JP6344596B2 - 光源装置及び投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、拡散層とダイクロイック層を併せ持つ光学素子を有する光源装置及び投影装置に関する。

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。この投影装置は、光源から出射された光を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する。

このような投影装置において、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レーザーダイオード、或いは、有機ＥＬ、蛍光体等を用いる開発や提案が多々なされている。特許文献１には、赤色発光ダイオードから赤色波長帯域光が出射される赤色光源装置と、励起光源からの出射光が蛍光ホイールに照射されることにより、蛍光ホイールに敷設された蛍光体層から緑色波長帯域光が出射される緑色光源装置と、青色発光ダイオードからなる青色光源装置と、を有するプロジェクタが開示されている。

そして、励起光源からの出射光及び蛍光ホイールからの出射光の光軸と、赤色光源装置からの出射光の光軸とが交差する位置及び赤色光源装置からの出射光の光軸と、青色光源装置からの出射光の光軸とが交差する位置には、それぞれダイクロイックミラーが配置される。この励起光源からの出射光と赤色光源装置からの出射光の光軸とが交差する位置のダイクロイックミラーは、赤色波長帯域光及び励起光源である青色波長帯域光を透過させ、緑色波長帯域光を反射する。また、赤色光源装置からの出射光の光軸と青色光源装置からの出射光の光軸とが交差する位置のダイクロイックミラーは、赤色波長帯域光と緑色波長帯域光を反射して、青色波長帯域光を透過させる。よって、これらのダイクロイックミラーにより、励起光源からの出射光は蛍光ホイールに照射され、赤色光源装置からの赤色波長帯域光と、蛍光ホイールからの出射光である緑色波長帯域光及び青色光源装置からの青色波長帯域光は導光光学系を介して表示素子に照射される。

特開２０１１−１５４１６８号公報

特許文献１に開示される投影装置では、青色レーザー発光器からの出射光は拡散処理を施すことなく蛍光ホイールの蛍光体層に照射されるので、蛍光体層の焼き付きを生じさせる虞があり、また、蛍光体層の寿命を長くすることが困難になる場合がある。

そして、固体発光素子であるＬＥＤから出射される赤色及び青色波長帯域光については、スクリーン上に投影される投影光に輝度むらが生じる場合があり、投影画像の画質を高めることが困難となることもあった。

よって、本発明は、蛍光ホイールの蛍光体層を保護しつつ、装置内部レイアウトの自由度を確保した光源装置、投影装置を提供することにある。

本発明の光源装置は、固体発光素子を有する第一光源と、前記第一光源を励起光源として、前記第一光源が発する波長帯域光と異なる波長帯域光を発する蛍光体層を有する第二光源と、前記第一光源の固体発光素子及び前記第二光源が発する波長帯域光と異なる波長帯域光を発する固体発光素子を有する第三光源と、前記第一光源と、前記第二光源との間で、前記第一光源が発する光束の光軸と、前記第三光源が発する光束の光軸とが交差する位置に配置される光学素子と、を備え、前記光学素子は、単一の板状部材により形成され、前記第一光源及び前記第三光源が入射する側の面に拡散層が設けられるとともに、出射する側の面にダイクロイック層が設けられ、前記ダイクロイック層は、前記第一光源及び前記第三光源が発する光束を透過させ、前記第二光源が発する光束を反射することを特徴とする。

本発明の投影装置は、上述の光源装置と、画像光を形成する表示素子と、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、前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、前記表示素子と前記光源装置を制御する投影装置制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、励起光源による蛍光体層の焼き付きを防止することができる。また、装置内の機器レイアウトの自由度を高めることができる。

本発明の第一の実施形態に係る投影装置を示す外観斜視図である。 本発明の第一の実施形態に係る投影装置の機能ブロックを示す図である。 本発明の第一の実施形態に係る投影装置の内部構造を示す平面模式図である。 本発明の第一の実施形態に係る光学素子の製造方法のフローチャートを示す図である。 本発明の第二の実施形態に係る投影装置の内部構造を示す平面模式図である。 本発明の第二の実施形態に係る光学素子の製造方法のフローチャートを示す図である。 本発明の第三の実施形態に係る投影装置の層保持体と機能ブロックを示す図である。 本発明の第四の実施形態に係る投影装置の内部構造を示す平面模式図である。 本発明の第五の実施形態に係る投影装置の内部構造を示す平面模式図である。

（第一の実施形態）
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳説する。図１は、投影装置１０の外観斜視図である。なお、本実施形態において、投影装置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、前後とは投影装置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、投影装置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板１２の側方に投影部を有するとともに、この正面板１２には複数の排気孔１７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、筐体の上ケース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、光源装置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。また、上ケース１１は、投影装置１０の筐体の上面と左側面の一部までを覆っており、故障時等には上ケース１１を下ケース１６から取り外せる構成とされている。

さらに、筐体の背面には、図示されない背面板にＵＳＢ端子やアナログＲＧＢ映像信号が入力される映像信号入力用のＤ−ＳＵＢ端子、Ｓ端子、ＲＣＡ端子、音声出力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が設けられている。また、背面板には、複数の吸気孔が形成されている。

