(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光を出射する光源と、
蛍光体領域と蛍光体を備えない領域とを有する第１の回転体であって、前記蛍光体領域で前記第１の光を蛍光した蛍光光と、前記蛍光体を備えない領域を経た前記第１の光と、を少なくとも含む第２の光へ変換する第１の光変換手段と、
前記第２の光を変調し、画像形成する画像形成素子と、
前記光源から出射される前記第１の光の出力、又は前記第１の光の照射による前記蛍光体領域の周辺の空気の温度変化に応じ、前記第１の回転体の回転数を変化させる回転数制御手段と、
前記第１の回転体における所定位置の検出に基づいて検知された、前記第１の回転体の回転のタイミングに基づき、前記第１の回転体の回転と前記画像形成素子による画像形成を同期させる第１の同期手段と、を有することを特徴とする画像形成ユニット。
【請求項２】
第１の光を出射する光源と、
蛍光体領域と蛍光体を備えない領域とを有する第１の回転体であって、前記蛍光体領域で前記第１の光を蛍光した蛍光光と、前記蛍光体を備えない領域を経た前記第１の光と、を少なくとも含む第２の光へ変換する第１の光変換手段と、
波長選択領域と波長選択機能を備えない領域とを有する第２の回転体であって、前記波長選択領域で前記第２の光を波長選択した波長選択光と、前記波長選択機能を備えない領域を経た前記第２の光と、を少なくとも含む第３の光へ変換する第２の光変換手段と、
前記第３の光を変調し、画像形成する画像形成素子と、
前記光源から出射される前記第１の光の出力、又は前記第１の光の照射による前記蛍光体の周辺の空気の温度変化に応じ、前記第１の回転体の回転数を変化させる回転数制御手段と、
前記第１の回転体における所定位置の検出に基づいて検知された、前記第１の回転体の回転のタイミングに基づき、前記第１の回転体の回転と前記画像形成素子による画像形成を同期させる第１の同期手段と、
前記タイミングに基づき、前記第１の回転体の回転と第２の回転体の回転を同期させる第２の同期手段と、を有することを特徴とする画像形成ユニット。
【請求項３】
前記第２の光変換手段は、回転体に、前記波長選択領域と前記波長選択機能を備えない領域と、が周方向に備えられ、回転により、前記第３の光へ変換するカラーホイールである
ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成ユニット。
【請求項４】
前記第１の光変換手段は、回転体に、前記蛍光体領域と前記蛍光体を備えない領域と、が周方向に備えられ、回転により、前記第３の光へ変換する蛍光体ホイールである
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成ユニット。
【請求項５】
前記光源の出力モードを検知する出力モード検知手段を有し、
前記蛍光体ホイールは、検知された前記出力モードに応じ、前記蛍光体ホイールの回転数を変化させる
ことを特徴とする請求項４に記載の画像形成ユニット。
【請求項６】
前記出力モード検知手段は、前記第１の光の出力を検出する、
ことを特徴とする請求項５に記載の画像形成ユニット。
【請求項７】
所定の回転数で回転し、送風することで前記光源、前記第１の光変換手段、又は前記第２の光変換手段の少なくとも一方を冷却するファンを有し、
前記ファンは、前記第１の光の出力に応じ、前記ファンの回転数を変化させる、ことを特徴とする請求項２乃至６の何れか１項に記載の画像形成ユニット。
【請求項８】
所定の回転数で回転し、送風することで前記光源、前記第１の光変換手段、又は前記第２の光変換手段の少なくとも一方を冷却するファンを有し、
前記ファンは、前記第１の光の出力、又は前記第１の光変換手段の回転数に応じ、前記ファンの回転数を変化させる、ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の画像形成ユニット。
【請求項９】
前記ファンは、前記ファンの回転数を不連続に変化させる、ことを特徴とする請求項７、又は８に記載の画像形成ユニット。
【請求項１０】
前記画像形成ユニットの周辺の温度を検出する温度検出手段を有し、
前記ファンは、検出された前記温度に基づき、前記ファンの回転数を変化させる、ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の画像形成ユニット。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の画像形成ユニットを有する画像投射装置。
【請求項１２】
光源により、第１の光を出射する工程と、
蛍光体領域と蛍光体を備えない領域とを有する第１の回転体を用い、前記蛍光体領域で前記第１の光を蛍光した蛍光光と、前記蛍光体を備えない領域を経た前記第１の光と、を少なくとも含む第２の光へ変換する工程と、
波長選択領域と波長選択機能を備えない領域とを有する第２の回転体を用い、前記波長選択領域で前記第２の光を波長選択した波長選択光と、前記波長選択機能を備えない領域を経た前記第２の光と、を少なくとも含む第３の光へ変換する工程と、
画像形成素子により、前記第３の光を変調し、画像形成する工程と、
前記光源から出射される前記第１の光の出力、又は前記第１の光の照射による前記蛍光体領域の周辺の空気の温度変化に応じ、前記第１の回転体の回転数を変化させる工程と、
前記第１の回転体における所定位置の検出に基づいて検知された、前記第１の回転体の回転のタイミングに基づき、前記第１の回転体の回転と第２の回転体の回転を同期させる工程と、
前記タイミングに基づき、前記第１の回転体の回転と前記画像形成素子による画像形成を同期させる工程と、を含むことを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成ユニット、画像投射装置、及び画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大画面のディスプレイ装置が急速に普及してきており、それらを用いた会議やプレゼンテーション、研修等が一般的になりつつある。例えば、このようなディスプレイ装置として、スクリーン等に画像を投射して拡大表示する画像投射装置（所謂プロジェクタ）が使用されている。画像投射装置では、光源ユニットからの光をＤＭＤ（Digital Micromirror Device）や液晶等の画像形成素子により画素毎で階調制御し、画像を形成する画像形成ユニットが用いられている。
【０００３】
画像形成ユニットには、例えば、励起光源と、励起光源からの出射光を励起光として発光する蛍光体が周方向に敷設された蛍光ホイールと、この蛍光ホイールを駆動するホイールモータと、蛍光体に燃焼破壊が生じない範囲でホイールモータの停止、又は、駆動の制御を行うモータ制御手段とを備え、画像投射時の投射モード、又は励起光源を流れる駆動電流を確認しながらホイールモータの停止、又は、駆動の制御を行う光源ユニットを用いるものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【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、特許文献１の装置では、光源から照射される光による蛍光体の破壊や蛍光効率の低下を防ぐために、蛍光体領域と蛍光体を備えない領域とを有する蛍光ホイールの回転数を変更することで、蛍光ホイールから発せられる光（蛍光体領域で蛍光された蛍光光、蛍光体を備えない領域で透過又は反射した励起光）のタイミングが変わってしまい、画像形成素子(ＤＭＤ)で形成される画像が乱れる場合があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、蛍光体領域と蛍光体を備えない領域を有する蛍光ホイールの回転数が変更され、蛍光ホイールから発せられる光（蛍光体領域で蛍光された蛍光光、蛍光体を備えない領域で透過又は反射した励起光）のタイミングが変わっても、形成される画像を乱すことなく、励起光による蛍光体の破壊や蛍光効率の低下を防止することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開示の技術の一態様に係る画像形成ユニットは、第１の光を出射する光源と、蛍光体領域と蛍光体を備えない領域とを有する第１の回転体であって、前記蛍光体領域で前記第１の光を蛍光した蛍光光と、前記蛍光体を備えない領域を経た前記第１の光と、を少なくとも含む第２の光へ変換する第１の光変換手段と、前記第２の光を変調し、画像形成する画像形成素子と、前記光源から出射される前記第１の光の出力、又は前記第１の光の照射による前記蛍光体領域の周辺の空気の温度変化に応じ、前記第１の回転体の回転数を変化させる回転数制御手段と、前記第１の回転体における所定位置の検出に基づいて検知された、前記第１の回転体の回転のタイミングに基づき、前記第１の回転体の回転と前記画像形成素子による画像形成を同期させる第１の同期手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
