特開 2024-170005 プロジェクタ及びプロジェクタ用光源装置

(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】P2024170005

(43)【公開日】2024-12-06

(54)【発明の名称】プロジェクタ及びプロジェクタ用光源装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20241129BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20241129BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20241129BHJP

   F21V 9/40 20180101ALI20241129BHJP

   F21V 9/35 20180101ALI20241129BHJP

   F21V 9/38 20180101ALI20241129BHJP

   F21V 8/00 20060101ALI20241129BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20241129BHJP

   H04N 9/31 20060101ALI20241129BHJP

   F21Y 113/10 20160101ALN20241129BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20241129BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 A

G03B21/00 D

F21S2/00 311

F21V9/40 200

F21V9/35

F21V9/38

F21V8/00 221

F21V8/00 241

F21V8/00 281

G02B26/10 B

H04N9/31 500

F21Y113:10

F21Y115:30

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023086910

(22)【出願日】2023-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】000231512

【氏名又は名称】日本精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002871

【氏名又は名称】弁理士法人坂本国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】野本 貴之

【テーマコード（参考）】

2H045

2K203

5C060

【Ｆターム（参考）】

2H045BA24

2K203FA07

2K203FA45

2K203FA54

2K203GA25

2K203GA35

2K203GA36

2K203GA40

2K203HA30

2K203HA67

2K203HA73

2K203HA89

2K203HB22

2K203MA32

5C060HC12

5C060HD00

5C060JB00

(57)【要約】

【課題】 複数の蛍光体を回転させるための機構を小型化する。
【解決手段】 同一波長のレーザ光を出射する複数の光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂと、レーザ光の波長を変換する複数の蛍光体３Ｒ、３Ｇと、複数の波長のレーザ光を走査してカラー画像を表示する走査部と、を備えたプロジェクタ１であって、一端側から入射される複数のレーザ光を他端側から分離して出射可能な導光ファイバ６と、複数の蛍光体３Ｒ、３Ｇが同心円状に配置され、回転機構の駆動に応じて回転する蛍光体ホイール５と、複数の光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂから出射されたレーザ光を集光して導光ファイバ６の一端側に入射させる第１集光レンズ７と、導光ファイバ６の他端側から分離状態で出射された複数のレーザ光をそれぞれ集光し、蛍光体ホイール５上の異なる蛍光体３Ｒ、３Ｇの領域に導く第２集光レンズ８と、を備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

同一波長のレーザ光を出射する複数の光源と、
レーザ光の波長を変換する複数の蛍光体と、
複数の波長のレーザ光を走査してカラー画像を表示する走査部と、を備えたプロジェクタであって、
一端側から入射される複数のレーザ光を他端側から分離して出射可能な導光ファイバと、
複数の前記蛍光体が同心円状に配置され、回転機構の駆動に応じて回転する蛍光体ホイールと、
複数の前記光源から出射されたレーザ光を集光して前記導光ファイバの一端側に入射させる第１集光レンズと、
前記導光ファイバの他端側から分離状態で出射された複数のレーザ光をそれぞれ集光し、前記蛍光体ホイール上の異なる蛍光体領域に導く第２集光レンズと、を備える、プロジェクタ。

【請求項2】

前記導光ファイバは、前記一端側から異なる入射角で入射された前記複数のレーザ光を前記他端側から分離して出射させるダブルクラッドファイバ又はトリプルクラッドファイバであり、
前記第１集光レンズは、複数の前記光源から出射された前記レーザ光を集光し、それぞれ前記異なる入射角で前記導光ファイバの前記一端側に入射させる、請求項１に記載のプロジェクタ。

【請求項3】

前記第２集光レンズは、前記導光ファイバの前記他端側から分離状態で出射された前記複数のレーザ光をそれぞれ集光させる複数の集光領域を備え、前記複数の集光領域は、偏心又は倒れによって互いの焦点位置がずらされる、請求項１に記載のプロジェクタ。

