JP6820703B2

JP6820703B2 - 光源装置及び投影装置

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Publication number: JP6820703B2
Application number: JP2016180107A
Authority: JP
Inventors: 小川　昌宏; 昌宏小川
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2036-09-15
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Description

本発明は、光源装置及びこの光源装置を備える投影装置に関する。

今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画面、さらにメモリカード等に記憶されている画像データによる画像等をスクリーンに投影する画像撮影装置としてデータプロジェクタが多用されている。このプロジェクタは、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、又は、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るものである。

このようなプロジェクタにおいて、従来は高輝度の放電ランプを光源とするものが主流であったが、近年、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）やレーザダイオード(ＬＤ：ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ)、有機ＥＬ、あるいは、蛍光体等を用いる種々のプロジェクタの開発がなされている。

特許文献１に開示される投影装置は、青色波長帯域光のレーザ光を発光する第１の光源と、カラーホイールと、赤色波長帯域光を発光する第２の光源とを具備する。カラーホイールには、レーザ光を励起光として緑色波長帯域光を発光する蛍光体層と、レーザ光を拡散透過する拡散層とが並設される。光源装置は、第一の光源の発光による緑色波長帯域光の発光期間と、第２の光源の発光による赤色波長帯域光の発光期間を部分的に重複させて混色した光源光を発生させる。

これにより、特許文献１の光源装置は、色バランスや投影画像の明るさなど所望される色環境に随時対応することが可能なものとしている。

特開２０１２−１２８４３８号公報

一般的に、視感度は波長毎に異なる。例えば、赤色波長帯域光は他の色の光と比べ相対的に視感度が低い。従って、特許文献１の投影装置で高輝度の映像を投影させたい場合、視感度が低い赤色光源を視感度が高い青色光源や緑色光源よりも大型化、高電力化して輝度を高くする必要がある。しかしながら、視感度が低い波長帯域光を発する光源を大型化、高電力化すると、光学部品の配置等が非効率となったり発熱量の増加により同光源の発光効率が低下することがある。また、光源光のうちの視感度が低い波長成分の輝度が低いと、投影画像の明るさや色バランス等の調光幅が狭くなってしまう。

本発明は、以上の点に鑑み、明るさや色バランス等の調光幅が広い光源装置、この光源装置を用いた投影装置及び光源制御方法を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、赤色波長帯域光を出射する発光ダイオードと、前記赤色波長帯域光と同系色で波長の異なる赤色波長帯域光を出射するレーザダイオードと、前記赤色波長帯域光と異なる色の第三波長帯域光を出射する複数の発光素子により形成された第三光源と、前記第三波長帯域光により励起された第四波長帯域光を蛍光光として出射する第四光源と、前記発光ダイオード、前記レーザダイオード及び前記第三光源の点灯を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記発光ダイオードが非点灯で前記レーザダイオードが点灯されている時は、前記発光ダイオードが点灯されている時よりも、前記発光素子の発光数を減少するように制御することを特徴とする。
また、本発明の光源装置は、赤色波長帯域光を出射する発光ダイオードと、前記赤色波長帯域光と同系色で波長の異なる赤色波長帯域光を出射するレーザダイオードと、前記赤色波長帯域光と異なる色の第三波長帯域光を出射する複数の発光素子により形成された第三光源と、前記第三波長帯域光により励起された第四波長帯域光を蛍光光として出射する第四光源と、前記発光ダイオード、前記レーザダイオード及び前記第三光源の点灯を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記発光ダイオードが非点灯で前記レーザダイオードが点灯されている時、中央側の前記発光素子から前記第三波長帯域光を出射し、前記発光ダイオードが点灯されている時よりも、前記発光素子の発光数を減少するように制御することを特徴とする。

また、本発明の投影装置は、上述の光源装置と、前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、を有し、前記制御部は、前記表示素子と前記光源装置を制御する、ことを特徴とする。

本発明によれば、明るさや色バランス等の調光幅が広い光源装置、この光源装置を用いた投影装置及び光源制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る投影装置を示す外観斜視図である。本発明の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。本発明の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。本発明の実施形態に係る第一ダイクロイックミラーの分光分布図である。本発明の実施形態に係る第一ダイクロイックミラー及び入射光の分光分布図である。本発明の実施形態に係る点灯モード毎の青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光の光線束の横断面積を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について述べる。図１は、本実施形態に係る投影装置１０の外観斜視図である。なお、本実施形態において、投影装置１０における左右とは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のスクリーン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。

投影装置１０は、図１に示すように、略直方体形状であって、筐体の前方の側板である正面パネル１２の側方に投影口を覆うレンズカバー１９を有すると共に、この正面パネル１２には複数の吸気孔１８や排気孔１７を設けている。さらに、図示しないがリモートコントローラからの制御信号を受信するＩｒ受信部を備えている。

また、筐体の上面パネル１１にはキー／インジケータ部３７が設けられ、このキー／インジケータ部３７には、電源スイッチキーや電源のオン又はオフを報知するパワーインジケータ、投影のオン、オフを切りかえる投影スイッチキー、光源ユニットや表示素子又は制御回路等が過熱したときに報知する過熱インジケータ等のキーやインジケータが配置されている。

