JP2013195838A - 光源装置及びプロジェクタ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】蛍光体プレートをホイール形状に形成することなく、青色光の光路を時分割で切り替えることが可能な光源装置及びそれを備えたプロジェクタ装置を提供すること。
【解決手段】青色光源31と赤色光源33の光路中にホイール35を配置する。ホイール35は、底面351と、拡散面352と、を有している。底面351は、ダイクロイックミラーで構成され、Rセグメントと、Gセグメントと、Bセグメントと、を有する。Rセグメントは、赤色光源33からの赤色光Rを透過させ、拡散面352で拡散させる。Bセグメントは、青色光源31からの青色光Bを透過させ、拡散面352で拡散させる。Gセグメントは、青色光源31からの青色光Bを反射させ、蛍光体プレートの方向に出射する。
【選択図】図3
【解決手段】青色光源31と赤色光源33の光路中にホイール35を配置する。ホイール35は、底面351と、拡散面352と、を有している。底面351は、ダイクロイックミラーで構成され、Rセグメントと、Gセグメントと、Bセグメントと、を有する。Rセグメントは、赤色光源33からの赤色光Rを透過させ、拡散面352で拡散させる。Bセグメントは、青色光源31からの青色光Bを透過させ、拡散面352で拡散させる。Gセグメントは、青色光源31からの青色光Bを反射させ、蛍光体プレートの方向に出射する。
【選択図】図3
Description
本発明は、半導体発光素子を用いた光源装置及びそれを備えたプロジェクタ装置に関する。
従来、光源に半導体発光素子を使用して画像の投影を行うプロジェクタ装置に関する各種の提案がなされている。このようなプロジェクタ装置の一つとして、半導体発光素子として可視光を照射するものを用いて画像の投影を行うプロジェクタ装置も提案されている。例えば、青色光を受けて緑色光を出射する蛍光体を設け、この蛍光体に青色光を照射するようにしたプロジェクタ装置が提案されている。また、ホイールに蛍光体粉体を塗布してなる蛍光体ホイールを回転させつつ、蛍光体への光照射を行うことによって、蛍光体の同一部分への連続した光の入射を防止するようにしたプロジェクタ装置が例えば特許文献1において提案されている。
また、特許文献1のプロジェクタ装置は、蛍光体ホイールの一部に青色光を透過・拡散させる面が形成されている。この透過拡散面に青色光を入射させるようにホイールを回転させることで、蛍光体の励起用の青色光源を、青色画像投影用の光源としても用いることができる。
近年、蛍光体紛体に代わり、蛍光体を焼き固めて構成した蛍光体プレートを、緑色光用の光源として用いる試みがなされている。蛍光体プレートは、長時間の光入射による熱にも耐え、また従来の蛍光体粉体を用いた蛍光体ホイールよりも発光効率が高い。しかしながら、蛍光体プレートは、従来の蛍光体粉体を用いた蛍光体ホイールに比べて製造コストがかかり、ホイール形状に形成することが困難である。このため、蛍光体プレートの場合には、蛍光体プレートをホイール形状に形成することなく、青色光源からの青色光の光路を時分割で切り替える必要がある。
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、蛍光体プレートをホイール形状に形成することなく、青色光の光路を時分割で切り替えることが可能な光源装置及びそれを備えたプロジェクタ装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明の第1の態様の光源装置は、入射された光を画像光として出射する光出射部と、青色波長帯の光を出射する青色光源と、前記青色波長帯の光を受けて緑色波長帯の光を出射する蛍光体プレートと、前記青色光源と前記蛍光体プレートとの光路中に配置され、前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に出射する第1の領域と、前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に出射する第2の領域と、を有するホイールと、前記第1の領域から出射された青色波長帯の光と前記蛍光体プレートから出射された緑色波長帯の光との各々を前記光出射部への光路上に導く光学系と、を具備することを特徴とする。
また、前記の目的を達成するために、本発明の第2の態様のプロジェクタ装置は、光源装置と、表示素子と、前記光源装置からの光を前記表示素子に導く光源側光学系と、前記表示素子から射出された画像を投影する投影光学系と、前記光源装置及び表示素子を制御する制御手段と、を備え、前記光源装置が、第1の態様に記載の光源装置であることを特徴とする。
本発明によれば、蛍光体プレートをホイール形状に形成することなく、青色光の光路を時分割で切り替えることが可能な光源装置及びそれを備えたプロジェクタ装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明においては、本実施形態に係る光源装置を、DLP(登録商標)方式のデータプロジェクタ装置に適用した例について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るデータプロジェクタ装置10の概略機能構成を示す図である。以下の説明で「ミラー」により光を「反射」する、として説明した場合、原則的に当該ミラーは入射された光を全反射するものとする。
入力部11は、例えばピンジャック(RCA)タイプのビデオ入力端子や音声入力端子、HDMI(High Definition Multimedia Interface)(登録商標)入力端子等により構成されており、データプロジェクタ装置10の外部の信号供給源からNTSC方式等の各種規格の画像データや音声データが入力され、システムバスSBを介して、画像データを画像変換部12に送るとともに音声データを音声処理部22に送る。また、入力部11は、入力された画像データや音声データがアナログ信号である場合には、画像データや音声データをデジタル化してから画像変換部12に送る。
画像変換部12は、スケーラとも称されるものである。この画像変換部12は、入力部11から入力された画像データを、投影に適した所定のフォーマットの画像データに変換して投影処理部13へ送る。この際、画像変換部12は、必要に応じて、OSD(On Screen Display)用の各種動作状態を示すシンボル等のデータを画像データに重畳する。
