JP6579363B2 - 光学ホイール装置、光源装置及び投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学ホイールを備える光学ホイール装置と、この光学ホイール装置を備え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面、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撮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、発光ダイオードやレーザダイオード、有機ＥＬ、あるいは、蛍光体等を光源として用いる種々のプロジェクタの開発が多々なされている。

例えば、特許文献１には、小型、軽量な光学ホイール装置と、それを用いた投影装置が開示されている。この光学ホイール装置は、光を集光させる集光レンズと光学ホイールを有する。光源から出射された青色波長帯域光は、その集光レンズにより集光され、光学ホイール上に照射される。照射された青色波長帯域光は、光学ホイール上に設けられた光を拡散及び透過させる拡散透過領域を通過し、照射された面の裏側から出射される。そして、光学ホイールを拡散透過した青色波長帯域光は、光学ホイールの裏側に設けられた集光レンズによって集光された後、所定の光路に導光される。

特開２０１５−７７５１号公報

上述の通り、光学ホイールの拡散透過領域を透過して出射される拡散光は、光学ホイールの裏面に配置された集光レンズにより集光される。一方、拡散透過領域からの拡散光は広がって出射される。従って、より多くの拡散光を集光させるには、光学ホイールの背面の集光レンズを光学ホイール（拡散透過領域）に近づける必要がある。しかしながら、光学ホイールは回転するため、光学ホイールと集光レンズとの間は、一定以上のクリアランスを確保することが望ましい。従って、光学ホイールと集光レンズとの間のクリアランスによっては、拡散光が集光レンズに入射されずに漏れ光とされてしまい、光の利用効率が低下する恐れがあった。

本発明は、以上の点に鑑み、光学ホイールで拡散透過させた光の利用効率を向上させた光学ホイール装置、光源装置及び投影装置を提供することを目的とする。

本発明の光学ホイール装置は、励起光が照射されることにより蛍光を発する蛍光体層が形成された蛍光発光領域と、照射された前記励起光を拡散透過させる拡散層が入射側に設けられ、前記拡散層から出射された前記光を集光するレンズ部が出射側に設けられる拡散 透過部材と、が周方向に並設された光学ホイールを含むことを特徴とする。

本発明の光源装置は、上述の光学ホイール装置と、複数の前記半導体発光素子が行及び列をなしてマトリクス状に配置される励起光照射装置と、を備え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、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部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、光学ホイールで拡散透過させた光の利用効率を向上させた光学ホイール装置、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。 本発明の実施形態に係る投影装置の機能回路ブロックを示す図である。 本発明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。 本発明の実施形態に係る光学ホイール装置の一部分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る拡散透過部材の（ａ）正面斜視図、及び（ｂ）裏面斜視図である。 本発明の実施形態に係る光学ホイール装置の（ａ）平面図、及び（ｂ）図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態に係る青色波長帯域光の光路を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について述べる。図１は、本実施形態に係る投影装置１０の外観斜視図である。尚、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、図１に示すように、略直方体形状であって、投影装置１０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を有すると共に、この正面パネル１２には複数の吸気孔１８や排気孔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、複数の吸気孔が形成されている。尚、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。

つぎに、投影装置１０の投影装置制御部について、図２の機能回路ブロック図を用いて述べる。投影装置制御部は、制御部３８（投影装置制御部）、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。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に展開記憶された上でこのビデオ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の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、導光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の反射光で光学像を形成し、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。尚、この投影側光学系の可動レンズ群は、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。

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。

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。

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を駆動して拡声報音させる。

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投影装置本体の電源をＯＦＦにする等の制御も行う。

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、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いる。また、投影装置１０は、制御回路基板２４１の側方、つまり、投影装置１０の筐体の略中央部分に光源装置６０を備えている。さらに、投影装置１０は、光源装置６０と左側パネル１５との間に、光源側光学系１７０や投影側光学系２２０が配置されている。

