(57)【要約】【課題】  構成を複雑化することなく、赤色成分の発光スペクトルを高めて光利用効率の向上を図る。【解決手段】  本発明に係る光源装置１１は、可視光および紫外光を少なくとも含む光源光を発生する高圧水銀ランプ３０と、光源光を反射する反射面３１ａを有するリフレクター３１と、反射面３１ａ上に形成され紫外光を可視光に変換する波長変換層３４とを備えている。これにより、光源装置１１の部品点数を増やすことなく所望の可視光成分の発光量を高めることができる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光および紫外光を少なくとも含む光源光を発生する光源と、
前記光源光を反射する反射面を有する反射部材と、
前記反射面上に形成され紫外光を可視光に変換する波長変換層とを備えた
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記波長変換層は、透明蛍光体からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記波長変換層は、紫外光を赤成分の光に変換する
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
前記波長変換層は、紫外光を赤成分の光に変換する第１波長変換層と、紫外光を青成分の光に変換する第２波長変換層とからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光源は、高圧あるいは超高圧水銀ランプである
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項６】
前記反射部材の反射面は、前記光源から発生した光を集光する曲面形状を有している
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項７】
光源光を発生する光源と、
前記光源光を反射する反射面を有する反射部材と、
前記反射部材で反射された光源光を変調して画像光を形成しスクリーン上に投影する画像光形成手段とを備えたプロジェクタ装置において、
前記反射部材の反射面上に、前記光源光に含まれる紫外光成分を可視光成分に変換する波長変換層が形成されている
ことを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項８】
前記画像光形成手段は、
前記光源光を３原色光に分離する分離光学系と、
分割した各色光を色毎に変調する変調光学系と、
変調した各色光を合成する合成光学系とを有し、
前記波長変換層は、前記紫外光成分を前記３原色光のうち少なくとも１の色成分の光に変換する
ことを特徴とする請求項７に記載のプロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、スクリーンに画像を投影するプロジェクタ装置の光源に用いて好適な光源装置およびこれを備えたプロジェクタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタの光源としては、キセノンランプ、メタルハライドランプに代表される放電管タイプの光源が使われていた。キセノンランプは、キセノンガスの放電により白色光を得るもので、効率はあまり良くないものの高出力化に向いていることから劇場用フィルムプロジェクタに使われていた。一方、メタルハライドランプは、水銀に微量のメタルハライド化合物を添加することによって白色光を得るもので、一部の業務用液晶プロジェクタに使われてきた。
【０００３】
ところが、この種の放電管タイプの光源は、光利用効率が小さいという問題がある。一般に、プロジェクタ用の光源としては、光学設計上、点光源に近くなるほど光利用効率が高くなることが知られているが、電極間距離を小さくして点光源に近づけるとスパッタリングによる電極の損傷が大きくなり、寿命が短くなるといったトレードオフが存在する。従って、光源の長寿命化を図る上では電極間距離をあまり小さくすることができなかったため、光の利用効率は大きくできなかった。
【０００４】
一方、近年、長寿命で光利用効率の高い光源として高圧（超高圧）水銀ランプがプロジェクタ用の光源に広く用いられている。この高圧水銀ランプは、放電による水銀の発光スペクトルを利用したもので、水銀蒸気圧を高めることで発生スペクトルのベースラインを全体的に上げられるため、従来の水銀ランプではほとんど存在しなかった赤スペクトルが得られる。これにより、メタルハライド添加物を必要とすることなく、白色光源を実現している。
【０００５】
しかし、高圧水銀ランプは、青色光および緑色光に比して、赤色光の割合が少ないという問題がある。このため、プロジェクタ光源として用いる場合には、発生した青色光および緑色光の光強度のほぼ半分をトリミングフィルター等で落として色バランスを取っている。図６にトリミング前の光のスペクトルを、図７にトリミング後の光のスペクトルをそれぞれ示す。
【０００６】
