特開 2024-86134 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】P2024086134

(43)【公開日】2024-06-27

(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 20060101AFI20240620BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20240620BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20240620BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20240620BHJP

   G02F 1/29 20060101ALN20240620BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 A

G03B21/00 F

G02F1/13 505

H04N5/74 Z

G02F1/29

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022201108

(22)【出願日】2022-12-16

(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）】

2H088

2K102

2K203

5C058

【Ｆターム（参考）】

2H088EA47

2H088HA13

2H088HA17

2H088HA28

2H088JA04

2K102AA21

2K102BA01

2K102BA07

2K102BB05

2K102BC04

2K102BD08

2K102CA20

2K102DD02

2K102EB10

2K102EB11

2K203FA04

2K203FA25

2K203FA32

2K203GA22

2K203GA23

2K203GA32

2K203GA34

2K203GA35

2K203HA14

2K203HA30

2K203HA43

2K203HA44

2K203HA57

2K203HA67

2K203HA95

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】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、青色波長帯域光を、右回りの円偏光の青色波長帯域光と、左回りの円偏光の青色波長帯域光とのいずれかに時分割で切り替えて出射する液晶素子１５２及び１／４波長板１５４と、右回りの円偏光の青色波長帯域光を第１方向Ｄ１に透過させ、左回りの円偏光の青色波長帯域光を第２方向Ｄ２に透過させる偏光分離回折素子１６０と、偏光分離回折素子１６０を透過した左回りの円偏光の青色波長帯域光が入射されることにより、赤色波長帯域光または緑色波長帯域光を含む蛍光を出射する蛍光ホイール装置１００と、を備える。
【選択図】図６

【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、
前記第１波長帯域光を、右回りの円偏光の第１の光と、左回りの円偏光の第２の光とのいずれかに時分割で切り替えて出射する切り替え部材と、
前記第１の光を第１方向に透過させ、前記第２の光を第２方向に透過させる振り分け部材と、
前記振り分け部材を透過した前記第２の光が入射されることにより、第２波長帯域光または第３波長帯域光を含む蛍光を出射する蛍光発光装置と、を備える、
光源装置。

【請求項2】

前記振り分け部材と前記蛍光発光装置の間に設けられ、前記第２波長帯域光および前記第３波長帯域光を反射し、前記第１波長帯域光を透過するミラー部材をさらに備える、
光源装置。

【請求項3】

前記第１方向は、前記第２波長帯域光および前記第３波長帯域光が前記ミラー部材で反射される方向と略等しい、請求項２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記ミラー部材は、前記第１方向に透過する前記第１波長帯域光の光軸と、反射する前記第２波長帯域光および前記第３波長帯域光の光軸とが重なるように配置されている、請求項３に記載の光源装置。

【請求項5】

前記蛍光発光装置は、
前記第１波長帯域光が照射されて前記第２波長帯域光を含む蛍光を発光する第１発光領域と、
前記第１波長帯域光が照射されて前記第３波長帯域光を含む蛍光を発光する第２発光領域と、を有する蛍光ホイール装置である、
請求項１に記載の光源装置。

【請求項6】

前記切り替え部材は、前記光源から出射された前記第１波長帯域光の偏光を９０°切り替える偏光素子と、前記偏光素子を透過した前記第１波長帯域光の偏光を円偏光とする位相差板とを含む、請求項１に記載の光源装置。

【請求項7】

前記偏光素子は、電圧が印可されることにより液晶の配向方向が９０°切り替わる液晶素子である、請求項６に記載の光源装置。

【請求項8】

前記振り分け部材は、左回りの円偏光と右回りの円偏光とを分離する偏光分離回折素子である、請求項１に記載の光源装置。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか１項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。

