特開 2024-153986 光源装置及び投影装置

(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】P2024153986

(43)【公開日】2024-10-30

(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 20060101AFI20241023BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20241023BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20241023BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 A

G03B21/00 D

H04N5/74 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023067543

(22)【出願日】2023-04-18

(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】110002022

【氏名又は名称】弁理士法人コスモ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉山 知隼

【テーマコード（参考）】

2K203

5C058

【Ｆターム（参考）】

2K203FA04

2K203FA25

2K203FA32

2K203FA44

2K203FA45

2K203GA25

2K203GA34

2K203GA35

2K203GA36

2K203HA14

2K203HA25

2K203HA27

2K203HA87

2K203HA92

2K203MA32

5C058BA35

5C058EA02

(57)【要約】

【課題】装置の小型化を図ることができる光源装置と、この光源装置を備える投影装置を提供する。
【解決手段】投影装置１０の光源装置６０は、光源としての青色レーザダイオード７１を備える励起光照射装置７０と、励起光照射装置７０からの光を励起光として蛍光光を出射する蛍光発光領域を含む蛍光装置１００と、励起光照射装置７０からの光及び蛍光装置１００からの蛍光光を合成光路に導光する光源光学系１４０と、を備え、光源光学系１４０は、光路切替装置２００を含み、光路切替装置２００は、励起光照射装置７０からの光Ｄ０の光路を、合成光路に向けて出射するかと蛍光装置１００に向けて出射するかとの間で切り替えさせ、且つ、少なくとも合成光路に向けて出射する光のビームパターンを成形させる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
前記光源からの光を励起光として蛍光光を出射する蛍光発光領域を含む蛍光装置と、
前記光源からの光及び前記蛍光装置からの蛍光光を合成光路に導光する光源光学系と、
を備え、
前記光源光学系は、光路切替装置を含み、
前記光路切替装置は、前記光源からの光を、前記合成光路に向けて出射するかと前記蛍光装置に向けて出射するかとの間で切り替えさせ、且つ、少なくとも前記合成光路に向けて出射する光のビームパターンを成形させる、
光源装置。

【請求項2】

前記光源光学系は、前記蛍光光のビームパターンを成形するための光学デバイスを備え、前記光源からの光は、前記光学デバイスにより成形されてから前記蛍光装置に入射される、請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記光路切替装置は、前記合成光路に向けて出射する光を拡散させて前記合成光路に向けて出射させる請求項１に記載の光源装置。

【請求項4】

前記光路切替装置と前記蛍光装置との間の光路には、前記光源からの光を透過して、前記蛍光装置からの蛍光光を前記合成光路に向けて反射するダイクロイックミラーが配置される、請求項１に記載の光源装置。

【請求項5】

前記光路切替装置は、電圧の変換によりビームパターンの形状を調整可能に設けられる請求項１に記載の光源装置。

【請求項6】

前記光路切替装置は、前記光源からの光を前記合成光路に向けて出射させる第１領域と、前記光源からの光を前記蛍光装置に向けて出射させる第２領域と、を少なくとも備える光学ホイールを含む、請求項１に記載の光源装置。

【請求項7】

前記光源は、前記光路切替装置に入射する前記励起光が反射される反射側に配置され、
前記蛍光装置と前記光路切替装置との間の光路には、第１波長帯域光を透過して、第２波長帯域光及び第３波長帯域光を前記合成光路に向けて反射するダイクロイックミラーが配置される、請求項１に記載の光源装置。

【請求項8】

前記光源は、第１波長帯域光を出射するよう配置され、
前記蛍光装置は、第２波長帯域光と第３波長帯域光を含む第４波長帯域の蛍光光を出射可能に設けられ、
前記蛍光装置と前記光路切替装置との間の光路には、導光ロッドが配置される、請求項１に記載の光源装置。

【請求項9】

請求項１乃至請求項８の何れかに記載の光源装置と、
画像光を生成する表示素子と、
前記表示素子から出射された前記画像光を被投影体に投影する投影光学系と、
前記光源装置と前記表示素子とを制御する制御部と、を備える、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面、メモリカード等に記憶されている画像データ等をスクリーンに投影する投影装置が利用されている。この投影装置は、光源から出射された光をＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）と呼ばれるマイクロミラー表示素子や液晶板に集光させ、スクリーン上にカラー画像を表示させている。

