(57)【要約】【課題】プロジェクタにおいて、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、光の有効利用をするとともに、輝度の増加を図る。【解決手段】カラーホイール３４の入射光側を、（a）青色光、（b）緑色光、（c）赤色光、（d）白色光の、それぞれの光が得られる部分に分ける。（d）の部分では、カラーホイールの入射光側に、カラーホイール本体３４０の反射防止層３４０Ｒ側に、青色光の光強度１に対し、赤、緑の光強度がそれぞれ１５％〜２０％になるように赤・緑蛍光体を形成し、フィルタ３４０Ｆを調整して、白色光を得て、輝度の向上を図る。【選択図】図１１
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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、
前記光源は、赤色光源及び青色光源を含み、
前記カラーホイールは、緑色光発生部、青色光発生部、並びに青色光及び緑色光発生部が形成された光透過性材料の円盤を備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
前記カラーホイールにおいて、
前記青色光発生部には、青色光を透過する反射防止層、
前記緑色光発生部には、緑色光を発光する蛍光体層、フィルタ及び反射防止層、
前記青色光及び緑色発生部には、青色光に対する緑色光の強度比が１０〜２５％となるように緑色光を発光する蛍光体層、フィルタ及び反射防止層が、
それぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
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、
前記光源は、青色光源であり、
前記カラーホイールは、緑色光発生部、青色光発生部、赤色光発生部、並びに青色光、赤色光及び緑色光の３原色発生部が形成された光透過性材料の円盤を備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項４】
前記カラーホイールにおいて、
前記青色光発生部には、青色光を透過する反射防止層、
前記緑色光発生部には、緑色光を発光する蛍光体層、フィルタ及び反射防止層、
前記赤色光発生部には、赤色光を発光する蛍光体層、フィルタ及び反射防止層、
前記青色光、赤色光及び緑色光の３原色発生部には、青色光に対する緑色光、赤色光の強度比がそれぞれ１０〜２５％となるように緑色光及び赤色光を発光する蛍光体層、フィルタ及び反射防止層が、
それぞれ形成されていることを特徴とする請求項３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、輝度が改良された、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。）。
【０００４】
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１３に示す。図１３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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
また、このようなプロジェクタにおいては、より明るく、きれいな投写画像が望まれるが、そのためには、輝度を高める必要がある。輝度を高めるものとして、従来、青色光源から光の３原色を得て、白色光とするものがある（特許文献１，２）。上記特許文献１では、白色光を得るための光源の構成に特徴があり、また、特許文献２の投射型表示装置は、紫外発光素子からなる面状光源と、該面状光源から射出された紫外光を所定色の蛍光に変換して射出する蛍光体層が備えられた面状蛍光体と、該面状蛍光体から射出された光を与えられた画像信号に基づき変調する光変調手段と、該光変調手段により変調された光を投射する投射光学手段とを備えたことを特徴とし、前記面状蛍光体からの射出光が白色光である。この白色光は、複数の色光を出射するカラーフィルタから構成されている。
しかし、これらのものは、白色光を得るのに構成が複雑である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１１２０３１号公報
【特許文献２】特開２００４−３２５８７４号公報（請求項１，２，７、段落００１３、００２５、００４４等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、白色光を容易に得られるように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】
【００１１】
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、前記光源は、赤色光源及び青色光源を含み、前記カラーホイールは、緑色光発生部、青色光発生部、並びに青色光及び緑色光発生部が形成された光透過性材料の円盤を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載のプロジェクタにおいて、前記カラーホイールにおいて、前記青色光発生部には、青色光を透過する反射防止層、前記緑色光発生部には、緑色光を発光する蛍光体層、フィルタ及び反射防止層、前記青色光及び緑色発生部には、青色光に対する緑色光の強度比が１５〜２０％となるように緑色光を発光する蛍光体層、フィルタ及び反射防止層が、それぞれ形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３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、前記光源は、青色光源であり、前記カラーホイールは、緑色光発生部、青色光発生部、赤色光発生部、並びに青色光、赤色光及び緑色光の３原色発生部が形成された光透過性材料の円盤を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載のプロジェクタにおいて、前記カラーホイールにおいて、前記青色光発生部には、青色光を透過する反射防止層、前記緑色光発生部には、緑色光を発光する蛍光体層、フィルタ及び反射防止層、前記赤色光発生部には、赤色光を発光する蛍光体層、フィルタ及び反射防止層、前記青色光、赤色光及び緑色光の３原色発生部には、青色光に対する緑色光、赤色光の強度比がそれぞれ１５〜２０％となるように緑色光及び赤色光を発光する蛍光体層、フィルタ及び反射防止層が、それぞれ形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
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するが、反射光を再利用してすべて透過する。そして、青色光を有効利用できるとともに、白色光を容易に得られるので、投写画像の輝度を増加させることができる。
本願請求項２に係る発明は、前記青色光及び緑色発生部は、青色光の光強度に対し、赤色光と緑色光の強度を１５％〜２０％とすることにより、青色光を有効利用できるとともに、白色光を容易に得られるので、投写画像の輝度を増加させることができる。
本願請求項３に係る発明は、光源が青色光源のみで、３原色と白色光が得られ、本願請求項１と同様な効果を得られる。
また、本願請求項４に係る発明は、前記青色光、赤色光及び緑色光の３原色発生部が、青色光に対する緑色光、赤色光の強度比がそれぞれ１５〜２０％となるように緑色光及び赤色光を発光することにより、青色光を有効利用できるとともに、白色光を容易に得られ、本願請求項１と同様な効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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との関係を概念的に示す図である。
【図４】青色光、緑色光、赤色光それぞれの発光比率を１としたときの色度図である。Ａは、全色がほぼ黄色である位置を示す。
【図５】図４の場合の青色、緑色、赤色の座標を示す。
【図６】図４の場合の、三原色の波長を示す図である。
【図７】図１の実施形態において、青色光の光強度に対し、緑色光、赤色光を１５％〜２０％にしたことを示す図である。
【図８】三原色を図７の割合の強度比にした場合、白色光が得られることを示す図である。
