特開 2022-187254 光源装置および画像投射装置

(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】P2022187254

(43)【公開日】2022-12-19

(54)【発明の名称】光源装置および画像投射装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20221212BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20221212BHJP

   F21V 9/38 20180101ALI20221212BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20221212BHJP

   F21V 9/45 20180101ALN20221212BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 A

G03B21/00 D

F21V9/38

F21S2/00 355

F21V9/45

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021095185

(22)【出願日】2021-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(74)【代理人】

【識別番号】100121614

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 倫也

(72)【発明者】

【氏名】遊佐 浩一

【テーマコード（参考）】

2K203

【Ｆターム（参考）】

2K203FA44

2K203FA45

2K203GA14

2K203GA20

2K203HA29

2K203HB07

2K203MA06

2K203MA14

(57)【要約】

【課題】光が照射される被照射部の劣化や出射光の色バランスの変動を抑制できようにする。
【解決手段】光源装置１００は、光源１と、該光源からの第１の光が照射される被照射部３１ａと、被照射部を互いに第１の方向に離れた２位置間で反復駆動する駆動部５と有する。被照射部は第１の方向に複数の領域３１１、３１２ａ、３１２ｂを有し、該複数の領域のうち少なくとも１つの領域は他の領域とは特性が異なる。上記少なくとも１つの領域に第１の光が照射される際の被照射部の駆動速度が上記他の領域に第１の光が照射される際の駆動速度と異なる。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
前記光源からの第１の光が照射される被照射部と、
前記被照射部を互いに第１の方向に離れた２位置間で反復駆動する駆動部と有し、
前記被照射部は前記第１の方向に複数の領域を有し、該複数の領域のうち少なくとも１の領域は他の領域とは特性が異なり、
前記少なくとも１つの領域に前記第１の光が照射される際の前記被照射部の駆動速度が前記他の領域に前記第１の光が照射される際の前記駆動速度と異なることを特徴とする光源装置。

【請求項2】

前記少なくとも１つの領域に前記第１の光が照射される際の前記駆動速度が第１の速度であり、前記他の領域に前記第１の光が照射される際の前記駆動速度は前記第１の速度に向かって加速する又は前記第１の速度から減速した第２の速度であ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２の速度は、前記反復駆動において駆動方向が反転する時点のゼロを含むことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記少なくとも１つの領域は、前記他の領域よりも耐熱性が低く、
前記被照射部において、前記他の領域が前記少なくとも１つの領域よりも前記第１の方向における外側に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項5】

前記複数の領域は、それぞれ前記第１の光を波長変換して前記第１の光とは波長が異なる第２の光を生成する第１の波長変換領域および第２の波長変換領域を含み、
前記第１の波長変換領域は、前記第２の波長変換領域よりも耐熱性が低く、
前記被照射部において、前記第２の波長変換領域が前記第１の波長変換領域よりも前記第１の方向における外側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。

【請求項6】

前記複数の領域は、
前記第１の光を波長変換して前記第１の光とは波長が異なる第２の光を生成する波長変換領域と、
前記第１の光の波長変換を行わない非波長変換領域とを含み、
前記被照射部において、前記非波長変換領域が前記波長変換領域よりも前記第１の方向における外側に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項7】

前記駆動部は、前記被照射部を前記２位置間で前記第１の方向に直線駆動することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項8】

前記駆動部は、前記被照射部を前記２位置間で前記第１の方向に直交する第２の方向に駆動しながら前記第１の方向に駆動することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を変調する光変調素子とを有し、
前記光変調素子からの光を投射して画像を表示することを特徴とする画像投射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像投射装置（プロジェクタ）等に好適な光源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プロジェクタの光源装置には、光源からの励起光を蛍光体等を有する波長変換部に照射して、励起光とは波長が異なる波長の変換光を得るものがある。さらに、特許文献１には、波長変換部を往復駆動することで、光照射による波長変換部の劣化を遅くすることが可能な光源装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－１７８２９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示された光源装置では、往復駆動される波長変換部の駆動方向が反転する際に波長変換部の駆動速度はゼロになる。このときに波長変換部において光が照射される領域では、単位時間当たりの光照射量が他の領域よりも多くなり、高温になる。この結果、波長変換部の温度分布に偏りが生じ、高温領域が他の領域よりも早く劣化する。また、高温領域の波長変換効率が低下して変換光の光量が減少し、光源装置から出射する光の色バランスが変動する。