蛍光体領域と蛍光体を備えない領域とを有する蛍光ホイールの回転数が変更され、蛍光ホイールから発せられる光のタイミングが変わっても、形成される画像を乱すことなく、励起光による蛍光体の破壊や蛍光効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の画像投射装置を例示する模式図である。
【図２】第１の実施形態で用いる波長選択偏光分離素子の分光透過率特性を例示する図である。
【図３】第１の実施形態で用いる蛍光体ホイールを例示する拡大平面図である。
【図４】第１の実施形態で用いるカラーホイールを例示する拡大平面図である。
【図５】第１の実施形態の画像投射装置において各照明光を時分割で取り出すタイミングチャートの例である。
【図６】第１の実施形態における画像投射装置の機能構成を例示するブロック図である。
【図７】第１の実施形態における処理を例示するフローチャートである。
【図８】第１の実施形態の画像投射装置における光源出力モード毎の装置仕様の一部を例示する表である。
【図９】第２の実施形態の画像投射装置を例示する模式図である。
【図１０】第２の実施形態における画像投射装置の機能構成を例示するブロック図である。
【図１１】第２の実施形態における処理を例示するフローチャートである。
【図１２】第３の実施形態の画像投射装置を例示する模式図である。
【図１３】第３の実施形態における画像投射装置の機能構成を例示するブロック図である。
【図１４】第３の実施形態における処理を例示するフローチャートである。
【図１５】第３の実施形態の画像投射装置における光源の出力と、蛍光体ホイール、及びファンの回転数との関係の第１の例を示す図である。
【図１６】第３の実施形態の画像投射装置における光源の出力と、蛍光体ホイール、及びファンの回転数との関係の第２の例を示す図である。
【図１７】第４の実施形態における温度センサの配置を説明する図である。
【図１８】第４の実施形態の画像投射装置を例示する模式図である。
【図１９】第４の実施形態における画像投射装置の機能構成を例示するブロック図である。
【図２０】第４の実施形態における処理を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１０】
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施形態の画像投射装置を例示する模式図である。図１に示すように、画像投射装置１は、画像形成ユニット１００と、投射光学部２００とを有している。
【００１１】
画像形成ユニット１００は、光源１０１と、レンズ１０２と、レンズ１０３と、波長選択偏光分離素子１０４と、１／４波長板１０５と、レンズ群１０６とを有している。
【００１２】
また画像形成ユニット１００は、蛍光体ホイール１０７と、レンズ１０８と、カラーホイール１０９と、ライトトンネル１１０と、レンズ群１１１と、ミラー群１１２と、画像形成素子１１３とを有している。
【００１３】
画像形成ユニット１００は、ライトトンネル１１０から時分割で順次出射される光を、画像形成素子１１３により画素毎で階調制御して画像を形成し、形成された画像を投射光学部２００に照射するユニットである。
【００１４】
画像形成ユニット１００において、光源１０１は、直線偏光成分を有する光を出射する。本実施形態では、一例として、光源１０１が、Ｐ偏光成分を有する（Ｐ波である）波長λＢの青色レーザ光を出射するレーザダイオードであるとして以降の説明を行う。波長λＢは、例えば、４００ｎｍ＜λＢ＜４７０ｎｍとすることができる。
【００１５】
但し、これには限定されず、光源１０１として青色光を発する発光ダイオード（Light Emitting Diode）や有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子を用いてもよいし、これらを複合した光源を用いてもよい。或いは、紫外域の波長領域の光を出射するレーザダイオード、発光ダイオード、有機ＥＬ素子等を用いてもよいし、これらを複合した光源を用いてもよい。
【００１６】
又、光源１０１は１つであってもよいし、複数であってもよい。又、光源１０１とレンズ１０２との間に、光源１０１から出射されたレーザ光を略平行光束としてレンズ１０２に導くカップリングレンズを設けてもよい。
【００１７】
光源１０１の出射する青色レーザ光は、第１の光の一例である。又、光源１０１の出射する青色レーザ光は、蛍光体ホイール１０７において蛍光を生じさせる励起光として使用される。
【００１８】
光源１０１の出射する青色レーザ光は、レンズ１０２、レンズ１０３を経由して略平行光束として波長選択偏光分離素子１０４に入射する。波長選択偏光分離素子１０４は、例えば、図２に示す分光透過率特性を有する光路切替手段である。
【００１９】
波長選択偏光分離素子１０４は、光源１０１の波長λＢにおいて、Ｐ波を透過させ、Ｓ波は透過させない（Ｓ波を反射させる）特性を有している。なお、図２の分光透過率特性からわかるように、大よそ５００ｎｍ以上の波長の光は、Ｐ波であるかＳ波であるかにかかわらず（偏光特性にかかわらず）、波長選択偏光分離素子１０４で反射される。波長選択偏光分離素子１０４としては、例えば、偏光ビームスプリッタを用いることができる。
【００２０】
図１に戻り、波長選択偏光分離素子１０４に入射したＰ波の青色レーザ光は、波長選択偏光分離素子１０４を透過し、直線偏光と円偏光を相互に変換する偏光変換手段である１／４波長板１０５に導かれる。１／４波長板１０５を透過した光はＰ波（Ｐ偏光）から円偏光となり、レンズ群１０６を経由して蛍光体ホイール１０７に入射する。
【００２１】
なお、偏光変換手段は１／４波長板には限定されず、例えば、レンズ群１０６を構成する何れかのレンズの入射面にＴａ２Ｏ５等の斜め蒸着膜を成膜したもの等を用いてもよい。ここで、斜め蒸着膜とは、蒸着物質が飛来する方向（蒸着源の方向）に対して、被蒸着対象物を斜めに設置し、被蒸着対象物の所定面の法線に対して蒸着物質を斜めに堆積形成させたものである。
【００２２】
レンズ群１０６は、例えば両凸レンズや平凸レンズ等を適宜組み合わせて構成でき、略平行光束を蛍光体ホイール１０７にスポット状に集光させる機能と、蛍光体ホイール１０７からの発散光を平行化して略平行光束に変換する機能とを有する。
【００２３】
図３は、第１の実施の形態で用いる蛍光体ホイールを例示する拡大平面図であって、蛍光体ホイールを入射光側から見た図である。図３に示すように、本実施の形態で用いる蛍光体ホイール１０７は、円盤状の部材、すなわち回転体が、異なる蛍光を発する複数の扇状の領域（セグメント）に分割された構成である。波長選択偏光分離素子１０４からの光が照射される領域が順次変化するように回転駆動される。
【００２４】
具体的には、蛍光体ホイール１０７は、周方向において、黄色の蛍光を発する黄色（Ｙ）蛍光体が形成された黄色（Ｙ）蛍光体領域１０７１、緑色の蛍光を発する緑色（Ｇ）蛍光体が形成された緑色（Ｇ）蛍光体領域１０７２、入射光を反射させる反射面が形成された反射面領域１０７３の３つの扇状の領域（セグメント）に分割されている。
【００２５】
黄色（Ｙ）蛍光体領域１０７１は、青色レーザ光を励起光として、青色レーザ光よりも長波長の黄色の蛍光を発生する。緑色（Ｇ）蛍光体領域１０７２は、青色レーザ光を励起光として、青色レーザ光よりも長波長の緑色の蛍光を発生する。反射面領域１０７３は、入射された青色レーザ光をそのまま青色の光として反射する。
【００２６】
蛍光体ホイール１０７は、レンズ群１０６からの光の入射位置に配置されるセグメントを、回転により切り替えることで、黄色の蛍光、緑色の蛍光、及び青色レーザ光の反射光を取り出す。
【００２７】
但し、上記では、青色の光を第２の光とする領域に、反射面領域１０７３を用いる例を示したが、これに限定されない。例えば透明領域、穴が開いた領域、又は拡散領域を用いて、青色の光を取り出すようにしてもよい。
【００２８】
透明領域は、例えば透明なガラスであり、青色のレーザ光を透過する。穴が開いた領域では、青色のレーザ光がそのまま通過する。拡散領域では、青色のレーザ光を拡散する。拡散領域は、例えば、表面に大きさの異なる凹凸構造が多数形成された構造とすることができる。
【００２９】
また、蛍光体領域として、黄色と緑色の蛍光体領域を用いる例を示したが、何れか１つであってもよく、他の色の蛍光体領域を、置換、又は追加で設けてもよい。
【００３０】
さらに、光源として青色レーザの他に、例えば赤色のレーザダイオード等の光源を別に設けてもよい。
【００３１】
蛍光体ホイール１０７は、「第１の光変換手段」の一例である。黄色（Ｙ）蛍光体領域１０７１、及び緑色（Ｇ）蛍光体領域１０７２は、それぞれ「蛍光体領域」の一例である。黄色（Ｙ）蛍光体領域１０７１、及び緑色（Ｇ）蛍光体領域１０７２で発生られる蛍光は、「蛍光光」の一例である。反射面領域１０７３は、「蛍光体を備えない領域」の一例である。黄色（Ｙ）蛍光体領域１０７１、緑色（Ｇ）蛍光体領域１０７２、及び反射面領域１０７３が設けられた回転体は、「第１の回転体」の一例である。
