特開 2024-153987 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】P2024153987

(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 2023067544

(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】馬峰 治

【テーマコード（参考）】

2K203

5C058

【Ｆターム（参考）】

2K203FA04

2K203FA25

2K203FA32

2K203FA44

2K203FA45

2K203FA54

2K203GA35

2K203GA36

2K203HA02

2K203HA25

2K203HA27

2K203HA92

2K203HA97

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及び装置の小型化を図ることができる蛍光装置を提供する。
【解決手段】投影装置１０の光源装置６０は、青色波長帯域光を出射する励起光照射装置７０と、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、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、第３方向Ｄ３を少なくとも含む複数の方向の光路に切り替え可能な光路切替装置１４１と、第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３の光路上に配置され、青色波長帯域光を励起光として赤色波長帯域光、緑色波長帯域光を含む蛍光光を出射する蛍光発光領域１０２を含む蛍光装置１００と、光路切替装置１４１から第１方向Ｄ１に出射した青色波長帯域光、さらに赤色波長帯域光、緑色波長帯域光を合成光路に導光する光源光学系１４０と、を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１波長帯域光を出射する光源と、
前記光源から出射した前記第１波長帯域光の光路を、第１の方向、第２の方向、第３の方向を少なくとも含む複数の方向の光路に切り替え可能な光路切替装置と、
前記第２の方向及び前記第３の方向の光路上に配置され、前記第１波長帯域光を励起光として第２波長帯域光、第３波長帯域光を含む蛍光光を出射する蛍光発光領域を含む蛍光装置と、
前記光路切替装置から前記第１の方向に出射した前記第１波長帯域光、前記第２波長帯域光、前記第３波長帯域光を合成光路に導光する光源光学系と、
を有する、
光源装置。

【請求項2】

第１波長帯域光を出射する光源と、
前記光源からの前記第１波長帯域光である光源光を励起光として第２波長帯域光、第３波長帯域光を含む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、
光源光学系は、前記光源から入射された光源光を第１の方向に出射させる第１領域と、第２の方向に出射させる第２領域とを少なくとも含む光路切替装置、を備える、
光源装置。

【請求項3】

前記第１の方向に出射される光を拡散させて前記合成光路に向けて出射させる拡散装置が配置されている請求項１又は２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記光源光学系は、ビームパターンを成形するための第一の光学デバイスを備え、前記光源からの光は、前記第一の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又は２に記載の光源装置。

【請求項5】

前記合成光路には、ビームパターンを成形するための第二の光学デバイスが配置されている請求項１又は２に記載の光源装置。

【請求項6】

前記光源は、前記光源からの光を反射する前記光路切替装置の反射側に配置される、請求項１又は２に記載の光源装置。

【請求項7】

前記光路切替装置は、前記光源から出射した前記第１波長帯域光の光路を第４の方向に切り替え可能に設けられ、
前記蛍光装置は、前記光路切替装置から前記第４の方向に出射した前記第１波長帯域光が照射され第４波長帯域光を出射するよう設けられる、請求項１又は２に記載の光源装置。

【請求項8】

前記蛍光装置は、前記蛍光発光領域に重畳して設けられるフィルタ領域を有する、請求項１又は請求項２に記載の光源装置。

【請求項9】

請求項１又は２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の投影装置では、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、第１波長帯域光を出射する光源と、前記光源から出射した前記第１波長帯域光の光路を、第１の方向、第２の方向、第３の方向を少なくとも含む複数の方向の光路に切り替え可能な光路切替装置と、前記第２の方向及び前記第３の方向の光路上に配置され、前記第１波長帯域光を励起光として第２波長帯域光、第３波長帯域光を含む蛍光光を出射する蛍光発光領域を含む蛍光装置と、
前記光路切替装置から前記第１の方向に出射した前記第１波長帯域光、前記第２波長帯域光、前記第３波長帯域光を合成光路に導光する光源光学系と、を有する。