【請求項4】

複数の前記光源は、緑色用光源、赤色用光源及び青色用光源を含み、
前記緑色用光源、前記赤色用光源及び前記青色用光源は、いずれも青色レーザ光を出射し、
前記蛍光体ホイールは、前記青色レーザ光を緑色レーザ光に変換する緑色用蛍光体領域と、前記青色レーザ光を赤色レーザ光に変換する赤色用蛍光体領域と、を含み、
前記緑色用光源から出射される前記青色レーザ光は、前記第１集光レンズ、前記導光ファイバ、前記第２集光レンズ及び前記緑色用蛍光体領域を経由することで、前記緑色レーザ光として前記走査部に入射され、
前記赤色用光源から出射される前記青色レーザ光は、前記第１集光レンズ、前記導光ファイバ、前記第２集光レンズ及び前記赤色用蛍光体領域を経由することで、前記赤色レーザ光として前記走査部に入射され、
前記青色用光源から出射される前記青色レーザ光は、前記第１集光レンズ、前記導光ファイバ、前記第２集光レンズ及び前記蛍光体ホイールを経由することなく、前記青色レーザ光のまま前記走査部に入射される、請求項１に記載のプロジェクタ。

【請求項5】

同一波長のレーザ光を出射する複数の光源と、
レーザ光の波長を変換する複数の蛍光体と、を備えたプロジェクタ用光源装置であって、
一端側から入射される複数のレーザ光を他端側から分離して出射可能な導光ファイバと、
複数の前記蛍光体が同心円状に配置され、回転機構の駆動に応じて回転する蛍光体ホイールと、
複数の前記光源から出射されたレーザ光を集光して前記導光ファイバの一端側に入射させる第１集光レンズと、
前記導光ファイバの他端側から分離状態で出射された複数のレーザ光をそれぞれ集光し、前記蛍光体ホイール上の異なる蛍光体領域に導く第２集光レンズと、を備える、プロジェクタ用光源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プロジェクタ及びプロジェクタ用光源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、波長が同じ複数の光源から出射されるレーザ光の波長を複数の蛍光体で変換することで、３原色の光を生成するプロジェクタ用の光源装置が開示されている。このような光源装置では、波長が異なる３原色の光源を使用する場合に比べて光源の制御が容易になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１４５８４８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、蛍光体は、冷却のために回転させる必要があるので、特許文献１のように複数の蛍光体を備えるものでは、蛍光体の回転機構が大きくなり、小型化が求められるプロジェクタ（例えば、車載用プロジェクタ）への組み込みが難しい。

【0005】

そこで、本開示は、複数の蛍光体を回転させるための機構を小型化できるプロジェクタ及びプロジェクタ用光源装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

１つの側面では、以下のような解決手段を提供する。
同一波長のレーザ光を出射する複数の光源と、
レーザ光の波長を変換する複数の蛍光体と、
複数の波長のレーザ光を走査してカラー画像を表示する走査部と、を備えたプロジェクタであって、
一端側から入射される複数のレーザ光を他端側から分離して出射可能な導光ファイバと、
複数の前記蛍光体が同心円状に配置され、回転機構の駆動に応じて回転する蛍光体ホイールと、
複数の前記光源から出射されたレーザ光を集光して前記導光ファイバの一端側に入射させる第１集光レンズと、
前記導光ファイバの他端側から分離状態で出射された複数のレーザ光をそれぞれ集光し、前記蛍光体ホイール上の異なる蛍光体領域に導く第２集光レンズと、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、複数の蛍光体を回転させるための機構を小型化することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】プロジェクタの構成を概略的に示す図である。

【図2】（ａ）は導光ファイバ内の光の進み方を示す図、（ｂ）は導光ファイバの断面構造を示す図である。

【図3】赤色用レーザ光及び緑色用レーザ光の経路を示す図である。

【図4】第１集光レンズの作用を示す図である。

【図5】導光ファイバからの出射光を示す図である。

【図6】第２集光レンズの各領域を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照しながら実施例について詳細に説明する。

【0010】

図１に示す本実施例のプロジェクタ１は、例えば、小型化が求められる車載用プロジェクタ（ヘッドアップディスプレイ装置、ロードプロジェクション装置など）に適用される。

【0011】

図１に示すように、プロジェクタ１は、基本的な構成として、複数の光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂと、複数の蛍光体３Ｒ、３Ｇと、複数のダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂと、走査部（不図示）と、制御部（不図示）と、を備える。なお、本実施例では、走査部を含むプロジェクタ１において本発明の適用例を示すが、走査部を含まないプロジェクタ用光源装置においても本発明の適用は可能である。

