JP6663629B2

JP6663629B2 - 投影装置

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Publication number: JP6663629B2
Application number: JP2013264119A
Authority: JP
Inventors: 山本　協; 協山本
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: JP2015121597A

Description

本発明は、レーザーダイオードを含む光源を有する投影装置に関するものである。

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データプロジェクタが多用されている。このような投影装置には、光源から射出された光が照射されることにより投影画像光を射出するＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）と呼ばれる多数の微小鏡面（マイクロミラー）を平面に配列した表示素子が利用されている。そして、このＤＭＤが利用される投影装置においては、明るい場所でも鮮明な投影光を得られるように、高輝度な光源としてレーザーダイオード（ＬＤ）を含む光源装置を有する投影装置が開発されている。

そして本件出願人は、特許文献１に示すように、青色を発光するレーザー発光器が光源として利用されている投影装置であるプロジェクタであって、青色レーザー発光器により発光される青色波長帯域光が、他の波長帯域光とともに、種々の光学機器を介して表示素子であるＤＭＤの画像形成面に照射する投影装置を提案、実施している。

特許文献１で開示されるプロジェクタにおいては、合計２４個の青色レーザー発光器である青色レーザーダイオードがプロジェクタの上下方向に３個、前後方向に８個として３行８列のマトリクス状に配列されている。この青色レーザー発光器は、レーザー光の光軸を背面パネルと平行とするようにしてプロジェクタの内部の右側から左側方向に光を射出し、このレーザー光を反射ミラーにより９０度光軸を変換させて正面パネル側に射出させている。

この反射ミラーは、縦に配置された３個のレーザー発光器からのレーザー光を１枚の反射ミラーで反射するように縦方向に長い矩形の反射ミラーを８枚用い、８枚の反射ミラーを前後方向に階段状に配置することにより、上下方向に対して前後方向が２倍以上とされていた各レーザー発光器からの光を正面パネル側に反射させたとき、上下方向に対し上下方向よりも僅かに広い左右方向の幅として２４本のレーザー光を密集させるようにしている。

ここで、一般にレーザーダイオードは、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、レーザーダイオードから射出される射出光の断面は楕円形となることが知られている。この断面楕円形となる射出光の集合として形成される光源からの光線束は、レンズ、蛍光ホイールの蛍光体、ミラー、ライトトンネル等を介してＤＭＤに到達し照射される。この光線束は、これらの光学機器を介しても、各レーザーダイオードの射出光の断面楕円形の形状及び光軸の回転方向の向きは、そのまま維持されている。

また、特許文献１に開示される光源は、長方形の長辺が縦方向となるように配置した反射ミラーで、青色レーザーダイオードの射出光を反射している。よって、反射ミラーの幅を広げないようにダイオードから射出されるレーザー光は、縦長の楕円形となるようにレーザーダイオードの取り付けが行われて、光源からの光線束がＤＭＤに到達して照射される光線束は、断面楕円形の長軸を縦向きにして揃えられた光の集合として形成されている。

一方で、表示素子であるＤＭＤの画像形成面は、画像の画素数に対応した多数のマイクロミラーが横長矩形に配置されている。そして、このマイクロミラーが配置される画像形成面は、画像のアスペクト比に合わせて投影画像光が横長矩形の長方形となるように、長辺を投影装置に対して横向きにして配置されている。

特開２０１３−８００５５号公報

特許文献１に開示される従来技術においては、長辺を横向きに配置されたＤＭＤの画像形成面に、長軸を縦向きにして揃えられた断面楕円形である光源からの光線束が照射されているので、両者の長軸方向が異なるものとなっている。すると、ＤＭＤの画像形成面での照射光の強度にバラつきが生じ、ＤＭＤの画像形成面でのエネルギー効率が悪くなる。この結果、投影画像の色ムラが発生する原因となっていた。