【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に係る蛍光装置の正面図であり、光が照射される様子を示している。

【図5】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マイクロレンズアレイを光が透過する様子を示す拡大平面模式図である。

【図6】本発明の実施形態２に係る光源装置の要部を示す平面模式図である。

【図7】本発明の実施形態２に係る光路切替装置の光学ホイールの正面模式図である。

【図8】本発明の実施形態２に係る蛍光装置の正面図であり、光が照射される様子を示している。

【図9】本発明の実施形態２に係る蛍光装置の正面図であり、光が照射される様子を示している。

【図10】本発明の実施形態２に係る蛍光装置の正面図であり、光が照射される様子を示している。

【図11】本発明の実施形態の変形例１に係る光源装置の要部を示す平面模式図である。

【図12】本発明の実施形態の変形例２に係る光源装置の要部を示す平面模式図である。

【図13】光路切替装置の他の例である、ミラーホイールを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（実施形態１）
以下、図１～図５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。さらに、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１４１，１４１Ａ（図３、図６参照）の動作を個別に制御する。

【0019】

さらに、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）及び黄色波長帯域光（第４波長帯域光）を出射可能な蛍光装置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、黄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１４１に入射する。

【0025】

光源光学系１４０は、光路切替装置１４１、拡散反射板１４２（反射光学素子）、マイクロレンズアレイ１４３、ダイクロイックミラー１４４を含む。光源光学系１４０は、光路切替装置１４１から第１の方向Ｄ１に出射した青色波長帯域光や、蛍光装置１００から出射した赤色波長帯域光、緑色波長帯域光、黄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１４１は、励起光照射装置７０から出射した青色波長帯域光の方向Ｄ０の光路を第１の方向Ｄ１、第２の方向Ｄ２、第３の方向Ｄ３に切り替え可能に設けられている。また、光路切替装置１４１は、励起光照射装置７０から出射した青色波長帯域光の方向Ｄ０の光路を第４の方向Ｄ４に切り替え可能に設けられている。このように、光路切替装置１４１は、入射する光の光路を第１の方向Ｄ１、第２の方向Ｄ２、第３の方向Ｄ３、第４の方向Ｄ４を含む複数の異なる方向に切り替え可能に設けられている。

【0027】

第１の方向Ｄ１は、拡散反射板１４２に向かう方向であり、第２の方向Ｄ２は、蛍光装置１００の第１フィルタ領域１０３ａ（後述）に向かう方向であり、第３の方向Ｄ３は、蛍光装置１００の第２フィルタ領域１０３ｂ（後述）に向かう方向であり、第４の方向Ｄ４は、蛍光装置１００の第１フィルタ領域１０３ａと第２フィルタ領域１０３ｂが接触する境界線１０３ｍ（後述）を含む領域に向かう方向である。

【0028】

励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光を透過して、青色波長帯域光の光路を複数の異なる方向に切り替えることができる光路切替装置１４１は、具体的には、例えば、電圧を加えると屈折率を自在に変えられるＫＴＮ結晶からなる光学素子を用いることができる。

【0029】

拡散反射板１４２は、光路切替装置１４１から第１の方向Ｄ１に切り替えられて出射した青色波長帯域光を、導光光学系１７０の合成光路に向けて拡散反射する拡散装置とされている。第一の光学デバイスとされるマイクロレンズアレイ１４３は、光路切替装置１４１から第２の方向Ｄ２、第３の方向Ｄ３及び第４の方向Ｄ４に切り替えられて出射した各光路の青色波長帯域光が入射され、入射した光のビームパターンを成形して出射することができる。例えば、マイクロレンズアレイ１４３は、楕円形のレーザ光を略長矩形の光のビームパターンに成形することができる。

