(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】2019144530
(43)【公開日】20190829
(54)【発明の名称】光源装置及び投影装置
(51)【国際特許分類】
   G03B 21/14 20060101AFI20190802BHJP
   G03B 21/00 20060101ALI20190802BHJP
   F21S 2/00 20160101ALI20190802BHJP
   F21V 9/35 20180101ALI20190802BHJP
   F21V 9/40 20180101ALI20190802BHJP
   F21V 5/04 20060101ALI20190802BHJP
   F21V 7/28 20180101ALI20190802BHJP
   F21V 8/00 20060101ALI20190802BHJP
   H04N 9/31 20060101ALI20190802BHJP
   H04N 5/74 20060101ALI20190802BHJP
   F21Y 113/10 20160101ALN20190802BHJP
   F21Y 115/10 20160101ALN20190802BHJP
   F21Y 115/30 20160101ALN20190802BHJP
【FI】
   !G03B21/14 A
   !G03B21/00 F
   !F21S2/00 311
   !F21S2/00 340
   !F21V9/35
   !F21V9/40 200
   !F21V5/04 550
   !F21V7/28 240
   !F21V8/00 357
   !H04N9/31 500
   !H04N5/74 A
   !F21Y113:10
   !F21Y115:10
   !F21Y115:30
【審査請求】有
【請求項の数】14
【出願形態】OL
【全頁数】17
(21)【出願番号】2018225183
(22)【出願日】20181130
(31)【優先権主張番号】2018028429
(32)【優先日】20180221
(33)【優先権主張国】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000001443
【氏名又は名称】カシオ計算機株式会社
【住所又は居所】東京都渋谷区本町1丁目6番2号
(74)【代理人】
【識別番号】110002022
【氏名又は名称】特許業務法人コスモ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小川 昌宏
【住所又は居所】東京都羽村市栄町3丁目2番1号 カシオ計算機株式会社 羽村技術センター 内
【テーマコード(参考)】
2K203
3K243
3K244
5C058
5C060
【Fターム(参考)】
2K203FA04
2K203FA07
2K203FA25
2K203FA32
2K203FA44
2K203FA45
2K203FA54
2K203FB03
2K203GA34
2K203GA35
2K203GA40
2K203HA03
2K203HA14
2K203HA30
2K203HB22
2K203HB25
2K203MA06
3K243AA01
3K243AC06
3K243BC09
3K243BE09
3K244AA04
3K244BA02
3K244BA06
3K244BA31
3K244CA02
3K244DA01
3K244DA02
3K244DA16
3K244EA06
3K244EA08
3K244EA16
5C058AB03
5C058BA05
5C058EA12
5C058EA13
5C058EA27
5C058EA51
5C060EA01
5C060HC02
5C060HC17
5C060HC19
5C060HD00
5C060HD07
5C060JA14
5C060JB06
(57)【要約】
【課題】明るい光源光を出射する光源装置及び投影装置を提供すること。
【解決手段】光源装置60は、第1波長帯域光(青色波長帯域光)を出射する第1光源(青色レーザダイオード71)と、第1波長帯域光よりも必要光量が小さい第2波長帯域光(赤色波長帯域光)を出射する第2光源(発光ダイオード121)と、第2波長帯域光を第1波長帯域光よりも短い光路で導光して第1波長帯域光及び第2波長帯域光を合成する導光光学系140と、を備える。
【選択図】 図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の光源を用いて、所定の合成光を出射する光源装置において、
第1波長帯域光を出射する第1光源と、
前記第1波長帯域光を励起光として蛍光光である第3波長帯域光を出射する第3光源と、
前記第3波長帯域光と波長帯域が異なる第2波長帯域光を出射する第2光源と、
前記第1波長帯域光と前記第3波長帯域光とを合成する第1合成部材と、
前記第1合成部材で合成した合成光と前記第2波長帯域光を合成する第2合成部材と、
を備え、
前記第2合成部材で合成した合成光を導光装置に入射することを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記導光装置から前記第2光源の光路の距離は、ホワイトバランスを確保するために必要な前記第1波長帯域光乃至前記第3波長帯域光の各光量の比率である必要光量比を維持するため、前記導光装置から前記第3光源の光路の距離よりも短く、前記導光装置から前記第3光源の光路の距離は、前記導光装置から前記第1光源の光路の距離よりも短い、
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
【請求項3】
