JP7460970B2 - 光学ホイール、光源装置及び投影装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光学ホイール、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、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。
そして、この投影装置であるプロジェクタは、パーソナルコンピュータやＤＶＤプレーヤーなどの映像機器の普及に伴って、業務用プレゼンテーションから家庭用に至るまで、用途が拡大している。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、光源として複数のレーザダイオード等の半導体発光素子を用いるとともに、この半導体発光素子を励起光源とする蛍光発光領域を有する光学ホイールが設けられた投影装置が種々開発されている。
特許文献１には、半導体発光素子から励起光及び青色光源としての青色波長帯域光を出射する励起光源と、モータにより回転駆動されて励起光が照射される光学ホイール（蛍光体ホイール）を備える投影装置が開示されている。光学ホイールには、赤色及び緑色の各蛍光体層を備える赤色及び緑色の各蛍光体発光領域と、励起光を反射する反射領域と、が形成される。
特開２０１７－１８１６０３号公報
半導体発光素子を例えばレーザダイオードとした場合には、断面が楕円形状とされる光が出射される。すると、拡散光のため断面円形状とされる蛍光光と断面楕円形状のレーザダイオードからの光により画像を形成することとなるため、投影光に照度ムラや色ムラが発生することがある。
本発明は、投影光の照度ムラや色ムラを低減した光学ホイール、光源装置及び投影装置を提供することを目的とする。
本発明に係る光学装置は、第１の波長帯域光が入射して、前記第１の波長帯域光に対して拡散特性が径方向と周方向とで異なる調整部を備える調整拡散光学領域、を有し、前記調整部は、複数の拡散セルを備え、前記拡散セルは、径方向と周方向とで拡散角度が異なるように形成され、前記調整部の径方向と周方向のうちの前記第１の波長帯域光の拡散度合が大きい方向は、前記第１の波長帯域光の断面楕円形状の短軸方向と略一致することを特徴とする。
本発明に係る光学装置は、第１の波長帯域光が入射して、前記第１の波長帯域光に対して拡散特性が径方向と周方向とで異なる調整部を備える調整拡散光学領域、を有し、前記調整部は、複数の拡散セルを備え、前記拡散セルは、径方向と周方向とで拡散角度が異なるように形成され、前記拡散セルは、平面視六角形状として第１方向と第２方向で長さを異ならせるよう配置されることを特徴とする。
本発明に係る光源装置は、光学ホイールとしての上述の光学装置と、前記光学装置を回転駆動するモータと、前記モータの駆動制御装置と、前記第１の波長帯域光を出射可能に形成される第１の半導体発光素子と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る投影装置は、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、投影光の照度ムラや色ムラを低減した光学ホイール、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の機能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光学ホイールにおける第１ホイール及び第２ホイールを示す正面模式図であり、（ａ）は第１ホイールを示し、（ｂ）は第２ホイールを示す。 本発明の実施形態に係る光学ホイール装置の光学ホイールを示す模式図であり、（ａ）は第１ホイールと第２ホイールとを組み合わせた状態における光学ホイール１０１の図３（ｂ）におけるＩＶａ－ＩＶａ断面に相当する断面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＰ部拡大図である。 本発明の実施形態の変形例１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光学ホイールにおける調整拡散光学領域の変形例を示す図４（ｂ）に相当する要部拡大断面模式図であり、（ａ）は変形例２を示し、（ｂ）は変形例３を示し、（ｃ）は変形例４を示す。 本発明の実施形態に係る光学ホイール装置の光学ホイールにおける調整拡散光学領域の変形例５を示す図であり、（ａ）は要部拡大平面模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩｂ－ＶＩＩｂ断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＶＩＩｃ－ＶＩＩｃ断面図である。
