(57)【要約】【課題】青色光源からの青色光のカラーホイールからの反射を防止し、光の有効利用が可能なプロジェクタを提供する。【解決手段】青色光源２１からの青色光は、レンズ２３、インテグレータロッド２４を介してカラーホイール２５に入射する。カラーホイール２５は、緑蛍光体層の部分と透明な部分から構成され、青色光が緑蛍光体層に入射すると緑色光が発生する。青色光と緑色光は、カラーホイール２５、ダイクロイックミラー２６を透過し、赤色光源２２からの赤色光とともにデジタルマイクロミラーデバイス２９で時系列的に処理され、投射光学系３０によりスクリーン３１に画像が投射される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、カラーホイールと、集光レンズと、空間光変調器と、投写光学系とを少なく
とも備えるプロジェクタであって、
赤色光及び青色光をそれぞれ発光する前記光源と、
緑色光を発光する蛍光体層、フィルタ及び反射防止層からなる部分と、反射防止層からなる部分とから形成されている光透過性材料の円盤からなる前記カラーホイールとを備え、
前記青色光は、前記カラーホイールの蛍光体層に入射して緑色光を出射し、前記青色光及び緑色光は、カラーホイールを透過し、前記赤色光とともに空間光変調器に入射する構成とされていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
光源と、カラーホイールと、集光レンズと、空間光変調器と、投写光学系とを少なくと
も備えるプロジェクタであって、
青色光を発光する前記光源と、
赤色光及び緑色光をそれぞれ発光する蛍光体層、フィルタ及び反射防止層からなる部分と、反射防止層からなる部分とから形成されている光透過性材料の円盤からなる前記カラーホイールとを備え、
前記青色光は、前記カラーホイールの蛍光体層に入射して緑色光及び赤色光を出射し、前記青色光、緑色光、及び赤色光は、カラーホイールを透過し、空間光変調器に入射する構成とされていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】
前記集光レンズとカラーホイールの間に、インテグレータロッドが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記蛍光体層上には、さらに反射防止層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記蛍光体層の表面は、粗面構造とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示画像を投写光学系により拡大投影し、大画面の表示画像を得るプロジェクタに関するものであり、特に、時分割型の分光装置のフィルタ素子としてカラーホイールを用いたプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホームシアター、プレゼンテーション等で使用される、表示画像を投写光学系により拡大投影し、大画面の表示画像を得るプロジェクタ（投射型画像表示装置）が商品化されている。このようなプロジェクタには、光源から出射された光を照明光として、デジタルマイクロミラーデバイス、液晶表示素子等の空間光変調器を使用する電気光学装置を介してスクリーンに画像を表示するものがある。上記プロジェクタには、光源として、高圧水銀ランプやキセノンランプを用いたものもあるが、それらは水銀の含有や、発熱量の問題から好ましくない。そのため近年では、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザを使用したプロジェクタが考案されている。
【０００３】
例えば、ＬＥＤとレーザを使用するものとして、米国で開催された家電製品のトレードショーであるInternational CES（Consumer Electronics Show）（２０１０年）で展示発表されたカシオ計算機株式会社のプロジェクタがある。ここでは、赤色光源としてＬＥＤ，青色光源として青色レーザ、緑色光源として青色レーザの位相と波長を変換したものを利用している（以下、この種のプロジェクタを「ハイブリッド型」という。）。
また、このようなプロジェクタでは、時分割型のフィルタ素子として、高速で回転するカラーホイールが一般的に用いられる（例えば、特許文献１参照）。
さらに、このようなプロジェクタにおいて、光源からの光を有効利用するために、インテグレータロッドを使用するものがある（例えば、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４１１０５号公報