本発明の投影装置は、射出光が断面楕円形のレーザーダイオードが複数設けられた光源と、複数の前記レーザーダイオードが固定されるホルダーと、前記光源からの光線束が長方形に形成された画像形成面に照射される表示素子と、蛍光発光領域を含む蛍光ホイールと、複数の前記レーザーダイオードから前記蛍光ホイールまでの光路上に配置され、複数の前記レーザーダイオードからの射出光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーが固定される部材と、を有し、前記ホルダーに固定された前記複数のレーザーダイオードすべての射出光の断面楕円形の長軸方向は同一方向であり、前記レーザーダイオードの射出光は、射出光の断面楕円形における長軸が、前記表示素子の長方形に対応した前記蛍光発光領域上の長方形状の有効範囲の長辺と略平行となるように前記蛍光発光領域に入射され、前記部材と前記ホルダーとが筺体の上面からみて重なり合うように、前記部材と前記ホルダーとが配置されることを特徴とする。

本発明によれば、ＤＭＤの画像形成面の長軸方向と、断面楕円形状であるレーザーダイオードが射出する射出光の長軸方向とを合致させることができる。よって、投影画像の色ムラの発生がない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ブロック図である。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投影装置の内部構造の一部を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る投影装置のレーザーダイオードと反射ミラーの配置を斜視した模式図である。本発明の実施形態に係る投影装置のレーザーダイオードの射出光を示す模式図である。本発明の実施形態に係る投影装置の表示素子を示す図であり、（ａ）は表示素子の画像形成面を示す平面模式図であり、（ｂ）は表示素子の画像形成面の一部を示す拡大平面模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図１〜図６に基づいて説明する。
図１は、投影装置１０の外観斜視図である。なお、本実施例において、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、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を有するとともに、この正面パネル１２には複数の吸気孔１８が形成されている。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。

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１８が形成されている。なお、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。

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。

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、光源ユニット６０から射出された光線束、即ち光源ユニット６０の光源側光学系により所定の一面に集光された光線束を導光光学系を介して表示素子５１の画像形成面５１ａ（図７参照）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、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。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なう。

そして、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。

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を制御している。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源光が光源ユニット６０から射出されるように、光源ユニット６０の励起光照射装置、赤色光源装置及び青色光源装置の発光を個別に制御する。

また、制御部３８は、冷却ファン駆動制御回路４３に光源ユニット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。

次に、この投影装置１０の内部構造について図３及び図４に基づいて述べる。図３は、投影装置１０の内部構造を示す平面模式図である。図４は投影装置１０の光源ユニット６０である青色光源装置７０、蛍光ホイール装置１００、赤色光源装置１２０等や、光学系ユニット１６０である照明側ブロック１６１、画像生成ブロック１６５、投影側ブロック１６８の配置を示す斜視図である。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なる。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筐体の略中央部分に光源ユニット６０を備えている。さらに、投影装置１０は、光源ユニット６０と左側パネル１５との間に、画像生成ブロック１６５や投影側ブロック１６８等で形成される光学系ユニット１６０を備えている。

光源ユニット６０は、投影装置１０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近傍に配置される青色光源装置７０と、この青色光源装置７０から射出される光線束の光軸上であって正面パネル１２の近傍に配置される蛍光ホイール装置１００と、青色光源装置７０と蛍光ホイール装置１００との間に配置される赤色光源装置１２０と、蛍光ホイール装置１００からの射出光や赤色光源装置１２０からの射出光の光軸が同一の光軸となるように変換して、各色光を所定の一面であるライトトンネル１７５の入射口に集光する光源側光学系１４０と、を備える。

青色光源装置７０は、図５に示すような青色レーザーダイオード７１からの射出光が投影装置１０筺体の上面から下面に向けて射出される。複数の青色レーザーダイオード７１は、図５に示すように、合計２４個が３行８列をなすように配置されている。そして、各青色レーザーダイオード７１の各列に対面して反射ミラー７５が配置されている。複数の反射ミラー７５は、図示しない階段状の板状の部材に固定されている。図３及び図４において、ホルダー８３の裏面側には、青色レーザーダイオード７１が固定されている。