【0030】

ダイクロイックミラー１４４は、拡散反射板１４２により反射された青色波長帯域光の光路上であって、光路切替装置１４１から第２の方向Ｄ２、第３の方向Ｄ３及び第４の方向Ｄ４に切り替えられて出射した青色波長帯域光の各光路上（蛍光装置１００から出射される各色波長帯域光の光路上）に配置されている。ダイクロイックミラー１４４は、青色波長帯域光を透過し、赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び黄色波長帯域光を反射する。

【0031】

蛍光装置１００の正面側（ダイクロイックミラー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は、第１集光レンズ１０８ａと、第２集光レンズ１０８ｂとを備える。図４に示すように、蛍光装置１００は、銅やアルミニウム等の金属製の板状の基材１０１と、基材１０１上に設けられる蛍光発光領域１０２と、蛍光発光領域１０２に重畳して設けられるフィルタ領域１０３と、を有する。基材１０１の表面は、銀蒸着等によりミラー加工されている。略長矩形に設けられる蛍光発光領域１０２には、黄色蛍光体を塗布した黄色蛍光体層が設けられている。

【0032】

蛍光発光領域１０２の黄色蛍光体層に、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、黄色蛍光体層の黄色蛍光体から全方位に黄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１０１により反射して出射される。

【0033】

フィルタ領域１０３は、蛍光発光領域１０２よりも大きな略長矩形に設けられている。よって、蛍光発光領域１０２は、フィルタ領域１０３により覆われている。具体的には、フィルタ領域１０３は、蛍光発光領域１０２の上面にフィルタコーティングが塗布されたり、蛍光発光領域１０２の上面にフィルタシートを重ね被せたりして設けられる。

【0034】

フィルタ領域１０３は、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光を透過し、緑色波長帯域光を透過しない（緑色波長帯域光を反射する）第１フィルタ領域１０３ａと、青色波長帯域光及び緑色波長帯域光を透過し、赤色波長帯域光を透過しない（赤色波長帯域光を反射する）第２フィルタ領域１０３ｂとを備える。フィルタ領域１０３は、第１フィルタ領域１０３ａと第２フィルタ領域１０３ｂとが境界線１０３ｍで接触し、第１フィルタ領域１０３ａと第２フィルタ領域１０３ｂにより均等に約２分割されている。第１フィルタ領域１０３ａと第２フィルタ領域１０３ｂが接触する境界線１０３ｍは、上下方向に配置される。なお、図４に示す蛍光装置１００は、図４を見て左側が、図２、図３における上側となる。

【0035】

図２に戻り、導光光学系１７０は、マイクロレンズアレイ１７２（第二の光学デバイス）、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、黄色波長帯域光）の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。

【0036】

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。

【0037】

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から出射され光路切替装置１４１により第１の方向Ｄ１に切り替えられた青色波長帯域光と、第２の方向Ｄ２、第３の方向Ｄ３、第４の方向Ｄ４に切り替えられた青色波長帯域光を励起光として蛍光装置１００から出射される赤色波長帯域光、緑色波長帯域光、黄色波長帯域光が導光光学系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。

【0038】

具体的には、図３に示すように、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光の光路の方向Ｄ０が光路切替装置１４１により第１の方向Ｄ１に切り替えられると、青色波長帯域光は拡散反射板１４２に入射する。拡散反射板１４２に入射した青色波長帯域光は、拡散反射板１４２により、導光光学系１７０の合成光路に向けて拡散反射され、投影光学系２２０に導光される。

【0039】

また、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光の光路の方向Ｄ０が光路切替装置１４１により第２の方向Ｄ２に切り替えられると、青色波長帯域光は、図５の第２の方向Ｄ２で示す矢印のようにマイクロレンズアレイ１４３を透過して出射される。そして、マイクロレンズアレイ１４３から出射した青色波長帯域光は、ダイクロイックミラー１４４を透過して、集光レンズ群１０８を介して蛍光装置１００の第１フィルタ領域１０３ａに照射される。

