JP6402906B2

JP6402906B2 - 光源装置及び投影装置

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Publication number: JP6402906B2
Application number: JP2014188697A
Authority: JP
Inventors: 山本　協; 協山本
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Filing date: 2014-09-17
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Description

本発明は、半導体発光素子を有する光源装置と、この光源装置を有する投影装置に関する。

今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像、さらにメモリカード等に記憶されている画像データの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させる。

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、低消費電力かつ高輝度であって、光強度が強いレーザダイオード等の半導体発光素子を含む光源を備える投影装置の開発が多々なされている。

例えば、特許文献１に開示される投影装置は、複数の青色レーザダイオードがマトリクス状に配列された励起光照射装置が設けられている。この励起光照射装置からの出射光を励起光として、蛍光発光装置から緑色波長帯域光の蛍光光が出射される。そして、この励起光照射装置の青色レーザダイオードからの出射光における断面楕円形状の長軸方向は、個々の青色レーザダイオードにおいて、互いに４５度や９０度の角度を有するように重ね合わせて蛍光板上の照射スポットに照射される。

特開２０１１−１３３７８２号公報

一般に、半導体発光素子であるレーザダイオードから出射されるレーザ光は、コヒーレンス光であることが知られている。従って、特許文献１の投影装置のように、複数のレーザダイオードを配列させた励起光照射装置からの出射光は、個々のレーザダイオードからの出射光に重なりが生じていると波長干渉が生じる。そして、波長干渉が生じた光線束を励起光として蛍光体に照射した場合には、蛍光体からの蛍光光を光源としてスクリーンに表示される投影光に輝度ムラ、色ムラが生じることとなる。

また、従来のレーザダイオードの配置は、蛍光体表面に当たるレーザ光の隣同士が狭い配列であったため、レーザダイオードの出射方向ばらつきや、機構ばらつきによって隣り合うレーザ光が重なって蛍光体に当たる可能性があり、その場合、蛍光体が飽和して発光効率が下がる可能性があった。

よって、本発明の目的は、半導体発光素子からの出射光同士の干渉を低減させて、色ムラ等の発生を抑えて、鮮明な画像光を得ることのできる光源装置と、この光源装置を備えた投影装置を提供する。

本発明の光源装置は、複数の半導体発光素子が行及び列をなして配列され、前記半導体発光素子からの出射光における断面楕円形状の長軸方向が、隣り合う前記半導体発光素子の出射光における断面楕円形状の長軸方向と垂直になるように配置される励起光照射装置を有し、前記励起光照射装置から出射された出射光が照射面内に照射される際に形成される照射スポットは、個々の前記半導体発光素子からの出射光における断面楕円形状の楕円境界が隣り合う楕円境界と所定の間隔を有して、又は両境界を接するように形成されることを特徴とする。

本発明の投影装置は、本発明に係る上述の光源装置と、前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、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。

本発明により、半導体発光素子からの出射光の干渉を低減し、投影光の色ムラを低減することのできる光源装置及び投影装置を提供することができる。

本発明の第１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１実施形態に係る投影装置の機能ブロック図である。本発明の第１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１実施形態に係る蛍光板を示し、（ａ）は蛍光板の正面図であり、（ｂ）は蛍光板の断面図である。本発明の第１実施形態に係る励起光照射装置の斜視図である。本発明の第１実施形態に係るレーザダイオードが光を出射している様子を示す斜視図である。本発明の第１実施形態に係るレーザダイオードの配列と照射光との関係を示す図であり、（ａ）は励起光照射装置の正面図を示し、（ｂ）はレーザダイオードからの出射光が蛍光板の照射スポットに照射されている様子を示す図である。本発明の第１実施形態に係る蛍光板の照射スポットにおける図７（ｂ）のＱ_１の部分拡大図である。本発明の第２実施形態に係るレーザダイオードの配列と照射光との関係を示す図であり、（ａ）は励起光照射装置の正面図を示し、（ｂ）はレーザダイオードからの出射光が蛍光板の照射スポットに照射されている様子を示す図である。本発明の第２実施形態に係る蛍光板の照射スポットにおける図９（ｂ）のＱ_２の部分拡大図である。本発明の第３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３実施形態に係る蛍光板を示し、（ａ）は蛍光板の正面図であり、（ｂ）は蛍光板の断面図である。

（第１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。

投影装置１０は、上面板１１、正面板１２、右側板１５及び図１に表れていない背面板、左側板、底面板によりなる筐体が略直方体形状に形成される。正面板１２のやや左側に寄った位置には、上底側を後方に向けた平面視台形形状の凹部が形成されている。この凹部の後側の壁面には、投影レンズ２３０が設けられている。この投影レンズ２３０により、スクリーン方向に画像が投影される。