投影処理部13は、画像変換部12から送られてきた画像データに応じて、空間的光変調素子であるマイクロミラー素子14を駆動する。マイクロミラー素子14の駆動周期は、画像データのフレームレートと、色成分の分割数と、画像データの表示階調数とを乗算した値に応じて設定される。例えば、フレームレートを60fps、色成分の分割数を3(RGBの3色)、画像データの表示階調数を256とした場合、マイクロミラー素子14の駆動周期は、1/(60×3×256)=1/46080秒となる。また、投影処理部13は、画像変換部12から送られてきた画像データに応じて、光源部15を駆動する。
マイクロミラー素子14は、アレイ状に配列された複数の可動な微小ミラーによって構成された表示素子である。微小ミラーは、例えばWXGA(Wide eXtended Graphic Array)(横1280画素×縦800画素)に対応して配列されている。各々の微小ミラーは、その傾斜角度を高速で変化させることが可能に構成されている。そして、各々の微小ミラーは、その傾斜角に応じて光源部15から入射された光の出射光路を変化させる。即ち、各々の微小ミラーは、オン状態のときに、入射された光を投影レンズ部17に向けて反射して光像を形成させ、オフ状態のときに、入射された光を投影レンズ部17の外に向けて反射する。
本実施形態における光源装置としての光源部15は、R、G、Bの原色光を含む複数色の光を、時分割でミラー16に向けて出射する。光源部15の詳細な構成については、後述する。ミラー16は、光源部15から入射された光を、マイクロミラー素子14に向けて全反射させる。
投影レンズ部17は、マイクロミラー素子14からの反射光によって形成された光像を図示しない投影面上に投影するように構成された光学系をその内部に有している。
CPU18は、上述した各回路の動作を制御する。CPU18は、メインメモリ19及びプログラムメモリ20と接続されている。メインメモリ19は、例えばSRAMで構成されており、CPU18による制御の際のワークメモリとして機能する。プログラムメモリ20は、電気的に書換可能な不揮発性メモリで構成されており、CPU18が実行する動作プログラムや各種の定型データ等を記憶している。
また、CPU18は、操作部21にも接続されている。操作部21は、データプロジェクタ装置10の本体に設けられたキー操作部と、データプロジェクタ装置10の専用の図示しないリモートコントローラからの赤外光を受光する赤外線受光部とを含み、ユーザによってキー操作部又はリモートコントローラが操作された場合に、それらの操作に応じた操作信号をCPU18へ出力する。CPU18は、この操作信号に応じてデータプロジェクタ装置10の各種の動作を制御する。
さらに、CPU18は、システムバスSBを介して音声処理部22にも接続されている。音声処理部22は、PCM音源等の音源回路を備えている。この音声処理部22は、入力部11を介して入力された音声データをアナログ化し、この音声データをスピーカ部23に入力してスピーカ部23を駆動することにより、スピーカ部23から発音させる。また、音声処理部22は、必要により、スピーカ部23からビープ音等を発生させる。
図2は、本実施形態に係る光源部15の構成の一例を示す図である。本実施形態における光源部15は、2つの半導体発光素子を用いてRGBの何れかの光を光出射部から出射するように構成されている。
青色光源31は、青色波長帯の光Bを発する半導体発光素子であって、例えばレーザダイオードによって構成されている。ここで、図2は、青色光源31を1つ図示しているが、青色光源31を複数配置しても良い。
ダイクロイックミラー32は、青色光源31の光軸上に配置され、赤色波長帯の光を反射させ、それ以外の波長帯の光を透過させるように構成されたミラーである。このダイクロイックミラー32は、レンズ34の光軸に対して45°の角度をなすように配置されている。
赤色光源33は、赤色波長帯の光Rを発する半導体発光素子であって、例えばレーザダイオードによって構成されている。ここで、図2は、赤色光源33を1つ図示しているが、赤色光源33を複数配置しても良い。
レンズ34は、ダイクロイックミラー32を透過した青色光B及びダイクロイックミラー32で反射された赤色光Gを平行光として出射する。ここで、図2は、レンズ34を1枚のみ図示している。しかしながら、レンズ34と同様の機能を、複数枚のレンズによって実現するようにしても良い。
ホイール35は、レンズ34の光軸に対して45°の角度をなすように配置されている。ホイール35は、ダイクロイックミラー32を透過した青色光Bの光路を変更する。より詳しくは、ホイール35は、ダイクロイックミラー32を透過した青色光Bを拡散させてライトトンネル46の方向(レンズ群43の方向)に出射するか、ダイクロイックミラー32を透過した青色光Bを蛍光体プレート39の方向(レンズ36の方向)に出射する。さらに、本実施形態におけるホイール35は、ダイクロイックミラー32を反射した赤色光Rを拡散させてライトトンネル46の方向に出射する。
レンズ36は、レンズ34の光軸に対して90°の角度をなすように、ホイール35の反射光軸上に配置され、ホイール35から出射された青色光Bを集光する。レンズ34と同様、レンズ36を複数枚のレンズによって構成しても良い。
ダイクロイックミラー37は、緑色波長帯の光を反射させ、青色波長帯の光を透過させるミラーである。このダイクロイックミラー37は、レンズ36の光軸に対して45°の角度をなすように配置されている。
レンズ群38は、ダイクロイックミラー37の反射光軸上に配置され、ダイクロイックミラー37を透過した青色光Bを平行光として蛍光体プレート39に入射させるとともに、蛍光体プレート39から出射される緑色光Gを集光する。
蛍光体プレート39は、青色波長帯の光を受けて緑色波長帯の光を発する蛍光体を板状に焼き固めて構成されたセラミックプレートである。
レンズ40は、ダイクロイックミラー37の反射光軸上に配置され、ダイクロイックミラー37で反射された緑色光Gを集光する。レンズ34、36と同様、レンズ40を複数枚のレンズによって構成しても良い。
反射ミラー41は、レンズ40の光軸上に配置され、入射光を全反射させるように構成されたミラーである。この反射ミラー41は、レンズ40の光軸に対して45°の角度をなすように配置されている。
レンズ42は、反射ミラー41の反射光軸上に配置され、反射ミラー41で反射された緑色光Gを集光する。レンズ34、36、40と同様、レンズ42を複数枚のレンズによって構成しても良い。