【0040】

第２の方向Ｄ２の青色波長帯域光は、図４の二点鎖線で示す照射範囲Ｄ２ｓに示すように第１フィルタ領域１０３ａに照射される。照射範囲Ｄ２ｓは、略正方形の形状に成形されている。青色レーザダイオード７１から出射された光は、通常、楕円形のビームパターンとされている。しかしながら、青色レーザダイオード７１から出射された光は、マイクロレンズアレイ１４３透過することで、そのビームパターンが略正方形の形状に成形される。

【0041】

第１フィルタ領域１０３ａに照射範囲Ｄ２ｓで照射された青色波長帯域光は、第１フィルタ領域１０３ａを透過し、照射範囲Ｄ２ｓに対応する蛍光発光領域１０２に照射される。すると、照射範囲Ｄ２ｓに対応する蛍光発光領域１０２の黄色蛍光体層から黄色波長帯域光が発光する。ここで、黄色波長帯域光は、赤色波長帯域光と緑色波長帯域光を含む光とされている。従って、蛍光発光領域１０２で発光した黄色波長帯域光は、第１フィルタ領域１０３ａを介して赤色波長帯域光として蛍光装置１００から出射される。

【0042】

図３に二点鎖線の光Ｌ１で示す、蛍光装置１００から出射された赤色波長帯域光は、集光レンズ群１０８を介してダイクロイックミラー１４４に入射する。ダイクロイックミラー１４４に入射した赤色波長帯域光は、ダイクロイックミラー１４４により導光光学系１７０の合成光路に向けて反射される。

【0043】

また、励起光照射装置７０から出射される青い色波長帯域光の方向Ｄ０の光路が光路切替装置１４１により第３の方向Ｄ３に切り替えられると、青色波長帯域光は、図５に示す第３の方向Ｄ３で示す矢印のようにマイクロレンズアレイ１４３を透過して出射される。そして、マイクロレンズアレイ１４３から出射した青色波長帯域光は、ダイクロイックミラー１４４を透過して、集光レンズ群１０８を介して蛍光装置１００の第２フィルタ領域１０３ｂに照射される。

【0044】

第３の方向Ｄ３の光路の青色波長帯域光は、図４に一点鎖線で示す、略正方形の形状の照射範囲Ｄ３ｓで第２フィルタ領域１０３ｂに照射される。第２フィルタ領域１０３ｂに照射された青色波長帯域光は、第２フィルタ領域１０３ｂを透過し、照射範囲Ｄ３ｓに対応する蛍光発光領域１０２に照射される。すると、照射範囲Ｄ３ｓに対応する蛍光発光領域１０２の黄色蛍光体層から黄色波長帯域光が発光する。蛍光発光領域１０２で発光した黄色波長帯域光は、第２フィルタ領域１０３ｂを介して緑色波長帯域光として蛍光装置１００から出射される。

【0045】

図３に一点鎖線の光Ｌ２で示すように、蛍光装置１００から出射された緑色波長帯域光は、集光レンズ群１０８を介してダイクロイックミラー１４４に入射する。ダイクロイックミラー１４４に入射した緑色波長帯域光（光Ｌ２）は、ダイクロイックミラー１４４により導光光学系１７０の合成光路に向けて反射される。

【0046】

なお、図４に示すように、照射範囲Ｄ２ｓ，Ｄ３ｓは、それぞれ、第２フィルタ領域１０３ｂ、第１フィルタ領域１０３ａから十分離れた位置とされる。よって、照射範囲Ｄ２ｓ，Ｄ３ｓで照射された励起光により発光する蛍光光は、そのほとんどが対応するフィルタ領域１０３（第１フィルタ領域１０３ａ、第２フィルタ領域１０３ｂ）を透過し、一方の波長帯域光に他方の波長帯域光が混色してしまうことはほとんどない。