さらに、筐体の背面パネルには、ＵＳＢ端子や画像信号入力用のＤ−ＳＵＢ端子、Ｓ端子、ＲＣＡ端子等を設ける入出力コネクタ部及び電源アダプタプラグ等の各種端子２０が設けられている。また、背面パネルには、複数の吸気孔が形成されている。なお、筐体の側板である図示しない右側パネル、及び、図１に示した側板である左側パネル１５には、各々複数の排気孔１７が形成されている。また、左側パネル１５の背面パネル近傍の隅部には、吸気孔１８が形成されている。

つぎに、投影装置１０の投影装置制御手段について、図２の機能回路ブロック図を用いて述べる。投影装置制御手段は、制御部３８、入出力インターフェース２２、画像変換部２３、表示エンコーダ２４、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。

表示エンコーダ２４は、入力された画像信号をビデオＲＡＭ２５に展開記憶させた上でこのビデオ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。

表示駆動部２６は、表示素子制御手段として機能するものである。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フレームレートで空間的光変調素子（ＳＯＭ）である表示素子５１を駆動する。そして、投影装置１０は、光源装置６０から出射された光線束を、導光光学系を介して表示素子５１に照射することにより、表示素子５１の反射光で光学像を形成し、後述する投影側光学系を介して図示しないスクリーンに画像を投影表示する。なお、この投影側光学系の可動レンズ群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が行われる。

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とされるメモリカード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する。画像圧縮／伸長部３１は、その画像データを、画像変換部２３を介して表示エンコーダ２４に出力し、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表示を可能とする処理を行う。

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等により構成されている。

筐体の上面パネル１１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、直接に制御部３８に送出され、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で復調されたコード信号が制御部３８に出力される。

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。この音声処理部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を駆動して拡声報音させる。

また、制御部３８は、光源制御手段としての光源制御回路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の励起光照射装置７０（図３参照）の動作を個別に制御する。また、光源制御回路４１は、制御部３８の指示により、投影モードに応じて、蛍光ホイール１０１等の同期のタイミングを制御する。本実施形態では、投影装置１０は、第一モード〜第三モードを備える。第一モードでは、光源光の色バランスや輝度分布のばらつきを低減させることができる。第二モードでは、赤色波長帯域光の色純度をより高めることができる。また、第三モードでは、赤色波長帯域光を明るくすることができる。図３の説明で後述するように、第一モードでは発光ダイオードである赤色光源１５１から赤色波長帯域光を出射し、第二モードではレーザダイオードである赤色光源１２１から赤色波長帯域光を出射し、第三モードでは赤色光源１５１及び赤色光源１２１から赤色波長帯域光を出射する。

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本体の電源のＯＦＦ後も冷却ファン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ＯＦＦにする等の制御を行う。

図３は、投影装置１０の内部構造を示す平面模式図である。投影装置１０は、右側パネル１４の近傍に制御回路基板２４１を備えている。この制御回路基板２４１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、制御回路基板２４１の側方、つまり、投影装置１０の筐体の略中央部分に光源装置６０を備えている。さらに、投影装置１０には、光源装置６０と左側パネル１５との間に、光源側光学系１７０や投影側光学系２２０が配置されている。

光源装置６０は、青色波長帯域光（第三波長帯域光）の光源であって励起光源ともされる励起光照射装置７０と、緑色波長帯域光（第四波長帯域光）の光源とされる緑色光源装置８０と、赤色波長帯域光の光源とされる赤色光源装置である、第一赤色光源装置１２０，第二赤色光源装置１５０と、を備える。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。そして、光源装置６０には、各色波長帯域光を導光し、出射する導光光学系１４０が配置される。導光光学系１４０は、各装置（励起光照射装置７０，緑色光源装置８０，第一赤色光源装置１２０）から出射される各色波長帯域光を光源側光学系１７０へ導光する。

励起光照射装置７０は、投影装置１０の筐体の左右方向における略中央部分であって背面パネル１３近傍に配置される。そして、励起光照射装置７０は、背面パネル１３と光軸が平行になるよう配置された複数の半導体発光素子である青色レーザダイオード（第三光源）７１から成る光源群、各青色レーザダイオード７１からの出射光の光軸を正面パネル１２方向に９０度変換する反射ミラー群７５、及び、青色レーザダイオード７１と右側パネル１４との間に配置されたヒートシンク８１等を備える。

光源群は、複数の青色レーザダイオード７１が平面上に配置されて形成される。本実施形態では、青色レーザダイオード７１が、左側パネル１５側から見た平面視２行２列に配置されて、さらにそれらの中央に１つを配置させた合計５個が設けられる。なお、図３の上下方向を行、紙面に垂直な方向を列として、マトリクス状に複数の青色レーザダイオード７１を配置させてもよい。

