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特開2022-151496光源装置、投影装置及びカラーホイール装置
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(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】P2022151496
(43)【公開日】2022-10-07
(54)【発明の名称】光源装置、投影装置及びカラーホイール装置
(51)【国際特許分類】
   G03B 21/14 20060101AFI20220929BHJP
   G03B 21/00 20060101ALI20220929BHJP
   F21S 2/00 20160101ALI20220929BHJP
   F21V 9/40 20180101ALI20220929BHJP
   F21V 9/32 20180101ALI20220929BHJP
   H04N 9/31 20060101ALI20220929BHJP
   F21Y 115/30 20160101ALN20220929BHJP
   F21Y 115/10 20160101ALN20220929BHJP
【FI】
G03B21/14 A
G03B21/00 F
F21S2/00 311
F21V9/40 200
F21V9/32
H04N9/31 500
F21Y115:30
F21Y115:10
【審査請求】有
【請求項の数】11
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021137385
(22)【出願日】2021-08-25
(31)【優先権主張番号】P 2021049184
(32)【優先日】2021-03-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】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
(74)【代理人】
【識別番号】100121083
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 宏義
(74)【代理人】
【識別番号】100138391
【弁理士】
【氏名又は名称】天田 昌行
(74)【代理人】
【識別番号】100074099
【弁理士】
【氏名又は名称】大菅 義之
(74)【代理人】
【識別番号】100182936
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 直樹
(72)【発明者】
【氏名】中村 英貴
【テーマコード(参考)】
2K203
5C060
【Fターム(参考)】
2K203FA06
2K203FA25
2K203FA32
2K203FA45
2K203FB03
2K203GA32
2K203GA35
2K203HA25
2K203HA28
2K203HB22
2K203MA04
2K203MA32
5C060EA00
5C060HC17
5C060HC21
5C060HD00
5C060JB06
(57)【要約】
【課題】光学的な損失を抑えたうえで、装置の小型化を図ること。
【解決手段】光源装置1は、励起光を照射する励起光照射部20と、励起光を受光して、励起光とは異なる波長帯域光に変換する蛍光体30と、カラーホイール装置40と、を備える。カラーホイール装置40の径方向に分割される領域のうち一方の領域510は励起光とは異なる波長帯域光蛍光光を透過するフィルタ部材431、432、及び透過部材441により構成される第1透過部を含み、カラーホイール装置40の径方向に分割される領域のうち一方の領域510とは異なる他方の領域520は、励起光を反射して光路を変更する反射ミラー領域42と励起光を透過する第2透過部421aとを含む。蛍光体30は、反射ミラー領域42で反射された励起光の光路上、又は、第2透過部421aで透過された励起光の光路上に配置されている。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
励起光を照射する励起光照射部と、
前記励起光を受光して、前記励起光とは異なる波長帯域光に変換する蛍光体と、
カラーホイール装置と、を備え、
前記カラーホイール装置の径方向に分割される領域のうち一方の領域は、前記励起光とは異なる波長帯域光を透過する第1透過部を含み、
前記カラーホイール装置の径方向に分割される領域のうち前記一方の領域とは異なる他方の領域は、前記励起光を反射して光路を変更する反射部と前記励起光を透過する第2透過部とを含み、
前記蛍光体は、前記反射部で反射された前記励起光の光路上、又は、前記第2透過部で透過された前記励起光の光路上に配置されている、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記第1透過部は、前記カラーホイール装置の径方向内側に配置され、
前記反射部と前記第2透過部は、前記カラーホイール装置の径方向外側に配置されている
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透過部は、前記カラーホイール装置の径方向外側に配置され、
前記反射部と前記第2透過部は、前記カラーホイール装置の径方向内側に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