【請求項10】

前記切り替え部材は、前記制御部により切り替え制御される、請求項９に記載の投影装置。

【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。この種の投影装置において、入射する光を互いに異なる方向に透過する光路に時分割で変更するスイッチング回折格子等を備えるものが知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、青色波長帯域光を出射する励起光照射装置と、緑色波長帯域光を励起する蛍光発光装置と、赤色波長帯域光を出射する赤色光源装置と、励起光照射装置から出射された光を時分割で二方向に切り替える光路切替手段と、２つのダイクロイックミラーと、反射ミラーとを備える光源装置が開示されている。この光源装置では、励起光照射装置から出射された青色波長帯域光は、光路切替手段に入射し、光路切替手段により第一の方向に照射される第一の光と第二の方向に照射される第二の光とに切り替えられる。

【0004】

光路切替手段により第一の方向に照射された青色波長帯域光は、一方のダイクロイックミラーにより反射されて光源装置から射出される。また、光路切替手段により第二の方向に照射された青色波長帯域光は、他方のダイクロイックミラーを透過して蛍光発光装置に入射する。青色波長帯域光により蛍光発光装置で励起された緑色波長帯域光は、他方のダイクロイックミラーで反射され、さらに反射ミラーで反射されて光源装置から出射される。また、赤色光源装置から出射された赤色波長帯域光は、他方のダイクロイックミラーを透過して反射ミラーにより反射され、光源装置から射出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２－１４１５８１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の光源装置では、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光の光路が青色波長帯域光の光路と別光路となるため、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別途配置する必要があり、装置の小型化を図ることが困難であった。

【0007】

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】

【0008】

本発明の光源装置は、第１波長帯域光を出射する光源と、前記第１波長帯域光を、右回りの円偏光の第１の光と、左回りの円偏光の第２の光とのいずれかに時分割で切り替えて出射する切り替え部材と、前記第１の光を第１方向に透過させ、前記第２の光を第２方向に透過させる振り分け部材と、前記振り分け部材を透過した前記第２の光が入射されることにより、第２波長帯域光または第３波長帯域光を含む蛍光を出射する蛍光発光装置と、を備える。

【0009】

本発明の投影装置は、上記の光源装置と、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】

【0010】

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】

【0011】

【図1】実施形態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】実施形態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】実施形態に係る蛍光ホイール装置の蛍光ホイールの平面模式図である。

【図4】実施形態において偏光分離回折素子に入射した青色波長帯域光が偏光方向に応じて偏光分離回折素子により分離されるスポット像を示す模式図である。

【図5】実施形態に係る投影装置の時分割制御を示す説明図である。

【図6】実施形態において偏光分離回折素子に入射した右回りの円偏光の青色波長帯域光が偏光分離回折素子及びダイクロイックミラーを透過する様子を示す平面模式図である。

【図7】実施形態において偏光分離回折素子に入射した左回りの円偏光の青色波長帯域光が偏光分離回折素子及びダイクロイックミラーを透過して蛍光ホイールに照射され、蛍光ホイール装置で発光した蛍光がダイクロイックミラーで反射される様子を示す平面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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、蛍光ホイール装置１００（図２参照）の動作を個別に制御する。さらに、光源制御回路４１は、後述する液晶素子１５２に印可される電圧のオンオフの切り替えを個別に制御する。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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励起光照射装置（光源）７０と、赤色波長帯域光（第２波長帯域光）及び緑色波長帯域光（第３波長帯域光）の光源である赤緑色光源装置８０と、を備えている。赤緑色光源装置８０は、励起光照射装置７０と蛍光ホイール装置１００により構成される。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。

【0024】

光源光学系１４０は、蛍光ホイール装置（蛍光発光装置）１００、切り替え部材１５０、偏光分離回折素子（振り分け部材）１６０、ダイクロイックミラー（ミラー部材）２００、及び第１集光レンズ１４１、及び第２集光レンズ１４２を有している。光源光学系１４０は、励起光照射装置７０及び赤緑色光源装置８０から出射される光束を、後述するマイクロレンズアレイ１７２の入射面に集光する。また、光源装置６０には、光源光学系１４０からの光を後述する投影光学系２２０へ導光する導光光学系１７０が配置されている。