以下、本発明に係る実施形態を図に基づいて説明する。図１は投影装置１０の投影装置制御部の機能回路ブロックを示す図である。投影装置制御部は、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では、光源装置６０から出射された光線束について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、投影装置１０の筐体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の赤色光源装置、緑色光源装置及び青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２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の筐体は、略箱状に形成されて、上面及び下面と、正面パネル１２、背面パネル１３、右側パネル１４及び左側パネル１５を備える。なお、以下の説明においては、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、左側パネル１５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、投影装置１０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には、光源装置６０と左側パネル１５との間に、光源側光学系１７０や投影光学系２２０が配置されている。
また、光源装置６０と右側パネル１４との間には、電源コネクタ５７、後述する励起光照射装置７０の青色レーザダイオード７１を冷却するヒートシンク１９０、ヒートシンク１９０に冷却風をあてる冷却ファン２６１を備えている。
光源装置６０は、青色波長帯域光（第１の波長帯域光）の光源であって励起光源である励起光照射装置７０と、光学ホイール装置１００と、を備える。光学ホイール装置１００からは、赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光が出射される。光学ホイール装置１００から出射される赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光は、導光光学系１４０により導光される。
励起光照射装置７０は、青色波長帯域光を出射可能に形成される第１の半導体発光素子である青色レーザダイオード７１と、青色レーザダイオード７１からの出射光の指向性を高めるように平行光に変換するコリメータレンズ７３を各１個備える。励起光照射装置７０は、ヒートシンク１９０の左側パネル１５側におけるやや背面パネル１３側に配置されて、左側パネル１５方向に出射光を出射するよう配置される。
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と直交するように励起光の光路上に配置される光学ホイール１０１と、光学ホイール１０１からの光を集光する集光レンズ群１０２と、光学ホイール１０１を回転駆動するモータ１０３と、モータ１０３を制御する駆動制御装置（不図示）と、を備える。ここで、駆動制御装置は、光源制御回路４１（図２参照）により制御される。光学ホイール装置１００の詳細は後述する。
導光光学系１４０は、光学ホイール装置１００の集光レンズ群１０２からの出射光が入射されるマイクロレンズアレイ１４５を備える。マイクロレンズアレイ１４５は、複数のマイクロレンズから構成される。略円形形状の赤色、緑色及び青色波長帯域光は、マイクロレンズアレイ１４５の複数のマイクロレンズに照射される。マイクロレンズアレイ１４５の各マイクロレンズを透過した光は、表示素子５１に重ね合わされて強度分布の均一化が行われる。導光光学系１４０は各色波長帯域光における強度分布を表示素子５１上で均一になるようにするものである。本実施形態におけるマイクロレンズアレイ１４５のマイクロレンズは、レンズ形状として平面視横長矩形形状の両凸レンズを格子状に配列されているものである。なお、マイクロレンズの形状は、表示素子５１の形状に合わせた横長矩形とすることが好ましい。
光源側光学系１７０は、集光レンズ１７２と、ＲＴＩＲプリズム１７５を備える。マイクロレンズアレイ１４５の左側パネル１５側に配置される集光レンズ１７２は、マイクロレンズアレイ１４５を透過することで分割された擬似矩形光源光を表示素子５１の有効サイズに重ね合わせるように集光させることで強度分布を均一化させる。集光レンズ１７２により集光された光線束は、ＲＴＩＲプリズム１７５を介して表示素子５１に照射される。そして、表示素子５１で反射されたオン光の光軸は、ＲＴＩＲプリズム１７５により投影光学系２２０の光軸に一致させてレンズ鏡筒２２１に向かって出射する。