レンズ群43は、ホイール35の透過光軸上に配置され、ホイール35を透過した赤色光R又は青色光Bを集光する。
ダイクロイックミラー44は、緑色波長帯の光を透過させ、それ以外の波長帯の光を反射させるように構成されたミラーである。このダイクロイックミラー44は、レンズ群43及びレンズ42の光軸に対して45°の角度をなすように配置されている。
レンズ45は、ダイクロイックミラー44から出射された光を集光する。レンズ34、36、40、42と同様、レンズ45を複数枚のレンズによって構成しても良い。
ライトトンネル46は、レンズ45で集光された光を、内部で全反射させながら進行させて面均一光として出射する。このライトトンネル46が、光源部15の光出射部として機能する。
以下、本実施形態におけるホイール35について説明する。図3は、ホイール35の構成を示す図である。ここで、図3(a)はホイール35の斜視図を示し、図3(b)はホイール35の側面図を示し、図3(c)はホイール35の断面図である。
図3(a)〜図3(c)に示すように、ホイール35は、概略的には底面を有する中空の円錐台状の構造を有し、モータによって回転軸Oを中心に回転自在に構成されている。より詳しくは、ホイール35は、円板状の底面351に、略45°の角度をなすように拡散面352が形成されることによって構成されている。
底面351は、ダイクロイックミラーで構成されている。底面351を構成するダイクロイックミラーは、赤色画像投影用の領域である赤(R)セグメントと、緑色画像投影用の領域である緑(G)セグメントと、青色画像投影用の領域である青(B)セグメントと、を有している。Rセグメントは、赤色波長帯の光を透過させるように構成されている。また、Bセグメントは、青色波長帯の光を透過させるように構成されている。Gセグメントは、青色波長帯の光を反射させるように構成されている。
図4は、底面351のセグメント構成を示す図である。図4(a)は、RセグメントとBセグメントとを回転軸Oに対して対称に配置し、残りをGセグメントとした例である。一方、図4(b)は、RセグメントとBセグメントとを隣接して配置し、残りをGセグメントとした例である。本実施形態においては、図4(a)と図4(b)の何れのセグメント構成を用いても良い。また、R、Bセグメントを1つのセグメントとする、即ち緑色波長帯の光を反射させ、それ以外の波長帯の光を透過させるセグメントとするようにしても良い。さらには、R、Gセグメントを1つのセグメントとする、即ち青色波長帯の光を反射させ、それ以外の波長帯の光を透過させるセグメントとするようにして良い。
拡散面352は、底面351に対して略45°の角度をなすように、底面341における周縁部の上に形成され、入射した光を透過及び拡散する。拡散面352は、例えばガラス面をサンドブラストやエッチングによって荒らすことによって形成される。
以下の説明においては、底面351における、拡散面352が形成される側の面をホイール35の正面とし、底面351における、拡散面352が形成されない側の面をホイール35の背面とする。図2の光源部15の例では、ホイール35の背面が青色光源31及び赤色光源33に向くように配置されている。
以下、光源部15の動作について説明する。光源部15の動作は、CPU18の制御の下に投影処理部13が実行するものである。投影処理部13は、画像データによって表される画像が投影面に投影されるよう、光源部15における青色光源31及び赤色光源33の発光タイミングとホイール35の回転タイミングとのそれぞれを時分割制御する。
1フレーム(1画面)分の投影画像は、複数のフィールドの投影画像によって構成されている。各フィールドでは、異なる色の投影画像を投影面に投影する。1フレームは、少なくともRフィールド、Bフィールド、Gフィールドの3フィールドを有している。Rフィールドは、赤色の投影画像を投影面に投影するフィールドである。Bフィールドは、青色の投影画像を投影面に投影するフィールドである。Gフィールドは、緑色の投影画像を投影面に投影するフィールドである。
Rフィールドにおいて、投影処理部13は、赤色光源33を発光させるとともに、ホイール35の底面351におけるRセグメントに光が入射するようにモータ353によりホイール35を回転させる。赤色光源33から出射された赤色光Rは、ダイクロイックミラー32に至る。前述したように、ダイクロイックミラー32は、赤色波長帯の光を反射させるように構成されているので、赤色光Rは、ダイクロイックミラー32で反射され、レンズ34で平行光となって、ホイール35の底面351に形成されたRセグメントに入射する。
Rセグメントは、赤色光Rを透過させるように構成されている。したがって、ホイール35に入射した赤色光Rは、図5(a)に示すように、Rセグメントを透過し、底面351に対して45°の角度を有するように形成された拡散面352で拡散されてレンズ群43の方向に出射される。
ホイール35から出射された赤色光Rは、レンズ群43によって集光されてダイクロイックミラー44に至る。前述したように、ダイクロイックミラー44は、緑色波長帯の光を透過させ、それ以外の波長帯の光を反射させるように構成されているので、赤色光Rは、ダイクロイックミラー44で反射され、レンズ45で集光されてライトトンネル46に入射する。そして、この赤色光Rは、ライトトンネル46の内面で反射され、面均一光である赤色画像光としてライトトンネル46から出射され、マイクロミラー素子14に至る。
また、投影処理部13は、入力された画像データの赤色成分の階調に応じて、マイクロミラー素子14を構成する各微小ミラーのオンオフを制御する。上述したように、マイクロミラー素子14を構成する各々の微小ミラーは、オン状態のときに、入射された光を投影レンズ部17に向けて反射し、オフ状態のときに、入射された光を投影レンズ部17の外に向けて反射する。このような構成により、Rフィールド中に微小ミラーをオン状態とした回数だけ、その微小ミラーに対応した投影面上の画素位置に赤色光Rが投影される。これは、時間平均で見ると、画像データに応じた階調の赤色の投影画像が投影されたことと等価である。
Bフィールドにおいて、投影処理部13は、青色光源31を発光させるとともに、ホイール35の底面351におけるBセグメントに光が入射するようにモータ353によりホイール35を回転させる。青色光源31から出射された青色光Bは、ダイクロイックミラー32に至る。前述したように、ダイクロイックミラー32は、青色波長帯の光を透過させるように構成されているので、青色光Bは、ダイクロイックミラー32を透過し、レンズ34で平行光となって、ホイール35の底面351に形成されたBセグメントに入射する。