【請求項4】
前記励起光照射部は、前記励起光が前記他方の領域に照射されるような角度で配置されている
ことを特徴とする請求項2に記載の光源装置。
【請求項5】
前記励起光は、前記カラーホイール装置に前記一方の面側から入射し、
前記励起光とは異なる波長帯域光は、前記カラーホイール装置に前記一方の面側とは反対の他方の面側から入射する、
ことを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の光源装置。
【請求項6】
前記反射部は、前記カラーホイール装置の周方向全域において円状に形成されて配置される
ことを特徴とする請求項1から4のうち何れか一項に記載の光源装置。
【請求項7】
前記励起光照射部は、前記カラーホイール装置を挟んで前記蛍光体と対向する位置に配置されている
ことを特徴とする請求項1から4のうち何れか一項に記載の光源装置。
【請求項8】
前記励起光照射部は、前記カラーホイール装置に対し、前記蛍光体と同じ側に配置されている
ことを特徴とする請求項1から4のうち何れか一項に記載の光源装置。
【請求項9】
前記第2透過部は、前記カラーホイール装置の前記一方の領域の半径から、前記他方の領域の半径までの領域において、物理的な構成要素を含まない領域でも前記カラーホイール装置の一部として構成される
ことを特徴とする請求項1から8のうち何れか一項に記載の光源装置。
【請求項10】
請求項1~9までの何れか一項に記載の前記光源装置と、
投影画像を投影する投影部と、
を備えることを特徴とする投影装置。
【請求項11】
所定の波長帯域光を透過する複数のフィルタ部材を周方向に隣接して有し、
径方向に分割される領域のうち一方の領域には、励起光照射部から照射された励起光とは異なる波長帯域光を透過する第1透過部を含み、
カラーホイール装置の径方向に分割される領域のうち前記一方の領域とは異なる他方の領域は、前記励起光を反射して光路を変更する反射部と前記励起光を透過する第2透過部とを含み、
前記蛍光体は、前記反射部で反射された前記励起光の光路上、又は前記第2透過部で透過された前記励起光の光路上に配置されている
ことを特徴とするカラーホイール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源装置、投影装置及びカラーホイール装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、DMD(Digital Micromirror Device)等の空間光変調器を用いたDLP(Digital Light Processing;登録商標)プロジェクタが知られている。DLPプロジェクタには、1枚の空間光変調器を利用する単板方式と、3枚を利用する3板方式とが存在する。単板方式とは、1枚の空間光変調器に、カラーホイールを用いてR、G、B各色の光を時間的に分割して照射することによりカラー画像を投射する方式である。3板方式とは、3枚の空間光変調器のそれぞれに、R、G、B各色の光を投射して各色の変調光を発生させ、それらを合成することによりカラー画像を投射する方式である。単板方式は、3板方式に比べ、装置の小型軽量化が可能になるという利点があり、様々な技術が提案されている。
【0003】
単板方式の光源装置において、半導体レーザ素子から射出されたレーザ光により蛍光体を励起し、当該蛍光体により生成された蛍光から分離された所定の色成分の光と、レーザ光とを時間的に分割して空間光変調器に照射する光源装置が提案されている(特許文献1参照)。
【0004】
また、固定蛍光体を使用し、モータによる駆動部の個数を減らすことができ、小型化を実現できるとともに、故障の確率を低減できる光源装置が提案されている(特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2016-103039号公報
【特許文献2】特開2018-60127号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1に記載される光源装置の構成においては、モータによる駆動部の個数が多くなり、その結果装置が大型化するという問題があった。
【0007】
また、特許文献2に記載される光源装置の構成においては、偏光ビームスプリッタ、位相板のデバイスが必要であり、また蛍光発光した光線は、励起光を含めると少なくとも3回これらのデバイスを透過する必要があるため光学的な損失が大きいという問題があった。
【0008】
本発明は、光学的な損失を抑えたうえで、装置の小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
態様の一例では、光源装置は、励起光を照射する励起光照射部と、前記励起光を受光して、前記励起光とは異なる波長帯域光に変換する蛍光体と、カラーホイール装置と、を備え、前記カラーホイール装置の径方向に分割される領域のうち一方の領域は、前記励起光とは異なる波長帯域光を透過する第1透過部を含み、前記カラーホイール装置の径方向に分割される領域のうち前記一方の領域とは異なる他方の領域は、前記励起光を反射して光路を変更する反射部と前記励起光を透過する第2透過部とを含み、前記蛍光体は、前記反射部で反射された前記励起光の光路上、又は、前記第2透過部で透過された前記励起光の光路上に配置されている。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、光学的な損失を抑えたうえで、装置の小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】第1実施形態の投影装置を示す外観斜視図である。