投影光学系２２０は、レンズ鏡筒２２１を備える。レンズ鏡筒２２１は、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、レンズ鏡筒２２１に内蔵される。よって、可動レンズ群２３５を備えるレンズ鏡筒２２１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から所定の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や光源側光学系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３及び図４に基づいて、光学ホイール装置１００の光学ホイール１０１について詳説する。先ず、図４（ａ）に示すように、光学ホイール１０１は、２枚のホイール（第１ホイール１１０、第２ホイール１２０）を備え、第１ホイール１１０、第２ホイール１２０は重ね合わせて配置される。光学ホイール１０１は、励起光照射装置７０が設けられる側である一方側１００ａから励起光が入射され、集光レンズ群１０２が設けられる他方側１００ｂから赤色、緑色、青色の各色波長帯域光が出射される。
他方側１００ｂに設けられる第１ホイール１１０は、図３（ａ）に示すように、第１ホイール基材１１５を備える。第１ホイール基材１１５は、中心にモータ１０３への取付穴１１１が設けられて略円板状に形成される。第１ホイール基材１１５は、ガラス等により形成される。
第１ホイール１１０は、第１ホイール基材１１５の外周部の一部を略９０度の範囲で円弧状に切り欠いた切欠部１１２が形成される。また、第１ホイール１１０は、第１ホイール基材１１５に略２７０度の範囲で円弧状に形成されるダイクロイック領域１１３を備える。ダイクロイック領域１１３は、円弧状に形成されたダイクロイックミラーにより構成される。ダイクロイック領域１１３では、青色波長帯域光は反射され、赤色及び緑色波長帯域光は透過される。
なお、第１ホイール１１０のダイクロイックミラーにより構成されるダイクロイック領域１１３に換えて、青色波長帯域光を反射して赤色及び緑色波長帯域光を透過するダイクロイックコーティング層を蛍光体発光領域１２６の上面に塗布してダイクロイック領域１１３を構成しても良い。
一方側１００ａに設けられる第２ホイール１２０は、図３（ｂ）及び図４（ａ）に示すように、第２ホイール基材１２５を備える。第２ホイール基材１２５は、中心にはモータ１０３への取付穴１２１が設けられて略円板状に形成される。第２ホイール基材１２５は、ガラス等により形成される。第２ホイール１２０は、第２ホイール基材１２５に円環状に形成される透過部材１２２を備える。透過部材１２２もガラス等からなり、光を透過させることができる。
第２ホイール１２０は、第２ホイール基材１２５の透過部材１２２に対応して、蛍光体発光領域１２６と調整拡散光学領域１２３がそれぞれ円弧状に形成されて並設される。蛍光体発光領域１２６は、約２７０度の範囲で、第２ホイール基材１２５の他方側１００ｂの面上に形成される。蛍光体発光領域１２６は、約１３５度の範囲で２つの領域（第１蛍光体発光領域１２６Ｒ、第２蛍光体発光領域１２６Ｇ）を備える。
調整拡散光学領域１２３は、約９０度の範囲で、第２ホイール基材１２５の一方側１００ａの面から他方側１００ｂの面に亘って形成される。第２ホイール１２０の第１ホイール１１０に対する周方向（回転方向）の配置位置は、蛍光体発光領域１２６がダイクロイック領域１１３に対応して配置され、調整拡散光学領域１２３が切欠部１１２に対応して配置される。
蛍光体発光領域１２６は、円弧状の透過型蛍光体により構成される。透過型蛍光体は、例えば、ガラス粉末と蛍光体の粉末とを含む混合粉末の焼結体とされ、一方側から励起光が入射して透過すると、蛍光体が励起されて蛍光光が発せられる。ここで、第１蛍光体発光領域１２６Ｒの透過型蛍光体は、赤色波長帯域の蛍光光（第１の蛍光光）を発する蛍光体を含んで構成される。第２蛍光体発光領域１２６Ｇの透過型蛍光体は、第１の蛍光光と波長帯域が異なる緑色波長帯域の蛍光光（第２の蛍光光）を発する蛍光体を含んで構成される。
従って、光学ホイール１０１が回転し、励起光照射装置７０の青色レーザダイオード７１からの励起光である青色波長帯域光の照射スポットが第１蛍光体発光領域１２６Ｒに位置する場合には、一方側１００ａから入射する励起光は、第２ホイール１２０の透過部材１２２を透過して第１蛍光体発光領域１２６Ｒに入射し、第１蛍光体発光領域１２６Ｒからは赤色波長帯域光とされる蛍光光が発せられる。全方位に発せられる蛍光光の一部は他方側１００ｂに発せられて、第１ホイール１１０のダイクロイック領域１１３を透過して集光レンズ群１０２により集光される。