【0003】

例えば、特許文献１には、蛍光体層を含む蛍光発光領域と、透過領域とを備えた蛍光ホイールを有する蛍光装置及びこの蛍光装置を含む光源装置を備える投影装置が開示されている。この投影装置は、蛍光体に青色光源からの青色波長帯域光を励起光として照射することで蛍光体から出射される緑色波長帯域の蛍光光を合成光路に導光する。一方、青色光源からの青色波長帯域光を蛍光ホイールの透過領域に照射することで、蛍光ホイールの反対側にこの青色波長帯域光を導いて、ミラーやレンズを用いて合成光路に導いた後、表示素子に導くように構成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－４５７７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の光源装置では、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光を導光するためのレンズ部材やミラー部材等を、青色波長帯域光を導光する光路と別途配置する必要があり、装置内の光路が複雑となり、装置の小型化を図ることが困難であった。

【0006】

本発明は、以上の点に鑑み、装置の小型化を図ることができる光源装置と、この光源装置を備える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】

本発明の光源装置は、光源と、前記光源からの光を励起光として蛍光光を出射する蛍光発光領域を含む蛍光装置と、前記光源からの光及び前記蛍光装置からの蛍光光を合成光路に導光する光源光学系と、を備え、前記光源光学系は、光路切替装置を含み、前記光路切替装置は、前記光源からの光を、前記合成光路に向けて出射するかと前記蛍光装置に向けて出射するかとの間で切り替えさせ、且つ、少なくとも前記合成光路に向けて出射する光のビームパターンを成形させる。

【0008】

本発明の投影装置は、上述の光源装置と、画像光を生成する表示素子と、前記表示素子から出射された前記画像光を被投影体に投影する投影光学系と、前記光源装置と前記表示素子とを制御する制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、装置の小型化を図ることができる光源装置と、この光源装置を備える投影装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態１に係る投影装置の機能回路ブロックを示す図である。

【図2】本発明の実施形態１に係る投影装置の内部構造を示す平面模式図である。

【図3】本発明の実施形態１に係る投影装置の光源装置における要部を示す平面模式図である。

【図4】本発明の実施形態１に係る光源装置における光学ホイールの正面図である。

【図5】ビームパターンの例を説明する模式図である。

【図6】本発明の実施形態１に係る光源装置における蛍光ホイールの正面図である。

【図7】本発明の実施形態２に係る投影装置の光源装置における要部を示す平面模式図である。

【図8】本発明の実施形態３に係る投影装置の光源装置における要部を示す平面図である。

【図9】本発明の実施形態３に係る投影装置の光路切替装置に青色波長帯域光が入射して、ビームパターンが成形される様子を示す模式図である。

【図10】本発明の実施形態４に係る投影装置の光源装置における要部を示す平面模式図である。

【図11】本発明の実施形態５に係る投影装置の光源装置における要部を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（実施形態１）
以下、図１～図６を参照して本発明の実施形態１について説明する。図１は、投影装置１０の機能回路ブロック図である。投影装置制御部は、画像変換部２３と制御部３８とを含むＣＰＵ、入出力インターフェース２２を含むフロントエンドユニット、表示エンコーダ２４と表示駆動部２６等から構成される。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。

【0012】

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に展開記憶した上でこのビデオ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。

【0013】

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のフレームレートで空間的光変調素子（ＳＯＭ）であるＤＭＤ等の表示素子５０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、導光光学系１７０を介して表示素子５０に照射することにより、表示素子５０の反射光で光画像を形成し、投影光学系２２０（図２参照）を介して図示しないスクリーン等の被投影体に画像を投影表示する。なお、この投影光学系２２０の可動レンズ群２３５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を行うことができる。

【0014】

また、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であるメモリカード３２に順次書き込む記録処理を行う。更に、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、画像変換部２３を介して表示エンコーダ２４に出力する。よって、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出力を行うことができる。

【0015】

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や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等により構成される。

【0016】

キー／インジケータ部３７は、筐体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、制御部３８に直接送出される。また、リモートコントローラからのキー操作信号は、Ｉｒ受信部３５で受信され、Ｉｒ処理部３６でコード信号に復調されて制御部３８に出力される。

【0017】

制御部３８はシステムバスＳＢを介して音声処理部４７と接続されている。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。

【0018】

制御部３８は、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における励起光照射装置７０、光路切替装置２００、蛍光装置１００（図２参照）の動作を個別に制御する。

【0019】

更に、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、この温度検出の結果から冷却ファン２６１の回転速度を制御させている。また、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１０本体の電源オフ後も冷却ファン２６１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。