次に、投影装置１０の投影装置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。投影装置制御手段は、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、投影装置１０内の各回路の動作制御を司るものであって、ＣＰＵ、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、この投影装置制御手段により、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る。そして、この投影装置１０は、光源装置６０から出射された光線束を、光源側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、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。

そして、筐体の上ケース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が光源装置６０から出射されるように、光源装置６０の赤色、緑色及び青色の波長帯域光を発光させる個別の制御を行う。

さらに、制御部３８は、冷却ファン駆動制御回路４３に光源装置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投影装置本体の電源オフ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投影装置本体の電源をオフにする等の制御も行う。

次に、この投影装置１０の内部構造について述べる。図３は、投影装置１０の内部構造を示す平面模式図である。ここで、投影装置１０の光源装置６０は、第一光源７０、第二光源１００、第三光源４００、光学素子（光学ユニット）である層保持体１４１が備えられている。また、投影装置１０は、光源側光学系として、マイクロレンズアレイ２５４、集光レンズ２５５、光軸変換ミラー１７３及びコンデンサレンズ１７４が配置される。さらに、投影装置１０は、投影側光学系１６８が備えられている。

図３に示すように、投影装置１０は、中央部分に光源装置６０を備え、左側方にはレンズ鏡筒２２５が設けられた投影側光学系１６８を備えている。また、投影装置１０は、レンズ鏡筒２２５と背面板１３との間にＤＭＤ等の表示素子５１を備えている。さらに、投影装置１０は、図示しない主制御回路基板を備えている。

光源装置６０は、投影装置１０筐体の左右方向における略中央部分に配置される第一光源７０及びこの第一光源７０から出射される光線束の光軸上であって正面板１２の近傍に配置される蛍光ホイール装置としての第二光源１００と、第一光源７０と第二光源１００との間で並設して配置される青色光源装置３００と赤色光源装置１２０とにより形成される第三光源４００と、後述する層保持体１４１と、を備える。

また、投影装置１０は、表示素子５１と背面板１３との間に、表示素子５１を冷却させるヒートシンク１９１を備えている。また、光源装置６０と右側パネル１５との間には、赤色光源１２１及び青色光源３０１用のヒートシンク１３１，１９０を備えている。

第一光源７０は、背面板１３と光軸が垂直になるよう配置された固体発光素子による励起光源７１と、励起光源７１と背面板１３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、２個の固体発光素子である青色レーザーダイオードが並列に配置されており、各青色レーザーダイオードの光軸上には、各青色レーザーダイオードからの出射光を平行光に変換する集光レンズであるコリメータレンズ７３が夫々配置されている。

ヒートシンク８１と背面板１３との間には、冷却媒体として外気をヒートシンク８１側に送風する送風ファンである冷却ファン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。

緑色光源装置８０は、蛍光ホイール装置である第二光源１００と、励起光源としての第一光源７０とにより形成される。第二光源１００は、正面板１２と平行となるように、つまり、第一光源７０からの出射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、蛍光ホイール１０１から背面板１３方向に出射される光線束を集光する集光レンズ群１１１と、を備える。

蛍光ホイール１０１は、円板状の金属基材であって、励起光源７１からの出射光を励起光として緑色波長帯域の蛍光発光光を出射する環状の蛍光発光領域が凹部として形成され、励起光を受けて蛍光発光する蛍光体として機能する。また、蛍光発光領域を含む蛍光ホイール１０１の励起光源７１側の表面は、銀蒸着等によってミラー加工されることで光を反射する反射面が形成され、この反射面上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第一光源７０からの出射光は、緑色蛍光体層における緑色蛍光体を励起する。緑色蛍光体から全方位に蛍光発光された光線束は、直接、励起光源７１側へ、あるいは、蛍光ホイール１０１の反射面で反射した後に励起光源７１側へ出射される。そして、ホイールモータ１１０と正面板１２との間にはヒートシンク１３０、冷却ファン１３５等が配置されており、これらによって蛍光ホイール１０１が冷却される。

青色光源装置３００と赤色光源装置１２０とにより形成される第三光源４００は、その出射光の光軸と励起光源７１からの光の光軸とが直行するように並設されている。そして、装置内の青色光源装置３００は、青色光源３０１と、青色光源３０１からの出射光を所定範囲の光に集光して出射するコリメータレンズ３０５と、を備える。また、装置内の赤色光源装置１２０は、赤色光源１２１と、赤色光源１２１からの出射光を所定範囲の光に集光して出射するコリメータレンズ１２５と、を備える。そして、青色光源装置３００及び赤色光源装置１２０は、第一光源７０からの出射光及び蛍光ホイール１０１から出射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。

青色光源３０１は、青色の波長帯域光を発する固体発光素子としての青色レーザーダイオードである。また、赤色光源１２１は、赤色の波長帯域光を発する固体発光素子としての赤色レーザーダイオードである。さらに、青色光源装置３００及び赤色光源装置１２０は、青色光源３０１及び赤色光源１２１近傍に配置されるヒートシンク１３１、１９０を備える。

そして、ヒートシンク１３１、１９０と正面板１２との間には、送風ファンから送風されヒートシンク１３１、１９０によって暖められた冷却媒体を吸い込んで装置外部に排出するための吸込みファンとしての冷却ファン２６１が配置されており、この冷却ファン２６１によって赤色光源１２１及び青色光源３０１が冷却される。