この問題を解決するために、例えば下記特許文献１には、高圧水銀ランプで発生する光に欠けている赤の色成分を別の光源から発生させた赤色光で補う構成が開示されている。また、下記特許文献２には、光源から発生した光の集光部に波長変換素子を配置し、紫外光を赤色光に変換する構成が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２５１０１号公報
【特許文献２】特開２００４−１８４９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の構成では、高圧水銀ランプとは別に赤色光発生のための光源を別途配置する必要があるため、光源ユニットの構成の複雑化、大型化が避けられず、プロジェクタ装置の小型化、消費電力の低減が図れないという問題がある。
【０００９】
また、上記特許文献２の構成では、波長変換素子を光源光の集光部に配置しているために、光源から発生した紫外光を集光部へ導くのに特殊な光学パーツが必要であるとともに、プロジェクタ光源システムの構成の複雑化を招くという点で問題がある。
【００１０】
すなわち、一般にプロジェクタ用光源としての高圧水銀ランプは、例えば半球状のリフレクター（反射ミラー）の内部に収容されており、このリフレクターの光出射面は、高圧水銀ランプの破裂時の飛散を防ぐためカバー部材で覆われている。このカバー部材は透明ガラスで形成されるが、上記特許文献２のようにリフレクター外部へ紫外光を導き出す場合には、通常のガラス材では紫外光を透過しないため石英ガラス等の高価な光学部品を用いなければならない。更に、光源光の出射光路上に配置する光学部品、素子の数が増えることで、プロジェクタ光源システムの構成が複雑化するという問題がある。
【００１１】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、構成を複雑化することなく、赤色成分の発光スペクトルを高めて光利用効率の向上を図ることができる光源装置およびこれを備えたプロジェクタ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上の課題を解決するに当たり、本発明の光源装置は、可視光および紫外光を少なくとも含む光源光を発生する光源と、光源光を反射する反射面を有する反射部材と、反射面上に形成され紫外光を可視光に変換する波長変換層とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明では、紫外光を可視光に変換する波長変換層を反射部材の反射面上に形成しており、当該波長変換層で波長変換した可視光を反射部材から出射させるようにしている。これにより、光源装置の部品点数を増やすことなく所望の可視光成分の発光量を高めることができる。
【００１４】
また、反射部材の反射面上に波長変換層を設けているので、可視光への変換効率が高まるとともに、変換済みの光を反射部材から出射させることが可能となるので、その出射面に紫外線透過性のある石英等の特殊な光学パーツを用いることなく、光源装置を構成することができる。
【００１５】
波長変換層は、フォトルミネッセンス効果で紫外光を可視光に変換する透明蛍光体が好適であり、目的の色成分に応じて材料が選定される。例えば、赤色成分の発光スペクトルを得る場合には、赤色蛍光体であるＮａＯ2−ＣａＯ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2；Ｅｕ2+、Ｙ2Ｏ3；Ｅｕ2+、Ｙ2Ｏ2Ｓ；Ｅｕ2+等を用いることができ、青色成分の発光スペクトルを得る場合には、Ｔｂ、ＺｎＳ；Ａｇ等を用いることができる。波長変換層は、単色の蛍光体層で構成される場合に限らず、赤と青等の異なる２色あるいは３色を同時に発光できるような多層膜構造としてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
以上述べたように、本発明の光源装置によれば、構成を複雑化することなく、必要な色成分の発光スペクトルを高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態によるプロジェクタ装置１の概略構成図である。このプロジェクタ装置１は、赤、緑および青の各色用の液晶ライトバルブを３枚用いてカラー画像表示を行う、いわゆる３板方式液晶プロジェクタ装置として構成されている。
【００１９】
図１に示すように、プロジェクタ装置１は、光源ユニット１１、全反射ミラー１２、フライアイレンズペア１３、ＰＳ変換素子１４および位置調整レンズ１５を有する光源光学系と、ダイクロイックミラー１６，１７、全反射ミラー１８，１９，２０、リレーレンズ２１，２２およびトリミングフィルター２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを有する分離光学系と、液晶表示パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ、コンデンサレンズ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ等を有する変調光学系と、クロスビームコンバイナープリズム２６および投影レンズ２７等を有する合成光学系とを備えている。