【0020】

次に、投影装置１０の内部構造について説明する。図２は、投影装置１０の内部構造を示す平面模式図である。ここで、投影装置１０の筐体は、略箱状に形成されて、図示しない上面パネル及び下面パネルと、正面パネル１２、背面パネル１３、右側パネル１４及び左側パネル１５を備えている。また、投影装置１０は、正面側に投影口１２ａを有する。なお、以下の説明においては、投影装置１０における左右とは投影口１２ａからの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の被投影体側方向及び光線束の進行方向に対しての前後方向を示す。

【0021】

投影装置１０は、左側パネル１５の近傍に制御回路基板２４２を備える。この制御回路基板２４２は、電源回路ブロックや光源制御ブロック等を備えている。また、投影装置１０は、投影装置１０の略中央部分に配置された光源装置６０を備えている。光源装置６０と右側パネル１４の間には、電源コネクタ５７、ヒートシンク１３０、冷却ファン２６１等が配置されている。また、光源装置６０の左側には、表示素子５０が設けられている。表示素子５０は、ヒートシンク１９０と接続されている。

【0022】

光源装置６０は、青色波長帯域光（第１波長帯域光）の光源であって励起光の光源でもある青色レーザダイオード７１を備える励起光照射装置７０と、励起光照射装置７０からの励起光により蛍光光を出射する蛍光発光領域としての赤色蛍光発光領域１０４及び緑色蛍光発光領域１０５を備えて、赤色波長帯域光（第２波長帯域光）、緑色波長帯域光（第３波長帯域光）を出射する蛍光装置１００と、を備えている。光源装置６０には、青色波長帯域光、赤色波長帯域光、緑色波長帯域光を導光する光源光学系１４０が配置されている。また、光源装置６０には、光源光学系１４０からの光を投影光学系２２０へ導光する導光光学系１７０が配置されている。

【0023】

励起光照射装置７０は、投影装置１０の筐体の後側であって、出射光が、後述する光路切替装置２００の光学ホイール２０１の背面側から入射するように配置されている。換言すれば、励起光照射装置７０は、励起光照射装置７０からの励起光が入射し、透過して出射する光路切替装置２００における入射側（出射側の反対側）に配置されている。励起光照射装置７０は、複数の青色レーザダイオード７１及び複数のコリメータレンズ７２を有している。青色レーザダイオード７１及びコリメータレンズ７２は、本実施形態においては、水平方向に並列して２個設けられている。各青色レーザダイオード７１及び各コリメータレンズ７２は、図示しない保持部材に保持されている。励起光照射装置７０は、図示しないヒートパイプを介してヒートシンク１３０と接続されており、冷却されるようになっている。

【0024】

光源群を構成する青色レーザダイオード７１は、励起光である青色波長帯域光を出射する半導体発光素子である。コリメータレンズ７２は、各青色レーザダイオード７１の光軸上にそれぞれ配置され、青色レーザダイオード７１からの出射光の指向性を高めるように各々平行光に変換する。各青色レーザダイオード７１からの出射光は、各コリメータレンズ７２を介して、光源光学系１４０の光路切替装置２００に入射する。

【0025】

光源光学系１４０は、光路切替装置２００、ダイクロイックミラー１４３、マイクロレンズアレイ１４４を含む。ダイクロイックミラー１４３は、蛍光装置１００と光路切替装置２００との間の光路上に配置されている。ダイクロイックミラー１４３は、青色波長帯域光を透過し、赤色波長帯域光、緑色波長帯域光を反射する。マイクロレンズアレイ１４４は、入射する光のビームパターンを成形することができる光学デバイスである。光源光学系１４０は、青色波長帯域光、赤色波長帯域光、緑色波長帯域光を導光光学系１７０の合成光路へ向けて導光する。

【0026】

図３に示すように、光路切替装置２００は、光Ｄ０で表される励起光照射装置７０から出射した青色波長帯域光の光路を、光Ｄ１で示す光路のように導光光学系１７０の合成光路に向けて出射するか、又は、光Ｄ２で示す光路のように蛍光装置１００に向けて出射するか、を切り替えさせる。光路切替装置２００は、光学ホイール装置として設けられ、円板状の光学ホイール２０１と、光学ホイール２０１を回転駆動するホイールモータ２０２が設けられている。