図2】第1実施形態の投影装置1に含まれる光源装置10及び投影部100の内部構造を示す平面模式図である。
図3】第1実施形態のカラーホイール装置40の平面模式図である。
図4】第1実施形態の反射ミラー領域42の平面模式図である。
図5図3のカラーホイール装置40のA-A’断面における断面図である。
図6】第2実施形態のカラーホイール装置40の平面模式図である。
図7】第2実施形態の反射ミラー領域42の平面模式図である。
図8図6のカラーホイール装置40のA-A’断面における断面図である。
図9】第3実施形態の投影装置1に含まれる光源装置10及び投影部100の内部構造を示す平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
<第1実施形態>
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0013】
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1の外観斜視図である。なお、本実施形態において、投影装置1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1のスクリーン側方向に対しての前後方向を示す。
【0014】
投影装置1の筐体は、図1に示すように、略直方体形状である。正面板2、背面板3、左側板4及び右側板5からなる側面板と、上面板6と下面板7とにより形成されている。投影装置1は、後述する光源装置と、投影部と、を備える。投影装置1は、正面板2の左側方に光源装置及び投影部を有する。更に、正面板2には、複数の吸排気孔8が設けられている。また、投影装置1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。
【0015】
上面板6には、キー/インジケータ部9が設けられる。このキー/インジケータ部9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。
【0016】
背面板3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3には、複数の吸気孔が形成されている。
【0017】
図2は、第1実施形態の投影装置1に含まれる光源装置10及び投影部100の内部構造を示す平面模式図である。図2(1)は、光源装置10及び投影部100の内部構造を説明する図である。図2(2)は、赤色成分の波長帯域光Lr及び緑色成分の波長帯域光Lgを生成する場合の概要図である。図2(3)は、青色成分の波長帯域光Lb(励起光Lbとも呼ぶ)を生成する場合の概要図である。
【0018】
光源装置10は、励起光照射部20、蛍光体30、カラーホイール装置40、ダイクロイックミラー50、第1集光レンズ60、第1全反射ミラー81、ライトトンネル(LT)90等を備えている。光源装置10は、図2に示していない他の構成を備えていてもよい。投影部100は、DMD(Digital Micromirror Device)70を備えている。投影部100は、投影画像をスクリーン等に投影する。投影部100は、図2に示していない他の構成を備えていてもよい。
【0019】
励起光照射部20から出射した励起光Lbが、蛍光体30へ照射されるように、励起光照射部20と蛍光体30との間に、カラーホイール装置40、ダイクロイックミラー50、第1集光レンズ60が配置されている。
【0020】
励起光照射部20は、青色成分の波長帯域光Lbの励起光源である。励起光照射部20は、青色成分の励起光Lbを発生するものとして説明する。励起光照射部20は、レーザダイオードを用いることもできる。また、レーザダイオードの代わりに発光ダイオードLEDを用いることもできる。第1の実施形態においては、励起光照射部20は、カラーホイール装置40を挟んで蛍光体30と対向する位置に配置されている。
【0021】
第1集光レンズ60は、集光レンズ61、集光レンズ62を備える。以下、特に集光レンズ61と集光レンズ62とを区別して説明しない場合には、集光レンズ61、及び集光レンズ62を「第1集光レンズ60」と称する。第1集光レンズ60は、励起光照射部20から出射される光線束とされた励起光Lbを一方向に集光して蛍光体30に出射する。
【0022】
蛍光体30は、励起光照射部20から出射される励起光Lbの光路上に配置される。蛍光体30は、カラーホイール装置40に設けられた反射ミラー領域(反射部)42により反射された励起光Lbの光路上に配置されている。蛍光体30は、励起光照射部20から照射された励起光Lbを受光する。蛍光体30は、入射した励起光Lbによって励起されて、青色成分の励起光Lbとは異なる波長の光である黄色波長帯域光Ly(蛍光光)を発生する。第1集光レンズ60は、蛍光体30により発生させた黄色波長帯域光Lyを集光して、ダイクロイックミラー50へ照射する。
【0023】
ダイクロイックミラー50は、青色成分の励起光Lbを透過して蛍光体30に導く機能と、蛍光体30から出射した黄色波長帯域光Lyを反射して第1全反射ミラー81に導く機能とを有する。第1全反射ミラー81は、ダイクロイックミラー50の光軸に対して斜めに配置されている。
【0024】