【0047】

また、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光の方向Ｄ０の光路が光路切替装置１４１により第４の方向Ｄ４に切り替えられると、青色波長帯域光は、図５に示す第４の方向Ｄ４で示す矢印のようにマイクロレンズアレイ１４３を透過して出射される。そして、マイクロレンズアレイ１４３から出射した青色波長帯域光は、ダイクロイックミラー１４４を透過して、集光レンズ群１０８を介して蛍光装置１００に照射される。

【0048】

第４の方向Ｄ４の光路の青色波長帯域光は、図４に破線で示す、略正方形の形状の照射範囲Ｄ４ｓで、境界線１０３ｍを含む第１フィルタ領域１０３ａと第２フィルタ領域１０３ｂに亘って照射される。第１フィルタ領域１０３ａと第２フィルタ領域１０３ｂに亘って照射範囲Ｄ４ｓで照射された青色波長帯域光は、第１フィルタ領域１０３ａ及び第２フィルタ領域１０３ｂを透過し、照射範囲Ｄ４ｓに対応する蛍光発光領域１０２に照射される。すると、蛍光発光領域１０２の黄色蛍光体層から黄色波長帯域光が発光する。蛍光発光領域１０２で発光した黄色波長帯域光のうち、第１フィルタ領域１０３ａを介して出射する光は赤色波長帯域光として蛍光装置１００から出射され、第２フィルタ領域１０３ｂを介して出射する光は緑色波長帯域光として蛍光装置１００から出射される。このようにして、第４の方向Ｄ４の光路で出射された青色波長帯域光により励起された蛍光は、蛍光装置１００からフィルタ領域１０３を介して赤色波長帯域光と緑色波長帯域光が同時に出射される。

【0049】

フィルタ領域１０３から同時に出射された赤色波長帯域光と緑色波長帯域光は、黄色波長帯域光として蛍光装置１００から出射される。蛍光装置１００から出射された黄色波長帯域光は、図示しないが、光Ｌ１，Ｌ２と同様に、集光レンズ群１０８を介してダイクロイックミラー１４４により導光光学系１７０の合成光路に向けて反射される。

【0050】

すなわち、蛍光装置１００は、光路切替装置１４１から第４の方向Ｄ４に出射した青色波長帯域光が照射され黄色波長帯域光を出射する黄色波長帯域光出射領域（第４波長帯域光出射領域）としての照射範囲Ｄ４ｓで示される領域を備える。なお、本実施例では、黄色波長帯域光出射領域は、赤色波長帯域光と緑色波長帯域光が同時に出射される領域として、境界線１０３ｍ及び第１フィルタ領域１０３ａ、第２フィルタ領域１０３ｂを含む領域としたが、例えば、照射範囲Ｄ４ｓで示される領域に対応する領域のフィルタ領域１０３（第１フィルタ領域１０３ａ及び第２フィルタ領域１０３ｂ）を切り欠いて（換言すれば、照射範囲Ｄ４ｓで示される領域に対応する領域のフィルタ領域１０３に開口領域を設けて）、蛍光発光領域１０２から直接、黄色波長帯域光の蛍光が出射する構成とすることもできる。

【0051】

（実施形態２）
次に、図６～図１０に基づいて、本発明の実施形態２を説明する。実施形態２は、実施形態１の投影装置１０における光源装置６０の光路切替装置１４１を、複数の回折格子を含む光学ホイール２００を備える光学ホール装置としての光路切替装置１４１Ａとしたものである。更に、実施形態１では、光路切替装置１４１の出射側にマイクロレンズアレイ１４３を設けていたが、実施形態２ではこれを廃している。光路切替装置１４１Ａの光学ホイール２００に拡散板等を設けることで、レーザ光を拡散させる拡散機能を備えさせることができるからである。従って、光路切替装置１４１Ａは、拡散装置ともされている。以下の説明においては、実施形態１と同じ部材や個所には同じ符号を付して、その説明は省略又は簡略化する。