【0027】

図４に示すように、光学ホイール２０１は、ホイールモータ２０２の回転軸２０２ａに取り付けられている。光学ホイール２０１は、第１領域２０３と第２領域２０４とを有する。第１領域２０３は、約６０度の範囲で設けられ、第２領域２０４は約３００度の範囲で設けられている。第１領域２０３は、回折光学素子（ＤＯＥ；Diffractive Optical Element）を含むことができる。本実施形態においては、第１領域２０３は、透過型の回折光学素子からなる。第１領域２０３は、励起光照射装置７０からの光Ｄ０の光路を合成光路に向けた光Ｄ１の光路に切り替える（図３参照）。

【0028】

また、第２領域２０４は、表面に回折格子が設けられる光学素子やガラス等の透過部材からなる光学素子を含むことができる。本実施形態においては、第２領域２０４は、回折格子が設けられた透過型の光学素子からなる。第２領域２０４は、励起光照射装置７０からの光Ｄ０の光路を蛍光装置１００に向けた光Ｄ２の光路に切り替える（図３参照）。第１領域２０３と第２領域２０４は、光学ホイール２０１に対して円周方向に並設されている。

【0029】

具体的には、光学ホイール２０１の照射スポットＳ１に第１領域２０３が位置して励起光照射装置７０からの青色波長帯域光が照射されているとき、この青色波長帯域光は、第１領域２０３の回折光学素子を介して透過することで、光Ｄ０の光路から光Ｄ１の光路に切り替えて光学ホイール２０１から出射される。光学ホイール２０１から出射した青色波長帯域光は、ダイクロイックミラー１４３を介して導光光学系１７０の合成光路に入射される（図３参照）。

【0030】

第１領域２０３の回折光学素子は、第１領域２０３を透過して導光光学系１７０の合成光路に向けて出射する青色波長帯域光のビームパターンを成形する。励起光照射装置７０の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は、一般に長楕円形とされているが、第１領域２０３の回折光学素子を介して光学ホイール２０１から出射することにより、例えば図５に示すように、線状のビームパターンＰＴ１や、格子状に並ぶドット状のビームパターンＰＴ２、格子状のビームパターンＰＴ３、ランダムに並ぶドット状のＰＴ４に成形される。所望のビームパターンの成形は、回折光学素子の表面構造を微細に作製することにより設定することができる。投影装置１０の光源装置６０におけるビームパターンは、横長の長矩形状のビームパターンＰＴ５とすることで、投影光の色ムラを低減することができる。

【0031】

図４に示すように、光学ホイール２０１の照射スポットＳ１に第２領域２０４が位置して励起光照射装置７０からの青色波長帯域光が照射されているとき、この青色波長帯域光は、第２領域２０４の回折格子を介して透過することで、図３に示す光Ｄ０の光路から光Ｄ２の光路に切り替えて光学ホイール２０１から出射される。光学ホイール２０１から出射した光Ｄ２の光路の青色波長帯域光は、ダイクロイックミラー１４３を介して、蛍光装置１００に向けて出射される。蛍光装置１００に向けて出射される光Ｄ２の青色波長帯域光は、マイクロレンズアレイ１４４によってもビームパターンが成形される。

【0032】

なお、第２領域２０４は、例えば励起光照射装置７０からの光Ｄ０の光軸が、マイクロレンズアレイ１４４、集光レンズ群１０８、蛍光ホイール１０１の光軸と一致するよう直線状に設けられていれば、透過部材で構成することもできる。また、上記の通り、光路切替装置２００は、合成光路に向けて出射する光のビームパターンを成形して出射することができると好ましく、第２領域２０４も回折光学素子により構成して、透過する光のビームパターンを成形しても良い。また、第１領域２０３や第２領域２０４は、入射する励起光を拡散する拡散機能を備えていても良い。これにより、一般的にレーザ光の光路上（すなわち、励起光照射装置７０から出射される光の光路上）に設けられる拡散板を省略又は枚数を削減する等の簡素化をすることができる。

【0033】

蛍光装置１００の正面側（マイクロレンズアレイ１４４側）には、集光レンズ群１０８が設けられている。集光レンズ群１０８とダイクロイックミラー１４３の間には、マイクロレンズアレイ１４４が設けられている。集光レンズ群１０８は、第１集光レンズ１０８ａと、第２集光レンズ１０８ｂとを備える。蛍光装置１００は、蛍光ホイール装置として設けられ、蛍光ホイール１０１と、蛍光ホイール１０１を回転駆動するホイールモータ１１０が設けられている。