【特許文献２】特許第３５８９２２５号公報（段落００２０、図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ハイブリッド型プロジェクタの色合成の方式について、その模式図を図８に示す。図８において、プロジェクタ１００は、青色光源１、赤色光源２、カラーホイール５、ダイクロイックミラー３，８、レンズ４，９、ミラー６，７、空間光変調器としてのデジタルマイクロミラーデバイス１０、投影光学系１１、スクリーン１２を備えている。青色光源１から出射される青色光（Ｂ）は、青色光を透過するダイクロイックミラー３、レンズ４を通過し、カラーホイール５に照射される。カラーホイール５は本体が金属製円盤であって、その円周方向の一部に緑色光（Ｇ）を発する蛍光体（以下、「緑蛍光体」という）が形成されている。青色光は、緑蛍光体が設けられていない部分（カラーホイール本体の円周方向の切り欠き部分）を通過し、ダイクロイックミラー８を透過し、レンズ９により集光されてデジタルマイクロミラーデバイス１０に達する。
【０００６】
カラーホイール５から反射された一部の青色光は、青色光源１側に戻る。そして、青色光が上記緑蛍光体に照射されると緑色光が発光され、この緑色光は、レンズ４を通って緑色光を反射するダイクロイックミラー３により反射され、さらにミラー６，７と、ダイクロイックミラー８で反射され、レンズ９により集光されてデジタルマイクロミラーデバイス１０に達する。
【０００７】
また、赤色光源２からの赤色光（Ｒ）は、ダイクロイックミラー３を通過し、ミラー６，７に反射されてダイクロイックミラー８に反射され、レンズ９により集光されてデジタルマイクロミラーデバイス１０に達する。
デジタルマイクロミラーデバイス１０に入射する青色光（Ｂ）、緑色光（Ｇ）、赤色光（Ｒ）の３原色は、入射光の切り替えを同期させて、それぞれの色の画像として時系列的に処理され、投影光学系１１を介して、スクリーン１２に画像が投写される。
【０００８】
ところで、上記ハイブリッド型のようなプロジェクタでは、青色光は金属製のカラーホイールの切り欠き部を透過するとともに、青色光がカラーホイールに形成された緑色蛍光体に入射し、緑色光を出射する。しかし、カラーホイール本体から青色光源側への青色光の反射もあり、青色光が有効に利用されていない。
【０００９】
本発明は、上記のような問題に鑑みなされたものであって、従来のプロジェクタにおいて、より青色光を有効利用したプロジェクタを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するために、請求項１に記載のプロジェクタは、光源と、カラーホイールと、集光レンズと、空間光変調器と、投写光学系とを少なくとも備えるプロジェクタであって、赤色光及び青色光をそれぞれ発光する前記光源と、緑色光を発光する蛍光体層、フィルタ及び反射防止層からなる部分と、反射防止層からなる部分とから形成されている光透過性材料の円盤からなる前記カラーホイールとを備え、前記青色光は、前記カラーホイールの蛍光体層に入射して緑色光を出射し、前記青色光及び緑色光は、カラーホイールを透過し、前記赤色光とともに空間光変調器に入射する構成とされていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載のプロジェクタは、光源と、カラーホイールと、集光レンズと、空間光変調器と、投写光学系とを少なくとも備えるプロジェクタであって、青色光を発光する前記光源と、赤色光及び緑色光をそれぞれ発光する蛍光体層、フィルタ及び反射防止層からなる部分と、反射防止層からなる部分とから形成されている光透過性材料の円盤からなる前記カラーホイールとを備え、前記青色光は、前記カラーホイールの蛍光体層に入射して緑色光及び赤色光を出射し、前記青色光、緑色光、及び赤色光は、カラーホイールを透過し、空間光変調器に入射する構成とされていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載のプロジェクタは、請求項１又は２に記載のプロジェクタにおいて、前記集光レンズとカラーホイールの間に、インテグレータロッドが設けられていることを特徴とする。
また、請求項４に記載のプロジェクタは、請求項１又は２に記載のプロジェクタにおいて、前記蛍光体層上には、さらに反射防止層が形成されていることを特徴とする。
また、請求項５に記載のプロジェクタは、請求項１から３のいずれか１項に記載のプロジェクタにおいて、前記蛍光体層の表面は、粗面構造とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本願請求項１に係る発明は、青色光及び緑色光がカラーホイールを透過するタイプである。従来のハイブリッド型プロジェクタでは、緑蛍光体に照射される青色光は、緑蛍光体界面からの反射と、下地のカラーホイール本体から反射により、反射光が多くなるのに対し、本発明では、青色光及び緑色光がカラーホイールから反射せず、通過するので、青色光を有効利用できる。