Bセグメントは、青色光Bを透過させるように構成されている。したがって、ホイール35に入射した青色光Bは、図5(a)に示すように、Bセグメントを透過し、底面351に対して45°の角度を有するように形成された拡散面352で拡散されてレンズ群43の方向に出射される。
ホイール35から出射された青色光Bは、レンズ群43によって集光されてダイクロイックミラー44に至る。前述したように、ダイクロイックミラー44は、緑色波長帯の光を透過させ、それ以外の波長帯の光を反射させるように構成されているので、青色光Bは、ダイクロイックミラー44で反射され、レンズ45で集光されてライトトンネル46に入射する。そして、この青色光Bは、ライトトンネル46の内面で反射され、面均一光である青色画像光としてライトトンネル46から出射され、マイクロミラー素子14に至る。
また、投影処理部13は、入力された画像データの青色成分の階調に応じて、マイクロミラー素子14の各微小ミラーのオンオフを制御する。これにより、時間平均としては、所定の階調の青色の画像が投影される。
Gフィールドにおいて、投影処理部13は、青色光源31を発光させるとともに、青色光源31の光軸上にGセグメントが位置するようにモータ343を回転させる。青色光源31から出射された青色光Bは、ダイクロイックミラー32に至る。前述したように、ダイクロイックミラー32は、青色波長帯の光を透過させるように構成されているので、青色光Bは、ダイクロイックミラー32を透過し、レンズ34で平行光となって、ホイール35の底面351に形成されたGセグメントに入射する。
Gセグメントは、青色光Bを反射させるように構成されている。したがって、ホイール35に入射した青色光Gは、図5(b)で示すようにしてGセグメントで反射され、レンズ36の方向に出射される。
ホイール35から出射された青色光Bは、レンズ36によって集光されてダイクロイックミラー37に至る。前述したように、ダイクロイックミラー37は、青色波長帯の光を透過させるように構成されているので、青色光Bは、ダイクロイックミラー37を透過し、レンズ群38で平行光となって蛍光体プレート39に入射する。
蛍光体プレート39は、青色波長帯の光を受けて緑色波長帯の光を発するように構成されている。したがって、青色光Bの入射により、蛍光体プレート39からは緑色光Gが出射される。この緑色光Gは、レンズ群38によって集光されてダイクロイックミラー37に至る。前述したように、ダイクロイックミラー37は、緑色波長帯の光を反射させるように構成されているので、緑色光Gは、ダイクロイックミラー37で反射され、レンズ40で集光され、反射ミラー41で反射され、レンズ42で集光されてダイクロイックミラー44に至る。前述したように、ダイクロイックミラー44は、緑色波長帯の光を透過させるように構成されているので、緑色光Gは、ダイクロイックミラー44を透過し、レンズ45で集光されてライトトンネル46に入射する。そして、この緑色光Gは、ライトトンネル46の内面で反射され、面均一光である緑色画像光としてライトトンネル46から出射され、マイクロミラー素子14に至る。
また、投影処理部13は、入力された画像データの緑色成分の階調に応じて、マイクロミラー素子14の各微小ミラーのオンオフを制御する。これにより、時間平均としては、所定の階調の緑色の画像が投影される。
以上で示した1フレームの動作によって、時間平均としては、投影面上の任意の画素位置に任意の色の投影画像を表示することが可能である。なお、1つのフィールド内で複数の光源、即ち青色光源31と赤色光源33とを同時に発光させるようなフィールドを追加しても良い。これにより、所謂補色駆動を行うことも可能である。
以上説明したように、本実施形態によれば、青色光源31の光路中にホイール35を配置することにより、ホイール35によって青色光源31から出射される青色光Bの光路を時分割で切り替えることが可能である。これにより、蛍光体プレート39を回転自在なホイール形状とする必要がない。また、本実施形態では、青色光Bの光路切替と青色光B又は赤色光Rの拡散とを1つのホイール35で行うことができる。このため、光源部15の全体としての部品点数を減らすことが可能である。
以下、本実施形態の変形例について説明する。
[変形例1]
前述した実施形態のホイール35は、底面351を透過した青色光Bを拡散させて青色画像投影に利用し、底面351で反射された青色光Bを蛍光体プレート39に入射させて緑色画像投影に利用している。これに対し、図6(a)に示すようにして底面351で反射された青色光Bを拡散させて青色画像投影に利用し、図6(b)に示すようにして底面351を透過した青色光Bを蛍光体プレート39に入射させて緑色画像投影に利用するようにしても良い。
[変形例1]
前述した実施形態のホイール35は、底面351を透過した青色光Bを拡散させて青色画像投影に利用し、底面351で反射された青色光Bを蛍光体プレート39に入射させて緑色画像投影に利用している。これに対し、図6(a)に示すようにして底面351で反射された青色光Bを拡散させて青色画像投影に利用し、図6(b)に示すようにして底面351を透過した青色光Bを蛍光体プレート39に入射させて緑色画像投影に利用するようにしても良い。
例えば、図2の光源部15に、図6(a)及び図6(b)で示した構成のホイール35を適用する場合には、ホイール35の正面側から光を入射させる。このためには、青色光源31、ダイクロイックミラー32、赤色光源33、レンズ34を、図2の配置に対して時計回りに90°回転させてホイール35の左側に配置すれば良い。また、Rセグメントは、赤色波長帯の光を反射させるように構成し、Bセグメントは、青色波長帯の光を反射させるように構成し、Gセグメントは、青色波長帯の光を透過させるように構成する。さらに、ホイール35への光の入射を阻害しないよう、モータ353は、ホイール35の背面に取り付けることが望ましい。
以上説明したような変形例1においても、蛍光体プレート39を回転自在なホイール形状とする必要がない。また、変形例1においても、青色光Bの光路切替と青色光B又は赤色光Rの拡散とを1つのホイール35で行うことができる。このため、光源部15の全体としての部品点数を減らすことが可能である。