【0034】

蛍光装置１００の蛍光ホイール１０１は、図６に示すように、ホイールモータ１１０の駆動軸１１０ａに固定されている。蛍光ホイール１０１は、銅やアルミニウム等の金属製の円板状の基材１０２の表面が銀蒸着等によりミラー加工されている。基材１０２には、赤色蛍光発光領域１０４と、緑色蛍光発光領域１０５が並設されている。赤色蛍光発光領域１０４は、赤色蛍光体が塗布された赤色蛍光体層からなる。同様に、緑色蛍光発光領域１０５は、緑色蛍光体が塗布された緑色蛍光体層からなる。

【0035】

赤色蛍光発光領域１０４の赤色蛍光体層に、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光が励起光として照射されると、赤色蛍光体層の蛍光体から全方位に赤色波長帯域光が蛍光発光され、一部は直接に出射され、他の一部は基材１０２により反射して出射される。緑色蛍光発光領域１０５においても同様に、励起光が照射されることにより緑色波長帯域光が蛍光発光される。

【0036】

蛍光ホイール１０１に対して励起光照射装置７０の励起光としての青色波長帯域光が照射する照射スポットＳ２に赤色蛍光発光領域１０４が位置しているときには、蛍光ホイール１０１から赤色波長帯域光（図３の光Ｌ１）が出射する。同様に、緑色蛍光発光領域１０５が照射スポットＳ２に位置しているときには、蛍光ホイール１０１から緑色波長帯域光（図３の光Ｌ２）が出射する。

【0037】

蛍光装置１００から出射される光Ｌ１，Ｌ２である赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光は、集光レンズ群１０８及びマイクロレンズアレイ１４４を介してダイクロイックミラー１４３に入射する。こおで、マイクロレンズアレイ１４４を介して出射される蛍光光（光Ｌ１，Ｌ２である赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光）は、マイクロレンズアレイ１４４によりビームパターンが成形される。そして、光Ｌ１，Ｌ２は、ダイクロイックミラー１４３により導光光学系１７０の合成光路に向けて反射される。

【0038】

図２に戻り、導光光学系１７０は、マイクロレンズアレイ１７２、凹レンズ１７４、第３集光レンズ１７５、照射ミラー１８５、及びコンデンサレンズ１９５を有している。マイクロレンズアレイ１７２は、マイクロレンズアレイ１７２の入射面に入射した各色波長帯域光（青色波長帯域光、赤色波長帯域光、緑色波長帯域光）を均一化し、ビームパターンを成形し、表示素子５０の画像形成面に照射させる。凹レンズ１７４は、マイクロレンズアレイ１７２と第３集光レンズ１７５の間に配置される。なお、コンデンサレンズ１９５は、コンデンサレンズ１９５の背面パネル１３側に配置される表示素子５０から出射された画像光を投影光学系２２０に向けて出射するので、投影光学系２２０の一部でもある。

【0039】

投影光学系２２０は、コンデンサレンズ１９５、可動レンズ群２３５、及び固定レンズ群２２５を有している。コンデンサレンズ１９５の正面パネル１２側の光軸上に配置される固定レンズ群２２５は、固定鏡筒に内蔵され、手動又は自動により移動されることにより、ズーム調整やフォーカス調整を可能としている。

【0040】

このように投影装置１０を構成することで、励起光照射装置７０から出射される光の光路を光路切替装置２００により順次切り替えることで、各色波長帯域光が生成されて、導光光学系１７０により光軸を一致した合成光路に導光されて、表示素子５０に入射される。そして、投影装置１０の表示素子５０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。

【0041】

（実施形態２）
次に、図７により、実施形態２を説明する。実施形態１では、光学ホイール２０１の背面側から青色波長帯域光が入射するように光学ホイール２０１の背面側に配置されていた励起光照射装置７０を、実施形態２では、光学ホイール２０１Ａの正面側から青色波長帯域光が入射するように光路切替装置２００Ａの光学ホイール２０１Ａの正面側に配置したものである。換言すれば、励起光照射装置７０は、光路切替装置２００Ａに入射する励起光が反射される反射側に配置されている。

【0042】

本構成の光学ホイール２０１Ａは、実施形態１に係る図４の第１領域２０３及び第２領域２０４と同様の角度範囲で設けられる第１領域及び第２領域を有する。光学ホイール２０１Ａの第１領域には、反射型の回折光学素子が設けられている。光学ホイール２０１Ａの第１領域の回折光学素子は、励起光照射装置７０からの光Ｄ０を、光Ｄ１で示すように、導光光学系１７０の合成光路に向けて反射する。そして、光Ｄ１は、第１領域の回折光学素子によりビームパターンが成形されている。一方、光学ホイール２０１Ａの第２領域は、回折格子が反射光学素子に設けられてなる。光学ホイール２０１Ａの第２領域は、励起光照射装置７０からの光Ｄ０を、光Ｄ２で示すように、蛍光装置１００に向けて反射する。第１領域の回折光学素子は、光を拡散させる拡散機能を備えることができる。なお、第２領域にも拡散機能を備えさせても良い。