正面板１２及び右側板１５には、筐体内部に配置された各種機器を冷却するための吸排気孔となる多数の長方形の孔により形成された吸排気孔２が設けられている。なお、図示しないが、背面板や左側板にもそれぞれ吸排気孔が設けられている。そして、上面板１１には、スピーカ窓４９やキー／インジケータ部３７が設けられている。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、オフを切り替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加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。

背面板には、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。さらに、図示しないが、投影装置１０は、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。

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説明する。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、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に展開して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、光源装置６０から出射された光線束を後述の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の第１の光源である赤色光源装置、第２の光源である青色光源装置及び緑色波長帯域光を生成するための励起光源である励起光照射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１０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１０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。投影装置１０は、光源装置６０と、この光源装置６０からの光源光を表示素子５１に導光する光源側光学系１７０と、表示素子５１から出射された画像を図示しないスクリーンに投影する投影側光学系２２０と、を有する。

投影装置１０は、左側板１４の近傍に電源回路ブロック２４１を有する。電源回路ブロック２４１は、電源基板２４２が配置される。電源基板２４２は、各種光源の点灯用電源、ＤＭＤや各種ＩＣ用の主電源、及び、モータ等の機構系を駆動させるための駆動電源等の各電源電圧を生成する電源回路を実装している。

また、図示しないメイン基板は、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の各種信号が接続されており、電源回路ブロック２４１の近傍に配置されるＣＰＵ等の各種ＩＣが実装されて投影装置１０全体の制御を司る制御回路を実装している。

投影装置１０は、電源回路ブロック２４１の右側板側で投影装置１０筐体の左右方向中央からやや左側に寄った位置に投影側光学系２２０が設けられている。そして、投影装置１０は、投影側光学系２２０の右側板１５方向に光源装置６０を備えている。

光源装置６０は、緑色波長帯域光を出射する緑色光源装置８０と、赤色波長帯域光を出射する第１の光源である赤色光源装置１２０と、青色波長帯域光を出射する第２の光源である青色光源装置３００と、導光光学系１４０とにより形成されている。緑色光源装置８０は、背面板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板装置１００とにより形成されている。

第１の光源である赤色光源装置１２０は、蛍光板装置１００から出射される光線束と平行となるように正面板１２の近傍に配置される。また、第２の光源である青色光源装置３００は、励起光照射装置７０と蛍光板装置１００との間に配置される。導光光学系１４０は、赤色波長帯域光、緑色波長帯域光、青色波長帯域光の光軸がそれぞれ同一の光軸となるように変換して、導光部材であるライトトンネル１７５の入射口に集光させる。

緑色光源装置８０の励起光照射装置７０は、背面板１３と光軸が直交するよう配置される複数の青色レーザダイオード７１と、各青色レーザダイオード７１の前方に配置されるコリメータレンズ７３と、半導体発光素子である青色レーザダイオード７１からの出射光を集光する集光レンズ７８，７９と、青色レーザダイオード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。そして、ヒートシンク８１の背面板１３側には、冷却ファン８５，８６が配置されている。

青色レーザダイオード７１は、平板状のホルダ７５により保持されている。コリメータレンズ７３は、青色レーザダイオード７１からの出射光について指向性を高めるように各々平行光に変換する。複数のコリメータレンズ７３は、各レンズのレンズ中心をレーザダイオードの出射光軸から僅かにずらせて、各青色レーザダイオード７１から出射される光線束の間隔を縮小して集光レンズ７８に出射する。そして、集光レンズ７８及び集光レンズ７９、更に集光レンズ群１１１により、各レーザ光は集光されて蛍光板装置１００の蛍光板１０１に照射される。

緑色光源装置８０における蛍光板装置１００は、正面板１２と平行となるように、つまり、励起光照射装置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板１０１と、この蛍光板１０１を回転駆動するモータ１１０と、蛍光板１０１から背面板側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。

ここで、蛍光ホイールとされる蛍光板１０１は、図４に示す通り、モータ１１０の回転軸１１２に、円盤状の金属製の基材１０２が設けられている。この基材１０２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る。そして、基材１０２は、環状の凹部が形成され、透明樹脂バインダと混合されて設けられた緑色蛍光体の層よりなる蛍光発光領域１０３が環状に形成されている。