光源装置６０には、第一光源７０から出射される励起光源である青色波長帯域光及び蛍光ホイール１０１から出射される緑色波長帯域光の光軸と、第三光源４００から出射される赤色波長帯域光及び青色波長帯域光の光軸と、が交差する位置に、層保持体１４１が配置されている。

層保持体１４１は、板状に形成されている。層保持体１４１の一方側の面は、拡散層１４１ａが設けられている。そして、層保持体１４１の他方側の面には、ダイクロイック層１４１ｂが設けられている。本実施形態においては、ダイクロイック層１４１ｂ側の面に第一光源７０の出射光及び第三光源４００からの出射光が入射されるよう配置されている。

層保持体１４１は、単一のガラス板を基材として形成されている。拡散層１４１ａは、基材の一方側の面にサンドブラストを施して微細な凹凸面を形成したものである。一方、ダイクロイック層１４１ｂは、基材の他方側の面にダイクロイックコーティングが施されて形成されている。

具体的には、このダイクロイック層１４１ｂは、赤色及び青色波長帯域光を透過させ、緑色波長帯域光を反射する特性を有する。したがって、このダイクロイック層１４１ｂにより、第一光源７０及び第三光源４００からの出射光は透過され、第二光源１００からの出射光は左側パネル１４方向へ９０度光軸を変換して反射される。

詳細に説明すると、第一光源７０から出射される励起光である青色波長帯域光は、ダイクロイック層１４１ｂを透過する。ダイクロイック層１４１ｂを透過した励起光である青色波長帯域光は、拡散層１４１ａの裏側から拡散層１４１ａに入射する。そして、拡散層１４１ａに入射した励起光である青色波長帯域光は、拡散層１４１ａの表面に形成された微細な凹凸面により拡散され、拡散層１４１ａの表面から蛍光ホイール１０１方向に出射する。そして、拡散層１４１ａの表面から出射した拡散された光線束としての励起光は、集光レンズ群１１１を介して蛍光ホイール１０１の蛍光体層に照射される。

また、第三光源４００の赤色光源装置１２０から出射される赤色波長帯域光及び青色光源装置３００から出射される青色波長帯域光についても同様に、ダイクロイック層１４１ｂを透過して、拡散層１４１ａの表面から、拡散された光線束として左側パネル１４方向に出射する。

一方、第二光源１００から出射された緑色波長帯域光は、層保持体１４１の拡散層１４１ａに入射する。拡散層１４１ａに入射した緑色波長帯域光は、拡散層１４１ａの表面に形成された微細な凹凸面により拡散されつつ、ダイクロイック層１４１ｂにより反射される。ダイクロイック層１４１ｂにより反射された緑色波長帯域光は、再度拡散層１４１ａに入射して、拡散層１４１ａの表面から左側パネル１４方向に出射する。このようにして、第二光源１００から出射された緑色波長帯域光は、拡散層１４１ａにより拡散されつつ、層保持体１４１のダイクロイック層１４１ｂにより、光軸を９０度変換される。

そして、層保持体１４１の左側パネル１４側には、各光源からの出射光を夫々に所定範囲に拡散させながら、所定範囲内で輝度分布を均一化させるマイクロレンズアレイ２５４を配置している。マイクロレンズは、レンズ形状として平凸非球面レンズや両凸レンズ等を格子状又は六方格子状等に配列されているものである。そして、マイクロレンズアレイ２５４近傍には、マイクロレンズアレイ２５４からの拡散均一光が透過された光を表示素子５１の有効サイズに集光させる集光レンズ２５５が配置される。

したがって、マイクロレンズアレイ２５４により均一な強度分布とされた光線束を表示素子５１に導光するにあたって、集光レンズ２５５を介して、光軸変換ミラー１７３に出射させることができる。

また、コンデンサレンズ１７４は、光軸変換ミラー１７３で反射された光源光を表示素子５１に効果的に照射する。そして、この表示素子５１と背面板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１９１等が配置されている。

そして、投影側光学系１６８のレンズ鏡筒２２５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レンズ群を有している。この投影側光学系１６８としては、レンズ鏡筒２２５に内蔵する固定レンズ群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を移動させてズーム調整やフォーカス調整を可能としている。

次に、図４に基づいて、層保持体１４１を製造する方法について説明する。まず、層保持体１４１の基材となる板状の透明ガラス板等を準備する。そして、拡散層形成工程として、基材の一方側の面に対してブラスト処理を行い、拡散層を形成する（ステップＳ１００）。次に、ダイクロイック層形成工程として、基材の他方側の面に対して、ダイクロイックコーティング処理を施して、ダイクロイック層を形成する（ステップＳ２００）。このようにして、本実施形態における層保持体１４１が製造される。

ここで、ステップＳ２００のダイクロイック層形成工程を先に処理して、次にステップＳ１００の拡散層形成工程を行うこともできる。しかし、ダイクロイック層形成工程を先に行ってから拡散層形成工程を行うと、サンドブラスト処理により先に塗布されたダイクロイックコーティングに影響が及ぼされることがあるので、図４に示すフローチャートのように、拡散層形成工程を行ってからダイクロイック層形成工程を行う方が好ましい。