第1全反射ミラー81は、ダイクロイックミラー50から出射される黄色波長帯域光Lyをカラーホイール装置40へ導光する。なお、カラーホイール装置40は、励起光照射部20から出射されている光軸に対して斜めに配置されている。これにより、励起光Lbは、カラーホイール装置40の一方の面45側から入射する。
【0025】
カラーホイール装置40は、蛍光体30により発生された光を透過する複数のフィルタ部材を周方向に隣接して有する。カラーホイール装置40は、励起光Lbの光軸が垂直ではない角度で入射するよう配置される。
【0026】
カラーホイール装置40は、カラーホイール41と、カラーホイール41の軸方向に重畳された反射ミラー領域(反射部)42と、カラーホイール41を回転駆動するモータ43とを備える。カラーホイール装置40は、第1全反射ミラー81から出射された光線束の光軸とカラーホイール41上の照射面が直交するように、第1全反射ミラー81とライトトンネル90との間に配置される。これにより、励起光照射部20から照射された励起光Lbや蛍光体30により発生された黄色波長帯域光Lyは、カラーホイール装置40に一方の面45側とは反対の他方の面46側から入射する。
【0027】
図3は、第1実施形態のカラーホイール装置40の平面模式図である。図4は、第1実施形態の反射ミラー領域42の平面模式図である。図5は、図3のカラーホイール装置40のA-A’断面における断面図である。
【0028】
カラーホイール装置40の径方向の境界500に分割される領域のうち少なくとも一方の領域510は、フィルタ部材431、432及び透過部材441を含む。フィルタ部材431、432及び透過部材441は、青色成分の励起光とは異なる波長帯域光である黄色波長帯域光Lyを透過する第1透過部として機能する。フィルタ部材431、432は、光源から照射される光を透過する透過エリアとして機能する。カラーホイール装置40の径方向の境界500に分割される領域のうち一方の領域510とは異なる他方の領域520は、光源から照射される励起光を反射して光路を変更する反射部として機能するミラー部422と励起光を透過する第2透過部421aとを含む。本実施形態では、図3に示すように、第2透過部421aは、カラーホイール装置40の一方の領域510、すなわち、カラーホイール装置40の径方向外側において、物理的な構成部材(構成要素)を有さない領域も含まれる。励起光照射部20は、励起光が他方の領域520に照射されるような角度で配置されている。一方の領域510は、カラーホイール装置40の径方向内側の少なくとも一部に配置され、他方の領域520は、カラーホイール装置40の径方向外側の少なくとも一部に配置されている。カラーホイール装置40の他方の領域520の最大半径Rは、カラーホイール装置40の一方の領域510の半径rよりも大きい寸法で形成されている。第2透過部421aは、カラーホイール装置40の他方の領域520の最大半径Rと、カラーホイール装置40の一方の領域510の半径rとの差分の領域により構成される。したがって、図3に示すように、第2透過部421aは、カラーホイール装置40の一方の領域510の半径rから、他方の領域520の最大半径Rまでの領域において、ミラー部422等の物理的な構成部材が存在しない何もない領域でもカラーホイール装置40の一部として構成される。なお、一方の領域510は、カラーホイール装置40の径方向外側に配置し、他方の領域520は、カラーホイール装置40の径方向内側に配置してもよい。
【0029】
カラーホイール41は、円板状に形成され、その中央に取付孔部401を有する。カラーホイール41は、円板状に形成され、その中央に取付孔部401を有する。取付孔部401がモータ43の軸部に固定されるため、カラーホイール41はモータ43の駆動により軸部周りに回転することができる。
【0030】
図3に示すように、カラーホイール41は、径方向の少なくとも一部である一方の領域510に複数のフィルタ部材431、432、及び透過部材441を有する。複数のフィルタ部材431、432は、励起光照射部20から照射され、蛍光体30により励起光とは異なる波長に変換された黄色波長帯域光Ly(蛍光光)を透過する。具体的には、フィルタ部材431は、蛍光体30により変換された黄色波長帯域光Lyの中から緑色成分の波長帯域光Lgを透過し、フィルタ部材432は、蛍光体30により変換された黄色波長帯域光Lyの中から赤色成分の波長帯域光Lrを透過する。フィルタ部材431、432は、カラーホイール41の周方向に隣接して配置される。
【0031】
透過部材441は、青色成分の励起光を透過又は拡散透過する。透過部材441は、カラーホイールの周方向にフィルタ部材431、432に隣接して配置される。
【0032】
図3図4に示すように、反射ミラー領域42は、カラーホイール装置40の周方向のうち少なくとも一部において扇形状に形成されて配置されている。カラーホイール装置40の軸方向に対して、カラーホイール41に重畳して配置されている。図3に示すように、反射ミラー領域42は、カラーホイール装置40の軸方向に対して、フィルタ部材432に重畳して配置される。反射ミラー領域42は、カラーホイール装置40の軸方向に対して、フィルタ部材431に重畳して配置されてもよい。
【0033】
反射ミラー領域42は、透過部421、ミラー部422を有する。透過部421は扇形状の透明ガラスに形成され、ミラー部422は、透過部421の透明ガラスの上に配置された反射層として機能する。ミラー部422は透過部421の径方向外側の一部の領域に配置されている。
【0034】