各青色レーザダイオード７１の光軸上には、出射光の指向性を高めるように平行光に変換する複数のコリメータレンズ７３が配置される。また、反射ミラー群７５は、複数の反射ミラーが階段状に配置されてミラー基盤と一体化して形成される。反射ミラー群７５は、青色レーザダイオード７１から出射される光線束を一方向に縮小して第二ダイクロイックミラー１４１へ向けて出射する。

ヒートシンク８１と背面パネル１３との間には冷却ファン２６１が配置されており、この冷却ファン２６１とヒートシンク８１とによって青色レーザダイオード７１が冷却される。さらに、反射ミラー群７５と背面パネル１３との間にも冷却ファン２６１が配置されており、この冷却ファン２６１によって反射ミラー群７５等が冷却される。

緑色光源装置８０を構成する蛍光ホイール装置１００は、励起光照射装置７０から出射される励起光の光路上であって、正面パネル１２の近傍に配置される。蛍光ホイール装置１００は、蛍光ホイール１０１、モータ１１０、集光レンズ群１１１、集光レンズ１１５を備える。蛍光ホイール１０１は、正面パネル１２と略平行となるように、つまり、励起光照射装置７０からの出射光の光軸と直交するように配置される。蛍光ホイール１０１は、略円盤状に形成され、中心部がモータ１１０の軸部と回転可能に固定される。蛍光ホイール１０１の外周縁近傍には、透過部と、緑色蛍光体（第四光源）が周方向に並設される。励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光は、透過部又は緑色蛍光体のいずれかに照射される。

透過部は、照射された青色波長帯域光を蛍光ホイール１０１の表側から裏側へ向かって拡散透過させる。緑色蛍光体は、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光が照射されると、緑色波長帯域光を蛍光光として出射する。

モータ１１０は、蛍光ホイール１０１を回転駆動させる。集光レンズ群１１１は、励起光照射装置７０から出射される励起光の光線束を蛍光ホイール１０１に集光させるとともに蛍光ホイール１０１から背面パネル１３方向に出射される光線束を集光する。集光レンズ１１５は、蛍光ホイール１０１から正面パネル１２方向に出射される光線束を集光する。モータ１１０の正面パネル１２側には冷却ファン２６１が配置されており、この冷却ファン２６１によって蛍光ホイール装置１００等が冷却される。

第一赤色光源装置１２０は、青色レーザダイオード７１と光軸が平行となるように配置された赤色光源（第一光源）１２１と、赤色光源１２１からの出射光を集光する集光レンズ群１２５と、を備える。赤色光源１２１は、赤色波長帯域光（第一波長帯域光）を発する半導体発光素子である赤色レーザダイオードである。そして、第一赤色光源装置１２０は、第一赤色光源装置１２０が出射する赤色波長帯域光の光軸が、蛍光ホイール１０１から出射される緑色波長帯域光の光軸と交差するように配置される。

第二赤色光源装置１５０は、赤色光源（第二光源）１５１と、赤色光源１５１からの出射光を集光する集光レンズ群１５５とを備える。赤色光源１５１は、赤色波長帯域光（第二波長帯域光）を発する半導体発光素子である赤色発光ダイオードである。第二赤色光源装置１５０は、第二赤色光源装置１５０が出射する赤色波長帯域光の光軸が、第一赤色光源装置１２０から出射される赤色波長帯域光の光軸と交差するように配置される。

また、第一赤色光源装置１２０は、赤色光源１２１の右側パネル１４側にヒートシンク１３０を備える。そして、ヒートシンク１３０と正面パネル１２との間には冷却ファン２６１が配置されており、この冷却ファン２６１及びヒートシンク１３０によって赤色光源１２１が冷却される。

導光光学系１４０は、各色波長帯域の光線束を集光させる集光レンズや、各色波長帯域の光線束の光軸を変換して同一の光軸とさせる反射ミラーやダイクロイックミラー等からなる。以下、各部材について説明する。

反射ミラー群７５と集光レンズ群１１１との間の位置には、第二ダイクロイックミラー１４１が配置される。第二ダイクロイックミラー１４１は、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光を透過し、緑色波長帯域光を反射する。また、第一赤色光源装置１２０と第二ダイクロイックミラー１４１との間であって、第二赤色光源装置１５０の後方側には、第一ダイクロイックミラー１４２が配置される。第一ダイクロイックミラー１４２は、第二赤色光源装置１５０が出射する赤色波長帯域光の光軸と、第一赤色光源装置１２０が出射する赤色波長帯域光の光軸が交差する位置に配置される。

図４は、第一ダイクロイックミラー１４２の分光分布図である。本図には、Ｐ偏光で入射してくる光に対する透過特性Ａ１と、Ｓ偏光で入射してくる光に対する透過特性Ａ２が示される。第一ダイクロイックミラー１４２は、Ｐ偏光の光に対して、約４００ｎｍ〜約５１０ｎｍの波長帯域の光を透過し、約５１０ｎｍ〜約６２０ｎｍの波長帯域の光を反射する。また、第一ダイクロイックミラー１４２は、Ｐ偏光の光に対して、約６２０ｎｍ以上の波長帯域の光を透過させる。第一ダイクロイックミラー１４２は、Ｓ偏光の光に対して、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍの波長帯域の光を透過し、約５００ｎｍ〜約６３０ｎｍの波長帯域の光を反射する。また、第一ダイクロイックミラー１４２は、Ｓ偏光の光に対して、約６３０ｎｍ以上の波長帯域の光を透過させる。よって、第一ダイクロイックミラー１４２は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲において、Ｓ偏光の透過帯域よりＰ偏光の透過帯域の方が広い。

