JP5272842B2 - Light source device and projection device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress occurrence of a color breaking phenomenon while using a light source having practically sufficient brightness and a color wheel. <P>SOLUTION: A light source device includes: a semiconductor laser 17 which emits spot light; a phosphor color wheel 19 having color filters of a plurality of colors divided and arranged circumferentially on a rotating disk; a polygon mirror 18 as a scanning body which reflects the spot light within a prescribed angular range to scan the color filters of the color wheel 19 and causes the color wheel 19 to emit fluorescence of the plurality of colors in time division; and a projection light processing part 24 as a synchronization control part which synchronizes a rotation phase of the color wheel 19 and a scan phase of the polygon mirror 18 with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（登録商標）方式のプロジェクタ装置に好適な光源装置及び投影装置に関する。   The present invention relates to a light source device and a projection device suitable for a projector device of a DLP (Digital Light Processing) (registered trademark) system.

ＤＬＰ方式のプロジェクタでは、例えばランプと、入射光を時分割でＲ，Ｇ，Ｂの光に分離するカラーホイールと、カラーホイールからの出射光を面状の光にして出射するロッド型のインテグレータと、タブレットレンズと、ミラーと、リレーレンズと、画像生成素子と、プロジェクションレンズとを有する光学エンジンを備え、カラーホイールの透過率を上げると共に、インテグレータにより均一な面状の光を得るために、ランプからの出射光を平行光にするコリメータレンズと、カラーホイールの出射面側に貼着されたマイクロレンズアレイとを設けた構成としたものが考えられている。（特許文献１）   In a DLP projector, for example, a lamp, a color wheel that separates incident light into R, G, and B light in a time-sharing manner, a rod-type integrator that emits light emitted from the color wheel as planar light, and An optical engine having a tablet lens, a mirror, a relay lens, an image generating element, and a projection lens, to increase the transmittance of the color wheel and to obtain a uniform surface light by the integrator A configuration in which a collimator lens that collimates outgoing light from the light source and a microlens array attached to the outgoing surface side of the color wheel is considered. (Patent Document 1)

特開２００８−１３４４３３号公報JP 2008-134433 A

上記特許文献に記載された技術を含めて単板式のＤＬＰプロジェクタでは、カラーホイールの回転に伴い、光軸上でカラーフィルタが切り替わるタイミングでカラーブレーキング現象と称される色割れ現象の発生が不可避となる。   In the single-plate type DLP projector including the technology described in the above patent document, the occurrence of a color breaking phenomenon called a color breaking phenomenon is unavoidable at the timing when the color filter is switched on the optical axis as the color wheel rotates. It becomes.

このカラーブレーキング現象を抑えるためには、光源の色の切替速度を上げる必要があるが、カラーホイールを利用する方式では限界がある。例えば、カラーホイールの回転速度を９０００ｒｐｍとし、カラーホイールの１回転当たりの同色のカラーセグメント数を２とすると、１倍速での色の繰返し周波数を６０Ｈｚとした場合に、
((9000[rpm]／60[sec])×2)／60[Hz]＝5
となり、５倍速が上限となる。 In order to suppress this color braking phenomenon, it is necessary to increase the color switching speed of the light source, but there is a limit in the method using the color wheel. For example, when the rotation speed of the color wheel is 9000 rpm and the number of color segments of the same color per rotation of the color wheel is 2, when the color repetition frequency at 1 × speed is 60 Hz,
((9000 [rpm] / 60 [sec]) × 2) / 60 [Hz] = 5
Thus, the upper limit is 5 times speed.

ところで、光源にＬＥＤ（発光ダイオード）を用いるプロジェクタでは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色で発光するＬＥＤを時分割で駆動することによりカラーホイールが不要となり、色の繰返し速度はＬＥＤのスイッチング速度により制限される。   By the way, in a projector using an LED (light emitting diode) as a light source, an LED that emits light of each color of R, G, and B is driven in a time-sharing manner so that a color wheel becomes unnecessary, and the color repetition speed is limited by the switching speed of the LED. Is done.

画像生成素子の製造メーカからは、ＬＥＤを光源に用いる場合の色の繰返し速度として４８倍速（１倍速の色の繰返し周波数が６０Ｈｚの時に２８８０Ｈｚ）が可能であることが報告されており、この繰返し速度であればカラーブレーキング現象をほぼ完全に抑制可能であることが確認されている。   The manufacturer of the image generating element has reported that 48 times speed (2880 Hz when the color repetition frequency of 1 time speed is 60 Hz) is possible as a color repetition speed when using an LED as a light source. It has been confirmed that the color braking phenomenon can be suppressed almost completely at a speed.

しかしながら、ＬＥＤを光源とする場合、その発光輝度の点で、現状ではプロジェクタとして実用的な明るさを得ることができない。   However, when an LED is used as a light source, practical brightness as a projector cannot be obtained at present in terms of light emission luminance.

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、実用上充分な明るさを有する光源とカラーホイールとを用いながら、カラーブレーキング現象の発生を抑止することが可能な光源装置及び投影装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to suppress the occurrence of a color braking phenomenon while using a light source and a color wheel having sufficient brightness for practical use. It is an object of the present invention to provide a light source device and a projection device that are capable of performing the above.