そして、蛍光板１０１の蛍光発光領域１０３内に照射スポットＳとして照射された励起光照射装置７０からの出射光は、蛍光発光領域１０３の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、励起光照射装置７０側へ、あるいは、蛍光板１０１の反射面で反射した後に励起光照射装置７０側へ出射される。

また、蛍光体層の蛍光体に吸収されることなく、金属基材に照射された励起光は、反射面により反射されて再び蛍光体層に入射し、蛍光体を励起することとなる。よって、蛍光板１０１の凹部の表面を反射面とすることにより、青色レーザダイオード７１から出射される励起光の利用効率を上げることができ、より明るく発光させることができる。

なお、蛍光板１０１の反射面で緑色蛍光体層側に反射された励起光において蛍光体に吸収されることなく励起光照射装置７０側に出射された励起光は、第一ダイクロイックミラー１４１を透過し、蛍光光は第一ダイクロイックミラー１４１により反射されるため、励起光が外部に出射されることはない。

図３において、第２光源である青色光源装置３００は、蛍光板装置１００からの出射光の光軸と直交するように配置された青色光源３０１と、青色光源３０１からの出射光を集光する集光レンズ群３０５と、を備える。そして、この青色光源装置３００は、赤色光源装置１２０からの出射光と光軸が交差するように配置されている。また、青色光源３０１は、青色の波長帯域光を発する半導体発光素子としての青色発光ダイオードである。

さらに、青色光源装置３００は、青色光源３０１の右側板１５側に配置されるヒートシンク３１１を備える。そして、ヒートシンク３１１と背面板１３との間には、ヒートシンク３１１を冷却する冷却ファン３１５が配置されている。

第１光源である赤色光源装置１２０は、青色レーザダイオード７１と光軸が平行となるように配置された赤色光源１２１と、赤色光源１２１からの出射光を集光する集光レンズ群１２５と、を備える。そして、この赤色光源装置１２０は、励起光照射装置７０からの出射光及び蛍光板１０１から出射される緑色波長帯域光と光軸が平行となるように配置されている。

また、赤色光源１２１は、赤色の波長帯域光を発する半導体発光素子としての赤色発光ダイオードである。さらに、赤色光源装置１２０は、赤色光源１２１の正面板１２側に配置されるヒートシンク１３１を備える。そして、ヒートシンク１３１の正面板１２側には、ヒートシンク１３１を冷却する冷却ファン１３５が配置されている。

そして、導光光学系１４０は、第一ダイクロイックミラー１４１、第二ダイクロイックミラー１４８と、反射ミラー１４９からなる。第一ダイクロイックミラー１４１は、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光及び蛍光板１０１から出射される緑色波長帯域光の光軸と、青色光源装置３００から出射される青色波長帯域光の光軸と、が交差する位置に配置される。そして、第一ダイクロイックミラー１４１は、青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波長帯域光の光軸を９０度変換する。

また、第二ダイクロイックミラー１４８は、赤色光源装置１２０から出射される赤色波長帯域光の光軸と、青色光源装置３００から出射される青色波長帯域光の光軸と、が交差する位置に配置される。第二ダイクロイックミラー１４８は、青色及び緑色波長帯域光を透過し、赤色波長帯域光を反射させて赤色波長帯域光の光軸を９０度変換する。そして、第二ダイクロイックミラー１４８を通過又は反射された各色波長帯域光は、反射ミラー１４９により、光軸を９０度変換されて、集光レンズ１７３を介してライトトンネル１７５に入射される。

光源側光学系１７０は、集光レンズ１７３，導光部材であるライトトンネル１７５，集光レンズ１７８，光軸変換ミラー１８１，集光レンズ１８３，照射ミラー１８５，コンデンサレンズ１９５が設けられている。なお、コンデンサレンズ１９５は、表示素子５１から出射された光を集光して、可動レンズ群２３５や固定レンズ群２２５に入射させるので、投影側光学系２２０の構成要素の一つともされる。

光源装置６０から出射された光線束は、集光レンズ１７３により、ライトトンネル１７５の入射口に集光される。ライトトンネル１７５では、入射された光線束は均一な強度分布とされる。ライトトンネル１７５の出射口から出射した光線束は、集光レンズ１７８で集光された後、光軸変換ミラー１８１により、左側板１４側に光軸を変換される。

光軸変換ミラー１８１で反射した光線束は、集光レンズ１８３により集光された後、照射ミラー１８５により、コンデンサレンズ１９５を介して表示素子５１に所定の角度で照射される。なお、表示素子５１は、背面板１３側にヒートシンク５９が設けられ、このヒートシンク５９により表示素子５１は冷却される。