いずれの透過特性Ａ１，Ａ２を利用するかは、第一ダイクロイックミラー１４２に入射される光の波長や偏光特性に応じて予め定めることができる。本実施形態では、赤色光源１２１から出射された赤色波長帯域光が第一ダイクロイックミラー１４２に対してＰ偏光で入射する例について説明する。

図５は、第一ダイクロイックミラー１４２及び入射光の分光分布図である。左側の第一縦軸は透過率及び反射率［％］を示し、右側の第二縦軸は光強度を示す。また、横軸は光の波長［ｎｍ］を示す。図５では、赤色光源（第一光源）１２１から出射される赤色波長帯域光（第一波長帯域光）Ｌ１の分布曲線と、赤色光源（第二光源）１５１から出射される赤色波長帯域光（第二波長帯域光）Ｌ２の分布曲線と、第一ダイクロイックミラー１４２のＰ偏光に対する透過特性Ａ１と、第一ダイクロイックミラー１４２の反射特性Ｂ１と、を示している。

赤色波長帯域光Ｌ１は、帯域幅が１０ｎｍ以下でピーク波長が約６４０ｎｍの光である。赤色波長帯域光Ｌ２は、帯域範囲が約５８０ｎｍ〜約６４０ｎｍでピーク波長が約６１０ｎｍの光である。よって、赤色波長帯域光Ｌ１の波長帯域の大部分は赤色波長帯域光Ｌ２の波長帯域よりも長い。また、赤色波長帯域光Ｌ１のピーク波長における光強度は赤色波長帯域光Ｌ２のピーク波長における光強度と略同じである。

透過特性Ａ１を有する第一ダイクロイックミラー１４２は、約４５０ｎｍ〜約４９０ｎｍの帯域幅でピーク波長が約４７０ｎｍである青色波長帯域光Ｌ３の大部分と赤色波長帯域光の長波長側の一部を透過し、約５３０ｎｍ〜約５７０ｎｍの帯域幅でピーク波長が約５５０ｎｍである緑色波長帯域光Ｌ４の大部分と赤色波長帯域光の短波長側の一部を反射する。

これにより、赤色光源１２１が出射してＰ偏光で入射してくる赤色波長帯域光Ｌ１は第一ダイクロイックミラー１４２を透過し、赤色光源１５１が出射する赤色波長帯域光Ｌ２は、第一ダイクロイックミラー１４２を反射して、同系色である複数の赤色波長帯域光を一つの光線束にして同一光路に合成することができる。

図３に戻り、第二ダイクロイックミラー１４１により反射された緑色波長帯域光及び第一ダイクロイックミラー１４２で合成された赤色波長帯域光は、左側パネル１５方向に出射する。

蛍光ホイール１０１を透過又は拡散透過した青色波長帯域光の光軸上、つまり、集光レンズ１１５と正面パネル１２との間には、第一反射ミラー１４３が配置される。第一反射ミラー１４３は、青色波長帯域光を反射してその光軸を左側パネル１５方向に９０度変換する。第一反射ミラー１４３における左側パネル１５側には、集光レンズ１４６が配置され、さらにこの集光レンズ１４６の左側パネル１５側には、第二反射ミラー１４５が配置される。第二反射ミラー１４５は、集光レンズ１４６から入射される青色波長帯域光の光軸を背面パネル１３側に９０度変換する。

第二反射ミラー１４５の背面パネル１３側には、集光レンズ１４７が配置される。また、集光レンズ１４９の左側パネル１５側であって、集光レンズ１４７の背面パネル１３側には、第三ダイクロイックミラー１４８が配置される。第三ダイクロイックミラー１４８は、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を反射して背面パネル１３側に９０度光軸を変換し、青色波長帯域光を透過させる。集光レンズ１４７により集光された青色波長帯域光は、第三ダイクロイックミラー１４８を透過して、光源側光学系１７０の集光レンズ１７３に集光される。

一方、第二ダイクロイックミラー１４１の左側パネル１５側には、集光レンズ１４９が配置される。第二ダイクロイックミラー１４１により反射された緑色波長帯域光及び第二ダイクロイックミラー１４１を透過した赤色波長帯域光の光軸は、集光レンズ１４９に入射する。集光レンズ１４９により集光された緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光は、第三ダイクロイックミラー１４８により反射され、光源側光学系１７０の集光レンズ１７３に集光される。こうして、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光が光源側光学系１７０に導光される。

光源側光学系１７０は、集光レンズ１７３、ライトトンネル１７５、集光レンズ１７８、光軸変換ミラー１８１、集光レンズ１８３、照射ミラー１８５、コンデンサレンズ１９５により構成されている。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５１から出射された画像光を投影側光学系２２０に向けて出射するので、投影側光学系２２０の一部でもある。