前記第1波長帯域光は、前記第1合成部材の一方から入射され、前記第1合成部材で反射された後、前記第1合成部材の前記一方とは異なる他方から再度入射され、前記第1合成部材で反射される、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光源装置。
【請求項4】
前記第1波長帯域光は、前記第1合成部材の一方から入射され、前記第1合成部材を透過した後、前記第1合成部材の前記一方とは異なる他方から再度入射され、前記第1合成部材を透過する、
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。
【請求項5】
前記第1光源はレーザダイオードであり、
前記第2光源は発光ダイオードであり、
前記第3光源は前記第1波長帯域光により励起されて前記第3波長帯域光として蛍光光を出射する蛍光発光領域と、前記第1波長帯域光を透過する透過領域とが、周方向に並設されて回転する蛍光体ホイールである、
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。
【請求項6】
前記第1合成部材で反射して前記透過領域を透過した前記第1波長帯域光を、前記第1合成部材へ導光する複数の反射ミラーを備え、
前記第1合成部材は、前記第1波長帯域光を反射すると共に前記第3波長帯域光を透過し、
前記第2合成部材は、前記第1波長帯域光と前記第1合成部材を透過した前記第3波長帯域光とを透過させ、前記第2波長帯域光を反射させる、
ことを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
【請求項7】
前記第1合成部材を透過して前記透過領域を透過した前記第1波長帯域光を、前記第1合成部材へ導光する複数の反射ミラーを備え、
前記第1合成部材は、前記第1波長帯域光を透過すると共に前記第3波長帯域光を反射し、
前記第2合成部材は、前記第1波長帯域光と前記第1合成部材を反射した前記第3波長帯域光とを透過させ、前記第2波長帯域光を反射させる、
ことを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
【請求項8】
前記第1乃至第3波長帯域光が、反射又は透過する前記第1合成部材、前記第2合成部材及び前記複数の反射ミラーの総数は、前記第1波長帯域光が最も多く、次に前記第3波長帯域光が多く、前記第2波長帯域光が最も少ない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。
【請求項9】
第1波長帯域光を出射する第1光源と、
前記第1波長帯域光を励起光として第3波長帯域光を出射する第3光源と、
前記第1波長帯域光と同色の波長帯域光を出射する第4光源と、
前記第3波長帯域光と波長帯域が異なる第2波長帯域光を出射する第2光源と、
前記第3波長帯域光と前記第4光源から出射された光とを合成する第1合成部材と、
前記第1合成部材で合成した合成光と前記第2波長帯域光を合成する第2合成部材と、
を備え、
前記第2合成部材で合成した合成光を導光装置に入射することを特徴とする光源装置。
【請求項10】
前記第1光源は、前記第1合成部材の一方側に配置され、
前記第4光源は、前記第1合成部材を基準として、前記第1光源と対向する前記第1合成部材の他方側に配置される、
ことを特徴とする請求項9に記載の光源装置。
【請求項11】
前記導光装置から前記第2光源の光路の距離は、ホワイトバランスを確保するために必要な前記第1波長帯域光乃至前記第3波長帯域光の各光量の比率である必要光量比を維持するため、前記導光装置から前記第3光源の光路の距離よりも短く、前記導光装置から前記第3光源の光路の距離は、前記導光装置から前記第1光源の光路の距離よりも短い、
ことを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の光源装置。
【請求項12】
前記第1波長帯域光は青色波長帯域光であり、
前記第2波長帯域光は赤色波長帯域光であり、
前記第3波長帯域光は緑色波長帯域光である、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項11の何れかに記載の光源装置。
【請求項13】
前記第2光源の出射側に配置されるレンズは、非球面のプラスチックレンズである、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項12の何れかに記載の光源装置。
【請求項14】
請求項1乃至請求項13の何れか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制御部と、
を有することを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源装置及び投影装置に関する。
【背景技術】
【0002】
今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像等、さらにメモリカード等に記憶されている画像等をスクリーン等に投影する画像投影装置として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、光源から射出された光をDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)や液晶板などの表示素子に集光させ、スクリーン上にカラー画像を表示する。
【0003】