【0012】

複数の光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂには、赤色用光源２Ｒ、緑色用光源２Ｇ及び青色用光源２Ｂが含まれる。赤色用光源２Ｒ、緑色用光源２Ｇ及び青色用光源２Ｂは、同一波長のレーザ光を出射する。例えば、本実施例の赤色用光源２Ｒ、緑色用光源２Ｇ及び青色用光源２Ｂは、いずれも青色レーザ光を出射する。

【0013】

複数の蛍光体（蛍光体領域）３Ｒ、３Ｇには、赤色用蛍光体（赤色蛍光体領域）３Ｒ及び緑色用蛍光体（緑色蛍光体領域）３Ｇが含まれる。赤色用蛍光体３Ｒは、赤色用光源２Ｒから出射されるレーザ光の波長を赤色レーザ光の波長に変換する。緑色用蛍光体３Ｇは、緑色用光源２Ｇから出射されるレーザ光の波長を緑色レーザ光の波長に変換する。

【0014】

本実施例では、青色用光源２Ｂから青色レーザ光を出射するため、青色用蛍光体が不要になる。ただし、赤色用光源２Ｒ、緑色用光源２Ｇ及び青色用光源２Ｂから青色以外のレーザ光を出射する構成では、青色用光源２Ｂから出射されるレーザ光の波長を青色レーザ光の波長に変換するための青色用蛍光体が必要となる。

【0015】

複数の蛍光体３Ｒ、３Ｇは、回転機構（不図示）の駆動に応じて回転する蛍光体ホイール５に設けられ、蛍光体ホイール５の回転により冷却される。複数の蛍光体３Ｒ、３Ｇは、図３に示すように、蛍光体ホイール５の回転中心５ａを中心とする同心円状に配置される。例えば、本実施例において、赤色用蛍光体３Ｒは、蛍光体ホイール５の回転中心５ａを中心とする円形状であり、緑色用蛍光体３Ｇは、赤色用蛍光体３Ｒの外側を囲む中空円形状である。

【0016】

なお、赤色用蛍光体３Ｒ及び緑色用蛍光体３Ｇの径方向の並び順は逆であってもよい。また、蛍光体ホイール５に青色用蛍光体を追加する場合は、赤色用蛍光体３Ｒ、緑色用蛍光体３Ｇ及び青色用蛍光体が同心円状に配置される。

【0017】

複数のダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂには、赤色用ダイクロイックミラー４Ｒ、緑色用ダイクロイックミラー４Ｇ及び青色用ダイクロイックミラー４Ｂが含まれる。青色用ダイクロイックミラー４Ｂは、青色用光源２Ｂから出射された青色レーザ光を緑色用ダイクロイックミラー４Ｇに向けて反射させる。

【0018】

緑色用ダイクロイックミラー４Ｇは、緑色用蛍光体３Ｇから出射された緑色レーザ光を赤色用ダイクロイックミラー４Ｒに向けて反射させる。また、緑色用ダイクロイックミラー４Ｇは、青色用ダイクロイックミラー４Ｂから入射された青色レーザ光を赤色用ダイクロイックミラー４Ｒに向けて透過させる。

【0019】

赤色用ダイクロイックミラー４Ｒは、赤色用蛍光体３Ｒから出射された赤色レーザ光を走査部に向けて透過させる。また、赤色用ダイクロイックミラー４Ｒは、緑色用ダイクロイックミラー４Ｇ側から入射された緑色レーザ光及び青色レーザ光を走査部に向けて反射させる。

【0020】

走査部は、入射される赤色レーザ光、緑色レーザ光及び青色レーザ光を走査してカラー画像を表示する。走査部としては、例えば、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）などが用いられる。

【0021】

制御部は、複数の光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ及び走査部を制御してカラー画像を表示させる。具体的に説明すると、制御部は、複数の光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを時分割で順次ＯＮさせる。制御部は、赤色用画像データ、緑色用画像データ及び青色用画像データを有しており、各色の光源２Ｒ、２Ｇ、２ＢがＯＮするタイミングで、適用する各色の画像データを切り替えることで、カラー画像を表示させる。