集光レンズ１７３は、ライトトンネル１７５の入射口の近傍に配置され、光源光を集光する。集光レンズ１７３により集光された各色波長帯域光は、ライトトンネル１７５に向かって出射される。

光軸変換ミラー１８１は、ライトトンネル１７５の背面パネル１３側の光軸上であって、集光レンズ１７８の後方に配置される。ライトトンネル１７５の出射口から出射した光線束は、集光レンズ１７８で集光された後、光軸変換ミラー１８１により、左側パネル１５側に光軸を変換される。

光軸変換ミラー１８１で反射した光線束は、集光レンズ１８３により集光された後、照射ミラー１８５により、コンデンサレンズ１９５を介して表示素子５１に所定の角度で照射される。なお、ＤＭＤとされる表示素子５１は、背面パネル１３側にヒートシンク１９０が設けられ、このヒートシンク１９０により表示素子５１は冷却される。

光源側光学系１７０により表示素子５１の画像形成面に照射された光源光である光線束は、表示素子５１の画像形成面で反射され、投影光として投影側光学系２２０を介してスクリーンに投影される。ここで、投影側光学系２２０は、コンデンサレンズ１９５、可動レンズ群２３５、固定レンズ群２２５により構成される。可動レンズ群２３５は、レンズモータにより移動可能に形成される。そして、可動レンズ群２３５及び固定レンズ群２２５は、固定鏡筒に内蔵される。よって、可動レンズ群２３５を備える固定鏡筒は、可変焦点型レンズとされ、ズーム調節やフォーカス調節が可能に形成される。

このように投影装置１０を構成することで、蛍光ホイール１０１を回転させるとともに励起光照射装置７０及び第一赤色光源装置１２０から適宜のタイミングで光を出射すると、青色、緑色及び赤色の各波長帯域光が導光光学系１４０及び光源側光学系１７０を介して表示素子５１に入射される。そのため、投影装置１０の表示素子５１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。

つぎに、各光源の点灯制御について説明する。光源装置６０は、投影モードに応じて、赤色波長帯域光を出射する赤色光源１２１，１５１が異なり、赤色波長帯域光Ｌ１及び赤色波長帯域光Ｌ２の一方又は両方を赤色波長帯域光と異なる色の光と時分割して出射させる。本実施形態の光源装置６０は、発光ダイオード（Ｒ−ＬＥＤ）である赤色光源１５１を駆動させる第一モード、レーザダイオード（Ｒ−ＬＤ）である赤色光源１２１を駆動させる第二モード、又は、赤色光源１５１及び赤色光源１２１を駆動させる第三モードで赤色波長帯域光を出射する。以下、各モードについて説明する。

図６は、点灯モード毎の青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光の光線束の横断面積を示す模式図である。本図では、図３の集光レンズ１７３の位置における光線束の横断面を模式的に示している。表内において黒塗りは消灯、白抜きは点灯を表す。

第一モード５１１では、光源装置６０は、赤色光源１５１を駆動させる。赤色光源１５１は、発光ダイオードであるため、赤色波長帯域光Ｌ２は、所定の出射角度を持った拡散光に近い光として出射される。

第一モード５１１において、光源装置６０は、複数の青色レーザダイオード７１の全体を発光させる。また、第一モード５１１において、光源装置６０は、複数の青色レーザダイオード７１の全体を発光させて出射させた青色波長帯域光Ｌ３を、蛍光ホイール１０１の緑色蛍光体の有効領域に広く照射する。

第二モード５１２では、光源装置６０は、赤色光源１２１を駆動させる。赤色光源１２１は、レーザダイオードであるため、赤色波長帯域光Ｌ１は、出射角度の狭い平行光に近い光として出射される。よって、第二モード５１２の赤色波長帯域光Ｌ１の横断面積は、図示するように、第一モード５１１の赤色波長帯域光Ｌ２と比べ比較的狭くなる。

第二モード５１２において、光源装置６０は、複数の青色レーザダイオード７１のうち、中心部の青色レーザダイオード７１を発光させる。本実施形態では、平面上の中心部に一つ、周囲に四つの青色レーザダイオード７１が配置されており、中心部の一つの青色レーザダイオード７１から青色波長帯域光Ｌ３１が出射される。図６の黒丸は、周囲の四つの青色レーザダイオード７１が消灯していることを示している。そのため、光源装置６０の光源光として出射された青色波長帯域光Ｌ３１は、横断面積が第一モード５１１の青色波長帯域光Ｌ３と比べ比較的狭くなる。また、第二モード５１２において、光源装置６０は、一つの青色レーザダイオード７１を発光させて出射させた青色波長帯域光Ｌ３１を、蛍光ホイール１０１の緑色蛍光体の有効範囲に狭く照射する。よって、光源装置６０の光源光として出射された緑色波長帯域光Ｌ４は、横断面積が第一モード５１１の緑色波長帯域光Ｌ４と比べ比較的狭いものとなる。