（第二の実施形態）
次に、本発明における第二の実施形態について図５により説明する。第二の実施形態は、第一の実施形態における層保持体１４１に換えて、層保持体３４１を配置した。また、第一の実施形態におけるマイクロレンズアレイ２５４に換えて、ライトトンネル４５４とした。その他の構成については第一の実施形態と同じであるので、第一の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して、その説明は省略する。

本実施形態における層保持体３４１は、第一層保持体３４１ａと第二層保持体３４１ｂとが接合して板状に形成されている。第一層保持体３４１ａの表面には、第一の実施形態における拡散層１４１ａと同様の拡散層が形成されている。そして、第二層保持体３４１ｂにおいても、第一の実施形態におけるダイクロイック層１４１ｂと同様に、表面側にダイクロイック層が形成されている。すなわち、換言すれば、第一層保持体３４１ａは、拡散透過板として形成されるものであり、第二層保持体３４１ｂは、ダイクロイックミラーとして形成されているものである。そして、層保持体３４１は、拡散透過板である第一層保持体３４１ａと、ダイクロイックミラーである第二層保持体３４１ｂとを接合して形成されたものである。

層保持体３４１の配置は、第一の実施形態と同様に、第二層保持体３４１ｂのダイクロイック層が設けられる面に第一光源７０からの出射光及び第三光源４００からの出射光が入射されるよう配置されている。

層保持体３４１の作用は第一の実施形態における層保持体１４１と同様である。すなわち、第一光源７０から出射した励起光である青色波長帯域光は、第二層保持体３４１ｂのダイクロイック層を透過して、さらに第一層保持体３４１ａの拡散層を透過することにより、この拡散層の表面から拡散された光線束として出射する。拡散された光線束とされた励起光は、蛍光ホイール１０１の蛍光体層に照射される。

また、第三光源４００から出射される赤色及び青色波長帯域光も同様に、第二層保持体３４１ｂのダイクロイック層を透過して、第一層保持体３４１ａの拡散層を透過することにより、拡散された光線束として第一層保持体３４１ａの表面から出射される。一方、第二光源１００の蛍光ホイール１０１における蛍光体層から出射される緑色波長帯域光は、第二層保持体３４１ｂのダイクロイック層により光軸を９０度変換されて反射され、第一層保持体３４１ａの拡散層の表面から、拡散された光線束として出射する。

このようにして、層保持体３４１により同一方向へ出射された各色波長帯域光は、ライトトンネル４５４に入射する。そして、各色波長帯域光は、ライトトンネル４５４により拡散均一光とされ、光源側光学系である集光レンズ２５５や光軸変換ミラー１７３及びコンデンサレンズ１７４を介して表示素子５１に照射される。このようにして、投影装置１０により投影される投影画像光は、むらのない鮮明な投影光として投影される。

次に、本実施形態における層保持体３４１の製造方法について、図６を用いて説明する。
板状に形成される透明ガラス板等の基材である第一基材の一方側の面にサンドブラスト処理により拡散層を形成し、第一層保持体３４１ａを作成（準備）する（ステップＳ３００）。また、同様に、板状に形成される透明ガラス板等の基材である第二基材の一方側の面にダイクロイックコーティングを塗布してダイクロイック層を形成し、第二層保持体３４１ｂを作成（準備）する（ステップＳ３２０）。このとき、第一層保持体３４１ａ及び第二層保持体３４１ｂそれぞれの他方側の面は、表面処理されておらず、基材のままの状態である。次に、第一層保持体３４１ａ及び第二層保持体３４１ｂそれぞれの拡散層とダイクロイック層とが外側となるように、それぞれの他方側の面同士を接着剤で接合する（ステップＳ３４０）。このようにして、層保持体３４１が製造される。

ここで、二枚のガラス板を貼り合わせるようにして形成した層保持体３４１は、その接合面に接着剤を塗布する溝等を形成しておくと好適である。接合面に接着剤等が付着してしまうと、層保持体を透過又は反射する際の光線束の光路に悪影響を及ぼすこともあるからである。または、層保持体３４１は、第一層保持体３４１ａと第二層保持体３４１ｂとの間に空間を設け、両者を接合せずに近接させて形成することもできる。

（第三の実施形態）
次に、図７により、第三の実施形態を説明する。本実施形態は、第二の実施形態の層保持体３４１に換えて、層保持体４４１としたものである。以下の説明において、第二の実施形態と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は省略する。本実施形態の層保持体４４１は、拡散層を有し、板状に形成される第一層保持体４４１ａと、ダイクロイック層を有し、板状に形成される第二層保持体４４１ｂにより構成されている。

そして、第一層保持体４４１ａと第二層保持体４４１ｂは、前述の第二の実施形態と同様に、一方側の面にはそれぞれ拡散層及びダイクロイック層が形成されている。そして、第一層保持体４４１ａと第二層保持体４４１ｂは、相対移動可能に近接して配置されている。具体的には、ダイクロイック層を有する第二層保持体４４１ｂは投影装置１０の筐体に対して固定されている。拡散層を有する第一層保持体４４１ａは、図示しない移動ガイド等により、第二層保持体４４１ｂと近接しつつ移動可能に形成されている。