透過部421は、カラーホイール41の径方向の境界500に分割される領域の内側に配置される。ミラー部422は、カラーホイール41の径方向の境界500に分割される領域の外側に配置される。反射ミラー領域42は、カラーホイール41の周方向において、透過部材441と対向する位置に配置される。詳細には、反射ミラー領域42のうちミラー部422は、カラーホイール41の径方向において、透過部材441と相対する位置関係に配置される。
【0035】
次に、赤色成分の波長帯域光Lr、及び緑色成分の波長帯域光Lgを生成する例について図2(2)を参照して説明する。励起光照射部20から出射された励起光Lbは、径方向の境界500に分割される領域のうち、他方の領域520において、照射される光を反射する反射エリアとして機能する反射ミラー領域42に照射される。
【0036】
反射ミラー領域42のうちミラー部422は、一部の領域においてのみ形成されており、カラーホイール41はモータ43により回転制御されている。このため、励起光照射部20から出射された励起光Lbは、ミラー部422に当たった時のみ反射され、ミラー部422に励起光Lbが交差していない期間においては、反射せずに透過する。
【0037】
透過した励起光Lbは、青色成分の励起光Lbのみを透過するダイクロイックミラー50を透過して、第1集光レンズ60を透過後、蛍光体30に照射される。励起光照射部20から励起光Lbを照射された蛍光体30は励起され、黄色波長帯域光Lyが発生して第1集光レンズ60で集光されて、再びダイクロイックミラー50へ照射される。ダイクロイックミラー50は、青色成分の励起光Lbのみを透過するため、黄色波長帯域光Lyはダイクロイックミラー50により反射される。
【0038】
ダイクロイックミラー50により反射された黄色波長帯域光Lyは、第1全反射ミラー81により再びカラーホイール装置40のカラーホイール41へ戻される。この場合、ダイクロイックミラー50により反射された黄色波長帯域光Lyは、カラーホイール装置40の透過エリアとして機能するフィルタ部材431、432に集光される。
【0039】
カラーホイール装置40は、モータ43によりDMD70と同期して制御され、緑色表示期間は、緑色成分の波長帯域光Lgが透過するフィルタ部材431が光軸を通過し、赤色表示期間は、赤色成分の波長帯域光Lrが透過するフィルタ部材432が光軸を通過するように構成されている。
【0040】
次に、青色成分の波長帯域光Lbを生成する例について図2(3)を参照して説明する。カラーホイール装置40のカラーホイール41が回転し、励起光照射部20から出射された励起光Lbがミラー部422に照射される期間は、励起光照射部20から出射された励起光Lbは反射ミラー領域42のミラー部422により反射される。ミラー部422により反射された励起光Lbは、光軸上に配置された第2全反射ミラー82、第3全反射ミラー83により反射され、ダイクロイックミラー50に照射される。
【0041】
ダイクロイックミラー50は、青色成分の励起光Lbを透過する。このため、ダイクロイックミラー50に照射された青色成分の励起光Lbは、第1全反射ミラー81に向かって反射される。カラーホイール装置40の透過部材441は、反射ミラー領域42の径方向反対側に配置されているため、第1全反射ミラー81によって反射された励起光Lbは、第1全反射ミラー81により反射されてカラーホイール41の透過部材441へ入射する。透過部材441へ入射した青色成分の励起光Lbは、ライトトンネル90を経てDMD70へ入射される。そのため、DMD70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、スクリーン等にカラー画像を投影することができる。
【0042】
以上のように、本実施形態の光源装置10は、青色成分の励起光Lbを照射する励起光照射部20と、励起光を受光して、励起光Lbを黄色波長帯域光Lyに変換する蛍光体30と、励起光照射部20から照射された光のうち選択された波長帯域光を透過する複数のフィルタ部材431、432を周方向に隣接して有するカラーホイール装置40と、を備える。カラーホイール装置40の径方向に分割される領域のうち一方の領域510は、青色成分の励起光Lbとは異なる黄色波長帯域光Lyを透過するフィルタ部材431、432、及び透過部材441により構成される第1部材を含む。カラーホイール装置40の径方向に分割される領域のうち一方の領域510とは異なる他方の領域520は、励起光Lbを反射して光路を変更する反射ミラー領域42と励起光Lbを透過する第2透過部421aとを含む。そして、蛍光体30は、反射ミラー領域42で反射された励起光Lbの光路上に配置されている。
【0043】
すなわち、カラーホイール装置40に励起光を反射する反射ミラー領域42を配置することにより、カラーホイール装置40に励起光Lbの反射領域を持たせて、励起光照射部20から照射された励起光Lbの光路を時分割で赤色成分及び緑色成分生成用と、青色成分生成用と、に分け、同一のカラーホイール41にフィルタ部材431、432で所望の色成分を作成するとともに、透過部材441で青色成分の励起光Lbを透過又は拡散透過する。
【0044】
これにより、励起光が励起光照射部20から蛍光体30に至るまでに必要な光学部品の部品点数を最小限とすることができる。同様に、励起光Lbが蛍光体30からDMD70に至るまでに必要な部品点数を最小限とすることができる。このため、光学部品を通過することにより生じる光学的な損失を最小限にすることができる。また、カラーホイール41の透過部材441によってスペックルを除去することができる。