このとき、一方側１００ａから入射して蛍光体を励起せずに第１蛍光体発光領域１２６Ｒを透過した励起光は、ダイクロイック領域１１３により反射されて、励起していない第１蛍光体発光領域１２６Ｒ内の蛍光体を励起することができる。また、第１蛍光体発光領域１２６Ｒ（第２蛍光体発光領域１２６Ｇも同様）の一方側１００ａ（例えば透過部材１２２の表面上等）に赤色波長帯域光を反射して青色波長帯域光を透過するダイクロイックコート層を設けておけば、赤色波長帯域の蛍光光の効率を高めることができる。また更に、蛍光体発光領域１２６の内径側及び外形側に反射部材を設けておくこともできる。このようにして、光学ホイール装置１００から赤色波長帯域光が出射される。同様に、励起光の照射スポットが第２蛍光体発光領域１２６Ｇに位置する場合には、光学ホイール装置１００からは緑色波長帯域光が出射される。
図３（ｂ）、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、調整拡散光学領域１２３は、第２ホイール１２０の透過部材１２２に対して一方側１００ａに設けられる調整部２３１と、他方側１００ｂに設けられる拡散部２３２と、を備える。調整部２３１は、一方側１００ａから励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光が入射して、該青色波長帯域光に対して拡散特性が径方向と周方向とで異なるように、広がり角を調整する。
調整部２３１は、透過部材１２２に沿って円弧状に形成される。調整部２３１は、径方向の断面形状を同じとする複数の凹状円弧状断面とされるシリンドリカルレンズアレイにより形成される。換言すれば、該シリンドリカルレンズアレイは、長手方向を円弧状として断面凹状のシリンドリカルレンズが複数配置されて形成される。調整部２３１は、他方側１００ｂが平坦面とされて、透過部材１２２と接合される。
拡散部２３２は、他方側１００ｂをサンドブラスト等により微細な凹凸を施して拡散層が形成される拡散板である。拡散部２３２は、調整部２３１を透過した青色波長帯域光を拡散して他方側１００ｂに出射させる。
光学ホイール１０１が回転し、励起光照射装置７０の青色レーザダイオード７１からの励起光である青色波長帯域光の照射スポットが調整拡散光学領域１２３に位置する場合には、一方側１００ａからレーザ光である青色波長帯域光が入射される。このとき、図３（ｂ）に模式的に示すレーザ光Ｓのように、青色レーザダイオード７１から出射される断面楕円形の光は、レーザ光Ｓの長軸方向をシリンドリカルレンズの長手方向（円弧状のシリンドリカルレンズの周方向）に合わせて、レーザ光Ｓの短軸方向をシリンドリカルレンズの短手方向（円弧状のシリンドリカルレンズの径方向）に合わせて、調整部２３１の一方側１００ａに照射する。すると、図４（ｂ）に示すように、レーザ光Ｓの短軸方向の広がり角がシリンドリカルレンズＣＬにより広げられて、レーザ光Ｓの断面形状は略円形に整形される。調整部２３１を透過したレーザ光Ｓは、透過部材１２２を透過して、拡散部２３２及び切欠部１１２を介して他方側１００ｂに拡散して出射される。
このようにして、光学ホイール装置１００から出射される青色波長帯域光は、断面楕円形状とされる青色レーザダイオード７１からの出射光が略円形とされた拡散光とされる。従って、光学ホイール装置１００の蛍光体発光領域１２６から出射される蛍光光と略同等の大きさの円形の光とすることができるので、投影光の照度ムラ、色ムラを低減することができる。そして、蛍光光とレーザ光を略同等の大きさ・形状とすることにより、何れかの光に特化したマイクロレンズアレイ１４５とする必要なく、同じマイクロレンズアレイ１４５で効率よく光強度の均一化をすることができる。
（変形例１）
次に、本実施形態の変形例１を図５に基づいて説明する。本変形例は、光学ホイール１０１の第２ホイール１２０における蛍光体発光領域１２６の第１蛍光体発光領域１２６Ｒを廃して、赤色光源装置８０を設けたものである。赤色光源装置８０は、赤色波長帯域光（第２の波長帯域光）のレーザ光を出射可能に形成される第２の半導体発光素子である赤色レーザダイオード８１と、コリメータレンズ８３を有する。赤色レーザダイオード８１は、光軸が青色レーザダイオード７１の光軸と直交するように配置される。赤色レーザダイオード８１と青色レーザダイオード７１の光軸が直交する位置には、ダイクロイックミラー１４１が設けられる。ダイクロイックミラー１４１は、青色波長帯域光を透過して、赤色波長帯域光を反射する。