【００３２】
図１に戻り、蛍光体ホイール１０７の軸心には、蛍光体ホイール１０７を回転させるステッピングモータ等の駆動部１０７ｍが設けられている。蛍光体ホイール１０７が駆動部１０７ｍの駆動により所定のタイミングで回転することで、レンズ群１０６からの光の入射位置が、黄色（Ｙ）蛍光体領域１０７１、緑色（Ｇ）蛍光体領域１０７２、及び反射面領域１０７３の３つの何れかのセグメントに切替わる。また駆動部１０７ｍの駆動による蛍光体ホイール１０７の回転数は、駆動部１０７ｍを制御し、変更することができる。
【００３３】
黄色（Ｙ）蛍光体領域１０７１、又は緑色（Ｇ）蛍光体領域１０７２から発生した黄色、又は緑色の蛍光は、レンズ群１０６、及び１／４波長板１０５を往きとは逆向きに通過し、波長選択偏光分離素子１０４に入射する。なお、このときの黄色、又は緑色の蛍光は、ランダム偏光の状態である。
【００３４】
波長選択偏光分離素子１０４は、上述したように、大よそ５００ｎｍ以上の波長の光は、偏光特性にかかわらず反射する。そのため、蛍光体ホイール１０７で発生した黄色、及び緑色の蛍光は、波長選択偏光分離素子１０４により反射され、レンズ１０８を通ってカラーホイール１０９に入射される。
【００３５】
一方、蛍光体ホイール１０７の反射面領域１０７３で反射された光は、レンズ群１０６、及び１／４波長板１０５を往きとは逆向きに通過する。ここで、反射面領域１０７３に入射する円偏光は、反射後も円偏光が維持されるが、反射により入射光とは逆方向に回転する円偏光になる。例えば入射の時に時計回りの円偏光だった光は、反射後は反時計回りの円偏光になる。そして１／４波長板１０５を通過することで、往きとは偏光方向が直交する直線偏光になる。そのため、波長選択偏光分離素子１０４で反射され、レンズ１０８を通ってカラーホイール１０９に入射される。
【００３６】
図４は、第１の実施の形態で用いるカラーホイールを例示する拡大平面図であって、カラーホイールを入射光側から見た図である。図４に示すように、本実施の形態で用いるカラーホイール１０９は、円盤状の部材、すなわち回転体が、複数の扇状の領域（セグメント）に分割された構成である。具体的には、カラーホイール１０９は、周方向において、赤色（Ｒ）領域１０９１、緑色（Ｇ）領域１０９２、透明領域１０９３、及び拡散領域１０９４の４つの扇状の領域（セグメント）に分割されている。
【００３７】
カラーホイール１０９における赤色（Ｒ）領域１０９１は、赤色光を透過するダイクロイックフィルタが形成された領域であり、大よそ６００ｎｍ以上の波長範囲の光が透過し、それ以外の波長範囲の光が反射する。緑色（Ｇ）領域１０９２は、緑色光を透過するダイクロイックフィルタが形成された領域であり、大よそ５００ｎｍ〜５８０ｎｍ程度の波長範囲の光が透過し、それ以外の波長範囲の光が反射する。
【００３８】
透明領域１０９３では、全ての波長範囲の光がそのまま透過する。透明領域１０９３は、透明なガラス等としてもよいし、穴が開いた構成としてもよい。拡散領域１０９４は、全ての波長範囲の光が拡散して透過する。例えば、表面に大きさの異なる凹凸構造が多数形成された構造とすることができる。
【００３９】
カラーホイール１０９は、レンズ１０８からの光の入射位置に配置されるセグメントを、回転により切り替えることで、赤色、緑色、黄色及び青色の光を取り出す。
【００４０】
透明領域１０９３、及び拡散領域１０９４は、それぞれ第２の光を光変換するための領域の一例である。
このように、波長を変えずに光を取り出す領域として、反射面領域を用いてもよい。
【００４１】
また、第２の光を光変換する構成として、赤色と緑色の光を透過するダイクロイックフィルタが形成された領域の例を示したが、これに限定されない。何れか１つのダイクロイックフィルタを形成してもよいし、他の色のダイクロイックフィルタを、置換、又は追加で形成してもよい。
【００４２】
さらに、光源として青色レーザの他に、例えば赤色のレーザダイオード等の光源を別に設けてもよい。
【００４３】
カラーホイール１０９は、第２の光変換手段の一例である。赤色（Ｒ）領域１０９１、及び緑色（Ｇ）領域１０９２は、それぞれ「波長選択領域」の一例である。赤色（Ｒ）領域１０９１、及び緑色（Ｇ）領域１０９２を通過した光は、「波長選択光」の一例である。透明領域１０９３は、「波長選択機能を備えない領域」の一例である。赤色（Ｒ）領域１０９１、緑色（Ｇ）領域１０９２、及び透明領域１０９３が設けられた回転体は、「第２の回転体」の一例である。
【００４４】
図１に戻り、カラーホイール１０９の軸心には、カラーホイール１０９を回転させるステッピングモータ等の駆動部１０９ｍが設けられている。カラーホイール１０９が駆動部１０９ｍの駆動により所定のタイミングで回転することで、レンズ１０８からの光の入射位置が、赤色（Ｒ）領域１０９１、緑色（Ｇ）領域１０９２、透明領域１０９３、及び拡散領域１０９４の４つの何れかのセグメントに切替わる。すなわち、青色レーザ光及び蛍光の光路上に、何れかのセグメントが時間的に交互に配置される。また駆動部１０９ｍの駆動による蛍光体ホイール１０７の回転数は、駆動部１０９ｍを制御し、変更することができる。
【００４５】
青色の光は、レンズ１０８からの光の入射位置に、拡散領域１０９４が配置されたタイミングで、カラーホイール１０９に入射する。拡散領域１０９４を通過することで、青色の光は拡散される。これにより青色の光、すなわちレーザ光のコヒーレンス性が失われ、スクリーン等に現れるムラやスペックルが低減される。拡散領域１０９４を通過した光は、青色の照明光となる。
【００４６】
黄色の蛍光は、レンズ１０８からの光の入射位置に、透明領域１０９３、又は赤色（Ｒ）領域１０９１が配置されたタイミングで、カラーホイール１０９に入射する。透明領域１０９３が配置されたタイミングでは、最大限の明るさで黄色の光が得られる。通過した光は黄色の照明光となる。また赤色（Ｒ）領域１０９１が配置されたタイミングでは、赤色の光が得られる。通過した光は赤色の照明光となる。
【００４７】
緑色の蛍光は、レンズ１０８からの光の入射位置に、緑色（Ｇ）領域１０９２が配置されたタイミングで、カラーホイール１０９に入射する。これにより緑色の純度が調整され、緑色の照明光となる。
【００４８】
カラーホイール１０９の各領域を通過した光は、ライトトンネル１１０に入射する。
【００４９】
ライトトンネル１１０は、内部を中空とする筒状の部材である。ライトトンネル１１０へ入射する各照明光は、ライトトンネル１１０の内部で反射を繰り返すことにより、ライトトンネル１１０の出口では照度分布が均一となる。すなわち、ライトトンネル１１０は、各照明光の光量むらを低減する照度均一化手段としての機能を有している。なお、ライトトンネル１１０に代えて、フライアイレンズ等の他の照度均一化手段を採用してもよい。
【００５０】
ライトトンネル１１０を経て照度分布が均一化された各照明光は、レンズ群１１１によりリレーされ、ミラー群１１２で反射されて画像形成素子１１３に照射される。
【００５１】
画像形成素子１１３は、各照明光を、画素毎に階調制御することでカラー投影画像を形成する素子である。画像形成素子１１３は、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）で構成することができる。ＤＭＤでは、画素単位のマイクロミラーを有し、各マイクロミラーが異なる２つの角度の何れかの状態を維持することができる。
【００５２】
すなわち、ＤＭＤの各マイクロミラーは、各照明光を投射光学部２００へ向けて反射する角度（ＯＮ状態）と、各照明光を内部の吸収体へ向けて反射して外部に出射させない角度（ＯＦＦ状態）との何れかの状態となる。これにより、表示する画素毎に、投射光学部２００に照射する光を制御することができる。又、ＤＭＤでは、パルス幅変調方式（ＰＷＭ方式）により各マイクロミラーのＯＮ状態の時間比率を調整することで、表示する画素毎における階調表現を行うことができる。
【００５３】
なお、画像形成素子１１３はＤＭＤには限定されず、照明光を画素毎に階調制御してカラー投射画像を形成できる素子であれば、例えば、液晶等を用いてもよい。
【００５４】
本実施形態の画像投射装置１では、画像形成素子１１３による画像形成のタイミングに同期して、黄色、赤色、緑色、及び青色の各照明光は時分割で画像形成素子１１３に入射する。そして画像形成素子１１３で表示画素毎に階調制御された後、投射光学部２００によりスクリーン等に投射される。目の残像現象により、スクリーン等でカラー画像が視認可能となる。
【００５５】
なお、画像形成素子１１３は、ライトトンネル１１０、レンズ群１１１、及びミラー群１１２が定める光学経路上に配置されている。
【００５６】
ここで、図５のタイミングチャートを参照して、画像形成ユニット１００による画像形成方法の一例を説明する。
【００５７】
図５では、左端の列に項目が示されている。項目として、「光源出力の比」と、「蛍光体ホイールのセグメント」と、「カラーホイールのセグメント」と、「画像形成素子における色」と、「画像の色」とが示されている。