光源装置６０は、赤色波長帯域光の光源とされる赤色光源装置１２０と、青色波長帯域光の光源であって、励起光源ともされる励起光照射装置７０と、緑色波長帯域光の光源とされる緑色光源装置９０と、を備える。緑色光源装置９０は、励起光照射装置７０と、光学ホイール装置１００とにより構成される。そして、光源装置６０には、赤、緑、青の各色波長帯域光を導光し、出射する導光光学系１４０が配置されている。導光光学系１４０は、各色光源装置から出射される各色波長帯域光をライトトンネル１７５の入射口に集光する。

励起光照射装置７０は、投影装置１０の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。そして、励起光照射装置７０は、左側パネル１５と光軸が平行になるよう配置された複数の半導体発光素子である青色レーザダイオード７１から成る光源群、各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、及び、青色レーザダイオード７１と背面パネル１３との間に配置されたヒートシンク８１等を備える。光源群は、複数の青色レーザダイオード７１が投影装置１０の左右方向に一列に８個が配置されて構成される。

各青色レーザダイオード７１の光軸上には、青色レーザダイオード７１からの出射光を、夫々指向性を高めるように平行光に変換する複数のコリメータレンズ７３が配置されている。これらのコリメータレンズ７３は、単一のレンズを各青色レーザダイオード７１に対応させて配置してもよいし、複数のレンズを一つの部材に含めたレンズアレイとしてもよい。

各青色レーザダイオード７１から出射される各光線束同士は、集光レンズ７８，７９，７６と集光レンズ群１１１により、その軸方向に集光されて光学ホイール装置１００の光学ホイール１０１上の照射領域Ｓ（図６（ａ）参照）に照射される。したがって、光線束の横断面積は、光源側から光学ホイール装置１００側へ向かうに従い漸次縮小される。

また、ヒートシンク８１と背面パネル１３との近傍には冷却ファン２６１が配置されている。この冷却ファン２６１とヒートシンク８１とによって青色レーザダイオード７１は冷却される。

赤色光源装置１２０は、赤色光源１２１と、赤色光源１２１からの出射光を集光する集光レンズ群１２５と、を備える。この赤色光源１２１は、赤色波長帯域の光を発する半導体発光素子である赤色発光ダイオードである。そして、赤色光源装置１２０は、赤色光源装置１２０が出射する赤色波長帯域光の光軸が、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光と光学ホイール１０１から出射される緑色波長帯域光との光軸と交差するように配置されている。さらに、赤色光源装置１２０は、赤色光源１２１の右側パネル１４側に配置されるヒートシンク１３０を備える。そして、ヒートシンク１３０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及びヒートシンク１３０によって赤色光源１２１が冷却される。

緑色光源装置９０を構成する光学ホイール装置１００は、励起光照射装置７０から出射される励起光の光路上であって、正面パネル１２の近傍に配置される。光学ホイール装置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からの出射光の光軸と直交するように配置された光学ホイール１０１と、この光学ホイール１０１を回転駆動するモータ１１０と、励起光照射装置７０から出射される励起光の光線束を光学ホイール１０１に集光するとともに光学ホイール１０１から背面パネル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、光学ホイール１０１から正面パネル１２方向に出射される光線束を集光する集光レンズ１１５と、を備える。本実施形態では、集光レンズ群１１１は、二つの集光レンズ１１２，１１３により構成される。また、モータ１１０の右側パネル１４側には冷却ファン２６１が配置されており、この冷却ファン２６１によって光学ホイール装置１００等が冷却される。

光学ホイール１０１は、図６（ａ）に示すように、照射領域Ｓの範囲に励起光照射装置７０からの出射光が照射される。一方、励起光照射装置７０から出射される光線束は、１行８列の青色レーザダイオード７１から出射された光が、集光レンズ７８等により、集光方向を左右方向（すなわち横方向）として集光される。ここで、集光方向とは、光線束の光軸に光を寄せる方向をいう。一方、照射領域Ｓにおける光学ホイール１０１の径方向も、左右方向（すなわち横方向）とされている。従って、励起光照射装置７０から出射される光線束の集光方向は、照射領域Ｓにおける光学ホイール１０１の径方向と略平行とされている。