【0045】
透過部421は、カラーホイール装置40の径方向内側に配置され、反射ミラー領域42と第2透過部421aは、カラーホイール装置40の径方向外側に配置されている。これにより、励起光照射部20から照射された励起光の光路を時分割で赤色成分及び緑色成分生成用と、青色成分生成用と、に分け、同一のカラーホイール41にフィルタ部材431、432で所望の色成分を作成することができる。
【0046】
赤色成分生成用のフィルタ部材431と、緑色成分生成用のフィルタ部材432が別に配置されているため、それぞれ最適な分光特性を得ることができる。更に、光学部品の部品点数を最小限とすることができるため、光学的な損失を抑えた上で、装置の小型化を図ることができる。
【0047】
更に、蛍光体30は、反射ミラー領域(反射部)42により反射された励起光Lbの光路上に配置されていることから、蛍光体30と、反射ミラー領域42が設けられたカラーホイール装置40とは、別体で構成されている。このため、蛍光体30は、光を透過する必要がないことからガラスなどの透過材料で作成する必要がない。このため、金属など放熱しやすい材料により作成することができるため、蛍光体30に熱が溜まることなく放熱することができる。また、蛍光体30の素材として金属を採用した場合でも、カラーホイール装置40の反射エリアを構成する素材として複数種類の材料を組み合わせる必要がない。このため、カラーホイール装置40の構造をシンプルにすることができる。その結果、製造コストの削減と、故障リスクの低減を図ることができる。
【0048】
<第2実施形態>
第1実施形態の光源装置10において、反射ミラー領域42を構成する透過部421は、カラーホイール装置40の周方向のうち少なくとも一部において扇形状に形成されて配置されている。これに対し、第2実施形態の光源装置10の反射ミラー領域42の透過部421は、カラーホイール装置40の周方向全域において円状に形成されて配置される。
【0049】
図6は、第2実施形態のカラーホイール装置40の平面模式図である。図7は、第2実施形態の反射ミラー領域42の平面模式図である。図8は、図6のカラーホイール装置40のA-A’断面における断面図である。第2実施形態では、図6に示すように、第2透過部421aは、カラーホイール装置40の一方の領域510、すなわち、カラーホイール装置40の径方向外側において、全周に亘って物理的な構成部材により構成される。第2実施形態においても、カラーホイール装置40の他方の領域520の最大半径Rは、カラーホイール装置40の一方の領域510の半径rよりも大きい寸法で形成されている。第2透過部421aは、カラーホイール装置40の他方の領域520の最大半径Rと、カラーホイール装置40の一方の領域510の半径rとの差分の領域により構成される。図6に示すように、第2透過部421aは、カラーホイール装置40の一方の領域510の半径rから、他方の領域520の最大半径Rまでの領域において、透過部421、及びミラー部422等の物理的な構成部材が存在するカラーホイール装置40の一部として構成される。
【0050】
図6図8に示すように、反射ミラー領域42の透過部421は、カラーホイール装置40の周方向全域において、配置されている。これにより、カラーホイール装置40のカラーホイール41が回転した際のバランスがとりやすく、かつ、バランスの偏りにより生じる騒音を減少させ、安定してカラーホイール41の回転制御を行うことができる。
【0051】
上述の実施形態においては、一方の領域510は、カラーホイール装置40の径方向内側に配置され、他方の領域520は、カラーホイール装置40の径方向外側に配置されているがこの限りではない。例えば、一方の領域510は、カラーホイール装置40の径方向外側に配置し、他方の領域520は、カラーホイール装置40の径方向内側に配置してもよい。これにより、励起光照射部20から照射された励起光Lbの光路を時分割で赤色成分及び緑色成分生成用と、青色成分生成用と、に分け、同一のカラーホイール41にフィルタ部材431、432で所望の色成分を作成することができる。
【0052】
<第3実施形態>
図9は、第3実施形態の投影装置1に含まれる光源装置10及び投影部100の内部構造を示す平面模式図である。図9(1)は、光源装置10及び投影部100の内部構造を説明する図である。図9(2)は、赤色成分の波長帯域光Lr及び緑色成分の波長帯域光Lgを生成する場合の概要図である。図9(3)は、青色成分の波長帯域光Lb(励起光Lb)を生成する場合の概要図である。なお、第3実施形態の投影装置1の説明においては、第1実施形態と同一の構成によるものについては説明を省略する。
【0053】
第3実施形態の光源装置10は、励起光照射部20、蛍光体30、カラーホイール装置40、ダイクロイックミラー50、第1集光レンズ60、第1全反射ミラー81、ライトトンネル90等を備えている。光源装置10は、図9に示していない他の構成を備えていてもよい。投影部100は、DMD70を備えている。投影部100は、投影画像をスクリーン等に投影する。投影部100は、図9に示していない他の構成を備えていてもよい。
【0054】
励起光照射部20から出射した励起光Lbが、蛍光体30へ照射されるように、励起光照射部20と蛍光体30との間に、カラーホイール装置40、ダイクロイックミラー50、第1集光レンズ60が配置されている。
【0055】
第3の実施形態においては、励起光照射部20は、カラーホイール装置40を挟んで反対側ではなく、蛍光体30と同じ側に配置されている。