よって、図３及び図４においては、図５に示す複数の青色レーザーダイオード７１がホルダー８３に固定され、反射ミラー７５がホルダー８３と反対側の例えばアルミニウムを含む階段状の板状の部材に固定されている。この際、反射ミラー７５が固定される階段状の板状の部材は、ホルダー８３と重なり合うようにレーザーダイオード７１の下方に配置されることとなる。そして、階段状の板状の部材は、蛍光ホイール装置１００側に向かうに従って、投影装置１０筐体の下面側に近づくように傾斜して配置される。従って、青色レーザーダイオード７１と反射ミラー７５との距離は蛍光ホイール装置１００側に向かうに従って徐々に長くなっている。そして、この左右方向に長い矩形とされ、前後方向に８枚が配置された反射ミラー７５により、各青色レーザーダイオード７１からの射出光の光軸が正面パネル１２方向に９０度変換される。

図３及び図４に示すように、ホルダー８３の上面は、ヒートパイプ８１と連結されている。そして、このヒートパイプ８１は、冷却フィン８２と連結されている。冷却フィン８２と背面パネル１３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と冷却フィン８２とによってヒートパイプ８１内の作動液が冷却される。ヒートパイプ８１は、例えば、液体還流用のウィックを毛細管構造として形成し、中央に蒸気通路管を設け、作動液として純水、パーフルオロカーボン等を使用し、内部を真空としたパイプを利用することができる。

緑色光源装置８０における蛍光ホイール装置１００は、正面パネル１２と平行となるように、つまり、青色光源装置７０からの射出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、青色光源装置７０から射出される光線束を蛍光ホイール１０１に集光するとともに蛍光ホイール１０１から背面パネル１３方向に射出される光線束を集光する集光レンズ群１０７と、蛍光ホイール１０１から正面パネル１２方向に射出される光線束を集光する集光レンズ１１５と、を備える。

蛍光ホイール１０１は、青色光源装置７０からの射出光を励起光として受けて緑色波長帯域の蛍光発光光を射出する緑色蛍光発光領域と、青色光源装置７０からの射出光を拡散透過する拡散透過領域と、が周方向に並設されている。また、緑色蛍光発光領域における蛍光ホイール１０１の背面パネル１３側の表面は、銀蒸着等によってミラー加工されており、このミラー加工された表面に帯状の緑色蛍光体層が敷設されている。さらに、拡散透過領域における蛍光ホイール１０１の表面は、サンドブラスト等によって微細凹凸が形成されている。

そして、蛍光ホイール１０１の緑色蛍光体層に照射された青色光源装置７０からの射出光は、緑色蛍光体層における蛍光発光体である緑色蛍光体を励起し、緑色蛍光体から全方位に蛍光発光された光は、直接背面パネル１３側へ、あるいは、蛍光ホイール１０１の表面で反射した後に背面パネル１３側へ射出され、集光レンズ群に入射する。また、蛍光ホイール１０１の拡散透過領域に照射された青色光源装置７０からの射出光は、微細凹凸によって拡散された拡散透過光として集光レンズに入射する。なお、ホイールモータ１１０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によって蛍光ホイール１０１が冷却される。

赤色光源装置１２０は、正面パネル１２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からの射出光を集光する集光レンズ群１２５と、を備える単色発光装置である。この赤色光源１２１は、赤色波長帯域の光を発する赤色発光ダイオードである。そして、この赤色光源装置１２０は、青色光源装置７０からの射出光及び蛍光ホイール１０１から射出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。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によって赤色光源１２１が冷却される。

そして、光源側光学系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、青色光源装置７０から射出される青色波長帯域光及び蛍光ホイール１０１から射出される緑色波長帯域光と、赤色光源装置１２０から射出される赤色波長帯域光とが交差する位置に、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してこの緑色光の光軸を左側パネル１５方向に９０度変換する第一ダイクロイックミラー１４１が配置されている。

また、蛍光ホイール１０１を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この青色光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。さらに、第一反射ミラー１４３で反射した青色波長帯域光の光軸上であって光学系ユニット１６０の近傍には、この青色光の光軸を背面パネル１３方向に９０度変換する第二反射ミラー１４５が配置されている。