【0005】

本発明は、光が照射される被照射部（例えば波長変換部）の劣化や出射光の色バランスの変動を抑制する等の効果が得られるようにした光源装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面としての光源装置は、光源と、該光源からの第１の光が照射される被照射部と、被照射部を互いに第１の方向に離れた２位置間で反復駆動する駆動部と有する。被照射部は第１の方向に複数の領域を有し、該複数の領域のうち少なくとも１の領域は他の領域とは特性が異なる。上記少なくとも１つの領域に第１の光が照射される際の被照射部の駆動速度が上記他の領域に第１の光が照射される際の駆動速度と異なることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、光が照射される被照射部の劣化や出射光の色バランスの変動を抑制する等の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例１（～３）の光源装置の光学配置を示す斜視図。

【図2】実施例１（～３）の光源装置の光学配置を示す（ａ）上面図と（ｂ）側面図。

【図3】実施例１（～３）の光源装置における波長変換部と駆動部の配置を示す図。

【図4】実施例１の光源装置における波長変換部の詳細図。

【図5】実施例２の光源装置における波長変換部の詳細図。

【図6】実施例３の光源装置における波長変換部の詳細図。

【図7】図１に示した波長変換部への光照射位置の時間変化を示す図。

【図8】実施例４（～６）の光源装置の光学配置を示す斜視図。

【図9】実施例４（～６）の光源装置の光学配置を示す（ａ）上面図と（ｂ）側面図。

【図10】実施例４（～６）の光源装置における波長変換部と駆動部の配置を示す図。

【図11】実施例４の光源装置における波長変換部の詳細図。

【図12】実施例５の光源装置における波長変換部の詳細図。

【図13】実施例６の光源装置における波長変換部の詳細図。

【図14】図１０に示した波長変換部への光照射位置の時間変化を示す図。

【図15】各実施例の光源装置を用いたプロジェクタの上面図。

【図16】上記プロジェクタの概略図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

【実施例0010】

図１および図２（ａ）、（ｂ）は、実施例１である光源装置の構成を示している。各図に示すＹ方向は光源装置の光軸方向を、Ｘ方向およびＺ方向はそれぞれＹ方向に直交して互いに直交する横方向と縦方向を示す。このことは、後述する他の実施例を示す図面においても同じである。

【0011】

光源１は、青色光のレーザ光を発する複数の固体光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）により構成されている。集光光学系２は、光源１から青色光を波長変換部３ａに向けて集光する。波長変換部３ａは、蛍光体を含む被照射部を有し、励起光として照射された青色光（第１の光）の一部を波長変換して、青色光とは波長が異なる蛍光光としての黄色光を生じさせる。波長変換部３ａからは、黄色光と波長変換されなかった青色光とが合成された白色光が出射する。波長変換部３ａの詳細な構成については後述する。

【0012】

平行化光学系４は、複数の光学素子により構成され、波長変換部３ａから白色光として出射した拡散光束を平行化して矢印Ｄ１の方向に出射させる。一点鎖線は光軸を示し、破線は有効光束の外形を示している。

【0013】

図４は、波長変換部３ａの構成を示している。波長変換部３ａは、透光性材料（例えば水晶）で形成された透明基板３２と、該透明基板３２により保持されて波長変換素子としての蛍光体を含む被照射部３１ａとで構成されている。波長変換部３ａは、後述するようにＸ方向にて反復駆動（往復駆動）される。

【0014】

被照射部３１ａは、波長変換部３ａの駆動方向であるＸ方向にて複数（本実施例では３つ）の領域に分割されている。３つの領域のうち中央の領域（第１の波長変換領域）には相対的に耐熱性が低い蛍光体３１１が、その両側の領域（第２の波長変換領域）には相対的に耐熱性が高い蛍光体３１２ａ、３１２ｂが設けられている。すなわち、蛍光体３１１と蛍光体３１２ａ、３１２ｂは、耐熱特性が互いに異なる。蛍光体３１１は、例えば有機材を含む蛍光体である。蛍光体３１２ａ、３１２ｂは、例えば無機材のみを用いた蛍光体である。

【0015】

なお、蛍光体３１２ａと蛍光体３１２ｂは同じ蛍光体であってもよいし、互いに異なる蛍光体であってもよい。また、蛍光体として、半導体である量子ドットを用いてもよい。

【0016】

図３は、光源装置の図２（ｂ）のＷ－Ｗ線に沿った断面を示しており、光軸方向（Ｙ方向）から見た波長変換部３ａと、図１および図２（ａ）、（ｂ）には不図示であった駆動部５および冷却構成とを示している。駆動部５は、ボイスコイルモータ等により構成され、支持部５１を介して波長変換部３ａを矢印Ｄ２の方向（第１の方向としてのＸ方向）における２位置間で往復駆動する。