【００５８】
横軸の矢印は、時間軸を表している。図５は、画像のフレームレート（fps：frame per second）の１周期内で、各色の画像が形成される推移を示している。例えばフレームレートが１２０ｆｐｓであれば、１周期に該当する８．３ｍｓの期間での推移が示されている。
【００５９】
「光源出力の比」は、投射される画像の色毎での光源１０１の出力の大きさを示している。但し、「光源出力の比」の単位は％であり、光源出力の代表値に対する比率である。従って光源出力の代表値に「光源出力の比」を乗じた値が、光源から出射される光の出力である。光源出力の代表値の単位は、例えばワットである。
【００６０】
「光源出力の比」は、画像形成ユニット１００により形成される画像の色に応じて切り替えられる。
【００６１】
また「光源出力の比」は、形成される画像の色合い等の設定によっても異なる。例えば、ユーザーが画像投射装置１の操作部を介して色合い等を調整した場合、調整結果に応じ、画像の色毎での「光源出力の比」は異なる値となる。
【００６２】
「蛍光体ホイールのセグメント」は、レンズ群１０６からの光の入射位置に配置する蛍光体ホイール１０７のセグメントの種類を示している。
【００６３】
「カラーホイールのセグメント」は、レンズ１０８からの光の入射位置に配置するカラーホイール１０９のセグメントの種類を示している。
【００６４】
「画像形成素子における色」は、画像形成素子１１３で階調制御する画像に対応する色を示している。
【００６５】
「画像の色」は、画像形成ユニット１００で形成される画像の色を示している。なお、黄色、赤色、青色、及び緑色の各画像を時分割で取り出す期間は、光源１０１は点灯状態（ＯＮ）となっている。
【００６６】
図５において、黄色の画像を形成するタイミングでは、光源１０１は１００％の出力で、光を出射している。光源１０１からの光が蛍光体ホイール１０７に入射する際には、レンズ群１０６からの光の入射位置に黄色（Ｙ）蛍光体領域１０７１が配置される。これにより、青色レーザ光により励起された黄色の蛍光が発せられる。
【００６７】
黄色の蛍光は、図１を参照して説明した所定の光学系を経由して、カラーホイール１０９に入射する。黄色の蛍光がカラーホイール１０９に入射する際には、レンズ１０８からの光の入射位置に、透明領域１０９３が配置される。黄色の蛍光は、透明領域１０９３を通過して黄色の照明光として取り出され、ライトトンネル１１０に入射する。
【００６８】
黄色の照明光は、図１を参照して説明した所定の光学系を経由し、黄色の画像が形成される期間に、画像形成素子１１３に入射する。これにより黄色の画像が形成され、投射光学部２００に照射される。
【００６９】
赤色の画像を形成するタイミングでは、光源１０１は９０％の出力で、光を出射している。光源１０１からの光が蛍光体ホイール１０７に入射する際には、レンズ群１０６からの光の入射位置に黄色（Ｙ）蛍光体領域１０７１が配置される。これにより、青色レーザ光により励起された黄色の蛍光が発せられる。
【００７０】
黄色の蛍光は、図１を参照して説明した所定の光学系を経由して、カラーホイール１０９に入射する。黄色の蛍光がカラーホイール１０９に入射する際に、レンズ１０８からの光の入射位置に、赤色（Ｒ）領域１０９１が配置される。黄色の蛍光は、赤色（Ｒ）領域１０９１を通過して赤色の照明光として取り出され、ライトトンネル１１０に入射する。
【００７１】
赤色の照明光は、図１を参照して説明した所定の光学系を経由し、赤色の画像が生成される期間に、画像形成素子１１３に入射する。これにより赤色の画像が形成され、投射光学部２００に照射される。
【００７２】
青色の画像を形成するタイミングでは、光源１０１は７０％の出力で、光を出射している。光源１０１からの光が蛍光体ホイール１０７に入射する際には、レンズ群１０６からの光の入射位置に反射面領域１０７３が配置される。
【００７３】
反射された青色の光は、図１を参照して説明した所定の光学系を経由して、カラーホイール１０９に入射する。青色の光がカラーホイール１０９に入射する際に、レンズ１０８からの光の入射位置に、拡散領域１０９４が配置される。青色の光は、拡散領域１０９４で拡散され、青色の照明光として取り出され、ライトトンネル１１０に入射する。
【００７４】
青色の照明光は、図１を参照して説明した所定の光学系を経由し、青色の画像が形成される期間に、画像形成素子１１３に入射する。これにより青色の画像が形成され、投射光学部２００に照射される。
【００７５】
緑色の画像を形成するタイミングでは、光源１０１は８０％の出力で、光を出射している。光源１０１からの光が蛍光体ホイール１０７に入射する際には、レンズ群１０６からの光の入射位置に緑色（Ｇ）蛍光体領域１０７２が配置される。これにより、青色レーザ光により励起された緑色の蛍光が発せられる。
【００７６】
緑色の蛍光は、図１を参照して説明した所定の光学系を経由して、カラーホイール１０９に入射する。緑色の蛍光がカラーホイール１０９に入射する際に、レンズ１０８からの光の入射位置に、緑色（Ｇ）領域１０９２が配置される。緑色の蛍光は、緑色（Ｇ）領域１０９２を通過して緑色の純度が調整され、緑色の照明光として取り出される。そしてライトトンネル１１０に入射する。
【００７７】
緑色の照明光は、図１を参照して説明した所定の光学系を経由し、緑色の画像が形成される期間に、画像形成素子１１３に入射する。これにより緑色の画像が形成され、投射光学部２００に照射される。
【００７８】
以上の動作が時系列で順次繰り返され、各色の画像が投射光学部２００によりスクリーン等に投射される。
【００７９】
なお、図５では、一例として、黄色、赤色、青色、及び緑色の４色を、時系列で順次高速に切り替えて画像を形成する例を説明したが、３色や５色の場合でも同様である。またカラーホイール１０９を用いず、蛍光体ホイール１０７のみで、各色の画像を得る場合にも同様の方法を適用できる。
【００８０】
光源１０１や蛍光体ホイール１０７、カラーホイール１０９、画像形成素子１１３等の制御は、例えば、画像投射装置１の外部に設けられた制御装置３００により行うことができる。
【００８１】
制御装置３００のハードウェアは、例えば、ＣＰＵ（中央処理ユニット；Central Processing Unit）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ；Read Only Memory）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ；Random Access Memory）等を有して構成される。制御装置３００は、ＲＯＭに予め記憶されているプログラムに従って、ＲＡＭをワークメモリとして用いて、光源１０１や蛍光体ホイール１０７、カラーホイール１０９、画像形成素子１１３の制御を行うことができる。なお、制御装置３００を画像投射装置１の内部に設けてもよい。また、ＣＰＵで行う制御処理の一部、又は全部を、電子回路等のハードウェアで実現してもよい。
【００８２】
制御装置３００は、ＣＰＵの命令により、次に説明する機能構成を実現することができる。
【００８３】
本実施形態の画像投射装置１の有する制御装置３００の機能構成の一例を、図６を参照して説明する。図６において、制御装置３００は、出力モード設定部３０１と、出力モード検知部３０２と、蛍光体ホイール制御部３０３と、蛍光体ホイール同期検知部３０４と、カラーホイール同期制御部３０５と、画像形成素子同期制御部３０６と、画像制御部３０７とを有している。
【００８４】
出力モード設定部３０１は、画像投射装置１による画像の投射モード等に応じて、光源１０１の出力モードを設定する。投射モードとしては、例えば画像の明るさを重視する高輝度モード、画像の色味を重視する色味モード、又は消費電力を重視するエコモード等がある。投射モードは、操作部３０８を介して画像投射装置１のユーザーにより設定され、ＲＡＭに記憶される。
【００８５】
出力モード設定部３０１は、ＲＡＭを参照して投射モードを検知し、例えば、高輝度モードの場合、出力モードを光源１０１の出力が大きい第１モードに設定する。また色味モードやエコモードの場合、第１モードと比較して、光源１０１の出力を抑制した第２モードに設定する。なお、投射モードは、ユーザーによる設定に限定されず、画像投射装置１の周囲の明るさに応じて自動設定される構成等であってもよい。
【００８６】
出力モード検知部３０２は、出力モード設定部３０１により設定された出力モードを検知する。具体的には、出力モード設定部３０１は、出力モードをＲＡＭに記憶し、出力モード検知部３０２は、ＲＡＭを参照して出力モードを検知する。出力モード検知部３０２は、出力モード検知手段の一例である。
【００８７】
蛍光体ホイール制御部３０３は、検知された出力モードに応じて、蛍光体ホイール１０７の駆動部１０７ｍを制御する。具体的には、駆動部１０７ｍによる蛍光体ホイール１０７の回転数を設定、又は変更する。蛍光体ホイール制御部３０３は、「第１の光変換手段の回転数を変化させる回転数制御手段」の一例である。また、蛍光体ホイール１０７の回転数は、「第１の回転体の回転数」の一例である。