【0022】

上記のような基本構成では、蛍光体ホイール５が大きくなり、小型化が求められる車載用プロジェクタなどへの適用が困難になる場合がある。蛍光体ホイール５を小さくする方法としては、複数の光源２Ｒ、２Ｇから出射される複数のレーザ光をそれぞれ集光レンズ１１により集光し、複数のレーザ光の蛍光体ホイール５に対する入射間隔を小さくする方法が考えられる。しかしながら、この方法では、集光レンズ１１の大きさが蛍光体ホイール５の大きさを決定することになるので、蛍光体ホイール５の大幅な小型化は難しい。

【0023】

本実施例のプロジェクタ１は、このような課題を解決するために、導光ファイバ６、第１集光レンズ７及び第２集光レンズ８を用いて複数のレーザ光を集光し、蛍光体ホイール５に入射させる。以下、導光ファイバ６、第１集光レンズ７及び第２集光レンズ８について、図１～図６を参照して説明する。

【0024】

導光ファイバ６は、一端側（一端面）から入射される複数のレーザ光を他端側（他端面）から分離して出射することができる。例えば、導光ファイバ６としては、一端側から異なる入射角で入射された複数のレーザ光を他端側から分離して出射可能なダブルクラッドファイバやトリプルクラッドファイバが用いられる。ダブルクラッドファイバは、２種類のレーザ光を分離して導光することができる。また、トリプルクラッドファイバは、２種類又は３種類のレーザ光を分離して導光することができる。

【0025】

図１～図４に示すように、２種類のレーザ光を導光する本実施例では、導光ファイバ６としてダブルクラッドファイバを用いる。ダブルクラッドファイバからなる本実施例の導光ファイバ６は、コア６ａと、コア６ａの外周側を覆う第１クラッド６ｂと、第１クラッド６ｂの外周側を覆う第２クラッド６ｃと、を備える。コア６ａの屈折率は、第１クラッド６ｂの屈折率よりも大きい。また、第１クラッド６ｂの屈折率は、第２クラッド６ｃの屈折率よりも大きい。

【0026】

そして、コア６ａは、その最大入射角ＮＡｃｏｒｅよりも小さい入射角で一端側から入射されたレーザ光を導光し、他端側からガウス状（略円形）のレーザ光として出射させる。また、第１クラッド６ｂは、その最大入射角ＮＡｃｌａｄよりも小さく、かつコア６ａの最大入射角ＮＡｃｏｒｅよりも大きい入射角で一端側から入射されたレーザ光を導光し、他端側から輪帯状（中空円形状）のレーザ光として出射させる。

【0027】

第１集光レンズ７は、複数の光源２Ｒ、２Ｇから出射されたレーザ光を集光して導光ファイバ６の一端側に入射させる。例えば、本実施例の第１集光レンズ７は、１つのレンズ体であり、赤色用光源２Ｒ及び緑色用光源２Ｇから出射された２種類のレーザ光（以下、赤色用レーザ光ＬＲ、緑色用レーザ光ＬＧと称する場合がある）を集光して導光ファイバ６の一端側に入射させる。なお、導光ファイバ６で青色用レーザ光ＬＢを含む３種類のレーザ光を導光する場合は、３種類のレーザ光を第１集光レンズ７で集光して導光ファイバ６の一端側に入射させる。

【0028】

具体的に説明すると、図１、図３及び図４に示すように、赤色用光源２Ｒ及び緑色用光源２Ｇから出射された赤色用レーザ光ＬＲ及び緑色用レーザ光ＬＧは、それぞれコリメータレンズ９を通り平行光として第１集光レンズ７に入射される。第１集光レンズ７は、入射された赤色用レーザ光ＬＲ及び緑色用レーザ光ＬＧを集光して導光ファイバ６の一端側に入射させる。このとき、第１集光レンズ７は、赤色用レーザ光ＬＲ及び緑色用レーザ光ＬＧの入射角を以下の式が成り立つように調整する。ただし、ＮＡ１は赤色用レーザ光ＬＲの最大入射角、ＮＡ２は緑色用レーザ光ＬＧの最小入射角、ＮＡ３は緑色用レーザ光ＬＧの最大入射角とする。