請求項１記載の発明は、スポット光を発する光源と、回転円盤に周状に複数色のカラーフィルタを分割配置したカラーホイールと、上記光源からのスポット光を所定の角度範囲内で反射して上記カラーホイールのカラーフィルタを順次走査し、該カラーホイールから複数色の光を時分割で出射させる走査体と、上記カラーホイールの回転位相と上記走査体の走査位相とを同期させる同期制御部とを具備したことを特徴とする。   The invention according to claim 1 is a light source that emits spot light, a color wheel in which a plurality of color filters are divided and arranged on a rotating disk, and spot light from the light source is reflected within a predetermined angle range. A scanning body that sequentially scans the color filters of the color wheel and emits light of a plurality of colors from the color wheel in a time-sharing manner; and a synchronization control unit that synchronizes the rotation phase of the color wheel and the scanning phase of the scanning body; It is characterized by comprising.

請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記同期制御部は、上記走査体の走査方向と上記カラーホイールの反射光照射位置におけるカラーフィルタの移動方向とが一致するように上記カラーホイールを回転させることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the synchronization control unit is configured such that the scanning direction of the scanning body coincides with the moving direction of the color filter at the reflected light irradiation position of the color wheel. The color wheel is rotated.

請求項３記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記光源は、半導体レーザ、ファイバーレーザのいずれかであることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the light source is one of a semiconductor laser and a fiber laser.

請求項４記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記走査体は、周壁面に沿って複数の平面ミラーを配列したポリゴンミラーで構成することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the scanning body includes a polygon mirror in which a plurality of plane mirrors are arranged along a peripheral wall surface.

請求項５記載の発明は、上記請求項３記載の発明において、上記カラーホイールのカラーフィルタの数と上記走査体を構成するポリゴンミラーの平面ミラーの数とが一致し、上記同期制御部は、上記走査体を構成するポリゴンミラーの回転速度と上記カラーホイールとを同一回転速度で同期して回転させることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the invention according to claim 3, wherein the number of color filters of the color wheel matches the number of plane mirrors of the polygon mirror that constitutes the scanning body. The rotation speed of the polygon mirror constituting the scanning body and the color wheel are rotated synchronously at the same rotation speed.

請求項６記載の発明は、スポット光を発する光源、回転円盤に周状に複数色のカラーフィルタを分割配置したカラーホイール、上記光源からのスポット光を所定の角度範囲内で反射して上記カラーホイールのカラーフィルタを順次走査し、該カラーホイールから複数色の光を時分割で出射させる走査体、及び上記カラーホイールの回転位相と上記走査体の走査位相とを同期させる同期制御部を有した光源部と、上記光源のカラーホイールから時分割で出射される複数色の光毎に光像を形成して投影する投影部とを具備したことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a light source that emits spot light, a color wheel in which a plurality of color filters are divided and arranged on a rotating disk, and spot light from the light source is reflected within a predetermined angle range so that the color is reflected. A scanning body that sequentially scans the color filter of the wheel and emits light of a plurality of colors from the color wheel in a time-sharing manner, and a synchronization control unit that synchronizes the rotation phase of the color wheel and the scanning phase of the scanning body A light source unit and a projection unit that forms and projects a light image for each of a plurality of colors of light emitted in a time-sharing manner from the color wheel of the light source.

本発明は、実用上充分な明るさを有する光源とカラーホイールとを用いながら、カラーブレーキング現象の発生を抑止することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of a color braking phenomenon while using a light source and a color wheel having sufficient brightness for practical use.

本発明の一実施形態に係るデータプロジェクタ装置の電子回路の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the electronic circuit of the data projector apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 同実施形態に係る主として光源光、ポリゴンミラー、及び蛍光カラーホイールの位置関係を示す図。The figure which shows the positional relationship of light source light, a polygon mirror, and the fluorescence color wheel mainly concerning the embodiment. 同実施形態に係る蛍光カラーホイールの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fluorescence color wheel which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るポリゴンミラーによる蛍光カラーホイール中の一蛍光フィルタに対する走査を平面上で説明する図。The figure explaining the scanning with respect to one fluorescence filter in the fluorescence color wheel by the polygon mirror which concerns on the same embodiment on a plane.

以下、本発明の一実施形態であるＤＬＰ方式のデータプロジェクタ装置について図面を参照して説明する。   A DLP data projector apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、同実施形態に係るデータプロジェクタ装置１０が備える電子回路の概略機能構成を示すブロック図である。
１１は入出力コネクタ部であり、例えばピンジャック（ＲＣＡ）タイプのビデオ入力端子、Ｄ−ｓｕｂ１５タイプのＲＧＢ入力端子、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）コネクタを含む。 FIG. 1 is a block diagram showing a schematic functional configuration of an electronic circuit included in the data projector device 10 according to the embodiment.
An input / output connector unit 11 includes, for example, a pin jack (RCA) type video input terminal, a D-sub15 type RGB input terminal, and a USB (Universal Serial Bus) connector.

入出力コネクタ部１１より入力される各種規格の画像信号は、入出力インタフェース１２（Ｉ／Ｆ）１２、システムバスＳＢを介し、一般にスケーラとも称される画像変換部１３に入力される。   Image signals of various standards input from the input / output connector unit 11 are input to an image conversion unit 13 which is also generally referred to as a scaler, through an input / output interface 12 (I / F) 12 and a system bus SB.

画像変換部１３は、入力された画像信号を投影に適した所定のフォーマットの画像信号に統一し、適宜投影用のバッファメモリであるビデオＲＡＭ１４に記憶した後に、投影画像処理部１５へ送る。   The image conversion unit 13 unifies the input image signal into an image signal of a predetermined format suitable for projection, and stores it in the video RAM 14 which is a buffer memory for projection as appropriate, and then sends it to the projection image processing unit 15.