【0056】
第1集光レンズ60は、集光レンズ61、集光レンズ62を備える。第1集光レンズ60は、励起光照射部20から出射され、カラーホイール装置40に設けられた反射ミラー領域(反射部)42により反射された励起光を一方向に集光して蛍光体30に出射する。
【0057】
蛍光体30は、励起光照射部20から出射される励起光の光路上に配置される。具体的には、蛍光体30は、カラーホイール装置40に設けられた第2透過部421aで透過された励起光の光路上に配置されている。蛍光体30は、励起光照射部20から照射された励起光を受光する。蛍光体30は、入射した励起光Lbによって励起されて、励起光Lbとは異なる波長の光である黄色波長帯域光Ly(蛍光光)を発生する。第1集光レンズ60は、蛍光体30により発生させた黄色波長帯域光Lyを集光して、ダイクロイックミラー50へ照射する。
【0058】
第1全反射ミラー81は、ダイクロイックミラー50で反射された黄色波長帯域光Lyをカラーホイール装置40へ導光する。なお、カラーホイール装置40は、励起光照射部20から出射されている光軸に対して斜めに配置されている。これにより、励起光Lbは、カラーホイール装置40の一方の面45側から入射する。
【0059】
カラーホイール装置40は、蛍光体30により発生された光を透過する複数のフィルタ部材を周方向に隣接して有する。
【0060】
次に、赤色成分の波長帯域光Lr、及び緑色成分の波長帯域光Lgを生成する例について図9(2)を参照して説明する。励起光照射部20から出射された励起光Lbは、径方向の境界500に分割される領域のうち、他方の領域520において、照射される光を反射する反射エリアとして機能する反射ミラー領域42に照射される。なお、カラーホイール装置40の他方の領域520は、励起光Lbの光軸となす角度が垂直にならないような位置に配置される。
【0061】
反射ミラー領域42のうちミラー部422は、一部の領域においてのみ形成されており、カラーホイール41はモータ43により回転制御されている。このため、励起光照射部20から出射された励起光Lbは、ミラー部422に当たった時のみ反射される。励起光照射部20から出射された励起光Lbがミラー部422に照射される期間は、励起光照射部20から出射された励起光Lbは反射ミラー領域42のミラー部422により反射される。
【0062】
ミラー部422により反射された励起光Lbは、青色成分の励起光Lbのみを透過するダイクロイックミラー50を透過して、第1集光レンズ60を透過後、蛍光体30に照射される。励起光照射部20から励起光Lbを照射された蛍光体30は励起され、黄色波長帯域光Lyが発生して第1集光レンズ60で集光されて、ダイクロイックミラー50へ照射される。ダイクロイックミラー50は、青色成分の励起光Lbのみを透過するため、黄色波長帯域光Lyはダイクロイックミラー50により反射される。
【0063】
ダイクロイックミラー50により反射された黄色波長帯域光Lyは、第1全反射ミラー81によりカラーホイール装置40のカラーホイール41へ照射される。この場合、ダイクロイックミラー50により反射された黄色波長帯域光Lyは、カラーホイール装置40の透過エリアとして機能するフィルタ部材431、432に集光される。
【0064】
カラーホイール装置40は、モータ43によりDMD70と同期して制御され、緑色表示期間は、緑色成分の波長帯域光Lgが透過するフィルタ部材431が光軸を通過し、赤色表示期間は、赤色成分の波長帯域光Lrが透過するフィルタ部材432が光軸を通過するように構成されている。
【0065】
次に、青色成分の波長帯域光Lbを生成する例について図9(3)を参照して説明する。カラーホイール装置40のカラーホイール41が回転し、励起光照射部20から出射された励起光Lbがミラー部422に入射していない期間においては、励起光照射部20から出射された励起光Lbは反射ミラー領域42のミラー部422により反射せずに透過する。透過した励起光Lbは、光軸上に配置された第2全反射ミラー82、第3全反射ミラー83により反射され、ダイクロイックミラー50に照射される。
【0066】
ダイクロイックミラー50は、青色成分の励起光Lbを透過する。このため、ダイクロイックミラー50に照射された青色成分の励起光Lbは、第1全反射ミラー81に向かって反射される。カラーホイール装置40の透過部材441は、反射ミラー領域42の径方向反対側に配置されているため、第1全反射ミラー81に照射された励起光Lbは、第1全反射ミラー81により反射されてカラーホイール41の透過部材441へ入射する。透過部材441へ入射した青色成分の励起光Lbは、ライトトンネル90を経てDMD70へ入射される。そのため、DMD70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、スクリーン等にカラー画像を投影することができる。
【0067】
また、上述の実施形態においては、蛍光体30は、固定蛍光体としているがこの限りではない。例えば、全周蛍光体層を設けた蛍光体ホイールであってもよく、蛍光体を2種類塗布し、カラーホイール装置40と同期してもよい。
【0068】
上述の実施形態の光源装置10においては、励起光照射部20、蛍光体30、カラーホイール装置40、ダイクロイックミラー50、第1集光レンズ60、第1全反射ミラー81、ライトトンネル90を備えているがこの限りではない。光源装置10は、更に、第2集光レンズを備えてもよい。第2集光レンズは、例えば、ダイクロイックミラー50と、第1全反射ミラー81との間に配置される。