また、光学ホイール１０１には、励起光照射装置７０からの出射光を励起光として受けて緑色波長帯域の蛍光光を出射する蛍光発光領域３３５と、励起光照射装置７０からの出射光である励起光を拡散透過する拡散透過領域３３７とが、周方向に並設されている。

光学ホイール１０１の正面ホイール３３０は銅やアルミニウム等の金属により形成されている。正面ホイール３３０の励起光照射装置７０側の表面はミラー加工されている。そして、ミラー加工された表面に緑色蛍光体の層が敷設されている。この緑色蛍光体の層により蛍光発光領域３３５が形成される。

励起光照射装置７０から青色波長帯域光が光学ホイール１０１の蛍光発光領域３３５に照射されると、蛍光発光領域３３５における緑色蛍光体が励起され、緑色蛍光体から全方位に緑色波長帯域光を出射する。蛍光発光された光線束は、光学ホイール１０１の正面側（換言すれば、背面パネル１３側）へ出射され、集光レンズ群１１１に入射する。一方、励起光照射装置７０からの青色波長帯域光は、光学ホイール１０１の拡散透過領域に照射されると、光学ホイール１０１にて拡散透過し、光学ホイール１０１の背面側（換言すれば、正面パネル１２側）に配置された集光レンズ１１５に入射する。

また、図３に示す導光光学系１４０は、赤色、緑色、青色波長帯域の光線束を集光させる集光レンズや、各色波長帯域の光線束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、導光光学系１４０には、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光及び光学ホイール１０１から出射される緑色波長帯域光と、赤色光源装置１２０から出射される赤色波長帯域光とが交差する位置に、第一ダイクロイックミラー１４１が配置されている。この第一ダイクロイックミラー１４１は、青色及び赤色波長帯域光を透過し、緑色波長帯域光を反射する。その反射した緑色波長帯域光は、光軸を左側パネル１５方向に９０度変換される。

また、光学ホイール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そ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。第一反射ミラー１４３における左側パネル１５側には、集光レンズ１４６が配置され、さらにこの集光レンズ１４６の左側パネル１５側には、第二反射ミラー１４５が配置されている。第二反射ミラー１４５の背面パネル１３側には、集光レンズ１４７が配置されている。第二反射ミラー１４５は、集光レンズ１４６を介して入射される青色波長帯域光の光軸を背面パネル１３側に９０度変換する。

また、第一ダイクロイックミラー１４１の左側パネル１５側には、集光レンズ１４９が配置されている。さらに、集光レンズ１４９の左側パネル１５側であって、集光レンズ１４７の背面パネル１３側には、第二ダイクロイックミラー１４８が配置されている。第二ダイクロイックミラー１４８は、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光を反射して背面パネル１３側に９０度光軸を変換し、青色波長帯域光を透過させる。

第一ダイクロイックミラー１４１を透過した赤色波長帯域光の光軸と、この赤色波長帯域光の光軸と一致するように第一ダイクロイックミラー１４１により反射された緑色波長帯域光の光軸は、集光レンズ１４９に入射する。そして、集光レンズ１４９を透過した赤色及び緑色波長帯域光は、第二ダイクロイックミラー１４８により反射され、光源側光学系１７０の集光レンズ１７３を介してライトトンネル１７５の入射口に集光される。一方、集光レンズ１４７を透過した青色波長帯域光は、第二ダイクロイックミラー１４８を透過して、集光レンズ１７３を介してライトトンネル１７５の入射口に集光される。

ライトトンネル１７５の近傍には、ライトトンネル１７５の入射口に光源光を集光する集光レンズ１７３が配置されている。赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光は、集光レンズ１７３により集光され、ライトトンネル１７５に入射される。ライトトンネル１７５に入射された光線束は、ライトトンネル１７５により均一な強度分布の光線束とされる。