この際、ＯＳＤ（Ｏｎ Ｓｃｒｅｅｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）用の各種動作状態を示すシンボル等のデータも必要に応じてビデオＲＡＭ１４で画像信号に重畳加工され、加工後の画像信号が投影画像処理部１５へ送られる。   At this time, data such as symbols indicating various operation states for OSD (On Screen Display) is also superimposed on the image signal by the video RAM 14 as necessary, and the processed image signal is sent to the projection image processing unit 15.

投影画像処理部１５は、送られてきた画像信号に応じて、例えば６０［フレーム／秒］のフレームレート、色成分数、及び表示階調数を乗算した、より高速な時分割駆動により、空間的光変調素子（ＳＬＭ）であるマイクロミラー素子１６を表示駆動する。   The projection image processing unit 15 performs spatial processing by faster time-division driving that multiplies, for example, a frame rate of 60 [frames / second], the number of color components, and the number of display gradations according to the transmitted image signal. The micromirror element 16 which is a static light modulation element (SLM) is driven to display.

このマイクロミラー素子１６は、アレイ状に配列された複数、例えばＸＧＡ（横１０２４×縦７６８ドット）分の微小ミラーの各傾斜角度を個々に高速でオン／オフ動作することでその反射光により光像を形成する。   The micromirror element 16 is turned on / off individually at a high speed by tilting angles of a plurality of micromirrors arranged in an array, for example, XGA (horizontal 1024 × vertical 768 dots). Form an image.

他方で、半導体レーザ１７の発振により紫外領域、例えば波長３４０［ｎｍ］のレーザ光が発生され、回転多面鏡であるポリゴンミラー１８の周壁面で反射する。このポリゴンミラー１８での反射光は、回転体である蛍光体カラーホイール１９の周上の一点に照射される。   On the other hand, laser light of an ultraviolet region, for example, a wavelength of 340 [nm] is generated by the oscillation of the semiconductor laser 17 and reflected by the peripheral wall surface of the polygon mirror 18 which is a rotating polygon mirror. The reflected light from the polygon mirror 18 is applied to one point on the circumference of the phosphor color wheel 19 which is a rotating body.

蛍光体カラーホイール１９は、例えば紫外光の照射によりＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の蛍光を発する３色の蛍光体を底面周端側に周状に規則的に分割配置して構成される。上記ポリゴンミラー１８で反射されたレーザ光の照射により、蛍光体カラーホイール１９からＲ，Ｇ，Ｂの蛍光が時分割で出射する。   For example, the phosphor color wheel 19 regularly divides and arranges three-color phosphors that emit fluorescence of R (red), G (green), and B (blue) when irradiated with ultraviolet light on the peripheral edge side of the bottom surface. Configured. By irradiating the laser beam reflected by the polygon mirror 18, R, G, B fluorescence is emitted from the phosphor color wheel 19 in a time-sharing manner.

蛍光体カラーホイール１９から出射した光は、インテグレータ２０内部で乱反射により輝度分布が略均一な光束とされる。インテグレータ２０の出射光はさらに、光源レンズ系２１で平行光とされた後、ミラー２２で全反射して上記マイクロミラー素子１６に照射される。   The light emitted from the phosphor color wheel 19 is converted into a light beam having a substantially uniform luminance distribution by irregular reflection inside the integrator 20. The light emitted from the integrator 20 is further converted into parallel light by the light source lens system 21 and then totally reflected by the mirror 22 and applied to the micromirror element 16.

そして、マイクロミラー素子１６での反射光で光像が形成され、形成された光像が投影レンズユニット２３を介して、投影対象となる図示しないスクリーンに投影表示される。   Then, an optical image is formed by the reflected light from the micromirror element 16, and the formed optical image is projected and displayed on a screen (not shown) to be projected via the projection lens unit 23.

上記半導体レーザ１７は、投影光処理部２４の励振により紫外域のレーザ光を発振する。この投影光処理部２４はさらに、モータ（Ｍ）２５、マーカセンサ２６、モータ（Ｍ）２７、マーカセンサ２８と接続される。   The semiconductor laser 17 oscillates ultraviolet laser light by excitation of the projection light processing unit 24. The projection light processing unit 24 is further connected to a motor (M) 25, a marker sensor 26, a motor (M) 27, and a marker sensor 28.

モータ２５は、上記ポリゴンミラー１８を回転するもので、その位相は投影光処理部２４により制御される。マーカセンサ２６は、ポリゴンミラー１８の回転周端に対向して配置され、該ポリゴンミラー１８側の周端の一点に配置された図示しないマーカと対向したタイミングで検出信号としてのパルスを出力する。投影光処理部２４は、マーカセンサ２６からのパルスによりポリゴンミラー１８の回転位相と周期とを検出する。   The motor 25 rotates the polygon mirror 18, and its phase is controlled by the projection light processing unit 24. The marker sensor 26 is arranged to face the rotation peripheral end of the polygon mirror 18, and outputs a pulse as a detection signal at a timing facing a marker (not shown) arranged at one point on the polygon mirror 18 side. The projection light processing unit 24 detects the rotational phase and period of the polygon mirror 18 based on the pulse from the marker sensor 26.

モータ２７は、上記蛍光体カラーホイール１９を回転するもので、その位相は投影光処理部２４により制御される。マーカセンサ２８は、蛍光体カラーホイール１９の回転周端に対向して配置され、該蛍光体カラーホイール１９側の周端の一点に配置された図示しないマーカと対向したタイミングで検出信号としてのパルスを出力する。投影光処理部２４は、マーカセンサ２８からのパルスにより蛍光体カラーホイール１９の回転位相と周期とを検出する。   The motor 27 rotates the phosphor color wheel 19, and its phase is controlled by the projection light processing unit 24. The marker sensor 28 is arranged to face the rotation peripheral end of the phosphor color wheel 19, and a pulse as a detection signal at a timing facing a marker (not shown) arranged at one point of the peripheral end on the phosphor color wheel 19 side. Is output. The projection light processing unit 24 detects the rotational phase and period of the phosphor color wheel 19 based on the pulse from the marker sensor 28.