このように形成される投影装置１０Ａの光源装置６０Ａでは、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光である励起光は、ダイクロイックミラー１４１を透過し、照射スポットが位置する光学ホイール１０１の蛍光体発光領域１２６（緑色蛍光体を含む第２蛍光体発光領域１２６Ｇ）に一方側１００ａから入射される。従って、光学ホイール装置１００からは、緑色波長帯域光が出射される。また、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光である励起光の照射スポットが、光学ホイール１０１の調整拡散光学領域１２３に位置する場合には、青色波長帯域光は、ダイクロイックミラー１４１を透過して、調整拡散光学領域１２３を介して、断面楕円形状が円形に調整された拡散光として他方側１００ｂから出射される。同様に、赤色光源装置８０から出射される赤色波長帯域光は、照射スポットに光学ホイール１０１の調整拡散光学領域１２３が位置する場合に出射され、ダイクロイックミラー１４１を反射して調整拡散光学領域１２３に一方側１００ａから入射されて、調整拡散光学領域１２３を介して、断面楕円形状が円形に調整された拡散光として他方側１００ｂから出射される。
（変形例２）
次に、図６（ａ）に基づいて、本実施形態の変形例２を説明する。本変形例は、前述の実施形態における調整拡散光学領域１２３に換えて、調整部２３１Ｂと拡散部２３２Ｂが一体に形成される調整拡散部材からなる調整拡散光学領域１２３Ｂを用いて第２ホイール１２０Ｂを形成した光学ホイール１０１Ｂである。径方向の断面を凹状（凹円弧状）とするシリンドリカルレンズＣＬを複数備えるシリンドリカルレンズアレイである調整部２３１Ｂと拡散部２３２Ｂとを一体化することで、入射光に対する面（具体的には、調整部２３１及び拡散部２３２が透過部材１２２と接合する面）を少なくできるので、入射光の損失を低減することができる。
（変形例３）
次に、図６（ｂ）に基づいて、本実施形態の変形例３を説明する。本変形例は、前述の実施形態における調整拡散光学領域１２３の調整部２３１に換えて、径方向の断面を凸状（凸円弧状）とするシリンドリカルレンズＣＬを複数備えるシリンドリカルレンズアレイである調整部２３１Ｃを備える調整拡散光学領域１２３Ｃ、第２ホイール１２０Ｃ、光学ホイール１０１Ｃとしたものである。
（変形例４）
次に、図６（ｃ）に基づいて、本実施形態の変形例４を説明する。本変形例は、前述の実施形態における調整拡散光学領域１２３の調整部２３１に換えて、径方向の断面形状が複数のプリズム形状（鋸刃形状）とされた調整部２３１Ｄを備える調整拡散光学領域１２３Ｄ、第２ホイール１２０Ｄ、光学ホイール１０１Ｄとしたものである。
本実施形態や変形例２～４に示すように、調整部２３１，２３１Ｂ～２３１Ｄは、光学ホイール１０１の平面視（一方側１００ａ又は他方側１００ｂから見て）において円弧状に形成され、径方向の断面形状を凹状又は凸状とする複数のシリンドリカルレンズＣＬ、或いはプリズム形状が多数形成されたプリズム面を有する、径方向の断面形状が複数のプリズム形状（鋸刃形状）のレンズに形成することができる。
なお、本実施形態や変形例２～４において、調整部２３１，２３１Ｂ～２３１Ｄは、径方向の断面形状が、凹状又は凸状の複数のシリンドリカルレンズＣＬ、或いは複数のプリズム形状のレンズであるとしたが、この構成に限らない。調整部２３１，２３１Ｂ～２３１Ｄの、シリンドリカルレンズＣＬの凹状又は凸状、複数のプリズム形状のレンズの断面形状が径方向でなくても、青色レーザダイオード７１（第１の半導体発光素子）から出射される第１の波長帯域光の断面楕円形状の短軸方向の拡散度合が、第１の波長帯域光の断面楕円形状の長軸方向の拡散度合より大きくなるように配置されていれば良い。従って、レーザ光Ｓの断面楕円形状の長軸方向の向きに対応してシリンドリカルレンズＣＬの凹状又は凸状の向き、或いは複数のプリズム形状のレンズの断面形状の向きを合わせれば良く、シリンドリカルレンズＣＬの凹状断面又は凸状断面、複数のプリズム形状のレンズの断面が第２ホイール１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄの周方向となるように調整部２３１Ｂ、２３１Ｃ、２３１Ｄが配置されていても良い。
（変形例５）