特許文献1には、発光板、第一光源及び第二光源を備える光源装置が開示されている。発光板には、励起光を受けて所定の波長帯域光を出射する蛍光体層が形成される。蛍光体層が出射する光は緑色波長帯域の光である。第一光源は青色の波長帯域の光を励起光として出射するレーザ発光器である。第一光源はその励起光を蛍光板の蛍光体層及び透過部に照射する。第二光源は、蛍光光の波長帯域や励起光の波長帯域とは異なる波長帯域の光として赤色の波長帯域光を発する発光ダイオードである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2011−13320号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1の光源装置においては、第一光源が射出する指向性が大きいレーザ光(青色波長帯域光)、レーザ光により励起されて蛍光体層から出射される蛍光光(緑色波長帯域光)、レーザ光よりも指向性が低い発光ダイオードから出射される赤色波長帯域光を用いている。この際、所定の白色度(ホワイトバランス)を得るために必要な青色、緑色、赤色の各波長帯域光の光量の比率(割合)である必要光量比を維持する必要がある。しかし、この光源装置では、赤色波長帯域光と緑色波長帯域光とは、通過する集光レンズ、ダイクロイックミラー及び反射ミラー等の光学部材の数や光路長が略同じであるため、光学部材における損失により赤色波長帯域光の方が緑色波長帯域光よりも光源光として輝度を確保することが困難な場合がある。そのため、各色の光量バランスを考慮すると投影装置が投影する画像の全体が暗くなったり、無理に明るくしようとすると、赤色波長帯域光の光量が不足して光量バランスが悪くなる等の課題がある。
【0006】
本発明は、以上の点に鑑み、明るい光源光を出射する光源装置及び投影装置を提供する
ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る光源装置は、複数の光源を用いて、所定の合成光を出射する光源装置において、第1波長帯域光を出射する第1光源と、前記第1波長帯域光を励起光として蛍光光である第3波長帯域光を出射する第3光源と、前記第3波長帯域光と波長帯域が異なる第2波長帯域光を出射する第2光源と、前記第1波長帯域光と前記第3波長帯域光とを合成する第1合成部材と、前記第1合成部材で合成した合成光と前記第2波長帯域光を合成する第2合成部材と、を備え、前記第2合成部材で合成した合成光を導光装置に入射することを特徴とする。
【0008】
また、本発明に係る光源装置は、第1波長帯域光を出射する第1光源と、前記第1波長帯域光を励起光として第3波長帯域光を出射する第3光源と、前記第1波長帯域光と同色の波長帯域光を出射する第4光源と、前記第3波長帯域光と波長帯域が異なる第2波長帯域光を出射する第2光源と、前記第3波長帯域光と前記第4光源から出射された光とを合成する第1合成部材と、前記第1合成部材で合成した合成光と前記第2波長帯域光を合成する第2合成部材と、を備え、前記第2合成部材で合成した合成光を導光装置に入射することを特徴とする。
【0009】
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制御部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、明るい光源光を出射する光源装置及び投影装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【図4】本発明の実施形態に係る青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域 光の光度比率と光線角度との関係を示す図である。
【図5】本発明の実施形態に係る蛍光体ホイールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態を図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に対しての前後方向を示す。
【0013】
投影装置10の筐体は、図1に示すように、略直方体形状である。正面板12、背面板13、左側板14及び右側板15からなる側面板と、上面板11と下面板16とにより形成されている。投影装置10は、正面板12の左側方に投影部を有する。さらに、正面板12には、複数の吸排気孔17が設けられている。また、投影装置10は、図示はしないが、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。
【0014】
上面板11には、キー/インジケータ部37が設けられる。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。
【0015】
背面板13には、図示しない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13には、複数の吸気孔が形成されている。
【0016】
次に、投影装置10の投影装置制御部について図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等を構える。
【0017】
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。
【0018】
そして、この投影装置制御部により、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。
【0019】
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。
【0020】
表示駆動部26は、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。投影装置10は、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170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(画像光)を形成し、投影光学系220を介して図示しないスクリーンに画像を投影表示させる。なお、この投影光学系220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。
【0021】
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。