【0025】

励起光照射装置７０は、投影装置１０の筐体の略中央部分に配置されている。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。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。

【0026】

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り、垂直方向（上下方向）に沿って複数配置されている（図２等の平面図では最も上方に配置された２つの青色レーザダイオード７１を図示している）。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。各コリメータレンズ７２は、後述する液晶素子１５２に所定の角度で入射するように、対応する青色レーザダイオード７１の光軸に対してずれて配置されている。各青色レーザダイオード７１から出射される青色波長帯域光は、コリメータレンズ７２により所定の範囲に制限された光束となる。

【0027】

蛍光ホイール装置１００は、円板状又は円環状に設けられた蛍光ホイール１０１と、この蛍光ホイール１０１を回転駆動するモータ１１０と、このモータ１１０を駆動制御する図示しない駆動制御装置とを有している。駆動制御装置は、上述した光源制御回路４１により制御される。蛍光ホイール装置１００は、青色波長帯域光が入射する蛍光ホイール１０１の表面側（モータ１１０が配置された側とは反対側）が後述するダイクロイックミラー２００側に向けられた姿勢で配置されている。

【0028】

図３に示す蛍光ホイール１０１は、銅やアルミニウム等の金属材料により設けられ、表面が銀蒸着等によりミラー加工されている。蛍光ホイール１０１は、赤色発光領域（第１発光領域）１０４及び緑色発光領域（第２発光領域）１０６を有している。赤色発光領域１０４及び緑色発光領域１０６は、蛍光ホイール１０１の周方向に並設され、図３に示す例ではそれぞれ略１２０度の角度範囲で配置される。なお、赤色発光領域１０４と緑色発光領域１０６の各領域が占める割合はそれぞれ略１２０度の角度範囲に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。

【0029】

赤色発光領域１０４は、ミラー加工された表面に赤色蛍光体層が設けられている。赤色発光領域１０４は、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光を励起光として受けて、赤色波長帯域光を含む蛍光を発光する。緑色発光領域１０６は、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光を励起光として受けて、緑色波長帯域光を含む蛍光を発光する。

【0030】

切り替え部材１５０は、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光の偏光態様を時分割で切り替える部材であり、液晶素子（偏光素子）１５２と、１／４波長板（位相差板）１５４とを含んでいる。液晶素子１５２は、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光が入射するような配置で設けられている。１／４波長板１５４は、液晶素子１５２を透過した青色波長帯域光が入射するような配置で液晶素子１５２と近接して設けられている。

【0031】

液晶素子１５２は、電圧が印加されるようになっており、電圧が印加されたオン状態と電圧が印加されないオフ状態の間で切り換えられるようになっている。液晶素子１５２の内部には、オフ状態において液晶（不図示）が所定の配向方向で封入されている。液晶素子１５２は、電圧が印加されてオン状態に切り替わることにより、内部の液晶の配向方向が９０°切り替わるようになっている。このように液晶の配向方向を制御することで、液晶素子１５２を透過する青色波長帯域光の偏光方向を９０°切り替えることができる。液晶素子１５２では、オン状態とオフ状態の切り替えが制御部３８により時分割で制御される。

【0032】

１／４波長板１５４は、液晶素子１５２を透過した直線偏光の青色波長帯域光を円偏光とする。液晶素子１５２をオン状態とオフ状態の間で切り替えることにより、液晶素子１５２を透過して１／４波長板１５４に入射する青色波長帯域光は、１／４波長板１５４の光軸方向に対して＋４５°の角度で入射する直線偏光の光と－４５°の角度で入射する直線偏光の光との間で切り替えられる。１／４波長板１５４に＋４５°の角度で入射した直線偏光の青色波長帯域光は、１／４波長板１５４を透過することにより右回りの円偏光とされる。１／４波長板１５４に－４５°の角度で入射した直線偏光の青色波長帯域光は、１／４波長板１５４を透過することにより左回りの円偏光とされる。