光源側光学系１７０により表示素子５１の画像形成面に照射された光源光は、表示素子５１の画像形成面で反射され、投影光として投影側光学系２２０を介してスクリーンに投影される。ここで、投影側光学系２２０は、コンデンサレンズ１９５と、可動レンズ群２３５と、固定レンズ群２２５と、投影レンズ２３０とにより構成されている。固定レンズ群２２５は固定鏡筒に内蔵される。可動レンズ群２３５は可動鏡筒に内蔵され、レンズモータにより移動可能に形成される。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。従って、投影側光学系２２０の可動レンズ群２３５と固定レンズ群２２５からなるレンズ群は、可変焦点型レンズとされる。

このように投影装置１０を構成することで、蛍光板１０１を回転させるとともに励起光照射装置７０及び赤色光源装置１２０から異なるタイミングで光を出射すると、赤色、緑色及び青色の各波長帯域光が導光光学系１４０を介して集光レンズ１７３及びライトトンネル１７５に順次入射され、さらに光源側光学系１７０を介して表示素子５１に入射されるため、投影装置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投影することができる。

次に、図５により、励起光照射装置７０について説明する。励起光照射装置７０には、コリメータレンズ７３を保持するレンズ保持部材７６が設けられている。レンズ保持部材７６には、青色レーザダイオード７１の出射方向側からレンズ押さえ板７７が設けられ、コリメータレンズ７３がレンズ押さえ板７７により押さえられている。レンズ保持部材７６の背面側には、青色レーザダイオード７１を保持するホルダ７５が接合されている。ホルダ７５の背面側には、ヒートシンク８１が接合されている。レンズ保持部材７６、レンズ押さえ板７７、ホルダ７５、ヒートシンク８１は、ボルトにより互いに固定されている。そして、ホルダ７５から突出する平板状のベース部７５ａが投影装置１０の底面板と固定される。

そして、青色レーザダイオード７１及びコリメータレンズ７３は、行及び列をなして配列されている。本実施形態においては、５行８列の合計４０個の青色レーザダイオード７１及びコリメータレンズ７３が設けられている。

ここで、一般にレーザダイオードは、ダイオードの接合面に対する垂直方向と水平方向とで放射角が異なる。このため、図６に示すように、レーザダイオード（青色レーザダイオード７１）から出射される出射光の断面は楕円形状となることが知られている。そして、本実施形態においては、青色レーザダイオード７１からの出射光における断面楕円形状Ｐの長軸方向が、隣り合う青色レーザダイオード７１の出射光における断面楕円形状Ｐの長軸方向と垂直となるように配置して、励起光照射装置７０を形成した。

具体的には、図７（ａ）に示すように半導体発光素子である青色レーザダイオード７１を配置した。ここで、図７（ａ）は、励起光照射装置７０を青色レーザダイオード７１の出射方向側から見た模式図である。図７（ａ）に示すように、例えば、上から２行目、左から７列目の青色レーザダイオード７１であるＬＤ_２７の出射光における断面楕円形状Ｐ_２７の長軸方向は、行方向及び列方向（換言すれば上下左右）に隣り合う青色レーザダイオード７１であるＬＤ_２６，ＬＤ_２８，ＬＤ_１７，ＬＤ_３７の断面楕円形状Ｐ_２６，Ｐ_２８，Ｐ_１７，Ｐ_３７の長軸方向に対して垂直とされている。

そして、青色レーザダイオード７１は、出射光における断面楕円形状Ｐの長軸方向が行又は列の方向に対して９０度になるよう配置されている。例えば、ＬＤ_１７においては、断面楕円形状Ｐ_１７の長軸方向が行方向に対して９０度になるよう配置され、ＬＤ_２７においては、断面楕円形状Ｐ_２７が列方向に対して９０度になるよう配置される。即ち、青色レーザダイオード７１からの出射光における断面楕円形状Ｐの長軸方向は、青色レーザダイオード７１が配列される行方向に対してほぼ平行又は列方向に対してほぼ平行である。

そして、このように配置される励起光照射装置７０から蛍光板１０１に励起光が照射されると、照射スポットＳは、図７（ｂ）に示すように形成される。照射スポットＳは、励起光照射装置７０における青色レーザダイオード７１の配列と同じ配列位置になるように、個々の青色レーザダイオード７１からの出射光が蛍光発光領域１０３に照射され形成される。例えば、上から２行目、左から７列目の青色レーザダイオード７１であるＬＤ_２７（図７（ａ）参照）からの出射光は、照射スポットＳのうち、上から２行目、左から７列目のＳ_２７として同じ配列位置に照射される。