[変形例2]
前述した実施形態及び変形例1は、円板状のダイクロイックミラーで構成された底面351の円周に沿って拡散面352を形成した円錐台状のホイール35により、青色光Bの光路変更と青色光の透過拡散とを行うようにしている。これに対し、図7(a)に示すように、底面351に直接拡散面を形成するようにしても良い。
前述した実施形態及び変形例1は、円板状のダイクロイックミラーで構成された底面351の円周に沿って拡散面352を形成した円錐台状のホイール35により、青色光Bの光路変更と青色光の透過拡散とを行うようにしている。これに対し、図7(a)に示すように、底面351に直接拡散面を形成するようにしても良い。
図7は、図5に対応した変形例2の構成及び動作を示す図である。図7(a)は、Rセグメント又はBセグメントの構成を示す。図7(a)の破線枠Aで示す領域が、Rセグメント又はBセグメントである。Rセグメントは、光の入射面側が赤色波長帯の光を透過させように構成されており、光の出射面側に拡散面が形成されている。同様に、Bセグメントは、光の入射面側が青色波長帯の光を透過させるように構成されており、光の出射面側に拡散面が形成されている。また、図7(b)は、Gセグメントの構成を示す。Gセグメントは、光の入射面側が青色波長帯の光を反射させるように構成されている。
このような構成において、赤色光RがRセグメントに入射した場合又は青色光BがBセグメントに入射した場合、図7(a)に示すように、赤色光R又は青色光Bは、底面351の光出射面側に形成された拡散面で拡散されてレンズ群43の方向に出射される。一方、緑色光GがGセグメントに入射した場合、緑色光Gは、図7(b)で示すように、底面351で反射され、レンズ36の方向に出射される。
図8は、図6に対応した変形例2の構成及び動作を示す図である。図8は、Rセグメント又はBセグメントの構成を示す。図8の破線枠Bで示す領域が、Rセグメント又はBセグメントである。Rセグメントは、光の入射面側が赤色波長帯の光を拡散反射させるように構成されている。Bセグメントは、光の入射面側が青色波長帯の光を拡散反射させるように構成されている。また、Gセグメントは、光の入射面側が青色波長帯の光を反射させるように構成されている。
以上説明したような変形例2においても、蛍光体プレート39を回転自在なホイール形状とする必要がない。また、変形例2においても、青色光Bの光路切替と青色光B又は赤色光Rの拡散とを1つのホイール35で行うことができる。このため、光源部15の全体としての部品点数を減らすことが可能である。さらに、変形例2では、底面351の上に拡散面352を形成する必要がない。
[変形例3]
前述した実施形態及び変形例1では、ダイクロイックミラーと反射面とによって青色光Bの光路の変更を行っている。これに対し、ダイクロイックミラーと透過面とによって青色光の光路の変更を行うようにホイール35を構成しても良い。
前述した実施形態及び変形例1では、ダイクロイックミラーと反射面とによって青色光Bの光路の変更を行っている。これに対し、ダイクロイックミラーと透過面とによって青色光の光路の変更を行うようにホイール35を構成しても良い。
図9は、図5に対応した変形例3の構成及び動作を示す図である。図9に示すホイール35は、透過部351aと、ダイクロイックミラー部352aと、を有している。
透過部351aは、例えばガラスを円錐台状に成形して構成されている。透過部351aの側面は、底面に対して略45°の角度をなしている。また、ダイクロイックミラー部352aは、ダイクロイックミラーで構成され、略直角三角形状の断面を有している。ダイクロイックミラー部352aは、透過部351aの側面に接合されている。このため、ホイール35は、全体としては円板状の構造を有している。
図9(a)は、Rセグメント又はBセグメントの構成を示す。Rセグメントを構成するダイクロイックミラー部352aは、赤色波長帯の光を透過させるように構成されている。また、透過部351aの光出射位置には、拡散面が形成されている。同様に、Bセグメントを構成するダイクロイックミラー部352aは、青色波長帯の光を透過させるように構成されている。また、透過部351aの光出射位置には、拡散面が形成されている。また、図9(b)は、Gセグメントの構成を示す。Gセグメントを構成するダイクロイックミラー部352aは、光の入射面側が青色波長帯の光を反射させるように構成されている。
このような構成において、赤色光RがRセグメントに入射した場合又は青色光BがBセグメントに入射した場合、図9(a)に示すように、赤色光R又は青色光Bは、ダイクロイックミラー部352aと透過部351aとをそれぞれ透過し、透過部351aに形成された拡散面で拡散されてレンズ群43の方向に出射される。一方、緑色光GがGセグメントに入射した場合、緑色光Gは、図9(b)で示すように、ダイクロイックミラー部352aで反射され、レンズ36の方向に出射される。
図10は、図6に対応した変形例3の構成及び動作を示す図である。図10に示す透過部351aは、図9と同様に例えばガラスを円錐台状に成形して構成されている。この透過部351aの側面は、底面に対して略45°の角度をなしている。また、ダイクロイックミラー部352aは、ダイクロイックミラーで構成され、略直角三角形状の断面を有している。ダイクロイックミラー部352aは、透過部351aの側面に接合されている。このため、ホイール35は、全体としては円板状の構造を有している。
図10(a)は、Rセグメント又はBセグメントの構成を示す。Rセグメントを構成するダイクロイックミラー部352aは、赤色波長帯の光を反射させるように構成されている。さらに、ダイクロイックミラー部352aからの反射光の光軸と交わるダイクロイックミラー部352aの面上には、拡散面が形成されている。同様に、Bセグメントを構成するダイクロイックミラー部352aは、青色波長帯の光を反射させるように構成されている。さらに、ダイクロイックミラー部352aからの反射光の光軸と交わるダイクロイックミラー部352aの面上には、拡散面が形成されている。また、図10(b)は、Gセグメントの構成を示す。Gセグメントを構成するダイクロイックミラー部352aは、青色波長帯の光を透過させるように構成されている。
このような構成において、赤色光RがRセグメントに入射した場合又は青色光BがBセグメントに入射した場合、図10(a)に示すように、赤色光R又は青色光Bは、ダイクロイックミラー部352aで反射され、ダイクロイックミラー部352aに形成された拡散面で拡散されてレンズ群43の方向に出射される。一方、緑色光GがGセグメントに入射した場合、緑色光Gは、図10(b)で示すように、ダイクロイックミラー部352aを透過して、レンズ36の方向に出射される。