【0033】

偏光分離回折素子１６０は、１／４波長板１５４を透過した円偏光の青色波長帯域光が入射するような配置で設けられている。偏光分離回折素子１６０は、表面に微細な凹凸が設けられた回折格子であり、１／４波長板１５４を透過した円偏光の青色波長帯域光を左回りの円偏光と右回りの円偏光とに分離し、異なる方向に振り分ける。具体的には、偏光分離回折素子１６０は、右回りの円偏光の青色波長帯域光（第１の光）をマイクロレンズアレイ１７２側へ向かう第１方向Ｄ１に透過する光路に振り分け（図４（ｃ）参照）、左回りの円偏光の青色波長帯域光（第２の光）を後述する蛍光ホイール装置１００側へ向かう第２方向Ｄ２に透過する光路に振り分ける（図４（ａ）参照）。

【0034】

なお、液晶素子１５２のオン状態とオフ状態を切り替えるタイミングと同時に、即ち液晶の配向方向が切り替わる瞬間に青色波長帯域光が液晶素子１５２及び１／４波長板１５４を透過した場合、青色波長帯域光が円偏光とされることなく直線偏光のまま偏光分離回折素子１６０に入射し、振り分けられることなく第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２の両方向に向かうことも想定される（図４（ｂ）参照）。しかしながら、オン状態とオフ状態の切り替えタイミングは極めて微小な時間であるため、このような場合は考慮しなくともよい。

【0035】

ダイクロイックミラー２００は、偏光分離回折素子１６０と蛍光ホイール装置１００の間であって偏光分離回折素子１６０と接触（または近接）した位置に配置され、偏光分離回折素子１６０を第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に透過した青色波長帯域光、蛍光ホイール装置１００で発光した赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光が入射するように設けられている。ダイクロイックミラー２００は、青色波長帯域光を透過し、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光を反射する。このためダイクロイックミラー２００は、例えば波長帯域が４４０～４６５ｎｍの光を透過し、波長帯域が４６５～６５０ｎｍの光を反射する。

【0036】

第１集光レンズ１４１及び第２集光レンズ１４２は、ダイクロイックミラー２００と蛍光ホイール装置１００の間に設けられている。第１集光レンズ１４１及び第２集光レンズ１４２は、ダイクロイックミラー２００を第２方向Ｄ２に透過した青色波長帯域光を集光し、蛍光ホイール装置１００側へ導光する。また、第１集光レンズ１４１及び第２集光レンズ１４２は、蛍光ホイール装置１００の赤色発光領域１０４、緑色発光領域１０６で発光した赤色波長帯域光、緑色波長帯域光を集光し、ダイクロイックミラー２００側へ集光する。

【0037】

本実施形態では、液晶素子１５２がオフ状態の場合、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光は、液晶素子１５２及び１／４波長板１５４を透過することにより右回りの円偏光とされ、偏光分離回折素子１６０により第１方向Ｄ１に振り分けられてダイクロイックミラー２００を透過する。一方、液晶素子１５２がオン状態の場合、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光は、液晶素子１５２及び１／４波長板１５４を透過することにより左回りの円偏光とされ、偏光分離回折素子１６０により第２方向Ｄ２に振り分けられてダイクロイックミラー２００を透過する。

【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、ダイクロイックミラー２００側に向けられた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）を均一化し、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】

ここで、ダイクロイックミラー２００は、ダイクロイックミラー２００を第１方向Ｄ１に透過した青色波長帯域光がマイクロレンズアレイ１７２側へ導光され、ダイクロイックミラー２００を第２方向Ｄ２に透過した青色波長帯域光が蛍光ホイール装置１００側へ導光されるような配置で設けられている。さらに、ダイクロイックミラー２００は、ダイクロイックミラー２００を第１方向Ｄ１に透過した青色波長帯域光の光軸と、蛍光ホイール装置１００で発光してダイクロイックミラー２００で反射する赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光の光軸とが重なるような配置で設けられている。