本願請求項２に係る発明は、青色光、緑蛍光体からの緑色光及び赤蛍光体からの赤色光は、カラーホイールを透過するので、上記いずれの光も有効に利用される。光源は青色光源のみであるので電源が少なくてすむ。
本願請求項３に係る発明によれば、インテグレータロッドを利用して、カラーホイールから光源側へ反射する光線は、インテグレータロッド内に入射し、内部で反射されてさらにカラーホイール側へ向かうので、青色の反射光を再利用することができる。緑蛍光体からの光も再利用が可能である。
本願請求項４に係る発明によれば、蛍光体の上に反射防止層が形成されるので、蛍光体からの青色光の反射を低減でき、青色光の有効利用ができる。
本願請求項５に係る発明によれば、蛍光体が粗面化されることにより、青色光の反射が低減され、青色光の有効利用ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る２光源型の投写型画像表示装置としてのプロジェクタを示す模式図である。
【図２】図１で使用されるカラーホイールでの蛍光体の配置を示す図である。
【図３】図１の実施形態におけるカラーホイールの断面構造を模式的に示す図であり、（a）はカラーホイール本体に緑蛍光体が形成された断面部分と、緑蛍光体により発光される緑色光Ｇと青色光Ｂ、赤色光Ｒとの関係を概念的に示す図であり、（b）は、カラーホイール本体に蛍光体が形成されず、青色光のみが通過する断面部分と、青色光Ｂと緑色光Ｇ、赤色光Ｒとの関係を概念的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る１光源型の投写型画像表示装置としてのプロジェクタを示す模式図である。
【図５】図４で使用されるカラーホイールでの蛍光体の配置を示す図である。
【図６】図４の実施形態におけるカラーホイールの断面構造を模式的に示す図であり、（a）はカラーホイール本体に緑蛍光体が形成された断面部分と、緑蛍光体により発光される緑色光Ｇと青色光Ｂ、赤色光Ｒとの関係を概念的に示す図であり、（b）は、赤蛍光体が形成された断面部分と、赤蛍光体により発光される赤色光Ｒと青色光Ｂ、緑色光Ｇとの関係を概念的に示す図であり、（c）は、カラーホイール本体に蛍光体が形成されず、青色光のみが通過する断面部分と、青色光Ｂと緑色光Ｇ、赤色光Ｒとの関係を概念的に示す図である。
【図７】本発明で利用可能なカラーホイールに形成される蛍光体表面の、粗面処理を示す図である。
【図８】従来のハイブリッド型のプロジェクタの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１、図２により、本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタを説明する。
カラーホイールの回転制御や、カラーホイールを通過後の光の制御については、周知の技術であるので、ここでは述べない。
図１において、青色光源２１は、レーザ光源、発光ダイオード等からなる。青色光源２１から出射される青色光は、集光レンズ２３を通過した後、インテグレータロッド２４に入射する。インテグレータロッド２４は、その内部で光の反射を繰り返す公知のものでよい。インテグレータロッド２４を通過した光は、カラーホイールに入射する。カラーホイールは、本体が光透過性の物質（光学ガラス、合成樹脂等）からなる円盤であり、図示されないモータにより高速で回転する。
カラーホイール２５には、例えば図２に示すように、青色光の入射側に緑色光を発光する緑蛍光体層２５２が、円盤の周方向に２４０度の部分にわたって形成されており、残部２５１が透明にされている。上記蛍光体層が形成される範囲は、透過光の割合に応じて変更できる。緑蛍光体層２５２とカラーホイール本体２５０との間には、緑色光は透過するが、青色光をカットする反射防止層２５０Ｒが、また、出射側には、青色光をカットする機能を有するフィルタ２５０Ｆが、それぞれ設けられる(図３)。
また、必要に応じて、出射側に光を拡散する拡散板や、カラーホイールの入射側透明部分に青色の帯域を広げる蛍光体を形成してもよい。
【００１６】
カラーホイール２５の回転に伴って、緑蛍光体２５２（図３）に青色光が照射されるときは、緑色光が発光され、この緑色光はカラーホイール２５を通過して、ダイクロイックミラー２６を透過する。カラーホイール２５の透明部分２５１に照射される青色光は通過し、ダイクロイックミラー２６を透過する。ダイクロイックミラー２６は、青色光、緑色光は透過するが、赤色光を反射する機能をもつように作製されている。
青色光のうち、カラーホイール２５から反射した青色光ＢＲは、ロッドインテグレータ２４内で再帰反射され、再びカラーホイール２５に向かう。これはカラーホイール２５で反射される緑色光ＧＲでも同様である。
【００１７】