また、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及びこ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と、第二反射ミラー１４５で反射した青色波長帯域光の光軸とが交差する位置には、青色波長帯域光を透過し、赤色及び緑色波長帯域光を反射してこれら赤色及び緑色光の光軸を背面パネル１３方向に９０度変換する第二ダイクロイックミラー１４８が配置されている。そして、ダイクロイックミラーや反射ミラーの間には、夫々集光レンズが配置されている。さらに、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。

光学系ユニット１６０は、青色光源装置７０の左側方に位置する照明側ブロック１６１と、背面パネル１３と左側パネル１５とが交差する位置の近傍に位置する画像生成ブロック１６５と、光源側光学系１４０と左側パネル１５との間に位置する投影側ブロック１６８と、の３つのブロックによって略コの字状に構成されている。

この照明側ブロック１６１は、光源ユニット６０から射出された光源光を画像生成ブロック１６５が備える表示素子５１に導光する導光光学系１７０の一部を備えている。この照明側ブロック１６１が有する導光光学系１７０としては、光源ユニット６０から射出された光線束を均一な強度分布の光束とするライトトンネル１７５や、ライトトンネル１７５から射出された光を集光する集光レンズ１７８、ライトトンネル１７５から射出された光線束の光軸を画像生成ブロック１６５方向に変換する光軸変換ミラー１８１等を内蔵している。

画像生成ブロック１６５は、導光光学系１７０として、光軸変換ミラー１８１で反射した光源光を表示素子５１に集光させる集光レンズ１８３と、この集光レンズ１８３を透過した光線束を表示素子５１に向けて照射する照射ミラー１８５と、を内蔵している。さらに、画像生成ブロック１６５は、表示素子５１とするＤＭＤを内蔵し、この表示素子５１と背面パネル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１９０が配置されて、このヒートシンク１９０によって表示素子５１が冷却される。また、表示素子５１の正面近傍には、投影側光学系２２０としてのコンデンサレンズ１９５が配置されている。なお、表示素子５１は、図７に示すように、その画像形成面５１ａを長方形に形成され、長辺５１ａが左右方向になるように配置される。

図３及び図４に示すように、投影側ブロック１６８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投影側光学系２２０のレンズ群を内蔵している。この投影側光学系２２０としては、固定鏡筒に内蔵する固定レンズ群２２５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。

次に、図５に基づいて、青色光源装置７０における青色レーザーダイオード７１及び反射ミラー７５の配置について説明する。なお、図５においては、紙面に対して左側が投影装置１０の上面側となる。

青色レーザーダイオード７１は、ホルダー８３（図４参照）に対して、３行８列（合計２４個）のマトリクス状に配列されるように固定されている。各青色レーザーダイオード７１の光軸上には、図示しないが、各青色レーザーダイオード７１からの射出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が配置されている。そして、反射ミラー７５は、複数の青色レーザーダイオード７１の各列に対面して設けられている。

短冊状の長方形に形成される反射ミラー７５は、反射ミラー７５の長辺が各青色レーザーダイオードの列に沿うように投影装置１０の左右方向に向けて配置されている。そして、３個の青色レーザーダイオード７１がなす行に対面して配置される反射ミラー７５は、青色光源装置７０からの射出光が射出される方向（紙面に対して下向きの方向である正面パネル１２側）に向かって、合計８枚が拡開するようにして階段状に配置されている。これらの反射ミラー７５は、図示しないが、板状に形成された階段状の板状の部材に固定されている。各青色レーザーダイオード７１から射出された光は、各列の光線束の断面積を一方向に縮小して隙間なく形成されるようにして、青色光源装置７０の射出方向に設けられている図示しない集光レンズに射出される。