【００８８】
蛍光体ホイール同期検知部３０４は、蛍光体ホイール１０７の回転のタイミングを検知する。具体的には、例えば、駆動部１０７ｍによる蛍光体ホイール１０７の回転原点のタイミング、及び回転数を検知する。
【００８９】
例えば、蛍光体ホイール同期検知部３０４は、蛍光体ホイール１０７が回転している時の駆動部１０７ｍの駆動パルス数を監視し、蛍光体ホイール１０７の回転原点のタイミングを検知する。例えば駆動部１０７ｍの１回転当たりのパルス数が３６００パルスの場合、駆動パルス数が３６００パルスの倍数になる時が回転原点のタイミングである。
【００９０】
但し、これに限定されず、回転原点のタイミングの検知は、駆動部１０７ｍに設けた原点センサにより行う構成でもよい。また蛍光体ホイール１０７の周方向の一部にマークを設け、マークに光を照射した時の反射光を検出して、回転原点を検知してもよい。マークに代えて切欠きを設け、切欠きに光を照射した時の透過光を検出してもよい。さらに、駆動部１０７ｍにロータリーエンコーダ等の角度センサを設け、ロータリーエンコーダ出力により検知してもよい。
【００９１】
また、蛍光体ホイール同期検知部３０４は、蛍光体ホイール制御部３０３から蛍光体ホイール１０７の回転数データを受信し、蛍光体ホイール１０７の回転数を検知する。
【００９２】
回転原点に対する蛍光体ホイール１０７の各セグメントのタイミングは、回転原点と各セグメントの配置から既知である。そのため、蛍光体ホイール１０７の回転原点のタイミング、及び回転数を検知することで、蛍光体ホイール１０７による光変換のタイミングを検知することができる。蛍光体ホイール同期検知部３０４は、「第１の回転体の回転のタイミングを検知する手段」の一例である。蛍光体ホイール１０７の回転原点の検出は、「第１の回転体の所定位置の検出」の一例である。
【００９３】
カラーホイール同期制御部３０５は、カラーホイール１０９の回転のタイミングを制御し、蛍光体ホイール１０７の回転に、カラーホイール１０９の回転を同期させる。具体的には、例えば、駆動部１０９ｍによるカラーホイール１０９の回転原点のタイミング、及び回転数を制御し、カラーホイール１０９と蛍光体ホイール１０７の回転原点のタイミング、及び回転数を一致させる。
【００９４】
例えば、カラーホイール同期制御部３０５は、蛍光体ホイール同期検知部３０４から蛍光体ホイール１０７の回転原点のタイミングを表す信号を受信する。また、カラーホイール同期制御部３０５は、カラーホイール１０９が回転している時の駆動部１０９ｍの駆動パルス数を監視し、カラーホイール１０９の回転原点のタイミングを検知する。例えば駆動部１０９ｍの１回転当たりのパルス数が３６００パルスの場合、駆動パルス数が３６００パルスの倍数になる時が回転原点のタイミングである。そしてカラーホイール１０９の回転原点のタイミングを調整し、カラーホイール１０９と蛍光体ホイール１０７の回転原点のタイミングを一致させる。
【００９５】
但し、カラーホイール１０９の回転原点のタイミングの検知は、上記に限定されない。駆動部１０９ｍに設けた原点センサにより行う構成にしてもよい。またカラーホイール１０９の周方向の一部にマークを設け、マークに光を照射した時の反射光を検出して、回転原点を検知してもよい。マークに代えて切欠きを設け、切欠きに光を照射した時の透過光を検出してもよい。さらに、駆動部１０９ｍにエンコーダ等の角度センサを設け、エンコーダの出力により検知してもよい。
【００９６】
また、カラーホイール同期制御部３０５は、蛍光体ホイール制御部３０３から蛍光体ホイール１０７の回転数データを受信し、これにカラーホイール１０９の回転数を一致させる。
【００９７】
回転原点に対するカラーホイール１０９の各セグメントのタイミングは、回転原点と各セグメントの配置から既知である。そのため、カラーホイール１０９の回転原点のタイミング、及び回転数を制御することで、蛍光体ホイール１０７による光変換に、カラーホイール１０９による光変換を同期させることができる。カラーホイール同期制御部３０５は、「第１の回転体の回転と、第２の回転体の回転とを同期させる第２の同期手段」の一例である。
【００９８】
画像形成素子同期制御部３０６は、画像形成素子１１３により各色の画像形成のタイミングを制御し、蛍光体ホイール１０７の回転に、画像形成素子１１３による画像形成を同期させる。具体的には、例えば、画像形成素子１１３による画像形成の開始タイミング、及びフレームレートを制御し、駆動部１０７ｍの回転原点と、画像形成素子１１３による画像形成の開始のタイミングを一致させる。
【００９９】
例えば、画像形成素子同期制御部３０６は、蛍光体ホイール同期検知部３０４から蛍光体ホイールの回転原点のタイミングを表す信号を受信する。これに合わせて画像形成を開始することで、蛍光体ホイール１０７の回転原点と画像形成の開始のタイミングを一致させる。
【０１００】
また、画像形成素子同期制御部３０６は、蛍光体ホイール制御部３０３から蛍光体ホイール１０７の回転数データを受信し、これに画像形成素子１１３のフレームレートを一致させる。フレームレートの調整は、例えばＣＰＵのクロック数とクロック周期から時間を計測し、フレームレートの逆数に該当する時間、すなわちフレーム周期が所定値になるように、画像形成の画素クロック周期を変化させることで行う。
【０１０１】
これにより、蛍光体ホイール１０７による光変換に、画像形成素子１１３による画像形成を同期させることができる。画像形成素子同期制御部３０６は、「第１の回転体の回転と、画像形成素子による画像形成とを同期させる第１の同期手段」の一例である。
【０１０２】
画像制御部３０７は、外部Ｉ／Ｆ等から画像データを取得し、画像データに応じて画像形成素子１１３を画素毎で階調制御して画像を形成する。
【０１０３】
本実施形態の制御装置３００による処理の一例を、図７を参照して説明する。
【０１０４】
まず、ステップＳ７０１において、出力モード設定部３０１は、投射モードを検知し、出力モードを設定する。
【０１０５】
続いて、ステップＳ７０３において、出力モード検知部３０２は、設定された出力モードを検知する。
【０１０６】
続いて、ステップＳ７０５において、検知された出力モードに応じて、蛍光体ホイール制御部３０３は、蛍光体ホイール１０７の回転数を設定、又は変更する。
【０１０７】
続いて、ステップＳ７０７において、蛍光体ホイール１０７は、設定、又は変更された回転数により回転する。
【０１０８】
続いて、ステップＳ７０９において、蛍光体ホイール同期検知部３０４は、蛍光体ホイール１０７の回転のタイミングを検知する。
【０１０９】
続いて、ステップＳ７１１において、カラーホイール同期制御部３０５は、蛍光体ホイール同期検知部３０４で検知されたタイミングに基づき、蛍光体ホイール１０７の回転に同期させてカラーホイール１０９を回転させる。
【０１１０】
続いて、ステップＳ７１３において、画像形成素子同期制御部３０６は、蛍光体ホイール同期検知部３０４で検知されたタイミングに基づき、蛍光体ホイール１０７の回転に同期させて、画像形成素子１１３による画像形成を開始させる。
【０１１１】
続いて、ステップＳ７１５において、画像形成素子１１３は、画像データに応じ、画素毎で階調制御して画像を形成する。
【０１１２】
続いて、ステップＳ７１７において、投射光学部２００は、スクリーン等に所定の色の画像を投射する。
【０１１３】
以上に例示した機能構成と処理フローの作用、及び効果について説明する。
【０１１４】
光源１０１の出力が大きいと、蛍光体ホイール１０７に設けられた蛍光体が、励起光による発熱等でダメージを受ける場合がある。そのため、例えば出力モードが、光源１０１の出力が高い第１モードの場合、蛍光体ホイール制御部３０３は、蛍光体ホイール１０７を高速で回転させるように、回転数を設定する。蛍光体ホイール１０７を高速に回転させることで、励起光が蛍光体に当たっている期間が短くなるため、励起光による蛍光体のダメージが抑制される。これにより、蛍光体の破損や、蛍光の発光効率の低下を防止することができる。
【０１１５】
また例えば、出力モードが光源１０１の出力が抑制される第２モードの場合、蛍光体ホイール制御部３０３は、蛍光体ホイール１０７を第１モードに比較して低速で回転させるように、回転数を設定する。これにより、蛍光体ホイール１０７の回転に伴う消費電力や騒音が抑制される。
【０１１６】
一方で、光源１０１から出射する光の出力を検知し、検知した出力に応じて蛍光体ホイール１０７の回転数を変更するようにしてもよい。例えば光源１０１から出射された光の一部をハーフミラー等で取り出し、取り出した光をＰＤ（Photo Diode）で受光することで、光源１０１から出射する光の出力を検知する。なお、ハーフミラー等で取り出した光は、光源１０１から出射する光の一部であるため、検知された出力は、光源１０１から出射された光の出力をそのままでは示さない。しかし、両者はほぼ線形の関係を有するため、予めこの関係を把握しておくことで、ＰＤの出力から光源１０１の出力を検知することができる。