【0022】
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、その画像データを、画像変換部23を介して表示エンコーダ24に出力する。画像圧縮/伸長部31は、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。
【0023】
キー/インジケータ部37は、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に送出される。Ir受信部35で受信されたリモートコントローラからのキー操作信号は、Ir処理部36で復調されて制御部38に出力される。
【0024】
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。
【0025】
また、制御部38は、光源制御部としての光源制御回路41を制御している。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の赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光を発光させる個別の制御を行う。
【0026】
また、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、そ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る。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10本体の電源をオフにする等の制御も行う。
【0027】
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、略中央部分に光源装置60を、光源装置60の左側板側に投影光学系220を備える。投影光学系220と背面板13との間には、表示素子51が配置されている。本実施形態の表示素子51はDMDである。また、投影装置10は、光源装置60と正面板12との間に主制御回路基板241を備え、投影光学系220と左側板14との間に電源制御回路基板242を備える。
【0028】
光源装置60と右側板15との間には、背面板13側から順に、電源コネクタ57、ヒートシンク190が配置される。後述する励起光照射装置70及び蛍光体ホイール101で発生する熱をヒートシンク190へ導くヒートパイプ130、冷却ファン261を備えている。
【0029】
光源装置60は、励起光照射装置70、緑色光源装置80及び赤色光源装置120を備える。励起光照射装置70は、投影装置10の中央近傍に配置される。緑色光源装置80は、励起光照射装置70と蛍光ホイール装置100により形成される。赤色光源装置120は、導光光学系140側に配置される。
【0030】
励起光照射装置70は、光軸が左側板14及び右側板15と略平行となるように配置された半導体発光素子である複数の青色レーザダイオード71(第1光源)と、青色レーザダイオード71の光軸上に配置されたコリメータレンズ73とを備える。青色レーザダイオード71から出射される青色波長帯域光(第1波長帯域光)はコリメータレンズ73により所定の拡散範囲に制限された光束となる。青色レーザダイオード71はヒートシンク190によって冷却される。
【0031】
ここで、図4は、青色波長帯域光Lb、緑色波長帯域光Lg及び赤色波長帯域光Lrの光度比率と光線角度との関係を示す図である。青色レーザダイオード71から出射される青色波長帯域光Lbは、青色レーザダイオード71からの出射光であるため光線角度が比較的小さく高い指向性を有する。
【0032】
図3に戻り、蛍光ホイール装置100は、蛍光体ホイール101(第3光源)と集光レンズ群117と、集光レンズ115とを備える。集光レンズ群117と集光レンズ115は、蛍光体ホイール101を挟むように配置される。蛍光体ホイール101は、円盤状の平板であり、右側板15及び左側板14と略平行に配置される。
【0033】
図5は、蛍光体ホイール101を模式的に示した図である。蛍光体ホイール101は表面が鏡面加工された円盤状の基材102を有する。基材102上には、蛍光体ホイール101は、青色波長帯域光により励起されて緑色波長帯域光(第3波長帯域光)として蛍光光を出射する蛍光発光領域103と、青色波長帯域光を透過する透過領域104の2つのセグメントを周方向に並設している。図4に示すように蛍光光として出射される緑色波長帯域光Lgは、青色波長帯域光Lbよりも光線角度が広い拡散光である。そのため、緑色波長帯域光Lgは、青色波長帯域光Lbと比較して必要光量が小さい。蛍光発光領域103は、耐熱性及び透光性の高いシリコン樹脂等のバインダと、このバインダに均一に分散した緑色蛍光体とから形成される。蛍光体ホイール101は、光源制御回路41により制御されたモータ110により、モータ軸111に支持されて回転駆動する。
【0034】
蛍光発光領域103は、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を励起光とし、緑色波長帯域の蛍光光を励起光の入射面から出射する。
【0035】
図3に戻り、赤色光源装置120は、光軸が右側板15及び左側板14と略平行の赤色光源121(第2光源)と、赤色光源121の光軸上に配置された集光レンズ群125とを備える。赤色光源121は赤色発光ダイオードである。そのため、本実施形態の光源装置60は、レーザダイオード(青色レーザダイオード71)及び発光ダイオード(赤色光源121)を含むハイブリッド方式である。赤色光源121は、赤色波長帯域光(第2波長帯域光)を出射する。図4に示すように発光ダイオードから出射される赤色波長帯域光Lrは、緑色波長帯域光Lgと略同様に、青色波長帯域光Lbよりも光線角度が広い拡散光である。緑色波長帯域光Lgは、レーザ光である青色波長帯域光Lbにより励起されるため、赤色波長帯域光Lrは、緑色波長帯域光Lgと比較して必要光量が小さい。図3で、赤色波長帯域光は、集光レンズ群125により所定の拡散範囲に出射角度が制御されている。また、赤色光源121はヒートシンク190によって冷却される。