【0043】

（実施形態３）
次に、図８及び図９により、実施形態３を説明する。本実施形態は、実施形態１（図３参照）において、回折光学素子を含む光学ホイール２０１を備えた光路切替装置２００に換えて、空間光変調器（ＳＬＭ；Spatial Light Modulator）を含む回折スイッチングデバイスとしての光路切替装置２００Ｂとしたものである。空間光変調器は、電気的にレーザ光の位相を自由に制御することができるデバイスであり、電圧によって液晶分子が傾き、液晶の屈折率が変化することにより、各画素に照射された光の位相が制御されるものである。本実施形態における光路切替装置２００Ｂの回折スイッチングデバイスは、透過型とされている。なお、光路切替装置２００Ｂにおいても、光を拡散させる拡散機能を備えさせることができる。

【0044】

励起光照射装置７０は、光路切替装置２００Ｂの背面側に配置されて、光路切替装置２００Ｂの背面側から入射する。換言すれば、励起光照射装置７０は、励起光が入射して透過し、出射する光路切替装置２００Ｂの入射側に配置されている。光路切替装置２００Ｂにおいても、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光について、光路を切り替えることができると共に、図５に示すような種々のビームパターンに成形することができる。換言すれば、光路切替装置２００Ｂは、電気的な制御（例えば、電圧による制御）によって、光路を切り替えることができると共に、所望のビームパターンを得ることができる。すなわち、光路切替装置２００Ｂは、電圧の変換によりビームパターンの形状を調整可能に設けられる。光路切替装置２００Ｂでは、導光光学系１７０の合成光路に向けて出射する光Ｄ１のビームパターンを成形して出射することができる。そして更に、光路切替装置２００Ｂは、蛍光装置１００に向けて出射する光Ｄ２についてもビームパターンを成形して出射することができる。

【0045】

また、光路切替装置２００Ｂによれば、図９に示すように、光路切替装置２００Ｂから出射される光の投影領域も制御して変更することができる。例えば、蛍光装置１００に照射される投影領域について、表示素子５０のアスペクト比や投影画像の形状に合わせて、図９において左右に長い投影領域ＰＡ１としたり、上下に長い投影領域ＰＡ２としたりすることができる。

【0046】

回折スイッチングデバイスを用いた光路切替装置２００Ｂにおいても、励起光照射装置７０からの光Ｄ０の光路を、導光光学系１７０の合成光路に向けた光Ｄ１の光路や、蛍光装置１００に向けた光Ｄ２の光路に切り替えることができる。

【0047】

（実施形態４）
次に実施形態４を図１０に基づいて説明する。実施形態４は、上述の実施形態３において光路切替装置２００Ｂの背面側から青色波長帯域光が入射するように配置された励起光照射装置７０を、光路切替装置２００Ｃの正面側から入射するよう配置したものである。換言すれば、励起光照射装置７０は、光路切替装置２００Ｃに入射して反射する励起光の反射側に配置されている。よって、実施形態４における光路切替装置２００Ｃは、反射型の回折スイッチングデバイスとされている。光路切替装置２００Ｃにおいても、光を拡散させる拡散機能を備えさせることができる。

【0048】

（実施形態５）
次に、実施形態５を図１１に基づいて説明する。本実施形態は、光路切替装置２００Ｄと、蛍光装置１００Ａとを有し、光路切替装置２００Ｄと蛍光装置１００Ａとの間に導光ロッド１４５を設けたものである。導光ロッド１４５としては、中実のガラスロッドやライトトンネルを用いることができる。蛍光装置１００Ａは、励起光が照射されることにより黄色波長帯域（第４波長帯域）の蛍光光を出射する黄色蛍光体層を備える蛍光発光領域が設けられた固定蛍光装置である。

【0049】

光路切替装置２００Ｄの光学ホイール２０１Ｄは、透過型の回折光学素子を含む第１領域と、ダイクロイックミラーを含む第２領域と、第２領域と異なるダイクロイックミラーを含む第３領域とを備える。第１領域、第２領域及び第３領域の角度範囲は、任意に設定することができる。なお、光路切替装置２００Ｄにおいても、第１領域に光を拡散させる拡散機能を備えさせることができる。第２領域及び第３領域にも拡散機能を備えさせることができる。