また、赤色光源２２からの赤色光は、ミラー２７、ダイクロイックミラー２６で反射される。ダイクロイックミラー２６を透過した上記青色光及び緑色光、また反射された赤色光は、レンズ２８を通って、デジタルマイクロミラーデバイス２９に入射し、時系列的に処理され、投影光学系３０を介して、スクリーン３１に画像が投写される。
【００１８】
第１の実施形態によれば、従来装置に比して、青色光の緑蛍光体への照射により発光する緑色光は、カラーホイールを透過し、青色光の反射が少なくなり、青色光の有効利用ができる。
【００１９】
次に１光源型である第２の実施形態を説明する。図４において、青色光源３１からの青色光はレンズ３２を通り、インテグレータロッド３３を介してカラーホイール３４に入射する。カラーホイール３４は、図５に示すように、光透過性の物質からなるカラーホイール本体３４０の円盤に、円周方向に１２０度ずつ３分割され、それぞれは緑蛍光体３４２、赤蛍光体３４３が形成された部分と、青色光が透過する透明部３４１とから構成される。
図６（a）〜（c）に示すように、緑蛍光体層３４２、赤蛍光体層３４３とカラーホイール本体のガラス３４０との間には、反射防止層(ＡＲコート)が形成され、出射側にはフイルタが形成される。また、透明部３４１のガラス３４０の両側には、反射防止層が形成される。
カラーホイール３４に青色光が入射すると、緑蛍光体３４２に入射した箇所からは緑色光が、赤蛍光体３４３に入射した箇所からは赤色光が、また、透明部３４１からは青色光がそれぞれ出射される。
カラーホイール３４からの上記青色光、緑色光、赤色光は、レンズ３５を透過し、デジタルマイクロミラーデバイス２９に入射し、時系列的に処理され、投影光学系３７を介して、スクリーン３８に画像が投写される。
【００２０】
第２の実施形態によれば、従来装置に比して、光源が青色光源のみであり、光の有効利用ができるばかりでなく、集光レンズ、ミラー、ダイクロイックミラー等の光学素子を省略できるので、装置構成が簡単となる。
【００２１】
カラーホイールの基本的な構成は以上に述べた通りであるが、第１又は第２の実施形態において図７に示すように、上記カラーホイールにおいて、ガラス３５０に対して、反射防止層３５０Ｒを介して設けられる、青色光の入射側の蛍光体表面には粗面処理を施してもよい。なお、３５０Ｆは、フィルタ層である。そのようにしても、光の反射を防止でき、蛍光体層と空気層の界面での反射が更に抑えられる。このような蛍光体表面の粗面化処理は、公知の、金型、ナノインプリント等により形成可能である。
【００２２】
上記蛍光体材料としては、以下のようなものが挙げられる。
例えば、赤色発光用蛍光体として、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ，Ｙ2ＳｉＯ5：Ｅｕ，Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｅｕ，Ｚｎ3（ＰＯ4）2：Ｍｎ，ＹＢＯ3：Ｅｕ，（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ3３：Ｅｕ，ＧｄＢＯ3：Ｅｕ，ＳｃＢＯ3：Ｅｕ，ＬｕＢＯ3：Ｅｕ，等が挙げられる。
緑色発光用蛍光体としては、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ，ＢａＡｌ12Ｏ19：Ｍｎ，ＢａＭｇＡｌ14Ｏ23：Ｍｎ，ＳｒＡｌ12Ｏ19：Ｍｎ，ＺｎＡｌ12Ｏ19：Ｍｎ，ＣａＡｌ12Ｏ19：Ｍｎ，ＹＢＯ3：Ｔｂ，ＬｕＢＯ3：Ｔｂ，ＧｄＢＯ3：Ｔｂ，ＳｃＢＯ3：Ｔｂ，Ｓｒ4Ｓｉ3Ｏ8Ｃｌ4：Ｅｕ，等が挙げられる。
青色発光用蛍光体としては、ＣａＷＯ4：Ｐｂ，Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅ，ＢａＭｇＡｌ14Ｏ23：Ｅｕ，等が挙げられる。
【００２３】
フィルタや反射防止層の材料では、高屈折材料としてＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、などが挙げられ、低屈折材料としてＳｉＯ２、ＭｇＦ２等が挙げられる。
【符号の説明】
【００２４】
２１、３１：青色光源、２２：赤色光源、２４、３３：インテグレータロッド、２５、３４：カラーホイール、２９、３６：デジタルマイクロミラーデバイス、３０、３７：投射光学系、３１、３８：スクリーン、２５２、３４２：緑蛍光体、２５１，３４１：透明部、３４３:赤蛍光体、２５０、３４０：ガラス、２５０Ｒ、３４０Ｒ：反射防止層（ＡＲコート）、２５０Ｆ、３４０Ｆ：フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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