以上説明したような変形例3においても、蛍光体プレート39を回転自在なホイール形状とする必要がない。また、変形例3においても、青色光Bの光路切替と青色光B又は赤色光Rの拡散とを1つのホイール35で行うことができる。このため、光源部15の全体としての部品点数を減らすことが可能である。
ここで、変形例3においては、ガラスを円錐台状に成形することで透過部351aを構成している。実際には、変形例3においては、図9及び図10の破線枠Cで示すセグメントの部分に透過面(例えばガラス面)が形成されていれば良い。したがって、例えば図11に示すように、例えば樹脂から構成される円板状の基板3511aの周囲に略直角二等辺三角形状の断面を有するガラス部3512aを形成することで円錐台状の透過部351aを形成しても、変形例3と同様の効果が得られる。
[変形例4]
前述した実施形態及び変形例では、赤色画像投影の際には、赤色光を拡散させてからライトトンネル46に導光し、青色画像投影の際には、青色光を拡散させてからライトトンネル46に導光するようにしている。これは、青色光源31及び赤色光源33にレーザダイオードを用いているためである。レーザは、指向性が高く、蛍光体プレート39を励起させる光源に適している。しかしながら、指向性のため、レーザを画像投影に用いると、スペックルノイズが発生する可能性がある。スペックルノイズを抑制するためには、光をライトトンネル46に入射させる前に拡散させておくことが望ましい。
前述した実施形態及び変形例では、赤色画像投影の際には、赤色光を拡散させてからライトトンネル46に導光し、青色画像投影の際には、青色光を拡散させてからライトトンネル46に導光するようにしている。これは、青色光源31及び赤色光源33にレーザダイオードを用いているためである。レーザは、指向性が高く、蛍光体プレート39を励起させる光源に適している。しかしながら、指向性のため、レーザを画像投影に用いると、スペックルノイズが発生する可能性がある。スペックルノイズを抑制するためには、光をライトトンネル46に入射させる前に拡散させておくことが望ましい。
ここで、レーザを画像投影に用いなければ、必ずしも光を拡散させなくとも良い。図12は、本実施形態の変形例4に係る光源部15の構成の一例を示す図である。変形例4における光源部15は、赤色光源33aとして、赤色発光ダイオードを用いている。
図12において、図2と同一のものについて図2と同一の参照符号を付すことで説明を省略する。図12においては、青色光源31と、赤色光源33aとを隣接して配置していない。したがって、ダイクロイックミラー32を用いて光路を変更する必要がなく、図12においてはダイクロイックミラー32が無くなっている。
レンズ群47は、赤色光源33aからの光を集光する。また、ダイクロイックミラー48は、赤色波長帯の光を透過させ、緑色波長帯の光を反射させるように構成されている。さらに、ダイクロイックミラー44aは、赤色及び緑色波長帯の光を透過させ、青色波長帯の光を反射させるように構成されている。
図13は、変形例4のホイール35における底面351のセグメント構成を示す図である。変形例4では、Rセグメントが不要である。したがって、図4のRセグメントを他のセグメント(図13ではBセグメント)に置き換えることが可能である。ここで、図13(a)は、図4(a)に対応したセグメント構成を示し、図13(b)は、図4(b)に対応したセグメント構成を示している。
以上説明したような変形例4においても、蛍光体プレート39を回転自在なホイール形状とする必要がない。また、変形例4においても、青色光Bの光路切替と青色光Bの拡散とを1つのホイール35で行うことができる。このため、光源部15の全体としての部品点数を減らすことが可能である。
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1] 入射された光を画像光として出射する光出射部と、
青色波長帯の光を出射する青色光源と、
前記青色波長帯の光を受けて緑色波長帯の光を出射する蛍光体プレートと、
前記青色光源と前記蛍光体プレートとの光路中に配置され、前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に出射する第1の領域と、前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に出射する第2の領域と、を有するホイールと、
前記第1の領域から出射された青色波長帯の光と前記蛍光体プレートから出射された緑色波長帯の光との各々を前記光出射部への光路上に導く光学系と、
を具備することを特徴とする光源装置。
[2] 前記ホイールは、
前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に透過させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に反射させる領域と、を有する底面と、
前記底面の上に形成され、前記第1の領域を透過した青色波長帯の光を拡散させる拡散面と、
を有することを特徴とする[1]に記載の光源装置。
[3] 前記ホイールは、
前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に反射させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に透過させる領域と、を有する底面と、
前記底面の上に形成され、前記第1の領域を反射した青色波長帯の光を拡散させる拡散面と、
を有することを特徴とする[1]に記載の光源装置。
[4] 前記ホイールは、前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に透過及び拡散させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に反射させる領域と、を有することを特徴とする[1]に記載の光源装置。
[5] 前記ホイールは、前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に拡散及び反射させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に透過させる領域と、を有することを特徴とする[1]に記載の光源装置。