【0029】

ＮＡ１＜ＮＡｃｏｒｅ
ＮＡ２＞ＮＡｃｏｒｅ
ＮＡ３＜ＮＡｃｌａｄ

【0030】

これにより、赤色用レーザ光ＬＲ及び緑色用レーザ光ＬＧは、導光ファイバ６内で別々に導光され、導光ファイバ６の他端側から分離して出射される。

【0031】

図５は、導光ファイバ６の他端側から出射された赤色用レーザ光ＬＲ及び緑色用レーザ光ＬＧを仮想投射面Ｆに投射した模式図である。この図に示すように、導光ファイバ６の他端側から出射された赤色用レーザ光ＬＲはガウス状（略円形）であり、導光ファイバ６の他端側から出射された緑色用レーザ光ＬＧは、赤色用レーザ光ＬＲの外周側を囲む輪帯状（中空円形状）である。このとき、導光ファイバ６の他端側から出射された赤色用レーザ光ＬＲと緑色用レーザ光ＬＧとの間には、赤色用レーザ光ＬＲと緑色用レーザ光ＬＧとを明確に分離させる分離帯Ｓが存在する。

【0032】

第２集光レンズ８は、導光ファイバ６の他端側から分離状態で出射された複数のレーザ光をそれぞれ集光し、蛍光体ホイール５上の異なる蛍光体３Ｒ、３Ｇの領域へ導く。例えば、第２集光レンズ８は、１つのレンズ体であり、導光ファイバ６の他端側から分離状態で出射された赤色用レーザ光ＬＲ及び緑色用レーザ光ＬＧをそれぞれ集光させる２つの集光領域８ａ、８ｂを備える。複数の集光領域８ａ、８ｂは、偏心又は倒れによって互いの焦点位置がずらされており、赤色用レーザ光ＬＲ及び緑色用レーザ光ＬＧをそれぞれ蛍光体ホイール５上の対応する蛍光体３Ｒ、３Ｇの領域に集光させる。

【0033】

そして、赤色用蛍光体３Ｒに入射された赤色用レーザ光ＬＲは、赤色レーザ光に変換され、コリメータレンズ１０を介して赤色用ダイクロイックミラー４Ｒに入射される。また、緑色用蛍光体３Ｇに入射された緑色用レーザ光ＬＧは、緑色レーザ光に変換され、コリメータレンズ１０を介して緑色用ダイクロイックミラー４Ｇに入射される。なお、青色用レーザ光ＬＢを含む３種類のレーザ光を蛍光体ホイール５上に集光させる場合は、３つの集光領域を備える第２集光レンズ８が使用される。

【0034】

以上のような導光ファイバ６、第１集光レンズ７及び第２集光レンズ８によれば、複数の光源２Ｒ、２Ｇから出射される複数のレーザ光を、分離状態を維持しながら効率よく集光させることができる。これにより、蛍光体ホイール５に対する複数のレーザ光の入射間隔を小さくし、蛍光体ホイール５の小型化が可能になる。また、第１集光レンズ７及び第２集光レンズ８は、それぞれ１つのレンズ体で構成されるので、部品点数やコストも抑制できる。

【0035】

以上、実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

【0036】

例えば、前述した実施例では、青色用光源２Ｂから出射される青色レーザ光をコリメータレンズ９、集光レンズ１１、拡散板１２及びコリメータレンズ１０を経由して青色用ダイクロイックミラー４Ｂに入射させている。しかしながら、青色用光源２Ｂから出射される青色レーザ光は、トリプルクラッドファイバからなる導光ファイバ６を経由してもよいし、導光ファイバ６とは別のファイバを経由してもよい。

【符号の説明】

【0037】

１ プロジェクタ
２Ｒ 赤色用光源（光源）
２Ｇ 緑色用光源（光源）
２Ｂ 青色用光源（光源）
３Ｒ 赤色用蛍光体（蛍光体、赤色蛍光体領域）
３Ｇ 緑色用蛍光体（蛍光体、緑色蛍光体領域）
４Ｒ 赤色用ダイクロイックミラー（ダイクロイックミラー）
４Ｇ 緑色用ダイクロイックミラー（ダイクロイックミラー）
４Ｂ 青色用ダイクロイックミラー（ダイクロイックミラー）
５ 蛍光体ホイール
５ａ 回転中心
６ 導光ファイバ
６ａ コア
６ｂ 第１クラッド
６ｃ 第２クラッド
７ 第１集光レンズ
８ 第２集光レンズ
８ａ、８ｂ 集光領域
９、１０ コリメータレンズ
１１ 集光レンズ
１２ 拡散板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】