投影光処理部２４は、投影画像処理部１５から与えられる画像データに応じてポリゴンミラー１８と蛍光体カラーホイール１９の回転位相を制御する。   The projection light processing unit 24 controls the rotation phases of the polygon mirror 18 and the phosphor color wheel 19 according to the image data given from the projection image processing unit 15.

上記各回路の動作すべてをＣＰＵ２９が制御する。このＣＰＵ２９は、メインメモリ３０、及びプログラムメモリ３１と接続される。メインメモリ３０は、ＤＲＡＭで構成される。プログラムメモリ３１は、電気的書換可能な不揮発性メモリで構成され、動作プログラムや各種定型データ等を記憶する。ＣＰＵ２９は、メインメモリ３０及びプログラムメモリ３１を用いてこのデータプロジェクタ装置１０内の制御動作を実行する。   The CPU 29 controls all the operations of the above circuits. The CPU 29 is connected to the main memory 30 and the program memory 31. The main memory 30 is composed of DRAM. The program memory 31 is composed of an electrically rewritable nonvolatile memory, and stores an operation program, various fixed data, and the like. The CPU 29 executes a control operation in the data projector device 10 using the main memory 30 and the program memory 31.

さらに上記ＣＰＵ２９は、操作部３２からのキー操作信号に応じて各種投影動作を実行する。
この操作部３２は、データプロジェクタ装置１０の本体に設けられるキー操作部と、このデータプロジェクタ装置１０専用の図示しないリモートコントローラの間で赤外光を受光するレーザ受光部とからなる。操作部３２は、操作されたキーに基づくキー操作信号をＣＰＵ２９へ直接出力する。 Further, the CPU 29 executes various projection operations in accordance with key operation signals from the operation unit 32.
The operation unit 32 includes a key operation unit provided in the main body of the data projector device 10 and a laser light receiving unit that receives infrared light between a remote controller (not shown) dedicated to the data projector device 10. The operation unit 32 directly outputs a key operation signal based on the operated key to the CPU 29.

上記ＣＰＵ２９はさらに、上記システムバスＳＢを介して音声処理部３３とも接続される。音声処理部３３は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備え、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ部３４より出力させる。   The CPU 29 is further connected to the audio processing unit 33 via the system bus SB. The sound processing unit 33 includes a sound source circuit such as a PCM sound source, converts the sound data given during the projection operation into an analog signal, and outputs it from the speaker unit 34.

次に上記実施形態の動作について説明する。
図２乃至図４は、主として上記ポリゴンミラー１８及び蛍光体カラーホイール１９の構成を詳細に示す。
図２は、上記半導体レーザ１７で発振したレーザ光のスポットビームＢを反射するポリゴンミラー１８と、その反射光の照射により時分割でＲ，Ｇ，Ｂの蛍光を出射する蛍光体カラーホイール１９の構成と位置関係、及び各回転方向を示す。 Next, the operation of the above embodiment will be described.
2 to 4 mainly show the configuration of the polygon mirror 18 and the phosphor color wheel 19 in detail.
FIG. 2 shows a polygon mirror 18 that reflects a spot beam B of laser light oscillated by the semiconductor laser 17 and a phosphor color wheel 19 that emits R, G, and B fluorescence in a time-sharing manner by irradiation of the reflected light. A structure, positional relationship, and each rotation direction are shown.

半導体レーザ１７からのレーザ光に対し、ポリゴンミラー１８の周壁面に構成した各平面ミラーへの入射角が４５°となるようにポリゴンミラー１８が配設される。したがって、該レーザ光は出射角も４５°となり、結果としてポリゴンミラー１８によって９０°屈曲されて蛍光体カラーホイール１９の底面周端部に照射される。   The polygon mirror 18 is disposed so that the incident angle of each laser beam from the semiconductor laser 17 to each plane mirror formed on the peripheral wall surface of the polygon mirror 18 is 45 °. Therefore, the laser beam has an emission angle of 45 °, and as a result, the laser beam is bent by 90 ° by the polygon mirror 18 and irradiated to the peripheral edge of the bottom surface of the phosphor color wheel 19.

ここではポリゴンミラー１８を、例えば周面を７２枚の平面ミラーで構成する７２角ポリゴンミラーで構成する。これに対応して蛍光体カラーホイール１９は、底面周端部に同じく７２枚（＝各２４枚×ＲＧＢ３色）の蛍光カラーフィルタを周状に規則的に分割配置する。   Here, the polygon mirror 18 is composed of, for example, a 72-angle polygon mirror whose peripheral surface is composed of 72 plane mirrors. Corresponding to this, the phosphor color wheel 19 regularly divides and arranges 72 (= 24 each × RGB 3 colors) fluorescent color filters regularly at the peripheral edge of the bottom surface.

そして、ポリゴンミラー１８と蛍光体カラーホイール１９とを同一周期で且つその回転位相が一致するように、投影光処理部２４がモータ２５及びモータ２７を制御する。図２は、ポリゴンミラー１８と蛍光体カラーホイール１９共に、図面で見える側の周端部が矢印Ｒ１，Ｒ２に沿って移動するように回転する場合を示している。   Then, the projection light processing unit 24 controls the motor 25 and the motor 27 so that the polygon mirror 18 and the phosphor color wheel 19 have the same cycle and the rotation phases thereof coincide. FIG. 2 shows a case where both the polygon mirror 18 and the phosphor color wheel 19 rotate so that the peripheral end portions on the side visible in the drawing move along the arrows R1 and R2.