また、層保持体４４１の配置も、第二の実施形態と同様に、第一光源７０及び第三光源４００からの光線束が入射する側に、ダイクロイック層を有する第二層保持体４４１ｂが配置されている。ここで、第一層保持体４４１ａは、移動ガイド等に沿って、駆動手段４４２により移動される。駆動手段４４２は、例えばピエゾ素子やリニアガイド等を用いることができる。そして、駆動手段４４２は、可動部制御手段４４３と接続され、制御される。可動部制御手段４４３は、制御部３８と接続される。

層保持体４４１の作用は、第二の実施形態における層保持体３４１と同様である。すなわち、層保持体４４１は、ダイクロイック層を有する第二層保持体４４１ｂに第一光源７０から出射された青色波長帯域光及び第三光源４００から出射された赤色及び青色波長帯域光が入射されるよう配置される。そして、赤色及び青色波長帯域光を透過させ、第二光源１００から出射される緑色波長帯域光を反射させる。第二層保持体３４１ｂを透過した赤色及び青色の各波長帯域光及び第二層保持体３４１ｂに反射された緑色波長帯域光は、拡散層を有する第一層保持体３４１ａを透過して拡散される。

ここで、第一層保持体４４１ａは、駆動手段４４２により、移動ガイド等に沿って微小な往復運動（振動）が与えられる。すると、拡散層を透過する固体発光素子からの出射光である赤色及び青色波長帯域光を光源としてスクリーン上に投影される画像光は、スペックルが低減される。特に、青色レーザーダイオードを光源とする第一光源７０の青色光源装置３００に対しては好適である。

一般に、レーザー光のようなコヒーレント光を拡散面に照射すると、斑点状の模様であるスペックルが見られる。このスペックルは、拡散面の各点で散乱された光が面上の微視的な凹凸に応じたランダムな位相関係で干渉し合うために生じるものである。よって、本実施形態において、拡散層を有する第一層保持体４４１ａに振動を与えるようにする。その作用により、拡散面上での位相関係が適宜変化されることになり、このスペックルが低減される。

なお、本実施形態において、第一の実施形態及び第二の実施形態と同様の一体とされる層保持体１４１、３４１を用いることもできる。この場合、拡散層とダイクロイック層は対向して一体的に層保持体に設けられているので、拡散層の移動とともに、ダイクロイック層も移動される。しかしながら、ダイクロイック層についてその作用を十分に機能させるためには、規定される入射角度に合わせて正確に光を入射させる必要がある。よって、拡散層とともにダイクロイック層も移動させる場合には、層保持体を移動駆動させる駆動手段を精度よく形成する必要がある。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されることは無く、適宜変更を加えて実施することができる。例えば、以上の実施形態においては、層保持体１４１，３４１，４４１の向きを、第一光源７０である励起光源としての青色波長帯域光及び第三光源４００の赤色及び青色波長帯域光が入射されるように配置した。

しかしながら、このような配置に限定されることはなく、これに換えて、層保持体の配置を反転させて、拡散層を有する面に第一光源７０の青色波長帯域光及び第三光源４００の赤色及び青色の各波長帯域光が入射されるようにすることもできる。しかし、この場合、第二光源１００からの緑色波長帯域光である蛍光光は、拡散層を介することなく層保持体のダイクロイック層により反射されるので、拡散層による拡散がされないこととなる。よって、前述の実施形態のように、ダイクロイック層に第一光源７０の青色波長帯域光及び第三光源４００の赤色及び青色の各波長帯域光が入射されるように配置するのが好ましい。

また、本発明の実施形態においては、第三光源４００は、赤色光源装置１２０と青色光源装置３００とにより形成されることとした。そして、赤色光源装置１２０は、固体発光素子である赤色レーザーダイオードである赤色光源１２１を有し、青色光源装置３００は、固体発光素子である青色レーザーダイオードである青色光源３０１を設けた。しかしながら、これに換えて、第三光源４００の固体発光素子を高輝度の赤色や青色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることもできる。このように、第三光源４００は、少なくとも第一光源７０と波長の異なる固体発光素子を具備していれば良い。

（第四の実施形態）
本発明の上記実施形態においては、第三光源４００は、赤色光源装置１２０と青色光源装置３００とにより形成されることとした。
しかしながら、これに換えて、第三光源４００の固体発光素子を赤色光源装置１２０と青色光源装置３００とのどちらか一方とし、他方の青色光源装置３００か赤色光源装置１２０を別の位置に配置して、それらを合成するような光学系としてもよい。

図８に、その場合の構成例を示す。ここでは、第三光源４００は、固体発光素子を赤色光源装置１２０のみとし、青色発光ダイオード４１０が、ヒートシンク１９３、集光レンズ群４２０とともに、層保持体３４１に対して、表示素子５１側に配置されている。そして、層保持体３４１と集光レンズ２５５との間に、赤色及び緑色波長帯域光を透過させ、青色波長帯域光を反射する特性を有するダイクロイックミラー４６０が配置されている。その他の構成については第一の実施形態と同じであるので、第一の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して、その説明は省略する。