ライトトンネル１７５の背面パネル１３側の光軸上には、集光レンズ１７８を介して、光軸変換ミラー１８１が配置されている。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、左側パネル１５側に光軸を変換される。

光源側光学系１７０は、集光レンズ１７３、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により構成されている。なお、コンデンサレンズ１９５は、コンデンサレンズ１９５の背面パネル１３側に配置される表示素子５１から出射された画像光を固定レンズ群２２５及び可動レンズ群２３５に向けて出射するので、投影側光学系２２０の一部ともされている。

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、ＤＭＤとされる表示素子５１は、背面パネル１３側のヒートシンク１９０により冷却される。

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である光線束は、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、可動レンズ群２３５、固定レンズ群２２５により構成されている。可動レンズ群２３５は、レンズモータにより移動可能に形成される。そして、可動レンズ群２３５及び固定レンズ群２２５は、固定鏡筒に内蔵される。よって、可動レンズ群２３５を備える固定鏡筒は、可変焦点型レンズとされ、ズーム調節やフォーカス調節が可能に形成される。

このように投影装置１０を構成することで、光学ホイール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。

つぎに、光学ホイール装置１００の詳細について説明する。図４は、光学ホイール装置１００における光学ホイール１０１の一部分解斜視図である。光学ホイール１０１は、背面ホイール３１０と中間ホイール３２０と正面ホイール３３０が、順に積層され、円板状に形成される。また、背面ホイール３１０と中間ホイール３２０と正面ホイール３３０は、バランスホイール３４０によってモータ１１０のモータ軸３６１に対して固定される。そして、光学ホイール１０１は拡散透過部材３００を有している。

背面ホイール３１０は略円板状に形成される。背面ホイール３１０は、円形の貫通孔である取付孔部３１１と、二つの背面切欠き部３１２，３１３を有する。取付孔部３１１は、背面ホイール３１０の中央に設けられている。この取付孔部３１１がモータ軸３６１に取り付けられる。背面切欠き部３１２，３１３は、背面ホイール３１０の外周を含んで円弧状に切り欠かれて形成されている。

中間ホイール３２０は略円板状に形成される。中間ホイール３２０は、背面ホイール３１０の正面側に配置される。中間ホイール３２０は、円形の貫通孔である取付孔部３２１と中間切欠き部３２２を有する。取付孔部３２１は、中間ホイール３２０の中央に設けられている。この取付孔部３２１がモータ軸３６１に取り付けられる。中間切欠き部３２２は、中間ホイール３２０の外周を含んで略円弧状に切り欠かれて形成されている。中間切欠き部３２２は、背面ホイール３１０の背面切欠き部３１２，３１３よりも大きく形成されている。中間切欠き部３２２は、円弧状の両端が尖状に形成されている。さらに、中間ホイール３２０は、その外周部から中間切欠き部３２２側に向けて尖状に突出される２箇所の鋭端部３２４ａ，３２４ｂが形成されている。

正面ホイール３３０は略円板状に形成される。正面ホイール３３０は、中間ホイール３２０の正面側に配置される。正面ホイール３３０は、円形の貫通孔である取付孔部３３１、正面切欠き部３３２、開口部３３３を有する。取付孔部３３１は、正面ホイール３３０の中央に設けられている。この取付孔部３３１がモータ軸３６１に取り付けられる。

正面切欠き部３３２は、正面ホイール３３０の外周を含んで円弧状に切り欠かれて形成されている。正面切欠き部３３２は、背面切欠き部３１２，３１３とほぼ同形状とされている。この正面切欠き部３３２により、拡散透過領域３３７が規定される。そして、正面ホイール３３０の正面側の表面上には、蛍光発光領域３３５が正面切欠き部３３２と周方向に並設される。換言すれば、蛍光発光領域３３５は、正面切欠き部３３２を備える正面ホイール３３０に合わせて、略Ｃ環状に形成されている。開口部３３３は、円弧状の貫通孔として形成されている。