【0036】
導光光学系140は、複数のダイクロイックミラー(第1ダイクロイックミラー141,第2ダイクロイックミラー145)と、複数の反射ミラー(第1反射ミラー142,第2反射ミラー143,第3反射ミラー144)と、複数の集光レンズ146,147,148と、により構成される。
【0037】
第1ダイクロイックミラー(第1合成部材)141は、励起光照射装置70から出射される青色波長帯域光の光軸上であり、且つ、蛍光ホイール装置100から出射される緑色波長帯域光の光軸上に配置される。第1ダイクロイックミラー141は、ガラス基板の励起光照射装置70側である一方側がダイクロイックコートになっている。一方側と反対側の他方側は、光の反射や映り込みを防止するためAR(Anti−Reflection)コーティングされている。第1ダイクロイックミラー141の一方側のダイクロコートにより青色波長帯域光を蛍光ホイール装置100側へ反射するとともに、蛍光ホイール装置100から出射された緑色波長帯域光を第2ダイクロイックミラー145側へ透過する。
【0038】
第1反射ミラー142は、蛍光ホイール装置100の右側板15側に配置される。第1反射ミラー142は、蛍光ホイール装置100から出射される青色波長帯域光の光軸上に配置されており、入射した青色波長帯域光を第2反射ミラー143側へ反射する。
【0039】
第2反射ミラー143は、第1反射ミラー142の背面板13側に配置される。また、第1反射ミラー142と第2反射ミラー143との間には、集光レンズ146が配置される。第2反射ミラー143は、第1反射ミラー142で反射されて集光レンズ146で集光された青色波長帯域光を、第3反射ミラー144側へ反射する。
【0040】
第3反射ミラー144は、第2反射ミラー143の左側板14側へ配置される。また、第2反射ミラー143と第3反射ミラー144との間には、集光レンズ147が配置される。第3反射ミラー144は、第2反射ミラー143で反射されて集光レンズ147で集光された青色波長帯域光を、第1ダイクロイックミラー141側へ反射する。
【0041】
第3反射ミラー144と第1ダイクロイックミラー141との間には、集光レンズ148が配置される。第1ダイクロイックミラー141は、第3反射ミラー144で反射されて集光レンズ148で集光された青色波長帯域光を、ダイクロイックコートにより、第2ダイクロイックミラー145側へ反射する。
【0042】
第2ダイクロイックミラー(第2合成部材)145は、第1ダイクロイックミラー141から出射される青色波長帯域光及び緑色波長帯域光の光軸上であり、且つ、赤色光源装置120から出射される赤色波長帯域光の光軸上に配置される。第2ダイクロイックミラー145は、青色波長帯域光及び緑色波長帯域光を透過し、赤色波長帯域光を反射する。そのため、第2ダイクロイックミラー145は、第1ダイクロイックミラー141から出射された青色波長帯域光及び緑色波長帯域光を透過して、光源側光学系170の集光レンズ173へ導光する。また、第2ダイクロイックミラー145は、赤色光源装置120から出射された赤色波長帯域光を反射して、集光レンズ173へ導光する。したがって、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光は、導光光学系140により合成されて、光源側光学系170へ導光される。このように、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光の順で、反射又は透過する第1ダイクロイックミラー141、第2ダイクロイックミラー145、複数の反射ミラー142,143,144、集光レンズ146,147,148,115(集光レンズ群117,125を含む)の総数を少なくし、各光が合成されるまでの光路長も短くしている。
【0043】
光源側光学系170は、集光レンズ173,178,179、ライトトンネル(導光装置)175、照射ミラー185、コンデンサレンズ195を有する。なお、コンデンサレンズ195は、投影光学系220の一部でもある。
【0044】
光源側光学系170に導光された青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光の各光は、集光レンズ173により集光されて、ライトトンネル175に入射する。ライトトンネル175に入射した光は、均一な面密度の光に調整され集光レンズ178,179で集光される。集光レンズ179で集光された光は、照射ミラー185で反射して表示素子51側へ導光される。照射ミラー185で反射した光は、コンデンサレンズ195を介して表示素子51へ照射される。
【0045】
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、投影光として投影光学系220に出射される。投影光学系220は、コンデンサレンズ195、レンズ鏡筒225内の固定レンズや駆動レンズにより形成される。表示素子51から出射された投影光は、投影光学系220を介してスクリーンに投影される。
【0046】
このように投影装置10を構成することで、蛍光体ホイール101を回転させると共に励起光照射装置70及び赤色光源装置120から適宜のタイミングで光を出射すると、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光が導光光学系140及び光源側光学系170を介して表示素子51に入射される。そのため、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。
【0047】
(変形例1)