図８において、青色光源として、発光ダイオードを用いるようにしているので、レーザーダイオードと比べると、その光束を拡散させる必要はそれ程高くはない。
なお、ダイクロイックミラー４６０に換えて、第一の実施形態等と同様の拡散層を有する光学素子を用いるようにしてもよい。その場合は、青色発光ダイオード４１０側に拡散層が向くような配置が、青色の光束も拡散させるという意味では望ましい。

（第五の実施形態）
また、第三光源４００全体が層保持体に対して、表示素子５１側に配置されているような構成であってもよい。
図９に、その場合の構成例を示す。ここでは、第三光源４００としての赤色発光ダイオード１２２と青色発光ダイオード３２２が、ヒートシンク１９５、集光レンズ群４３０とともに、層保持体３４１に対して、表示素子５１側に配置されている。そして、層保持体３４１と集光レンズ２５５との間に、緑色波長帯域光を透過させ、赤色及び青色波長帯域光を反射する特性を有するダイクロイックミラー４７０が配置されている。

図９においても、赤色及び青色光源として、発光ダイオードを用いるようにしているので、レーザーダイオードと比べると、その光束を拡散させる必要はそれ程高くはない。
なお、ダイクロイックミラー４７０に換えて、第一の実施形態等と同様の拡散層を有する光学素子を用いるようにしてもよい。その場合は、第三光源４００である発光ダイオード側に拡散層が向くような配置が、赤色及び青色の光束も拡散させるという意味では望ましい。

また、第一の実施形態においては、層保持体１４１からの光線束は、マイクロレンズアレイ２５４を介して集光レンズ２５５に出射した。第二の実施形態においては、層保持体３４１からの光線束は、ライトトンネル４５４を介して集光レンズ２５５に出射した。このように、投影装置１０の態様により、層保持体の形態に拘らず、マイクロレンズアレイ又はライトトンネルのいずれを又は両者をともに採用するかは適宜選択することができる。

以上の通り、本発明の実施形態においては、一方側の面に拡散層を形成し、他方側の面にダイクロイック層が形成された板状の層保持体１４１，３４１，４４１からなる光学素子を光源装置に配置した。具体的には、光源装置において、青色レーザーダイオードを有する第一光源７０からの出射光と、第一光源７０を励起光源として緑色波長帯域光を発光する蛍光体層を有する第二光源１００との間に層保持体１４１，３４１，４４１を配置した。そして、このような光源装置を具備して投影装置１０を形成した。

これにより、第二光源１００における蛍光ホイール１０１の蛍光体層へ照射する励起光である第一光源７０からの出射を拡散光とすることができる。さらに、光を拡散させる拡散層と、所定の波長帯域光を透過・反射させるダイクロイック層を有する層保持体からなる光学素子を得て、光源装置を形成できる。

ゆえに、強度の高い第一光源７０の固体発光素子からの光を励起光源としながらも、照射される光を拡散光とすることができるので、蛍光体層の焼き付きの虞を解消し、蛍光体層を保護して長寿命化を促進することができる。さらに、このようにして蛍光体層を保護しながら、励起光源以外の第三光源４００の固体発光素子からの出射光も拡散光とすることができるので、指向性の高い固体発光素子からの光を光源とした場合においても、スクリーン上で投影される画像光について、輝度むらの無い鮮明な画像とすることができる。

さらに、固体発光素子からの光を拡散光としつつ、各波長帯域光の光軸を合わせて出射する光学素子を層保持体として一か所にまとめて構成できるので、装置内の機器レイアウトの自由度が増加し、製造コストも低く抑えることができる光源装置及び投影装置を提供することができる。また、各色の光源ごとに拡散板やダイクロイックミラーを配置する場合に比べて部品点数も少なく構成できるので、光源装置及び投影装置を小型にすることができる。

また、層保持体１４１，３４１，４４１は、拡散層を有する面とダイクロイック層を有する面が平行に配置されるように形成した。これにより、光源装置への層保持体のレイアウトも容易となり、層保持体の配置スペースを小さくすることができる。

また、層保持体１４１は、単一の板状部材に拡散層１４１ａ及びダイクロイック層１４１ｂにより形成されている。そして、この層保持体１４１の製造方法では、一方側の面にブラスト処理により拡散層を形成し、次にダイクロイックコーティングを施した。よって、さらに省スペース化に寄与する光学素子を用いて光源装置を形成することができる。そして、拡散層を形成するためのブラスト処理を行ってからダイクロイックコーティングを施すことにより、ブラスト処理によるダイクロイックコーティングへの悪影響を回避して層保持体１４１を製造することができる。

また、第二の実施形態のように、層保持体３４１は、拡散層を有する第一層保持体３４１ａ及びダイクロイック層を有する第二層保持体３４１ｂを有し、第一層保持体３４１ａと第二層保持体３４１ｂが接合されて形成されるようにしてもよい。これにより、層保持体の製造を、第一層保持体と第二層保持体として個別に形成することができるので、それぞれの層保持体を他の装置の光学素子と共通部品として取り扱うこともでき、光源装置等の製造コストの低減を図ることができる。