【００２０】
光源ユニット１１は、本発明の「光源装置」に対応する。この光源ユニット１１は、後に詳述するように、高圧水銀ランプ３０とリフレクター３１とカバーガラス３２とを備えており、光源光（白色光）Ｌを発生する。フライアイレンズペア１３は、入射した光源光Ｌの輝度を均質化する。ＰＳ変換素子１４は、入射した光源光Ｌを所定の偏光方向の偏光波（例えばＰ波偏光波）に変換する。
【００２１】
ダイクロイックミラー１６は、光源光Ｌを赤色光ＬＲと、緑／青色光ＬＧＢとに分離する。ダイクロイックミラー１７は、緑／青色光ＬＧＢを緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。トリミングフィルター２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂは、光源光Ｌから分離された三原色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢの色バランスを調整するためのフィルターであり、各々所定の透過率で光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを透過させる。
【００２２】
コンデンサレンズ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂは、対応する各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを集光し液晶表示パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂへ各々導く。各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは液晶表示パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂで各々変調され、その変調光がクロスビームコンバイナープリズム２６で各々合成される。合成光は投影レンズ２７を介して図示しないスクリーンへ投射されることで、当該スクリーンに画像を形成する。
【００２３】
次に、光源ユニット１１の詳細について説明する。図２は、光源ユニット１１の構成を概略的に示す断面図、図３は図２の要部拡大図である。
【００２４】
光源ユニット１１は、光源としての高圧（超高圧）水銀ランプ３０と、高圧水銀ランプ３０で発生した光を反射する反射面３１ａを有する曲面形状のリフレクター３１と、リフレクター３１の光出射面を覆う透明ガラス材等からなるカバー部材３２とを備えている。
【００２５】
高圧水銀ランプ３０は、高融点の結晶化ガラス製チューブの中に２本のタングステン電極を封止した構造で、チューブ内部にアルゴンガスと微量の水銀が封入されている。そして、電極間に高電圧を印加するとアルゴンガスの放電が始まり、その熱で水銀が蒸気化、最終的に高効率の水銀蒸気の放電スペクトルが発生するようになっている。
【００２６】
リフレクター３１は本発明に係る「反射部材」に対応し、その反射面３１ａは、効率的に反射光を後段の光学系（液晶表示パネル等）へ導くために、反射光を平行光に変えるパラボラ形状あるいは半球形状等の曲面形状を有している。反射面３１ａには、図３に示すように高反射率の多層薄膜あるいはアルミニウム等の金属膜からなる反射膜３３がコーティングされている。高反射率の多層薄膜としては、ＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜との積層膜が好適である。リフレクター３１は、例えば、アルミナシリケイトガラス、結晶化ガラス等の耐熱性ガラスで形成されている。
【００２７】
カバー部材３２は、動作時に高圧水銀ランプ３０が破裂した際にガラス片あるいは水銀の飛散を防止するためのものであり、例えばホウケイ酸ガラス等の汎用ガラスで形成されている。このカバー部材３２は、紫外線や赤外線の透過を遮断するＵＶ／ＩＲカットフィルターとして機能する。
【００２８】
図４は水銀蒸気の放電によって生じる発光スペクトルを示している。可視光の波長範囲だけでなく、紫外光の波長範囲にもスペクトル分布が認められる。そこで、本発明では、従来使用されていなかった紫外線スペクトルの有効活用を図るようにしている。
【００２９】
すなわち、本実施の形態では、反射膜３３の上に波長変換層３４を形成している。波長変換層３４は、高圧水銀ランプ３０で発生した光源光のうち紫外光成分を可視光成分に変換する光学素子からなる。特に、本実施の形態では、紫外光を赤色光に変換する素子で構成されている。
【００３０】
波長変換層３４は、紫外光をフォトルミネッセンス現象により可視光に変換する透明蛍光体で形成されている。透明性を要求するのは、可視光領域の光を反射膜３３上で効率よく反射させるためであり、特に酸化物系の蛍光体が好適である。