【0069】
ダイクロイックミラー50から照射された黄色波長帯域光は、第2集光レンズを通って第1全反射ミラー81へ導かれる。すなわち、この場合、第2集光レンズは、ダイクロイックミラー50の端部等を通る光を集光してダイクロイックミラー50の特性が変わらないように調整することができる。これにより、光学的な損失を抑えることができる。
【0070】
また、上述の実施形態においては、透過部材441へ入射した青色成分の励起光は、ライトトンネル90を経てDMD70へ入射されているがこの限りではない。例えば、ライトトンネル90の代わりに、マイクロレンズアレイを配置してもよい。ライトトンネル90の代わりにライトトンネル90より小さい寸法のマイクロレンズアレイを配置することにより、投影装置1の小型化を図ることが可能となる。
【0071】
上述の実施形態では、ミラー部422とカラーホイール41とが別々の部材になっているが、ミラー部422とカラーホイール41は一体の部材(地続き)であってもよい。
【0072】
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。
【0073】
以上の実施形態に関して、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
励起光を照射する励起光照射部と、
前記励起光を受光して、前記励起光とは異なる波長帯域光に変換する蛍光体と、
カラーホイール装置と、を備え、
前記カラーホイール装置の径方向に分割される領域のうち一方の領域は、前記励起光とは異なる波長帯域光を透過する第1透過部を含み、
前記カラーホイール装置の径方向に分割される領域のうち前記一方の領域とは異なる他方の領域は、前記励起光を反射して光路を変更する反射部と前記励起光を透過する第2透過部とを含み、
前記蛍光体は、前記反射部で反射された前記励起光の光路上、又は、前記第2透過部で透過された前記励起光の光路上に配置されている、
ことを特徴とする光源装置。
(付記2)
前記第1透過部は、前記カラーホイール装置の径方向内側に配置され、
前記反射部と前記第2透過部は、前記カラーホイール装置の径方向外側に配置されている
ことを特徴とする付記1に記載の光源装置。
(付記3)
前記第1透過部は、前記カラーホイール装置の径方向外側に配置され、
前記反射部と前記第2透過部は、前記カラーホイール装置の径方向内側に配置されている
ことを特徴とする付記1に記載の光源装置。
(付記4)
前記励起光照射部は、前記励起光が前記他方の領域に照射されるような角度で配置されている
ことを特徴とする付記2に記載の光源装置。
(付記5)
前記励起光は、前記カラーホイール装置に前記一方の面側から入射し、
前記励起光とは異なる波長帯域光は、前記カラーホイール装置に前記一方の面側とは反対の他方の面側から入射する、
ことを特徴とする付記1から4の何れか一項に記載の光源装置。
(付記6)
前記反射部は、前記カラーホイール装置の周方向全域において円状に形成されて配置される
ことを特徴とする付記1から4のうち何れか一項に記載の光源装置。
(付記7)
前記励起光照射部は、前記カラーホイール装置を挟んで前記蛍光体と対向する位置に配置されている
ことを特徴とする付記1から4のうち何れか一項に記載の光源装置。
(付記8)
前記励起光照射部は、前記カラーホイール装置に対し、前記蛍光体と同じ側に配置されている
ことを特徴とする付記1から4のうち何れか一項に記載の光源装置。
(付記9)
前記第2透過部は、前記カラーホイール装置の前記一方の領域の半径から、前記他方の領域の半径までの領域において、物理的な構成要素を含まない領域でも前記カラーホイール装置の一部として構成される
ことを特徴とする付記1から8のうち何れか一項に記載の光源装置。
(付記10)
付記1~9までの何れか一項に記載の前記光源装置と、
投影画像を投影する投影部と、
を備えることを特徴とする投影装置。
(付記11)
所定の波長帯域光を透過する複数のフィルタ部材を周方向に隣接して有し、
径方向に分割される領域のうち一方の領域には、励起光照射部から照射された励起光とは異なる波長帯域光を透過する第1透過部を含み、
カラーホイール装置の径方向に分割される領域のうち前記一方の領域とは異なる他方の領域は、前記励起光を反射して光路を変更する反射部と前記励起光を透過する第2透過部とを含み、
前記蛍光体は、前記反射部で反射された前記励起光の光路上、又は前記第2透過部で透過された前記励起光の光路上に配置されている
ことを特徴とするカラーホイール装置。
【符号の説明】
【0074】
1 投影装置
2 正面板
3 背面板
4 左側板
5 右側板
6 上面板
7 下面板
8 吸排気孔
9 キー/インジケータ部
10 光源装置
20 励起光照射部
30 蛍光体
40 カラーホイール装置
41 カラーホイール
42 反射ミラー領域
43 モータ
50 ダイクロイックミラー
60 第1集光レンズ
61 集光レンズ
62 集光レンズ
70 DMD
81 第1全反射ミラー
82 第2全反射ミラー
83 第3全反射ミラー
90 ライトトンネル
100 投影部
401 取付孔部
421 透過部
421a 第2透過部
421b 第3透過部
422 ミラー部
431 フィルタ部材
432 フィルタ部材
441 透過部材
500 境界
510 領域
520 領域

図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9