【0040】

具体的には、ダイクロイックミラー２００は、偏光分離回折素子１６０と接触して配置されており、ダイクロイックミラー２００のミラー面（青色波長帯域光を透過し、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光を反射する面）は、偏光分離回折素子１６０側に設けられている。また、蛍光ホイール１０１の板面は、第２方向Ｄ２と直交する方向に配置されている。また、ダイクロイックミラー２００と、偏光分離回折素子１６０とを近接して配置してもよく、この場合は、ダイクロイックミラー２００を第１方向Ｄ１に透過した青色波長帯域光の光軸は、ダイクロイックミラー２００で反射する赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光の光軸と略一致する。

【0041】

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。本実施形態に係る投影装置１０は、以上のような構成とされる。

【0042】

次に、図５に基づいて、画像生成時に要求される所定波長帯域の光を光源装置６０から出射するときの、制御部３８における蛍光ホイール装置１００、液晶素子１５２の制御態様、及び偏光分離回折素子１６０に入射する青色波長帯域光の偏光方向を説明する。図５に示すように、１フレームは２つのサブフレームで構成され、制御部３８は、光源制御回路４１により各サブフレームで蛍光ホイール装置１００、及び液晶素子１５２を時分割で制御して各色を表示する。

【0043】

制御部３８は、青色波長帯域光の出射期間は、液晶素子１５２がオフ状態となるように制御する。このとき、偏光分離回折素子１６０には右回りの円偏光とされた青色波長帯域光が入射する。制御部３８は、赤色波長帯域光の出射期間は、蛍光ホイール１０１のうち青色波長帯域光が入射する位置に蛍光ホイール装置１００の赤色発光領域１０４が位置し、かつ液晶素子１５２がオン状態となるように制御する。このとき、偏光分離回折素子１６０には左回りの円偏光とされた青色波長帯域光が入射する。

【0044】

また、制御部３８は、緑色波長帯域光の出射期間は、蛍光ホイール１０１のうち緑色波長帯域光が入射する位置に蛍光ホイール装置１００の緑色発光領域１０６が位置し、かつ液晶素子１５２がオン状態となるように制御する。このとき、偏光分離回折素子１６０には左回りの円偏光とされた青色波長帯域光が入射する。以上の制御態様により、導光光学系１７０を介して各波長帯域光が表示素子５０に入射され、表示素子５０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。

【0045】

次に、光源装置６０を構成する各部材における光の出入射を説明する。まず、図６に基づいて励起光である青色波長帯域光が出射される場合について説明する。ここで、青色波長帯域光（図６及び図７において実線で示す光Ｌ１）が入射する蛍光ホイール１０１上の位置を第１照射スポットＳＰ１（図３参照）とする。図６では、液晶素子１５２がオフ状態とされている。

【0046】

励起光照射装置７０の各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（励起光）は、１／４波長板１５４の光軸方向に対して＋４５°の角度で入射する直線偏光の光となっている。液晶素子１５２がオフ状態とされているときには、各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、その偏光方向が切り替わることなく液晶素子１５２を透過し、１／４波長板１５４を透過することにより右回りの円偏光の光とされる。１／４波長板１５４を透過して偏光分離回折素子１６０に入射した右回りの円偏光の青色波長帯域光は、偏光分離回折素子１６０により第１方向Ｄ１に振り分けられつつ偏光分離回折素子１６０及びダイクロイックミラー２００を透過して、マイクロレンズアレイ１７２に向けて出射される。このようにして、青色波長帯域光とされる励起光は、光源光として利用することができる。

【0047】

次に、図７に基づいて、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光が出射される場合について説明する。図７では、液晶素子１５２がオン状態とされ、第１照射スポットＳＰ１に赤色発光領域１０４が位置している。又は、図７では、液晶素子１５２がオン状態とされ、第１照射スポットＳＰ１に緑色発光領域１０６が位置している。