投影光処理部２４は、マーカセンサ２６、マーカセンサ２８の出力に応じてポリゴンミラー１８、蛍光体カラーホイール１９の各回転速度、位相を制御する。   The projection light processing unit 24 controls the rotational speed and phase of the polygon mirror 18 and the phosphor color wheel 19 according to the outputs of the marker sensor 26 and the marker sensor 28.

図３は、蛍光体カラーホイール１９の具体的な構成を例示する。図３（Ａ）が円盤状の蛍光体カラーホイール１９の平面図、図３（Ｂ）が側面図である。同図に示す如く蛍光体カラーホイール１９は、円盤状の透明基板１９ａの一面に同径のダイクロイックフィルタ１９ｂが貼着して一体に形成されると共に、他方の面側に該透明基板１９ａより若干小径の蛍光板１９ｃが同じく貼着される。   FIG. 3 illustrates a specific configuration of the phosphor color wheel 19. 3A is a plan view of the disc-shaped phosphor color wheel 19, and FIG. 3B is a side view. As shown in the figure, the phosphor color wheel 19 is integrally formed by adhering a dichroic filter 19b having the same diameter on one surface of a disc-shaped transparent substrate 19a, and slightly on the other surface side from the transparent substrate 19a. A small-diameter fluorescent plate 19c is also attached.

この蛍光板１９ｃは、図示する如く、その周端側に周状に７２枚の略矩形の蛍光カラーフィルタ１９ｃＲ，１９ｃＧ，１９ｃＢ，…を規則配列する。これら蛍光カラーフィルタ１９ｃＲ，１９ｃＧ，１９ｃＢ，…は、上記ポリゴンミラー１８で反射されたレーザ光の照射により蛍光体が励起されてＲ，Ｇ，Ｂの蛍光を出射するもので、蛍光体カラーホイール１９の回転に伴ってＲ，Ｇ，Ｂの蛍光が時分割でインテグレータ２０へ出射される。   As shown in the drawing, the fluorescent plate 19c is regularly arranged with 72 substantially rectangular fluorescent color filters 19cR, 19cG, 19cB,. These fluorescent color filters 19cR, 19cG, 19cB,... Emit fluorescent light of R, G, B when the fluorescent material is excited by irradiation of the laser light reflected by the polygon mirror 18, and the fluorescent color wheel 19 is used. , R, G, B fluorescence is emitted to the integrator 20 in a time-sharing manner.

次に、ポリゴンミラー１８の回転に伴う、蛍光体カラーホイール１９の蛍光カラーフィルタ１９ｃＲ，１９ｃＧ，１９ｃＢ，…の走査について説明する。
図４は、半導体レーザ１７からのレーザ光が、回転するポリゴンミラー１８の周端面で反射され、回転する蛍光体カラーホイール１９の蛍光カラーフィルタ１９ｃＲ，１９ｃＧ，１９ｃＢ，…に照射される状態を説明するために平面的に示す図である。 Next, scanning of the fluorescent color filters 19cR, 19cG, 19cB,... Of the phosphor color wheel 19 as the polygon mirror 18 rotates will be described.
FIG. 4 illustrates a state in which the laser light from the semiconductor laser 17 is reflected by the peripheral end surface of the rotating polygon mirror 18 and is applied to the fluorescent color filters 19cR, 19cG, 19cB,. FIG.

なお、ポリゴンミラー１８が上述した如く７２角の薄い角柱形状であった場合、周端面の１つの平面ミラーに対する中心角φは５°となる。しかしながら、本図では視覚的に理解し易いように、あえて中心角φを２０°の１８角ポリゴンミラーとして作図している。   When the polygon mirror 18 has a 72-corner thin prismatic shape as described above, the central angle φ of the peripheral end surface with respect to one plane mirror is 5 °. However, in this figure, for the sake of easy understanding visually, an 18-sided polygon mirror having a central angle φ of 20 ° is drawn.

ポリゴンミラー１８が点Ｏを中心として矢印Ｒ１の方向に回転し、同時に蛍光体カラーホイール１９も矢印Ｒ２の方向に回転するものとする。半導体レーザ１７からのスポットビームＢがポリゴンミラー１８の周端面上の点位置Ｐ０で反射し、蛍光体カラーホイール１９側を照射する。   It is assumed that the polygon mirror 18 rotates around the point O in the direction of the arrow R1, and at the same time, the phosphor color wheel 19 also rotates in the direction of the arrow R2. The spot beam B from the semiconductor laser 17 is reflected at the point position P0 on the peripheral end face of the polygon mirror 18 and irradiates the phosphor color wheel 19 side.

ポリゴンミラー１８の１つの平面ミラーが図中の位置Ｐ１１に至った時点で、当該ミラーでの反射が開始される。その時点での反射光Ｓに同期して、蛍光体カラーホイール１９の蛍光カラーフィルタ１９ｃＲ，１９ｃＧ，１９ｃＢ，…のうちの１つが図中の位置Ｐ２１となり、当該カラーフィルタへのスポットビームＢの照射が開始される。   When one plane mirror of the polygon mirror 18 reaches a position P11 in the drawing, reflection by the mirror is started. In synchronization with the reflected light S at that time, one of the fluorescent color filters 19cR, 19cG, 19cB,... Of the phosphor color wheel 19 becomes a position P21 in the drawing, and the spot beam B is irradiated to the color filter. Is started.