【0050】

第２領域に設けられるダイクロイックミラーは、青色波長帯域光を反射して赤色波長帯域光を透過する。第３領域のダイクロイックミラーは、青色波長帯域光を反射して緑色波長帯域光を透過する。

【0051】

照射スポットに光学ホイール２０１Ｄの第１領域が位置しているときには、励起光照射装置７０からの青色波長帯域光の光Ｄ０の光路は、導光光学系１７０の合成光路に向けて出射する光Ｄ１で示す光路に切り替えられる。

【0052】

照射スポットに光学ホイール２０１Ｄの第２領域が位置しているときには、励起光照射装置７０からの青色波長帯域光の光Ｄ０の光路は、第２領域により、導光ロッド１４５（すなわち、蛍光装置１００Ａ）に向けて反射する光Ｄ２で示す光路に切り替えられる。光学ホイール２０１Ｄの第２領域により反射された青色波長帯域光は、導光ロッド１４５に入射され、均一な光として出射する。導光ロッド１４５から出射した青色波長帯域光は、蛍光装置１００Ａの蛍光発光領域における黄色蛍光体層に励起光として照射される。すると、蛍光装置１００Ａからは、黄色波長帯域光の光Ｌ３が出射される。

【0053】

蛍光装置１００Ａから出射した黄色波長帯域光の光Ｌ３は、光学ホイール２０１Ｄの第２領域に入射する。ここで、黄色波長帯域の蛍光光は、赤色波長帯域光と緑色波長帯域光を含む。従って、光学ホイール２０１Ｄの第２領域に入射した光Ｌ３は、黄色波長帯域のうち赤色波長帯域の光が透過して、赤色波長帯域光である光Ｌ１として出射する。光学ホイール２０１Ｄから出射した赤色波長帯域光である光Ｌ１は、導光光学系１７０の合成光路に入射する。

【0054】

一方、照射スポットに光学ホイール２０１Ｄの第３領域が位置しているときには、上記と同様にして、励起光照射装置７０からの青色波長帯域光が第３領域により反射して励起光として蛍光装置１００Ａに照射される。蛍光装置１００Ａからの黄色波長帯域光の光Ｌ３は、第３領域により光学ホイール２０１Ｄから緑色波長帯域光である光Ｌ２として出射される。緑色波長帯域光の光Ｌ２も、導光光学系１７０の合成光路に入射される。

【0055】

以上、本発明の実施形態によれば、投影装置１０の光源装置６０は、光源としての青色レーザダイオード７１を備える励起光照射装置７０と、励起光照射装置７０からの光を励起光として蛍光光を出射する蛍光発光領域（赤色蛍光発光領域１０４、緑色蛍光発光領域１０５等）を含む蛍光装置１００，１００Ａと、励起光照射装置７０からの光及び蛍光装置１００，１００Ａからの蛍光光を合成光路に導光する光源光学系１４０と、を備え、光源光学系１４０は、光路切替装置２００，２００Ａ～２００Ｄを含み、光路切替装置２００，２００Ａ～２００Ｄは、励起光照射装置７０からの光Ｄ０の光路を、合成光路に向けて出射するかと蛍光装置１００，１００Ａに向けて出射するかとの間で切り替えさせ、且つ、少なくとも合成光路に向けて出射する光のビームパターンを成形させる。

【0056】

これにより、励起光照射装置７０から出射される光を励起光とすると共に光源光としても利用することができ、更に光路切替装置２００，２００Ａ～２００Ｄによりビームパターンを成形することができるので、複雑な光路を設ける必要がなく、投影装置１０等の装置を小型とすることができる光源装置６０を提供することができる。

【0057】

また、光源光学系１４０は、蛍光光のビームパターンを成形するための光学デバイスとしてのマイクロレンズアレイ１４４を備え、励起光照射装置７０からの光は、マイクロレンズアレイ１４４により成形されてから蛍光装置１００，１００Ａに入射される。これにより、光源装置６０は、合成光路に入射される光のビームパターンが更に成形されるので、適正な形状の光を合成光路に入射させることができる。

【0058】

また、光路切替装置２００，２００Ａ～２００Ｄは、合成光路に向けて出射する光を拡散させて合成光路に向けて出射させる。これにより、レーザ光の光路上に拡散板を省略したり、簡素化したりすることができる。