すなわち、集光レンズ７８により励起光照射装置７０の全体像が縮小され、図４（ａ）に示した照射スポットＳに投影され、コリメータレンズ７３により各青色レーザダイオード７１からのレーザ光が平行な光線束とされることにより、各青色レーザダイオード７１からの光が各々蛍光発光領域１０３に照射される。

このようにして、各青色レーザダイオード７１からの出射光は、互いに重ならないようにして照射される。換言すれば、青色レーザダイオード７１からの出射光における断面楕円形状Ｐの外周縁である楕円境界は、隣り合う青色レーザダイオード７１からの出射光における断面楕円形状Ｐの楕円境界と所定の間隔を有している。具体的には、照射スポットＳにおける隣り合う断面楕円形状Ｐの楕円境界同士の所定の間隔は、行方向についてはＴ_１とされ、列方向についてはＴ_２とされている。

なお、コリメータレンズ７３を調整することにより、各青色レーザダイオード７１からの各出射光を完全な平行光の光束ではなく僅かに拡散する光束とする、又は、励起光照射装置７０からの励起光を蛍光発光領域１０３に照射するに際して拡散板を励起光照射装置７０と蛍光板１０１との間に配置して蛍光発光領域１０３に照射する励起光を均一化させるように各青色レーザダイオード７１からの光を透過拡散させることにより、照射スポットＳにおける隣り合う断面楕円形状Ｐの楕円境界同士の所定の間隔を０、すなわち、楕円境界同士が接するように形成することもできる。

このようにして、隣り合う青色レーザダイオード７１からの出射光における断面楕円形状Ｐは、互いに重ならないようにして蛍光発光領域１０３に照射されるため、個々の青色レーザダイオード７１からの出射光は互いに干渉することがなく、蛍光発光領域１０３に照射され、均一な光強度の緑色波長帯域光を蛍光発光領域１０３から発光させることができる。

また、各青色レーザダイオード７１からの出射光が平行に近い光線束であっても、僅かに光束が拡大する場合や、拡散板を介してレーザ光を照射した場合に干渉縞ＬＩＦが発生する場合がある。このような場合、図８に示すように、例えば隣り合う青色レーザダイオード７１からの出射光における断面楕円形状Ｐ_３７，Ｐ_３８に対応する照射スポットＳにおけるＳ_３７，Ｓ_３８の干渉縞ＬＩＦは、各干渉縞ＬＩＦの線分が重なる個所が少なく、各干渉縞ＬＩＦが交差する箇所が多くなる。

一方、仮に青色レーザダイオード７１からの出射光の断面楕円形状Ｐ_３７，Ｐ_３８の長軸方向が同じ向きである場合には、各干渉縞ＬＩＦ同士の線分が重なる箇所が多く発生する。そして、隣り合う青色レーザダイオード７１からの出射光の断面楕円形状Ｐ_３７，Ｐ_３８の長軸方向がなす角度が垂直に近づくほど干渉縞ＬＩＦの線分が重なる箇所は減少し、各干渉縞ＬＩＦが交差する箇所が多くなる。

互いの干渉縞ＬＩＦの線分が重なると、レーザ光に強弱が発生する。レーザ光に強弱が発生すると、レーザ光により励起される緑色波長帯域光の蛍光光にも強弱が発生してしまう。本実施形態においては、隣り合う青色レーザダイオード７１からの出射光の断面楕円形状Ｐ_３７，Ｐ_３８の長軸方向が互いに垂直とされているから、各干渉縞ＬＩＦの線分が重なる箇所を少なくすることができる。隣り合う青色レーザダイオード７１からの出射光の断面楕円形状Ｐ_３７，Ｐ_３８の長軸方向が平行であると、各干渉縞ＬＩＦの線分が重なると強調される。しかし、隣り合う青色レーザダイオード７１からの出射光の断面楕円形状Ｐ_３７，Ｐ_３８の長軸方向が互いに垂直であると、各干渉縞ＬＩＦの線分が重なっても目立たなくなる。

（第２の実施形態）
次に、図９（ａ）、（ｂ）及び図１０に本発明に係る第２の実施形態を示す。なお、以下の説明においては、第１の実施形態と同じ部材等については同じ符号を用いて、その説明を省略する。本実施形態においては、第１の実施形態に換えて、図９（ａ）に示すように、半導体発光素子である青色レーザダイオード７１からの出射光における断面楕円形状Ｐの長軸方向を、青色レーザダイオード７１が励起光照射装置７０に配列される行及び列の方向に対して４５度となるように配置した。