【0052】

光路切替装置１４１Ａには、光学ホイール２００の背面側に配置された励起光照射装置７０からの青色波長帯域光が光学ホイール２００の背面側から入射する。光路切替装置１４１Ａは、青色波長帯域光の方向Ｄ０の光路を、第１の方向Ｄ１、第２の方向Ｄ２、第３の方向Ｄ３及び第４の方向Ｄ４に切り替え可能に設けられている。具体的には以下の通りである。

【0053】

光路切替装置１４１Ａは、光学ホイール２００と、ホイールモータ２０１を有する。光学ホイール２００は、ホイールモータ２０１の回転軸２０１ａ（図７参照）に固定され、回転可能に設けられている。光学ホイール２００には、透過型の４つの回折格子領域２１０（第１回折格子領域２１１、第２回折格子領域２１２、第３回折格子領域２１３、第４回折格子領域２１４）が設けられている。各回折格子領域２１０は、それぞれ回折格子から出射する光の出射角度を異ならせて設けられている。なお、本実施形態においては、４つの回折格子領域２１０を９０度ずつ等分して配置したが、これに限定されることはなく、適宜設定することができる。また、前述の通り、各回折格子領域２１０には、拡散機能を備えさせることができる。

【0054】

回折格子領域２１０のうち、第１回折格子領域２１１（第１領域）は、光学ホイール２００の背面側から入射する励起光照射装置７０からの青色波長帯域光の方向Ｄ０の光路を第１の方向Ｄ１に切り替えることができる。同様に、第２回折格子領域２１２（第２領域）は第２の方向Ｄ２に、第３回折格子領域２１３（第３領域）は第３の方向Ｄ３に、第４回折格子領域２１４（第４領域）は第４の方向Ｄ４に光路を切り替えることができる。なお、第１の方向Ｄ１、第２の方向Ｄ２、第３の方向Ｄ３、第４の方向Ｄ４は、それぞれ互いに異なる方向とされている。

【0055】

更に、回折格子領域２１０は、回折格子の設定に応じて、第２の方向Ｄ２、第３の方向Ｄ３、第４の方向Ｄ４の光路で出射した青色波長帯域光が蛍光装置１００のフィルタ領域１０３に照射する照射範囲の大きさを変更することができる。

【0056】

従って、例えば、第２回折格子領域２１２により第２の方向Ｄ２の光路に切り替えられて出射された青色波長帯域光は、図８に示すように、蛍光発光領域１０２の幅に近い略長矩形状の照射範囲Ｄ２ｓａで第１フィルタ領域１０３ａに照射される。同様に、第３回折格子領域２１３により第３の方向Ｄ３の光路に切り替えられて出射された青色波長帯域光は、第２フィルタ領域１０３ｂに対して、図９に示す照射範囲Ｄ３ｓａとして照射される。第４回折格子領域２１４により第４の方向Ｄ４の光路に切り替えられて出射された青色波長帯域光は、第１フィルタ領域１０３ａ及び第２フィルタ領域１０３ｂに対して、図１０に示す、照射範囲Ｄ２ｓａ，Ｄ３ｓａよりも十分に大きい照射範囲Ｄ４ｓａとして照射される。

【0057】

実施形態１，２における光路切替装置１４１，１４１Ａは、光路切替装置１４１，１４１Ａの背面側に励起光照射装置７０を配置して、光路切替装置１４１，１４１Ａの正面側に出射するよう透過型として構成したが、光路切替装置を反射型とすることにより、光路切替装置の正面側に励起光照射装置７０を配置して光路切替装置の正面側に出射するよう構成することもできる。換言すれば、反射型光路切替装置は、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光を反射して青色波長帯域光の光路の方向Ｄ０を第１の方向Ｄ１、第２の方向Ｄ２、第３の方向Ｄ４及び第４の方向Ｄ４を含む複数の方向の光路に切り替えることができる。