【0017】

波長変換部３ａが往復駆動されることにより、被照射部３１ａへの励起光の照射位置（以下、光照射位置という）Ｄ４が蛍光体３１１とその両側の蛍光体３１２ａ、３１２ｂ間で変化する。これにより蛍光体３１１、３１２ａ、３１２ｂに黄色光を発生させることができるとともに、光照射により発生する熱が分散され、被照射部３１ａの過度な発熱を抑制することができる。

【0018】

なお、本実施例では波長変換部３ａを上記２位置間で直線駆動する場合について説明するが、波長変換部３ａをＺ方向（第２の方向）にも駆動しながらＸ方向に駆動するようにしてもよい。すなわち、波長変換部３ａを上記２位置間で曲線を描くように往復駆動してもよいし、上記２位置間の往路と復路で異なる経路を辿るように往復駆動してもよい。

【0019】

また、図３中の白抜き矢印Ｄ３は、波長変換部３ａに対して冷却空気が流れる方向を示している。冷却空気は、光源装置１００を収納する光源収納部６内に形成された流路６１内を矢印Ｄ３の方向（Ｚ方向）に流れて波長変換部３ａの被照射部３１ａを冷却する。

【0020】

図７（ａ）～（ｆ）を用いて、波長変換部３ａの駆動方向および駆動速度と光照射位置Ｄ４との関係について説明する。光源装置１００を起動すると、図７（ａ）の状態から駆動部５による波長変換部３ａの往復駆動が開始され、その直後に光源１が点灯される。図７（ａ）の状態から図中の右方向への駆動が開始された波長変換部３ａは、時間ｔ1の間で図７（ｂ）に示すように駆動速度ｖ1（第１の速度）まで加速駆動される。時間ｔ1の間は、光照射位置Ｄ４は耐熱性が高い方の蛍光体３１２ａ上にある。

【0021】

その後、波長変換部３ａは、図７（ｂ）の状態から図７（ｃ）の状態を経て図７（ｄ）の状態までの時間ｔ２の間において駆動速度ｖ１で等速駆動される。時間ｔ２の間は、光照射位置Ｄ４は耐熱性が低い方の蛍光体３１１上にある。

【0022】

続いて波長変換部３ａは、図７（ｄ）の状態から時間ｔ３の間で図７（ｅ）に示す駆動速度０（ゼロ）まで減速駆動され（すなわち第２の速度で駆動され）、駆動速度０の時点で波長変換部３ａの駆動方向が切り換る（反転する）。図７（ｅ）の状態から図中の左方向への駆動が開始された波長変換部３ａは、時間ｔ４の間で図７（ｆ）に示すように駆動速度－ｖ１（第１の速度：マイナスはｖ１とは方向が反対であることを意味する）まで加速される。時間ｔ３、ｔ４の間は、光照射位置Ｄ４は耐熱性が高い方の蛍光体３１２ｂ上にある。

【0023】

なお、時間ｔ３、ｔ４はいずれも基本的には時間ｔ１と同じ時間であるが、駆動部５の動作特性によってｔ１とわずかに異なる場合もあり得る。

【0024】

なお、時間ｔ1（ｔ３，ｔ４）と時間ｔ２は、２×ｔ1≪ｔ２という関係にある。すなわち、光照射位置Ｄ４が蛍光体３１２ａ、３１２ｂ上にある時間（期間）が蛍光体３１１上にある時間よりもかなり短くなっている。

【0025】

図７（ｆ）の状態以降は、波長変換部３ａは、上述した等速駆動、減速駆動、駆動方向切換えおよび加速駆動を繰り返して上述した２位置間で往復（反復）駆動される。

【0026】

本実施例では、波長変換部３ａの駆動速度が相対的に速く駆動速度の変化が小さい時間ｔ２においては耐熱性が低い方の蛍光体３１１に励起光が照射される。また、駆動速度が大きく変化して相対的に遅くなり、駆動方向が反転する時間ｔ１、ｔ３、ｔ４においては耐熱性が高い方の蛍光体３１２ａ、３１２ｂに励起光が照射される。このように、往復駆動における駆動方向の反転によって波長変換部３ａの駆動速度が０またはごく低速となる状態で励起光が照射される蛍光体３１２ａ、３１２ｂの耐熱性を相対的に高くしつつ、励起光の照射時間を短くしている。これにより、耐熱性が低い方の蛍光体３１１の熱による劣化や波長変換効率の低下を抑制することができ、この結果、被照射部３１全体の耐熱性と寿命を確保することができる。