本実施形態においても、隣り合う青色レーザダイオード７１の出射光における断面楕円形状Ｐの長軸方向は互いに垂直となるように配置されている。そして、図９（ｂ）に示すように、照射スポットＳにおいては、青色レーザダイオード７１からの出射光は重ならないように照射されているので、個々の青色レーザダイオード７１からの出射光同士が干渉し合うことはない。このように、隣り合う青色レーザダイオード７１の角度を変えて配置することで、蛍光発光領域１０３に当たるレーザ光同士が重なりにくくなり、蛍光体の発光飽和を防ぐことができる。

また、図１０に示すように、前述と同様に、各青色レーザダイオード７１からの出射光の蛍光発光領域１０３における照射面では、干渉縞ＬＩＦが夫々の青色レーザダイオード７１の出射光に対して発生する場合がある。本実施形態においては、前述の実施形態よりも干渉縞ＬＩＦの線分が重なる部分が若干増える。しかしながら、前述の実施形態よりも、照射スポットＳにおける各青色レーザダイオード７１からの出射光における断面楕円形状Ｐの楕円境界を近づけることができるので、照射スポットＳを小さく形成することができ、蛍光発光領域１０３の幅を細くすることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明に係る第３の実施形態について、図１１及び図１２に基づいて説明する。なお、第１の実施形態と同じ部材等については同じ符号を用いて、その説明は省略する。本実施形態においては、第１の実施形態の蛍光板１０１に換えて、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、拡散透過領域１０５を有する蛍光ホイールとしての蛍光板４０１とし、励起光照射装置７０からの出射光が青色光源ともされる構成とした。なお、拡散透過領域１０５は、透明基材にサンドブラスト等により微細凹凸を形成した拡散板が基材１０２の円弧状の穴部に嵌め込まれて形成される。そして、蛍光発光領域１０３と拡散透過領域１０５は、環状に連続して設けられている。

図１１に示す通り、蛍光板装置１００の蛍光板４０１の背面側には、拡散透過領域１０５を透過した青色波長帯域光を集光する集光レンズ１１５及びこの青色波長帯域光を左側板１４側に反射する反射ミラー１４３を配置した。そして、この反射ミラー１４３により反射された青色波長帯域光は、集光レンズを介して、反射ミラー１４６により背面板１３側に反射される。そして、反射ミラー１４６により反射された青色波長帯域光は、第二ダイクロイックミラー１４７により左側板１４側に反射され、反射ミラー１４９により背面板１３側に反射される。

第１の光源である赤色光源装置１２０は、蛍光板４０１から出射される緑色波長帯域光と光軸が直交する位置であって、右側板１５の近傍に配置される。赤色光源装置１２０から出射される赤色波長帯域光は、第一ダイクロイックミラー１４２及び第二ダイクロイックミラー１４７を透過して、反射ミラー１４９により背面板１３側に反射される。

励起光照射装置７０からの出射光が励起光として蛍光板４０１の蛍光発光領域１０３に照射されることにより蛍光板４０１から出射される緑色波長帯域光は、集光レンズ群１１１を介して第一ダイクロイックミラー１４２により左側板１４側に反射され、第二ダイクロイックミラー１４７を透過して、反射ミラー１４９により背面板１３側に反射される。

反射ミラー１４９により背面板１３側に反射される赤色、緑色、青色の各波長帯域光は、同一の光軸とされて集光レンズ１７３を介してライトトンネル１７５に入射され、光源側光学系１７０により表示素子５１に導光される。このようにして、蛍光板４０１の拡散透過領域１０５を有する蛍光板４０１においても、第１及び第２の実施形態と同様に、青色レーザダイオード７１の出射光における断面楕円形状Ｐの長軸方向が、隣り合う断面楕円形状Ｐの長軸方向と垂直となるように配置することができる。従って、光源装置６０は、励起光の干渉が無く均一な緑色波長帯域光とされ、また、拡散透過する青色波長帯域光も干渉を低減することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は以上の実施形態には限定されず、種々の態様で実施することができる。例えば、励起光照射装置７０には、半導体発光素子として青色レーザダイオード７１を用いたが、他の色を発する他の種類の半導体発光素子とすることもできる。

以上、本発明の実施形態によれば、複数の半導体発光素子とされる青色レーザダイオード７１が励起光照射装置７０に行及び列をなして配列される。そして、青色レーザダイオード７１は、その出射光における断面楕円形状Ｐの長軸方向が、隣り合う青色レーザダイオード７１の出射光における断面楕円形状Ｐの長軸方向と垂直となるように配置される。これにより、励起光照射装置７０は、青色レーザダイオード７１からの出射光が重ならないので、レーザ光同士の干渉を低減させることができる。