ここで、複数の青色レーザーダイオード７１の各青色レーザーダイオード７１は互いに平行に配置される。そして、青色レーザーダイオード７１は、一般的には図６に示すように、その射出光の断面は楕円形Ｐのように形成される。よって、各々の青色レーザーダイオード７１は、射出光の楕円形Ｐの長軸が長方形に形成される反射ミラー７５の長辺と略平行となり、かつ、射出光、すなわち楕円形Ｐが反射ミラー７５に収まるように揃えられて配置される。すると、各列の青色レーザーダイオード７１から射出された光線束は、反射ミラー７５の反射面内に収まり、無駄なく反射されることとなる。このようにして、すべての青色レーザーダイオード７１及び反射ミラー７５が配置されるので、青色光源装置７０から射出される光線束は、射出光の楕円形における長軸が、図３における平面と平行となる向きである投影装置１０の左右方向（換言すれば、投影装置１０に対して横向きに）に揃えられて射出される。

楕円形の向きが投影装置１０に対して横向きに揃えられた青色光源装置７０から射出された光線束は、光軸に対する回転方向の位置が維持されたまま（換言すれば、射出光の断面楕円形の向きが維持されたまま）、光源側光学系１４０や導光光学系１７０を介して、コンデンサレンズ１９５により集光されて、表示素子５１の画像形成面５１ａに照射される。一方、前述の通り、図７（ａ）に示すような、表示素子５１であるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の画像形成面５１ａは、長辺５１ａ１及び短辺５１ａ２を有する長方形の長辺５１ａ１が図１に示す投影装置１０に対して左右方向となるように配置されている。

よって、表示素子５１の画像形成面５１ａに照射される青色光源装置７０からの射出光の楕円形Ｐの断面の長軸の向きは、表示素子５１の画像形成面５１ａにおける長方形の長辺５１ａ１と略平行になるようにして、表示素子５１の画像形成面５１ａに照射される。換言すれば、図６に示すような、光源である青色レーザーダイオード７１からの射出光の断面が楕円形Ｐの長軸と、図７（ａ）に示すような、表示素子５１であるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の画像形成面５１ａにおける長方形の長軸方向と、を同じにして、光源からの射出光が表示素子５１の画像形成面５１ａに照射される。なお、図７（ｂ）は、微小ミラー５１ｂが多数配置されている表示素子５１であるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の、図７（ａ）におけるＱ部分の拡大平面図である。

また、青色光源装置７０からの射出光は、緑色波長帯域光を発生する蛍光ホイール１０１の緑色蛍光体層の励起光ともされている。本実施例においては、青色光源装置７０から射出される光線束は、各青色レーザーダイオード７１の射出光の断面楕円形における長軸の向きが投影装置１０に対して横向きに揃えられて蛍光ホイール１０１に入射する。よって、蛍光ホイール１０１から射出する緑色波長帯域光の光線束においても、射出光の断面楕円形における長軸の向きが投影装置１０に対して横向きに揃えられている。そして、この蛍光ホイール１０１から射出された光線束も、同様にして、断面楕円形の長軸の向きが光軸に対する回転方向の位置が維持されたまま、光源側光学系１４０や導光光学系１７０を介して、表示素子５１の画像形成面５１ａに照射される。そして、緑色波長帯域光における青色レーザーダイオードの射出光の断面楕円形の長軸と、表示素子５１の画像形成面５１ａにおける長方形の長辺５１ａ１とが略平行になるようにして、表示素子５１の画像形成面５１ａに照射されることとなる。換言すれば、光源からの射出光の断面楕円形の長軸と、表示素子５１の画像形成面における長方形との長軸方向を同じにして、光源からの射出光が表示素子５１の画像形成面５１ａに照射される。

なお、本実施例においては、青色レーザーダイオード７１が射出する向きを、投影装置１０の上面から下面に向けて射出するように配置したが、投影装置１０の下面から上面に向けて射出するように配置してもよい。また、長方形の表示素子５１の短辺が左右方向となる向きに配置されるように配置して、これに合わせて、青色レーザーダイオード７１の射出方向が投影装置１０に対して左側から右側、または右側から左側になるように配置してもよい。すなわち、各青色レーザーダイオード７１の射出光の断面楕円形における長軸が、長方形の表示素子５１における画像形成面５１ａの長辺５１ａ１と略平行となるように配置（換言すれば、断面楕円形と長方形の長軸方向を同じにして配置）すれば、本発明を実施することができる。

