載の照明方法。
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