【０１１７】
また、光源１０１から出射する光の出力を、光源１０１を発光させるために印加する電流値、又は電圧値を参照することで、検知するようにしてもよい。
【０１１８】
上記のように光源１０１から出射する光の出力を検知し、光源１０１の出力が高いほど蛍光体ホイール１０７を高速で回転させるように、蛍光体ホイール制御部３０３は、蛍光体ホイール１０７の回転数を変更する。蛍光体ホイール１０７を高速に回転させることで、励起光が蛍光体に当たっている期間が短くなるため、励起光による蛍光体のダメージが抑制される。これにより、蛍光体の破損や、蛍光の発光効率の低下を防止することができる。
【０１１９】
さらに、上記に限定されず、光源１０１からの光を蛍光体ホイール１０７の蛍光体に照射した時の蛍光体の周辺の空気の温度変化を検知して、検知した出力に応じて蛍光体ホイール１０７の回転数を変更するようにしてもよい。例えば蛍光体ホイール１０７の近傍に温度センサを設け、光源１０１からの光を蛍光体ホイール１０７の蛍光体に照射したことに伴う蛍光体ホイール１０７の周辺の空気の温度変化を検知する。なお、「蛍光体の周辺」は「蛍光体ホイール１０７の周辺」と同義である。また「蛍光体の周辺」は、「光源１０１からの蛍光体への光の照射に起因した空気の温度変化を検知可能な範囲の空間」である。上記の空気の温度変化を検知可能であれば、蛍光体ホイール１０７の近傍に限られず、蛍光体ホイール１０７から離れた位置に温度センサを設けた構成としてもよい。
【０１２０】
蛍光体ホイール１０７の周辺の温度変化を検知し、温度変化が大きいほど蛍光体ホイール１０７を高速で回転させるように、蛍光体ホイール制御部３０３は、蛍光体ホイール１０７の回転数を変更する。蛍光体ホイール１０７が高速に回転することで、励起光が蛍光体に当たっている期間が短くなるため、励起光による蛍光体の温度上昇が抑えられ、蛍光体のダメージが抑制される。これにより、蛍光体の破損や、蛍光の発光効率の低下を防止することができる。
【０１２１】
一方、上記のように光源１０１の出力モード等に応じて、蛍光体ホイール１０７の回転数が変更された場合、蛍光体ホイール１０７により光を光変換するタイミングが変わる。これにより、蛍光体ホイール１０７により光変換された光が入射するタイミングで、カラーホイール１０９の所定のセグメントが、レンズ１０８からの光の入射位置に配置されない場合がある。そうすると、蛍光体ホイール１０７のセグメントと、カラーホイール１０９のセグメントが所望の組み合わせにならず、所望の色味の照明光が得られなくなる。
【０１２２】
また、蛍光体ホイール１０７の回転数が変更された場合、画像形成素子１１３に照明される光の色と、画像形成素子１１３により形成される画像とが合致しなくなり、所望の色味の画像が得られなくなる。
【０１２３】
本実施形態においては、上述したように、蛍光体ホイール同期検知部３０４で検知したタイミングに基づき、蛍光体ホイール１０７の回転に、カラーホイール１０９の回転を同期させている。言い換えると、蛍光体ホイール１０７による光変換と、カラーホイール１０９による光変換とを同期させている。
【０１２４】
また、蛍光体ホイール同期検知部３０４で検知したタイミングに基づき、蛍光体ホイール１０７の回転に、画像形成素子１１３による画像形成を同期させている。言い換えると、蛍光体ホイール１０７による光変換と、画像形成素子１１３による画像形成とを同期させている。
【０１２５】
これらにより、蛍光体ホイールのセグメントと、カラーホイール１０９のセグメントを所望の組み合わせにでき、所望の色味の光を画像形成素子１１３に照明することができる。また画像形成素子１１３は、照明された光の色に合った画像を形成し、投射光学部２００に照射することができる。
【０１２６】
従って、蛍光体ホイール１０７の回転数の変更により、蛍光体ホイール１０７の破損や蛍光の発光効率の低下を防止し、また蛍光体ホイール１０７の回転に伴う消費電力や騒音が抑制しながら、所望の色味の画像を得ることができる。言い換えると、形成される画像を乱すことなく、励起光による蛍光体の破壊や蛍光効率の低下を防止することができる。
【０１２７】
図８は、本実施形態における画像投射装置１の動作仕様の一例を示している。図８は、「光源出力モード」に応じた「光源出力モード」、「光源出力」、「蛍光体ホイール回転数」、「カラーホイール回転数」、「ファン回転数」、及び「騒音」の仕様の一例を示している。
【０１２８】
図８において、「光源出力モード」は出力モード設定部３０１により設定される項目である。例えば、第１モードは高輝度モードで、第２モードは色味を重視するモードである。
【０１２９】
「光源出力」は、「光源出力モード」に対応した光源１０１の出力である。第１モードは高輝度が要求されるため、第２モードに対して大きい出力が設定されている。
【０１３０】
この「光源出力」は代表値であり、単位はワットである。この「光源出力」に、図５の「光源出力の比」の項目に示した比率が乗じられたものが、実際に得られる光源１０１の出力となる。なお、第１モードにおいても第２モードにおいても、画像の色合い等の設定に応じて、「光源出力の比」は時系列に切り替えられる。
【０１３１】
「蛍光体ホイール回転数」は、蛍光体ホイール１０７の回転数である。第１モードは光源出力が大きいため、蛍光体ホイール１０７の回転数が高く設定されている。
【０１３２】
「カラーホイール回転数」は、カラーホイール１０９の回転数であり、蛍光体ホイール１０７の回転数と一致している。上述では、蛍光体ホイール１０７の回転数のデータを受信し、カラーホイール１０９の回転数を一致させる方法を示したが、このように「光源出力モード」に応じ、カラーホイール１０９の回転数を予め決めておいてもよい。
【０１３３】
画像形成素子１１３による画像形成のフレームレートは、上述したように、蛍光体ホイール１０７の回転数のデータを受信し、フレームレートを一致させる。但し、「光源出力モード」に応じ、フレームレートを予め決めておいてもよい。例えば、第１モードでは１２０ｆｐｓで、第２モードでは６０ｆｐｓである。
【０１３４】
「ファン回転数」は、光源１０１、蛍光体ホイール１０７、又はカラーホイール１０９を冷却するためのファンの回転数である。「ファン回転数」の詳細については後述する。
【０１３５】
「騒音」は、蛍光体ホイール１０７、カラーホイール１０９、又はファンの回転により発生する音の大きさの許容値である。第１モードは、蛍光体ホイール１０７等を高速に回転させるため、第２モードと比較して大きい騒音を許容している。
【０１３６】
なお上記では、投射モードとして高輝度モード、色味モード、及びエコモードを示したが、これに限定されず、更に多くのモードを設定してもよい。また光源出力モードとして、第１、及び第２モードを示したが、さらに多くの出力モードを設けてもよい。
【０１３７】
〈第２の実施の形態〉
次に、第２の実施形態における画像投射装置の一例を、図９〜１１を用いて説明する。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【０１３８】
図９は、第２の実施形態の画像投射装置１ａを例示する模式図である。画像投射装置１ａは、第１の実施形態の装置構成に加え、光センサ１１４を有している。
【０１３９】
光センサ１１４は、レンズ１０３からの略平行光束の一部が、波長選択偏光分離素子１０４により反射された光を受光可能な位置に設けられている。光センサ１１４は、波長選択偏光分離素子１０４による反射光の強度を検出する。光センサ１１４の出力に基づき、光源１０１の出力が検出される。なお、波長選択偏光分離素子１０４による反射光は、レンズ１０３からの略平行光束の一部の光であるため、検出された出力は、光源１０１から出射された光の出力をそのままでは示さない。しかし両者はほぼ線形の関係を有するため、予めこの関係を把握しておくことで、光センサ１１４の出力から光源１０１の出力を検出することができる。
【０１４０】
光センサ１１４は、例えばＰＤである。光センサ１１４の出力はＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換されて、制御装置３００ａに入力される。
【０１４１】
制御装置３００ａの機能構成の一例を、図１０を参照して説明する。制御装置３００ａは、制御装置３００の機能構成に加え、光源出力検出部３０９と、記憶部３１０とを有している。また制御装置３００ａは、制御装置３００における蛍光体ホイール制御部３０３に、一部の機能を追加した蛍光体ホイール制御部３０３ａを有している。
【０１４２】
光源出力検出部３０９は、例えば光センサ１１４により実現される。記憶部３１０は、例えば、ＲＯＭやＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の外部記憶装置により実現される。蛍光体ホイール制御部３０３ａは、例えば、ＣＰＵがＲＡＭと協働してＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで実現される。