バランスホイール３４０は略円板状に形成される。バランスホイール３４０は、正面ホイール３３０の正面側に配置される。バランスホイール３４０は、円形の貫通孔である取付孔部３４１を有する。取付孔部３４１は、バランスホイール３４０の中央に設けられる。取付孔部３４１がモータ軸３６１に固定されて、背面ホイール３１０、中間ホイール３２０及び正面ホイール３３０がモータ１１０に取り付けられる。

拡散透過部材３００は、図５（ａ），（ｂ）に示すように、平面視略円弧形状に形成されている。拡散透過部材３００は、拡散層３０１ａを有する平板部３０１とレンズ部３０２とにより形成される。拡散透過部材３００は、ガラスや樹脂等の適宜の材料で形成される。

平板部３０１は、平面視の形状が光学ホイール１０１の中心を原点とする周方向を長手方向とした円弧状に形成される。平板部３０１の厚さは、中間ホイール３２０の厚さと略同一に形成される。平板部３０１の両端部は、尖状とされる周端側平板保持部３０３ａ，３０３ｂが形成されている。

平板部３０１の正面側の表面には、サンドブラスト等により微細な凹凸を有した拡散層３０１ａが形成される。拡散層３０１ａは表面側の全面に亘って設けてもよいし、その一部の面に設けてもよい。そして、図４に示す正面ホイール３３０の正面切欠き部３３２から露出する平板部３０１の部分により、拡散透過領域３３７が形成される。

平板部３０１の背面側には、レンズ部３０２が設けられる。レンズ部３０２は、平板部３０１の周方向に沿って（換言すれば、光学ホイール１０１の外周に沿って）、平面視において円弧形状とされている。そして、レンズ部３０２は、凸型のシリンドリカルレンズ状に形成される。すなわち、図６（ｂ）及び図７に示すように、レンズ部３０２の平面視円弧状の径方向における断面（すなわち径方向断面）の縁３０７は、レンズ部３０２（拡散透過部材３００）の出射側に向けて凸とする円弧形状に形成される。そして、図５（ｂ）に示すように、レンズ部３０２は、レンズ部３０２の平面視における周方向に亘って、同一の径方向断面形状とされている。また、レンズ部３０２は、平板部３０１の外周寄りに配置されている。従って、レンズ部３０２の内側には、内側平板保持部３０４が形成されている。

なお、レンズ部３０２は、この円弧形状に限らず、径方向断面の出射側に、径方向に集光効果を有した凹型のシリンドリカルレンズ状のレンズ部や、フレネルレンズ等の非球面レンズや他の球面レンズの断面形状を備えるようにしてもよい。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、拡散透過部材３００は、中間ホイール３２０の中間切欠き部３２２に配置される。このとき、拡散透過部材３００の周端側平板保持部３０３ａ，３０３ｂの外側縁が鋭端部３２４ａ，３２４ｂの内側縁と当接することにより、拡散透過部材３００の遠心方向の移動が規制される。

そして、正面ホイール３３０及び背面ホイール３１０は、それぞれ拡散透過部材３００が露出されるように、拡散透過部材３００に合わせて正面切欠き部３３２及び背面切欠き部３１２は配置される。このとき、正面ホイール３３０と背面ホイール３１０により拡散透過部材３００の内側平板保持部３０４が挟持される。このようにして、拡散透過部材３００は、光学ホイール１０１に設けられる。

次に、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光が拡散透過部材３００を透過する様子を図７に基づいて説明する。図７は、青色波長帯域光の光線束ＬＤの光路を示す光学ホイール装置１００の模式図である。

励起光照射装置７０の青色レーザダイオード７１から出射されて集光方向が横方向とされる光線束ＬＤは、集光レンズ１１３に入射する。その後、光線束ＬＤは、光線束ＬＤの光軸方向に屈折して集光レンズ１１３から出射される。集光レンズ１１３から出射された光線束ＬＤは、照射領域Ｓで拡散透過部材３００の拡散層３０１ａに照射される。照射領域Ｓで拡散層３０１ａに照射された光線束ＬＤは、拡散層３０１ａにより拡散される。