また、励起光照射装置７０からの励起光は、蛍光板１０１の蛍光発光領域１０３に個々の青色レーザダイオード７１からの出射光における断面楕円形状の楕円境界同士が所定の間隔を有して、又は、両境界を接するようにして照射され、照射スポットＳが形成される。これにより、照射スポットＳにおける個々のレーザ光の干渉縞ＬＩＦ同士の重なりも低減されているので、均一な光強度のレーザ光により緑色蛍光体が励起されることとなる。従って、均一な光強度の緑色波長帯域の蛍光光が発せられるので、輝度ムラ、色ムラが低減された鮮明な画像光とされる光源光を得ることができる。

また、青色レーザダイオード７１からの出射光における断面楕円形状の長軸方向は、青色レーザダイオード７１が配列される行方向又は列方向に対してほぼ平行となるように配置される。これにより、個々の青色レーザダイオード７１が照射スポットＳの照射面で発生する干渉縞ＬＩＦ同士の重なりは最も低減されるとともに、励起光照射装置７０に青色レーザダイオード７１を配置しやすいものとすることができる。

また、青色レーザダイオード７１からの出射光における断面楕円形状の長軸方向は、青色レーザダイオード７１が配列される行方向及び列方向に対してほぼ４５度となるよう傾斜して配置される。これにより、個々の青色レーザダイオード７１が照射スポットＳの照射面で発生する干渉縞ＬＩＦ同士の重なりが低減されるとともに、照射スポットＳをより小さく形成することもできる。従って、蛍光板１０１の蛍光発光領域１０３を小さく形成することができるので、光源装置６０を小型化することができる。

また、励起光照射装置７０は、半導体発光素子を青色レーザダイオード７１として形成した。これにより、蛍光板１０１の蛍光発光領域１０３に照射する励起光について光強度の強いレーザダイオードを用いることができるので、明るい光源光を得ることができる。

また、蛍光板４０１は、励起光照射装置７０からの出射光を拡散透過させる拡散透過領域１０５を有する。これにより、励起光照射装置７０の青色レーザダイオード７１からの出射光を青色光源とすることもできる。

また、蛍光板４０１は、蛍光発光領域１０３と、拡散透過領域１０５とが連続して環状に設けられるとともに、モータ１１０により回転駆動されるよう形成した。これにより、蛍光板４０１を蛍光ホイールとして形成し、蛍光発光領域１０３の緑色蛍光体層の焼き付きを防止できるとともに、温度消光を低減させることができる。

また、蛍光板装置１００から出射される蛍光光を緑色波長帯域光とし、第１の光源は赤色波長帯域光を発する赤色光源装置１２０とし、第２の光源は青色波長帯域光を発する青色光源装置３００とした。これにより、三色光源を有する光源装置６０について、均一な明るさの光源光を得ることができる。

また、蛍光板装置１００から出射される蛍光光を緑色波長帯域光とし、蛍光板装置１００の拡散透過領域１０５を拡散透過される青色波長帯域光を青色光源とし、第１の光源は赤色波長帯域光を発する赤色光源装置１２０とした。これにより、別途青色光源装置を設ける必要がないので、三色光源を有する光源装置６０を小型に形成することができる。