【０１４３】
光源出力検出部３０９は、光源１０１の出力を検出し、検出した光源出力データを蛍光体ホイール制御部３０３ａに出力する。光源出力検出部３０９は、「第１の光の出力を検出する出力モード検知手段」の一例である。
【０１４４】
記憶部３１０は、光源１０１の出力と蛍光体ホイール１０７の回転数との関係を示すデータを記憶している。この関係は、蛍光体ホイール１０７の蛍光体が、励起光により破損や蛍光の発光効率低下を起こさないような、光源１０１の出力と蛍光体ホイール１０７の回転数の関係である。予め実験、又はシミュレーションにより求められ、記憶部３１０に記憶されている。
【０１４５】
蛍光体ホイール制御部３０３ａは、光源出力検出部３０９からの光源出力データを受け、記憶部３１０を参照する。そして光源出力データに応じた蛍光体ホイール１０７の回転数を取得し、蛍光体ホイール１０７の回転数を設定、又は変更する。
【０１４６】
本実施形態の制御装置３００ａによる処理の一例を、図１１に示す。
【０１４７】
まず、ステップＳ１１０１において、光源出力検出部３０９は、光源１０１の出力を検出し、光源出力データを蛍光体ホイール制御部３０３ａに出力する。
【０１４８】
続いて、ステップＳ１１０３において、蛍光体ホイール制御部３０３ａは、記憶部３１０を参照し、光源出力データに応じた蛍光体ホイール１０７の回転数を取得する。
【０１４９】
続いて、ステップＳ１１０５において、蛍光体ホイール制御部３０３ａは、蛍光体ホイール１０７の回転数を設定、又は変更する。
【０１５０】
続いて、ステップＳ１１０７において、蛍光体ホイール１０７は、設定、又は変更された回転数により回転する。
【０１５１】
続いて、ステップＳ１１０９において、蛍光体ホイール同期検知部３０４は、蛍光体ホイール１０７の回転のタイミングを検知する。
【０１５２】
続いて、ステップＳ１１１１において、カラーホイール同期制御部３０５は、蛍光体ホイール同期検知部３０４で検知されたタイミングに基づき、蛍光体ホイール１０７の回転に同期させてカラーホイール１０９を回転させる。
【０１５３】
続いて、ステップＳ１１１３において、画像形成素子同期制御部３０６は、蛍光体ホイール同期検知部３０４で検知されたタイミングに基づき、蛍光体ホイール１０７の回転に同期させて画像形成素子１１３に画像形成を開始させる。
【０１５４】
続いて、ステップＳ１１１５において、画像形成素子１１３は、画像データに応じ、画素毎で階調制御して画像を形成する。
【０１５５】
続いて、ステップＳ１１１７において、投射光学部２００は、スクリーン等に所定の色の画像を投射する。
【０１５６】
本実施形態によれば、光源１０１の出力に応じて蛍光体ホイール１０７の回転数を、より詳細に制御することが可能となる。これにより、形成される画像を乱すことなく、励起光による蛍光体の破壊や蛍光効率の低下を防止し、騒音、及び消費電力を抑制するための制御を、より詳細に行うことができる。なお、これ以外の効果は、第１の実施形態で説明したものと同様である。
【０１５７】
また、上記では記憶部３１０に、光源１０１の出力と蛍光体ホイール１０７の回転数との関係を示すデータを記憶させたが、これに限定されない。例えば、上述した出力モードを第１モード、又は第２モードに切り替えるための光源出力の閾値を、予め求めておき、記憶部３１０に記憶させてもよい。この場合は、蛍光体ホイール制御部３０３ａは、記憶部３１０を参照して、検出した光源出力に基づき出力モードを取得する。そして出力モードに応じて、蛍光体ホイール１０７の回転数を設定、又は変更する。
【０１５８】
また上記では、レンズ１０３からの略平行光束の一部が、波長選択偏光分離素子１０４により反射された光を受光可能な位置に光センサ１１４を設け、光源１０１の出力を検出したが、これに限定されない。光源１０１の出力を直接、又は間接的に検出可能であれば、光センサ１１４を設置する位置は任意で構わない。
【０１５９】
さらに上記では、光源出力検出部３０９を光センサ１１４により実現する例を示したが、光源１０１の駆動電圧、又は駆動電流を、光源１０１の制御信号から把握することで、光源出力検出部３０９を実現してもよい。
【０１６０】
〈第３の実施の形態〉
次に、第３の実施形態における画像投射装置の一例を、図１２〜１４を用いて説明する。なお、第１〜２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【０１６１】
図１２は、第３の実施形態の画像投射装置１ｂを例示する模式図である。画像投射装置１ｂは、第２の実施形態の装置構成に加え、ファン１０１ａを有している。
【０１６２】
ファン１０１ａは、内部に備えられた羽根車が回転することで空気を流れさせる装置である。以降では羽根車の回転を、単にファンの回転として表示する。ファン１０１ａの軸心には、ファン１０１ａを回転させるステッピングモータ等の駆動部１０１ａｍが設けられている。ファン１０１ａは駆動部１０１ａｍの駆動により所定の回転数で回転する。
【０１６３】
ファン１０１ａの回転に伴う送風により、光源１０１近傍の空気に流れを与え、空気を媒体にした熱交換により、光源１０１を冷却する。ファン１０１ａによる送風量は、その回転数により制御することができる。
【０１６４】
ここで、光源１０１は、出射される光の出力に応じて発熱量が変化する。発熱量が大きくなると、光源１０１から出射される光の出力を不安定になったり、画像投射装置１ｂの内部の温度が上がり、蛍光体ホイール１０７の蛍光体が破損等しやすくなったりする場合がある。ファン１０１ａは、発熱した光源１０１を送風により冷却し、これらの不具合を防止する機能を有している。
【０１６５】
画像投射装置１ｂを制御する制御装置３００ｂの機能構成の一例を、図１３を参照して説明する。制御装置３００ｂは、制御装置３００ａの機能構成に加え、ファン制御部３１１と、記憶部３１２とを有している。
【０１６６】
記憶部３１２は、例えば、ＲＯＭやＵＳＢ等の外部記憶装置により実現される。ファン制御部３１１は、ＣＰＵがＲＡＭと協働してＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで実現される。
【０１６７】
記憶部３１２は、光源１０１の出力とファン１０１ａの回転数との関係を示すデータを記憶している。この関係は、光源１０１から出射される光の出力の不安定性や蛍光体ホイール１０７の蛍光体の破損等を起こさないような、光源１０１の出力とファン１０１ａの回転数の関係である。予め実験、又はシミュレーションにより求められ、記憶部３１２に記憶されている。
【０１６８】
ファン制御部３１１は、光源出力検出部３０９からの光源出力データを受け、記憶部３１２を参照する。そして光源出力データに応じたファン１０１ａの回転数を取得し、ファン１０１ａの回転数を設定、又は変更する。
【０１６９】
本実施形態の制御装置３００ｂによる処理の一例を、図１４に示す。
【０１７０】
まず、ステップＳ１４０１において、光源出力検出部３０９は、光源１０１の出力を検出し、光源出力データをファン制御部３１１に出力する。
【０１７１】
続いて、ステップＳ１４０３において、ファン制御部３１１は、記憶部３１２を参照し、光源出力データに応じたファン１０１ａの回転数を取得する。
【０１７２】
続いて、ステップＳ１４０５において、ファン制御部３１１は、ファン１０１ａの回転数を設定、又は変更する。
【０１７３】
続いて、ステップＳ１４０７において、ファン１０１ａは、設定、又は変更された回転数で回転する。
【０１７４】
本実施形態によれば、光源１０１の出力に応じてファン１０１ａの回転数を制御し、光源１０１を適切に冷却することで、光源１０１から出射される光の出力が不安定になったり、蛍光体ホイール１０７の蛍光体が破損等しやすくなったりする不具合を防止することができる。なお、これ以外の効果は、第１〜２の実施形態で説明したものと同様である。
【０１７５】
また、上記では、光源１０１を冷却するファン１０１ａを一例として示したが、蛍光体ホイール１０７やカラーホイール１０９を冷却するファンを設けてもよい。蛍光体ホイール１０７やカラーホイール１０９も回転により発熱する。これにより画像投射装置１ｂの内部の温度が上がり、蛍光体ホイール１０７の蛍光体が破損等しやすくなる場合がある。蛍光体ホイール１０７やカラーホイール１０９をファンで適切に冷却することで、このような不具合を防止できる。
【０１７６】
ここで、図１５〜１６は、光源１０１から出射される光の出力、蛍光体ホイール１０７の回転数、及びファン１０１ａの回転数の関係の一例を示したものである。横軸は光源１０１の出力を示しており、左側の出力が大きく、右側に向かうほど出力が小さくなっている。
【０１７７】
二点鎖線は、光源１０１の出力に応じ、蛍光体ホイール１０７の回転数を線形に変化させた場合を示している。一方、実線は、光源１０１の出力に応じ、蛍光体ホイール１０７の回転数を非線形、すなわち不連続に段階的に変化させた場合を示している。実際の制御においては、蛍光体ホイールの１０７の回転数の変更は段階的になる場合が多いため、光源１０１の出力と、蛍光体ホイール１０７の回転数との関係は、実線のように非線形、すなわち不連続に段階的になる場合が多い。点線は、ファンの回転数を示している。