【0058】

図１１（変形例１）には、反射型の光路切替装置１４１Ｂを用いた構成の例を示している。励起光照射装置７０は、反射型の光路切替装置１４１Ｂの正面側に配置されている。換言すれば、励起光照射装置７０は、入射光を反射する光路切替装置１４１Ｂの反射側に配置されている。光路切替装置１４１Ｂの光学ホイール２００Ｂは、図７と同様の角度範囲で、反射型の４つの回折格子領域（第１回折格子領域、第２回折格子領域、第３回折格子領域、第４回折格子領域）が設けられている。各回折格子領域は、それぞれ回折格子から出射する光の出射角度を異ならせて設けられている。なお、前述と同様に、各回折格子領域には、拡散機能を備えさせ、光を拡散反射させることができる。

【0059】

図１２（変形例２）には、導光ロッド１４５を用いた構成を示す。図１２の光路切替装置１４１Ｃは、励起光照射装置７０から出射した方向Ｄ０の光の光路を、合成光路に向けた第１の方向Ｄ１と、蛍光装置１００の第１フィルタ領域１０３ａに向けた第２の方向Ｄ２と、蛍光装置１００の第２フィルタ領域１０３ｂに向けた第３の方向Ｄ３と、蛍光装置１００の第１フィルタ領域１０３ａと第２フィルタ領域１０３ｂが接触する境界線１０３ｍに向けた第４の方向Ｄ４とに切り替え可能に形成される。

【0060】

このため、光路切替装置１４１Ｃの光学ホイール２００Ｃは、透過型の回折格子領域（第１回折格子領域）と、反射型の回折格子領域（第２回折格子領域、第３回折格子領域、第４回折格子領域）が設けられている。なお、導光ロッド１４５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。導光ロッド１４５により、光が均一化される。

【0061】

この他、例えば、光路切替装置をＭＥＭＳミラーを用いて構成することもできる。ここで、ＭＥＭＳミラーは、単結晶シリコン上に金属のコイルを形成し、コイルの内側にＭＥＭＳ加工によりミラーを形成し、ミラーの下に磁石を配置することで、ミラーに傾きを与えて光路を切り替えることができるものである。

【0062】

または、光路切替装置１４１は、図１３に示すミラーホイール３００を用いて構成することもできる。ミラーホイール３００は、図示しないモータ軸に取り付けられることにより、軸心３０５周りに回転制御されるものである。ミラーホイール３００は、円盤状の表面に、角度を異ならせた３つの傾斜面（第１傾斜面３０１、第２傾斜面３０２、第３傾斜面３０３）を備える。ミラーホイール３００は、入射光Ｌ３０が第１傾斜面３０１に照射された場合には、その光路を光Ｌ３１で示す光路に切り替えることができる。同様に、入射光Ｌ３０が第２傾斜面３０２により光Ｌ３２の光路に切り替えられ、第３傾斜面３０３により光Ｌ３３の光路に切り替えられ、よってミラーホイール３００により複数の光路に切り替えることができる。

【0063】

なお、蛍光装置１００は、蛍光発光領域１０２に黄色蛍光体を塗布した黄色蛍光体層を設けて、励起光が照射されることで黄色波長帯域の蛍光光が発せられるものとしたが、これに限定されることはなく、例えば、赤色蛍光体層と緑色蛍光体層とをそれぞれ設けて、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光がそれぞれ発せられる蛍光装置とすることもできる。このような場合には、蛍光装置１００にフィルタ領域１０３を設ける必要がない。

【0064】

以上、本発明の実施形態によれば、光源装置６０は、青色波長帯域光（第１波長帯域光）を出射する励起光照射装置７０と、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、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、第３方向Ｄ３を少なくとも含む複数の方向の光路に切り替え可能な光路切替装置１４１，１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｃと、第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３の光路上に配置され、青色波長帯域光を励起光として赤色波長帯域光（第２波長帯域光）、緑色波長帯域光（第３波長帯域光）を含む蛍光光を出射する蛍光発光領域１０２を含む蛍光装置１００と、光路切替装置１４１，１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｃから第１方向Ｄ１に出射した青色波長帯域光、さらに赤色波長帯域光、緑色波長帯域光を合成光路に導光する光源光学系１４０と、を有する。