第三モード５１３では、光源装置６０は、赤色光源１５１及び赤色光源１２１を駆動させる。赤色光源１５１から出射された赤色波長帯域光Ｌ２及び赤色光源１２１から出射された赤色波長帯域光Ｌ１は、図３の第一ダイクロイックミラー１４２で同一光路に合成され、一つの光線束となる。よって、第三モード５１３の赤色波長帯域光Ｌ１，Ｌ２の横断面積は、図示するように、第一モード５１１の赤色波長帯域光Ｌ２と略同じとなる。

第三モード５１３において、光源装置６０は、複数の青色レーザダイオード７１の全体を発光させる。よって、光源装置６０の光源光として出射された青色波長帯域光Ｌ３は、光線束全体の横断面積が第一モード５１１の青色波長帯域光Ｌ３と略同じとなる。また、第三モード５１３において、光源装置６０は、複数の青色レーザダイオード７１の全体を発光させて出射させた青色波長帯域光Ｌ３を蛍光ホイール１０１の緑色蛍光体の有効領域に広く照射する。よって、光源装置６０の光源光として出射された緑色波長帯域光Ｌ４は、全体の横断面積が第一モード５１１の緑色波長帯域光Ｌ４と略同じとなる。

なお、青色レーザダイオード７１は、第三モード５１３において、複数の青色レーザダイオード７１の全体のうち、周囲の青色レーザダイオード７１から青色波長帯域光を相対的に弱く出射させる、または、中心側の青色レーザダイオード７１から青色波長帯域光を相対的に強く出射させることができる。

以上、本発明の実施形態の光源装置６０は、波長の異なる複数の赤色波長帯域光を出射させる赤色光源１２１，１５１を複数備える。第一モード５１１では、発光ダイオードである赤色光源１５１を駆動させて赤色波長帯域光Ｌ２を出射することにより色バランスや輝度分布のばらつきを低減させることができる。第二モード５１２では、レーザダイオードである赤色光源１２１を駆動させて長波長側の赤色波長帯域光Ｌ１を出射することにより、赤色波長帯域光の色純度をより高めることができる。また、第三モード５１３では、二つの赤色光源１２１，１５１を駆動させることにより光源装置６０から出射される赤色波長帯域光を明るくすることができる。このように、明るさや色バランス等の調光幅が広い光源装置６０、投影装置１０及び光源制御方法を提供することができる。

なお、本実施形態では、二つの赤色光源１２１，１５１は、出射される赤色波長帯域光Ｌ１，Ｌ２同士が交差するように異なる向きで配置したが、赤色光源１２１及び赤色光源１５１を複数同一平面上に並べて配置してもよい。例えば、赤色光源１２１と赤色光源１５１を隣接させて配置させることができる。また、青色レーザダイオード７１の配置と同様に、平面上に赤色光源１５１を２行２列に配置して、さらにそれらの中央に赤色光源１５１を１つ配置させた合計５個の赤色光源１２１，１５１を備えてもよい。また、上下方向を行、前後方向を列として、平面視マトリクス状に赤色光源１２１，１５１を配置させてもよい。マトリクス状に配置させた場合であっても、中心部にレーザダイオードである赤色光源１２１を配置させることができる。なお、このように赤色光源１２１及び赤色光源１５１を同一平面上に並べた場合、光源装置６０は、図３に示した第一ダイクロイックミラー１４２を備えない構成とすることができる。

また、図３において、赤色光源１５１は、蛍光ホイール１０１と第一ダイクロイックミラー１４２との間に配置したが、蛍光ホイール１０１と赤色光源１５１との間に第一ダイクロイックミラー１４２が位置するように赤色光源１５１を配置させる等、任意の位置に配置してもよい。その場合、赤色波長帯域光Ｌ１，Ｌ２を合成させる第一ダイクロイックミラー１４２は、赤色光源１５１の赤色波長帯域光Ｌ２が第二ダイクロイックミラー１４１に向かって反射されるように配置される。

また、光源装置６０は、レーザダイオードである赤色光源１２１から出射された赤色波長帯域光を拡散させるために、赤色波長帯域光を拡散透過させる赤色ダイクロイックフィルタを備えてもよい。例えば、赤色ダイクロイックフィルタは円盤状のカラーホイール上に青色ダイクロイックフィルタや緑色ダイクロイックフィルタと共に周方向に並設されるように設けられる。カラーホイールは、図３の平面図において、集光レンズ１７３とライトトンネル１７５の間に設けられて、回転駆動が行われる。また、赤色波長帯域光を拡散透過させる赤色ダイクロイックフィルタは、集光レンズ群１２５と第一ダイクロイックミラー１４２との間に設けてもよい。

以上説明したように、本発明の実施形態の光源装置６０及び投影装置１０は、第一波長帯域光を出射する赤色光源１５１と、第一波長帯域光と同系色で波長の異なる第二波長帯域光を出射する赤色光源１２１と、第一波長帯域光及び第二波長帯域光と異なる色の光を出射する他の光源と、制御部３８と、を有する。制御部３８は、第一波長帯域光及び第二波長帯域光の一方又は両方を異なる色の光と時分割して出射させる。よって、同系色の光の光強度や色味を調節できるため、明るさや色バランス等の調光幅が広い光源装置６０、投影装置１０及び光源制御方法を提供することができる。