次に変形例1を示す。先に示した実施形態において、青色波長帯域光Lb(第1波長帯域光)は、第1ダイクロイックミラー141(第1合成部材)の一方から入射され、第1ダイクロイックミラー141で反射された後、第1ダイクロイックミラー141の一方とは異なる他方から再度入射され、第1ダイクロイックミラー141で反射される、とした。しかし、第1ダイクロイックミラー141は、第1波長帯域光を反射する構成に限らない。第1ダイクロイックミラーが、第1波長帯域光を透過する構成であっても良い。
【0048】
具体的な構成を以下に示す。第1波長帯域光は、第1ダイクロイックミラーの一方から入射され、第1ダイクロイックミラーを透過した後、第1ダイクロイックミラーの一方と異なる他方から再度入射され、第1ダイクロイックミラーを透過する。この場合、青色波長帯域光(第1波長帯域光)は、第1ダイクロイックミラーを透過した後。蛍光体ホイールの透過領域を透過し、複数の反射ミラーによって再び第1ダイクロイックミラーへ導光される。第1ダイクロイックミラーは、第1波長帯域光を透過すると共に緑色波長帯域光(第3波長帯域光)を反射する。また、第2ダイクロイックミラー(第2合成部材)は、第1波長帯域光と第1ダイクロイックミラーで反射された緑色波長帯域光(第3波長帯域光)とを透過させ、赤色波長帯域光(第2波長帯域光)を反射させる。
【0049】
以上、光源装置60及び投影装置10について説明したが、本実施形態の発明は上記に示した実施形態に限らない。例えば、図3では、第1ダイクロイックミラー141は、ガラス基板の一方側にダイクロイックコートが形成された板状のミラーとして示したが、一つの部材で青色波長帯域光の分光及び合成することができれば、他の立体形状の部材としてもよい。
【0050】
また、導光光学系140に配置される反射ミラー142,143,144や集光レンズ146,147,148は、第1ダイクロイックミラー141と蛍光体ホイール101で一度緑色波長帯域光と分離して導光された青色波長帯域光を、緑色波長帯域光と合成するために再度第1ダイクロイックミラー141に導光可能であれば、適宜の配置や数に変更することができる。例えば、蛍光ホイール装置100を透過した青色波長帯域光を、第1反射ミラー142及び第3反射ミラー144により光軸を変換させて、第2反射ミラー143を介さずに第1ダイクロイックミラー141に入射させてもよい。
【0051】
また、蛍光体ホイール101には、蛍光発光領域103として緑色波長帯域光を出射する領域と、黄色波長帯域光を出射する領域が同方向に並設して設けられていてもよい。これにより、光源装置60は、励起光照射装置70から出射された青色波長帯域光により励起された黄色波長帯域光を、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光と共に時分割して出射させることができ、投影装置10から高輝度の画像を表示させるための光源として利用することができる。
【0052】
(変形例2)
次に変形例2を示す。先に示した実施形態において、青色レーザダイオード71は、蛍光体ホイール(第3光源)101に形成された蛍光発光領域103を励起して蛍光光を発光させるための励起光としての役割を果たすと共に、青色レーザダイオード71から出射される光を青色光として使用する構成とした。しかし、この変形例においては、青色レーザダイオード71は、蛍光体ホイール(第3光源)101に形成された蛍光発光領域103を励起して蛍光光を発光させるための励起光としての役割のみを果たす構成とする。この場合、蛍光体ホイール(第3光源)101に形成された蛍光発光領域103は、360度である全周に形成されている。
【0053】
投影光として利用する青色波長帯域光として、青色レーザダイオード71を用いないため、第1ダイクロイックミラー141を基準にして青色レーザダイオード71と対向する位置に、青色光(第1波長帯域光と同色の波長帯域光)を出射する発光ダイオード(第4光源)を設ける。なお、青色レーザダイオード71でなくても励起光源であれば良く、例えば紫外レーザダイオードを用いても良い。この構成により、第2反射ミラー143、第3反射ミラー144が不要となるため、構成を簡略化し、装置全体の小型化を図ることができる。
【0054】
以上、本実施形態の光源装置60及び投影装置10は、第1波長帯域光(青色波長帯域光)を出射する第1光源(青色レーザダイオード71)と、第1波長帯域光よりも必要光量が小さい第2波長帯域光(赤色波長帯域光)を出射する第2光源(発光ダイオード)と、第2波長帯域光を第1波長帯域光よりも短い光路で導光して第1波長帯域光及び第2波長帯域光を合成する導光光学系140と、を備える。
【0055】
赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光の必要光量が小さい順に、光路を短くしたため、光源装置60内において必要光量が小さい光の損失を低減することができ、投影光全体として明るい画像を表示させることができる。また、光源の数を増加させなくても明るさを改善することができるため、明るい光源光を出射しながら小型化が可能な光源装置60及び投影装置10とすることができる。
【0056】
また、光源装置60は、第1波長帯域光よりも必要光量が小さく、第2波長帯域光よりも必要光量が大きい第3波長帯域光(緑色波長帯域光)を出射する第3光源(蛍光体ホイール101)を備え、導光光学系140は第3波長帯域光を第1波長帯域光よりも短く第2波長帯域光よりも長い光路で導光して第1波長帯域光及び第2波長帯域光と合成する。これにより、光源装置60が出射する複数種類の光について、優先して必要光量が小さい光の損失を低減させることができ、明るい光源光を出射させることができる。このように本願では、白色度(ホワイトバランス)を確保するために必要なRGBの各光量の比率(割合)、即ち必要光量比を維持するため、導光装置から赤色光源の距離を、導光装置から他の光源の距離に対して最も短くし、赤色の光量の損失を抑制している。言い換えれば、光路上に配置されるダイクロイックミラー等の光学素子の表面反射や透過ロスを減少させることができる。