また、本実施例においては、青色光源装置７０の冷却装置を、ヒートパイプ８１と冷却フィン８２により構成したが、ヒートシンクにより冷却するようにしてもよい。

以上の通り、本実施例における投影装置１０は、射出光が断面楕円形となる複数の青色レーザーダイオード７１が設けられた光源である青色光源装置７０と、ＤＭＤである表示素子５１と、を有し、青色レーザーダイオード７１の射出光は、射出光の断面楕円形の長軸が、長方形に形成される表示素子５１の画像形成面５１ａにおける長辺５１ａ１と略平行となるように入射される。

これにより、横長の断面楕円形となる射出光が横長の長方形である表示素子に対して、長軸方向を同じにして照射されるので、従来のように縦長の断面楕円形である射出光が照射される場合に比べて、光源光が無駄なく均一に照射される。よって、投影画像の色ムラを解消できるとともに、表示素子の画像形成面での単位面積当たりの反射光の強度が向上し、明るい投影画像を得ることができる。

また、複数の青色レーザーダイオード７１の各レーザーダイオードは、互いに平行に配置される。これにより、色ムラの低減及び投影画像の輝度向上がより確実に実現させることができる。

また、表示素子５１の画像形成面５１ａに照射される光線束には、青色レーザーダイオード７１からの射出光を励起光とする蛍光光発光体から発光された緑色波長帯域光の光線束を含む。これにより、レーザーダイオードを光源としてだけでなく、レーザーダイオードの光が高強度であることに着目して、蛍光光発光体の励起光として利用する場合においても、本発明を好適に実施することができる。

また、光源である青色光源装置７０から表示素子５１までの光路上には、長方形に形成される反射ミラー７５が配置される。そして、青色レーザーダイオード７１の射出光の断面楕円形における長軸は、反射ミラーの長辺と略平行となるように、青色レーザーダイオード７１の向きが揃えられている。これにより、青色レーザーダイオードの断面楕円形である射出光が長方形の反射ミラーに対しても無駄なく照射され、反射されることとなる。よって、青色光源装置から表示素子に向けて射出された光線束の光路上においても、光線束の損失を低減できるので、光源エネルギーの効率が向上した投影装置を提供することができる。

また、反射ミラー７５は階段状の板状の部材に固定され、複数の青色レーザーダイオード７１はホルダー８３に固定され、階段状の板状の部材とホルダー８３は、上面からみて重なり合うように配置されている。これにより、投影装置の筺体内の各機器を整然とレイアウトすることができ、製造上の組み立て作業効率も向上させることができる。

また、青色レーザーダイオード７１は、上面から下面に向けて射出するとともに、反射ミラー７５は、この青色レーザーダイオード７１の射出光を反射するように、青色レーザーダイオード７１と対面して下面に配置されている。これにより、冷却が必要なレーザーダイオードの背面を上面側に向けることができるので、投影装置内部のレイアウト上、放熱に有利な配置を得ることができる。また、レーザーダイオードの背面側に、レーザーダイオードを冷却するための機器を配置できるので、投影装置の製造上の組み立て作業効率を向上させることができる。

また、青色レーザーダイオード７１は、ヒートパイプにより冷却されている。これにより、投影装置の内部レイアウトに応じて光源装置を配置しつつ、光源装置の上下方向の厚みを厚くすることなく確実にレーザーダイオードの冷却をすることができる。
更に、表示素子として、マイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いる例を示したが、これに限らず、液晶等、他の表示素子を用いても良い。