また、他の光源が、第三波長帯域光を出射する複数の青色レーザダイオード７１により形成された励起光照射装置７０、及び、第三波長帯域光により励起された第四波長帯域光を蛍光光として出射する緑色蛍光体である光源装置６０は、異なる色の光を時分割で合成させてカラー画像を形成するための光源とすることができる。

また、発光ダイオードである赤色光源１５１を発光させる第一モードのときに、複数の青色レーザダイオード７１である発光素子の全体から第三波長帯域光を出射して、第三波長帯域光及び第四波長帯域光を光源光として出射させる光源装置６０は、色バランスや輝度分布のばらつきを低減させることができる。

また、レーザダイオードである赤色光源１２１を発光させる第二モードのときに、複数の青色レーザダイオード７１のうち中央側の青色レーザダイオード７１から第三波長帯域光を出射して、第三波長帯域光及び第四波長帯域光を光源光として出射させる光源装置６０は、赤色波長帯域光の色純度をより高めることができる。また、この場合、赤色光源１２１から出射される第二波長帯域光が略平行光であり、青色レーザダイオード７１から出射される第三波長帯域光も略平行光であるため、各波長帯域の光は、互いに平行度が近くなり、照度分布を近付けることができる。

また、発光ダイオードである赤色光源１５１とレーザダイオードである赤色光源１２１とを発光させる第三モードのときに、複数の青色レーザダイオード７１の全体から第三波長帯域光を出射して、第三波長帯域光及び第四波長帯域光を光源光として出射させる光源装置６０は、出射される光源光の全体を明るくすることができる。

また、第三モードにおいて、複数の青色レーザダイオード７１の全体のうち、周囲の青色レーザダイオード７１から第三波長帯域光を弱く出射させる、又は、中央側の青色レーザダイオード７１から第三波長帯域光を強くする光源装置６０は、赤色波長帯域光の色純度を高めつつ赤色波長帯域光を明るくすることができる。

また、第一波長帯域光及び第二波長帯域光は赤色波長帯域光であり、第三波長帯域光は青色波長帯域光であり、第四波長帯域光は緑色波長帯域光である、光源装置６０は、三原色により任意のカラー画像を形成することができる。

また、第一波長帯域光が第一ダイクロイックミラー１４２を透過し、第二波長帯域光が第一ダイクロイックミラー１４２を反射して同一光路に合成される光源装置６０は、離れた位置に配置された光源から出射された同系色の光を一つの光線束として導光することができる。

また、複数の赤色光源１５１，１２１が同一平面上に配置される光源装置６０は、波長の異なる複数の光を、ダイクロイックミラー等を用いることなく同一光路に導光することができる。

なお、以上説明した実施形態は、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。

以下に、本願出願の最初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］第一波長帯域光を出射する第一光源と、
前記第一波長帯域光と同系色で波長の異なる第二波長帯域光を出射する第二光源と、
前記第一波長帯域光及び前記第二波長帯域光と異なる色の光を出射する他の光源と、
前記第一光源及び前記第二光源の一方又は両方を、前記他の光源と異なるタイミングで点灯させる制御部と、
を有することを特徴とする光源装置。
［２］前記他の光源は、第三波長帯域光を出射する複数の発光素子により形成された第三光源と、前記第三波長帯域光により励起された第四波長帯域光を蛍光光として出射する第四光源と、を含む、
ことを特徴とする上記［１］に記載の光源装置。
［３］前記制御部は、発光ダイオードである前記第一光源を発光させる第一モードのとき、複数の前記発光素子の全体から前記第三波長帯域光を出射して、前記第三波長帯域光及び前記第四波長帯域光を光源光として出射させることを特徴とする上記［２］に記載の光源装置。
［４］前記制御部は、レーザダイオードである前記第二光源を発光させる第二モードのとき、複数の前記発光素子のうち中央側の前記発光素子から前記第三波長帯域光を出射して、前記第三波長帯域光及び前記第四波長帯域光を光源光として出射させることを特徴とする上記［２］又は上記［３］に記載の光源装置。
［５］前記制御部は、発光ダイオードである前記第一光源とレーザダイオードである前記第二光源とを発光させる第三モードのとき、複数の前記発光素子の全体から前記第三波長帯域光を出射して、前記第三波長帯域光及び前記第四波長帯域光を光源光として出射させることを特徴とする上記［２］乃至上記［４］の何れかに記載の光源装置。
［６］前記第三モードにおいて、複数の前記発光素子の全体のうち、周囲の前記発光素子から前記第三波長帯域光を弱く出射させる、又は、中央側の前記発光素子から前記第三波長帯域光を強くすることを特徴とする上記［５］に記載の光源装置。
［７］前記第一波長帯域光及び前記第二波長帯域光は、赤色波長帯域光であり、
前記第三波長帯域光は、青色波長帯域光であり、
前記第四波長帯域光は、緑色波長帯域光である、
ことを特徴とする上記［２］乃至上記［６］の何れかに記載の光源装置。
［８］前記第一波長帯域光を透過し、前記第二波長帯域光を反射して、同一光路に合成する、第一ダイクロイックミラーを備える、
ことを特徴とする上記［１］乃至上記［７］の何れかに記載の光源装置。
［９］前記第一光源及び前記第二光源は、同一平面上に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の光源装置。
［１０］上記［１］乃至上記［９］の何れか記載の光源装置と、
前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、
前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、
を有し、
前記制御部は、前記表示素子と前記光源装置を制御する、
ことを特徴とする投影装置。