次に、図７に基づいて、本実施形態の変形例５を説明する。本変形例は、前述の実施形態における調整拡散光学領域１２３の調整部２３１に換えて、複数の拡散セル２１０を備える調整部２３１Ｅとしたものである。図７（ａ）に示すように、拡散セル２１０は、レンズ面２１１を一方側１００ａに向けて配置され、平面視六角形状として第１方向２Ｌ（長軸方向）と第２方向２Ｓ（短軸方向）で長さを異ならせて、第１方向２Ｌが第２光学ホイール１２０Ｅ（光学ホイール１０１Ｅ）の径方向となるよう配置される。図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、拡散セル２１０は、一方側１００ａに向かって凸状の円弧状とされており、第１方向２Ｌと第２方向２Ｓにおける各曲率を異ならせている。従って、励起光が調整拡散光学領域１２３Ｅの調整部２３１Ｅに照射されると、断面楕円形状のレーザ光Ｓの短軸方向の広がり角度を広げるようレーザ光Ｓを調整することができる。
なお、変形例５においては、六角形状の拡散セル２１０の第１方向２Ｌ（長軸方向）が第２光学ホイール１２０Ｅ（光学ホイール１０１Ｅ）の径方向となるように配置したが、この構成に限らない。六角形状の拡散セル２１０の向きは、青色レーザダイオード７１（第１の半導体発光素子）から出射される第１の波長帯域光の断面楕円形状の短軸方向の拡散度合が、第１の波長帯域光の断面楕円形状の長軸方向の拡散度合より大きくなるように配置すれば良い。従って、レーザ光Ｓの断面楕円形状の長軸方向の向きに対応して拡散セル２１０を配置すれば良く、拡散セル２１０の第２方向２Ｓ（短軸方向）が第２光学ホイール１２０Ｅ（光学ホイール１０１Ｅ）の径方向となるように配置されても良い。
以上、本発明の実施形態によれば、光学ホイール１０１，１０１Ｂ～１０１Ｅは、一方側１００ａから第１の波長帯域光である青色波長帯域光（励起光）が入射して、第１の波長帯域光により励起された蛍光光が他方側１００ｂから出射する蛍光体発光領域１２６と、一方側１００ａから第１の波長帯域光が入射して、第１の波長帯域光に対して拡散特性が径方向と周方向で異なる調整部２３１，２３１Ｂ～２３１Ｅを備える調整拡散光学領域１２３，１２３Ｂ～１２３Ｅと、を有する。
これにより、半導体発光素子からの出射光を励起光としつつ、励起光を光源光として利用する際に、励起光の断面形状を調整し、蛍光光と略同形状・同範囲の光とすることができる。従って、投影光の照度ムラ・色ムラを低減することができる。
また、調整部２３１，２３１Ｂ～２３１Ｅの径方向と周方向のうちの第１の波長帯域光の拡散度合が大きい方向は、第１の波長帯域光の断面楕円形状の短軸方向と略一致する。これにより、断面楕円形状の光を略円形に調整することができる。
また、蛍光体発光領域１２６及び調整拡散光学領域１２３，１２３Ｂ～１２３Ｅは、円弧状に形成されて並設される。これにより、略円板状の光学ホイール１０１としてモータの回転制御に基づいて光学ホイール１０１，１０１Ｂ～１０１Ｅを制御することができる。
また、調整拡散光学領域１２３は、調整部２３１を透過した第１の波長帯域光を拡散して他方側１００ｂに出射させる拡散部２３２を備え、調整部２３１と拡散部２３２との間に光を透過する透過部材１２２を備える。これにより、調整部２３１と拡散部２３２とを別部材として調整拡散光学領域１２３を形成することができ、組み立てや製造が容易な光学ホイール１０１とすることができる。
また、調整拡散光学領域１２３Ｂは、調整部２３１Ｂを透過した第１の波長帯域光を拡散して他方側１００ｂに出射させる拡散部２３２Ｂを備え、調整部２３１Ｂと拡散部２３２Ｂとを一体に形成することもできる。これにより、透過光が通過する面を減らすことができ、光の損失を低減することができる。
また、調整部２３１，２３１Ｂ～２３１Ｄは、平面視において円弧状に形成されて光学ホイール１０１，１０１Ｂ～１０１Ｄ（第２ホイール１２０，１２０Ｂ～１２０Ｄ）の径方向の断面形状又は周方向の断面形状が、凹状又は凸状とする複数のシリンドリカルレンズＣＬ、複数のプリズム形状のレンズ、の何れかにより形成される。これにより、簡易な構成でレーザ光の広がり角を調整することができる。
また、調整部２３１Ｅは、円弧状に形成されて複数の拡散セル２１０を備え、該拡散セル２１０は、調整部２３１Ｅの径方向（例えば第１方向２Ｌ）と周方向（例えば第２方向２Ｓ）とで拡散角度が異なるように形成される。即ち、拡散セル２１０は、調整部２３１Ｅの径方向と周方向とで拡散角度が異なる。これにより、複数拡散セルにて形成される調整部２３１Ｅを用いることができるので、径方向と周方向（第１方向２Ｌと第２方向２Ｓ）の両者の拡散特性をそれぞれ調整することができる。
また、蛍光体発光領域１２６は、第１の波長帯域光により第１の蛍光光である赤色波長帯域の蛍光光を発する第１蛍光体発光領域１２６Ｒと、第１の波長帯域光により第１の蛍光光と波長が異なる第２の蛍光光とされる緑色波長帯域の蛍光光を発する第２蛍光体発光領域１２６Ｇと、を備える。これにより、波長の異なる明るい蛍光光を得ることができる。