【0027】

なお、本実施例では被照射部３１ａを３つの領域に分割しているが、領域の分割数は４つ以上であってもよい。この場合も、耐熱性が相対的に高い蛍光体ほど駆動方向におけるより外側（端寄り）の領域に設け、耐熱性が相対的に低い蛍光体はそれらよりも内側（中央寄り）の領域に設ければよい。このことは、後述する実施例４でも同じである。

【実施例0028】

図５は、実施例２である光源装置における波長変換部３ｂの構成を示している。本実施例の光源装置は、波長変換部３ｂのみが実施例１の光源装置と異なる。

【0029】

波長変換部３ｂは、実施例１と同じく透光性材料で形成された透明基板３２と、該透明基板３２により保持された被照射部３１ｂとで構成されている。波長変換部３ｂは、実施例１と同様にＸ方向にて往復駆動される。

【0030】

被照射部３１ｂは、Ｘ方向にて複数（本実施例では３つ）の領域に分割されている。３つの領域のうち中央の領域（波長変換領域）には、実施例１と同様に相対的に耐熱性が低い蛍光体３１１が設けられている。また、その両側の領域（非波長変換領域）には、遮光部材３１３ａ、３１３ｂが設けられている。遮光部材３１３ａ、３１３ｂは、例えば、その入射面に微細な凹凸形状を有して光を吸収する特性を有する部材や、入射面が反射膜やミラーで構成されて光を有効光路外に反射する特性を有する部材である。すなわち、蛍光体３１１は波長変換特性を有し、遮光部材３１３ａ、３１３ｂはそれとは異なる光吸収または光反射特性を有する。

【0031】

本実施例における波長変換部３ｂの駆動方向および駆動速度と光照射位置Ｄ４との関係は、実施例１で説明した図７（ａ）～（ｆ）中の蛍光体３１２ａ、３１２ｂを遮光部材３１３ａ、３１３ｂに置き換えたものと同じである。

【0032】

すなわち、図７（ａ）の状態から図中の右方向への駆動が開始された波長変換部３ｂは、時間ｔ1の間で図７（ｂ）に示すように駆動速度ｖ1まで加速駆動される。時間ｔ1の間は、光照射位置Ｄ４は遮光部材３１３ａ上にある。

【0033】

その後、波長変換部３ｂは、図７（ｂ）の状態から図７（ｃ）の状態を経て図７（ｄ）の状態までの時間ｔ２の間において駆動速度ｖ１で等速駆動される。時間ｔ２の間は、光照射位置Ｄ４は蛍光体３１１上にある。

【0034】

続いて波長変換部３ｂは、図７（ｄ）の状態から時間ｔ３の間で図７（ｅ）に示す駆動速度０（ゼロ）まで減速駆動され、駆動速度０の時点で波長変換部３ａの駆動方向が反転する。図７（ｅ）の状態から図中の左方向への駆動が開始された波長変換部３ａは、時間ｔ４の間で図７（ｆ）に示すように駆動速度－ｖ１まで加速される。時間ｔ３、ｔ４の間は、光照射位置Ｄ４は遮光部材３１３ｂ上にある。図７（ｆ）の状態以降は、波長変換部３ｂは、上述した等速駆動、減速駆動、駆動方向切換えおよび加速駆動を繰り返して２位置間で往復駆動される。

【0035】

本実施例では、波長変換部３ｂの駆動速度が相対的に速く駆動速度の変化が小さい時間ｔ２においては蛍光体３１１に励起光が照射される。また、駆動速度が大きく変化して相対的に遅くなり、駆動方向が反転する時間ｔ１、ｔ３、ｔ４においては遮光部材３１３ａ、３１３ｂに励起光が照射される。このように、駆動速度が相対的に遅く駆動方向が反転する時間において励起光が蛍光体３１１に照射されないようにすることで、耐熱性が低い蛍光体３１１の劣化や波長変換効率の低下を抑制することができる。また、励起光が蛍光体３１１に照射されない（遮光部材３１３ａ、３１３ｂに照射される）時間を短くして蛍光体３１１に励起光が照射される時間を長くすることで、励起光の利用効率の低下を抑えることができる。

【0036】

なお、本実施例では被照射部３１ｂを３つの領域に分割して中央の領域に蛍光体を設けたが、領域の分割数は４つ以上であってもよい。例えば、中央の領域を複数に分割し、それぞれの分割領域に、発生する蛍光光の波長（色）が異なる蛍光体を設けてもよい。このことは、後述する実施例３、５、６でも同じである。