[6] 前記ホイールは、
円錐台状をしており、光の射出位置に拡散面が形成された透過部と、
前記透過部の側面に接合され、前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記透過部の前記射出位置の方向に透過させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に反射させる領域と、を有するダイクロイックミラー部と、
有することを特徴とする[1]に記載の光源装置。
[7] 前記ホイールは、
円錐台状をした透過部と、
前記透過部の側面に接合され、前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を拡散及び反射させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に透過させる領域と、を有するダイクロイックミラー部と、
有することを特徴とする[1]に記載の光源装置。
[1] 入射された光を画像光として出射する光出射部と、
青色波長帯の光を出射する青色光源と、
前記青色波長帯の光を受けて緑色波長帯の光を出射する蛍光体プレートと、
前記青色光源と前記蛍光体プレートとの光路中に配置され、前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に出射する第1の領域と、前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に出射する第2の領域と、を有するホイールと、
前記第1の領域から出射された青色波長帯の光と前記蛍光体プレートから出射された緑色波長帯の光との各々を前記光出射部への光路上に導く光学系と、
を具備することを特徴とする光源装置。
[2] 前記ホイールは、
前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に透過させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に反射させる領域と、を有する底面と、
前記底面の上に形成され、前記第1の領域を透過した青色波長帯の光を拡散させる拡散面と、
を有することを特徴とする[1]に記載の光源装置。
[3] 前記ホイールは、
前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に反射させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に透過させる領域と、を有する底面と、
前記底面の上に形成され、前記第1の領域を反射した青色波長帯の光を拡散させる拡散面と、
を有することを特徴とする[1]に記載の光源装置。
[4] 前記ホイールは、前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に透過及び拡散させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に反射させる領域と、を有することを特徴とする[1]に記載の光源装置。
[5] 前記ホイールは、前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に拡散及び反射させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に透過させる領域と、を有することを特徴とする[1]に記載の光源装置。
[6] 前記ホイールは、
円錐台状をしており、光の射出位置に拡散面が形成された透過部と、
前記透過部の側面に接合され、前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記透過部の前記射出位置の方向に透過させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に反射させる領域と、を有するダイクロイックミラー部と、
有することを特徴とする[1]に記載の光源装置。
[7] 前記ホイールは、
円錐台状をした透過部と、
前記透過部の側面に接合され、前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を拡散及び反射させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に透過させる領域と、を有するダイクロイックミラー部と、
有することを特徴とする[1]に記載の光源装置。
[8] 赤色波長帯の光を出射する赤色光源をさらに具備し、
前記ホイールは、前記青色光源と、前記蛍光体プレートと、前記赤色光源と、の光路中に配置され、前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に出射する第1の領域と、前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に出射する第2の領域と、前記赤色光源から入射された赤色波長帯の光を前記光出射部の方向に出射する第3の領域と、を有し、
前記光学系は、前記第1の領域から出射された青色波長帯の光と、前記蛍光体プレートから出射された緑色波長帯の光と、前記第3の領域から出射された赤色波長帯の光と、の各々を前記光出射部への光路上に導くことを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の光源装置。
[9] 光源装置と、表示素子と、前記光源装置からの光を前記表示素子に導く光源側光学系と、前記表示素子から射出された画像を投影する投影光学系と、前記光源装置及び表示素子を制御する制御手段と、を備え、
前記光源装置が、[1]乃至[8]の何れか1項に記載の光源装置であることを特徴とするプロジェクタ装置。
前記ホイールは、前記青色光源と、前記蛍光体プレートと、前記赤色光源と、の光路中に配置され、前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に出射する第1の領域と、前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に出射する第2の領域と、前記赤色光源から入射された赤色波長帯の光を前記光出射部の方向に出射する第3の領域と、を有し、