また、蛍光体発光領域１２６の他方側１００ｂには、第１の波長帯域光を反射して蛍光体発光領域１２６からの蛍光光を透過するダイクロイック領域１１３が形成される。これにより、光学ホイール１０１から出射される蛍光光に第１の波長帯域光である青色波長帯域光が混ざってしまうことを低減すると共に、蛍光体を励起しなかった励起光が再び反射されて蛍光体を励起させることもできるので、色純度の良い光源を得つつ励起光の効率を高めることができる。
また、光学ホイール１０１と、モータ１０３と、モータ１０３の駆動制御装置と、第１の波長帯域光を出射可能に形成される第１の半導体発光素子としての青色レーザダイオード７１を備える光源装置６０、又は、第２の波長帯域光を出射可能に形成される第２の半導体発光素子を備えて第２の波長帯域光は調整拡散光学領域１２３を透過可能に形成される光源装置６０Ａにより、投影光の照度ムラ・色ムラを低減し、赤色、緑色、青色の各色波長帯域光を出射可能な光源装置６０，６０Ａを提供することができる。
そして、光源装置６０，６０Ａと、光源装置６０，６０Ａからの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子５１と、表示素子５１から出射された画像光をスクリーンに投影する投影光学系２２０と、表示素子５１と、光源装置６０，６０Ａとを制御する投影装置制御部と、を有して、投影光の照度ムラ・色ムラを低減した投影装置１０，１０Ａ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］一方側から第１の波長帯域光が入射して、前記第１の波長帯域光により励起された蛍光光が他方側から出射する蛍光体発光領域と、
前記一方側から前記第１の波長帯域光が入射して、前記第１の波長帯域光に対して拡散特性が径方向と周方向とで異なる調整部を備える調整拡散光学領域と、
を有することを特徴とする光学ホイール。
［２］前記調整部の径方向と周方向のうちの前記第１の波長帯域光の拡散度合が大きい方向は、前記第１の波長帯域光の断面楕円形状の短軸方向と略一致することを特徴とする前記［１］に記載の光学ホイール。
［３］前記蛍光体発光領域及び前記調整拡散光学領域は、円弧状に形成されて並設され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。
［４］前記調整拡散光学領域は、前記調整部を透過した前記第１の波長帯域光を拡散して前記他方側に出射させる拡散部を備え、前記調整部と前記拡散部との間に光を透過する透過部材を備えることを特徴とする前記［１］乃至前記［３］の何れかに記載の光学ホイール。
［５］前記調整拡散光学領域は、前記調整部を透過した前記第１の波長帯域光を拡散して前記他方側に出射させる拡散部を備え、前記調整部と前記拡散部が一体に形成される調整拡散部材を備えることを特徴とする前記［１］乃至前記［３］の何れかに記載の光学ホイール。
［６］前記調整部は、円弧状に形成されて径方向の断面形状又は周方向の断面形状が、凹状又は凸状とする複数のシリンドリカルレンズ、複数のプリズム形状のレンズ、の何れかにより形成されることを特徴とする前記［１］乃至前記［５］の何れかに記載の光学ホイール。
［７］前記調整部は、円弧状に形成されて複数の拡散セルを備え、該拡散セルは、前記調整部の径方向と周方向とで拡散角度が異なるように形成されることを特徴とする前記［１］乃至前記［６］の何れかに記載の光学ホイール。
［８］前記蛍光体発光領域は、前記第１の波長帯域光により第１の蛍光光を発する第１蛍光体発光領域と、前記第１の波長帯域光により前記第１の蛍光光と波長が異なる第２の蛍光光を発する第２蛍光体発光領域と、を備えることを特徴とする前記［１］乃至前記［７］の何れか記載の光学ホイール。
［９］前記蛍光体発光領域の前記他方側には、前記第１の波長帯域光を反射して前記蛍光体発光領域からの蛍光光を透過するダイクロイック領域が形成されることを特徴とする前記［１］乃至前記［８］の何れか記載の光学ホイール。
［１０］前記［１］乃至前記［９］の何れかに記載の光学ホイールと、
前記光学ホイールを回転駆動するモータと、
前記モータの駆動制御装置と、
前記第１の波長帯域光を出射可能に形成される第１の半導体発光素子と、
を備えることを特徴とする光源装置。
［１１］第２の波長帯域光を出射可能に形成される第２の半導体発光素子を備えて前記第２の波長帯域光は前記調整拡散光学領域を透過可能に形成されることを特徴とする前記［１０］に記載の光源装置。
［１２］前記［１０］又は前記［１１］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。
２Ｌ 第１方向 ２Ｓ 第２方向
１０，１０Ａ 投影装置