また、第二の実施形態では、層保持体３４１は、ダイクロイック層としてダイクロイックミラーを用い、拡散層として拡散透過板を用いた。これにより、層保持体を他の機器における共通部品としてのダイクロイックミラーと拡散透過板により形成することができるので、さらにコストを低減した光源装置等を提供することができる。

また、光源装置は、第一光源７０及び第三光源４００が入射する側に層保持体１４１，３４１，４４１のダイクロイック層側の面を配置した。これにより、第一光源７０及び第三光源４００の固体発光素子からの出射光を拡散できるだけでなく、第二光源１００の蛍光発光光についても拡散させることができる。

また、第二光源１００は、緑色波長帯域光を発光する蛍光体層が敷設された蛍光ホイール１０１を有する蛍光ホイール装置により形成した。これにより、光源色として緑色波長帯域光を発光可能な光源装置を得ることができる。

また、第一光源７０は、青色波長帯域光を発する固体発光素子であるレーザーダーオードにより形成した。これにより、励起光源を、省電力で高強度の光を出射する固体発光素子として、レーザーダイオードや高出力の発光ダイオードとすることができるので、より効率の良い蛍光発光光を得ることができる。

また、第三の実施形態では、拡散層を有する第一層保持体４４１ａを、移動可能に形成し、駆動手段４４２により移動駆動されるように形成した。これにより、第一光源７０の光束が拡散層を透過する際に、第一層保持体４４１ａに微振動を与えることができるので、コヒーレント光である固体発光素子からの出射光について、スペックルの発生を低減させ、鮮明な投影光を得ることができる。

また、層保持体１４１，３４１，４４１のダイクロイック層は、赤色及び青色波長帯域光は透過し、緑色波長帯域光は反射するよう形成した。そして、緑色光源装置８０及び励起光源７１からの出射光の光軸と、赤色光源装置１２０及び青色光源装置３００からの出射光の光軸とが交差する位置に、層保持体１４１，３４１，４４１を配置した。これにより、緑色光源装置８０における励起光源７１と蛍光ホイール１０１を対向して配置できる。よって、各色光源のレイアウトがコンパクトにまとめられるとともに、光の三原色を光源光として有する光源装置及び投影装置を提供することができる。

また、以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以下に、本願出願の最初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］固体発光素子を有する第一光源と、
前記第一光源を励起光源として、前記第一光源が発する波長帯域光と異なる波長帯域光を発する蛍光体層を有する第二光源と、
前記第一光源と、前記第二光源との間に配置される光学素子と、
を備え、
前記光学素子は、
前記第一光源が発する光束を透過させ、前記第二光源が発する光束を反射するダイクロイック層と、
前記第一光源の光束を拡散する拡散層と、
を有することを特徴とする光源装置。
［２］前記光学素子は、前記拡散層を有する面と前記ダイクロイック層を有する面が平行に配置されていることを特徴とする前記［１］に記載の光源装置。
［３］前記光学素子は、単一の板状部材により形成され、一方側の面に拡散層が設けられ、他方側の面にダイクロイック層が設けられたことを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の光源装置。
［４］前記光学素子は、
板状に形成される第一基材の一方側の面に前記拡散層を設けた第一層保持体、及び、
板状に形成される第二基材の一方側の面に前記ダイクロイック層を設けた第二層保持体で形成されることを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の光源装置。
［５］前記拡散層を有する第一層保持体として拡散透過板を用い、前記ダイクロイック層を有する第二層保持体としてダイクロイックミラーを用いたことを特徴とする前記［４］に記載の光源装置。
［６］前記光学素子は、前記第一光源が入射する側に前記ダイクロイック層が設けられていることを特徴とする前記［１］乃至前記［５］の何れか記載の光源装置。
［７］前記第二光源は、緑色波長帯域光を発する蛍光体層が敷設された蛍光ホイールを有する蛍光ホイール装置からなることを特徴とする前記［１］乃至前記［６］の何れか記載の光源装置。
［８］前記第一光源は、青色波長帯域光を発光する固体発光素子からなることを特徴とする前記［１］乃至前記［７］の何れか記載の光源装置。
［９］前記拡散層の部分は移動可能に形成されるとともに、この部分を移動駆動する駆動手段を有することを特徴とする前記［１］乃至前記［８］の何れか記載の光源装置。
［１０］前記第一光源の固体発光素子及び前記第二光源が発する波長帯域光と異なる波長帯域光を発する固体発光素子を有する第三光源をさらに備え、
前記光学素子は、前記第一光源が発する光束の光軸と、前記第三光源が発する光束の光軸とが交差する位置に配置され、
前記ダイクロイック層は、前記第三光源が発する光束を透過させることを特徴とする前記［１］乃至前記［９］の何れか記載の光源装置。
［１１］前記第三光源は、赤色波長帯域光を発光する固体発光素子及び／又は青色波長帯域光を発光する固体発光素子からなることを特徴とする前記［１０］に記載の光源装置。
［１２］前記［１］乃至前記［１０］の何れか記載の光源装置と、
画像光を形成する表示素子と、
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、
前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、
前記表示素子と前記光源装置を制御する投影装置制御手段と、
を有することを特徴とする投影装置。
［１３］板状に形成される層保持体と、
前記層保持体の一方側の面に設けられ、入射光を拡散させる拡散層と、
前記層保持体の他方側の面に設けられ、所定の波長帯域光を透過させ、所定の波長帯域光を反射するダイクロイック層と、
を備えることを特徴とする光学素子。
［１４］前記層保持体は、単一の板状部材により形成されることを特徴とする前記［１３］に記載の光学素子。
［１５］前記層保持体は、
板状に形成される第一基材の一方側の面に前記拡散層を設けた第一層保持体及び
板状に形成される第二基材の一方側の面に前記ダイクロイック層を設けた第二層保持体を有し、
前記第一層保持体及び前記第二層保持体が接合されて形成されていることを特徴とする前記［１３］に記載の光学素子。
［１６］前記ダイクロイック層は、赤色及び青色の各波長帯域光を透過させ、緑色波長帯域光は反射するよう形成されていることを特徴とする前記［１３］乃至前記［１５］の何れか記載の光学素子。
［１７］基材の一方側の面をブラスト処理し、入射光を拡散させる拡散層を形成する工程と、
前記基材の他方側の面にダイクロイックコーティングを施して、所定の波長帯域光を透過させ、所定の波長帯域光を反射するダイクロイック層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
［１８］拡散層を有する第一層保持体を準備する工程と、
ダイクロイック層を有する第二層保持体を準備する工程と、
準備された前記第一層保持体と前記第二層保持体を前記拡散層と前記ダイクロイック層とが外側になるよう接合する工程と、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。