【0065】

これにより、大きな配置スペースを要しない光路切替装置１４１，１４１Ａ～Ｃにより波長の異なる光を光源光として出射することができるので、光路構成を複雑とすることなく、装置の小型化を達成することができる。

【0066】

また、光源装置６０は、青色波長帯域光（第１波長帯域光）を出射する励起光照射装置７０と、励起光照射装置７０からの青色波長帯域光である光源光を励起光として赤色波長帯域光、緑色波長帯域光を含む蛍光光を出射する蛍光発光領域１０２を含む蛍光装置１００と、光源光及び蛍光装置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、励起光照射装置７０から入射された光源光を第１方向Ｄ１に出射させる第１領域である第１回折格子領域２１１と、第２方向Ｄ２に出射させる第２領域である第２回折格子領域２１２とを少なくとも含む光路切替装置１４１Ａ～１４１Ｃを備える。本構成によっても、光路構成を複雑とすることなく、装置の小型化を達成することができる。

【0067】

第１方向Ｄ１に出射される光を拡散させて合成光路に向けて出射させる拡散装置としての拡散反射板１４２等が配置されている。これにより、励起光照射装置７０の青色レーザダイオード７１からの光を光源光とすることができる。

【0068】

また、光源光学系１４０は、ビームパターンを成形するための第一の光学デバイスであるマイクロレンズアレイ１４３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１４３により成形されてから蛍光装置１００に入射される。これにより、蛍光体装置１００から出射される蛍光光についても成形された光を得ることができる。

【0069】

また、合成光路には、ビームパターンを成形するための第二の光学デバイスであるマイクロレンズアレイ１７２が配置されている。これにより、更に適正な形状の光源光を得ることができるので、色ムラ等を低減し、鮮明な投影画像とすることができる。

【0070】

また、励起光照射装置７０は、励起光照射装置７０からの光を反射する光路切替装置１４１Ｂ等の反射側に配置される。これにより、光源装置６０を更に小型とすることができる。

【0071】

また、光路切替装置１４０，１４０Ａ～１４０Ｃは、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第４方向Ｄ４に切り替え可能に設けられ、蛍光装置１００は、光路切替装置１４０，１４０Ａ～１４０Ｃから第４方向Ｄ４に出射した青色波長帯域光が照射され黄色波長帯域光を出射するよう設けられる。これにより、青色、赤色、緑色波長帯域光に加えて黄色波長帯域光の光源光を得ることができる。

【0072】

また、蛍光装置１００は、蛍光発光領域１０２に重畳して設けられるフィルタ領域１０３を有する。これにより、黄色蛍光体層を備えた簡単な構成であって、コンパクトな蛍光装置１００とすることができる。

【0073】

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。

【0074】

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】

【0075】

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 画像圧縮／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 蛍光装置
１０１ 基材 １０２ 蛍光発光領域
１０３ フィルタ領域 １０３ａ 第１フィルタ領域
１０３ｂ 第２フィルタ領域 １０３ｍ 境界線
１０８ 集光レンズ群 １０８ａ 第１集光レンズ
１０８ｂ 第２集光レンズ １３０ ヒートシンク
１４０ 光源光学系
１４１，１４１Ａ～１４１Ｃ 光路切替装置
１４２ 拡散反射板
１４３ マイクロレンズアレイ １４４ ダイクロイックミラー
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 光学ホイール
２０１ ホイールモータ ２０１ａ 回転軸
２１０ 回折格子領域 ２１１ 第１回折格子領域
２１２ 第２回折格子領域 ２１３ 第３回折格子領域
２１４ 第４回折格子領域 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
３００ ミラーホイール ３０１ 第１傾斜面
３０２ 第２傾斜面 ３０３ 第３傾斜面
３０５ 軸心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】