【0048】

励起光照射装置７０の各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（励起光）は、１／４波長板１５４の光軸方向に対して＋４５°の角度で入射する直線偏光の光となっている。液晶素子１５２がオン状態とされているときには、各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、液晶素子１５２を透過することにより偏光方向が９０°切り替えられ、１／４波長板１５４にその光軸方向に対して－４５°の角度で入射する。そして、青色波長帯域光は、１／４波長板１５４を透過することにより、左回りの円偏光の光とされる。

【0049】

１／４波長板１５４を透過して偏光分離回折素子１６０に入射した左回りの円偏光の青色波長帯域光は、偏光分離回折素子１６０により第２方向Ｄ２に振り分けられつつ偏光分離回折素子１６０及びダイクロイックミラー２００を透過して、蛍光ホイール装置１００側に向けて出射される。蛍光ホイール装置１００側に向けて出射された青色波長帯域光は、第１集光レンズ１４１及び第２集光レンズ１４２により集光され、蛍光ホイール１０１に入射する。第１照射スポットＳＰ１に赤色発光領域１０４が位置しているときには、蛍光ホイール１０１に入射する青色波長帯域光は赤色蛍光体層を照射し、第１照射スポットＳＰ１に緑色発光領域１０６が位置しているときには、蛍光ホイール１０１に入射する青色波長帯域光は緑色蛍光体層を照射する。

【0050】

赤色発光領域１０４に励起光である青色波長帯域光が照射されると、赤色波長帯域光を含む蛍光（図７において破線で示す光Ｌ２）が発光する。また、緑色発光領域１０６に青色波長帯域光が照射されると、緑色波長帯域光を含む蛍光（図７において破線で示す光Ｌ２）が発光する。ここで、赤色発光領域１０４及び緑色発光領域１０６で発光する光には、赤色波長帯域光を含む蛍光又は緑色波長帯域光を含む蛍光と、赤色発光領域１０４又は緑色発光領域１０６に照射されずにそのまま蛍光ホイール１０１のミラー加工された面により反射された励起光（以下、「残留励起光」という。）が存在する。

【0051】

赤色発光領域１０４で発光した赤色波長帯域光及び緑色発光領域１０６で発光した緑色波長帯域光は、ある程度の角度をなして拡散され、第１集光レンズ１４１及び第２集光レンズ１４２を介してダイクロイックミラー２００側へ出射される。ダイクロイックミラー２００側へ出射された赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光は、ダイクロイックミラー２００によりマイクロレンズアレイ１７２側に反射されてマイクロレンズアレイ１７２に入射する。このようにして、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光を光源光として利用することができる。

【0052】

なお、蛍光ホイール１０１で反射された残留励起光は、第１集光レンズ１４１及び第２集光レンズ１４２を介してダイクロイックミラー２００側へ出射される。ダイクロイックミラー２００に入射した残留励起光は、反射することなくダイクロイックミラー２００を透過して取り除かれる。

【0053】

なお、本実施形態においては、蛍光ホイール装置１００に赤色発光領域１０４及び緑色発光領域１０６が設けられた構成を例示したが、蛍光ホイール装置１００に黄色波長帯域光を含む蛍光を発光する黄色発光体層が設けられ、ダイクロイックミラー２００と蛍光ホイール装置１００の間に赤色透過領域と緑色透過領域を有するカラーフィルタが設けられた構成としてもよい。この場合、蛍光発光装置は、蛍光ホイール装置１００と、上記カラーフィルタを備え、励起光である青色波長帯域光が黄色発光体層に照射されて黄色波長帯域光が発光し、発光した黄色波長帯域光がカラーフィルタに入射する。カラーフィルタに入射した黄色波長帯域光は、照射スポットに赤色透過領域が位置しているときには、赤色透過領域を透過することによりその他の緑色波長帯域光が反射して取り除かれ赤色波長帯域光となり、照射スポットに緑色透過領域が位置しているときには、緑色透過領域を透過することによりその他の赤色波長帯域光が反射して取り除かれ緑色波長帯域光となる。なお、この場合、蛍光ホイール装置１００の代わりに黄色の蛍光を発光する固定蛍光体を用いてもよい。