１２ 正面パネル １３ 背面パネル
１４ 右側パネル １５ 左側パネル
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
５７ 電源コネクタ
６０，６０Ａ 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 ８０ 赤色光源装置
８１ 赤色レーザダイオード ８３ コリメータレンズ
１００ 光学ホイール装置
１００ａ 一方側 １００ｂ 他方側
１０１，１０１Ｂ～１０１Ｅ 光学ホイール
１０２ 集光レンズ群 １０３ モータ
１１０ 第１ホイール １１１ 取付穴
１１２ 切欠部 １１３ ダイクロイック領域
１１５ 第１ホイール基材
１２０，１２０Ｂ～１２０Ｅ 第２ホイール
１２１ 取付穴 １２２ 透過部材
１２３，１２３Ｂ～１２３Ｅ 調整拡散光学領域
１２５ 第２ホイール基材 １２６ 蛍光体発光領域
１２６Ｒ 第１蛍光体発光領域 １２６Ｇ 第２蛍光体発光領域
１４０ 導光光学系
１４１ ダイクロイックミラー １４５ マイクロレンズアレイ
１７０ 光源側光学系 １７２ 集光レンズ
１７５ ＲＴＩＲプリズム １９０ ヒートシンク
２１０ 拡散セル ２１１ レンズ面
２２０ 投影光学系 ２２１ レンズ鏡筒
２２５ 固定レンズ群
２３１，２３１Ｂ～２３１Ｅ 調整部
２３２，２３２Ｂ 拡散部 ２３３ 調整拡散部材
２３５ 可動レンズ群 ２４１ 制御回路基板
２６１ 冷却ファン

Claims (9)

  1. 第１の波長帯域光が入射して、前記第１の波長帯域光に対して拡散特性が径方向と周方向とで異なる調整部を備える調整拡散光学領域、を有し、
    前記調整部は、複数の拡散セルを備え、前記拡散セルは、径方向と周方向とで拡散角度が異なるように形成され、
    前記調整部の径方向と周方向のうちの前記第１の波長帯域光の拡散度合が大きい方向は、前記第１の波長帯域光の断面楕円形状の短軸方向と略一致する
    ことを特徴とする光学装置。
  2. 第１の波長帯域光が入射して、前記第１の波長帯域光に対して拡散特性が径方向と周方向とで異なる調整部を備える調整拡散光学領域、を有し、
    前記調整部は、複数の拡散セルを備え、前記拡散セルは、径方向と周方向とで拡散角度が異なるように形成され、
    前記拡散セルは、平面視六角形状として第１方向と第２方向で長さを異ならせるよう配置される
    ことを特徴とする光学装置。
  3. 前記調整拡散光学領域は、前記調整部を透過した前記第１の波長帯域光を拡散して出射させる拡散部を備え、前記調整部と前記拡散部との間に光を透過する透過部材を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
  4. 前記調整拡散光学領域は、前記調整部を透過した前記第１の波長帯域光を拡散して出射させる拡散部を備え、前記調整部と前記拡散部が一体に形成される調整拡散部材を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
  5. 前記調整部は、円弧状に形成されて径方向の断面形状又は周方向の断面形状が、凹状又は凸状とする複数のシリンドリカルレンズ、複数のプリズム形状のレンズ、の何れかにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
  6. 前記拡散セルは、円弧状とされており、第１方向と第２方向における各曲率を異ならせるよう配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
  7. 光学ホイールとしての、請求項１乃至請求項６の何れかに記載の光学装置と、
    前記光学装置を回転駆動するモータと、
    前記モータの駆動制御装置と、
    前記第１の波長帯域光を出射可能に形成される第１の半導体発光素子と、
    を備えることを特徴とする光源装置。
  8. 第２の波長帯域光を出射可能に形成される第２の半導体発光素子を備えて前記第２の波長帯域光は前記調整拡散光学領域を透過可能に形成されることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
  9. 請求項７又は請求項８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。
JP2023031661A 2018-10-02 2023-03-02 光学ホイール、光源装置及び投影装置 Active JP7460970B2 (ja)

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