【0057】
また、本実施形態の光源装置60では、第1光源がレーザダイオードであり、第2光源が発光ダイオードであり、第3光源が第3波長帯域光として蛍光光を出射する蛍光発光領域103と、第1波長帯域光を透過する透過領域104とを、周方向に並設した回転する蛍光体ホイール101である。これにより、少ない自己発光素子を利用して、高輝度の光源装置60を構成することができる。
【0058】
また、第1波長帯域光を反射/透過すると共に第3波長帯域光を透過/反射する第1ダイクロイックミラー141と、第1波長帯域光を第1ダイクロイックミラー141の他方側へ導光する複数の反射ミラー142,143,144と、第1波長帯域光と第3波長帯域光とを透過させ、第2波長帯域光を反射させて、第1波長帯域光、第2波長帯域光及び第3波長帯域光を合成する第2ダイクロイックミラー145と、を備える光源装置60は、少ない光学部材を用いて各光の光路上の損失を低減することができる。
【0059】
また、第1波長帯域光、第3波長帯域光及び第2波長帯域光の順で反射又は透過する第1ダイクロイックミラー141、第2ダイクロイックミラー145及び複数の反射ミラー142,143,144の総数を少なくした光源装置60は、必要光量が小さい光の合成前における損失を低減することができる。
【0060】
また、第1波長帯域光が青色波長帯域光であり、第2波長帯域光が赤色波長帯域光であり、第3波長帯域光が緑色波長帯域光である光源装置60は、カラー画像を投影するための光源として使用することができる。
【0061】
また、ダイクロイックミラーの分光特性は、一般に、特定の波長の光のすべてを透過させたり反射させたりすることは難しい。従って、励起光照射装置からの出射光がダイクロイックミラーを透過/反射する際に、この出射光の一部の光がかにダイクロイックミラーにより反射/透過して、赤色光源装置を照射することがある。しかし、本実施形態の構成では、青色レーザダイオード(第1光源)71の光を反射する第1ダイクロイックミラー141の反対側に赤色光源(第2光源)121は存在しないため、赤色光源(第2光源)121に励起光の一部が照射されることはない。従って、投影装置を長時間使用した場合であっても、赤色光源装置120の光学装置の耐用年数が短縮してしまう等の影響が生じることはない。よって、ガラス製の非球面レンズの代わりに、励起光の照射により劣化の影響を受け易い樹脂の非球面プラスチックレンズを用いることが可能となる。
【0062】
なお、本実施形態においては、導光装置としてライトトンネル175を用いたが、この構成に限らない。導光装置として、ガラスロッド、マイクロレンズアレイを用いても良い。
【0063】
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。
【0064】
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] 複数の光源を用いて、所定の合成光を出射する光源装置において、
第1波長帯域光を出射する第1光源と、
前記第1波長帯域光を励起光として蛍光光である第3波長帯域光を出射する第3光源と、
前記第3波長帯域光と波長帯域が異なる第2波長帯域光を出射する第2光源と、
前記第1波長帯域光と前記第3波長帯域光とを合成する第1合成部材と、
前記第1合成部材で合成した合成光と前記第2波長帯域光を合成する第2合成部材と、
を備え、
前記第2合成部材で合成した合成光を導光装置に入射することを特徴とする光源装置。
[2] 前記導光装置から前記第2光源の光路の距離は、ホワイトバランスを確保するために必要な前記第1波長帯域光乃至前記第3波長帯域光の各光量の比率である必要光量比を維持するため、前記導光装置から前記第3光源の光路の距離よりも短く、前記導光装置から前記第3光源の光路の距離は、前記導光装置から前記第1光源の光路の距離よりも短い、
ことを特徴とする前記[1]に記載の光源装置。
[3] 前記第1波長帯域光は、前記第1合成部材の一方から入射され、前記第1合成部材で反射された後、前記第1合成部材の前記一方とは異なる他方から再度入射され、前記第1合成部材で反射される、
ことを特徴とする前記[1]又は前記[2]に記載の光源装置。
[4] 前記第1波長帯域光は、前記第1合成部材の一方から入射され、前記第1合成部材を透過した後、前記第1合成部材の前記一方とは異なる他方から再度入射され、前記第1合成部材を透過する、
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] 前記第1光源はレーザダイオードであり、
前記第2光源は発光ダイオードであり、
前記第3光源は前記第1波長帯域光により励起されて前記第3波長帯域光として蛍光光を出射する蛍光発光領域と、前記第1波長帯域光を透過する透過領域とが、周方向に並設されて回転する蛍光体ホイールである、
ことを特徴とする前記[1]又は前記[2]に記載の光源装置。
[6] 前記第1合成部材で反射して前記透過領域を透過した前記第1波長帯域光を、前記第1合成部材へ導光する複数の反射ミラーを備え、
前記第1合成部材は、前記第1波長帯域光を反射すると共に前記第3波長帯域光を透過し、
前記第2合成部材は、前記第1波長帯域光と前記第1合成部材を透過した前記第3波長帯域光とを透過させ、前記第2波長帯域光を反射させる、
ことを特徴とする前記[5]に記載の光源装置。
[7] 前記第1合成部材を透過して前記透過領域を透過した前記第1波長帯域光を、前記第1合成部材へ導光する複数の反射ミラーを備え、
前記第1合成部材は、前記第1波長帯域光を透過すると共に前記第3波長帯域光を反射し、