１０投影装置１１上面パネル
１２正面パネル１３背面パネル
１４右側パネル１５左側パネル
１７排気孔１８吸気孔
１９レンズカバー２０端子
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ＲＡＭ２６表示駆動部
３１画像圧縮／伸長部３２メモリカード
３５Ｉｒ受信部３６Ｉｒ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５１表示素子
６０光源装置
７０励起光照射装置７１青色レーザダイオード
７３コリメータレンズ７５反射ミラー群
８０緑色光源装置８１ヒートシンク
１００蛍光ホイール装置１０１蛍光ホイール
１１０モータ１１１集光レンズ群
１１５集光レンズ
１２０第一赤色光源装置１２１赤色光源
１２５集光レンズ群１３０ヒートシンク
１４０導光光学系１４１第二ダイクロイックミラー
１４２第一ダイクロイックミラー１４３第一反射ミラー
１４５第二反射ミラー１４６集光レンズ
１４７集光レンズ１４８第三ダイクロイックミラー
１４９集光レンズ１５０第二赤色光源装置
１５１赤色光源１５５集光レンズ群
１７０光源側光学系１７３集光レンズ
１７５ライトトンネル１７８集光レンズ
１８１光軸変換ミラー１８３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２２０投影側光学系
２２５固定レンズ群２３５可動レンズ群
２４１制御回路基板２６１冷却ファン
５１１第一モード５１２第二モード
５１３第三モード
Ａ１，Ａ２透過特性Ｂ１反射特性
Ｌ１，Ｌ２赤色波長帯域光Ｌ３，Ｌ３１青色波長帯域光
Ｌ４緑色波長帯域光

Claims

赤色波長帯域光を出射する発光ダイオードと、
前記赤色波長帯域光と同系色で波長の異なる赤色波長帯域光を出射するレーザダイオードと、
前記赤色波長帯域光と異なる色の第三波長帯域光を出射する複数の発光素子により形成された第三光源と、
前記第三波長帯域光により励起された第四波長帯域光を蛍光光として出射する第四光源と、
前記発光ダイオード、前記レーザダイオード及び前記第三光源の点灯を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記発光ダイオードが非点灯で前記レーザダイオードが点灯されている時は、前記発光ダイオードが点灯されている時よりも、前記発光素子の発光数を減少するように制御することを特徴とする光源装置。
前記制御部は、発光ダイオードを発光させ、レーザダイオードを発光させない第一モードのとき、複数の前記発光素子の全体を点灯することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記制御部は、レーザダイオードを発光させ、発光ダイオードを発光させない第二モードのとき、複数の前記発光素子のうち中央側の前記発光素子を点灯することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
前記制御部は、発光ダイオードとレーザダイオードとを発光させる第三モードのとき、複数の前記発光素子の全体を点灯することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光源装置。
前記第三モードにおいて、複数の前記発光素子の全体のうち、周囲の前記発光素子から前記第三波長帯域光を弱く出射させる、又は、中央側の前記発光素子から前記第三波長帯域光を強く出射させることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
前記第三波長帯域光は、青色波長帯域光であり、
前記第四波長帯域光は、緑色波長帯域光である、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の光源装置。
前記発光ダイオードから出射された赤色波長帯域光を透過し、前記レーザダイオードから出射された赤色波長帯域光を反射して、同一光路に合成する、第一ダイクロイックミラーを備える、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の光源装置。
前記発光ダイオード及び前記レーザダイオードは、同一平面上に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の光源装置。
赤色波長帯域光を出射する発光ダイオードと、
前記赤色波長帯域光と同系色で波長の異なる赤色波長帯域光を出射するレーザダイオードと、
前記赤色波長帯域光と異なる色の第三波長帯域光を出射する複数の発光素子により形成された第三光源と、
前記第三波長帯域光により励起された第四波長帯域光を蛍光光として出射する第四光源と、
前記発光ダイオード、前記レーザダイオード及び前記第三光源の点灯を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記発光ダイオードが非点灯で前記レーザダイオードが点灯されている時、中央側の前記発光素子から前記第三波長帯域光を出射し、前記発光ダイオードが点灯されている時よりも、前記発光素子の発光数を減少するように制御することを特徴とする光源装置。
請求項１乃至請求項９の何れか記載の光源装置と、
前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、
前記表示素子から出射された前記画像光をスクリーンに投影する投影側光学系と、
を有し、
前記制御部は、前記表示素子と前記光源装置を制御する、
ことを特徴とする投影装置。