また、投影装置１０は、励起光照射装置７０を備える光源装置６０と、表示素子５１と、投影側光学系２２０と、投影装置制御手段を備える。これにより、励起光照射装置７０の青色レーザダイオード７１によるレーザ光の干渉を低減してスクリーンに投影される投影光の輝度ムラ、色ムラを低減し、鮮明な画像を投影することができる投影装置１０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］複数の半導体発光素子が行及び列をなして配列され、前記半導体発光素子からの出射光における断面楕円形状の長軸方向が、隣り合う前記半導体発光素子の出射光における断面楕円形状の長軸方向と垂直になるように配置される励起光照射装置を有することを特徴とする光源装置。
［２］前記励起光照射装置からの出射光が励起光とされ、該励起光が蛍光体を有する蛍光発光領域内に照射スポットを形成して照射されることにより、所定波長帯域の蛍光光が出射される蛍光板を有し、
前記照射スポットは、個々の前記半導体発光素子からの出射光における断面楕円形状の楕円境界が隣り合う楕円境界と所定の間隔を有して、又は、両境界を接するように形成されることを特徴とする前記［１］に記載の光源装置。
［３］前記半導体発光素子からの出射光における断面楕円形状の長軸方向は、前記半導体発光素子が配列される行方向に対してほぼ平行又は列方向に対してほぼ平行であ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。
［４］前記半導体発光素子からの出射光における断面楕円形状の長軸方向は、前記半導体発光素子が配列される行方向及び列方向に対してほぼ４５度傾斜してい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］前記半導体発光素子は、レーザダイオードであることを特徴とする前記［１］乃至前記［４］の何れか記載の光源装置。
［６］前記蛍光光及び前記励起光と異なる波長帯域光を発する第１の光源と、
前記蛍光光及び前記第１の光源の光と異なる波長帯域光を発する第２の光源と、
をさらに有することを特徴とする前記［２］乃至前記［５］の何れか記載の光源装置。
［７］前記蛍光板は、前記半導体発光素子からの出射光を拡散透過させる拡散透過領域を有することを特徴とする前記［２］乃至前記［５］の何れか記載の光源装置。
［８］前記蛍光板は、前記蛍光発光領域と前記拡散透過領域とが連続して環状に設けられるとともに、モータにより回転駆動されることを特徴とする前記［７］に記載の光源装置。
［９］前記蛍光光及び前記励起光と異なる波長帯域光を発する第１の光源をさらに有することを特徴とする前記［８］に記載の光源装置。
［１０］前記［６］又は前記［９］に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、
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。

２吸排気孔１０投影装置
１１上面板１２正面板
１３背面板１４左側板
１５右側板２０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４９スピーカ窓
５１表示素子５９ヒートシンク
６０光源装置７０励起光照射装置
７１青色レーザダイオード７３コリメータレンズ
７５ホルダ７５ａベース部
７６レンズ保持部材７７レンズ押さえ板
７８集光レンズ７９集光レンズ
８０緑色光源装置８１ヒートシンク
８５冷却ファン８６冷却ファン
１００蛍光板装置
１０１蛍光板１０２基材
１０３蛍光発光領域１０５拡散透過領域
１１０モータ１１１集光レンズ群
１１２回転軸１１５集光レンズ
１２０赤色光源装置１２１赤色光源
１２５集光レンズ群１３１ヒートシンク
１３５冷却ファン１４０導光光学系
１４１第一ダイクロイックミラー１４２第一ダイクロイックミラー
１４３反射ミラー１４６反射ミラー
１４７第二ダイクロイックミラー１４８第二ダイクロイックミラー
１４９反射ミラー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
１９５コンデンサレンズ
２２０投影側光学系２２５固定レンズ群
２３０投影レンズ２３５可動レンズ群
２４１電源回路ブロック２４２電源基板
３００青色光源装置３０１青色光源
３０５集光レンズ群３１１ヒートシンク
３１５冷却ファン４０１蛍光板

Claims

複数の半導体発光素子が行及び列をなして配列され、前記半導体発光素子からの出射光における断面楕円形状の長軸方向が、隣り合う前記半導体発光素子の出射光における断面楕円形状の長軸方向と垂直になるように配置される励起光照射装置を有し、
前記励起光照射装置から出射された出射光が照射面内に照射される際に形成される照射スポットは、個々の前記半導体発光素子からの出射光における断面楕円形状の楕円境界が隣り合う楕円境界と所定の間隔を有して、又は両境界を接するように形成されることを特徴とする光源装置。
前記出射光が励起光とされ、前記照射面が蛍光体を有する蛍光発光領域とされ、前記励起光が前記蛍光発光領域内に照射スポットを形成して照射されることにより、所定波長帯域の蛍光光が出射される蛍光板を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記半導体発光素子からの出射光における断面楕円形状の長軸方向は、前記半導体発光素子が配列される行方向に対してほぼ平行又は列方向に対してほぼ平行であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
前記半導体発光素子からの出射光における断面楕円形状の長軸方向は、前記半導体発光素子が配列される行方向及び列方向に対してほぼ４５度傾斜していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
前記半導体発光素子は、レーザダイオードであ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。
前記蛍光光及び前記励起光と異なる波長帯域光を発する第１の光源と、
前記蛍光光及び前記第１の光源の光と異なる波長帯域光を発する第２の光源と、
をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
前記蛍光板は、前記半導体発光素子からの出射光を拡散透過させる拡散透過領域を有することを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
前記蛍光板は、前記蛍光発光領域と前記拡散透過領域とが連続して環状に設けられるとともに、モータにより回転駆動されることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
前記蛍光光及び前記励起光と異なる波長帯域光を発する第１の光源をさらに有することを特徴とする請求項２又は請求項６に記載の光源装置。
請求項６又は請求項９に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、
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。