前記第2合成部材は、前記第1波長帯域光と前記第1合成部材を反射した前記第3波長帯域光とを透過させ、前記第2波長帯域光を反射させる、
ことを特徴とする前記[5]に記載の光源装置。
[8] 前記第1乃至第3波長帯域光が、反射又は透過する前記第1合成部材、前記第2合成部材及び前記複数の反射ミラーの総数は、前記第1波長帯域光が最も多く、次に前記第3波長帯域光が多く、前記第2波長帯域光が最も少ない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] 第1波長帯域光を出射する第1光源と、
前記第1波長帯域光を励起光として第3波長帯域光を出射する第3光源と、
前記第1波長帯域光と同色の波長帯域光を出射する第4光源と、
前記第3波長帯域光と波長帯域が異なる第2波長帯域光を出射する第2光源と、
前記第3波長帯域光と前記第4光源から出射された光とを合成する第1合成部材と、
前記第1合成部材で合成した合成光と前記第2波長帯域光を合成する第2合成部材と、
を備え、
前記第2合成部材で合成した合成光を導光装置に入射することを特徴とする光源装置。
[10] 前記第1光源は、前記第1合成部材の一方側に配置され、
前記第4光源は、前記第1合成部材を基準として、前記第1光源と対向する前記第1合成部材の他方側に配置される、
ことを特徴とする前記[9]に記載の光源装置。
[11] 前記導光装置から前記第2光源の光路の距離は、ホワイトバランスを確保するために必要な前記第1波長帯域光乃至前記第3波長帯域光の各光量の比率である必要光量比を維持するため、前記導光装置から前記第3光源の光路の距離よりも短く、前記導光装置から前記第3光源の光路の距離は、前記導光装置から前記第1光源の光路の距離よりも短い、
ことを特徴とする前記[9]又は前記[10]に記載の光源装置。
[12] 前記第1波長帯域光は青色波長帯域光であり、
前記第2波長帯域光は赤色波長帯域光であり、
前記第3波長帯域光は緑色波長帯域光である、
ことを特徴とする前記[1]乃至前記[11]の何れかに記載の光源装置。
[13] 前記第2光源の出射側に配置されるレンズは、非球面のプラスチックレンズである、
ことを特徴とする前記[1]乃至前記[12]の何れかに記載の光源装置。
[14] 前記[1]乃至前記[13]の何れか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制御部と、
を有することを特徴とする投影装置。
【符号の説明】
【0065】
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
16 下面板 17 吸排気孔
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
57 電源コネクタ 60 光源装置
70 励起光照射装置
71 青色レーザダイオード(第1光源)
73 コリメータレンズ 80 緑色光源装置
100 蛍光ホイール装置 101 蛍光体ホイール(第3光源)
102 基材 103 蛍光発光領域
104 透過領域 110 モータ
111 モータ軸 115 集光レンズ
117 集光レンズ群
120 赤色光源装置 121 赤色光源(第2光源)
125 集光レンズ群 130 ヒートパイプ
140 導光光学系
141 第1ダイクロイックミラー(第1合成部材)
142 第1反射ミラー 143 第2反射ミラー
144 第3反射ミラー
145 第2ダイクロイックミラー(第2合成部材)
146 集光レンズ 147 集光レンズ
148 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(導光装置)
178 集光レンズ 179 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 投影光学系
225 レンズ鏡筒 241 主制御回路基板
242 電源制御回路基板 261 冷却ファン
Lb 青色波長帯域光(第1波長帯域光)
Lg 緑色波長帯域光(第3波長帯域光)
Lr 赤色波長帯域光(第2波長帯域光)
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【手続補正書】
【提出日】20190212
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0003】
特許文献1には、発光板、第一光源及び第二光源を備える光源装置が開示されている。発光板には、励起光を受けて所定の波長帯域光を出射する蛍光体層が形成される。蛍光体層が出射する光は緑色波長帯域の光である。第一光源は青色の波長帯域の光を励起光として出射するレーザ発光器である。第一光源はその励起光を光板の蛍光体層及び透過部に照射する。第二光源は、蛍光光の波長帯域や励起光の波長帯域とは異なる波長帯域の光として赤色の波長帯域光を発する発光ダイオードである。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0048
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0048】
具体的な構成を以下に示す。第1波長帯域光は、第1ダイクロイックミラーの一方から入射され、第1ダイクロイックミラーを透過した後、第1ダイクロイックミラーの一方と異なる他方から再度入射され、第1ダイクロイックミラーを透過する。この場合、青色波長帯域光(第1波長帯域光)は、第1ダイクロイックミラーを透過した後蛍光体ホイールの透過領域を透過し、複数の反射ミラーによって再び第1ダイクロイックミラーへ導光される。第1ダイクロイックミラーは、第1波長帯域光を透過すると共に緑色波長帯域光(第3波長帯域光)を反射する。また、第2ダイクロイックミラー(第2合成部材)は、第1波長帯域光と第1ダイクロイックミラーで反射された緑色波長帯域光(第3波長帯域光)とを透過させ、赤色波長帯域光(第2波長帯域光)を反射させる。