以後、半導体レーザ１７からのスポットビームＢに対してポリゴンミラー１８と蛍光体カラーホイール１９はこの図の平面上で略同一方向に移動するため、ポリゴンミラー１８での反射光は蛍光体カラーホイール１９の同一のカラーフィルタを走査することになる。   Thereafter, since the polygon mirror 18 and the phosphor color wheel 19 move in substantially the same direction on the plane of this figure with respect to the spot beam B from the semiconductor laser 17, the reflected light from the polygon mirror 18 is reflected by the phosphor color wheel 19. The same color filter is scanned.

そして、ポリゴンミラー１８の１つの平面ミラーが図中の位置Ｐ１２に至った時点で、当該ミラーでの反射が終了される。その時点での反射光Ｅに同期して、蛍光体カラーホイール１９の対応するカラーフィルタが図中の位置Ｐ２２となり、当該カラーフィルタへのスポットビームＢの照射も終了される。   Then, when one plane mirror of the polygon mirror 18 reaches a position P12 in the drawing, the reflection at the mirror is finished. In synchronization with the reflected light E at that time, the corresponding color filter of the phosphor color wheel 19 becomes a position P22 in the figure, and the irradiation of the spot beam B to the color filter is also terminated.

蛍光体カラーホイール１９を構成する１つのカラーフィルタの回転方向に沿った幅がＷであった場合、当該カラーフィルタは移動ストロークＤに渡ってその幅Ｗ分だけ走査される。   When the width along the rotation direction of one color filter constituting the phosphor color wheel 19 is W, the color filter is scanned by the width W over the moving stroke D.

そのため、１つのカラーフィルタに着目して考えると、例えば「Ｄ＝２Ｗ」とすれば、１つのカラーフィルタが矢印Ｒ２の方向に沿った移動時の速度をＶとした場合、幅ＷをＶ／２の速度で幅Ｗに渡って走査することになる。   Therefore, when focusing attention on one color filter, for example, if “D = 2W”, when the speed when one color filter moves in the direction of the arrow R2 is V, the width W is V / Scan across the width W at a speed of 2.

このように、ポリゴンミラー１８と蛍光体カラーホイール１９の回転速度及び両位相を正確にモータ２５が制御することにより、ポリゴンミラー１８で反射されたスポットビームＢが蛍光体カラーホイール１９のカラーフィルタをその回転速度に比して低い速度でゆっくりと走査することになる。   In this way, the rotational speed and both phases of the polygon mirror 18 and the phosphor color wheel 19 are accurately controlled by the motor 25, so that the spot beam B reflected by the polygon mirror 18 passes through the color filter of the phosphor color wheel 19. The scanning is performed slowly at a speed lower than the rotation speed.

実際には、ポリゴンミラー１８と蛍光体カラーホイール１９とが上記図２で示した如く同一の中心軸ではなく各回転軸が所定の角度を持っていること、及び、ポリゴンミラー１８の底面は正確には円形ではなく多角形であり、１つの平面ミラーの中央部と端部とでは中心点までの径が異なることから、平面ミラーの反射光により蛍光体カラーホイール１９のカラーフィルタを走査する際、その軌跡は、略矩形状のカラーフィルタを若干円弧を描いて横切るものとなる。   Actually, the polygon mirror 18 and the phosphor color wheel 19 are not the same center axis as shown in FIG. 2 but each rotation axis has a predetermined angle, and the bottom surface of the polygon mirror 18 is accurate. Is a polygon, not a circle, and the diameter of the center point and the end of one plane mirror are different from each other. Therefore, when the color filter of the phosphor color wheel 19 is scanned by the reflected light of the plane mirror, The trajectory crosses a substantially rectangular color filter with a slight arc.

上記に比して、半導体レーザ１７からのスポットビームＢが、ポリゴンミラー１８の１つの平面ミラーでの反射を終えて次の平面ミラーで反射する切替時においては、きわめて微小な時間内に反射光が上記Ｅの方向からＳの方向まで走査することとなる。   Compared to the above, when switching the spot beam B from the semiconductor laser 17 after reflection by one plane mirror of the polygon mirror 18 and reflection by the next plane mirror, the reflected light is reflected within a very short time. Will be scanned from the E direction to the S direction.

したがって、カラーブレーキング現象と称される色割れ現象の発生を抑制する効果を充分に高めることができる。   Therefore, it is possible to sufficiently enhance the effect of suppressing the occurrence of the color break phenomenon called color breaking phenomenon.

ポリゴンミラー１８及び蛍光体カラーホイール１９を、例えば７２００ｒｐｍでその位相も含めて同期して回転させる場合、蛍光体カラーホイール１９が出射する時分割蛍光光の繰返し周波数は、
(7200[rpm]／60[sec])×(72[セク゛メント]／3[色])
＝2880[Hz]
＝60[Hz]×48[倍速]
となり、４８倍速の単板式ＤＬＰプロジェクタを実現できる。この倍速数は、マイクロミラー素子を製作するメーカが、カラーブレーキング現象を実用上ほぼ完全に抑制できると報告している倍速数に等しい。 When the polygon mirror 18 and the phosphor color wheel 19 are rotated synchronously including the phase at 7200 rpm, for example, the repetition frequency of the time-division fluorescent light emitted from the phosphor color wheel 19 is:
(7200 [rpm] / 60 [sec]) x (72 [segment] / 3 [color])
= 2880 [Hz]
= 60 [Hz] x 48 [Double speed]
Thus, a 48 × single plate type DLP projector can be realized. This double speed number is equal to the double speed number reported by the manufacturer of the micromirror element that the color braking phenomenon can be practically completely suppressed.