拡散層３０１ａにより拡散された光線束ＬＤは、レンズ部３０２により横方向に集光されて、レンズ部３０２の表面とされる出光面から出射される。レンズ部３０２から出射された光線束ＬＤは、集光レンズ１１５に入射される。

このように、本実施形態では、拡散透過部材３００の入射側に拡散層３０１ａを設けて、出射側にレンズ部３０２を設けた。従って、拡散層３０１ａにより光線束ＬＤが拡散されて、光線束ＬＤの光軸に対して外方に離れる方向に拡散される拡散光に対しても、レンズ部３０２により光線束ＬＤの光軸側に寄せることができる。よって、拡散層３０１ａで拡散された光線束ＬＤの拡散光の漏れ光の発生が低減される。

そして、左右方向一列に並べて配置される８個の青色レーザダイオード７１から出射されて集光方向を横方向とされた青色波長帯域光の光線束は、拡散層３０１ａにより横方向に広がる。従って、照射領域Ｓは、照射領域Ｓにおける光学ホイール１０１の径方向が横方向となるよう配置することで、照射領域Ｓにおける径方向断面が円弧形状とされるレンズ部３０２により、効率よく漏れ光を低減させることができる。

つぎに、本実施形態の変形例について説明する。本実施形態においては、複数の青色レーザダイオード７１は、投影装置１０の左右方向に一列に配置したが、例えば、上下方向に一列に配置してもよい。このような場合、複数の青色レーザダイオード７１からの出射光は、複数の集光レンズにより、集光方向が上下方向とされる。そして、光学ホイール１０１の拡散層３０１ａ透過後の光線束は、上下方向に広がる。よって、照射領域Ｓは、照射領域Ｓにおける光学ホイール１０１の径方向が上下方向となるように、光学ホイール１０１の上部又は下部に配置する。これにより、照射領域Ｓにおけるレンズ部３０２の径方向断面が円弧形状となる。

また、光源群を構成する青色レーザダイオード７１は、一列に配置することに限らず、マトリクス状に複数行及び複数列に配置させてもよい。この場合も、光学ホイール１０１に入射する光線束の集光方向と、光学ホイール１０１の径方向とが、照射領域Ｓにおいて略平行となるように、適宜の位置に光学ホイール装置１００を配置させる。こうすることで、より多くの青色レーザダイオード７１を青色光源及び励起光源として使用しつつ、拡散層３０１ａを透過した青色波長帯域光を集光することができる。

また、本実施形態では、複数の青色レーザダイオード７１から出射された青色波長帯域光は、複数の集光レンズ７８，７９，７６，１１２，１１３によって集光された後、光学ホイール１０１に照射されているが、複数の青色レーザダイオード７１から出射される各青色波長帯域光を、夫々複数の反射部材により反射させた後に、集光レンズ７８，７９，７６，１１２，１１３に入射させてもよい。なお、複数の青色レーザダイオード７１と光学ホイール１０１の間には、各青色波長帯域光を集光するための集光レンズを適宜の数設けることができる。このような配置とすることで、複数の青色レーザダイオード７１を様々な方向や位置に配置させつつ、光学ホイール１０１を透過後の光の利用効率を向上させることができる。

以上、本実施形態によると、光学ホイール１０１は拡散透過部材３００を備える。拡散透過部材３００は、入射側に光を拡散透過させる拡散層３０１ａが設けられ、出射側に拡散層３０１ａから出射された光を集光するレンズ部３０２が設けられる。これにより、拡散層３０１ａからの出射光がレンズ部３０２により集光されるので、拡散光の漏れ光を低減させて、光の利用効率を向上させることができる。