１０ 投影装置
１１ 上ケース １２ 正面板
１３ 背面板 １４ 左側パネル
１５ 右側パネル １６ 下ケース
１７ 排気孔 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 光源装置
７０ 第一光源 ７１ 励起光源
７３ コリメータレンズ ８０ 緑色光源装置
８１ ヒートシンク
１００ 第二光源
１０１ 蛍光ホイール １１０ ホイールモータ
１１１ 集光レンズ群 １２０ 赤色光源装置
１２１ 赤色光源 １２２ 赤色発光ダイオード
１２５ コリメータレンズ
１３０ ヒートシンク １３１ ヒートシンク
１３５ 冷却ファン
１４１ 層保持体 １４１ａ 拡散層
１４１ｂ ダイクロイック層 １６８ 投影側光学系
１７３ 光軸変換ミラー １７４ コンデンサレンズ
１９０ ヒートシンク １９１ ヒートシンク
１９３ ヒートシンク １９５ ヒートシンク
２２５ レンズ鏡筒 ２３５ 可動レンズ群
２５４ マイクロレンズアレイ ２５５ 集光レンズ
２６１ 冷却ファン
３００ 青色光源装置
３０１ 青色光源 ３０５ コリメータレンズ
３２２ 青色発光ダイオード
３４１ 層保持体 ３４１ａ 第一層保持体
３４１ｂ 第二層保持体
４００ 第三光源
４１０ 青色発光ダイオード
４２０ 集光レンズ群 ４３０ 集光レンズ群
４４１ 層保持体 ４４１ａ 第一層保持体
４４１ｂ 第二層保持体 ４４２ 駆動手段
４４３ 可動部制御手段 ４５４ ライトトンネル
４６０ ダイクロイックミラー ４７０ ダイクロイックミラー

Claims (9)

1. 固体発光素子を有する第一光源と、
   前記第一光源を励起光源として、前記第一光源が発する波長帯域光と異なる波長帯域光を発する蛍光体層を有する第二光源と、
   前記第一光源の固体発光素子及び前記第二光源が発する波長帯域光と異なる波長帯域光を発する固体発光素子を有する第三光源と、
   前記第一光源と、前記第二光源との間で、前記第一光源が発する光束の光軸と、前記第三光源が発する光束の光軸とが交差する位置に配置される光学素子と、
   を備え、
   前記光学素子は、単一の板状部材であり、前記第一光源及び前記第三光源が入射する側の面に拡散層と、出射する側の面にダイクロイック層とを有し、
   前記ダイクロイック層は、前記第一光源及び前記第三光源が発する光束を透過し、前記第二光源が発する光束を反射する
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記光学素子は、前記拡散層を有する面と前記ダイクロイック層を有する面が平行に配置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。
3. 前記第二光源は、緑色波長帯域光を発する蛍光体層が敷設された蛍光ホイールを有する蛍光ホイール装置からなることを特徴とする請求項１又は請求候２に記載の光源装置。
4. 前記第一光源は、青色波長帯域光を発光する固体発光素子からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか記載の光源装置。
5. 前記光学素子は移動可能に形成されるとともに、この部分を移動駆動する駆動手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか記載の光源装置。
6. 前記第三光源は、赤色波長帯域光を発光する固体発光素子及び／又は青色波長帯域光を発光する固体発光素子からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか記載の光源装置。
7. 前記第一光源は、レーザーダイオードからなることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか記載の光源装置。
8. 前記第三光源は、レーザーダイオードからなることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか記載の光源装置。
9. 請求項１乃至請求項８の何れか記載の光源装置と、
   画像光を形成する表示素子と、
   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、
   前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、
   前記表示素子と前記光源装置を制御する投影装置制御手段と、
   を有することを特徴とする投影装置。
   

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