以上詳述した如く本実施形態によれば、実用上充分な明るさを有する光源と、該光源からの光を用いて時分割で複数の原色光を得るためのカラーホイールとを用いながら、カラーブレーキング現象の発生を充分に抑止することが可能となる。   As described above in detail, according to this embodiment, while using a light source having sufficient brightness in practice and a color wheel for obtaining a plurality of primary color lights in a time-sharing manner using light from the light source, The occurrence of the braking phenomenon can be sufficiently suppressed.

また、上記実施形態では、半導体レーザ１７からのスポットビームＢに対してポリゴンミラー１８の回転方向とその反射光が照射される蛍光体カラーホイール１９の回転方向とが一致するものとした。これにより、蛍光体カラーホイール１９の１つのカラーフィルタに対する走査速度を相対的に低下させ、それに比して１つのカラーフィルタから次のカラーフィルタへの切換え時の走査速度を上げるものとしたので、カラーブレーキング現象の発生をより確実に抑止できる。   In the above embodiment, the rotation direction of the polygon mirror 18 and the rotation direction of the phosphor color wheel 19 irradiated with the reflected light with respect to the spot beam B from the semiconductor laser 17 are the same. Accordingly, the scanning speed of the phosphor color wheel 19 with respect to one color filter is relatively decreased, and the scanning speed at the time of switching from one color filter to the next color filter is increased. The occurrence of the color braking phenomenon can be suppressed more reliably.

さらに上記実施形態では、半導体レーザ１７からのスポットビームＢを反射すると同時に走査して蛍光体カラーホイール１９のカラーフィルタへ照射する走査体としてポリゴンミラー１８を用いるものとした。これにより、簡易な構造での高速化が可能であり、装置の製造コストを低く抑えながら、カラーブレーキング現象の発生を確実に抑止できる。   Furthermore, in the above embodiment, the polygon mirror 18 is used as a scanning body that reflects the spot beam B from the semiconductor laser 17 and simultaneously scans and irradiates the color filter of the phosphor color wheel 19. Accordingly, it is possible to increase the speed with a simple structure, and it is possible to reliably suppress the occurrence of the color braking phenomenon while keeping the manufacturing cost of the apparatus low.

また上記実施形態では、ポリゴンミラー１８の平面ミラーの数と蛍光体カラーホイール１９のカラーミラーの数とが同一であり、且つその回転速度も同一であるものとした。これにより、ポリゴンミラー１８と蛍光体カラーホイール１９に対する同期制御が容易となり、投影光処理部２４の負担を軽減できる。   Moreover, in the said embodiment, the number of the plane mirrors of the polygon mirror 18 and the number of the color mirrors of the fluorescent substance color wheel 19 shall be the same, and the rotational speed shall also be the same. Thereby, the synchronous control with respect to the polygon mirror 18 and the fluorescent substance color wheel 19 becomes easy, and the burden of the projection light processing part 24 can be reduced.

なお上記実施形態では、ポリゴンミラー１８の周面を７２枚の平面ミラーから成る７２角ポリゴンミラーで構成し、蛍光体カラーホイール１９も、底面周端部と同様に７２枚の蛍光カラーフィルタを周状に規則的に分割配置する構成としたが、ポリゴンミラー１８の平面ミラーの数と蛍光体カラーホイール１９のカラーミラーの数とが同一であれば、これに限らない。   In the above embodiment, the peripheral surface of the polygon mirror 18 is constituted by a 72-angle polygon mirror composed of 72 plane mirrors, and the phosphor color wheel 19 also surrounds 72 fluorescent color filters in the same manner as the bottom peripheral edge. However, the present invention is not limited to this as long as the number of plane mirrors of the polygon mirror 18 and the number of color mirrors of the phosphor color wheel 19 are the same.

また、ポリゴンミラー１８と蛍光体カラーホイール１９を、７２００ｒｐｍで同期して回転させるとしたが、ポリゴンミラー１８の回転数と蛍光体カラーホイール１９の回転数が同一であれば、異なる回転数で構わない。   Further, the polygon mirror 18 and the phosphor color wheel 19 are rotated synchronously at 7200 rpm. However, if the rotation speed of the polygon mirror 18 and the rotation speed of the phosphor color wheel 19 are the same, different rotation speeds may be used. Absent.

そして、上記実施形態では、半導体レーザ１７の例を用いて説明したが、ファイバーレーザを用いても良い。   In the above embodiment, the example of the semiconductor laser 17 has been described, but a fiber laser may be used.

さらに上記実施形態では、蛍光体カラーホイール１９に対する半導体レーザ１７からのスポットビームＢの反射と走査とを行なう走査体をポリゴンミラー１８で構成する場合について説明したが、本発明はポリゴンミラー１８に限らず、他にも例えばガルバノスキャナとも称されるガルバノミラーを用いるものとしても良いし、ＡＯＤ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ：音響光学偏向素子）での偏向走査を光軸を屈曲するという広義での反射動作と捉えれば、ＡＯＤを用いても同様に適用可能となる。   Further, in the above embodiment, the case where the scanning body that reflects and scans the spot beam B from the semiconductor laser 17 with respect to the phosphor color wheel 19 is configured by the polygon mirror 18 has been described, but the present invention is limited to the polygon mirror 18. In addition, for example, a galvano mirror called a galvano scanner may be used, or a reflection operation in a broad sense that the deflection scanning by an AOD (Acousto-Optic Deflector) is bent in the optical axis. If it is understood, even if AOD is used, it can be similarly applied.