また、レンズ部３０２は、光学ホイール１０１の周方向に渡って同一の径方向断面となるよう形成した。これにより、光学ホイール１０１の外周形状に倣ったレンズ部３０２とすることができるので、光学ホイール１０１に装着し易い構造の拡散透過部材３００とすることができる。さらに、レンズ部３０２の周囲に、光学ホイール１０１に固定するための平板状の部分を形成することができるので、拡散透過部材３００はレンズ部３０２と干渉させずに光学ホイール１０１に固定させることができる。

また、レンズ部３０２は、径方向断面が円弧形状となるよう形成した。これにより、レンズ部３０２を凸型のシリンドリカル状とすることができるので、拡散層３０１ａにより拡散された光を効率よく、光線束ＬＤの光軸側に寄せることができる。

また、複数の半導体発光素子である青色レーザダイオード７１から出射された光線束の集光方向は、照射領域Ｓにおける光学ホイール１０１の径方向と平行となるように形成した。これにより、光線束の広がりの方向に対して、レンズ部３０２が効率よく集光できるように照射領域Ｓを配置することができる。

また、複数の半導体発光素子である青色レーザダイオード７１から出射された光線束の集光方向及び照射領域Ｓにおける光学ホイール１０１の径方向は、横方向又は上下方向とすることができる。これにより、横方向又は上下方向に長く青色レーザダイオード７１が配列された光源に対して、拡散層３０１ａを透過した拡散光の漏れ光を低減させることができる。

また、光源装置６０は、青色レーザダイオード７１が行及び列をなしてマトリクス状に配置される励起光照射装置７０を備える。これにより、高輝度で省エネルギーのレーザダイオード等の半導体発光素子を用いた光源装置６０を得ることができる。

また、励起光照射装置７０は、複数の青色レーザダイオード７１を１行で配置される。これにより、拡散層３０１ａにより拡散しつつ、レンズ部３０２により効率よく光線束ＬＤの光軸に寄せることができるので、拡散層３０１ａからの拡散光の漏れ光を低減させて光の利用効率を向上させた光源装置６０を得ることができる。

また、光源装置６０の光学ホイール装置１００は、励起光照射装置７０の出射光を励起光として緑色波長帯域の蛍光光を発する蛍光発光領域３３５を備える。さらに、光源装置６０は、半導体発光素子とされる赤色発光ダイオードからなる赤色光源装置１２０を備える。従って、励起光照射装置７０からの青色波長帯域光を青色光源とすることができるので、青色光源の光の利用効率を向上させた三色光源を備えた光源装置６０を提供することができる。

また、投影装置１０は、光源装置６０と、表示素子５１と、投影側光学系２２０と、投影装置制御部とにより構成した。これにより、光の利用効率を向上させた光源装置６０を備える投影装置を提供することができる。

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とに含まれる。

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］光学ホイールは、拡散透過部材を備え、
前記拡散透過部材は、光を拡散透過させる拡散層が入射側に設けられ、前記拡散層から出射された前記光を集光するレンズ部が出射側に設けられることを特徴とする光学ホイール装置。
［２］前記レンズ部は、前記光学ホイールの周方向に亘って同一の径方向断面とされることを特徴とする前記［１］に記載の光学ホイール装置。
［３］前記レンズ部は、径方向断面が円弧形状であることを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の光学ホイール装置。
［４］前記光は、複数の半導体発光素子から出射される光線束であり、
前記光線束の集光方向は、前記光線束が前記光学ホイールに照射される照射領域における前記光学ホイールの径方向と平行となることを特徴とする前記［１］乃至前記［３］の何れか記載の光学ホイール装置。
［５］前記光線束の集光方向及び前記光線束が前記光学ホイールに照射される照射領域における前記光学ホイールの径方向は横方向又は上下方向であることを特徴とする前記［４］に記載の光学ホイール装置。
［６］前記［１］乃至前記［５］の何れか記載の光学ホイール装置と、
複数の半導体発光素子が行及び列をなしてマトリクス状に配置される励起光照射装置と、
を備えることを特徴とする光源装置。
［７］前記励起光照射装置は、前記複数の半導体発光素子が１行に配置されることを特徴とする前記［６］に記載の光源装置。
［８］前記励起光照射装置は、青色波長帯域光を発する青色レーザダイオードを含み、
前記光学ホイール装置は、前記拡散透過部材と周方向に並設される蛍光発光領域から緑色波長帯域光の蛍光光が出射されるとともに、
赤色波長帯域光を発する半導体発光素子からなる赤色光源装置と、
を有することを特徴とする前記［６］又は前記［７］に記載の光源装置。
［９］前記［６］乃至前記［８］の何れか記載の光源装置と、
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部と、
を有することを特徴とする投影装置。