【0054】

以上説明したように本実施形態に係る光源装置６０は、青色波長帯域光を出射する励起光照射装置７０と、青色波長帯域光を、右回りの円偏光の青色波長帯域光と、左回りの円偏光の青色波長帯域光とのいずれかに時分割で切り替えて出射する液晶素子１５２及び１／４波長板１５４と、右回りの円偏光の青色波長帯域光を第１方向Ｄ１に透過させ、左回りの円偏光の青色波長帯域光を第２方向Ｄ２に透過させる偏光分離回折素子１６０と、偏光分離回折素子１６０を透過した第２方向Ｄ２の左回りの円偏光の青色波長帯域光が入射されることにより、赤色波長帯域光または緑色波長帯域光を含む蛍光を出射する蛍光ホイール装置１００と、を備える。

【0055】

本実施形態の光源装置６０は、上記のような構成とされていることにより、液晶素子１５２及び１／４波長板１５４を透過する青色波長帯域光の偏光方向が時分割で切り替えられて出射されるため、偏光により光の反射及び透過の切り替えを行うための構成を別途設けることなく、偏光分離回折素子１６０により青色波長帯域光を第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２に振り分けることができる。このため、第１方向Ｄ１を第２方向Ｄ２の青色波長帯域光により蛍光ホイール装置１００で発光した赤色波長帯域光または緑色波長帯域光が導光される方向と略等しくすることにより、青色波長帯域光の光路と赤色波長帯域光または緑色波長帯域光の光路を略同一にすることができる。

【0056】

これにより、一方の波長帯域光を他方の波長帯域光から独立して導光するためのレンズ部材やミラー部材等を別途配置する必要がなく、部材点数を削減でき、光源光学系１４０の構成を簡単にすることができる。このため、光源装置６０では、装置の小型化を図ることができる。さらに、偏光分離回折素子１６０を用いて光路の振り分けを行う構成とすることにより、偏光により光の反射及び透過の切り替えを行うための構成を別途設ける場合と比べて、各色を表示するための時分割制御の効率を高めることができる。

【0057】

また、光源装置６０では、偏光分離回折素子１６０と蛍光ホイール装置１００の間に設けられ、赤色波長帯域光および緑色波長帯域光を反射し、偏光分離回折素子１６０を透過した青色波長帯域光を透過するダイクロイックミラー２００と、を備える。このため、ダイクロイックミラー２００を透過する第１方向Ｄ１をダイクロイックミラー２００で赤色波長帯域光が反射される方向と略等しくすることにより、偏光分離回折素子１６０及びダイクロイックミラー２００を第１方向Ｄ１に透過した青色波長帯域光と、偏光分離回折素子１６０及びダイクロイックミラー２００を第２方向Ｄ２に透過した青色波長帯域光により蛍光ホイール装置１００で発光し、ダイクロイックミラー２００で反射した赤色波長帯域光とが同じ側へ導光される。このように、青色波長帯域光の光路と赤色波長帯域光または緑色波長帯域光の光路を略同一にするための具体的な構成を実現することができる。

【0058】

また、光源装置６０では、第１方向Ｄ１は、赤色波長帯域光および緑色波長帯域光がダイクロイックミラー２００で反射される方向と略等しい。また、光源装置６０では、ダイクロイックミラー２００は、第１方向Ｄ１に透過する青色波長帯域光の光軸と、反射する赤色波長帯域光および緑色波長帯域光の光軸とが重なるように配置されている。これにより、ダイクロイックミラー２００を第１方向Ｄ１に透過した青色波長帯域光と、ダイクロイックミラー２００で反射した赤色波長帯域光とが同じ側へ導光されるための具体的な構成を提供することができる。