【0059】

また、光路切替装置２００，２００Ａ～２００Ｄと蛍光装置１００，１００Ａとの間の光路には、励起光照射装置７０からの光Ｄ２を透過して、蛍光装置１００，１００Ａからの蛍光光を合成光路に向けて反射するダイクロイックミラー１４３が配置される。これにより、励起光照射装置７０と蛍光装置１００，１００Ａを対向するように配置できるので、更に小型の装置とすることができる。

【0060】

また、光路切替装置２００，２００Ａ～２００Ｄは、電圧の変換によりビームパターンの形状を調整可能に設けられる。これにより、電気的な制御により所望のビームパターンを得ることができる。

【0061】

また、光路切替装置２００，２００Ａ，２００Ｄは、励起光照射装置７０からの光Ｄ０を合成光路に向けて出射させる第１領域２０３と、励起光照射装置７０からの光Ｄ０を蛍光装置１００，１００Ａに向けて出射させる第２領域２０４と、を少なくとも備える光学ホイール２０１，２０１Ａ，２０１Ｄを含む。これにより、励起光照射装置７０の光を光源光とする光Ｄ１のビームパターンは、回折光学素子等により成形することができる。そして、ビームパターンの成形が必要ない蛍光装置１００，１００Ａ，１００Ｂへの照射は回折格子や透過部材（又は反射部材）を用いることができる。

【0062】

また、励起光照射装置７０は、光路切替装置２００Ａ，２００Ｃに入射する励起光が反射される反射側に配置され、蛍光装置１００，１００Ａと光路切替装置２００Ａ，２００Ｃの間の光路には、第１波長帯域光である青色波長帯域光を透過して、第２波長帯域光である赤色波長帯域光及び第３波長帯域光である緑色波長帯域光を合成光路に向けて反射するダイクロイックミラー１４３が配置される。これにより、光路切替装置２００Ａ，２００Ｃの正面側に励起光照射装置７０が配置されて、光源装置６０の全体をコンパクトに構成することができる。

【0063】

また、励起光照射装置７０は、第１波長帯域光である青色波長帯域光を出射するよう配置され、蛍光装置１００Ａは、第２波長帯域光である赤色波長帯域光及び第３波長帯域光である緑色波長帯域光を含む第４波長帯域の蛍光光としての黄色波長帯域光の蛍光光を出射可能に設けられ、蛍光装置１００Ａと光路切替装置２００Ｄとの間の光路には、導光ロッド１４５が配置される。これにより、励起光照射装置７０と光路切替装置２００Ｄとの間や、光路切替装置２００Ｄと蛍光装置１００Ａとの間には、少なくとも導光ロッド１４５が設けられていればよいので、更に小型な光源装置６０を提供することができる。

【0064】

そして、投影装置１０は、光源装置６０と、画像光を生成する表示素子５０と、表示素子５０から出射された画像光を被投影体に投影する投影光学系２２０と、光源装置６０と表示素子５０とを制御する制御部と、を備える。これにより、小型とする光源装置６０により小型に構成された投影装置１０を提供することができる。

【0065】

以上説明した各実施形態は、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。

【符号の説明】

【0066】

１０ 投影装置
１２ 正面パネル １２ａ 投影口
１３ 背面パネル １４ 右側パネル
１５ 左側パネル 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 伸長部
３２ メモリカード ３５ Ｉｒ受信部
３６ Ｉｒ処理部 ３７ 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
５０ 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 ７２ コリメータレンズ
１００，１００Ａ 蛍光装置 １０１ 蛍光ホイール
１０２ 基材 １０４ 赤色蛍光発光領域
１０５ 緑色蛍光発光領域 １０８ 集光レンズ群
１０８ａ 第１集光レンズ １０８ｂ 第２集光レンズ
１１０ ホイールモータ １１０ａ 駆動軸
１３０ ヒートシンク １４０ 光源光学系
１４３ ダイクロイックミラー
１４４ マイクロレンズアレイ １４５ 導光ロッド
１７０ 導光光学系 １７２ マイクロレンズアレイ
１７４ 凹レンズ １７５ 第３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
２００，２００Ａ～２００Ｄ 光路切替装置
２０１，２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｅ 光学ホイール
２０２ ホイールモータ ２０２ａ 回転軸
２０３ 第１領域 ２０４ 第２領域
２０５ 第３領域 ２２０ 投影光学系
２２５ 固定レンズ群 ２３５ 可動レンズ群
２４２ 制御回路基板 ２６１ 冷却ファン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】