【図９】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１０】図９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１１】図９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、緑色光Ｇ、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、（c）は、カラーホイール本体に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、（d）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赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂとの関係を概念的に示す図である。
【図１２】三原色を図７の割合の強度比にした場合の、三原色の波長を示す図である。
【図１３】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】
【００１７】
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２５に入射する。カラーホイール２５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。
【００１８】
図２に示すように、カラーホイール２５は、青色光を透過する部分２５１、緑色光を透過する部分２５２、青色光と緑色光を透過する部分２５３が形成されている。これら各部について、更に説明すれば、例えば図３（a）に示すように、青色光が透過する部分については、カラーホイール本体２５０に反射防止層２５０Ｒが形成されている。
また、図３（b）に示すように、緑色光を透過する部分２５２については、カラーホイール本体２５０に反射防止層２５０Ｒを介して、青色光が照射されると緑色光を発光する緑蛍光体層２５２が形成されており、緑色光は、青色光がカットされるフィルタ２５０Ｆを介して、カラーホイール２５から出射される。
また、図３（ｃ）に示すように、青色光と緑色光を透過する部分２５３については、上記部分２５２と同様に、カラーホイール本体２５０に、反射防止層を介して緑蛍光体層が設けられるが、フィルタ２５３Ｆの積層厚と層数を調整して、青色光の光強度に対し、緑色光を１５％程度にする。出射される光は、青色光と緑色光の混合色の光となる。
【００１９】
上記フィルタ２５０Ｆは、特定の波長の光を透過して、蛍光体層から発光した光を透過するような誘電体の多層膜構成からなる。上記多層膜としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）と酸化シリコン（ＳｉＯ２）の積層構造や、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と酸化シリコン（ＳｉＯ２）の積層構造などを用いることができる。
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。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。
【００２０】
カラーホイール２５の回転に伴って、緑蛍光体２５２（図３（ｂ））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。また、２５３の部分からは、青色光と緑色光の混合色の光が出射される。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。
【００２１】
図４の色度図において、図５のように青色光（青色レーザ）、緑蛍光体、赤色光（発光ダイオード）の座標を定めると、３原色の全発光比率が１の場合（図６）は、発光色は黄色になる（図４のＡ）。
また、カラーホイール２５の２５３の部分は、図３（ｂ）と同様に緑蛍光体が設けられるが、フィルタ２５３Ｆの積層厚と層数を調整して、青色光の光強度に対し、緑色光を１５％程度にする。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。青色光の光強度に対し、赤色光を２０％程度にする（図７）。
このために、図１において、照度又はカラーセンサからなる光強度検出器３３が、ミラー２７の後に設けられ、赤色光の強度が測定され、その信号が演算・光量調整機３４に入力される。また、カラーホイール２５を透過し、ダイクロイックミラー２６で反射した青色光、緑色光の強度は、照度又はカラーセンサからなる光強度検出器３２により測定され、演算・光量調整機３４に入力される。
演算・光量調整機３４からの信号により、赤色光源２２の調整をする。また、演算・光量調整機３４からの信号を、赤色光源に戻さず、可変式ＮＤフィルタ又はアイリス３５に戻して、赤色光の強度を調整してもよい。
上記三原色の波長の相対的なものは、図６に示されている。
上記のように、青色光に対する緑色光と赤色光の光強度を減ずることによって、図８の色度図においてＢで示されるように、白色光が得られる。
したがって、ダイクロイックミラー２６を透過した２５３の部分からは、白色光が得られる。
【００２２】
カラーホイールからの青色光、緑色光、赤色光と白色光は、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。
【００２３】
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。そして、青色光の光強度に対し、緑色光を１５％程度、赤色光を２０％程度にすれば、白色光の輝度の増加が得られる。
【００２４】
次に１光源型である第２の実施形態を説明する。図９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１０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３４の円盤に、円周方向に４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、緑と赤の蛍光体の混合物からなる緑・赤蛍光体３４４が形成された部分とから構成される。
【００２５】
図１１（a）〜（d）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、出射側にはフィルタ３４０Ｆ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３４０Ｒが形成される。部分３４４には、緑・赤蛍光体が形成されており、出射する光が、青色光の強度１に対し、緑色光と赤色光の強度がそれぞれ１５％から２０％になるようにフィルタ３４０Ｆの膜厚と層数が設定される。
【００２６】
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、さらに赤・緑蛍光体３４４が形成された部分からは、白色光がそれぞれ出射される。白色光が得られる関係については、上記第１の実施形態で説明したとおりである。
カラーホイール３４からの上記青色光、緑色光、赤色光と、白色光は、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。
【００２７】
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。そして、３原色に対して白色光の輝度が増加するので、投写される画像の輝度が増加し、きれいな画像が得られる。
【００２８】
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の実施形態のカラーホイールにおいて、青色光の入射側に設けられる蛍光体表面には、粗面処理を施してもよい。そのようにしても、光の反射を防止できる。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。
【００２９】
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。
【符号の説明】
【００３０】
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５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図４】
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【図８】
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