その他、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み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、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, the functions executed in the above-described embodiments may be combined as appropriate as possible. The above-described embodiment includes various stages, and various inventions can be extracted by an appropriate combination of a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, if the effect is obtained, a configuration from which the constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.

１０…データプロジェクタ装置、１１…入出力コネクタ部、１２…入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）、１３…画像変換部（スケーラ）、１４…ビデオＲＡＭ、１５…投影画像処理部、１６…マイクロミラー素子（ＳＬＭ）、１７…半導体レーザ、１８…ポリゴンミラー、１９…蛍光体カラーホイール、１９ａ…透明基板、１９ｂ…ダイクロイックフィルタ、１９ｃ…蛍光板、１９ｃＲ，１９ｃＧ，１９ｃＢ…蛍光カラーフィルタ、２０…インテグレータ、２１…光源レンズ系、２２…ミラー、２３…投影レンズユニット、２４…投影光処理部、２５…モータ（Ｍ）、２６…マーカセンサ、２７…モータ（Ｍ）、２８…マーカセンサ、２９…ＣＰＵ、３０…メインメモリ、３１…プログラムメモリ、３２…操作部、３３…音声処理部、３４…スピーカ部、ＳＢ…システムバス。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Data projector apparatus, 11 ... Input / output connector part, 12 ... Input / output interface (I / F), 13 ... Image conversion part (scaler), 14 ... Video RAM, 15 ... Projection image processing part, 16 ... Micromirror element (SLM), 17 ... semiconductor laser, 18 ... polygon mirror, 19 ... phosphor color wheel, 19a ... transparent substrate, 19b ... dichroic filter, 19c ... fluorescent plate, 19cR, 19cG, 19cB ... fluorescent color filter, 20 ... integrator, 21 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Light source lens system, 22 ... Mirror, 23 ... Projection lens unit, 24 ... Projection light processing part, 25 ... Motor (M), 26 ... Marker sensor, 27 ... Motor (M), 28 ... Marker sensor, 29 ... CPU, 30 ... Main memory, 31 ... Program memory, 32 ... Operation unit, 33 ... Audio processing unit, 34 ... S Over mosquito part, SB ... system bus.

Claims (6)

スポット光を発する光源と、
回転円盤に周状に複数色のカラーフィルタを分割配置したカラーホイールと、
上記光源からのスポット光を所定の角度範囲内で反射して上記カラーホイールのカラーフィルタを順次走査し、該カラーホイールから複数色の光を時分割で出射させる走査体と、
上記カラーホイールの回転位相と上記走査体の走査位相とを同期させる同期制御部と
を具備したことを特徴とする光源装置。 A light source that emits spot light;
A color wheel in which a plurality of color filters are divided and arranged circumferentially on a rotating disk;
A scanning body that reflects spot light from the light source within a predetermined angle range, sequentially scans the color filter of the color wheel, and emits light of a plurality of colors from the color wheel in a time-sharing manner;
A light source device, comprising: a synchronization control unit that synchronizes a rotation phase of the color wheel and a scanning phase of the scanning body. 上記同期制御部は、上記走査体の走査方向と上記カラーホイールの反射光照射位置におけるカラーフィルタの移動方向とが一致するように上記カラーホイールを回転させることを特徴とする請求項１記載の光源装置。   The light source according to claim 1, wherein the synchronization control unit rotates the color wheel so that a scanning direction of the scanning body and a moving direction of the color filter at a reflected light irradiation position of the color wheel coincide with each other. apparatus. 上記光源は、半導体レーザ、ファイバーレーザのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の光源装置。   2. The light source device according to claim 1, wherein the light source is one of a semiconductor laser and a fiber laser. 上記走査体は、周壁面に沿って複数の平面ミラーを配列したポリゴンミラーで構成することを特徴とする請求項１記載の光源装置。   2. The light source device according to claim 1, wherein the scanning body includes a polygon mirror in which a plurality of plane mirrors are arranged along a peripheral wall surface. 上記カラーホイールのカラーフィルタの数と上記走査体を構成するポリゴンミラーの平面ミラーの数とが一致し、
上記同期制御部は、上記走査体を構成するポリゴンミラーの回転速度と上記カラーホイールとを同一回転速度で同期して回転させることを特徴とする請求項３記載の光源装置。 The number of color filters of the color wheel and the number of plane mirrors of the polygon mirror constituting the scanning body match,
4. The light source device according to claim 3, wherein the synchronization control unit rotates the polygon wheel constituting the scanning body and the color wheel in synchronization with each other at the same rotation speed. スポット光を発する光源、回転円盤に周状に複数色のカラーフィルタを分割配置したカラーホイール、上記光源からのスポット光を所定の角度範囲内で反射して上記カラーホイールのカラーフィルタを順次走査し、該カラーホイールから複数色の光を時分割で出射させる走査体、及び上記カラーホイールの回転位相と上記走査体の走査位相とを同期させる同期制御部を有した光源部と、
上記光源のカラーホイールから時分割で出射される複数色の光毎に光像を形成して投影する投影部と
を具備したことを特徴とする投影装置。 A light source that emits spot light, a color wheel in which a plurality of color filters are divided and arranged on a rotating disk, and spot light from the light source is reflected within a predetermined angle range to sequentially scan the color filters of the color wheel. A light source unit including a scanning body that emits light of a plurality of colors from the color wheel in a time-sharing manner, and a synchronization control unit that synchronizes the rotation phase of the color wheel and the scanning phase of the scanning body;
A projection apparatus comprising: a projection unit configured to form and project an optical image for each of a plurality of colors of light emitted in a time-sharing manner from the color wheel of the light source.
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