【０１７８】
図１５において、光源１０１の出力に対し、ファン１０１ａの回転数を線形に変化させると、二点鎖線より実線が上（回転数が高い）になる部分では、蛍光体ホイール１０７を冷やし過ぎの状態になる。また、二点鎖線より実線が下（回転数が低い）になる部分では、蛍光体ホイール１０７を冷却不足の状態になる。
【０１７９】
図１６は、光源１０１の出力に対し、ファン１０１ａの回転数を、不連続に鋸歯状に変化させた場合を示している。このようにファン１０１ａの回転数を、不連続に鋸歯状に変化させることで、蛍光体ホイール１０７が冷やし過ぎ、或いは冷却不足になる場合を防ぐことができる。これにより、蛍光体ホイール１０７を適切に冷却するとともに、冷やし過ぎの状態における消費電力や騒音の増大を防ぐことができる。
【０１８０】
〈第４の実施の形態〉
次に、第４の実施形態における画像投射装置の一例を、図１７〜２０を用いて説明する。なお、第１〜３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【０１８１】
第４の実施形態における画像投射装置１ｃは、画像形成ユニットの周辺の温度を検出する温度センサを有している。
【０１８２】
図１７は、第４の実施形態の画像投射装置１ｃを外側から観察した様子を示す模式図である。図１７において、画像投射装置１ｃは、スクリーンＳに画像Ｐを投射している。画像投射装置１ｃは、画像投射装置１ｃを構成する筐体１１５の外側に温度センサ１１６を有している。温度センサ１１６は、画像投射装置１ｃの有する画像形成ユニットの周辺の温度を検出する。温度センサ１１６は、「温度検出手段」の一例である。
【０１８３】
図１８は、第４の実施形態の画像投射装置１ｃを例示する模式図である。画像投射装置１ｃは、第３の実施形態の装置構成に加え、ファン１０７ａを有している。
【０１８４】
ファン１０７ａは、ファン１０１ａと同様に、内部に備えられた羽根車が回転することで空気を流れさせる装置である。ステッピングモータ等の駆動部１０７ａｍの駆動により、所定の回転数で回転する。ファン１０７ａの回転に伴う送風により、蛍光体ホイール１０７近傍の空気に流れを与え、空気を媒体にした熱交換により、蛍光体ホイール１０７を冷却する。
【０１８５】
ところで、画像投射装置１ｃの内部の温度は、画像形成ユニットの周辺の温度に応じて変化する。そのため、画像形成ユニットの周辺温度の上昇により、蛍光体ホイール１０７の蛍光体が破損等しやすくなる場合がある。本実施形態では、温度センサ１１６により、画像形成ユニットの周辺の温度を検出し、検出した温度に応じてファン１０７ａの回転数を変化させている。これにより蛍光体ホイール１０７を適切に冷却し、上記の不具合を防いでいる。
【０１８６】
画像投射装置１ｃを制御する制御装置３００ｃの機能構成の一例を、図１９を参照して説明する。制御装置３００ｃは、制御装置３００ｂの機能構成に加え、温度検出部３１３と、記憶部３１４と、を有している。また制御装置３００ｃは、制御装置３００ｂにおけるファン制御部３１１に、一部の機能を追加したファン制御部３１１ａを有している。
【０１８７】
記憶部３１４は、例えば、ＲＯＭやＵＳＢ等の外部記憶装置により実現される。ファン制御部３１１ａは、ＣＰＵがＲＡＭと協働してＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで実現される。
【０１８８】
記憶部３１４は、温度センサ１１６の出力とファン１０１ａの回転数との関係を示すデータを記憶している。この関係は、蛍光体ホイール１０７の蛍光体の破損等を起こさないような、温度センサ１１６の出力とファン１０１ａの回転数の関係である。予め実験、又はシミュレーションにより求められ、記憶部３１４に記憶されている。
【０１８９】
ファン制御部３１１ａは、温度検出部３１３からの温度データを受け、記憶部３１４を参照する。そして温度データに応じ、上記の条件を満たすファン１０７ａの回転数を取得し、ファン１０７ａの回転数を設定、又は変更する。
【０１９０】
本実施形態の制御装置３００ｃによる処理の一例を、図２０に示す。
【０１９１】
まず、ステップＳ２００１において、温度検出部３１３は、画像形成ユニットの周辺の温度を検出し、温度データをファン制御部３１１ａに出力する。
【０１９２】
続いて、ステップＳ２００３において、ファン制御部３１１ａは、記憶部３１４を参照し、温度データに応じたファン１０７ａの回転数を取得する。
【０１９３】
続いて、ステップＳ２００５において、ファン制御部３１１ａは、ファン１０７ａの回転数を設定、又は変更する。
【０１９４】
続いて、ステップＳ２００７において、ファン１０７ａは、設定、又は変更された回転数で回転する。
【０１９５】
本実施形態によれば、温度センサ１１６で検出した画像形成ユニットの周辺の温度に応じてファン１０７ａの回転数を制御し、蛍光体ホイール１０７を適切に冷却することで、蛍光体ホイール１０７の蛍光体が破損等しやすくなったりする不具合を防止することができる。なお、これ以外の効果は、第１〜３の実施形態で説明したものと同様である。
【０１９６】
以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態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本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１９７】
各実施形態の画像形成ユニットは、画像投射装置の一例であるプロジェクタに使用できるが、これには限定されず、例えば、ヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイ等に使用してもよい。
【符号の説明】
【０１９８】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  画像投射装置
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ  画像形成ユニット
１０１  光源
１０１ａ、１０７ａ  ファン
１０２、１０３、１０８  レンズ
１０４  波長選択偏光分離素子
１０５  １／４波長板
１０６、１１１  レンズ群
１０７  蛍光体ホイール（第１の光変換手段の一例）
１０７ｍ、１０９ｍ、１０１ａｍ、１０７ａｍ  駆動部
１０９  カラーホイール（第２の光変換手段の一例）
１１０  ライトトンネル
１１２  ミラー群
１１３  画像形成素子
１１４  光センサ（出力モード検出手段の一例）
１１５  筐体
１１６  温度センサ（温度検出手段の一例）
２００  投射光学部
３００、３００ａ、３００ｂ、３００ｃ  制御装置
３０１  出力モード設定部
３０２  出力モード検知部
３０３  蛍光体ホイール制御部
３０４  蛍光体ホイール同期検知部
３０５  カラーホイール同期制御部
３０６  画像形成素子同期制御部
３０７  画像制御部
３０８  操作部
３０９  光源出力検出部
３１０、３１２、３１４  記憶部
３１１、３１１ａ  ファン制御部
３１３  温度検出部
１０７１、１０７２  黄色（Ｙ）蛍光体、緑色（Ｇ）蛍光体
１０７３  反射面領域
１０９１  赤色（Ｒ）領域
１０９２  緑色（Ｇ）領域
１０９３  透明領域
１０９４  拡散領域
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１９９】
【特許文献１】特開２０１１−２１５３３２号公報
【図１】
0006988494.tif 000002
【図２】
0006988494.tif 000003
【図３】
0006988494.tif 000004
【図４】
0006988494.tif 000005
【図５】
0006988494.tif 000006
【図６】
0006988494.tif 000007
【図７】
0006988494.tif 000008
【図８】
0006988494.tif 000009
【図９】
0006988494.tif 000010
【図１０】
0006988494.tif 000011
【図１１】
0006988494.tif 000012
【図１２】
0006988494.tif 000013
【図１３】
0006988494.tif 000014
【図１４】
0006988494.tif 000015
【図１５】
0006988494.tif 000016
【図１６】
0006988494.tif 000017
【図１７】
0006988494.tif 000018
【図１８】
0006988494.tif 000019
【図１９】
0006988494.tif 000020
【図２０】
0006988494.tif 000021