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］レーザーダイオードが複数設けられた光源と、前記光源からの光線束が長方形に形成された画像形成面に照射される表示素子と、を有し、前記レーザーダイオードの射出光は、射出光の断面楕円形における長軸が、前記表示素子の前記画像形成面の長辺と略平行となるように前記表示素子に入射されることを特徴とする投影装置。
［２］複数の前記レーザーダイオードの各レーザーダイオードは、互いに平行に配置されることを特徴とする前記［１］記載の投影装置。
［３］前記表示素子の前記画像形成面に照射される光線束には、前記レーザーダイオードからの射出光を励起光とする蛍光発光体から発光された光線束を含むことを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の投影装置。
［４］前記光源から前記表示素子までの光路上には、長方形に形成され、前記レーザーダイオードからの射出光を反射する反射ミラーが配置されるとともに、前記レーザーダイオードは、射出光の断面楕円形における長軸が、前記反射ミラーの長辺と略平行となるように、前記レーザーダイオードの向きが揃えられていることを特徴とする前記［１］乃至前記［３］の何れか記載の投影装置。
［５］前記反射ミラーが固定される部材と、複数の前記レーザーダイオードが固定されるホルダーと、を有し、前記部材と前記ホルダーとが筺体の上面からみて重なり合うように、前記部材と前記ホルダーとが配置されたことを特徴とする前記［４］に記載の投影装置。
［６］前記レーザーダイオードは、筺体の上面から下面に向けて射出するとともに、前記反射ミラーは、前記レーザーダイオードからの射出光を反射するように前記レーザーダイオードと対面して下面に配置されていることを特徴とする前記［４］又は前記［５］に記載の投影装置。
［７］前記レーザーダイオードは、ヒートパイプにより冷却されることを特徴とする前記［１］乃至前記［６］の何れか記載の投影装置。

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２６表示駆動部
３１画像圧縮伸長部３２メモリカード
３５受信部３６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５１ａ画像形成面
５１ａ１長辺５１ａ２短辺
５１ｂ微小ミラー
６０光源ユニット７０青色光源装置
７１青色レーザーダイオード７５反射ミラー
８０緑色光源装置８１ヒートパイプ
８２冷却フィン８３ホルダー
１００蛍光ホイール装置
１０１蛍光ホイール１０７集光レンズ群
１１０ホイールモータ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光源側光学系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
１４８第二ダイクロイックミラー１６０光学系ユニット
１６１照明側ブロック１６５画像生成ブロック
１６８投影側ブロック１７０導光光学系
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

Claims

射出光が断面楕円形のレーザーダイオードが複数設けられた光源と、
複数の前記レーザーダイオードが固定されるホルダーと、
前記光源からの光線束が長方形に形成された画像形成面に照射される表示素子と、
蛍光発光領域を含む蛍光ホイールと、
複数の前記レーザーダイオードから前記蛍光ホイールまでの光路上に配置され、複数の前記レーザーダイオードからの射出光を反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーが固定される部材と、
を有し、
前記ホルダーに固定された前記複数のレーザーダイオードすべての射出光の断面楕円形の長軸方向は同一方向であり、
前記レーザーダイオードの射出光は、射出光の断面楕円形における長軸が、前記表示素子の長方形に対応した前記蛍光発光領域上の長方形状の有効範囲の長辺と略平行となるように前記蛍光発光領域に入射され、
前記部材と前記ホルダーとが筺体の上面からみて重なり合うように、前記部材と前記ホルダーとが配置される
ことを特徴とする投影装置。
前記複数のレーザーダイオードの射出光は、射出光の断面楕円形における長軸が、前記表示素子の前記画像形成面の長辺と略平行となるように前記表示素子に入射されることを特徴とする請求項１記載の投影装置。
前記複数のレーザーダイオードの各レーザーダイオードは、互いに平行に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投影装置。
前記表示素子の前記画像形成面に照射される光線束には、前記レーザーダイオードからの射出光を励起光とする蛍光発光体から発光された光線束を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか記載の投影装置。
前記反射ミラーは、短冊状の長方形に形成され、複数の前記レーザーダイオードからの射出光を反射するミラーが階段状に複数配置されており、
前記レーザーダイオードは、射出光の断面楕円形における長軸が、前記反射ミラーの長辺と略平行となるように、前記レーザーダイオードの向きが揃えられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか記載の投影装置。
前記レーザーダイオードは、筺体の上面から下面に向けて射出するとともに、前記反射ミラーは、前記レーザーダイオードからの射出光を反射するように前記レーザーダイオードと対面して下面側に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の投影装置。
前記レーザーダイオードは、ヒートパイプにより冷却されることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか記載の投影装置。