【0059】

また、光源装置６０では、蛍光発光装置としての蛍光ホイール装置１００は、青色波長帯域光が照射されて赤色波長帯域光を発光する赤色発光領域と、青色波長帯域光が照射されて緑色波長帯域光を含む蛍光を発光する緑色発光領域と、を有する。これにより、左回りの円偏光の青色波長帯域光が入射されることにより赤色波長帯域光または緑色波長帯域光を含む蛍光を出射する蛍光発光装置の具体的な構成を提供することができる。

【0060】

また、光源装置６０は、切り替え部材として、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光の偏光を９０°切り替える偏光素子と、偏光素子を透過した青色波長帯域光の偏光を円偏光とする位相差板とを備えている。また、光源装置６０は、偏光素子として、電圧が印可されることにより液晶の配向方向が９０°切り替わる液晶素子１５２を備えている。これにより、励起光照射装置７０から出射されて偏光分離回折素子１６０に入射する青色波長帯域光の偏光方向を右回りの円偏光又は左回りの円偏光とするための切り替え部材の具体的な構成を提供することができる。

【0061】

また、光源装置６０は、振り分け部材として、左回りの円偏光と右回りの円偏光とを分離する偏光分離回折素子１６０を備えている。これにより、左回りの円偏光の青色波長帯域光と右回りの円偏光の青色波長帯域光とを分離して異なる方向に振り分けるための振り分け部材の具体的な構成を提供することができる。

【0062】

また、光源装置６０は、蛍光発光装置として蛍光ホイール装置１００を備えている。これにより、励起光が照射されることによる熱が蛍光ホイール装置１００に設けられた蛍光体層の一部に集中することを抑制することができる。

【0063】

また、本実施形態に係る投影装置１０は、上記の光源装置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３８と、を備えている。これにより、光源装置６０から投影光学系２２０側へ導光される青色波長帯域光、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光の光路を同一光路とすることができ、光源装置６０の小型化が図られた投影装置１０を実現することができる。

【0064】

また、投影装置１０では、液晶素子１５２は、制御部３８により切り替え制御される。これにより、切り替え部材により青色波長帯域光の偏光方向を切り替えるための具体的な構成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。

【0066】

例えば上記の実施形態では、切り替え部材が液晶素子と１／４波長板を含む構成を例示したが、切り替え部材が１／２波長板と１／４波長板を含み、１／２波長板が青色波長帯域光の光路上の位置と光路上から外れた位置との間でスライドするように制御される構成としてもよい。この場合、１／２波長板が青色波長帯域光の光路上から外れた位置にあるときには、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光は偏光方向が切り替えられることなく１／４波長板に入射し、１／２波長板が青色波長帯域光の光路上の位置にあるときには、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光は偏光方向が９０°切り替えられて１／４波長板に入射する。

【0067】

また、上記の実施形態では、偏光分離回折素子とダイクロイックミラーが別体とされた構成を例示したが、偏光分離回折素子とダイクロイックミラーが同一の複合部材に設けられた構成であってもよい。この場合、複合部材のうち１／４波長板に向けられた面に偏光分離素子を設けることができ、蛍光ホイール装置及びマイクロレンズアレイ側に向けられた面にダイクロイックミラーを設けることができる。これにより、光源装置を一層小型化することができる。

【符号の説明】

【0068】

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 キー／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 ８０ 赤緑色光源装置
１００ 蛍光ホイール装置
１０１ 蛍光ホイール １０４ 赤色発光領域
１０６ 緑色発光領域 １１０ モータ
１３０ ヒートシンク １４０ 光源光学系
１４１ 第１集光レンズ １４２ 第２集光レンズ
１５０ 切り替え部材 １５２ 液晶素子
１５４ １／４波長板 １５６ 偏光分離回折素子
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 １９５ コンデンサレンズ
２００ ダイクロイックミラー 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
Ｄ１ 第１方向 Ｄ２ 第２方向
Ｌ１，Ｌ２ 光 ＳＢ システムバス
ＳＰ１ 第１照射スポット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】