前記光学系は、前記第1の領域から出射された青色波長帯の光と、前記蛍光体プレートから出射された緑色波長帯の光と、前記第3の領域から出射された赤色波長帯の光と、の各々を前記光出射部への光路上に導くことを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の光源装置。
[9] 光源装置と、表示素子と、前記光源装置からの光を前記表示素子に導く光源側光学系と、前記表示素子から射出された画像を投影する投影光学系と、前記光源装置及び表示素子を制御する制御手段と、を備え、
前記光源装置が、[1]乃至[8]の何れか1項に記載の光源装置であることを特徴とするプロジェクタ装置。
10…データプロジェクタ装置、11…入力部、12…画像変換部、13…投影処理部、14…マイクロミラー素子、15…光源部、16…ミラー、17…投影レンズ部、18…CPU、19…メインメモリ、20…プログラムメモリ、21…操作部、22…音声処理部、23…スピーカ部、31…青色光源、32,37,44…ダイクロイックミラー、33…赤色光源、34,36,40,42,45…レンズ、35…ホイール、38,43…レンズ群、39…蛍光体プレート、41…反射ミラー
Claims (9)
- 入射された光を画像光として出射する光出射部と、
青色波長帯の光を出射する青色光源と、
前記青色波長帯の光を受けて緑色波長帯の光を出射する蛍光体プレートと、
前記青色光源と前記蛍光体プレートとの光路中に配置され、前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に出射する第1の領域と、前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に出射する第2の領域と、を有するホイールと、
前記第1の領域から出射された青色波長帯の光と前記蛍光体プレートから出射された緑色波長帯の光との各々を前記光出射部への光路上に導く光学系と、
を具備することを特徴とする光源装置。 - 前記ホイールは、
前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に透過させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に反射させる領域と、を有する底面と、
前記底面の上に形成され、前記第1の領域を透過した青色波長帯の光を拡散させる拡散面と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記ホイールは、
前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に反射させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に透過させる領域と、を有する底面と、
前記底面の上に形成され、前記第1の領域を反射した青色波長帯の光を拡散させる拡散面と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記ホイールは、前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に透過及び拡散させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に反射させる領域と、を有することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記ホイールは、前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記光出射部の方向に拡散及び反射させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に透過させる領域と、を有することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記ホイールは、
円錐台状をしており、光の射出位置に拡散面が形成された透過部と、
前記透過部の側面に接合され、前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記透過部の前記射出位置の方向に透過させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に反射させる領域と、を有するダイクロイックミラー部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記ホイールは、
円錐台状をした透過部と、
前記透過部の側面に接合され、前記第1の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を拡散及び反射させる領域と、前記第2の領域としての前記青色光源から入射された青色波長帯の光を前記蛍光体プレートの方向に透過させる領域と、を有するダイクロイックミラー部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 赤色波長帯の光を出射する赤色光源をさらに具備し、
前記ホイールは、前記青色光源と、前記蛍光体プレートと、前記赤色光源と、の光路中に配置され、前記赤色光源から入射された赤色波長帯の光を前記光出射部の方向に出射する第3の領域をさらに有し、
前記光学系は、前記第1の領域から出射された青色波長帯の光と、前記蛍光体プレートから出射された緑色波長帯の光と、前記第3の領域から出射された赤色波長帯の光と、の各々を前記光出射部への光路上に導くことを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の光源装置。 - 光源装置と、表示素子と、前記光源装置からの光を前記表示素子に導く光源側光学系と、前記表示素子から射出された画像を投影する投影光学系と、前記光源装置及び表示素子を制御する制御手段と、を備え、
前記光源装置が、請求項1乃至8の何れか1項に記載の光源装置であることを特徴とするプロジェクタ装置。
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CN106062628A (zh) * | 2014-02-17 | 2016-10-26 | 株式会社理光 | 光照射设备和装备其的图像显示装置 |
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