１０ 投影装置 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 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
７６，７８，７９ 集光レンズ ８１ ヒートシンク
９０ 緑色光源装置 １００ 光学ホイール装置
１０１ 光学ホイール １１０ モータ
１１１ 集光レンズ群 １１２，１１３，１１５ 集光レンズ
１２０ 赤色光源装置 １２１ 赤色光源
１２５ 集光レンズ群 １３０ ヒートシンク
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
１４６，１４７ 集光レンズ １４８ 第二ダイクロイックミラー
１４９ 集光レンズ 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 拡散透過部材 ３０１ 平板部
３０１ａ 拡散層 ３０２ レンズ部
３０３ａ 周端側平板保持部 ３０３ｂ 周端側平板保持部
３０４ 内側平板保持部 ３０７ 縁
３１０ 背面ホイール ３１１ 取付孔部
３１２ 背面切欠き部 ３１３ 背面切欠き部
３１６ 背面ホイール外周縁
３２０ 中間ホイール ３２１ 取付孔部
３２２ 中間切欠き部 ３２４ａ 鋭端部
３２４ｂ 鋭端部 ３２６ 中間ホイール外周縁
３３０ 正面ホイール ３３１ 取付孔部
３３２ 正面切欠き部 ３３３ 開口部
３３５ 蛍光発光領域 ３３６ 正面ホイール外周縁
３３７ 拡散透過領域
３４０ バランスホイール ３４１ 取付孔部
３６１ モータ軸

Claims (9)

1. 励起光が照射されることにより蛍光を発する蛍光体層が形成された蛍光発光領域と、照 射された前記励起光を拡散透過させる拡散層が入射側に設けられ、前記拡散層から出射された前記光を集光するレンズ部が出射側に設けられる拡散透過部材と、が周方向に並設された光学ホイールを含むことを特徴とする光学ホイール装置。
2. 前記レンズ部は、前記光学ホイールの周方向に亘って同一の径方向断面とされることを特徴とする請求項１に記載の光学ホイール装置。
3. 前記レンズ部は、径方向断面が円弧形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学ホイール装置。
4. 前記光は、複数の半導体発光素子から出射される光線束であり、
   前記光線束の集光方向は、前記光線束が前記光学ホイールに照射される照射領域における前記光学ホイールの径方向と平行となることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか記載の光学ホイール装置。
5. 前記光線束の集光方向及び前記光線束が前記光学ホイールに照射される照射領域における前記光学ホイールの径方向は横方向又は上下方向であることを特徴とする請求項４に記載の光学ホイール装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか記載の光学ホイール装置と、
   複数の半導体発光素子が行及び列をなしてマトリクス状に配置される励起光照射装置と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
7. 前記励起光照射装置は、前記複数の半導体発光素子が１行に配置されることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 前記励起光照射装置は、青色波長帯域光を発する青色レーザダイオードを含み、
   前記光学ホイール装置は、前記拡散透過部材と周方向に並設される前記蛍光発光領域から緑色波長帯域光の蛍光光が出射されるとともに、
   赤色波長帯域光を発する半導体発光素子からなる赤色光源装置と、
   を有することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の光源装置。
9. 請求項６乃至請求項８の何れか記載の光源装置と、
   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部と、
   を有することを特徴とする投影装置。
   

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