【００３１】
紫外光を赤色光に変換する透明蛍光体は特に限定されず、例えば、Ｙ2Ｏ3；Ｅｕが代表的であるが、これ以外にも、ＮａＯ2−ＣａＯ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2；Ｅｕ2+、Ｙ2Ｏ2Ｓ；Ｅｕ2+等、紫外光によるフォトルミネッセンス効果がある蛍光体であればよい。
【００３２】
波長変換層３１をリフレクター３１の反射面３１ａ（反射膜３３）の上に形成する方法としては、スパッタリング等の真空薄膜形成技術を用いることができる。これにより、密着性、均質性を高めることができる。なお、成膜中はリフレクター３１を成膜槽内で遊星運動させることで膜厚均一性が高められる。
【００３３】
具体的に、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やＰＤＰ（Plasma Display Panel）等に使われている蛍光体粉をホットプレス等の方法で押し固め、スパッタリングターゲットとする。蛍光体材料が酸化物や硫化物である場合は、高周波スパッタリング法を用いることができる。膜厚は特に限定されず、例えば２００ｎｍである。
【００３４】
次に、以上のように構成される本実施の形態の作用について説明する。
【００３５】
高圧水銀ランプ３０で発生した光源光は、リフレクター３１の反射面３１ａで反射されることにより平行化され、カバー部材３２を介して出射される。このとき、図３に示したように光源光に含まれる紫外光成分ＵＶは、波長変換層３４において赤色光成分Ｒに変換された後、光源光に含まれる可視光範囲の各色成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ととともにカバー部材３２を透過する。これにより、光源光Ｌに含まれる赤色光成分Ｒの増強を図ることができる。
【００３６】
図５は、ＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜との積層膜からなる反射膜３３の上に、波長変換層３４として膜厚２００ｎｍのＮａＯ2−ＣａＯ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2；Ｅｕ2+でなる透明蛍光体を用いたときの光源出射光のスペクトル分布を示している。高圧水銀ランプ３０で発生する赤色光Ｒと、波長変換層３４において発生した赤色光Ｒｃとを得ることができる。これにより、赤色光の出射強度を高めることができる。
【００３７】
以上のようにして赤色光が増強された光源光Ｌは、図１に示したように、全反射ミラー１２を介してフライアイレンズペア１３に入射し、輝度の均質化が図られる。その後、ＰＳ変換素子１４において所定の偏光波（例えばＰ波偏光波）に変換され、位置調整レンズ１５を介してダイクロイックミラー１６へ入射する。
【００３８】
光源光Ｌは、ダイクロイックミラー１６において赤色光ＬＲと、緑／青色光ＬＧＢとが分離される。赤色光ＬＲは、トリミングフィルター２３Ｒ、全反射ミラー１９およびコンデンサレンズ２５Ｒを介して液晶表示パネル２４Ｒへ入射する。
【００３９】
一方、緑／青色光ＬＧＢは、ダイクロイックミラー１７において緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離される。緑色光ＬＧは、トリミングフィルター２３Ｇおよびコンデンサレンズ２５Ｇを介して液晶表示パネル２４Ｇへ入射する。青色光ＬＢは、リレーレンズ２１、全反射ミラー１８、トリミングフィルター２３Ｇ、リレーレンズ２２、全反射ミラー２０およびコンデンサレンズ２５Ｂを介して液晶表示パネル２４Ｂへ入射する。
【００４０】
液晶表示パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂで光変調された各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、それぞれクロスビームコンバイナープリズム２６において合成されて画像を形成し、その合成光が投影レンズ２７を介して図示しないスクリーンに拡大投影される。
【００４１】
本実施の形態においては、光源ユニット１１から出射される光源光Ｌの赤色光成分を従来よりも増強させることができるので、他の青色光成分および緑色光成分との出射強度差を小さくでき、これにより各色光のトリミング量を大きくすることなく、色バランス（ホワイトバランス）の最適化を図ることができる。すなわち、従来よりも、光の利用効率を格段に高めることができる。本発明者による実験では、トリミングフィルター２３Ｇにおける緑色光ＬＧの透過率を改善でき、結果として、プロジェクタの光利用効率を約３０％向上できたことが確認されている。
【００４２】
また、リフレクター３１の反射面３１ａに波長変換素子３４を設けるだけで光源光Ｌの赤色光成分を増強させることができるので、従来のように赤色光用の第２光源を別途配置したり、出射光路上に波長変換素子を配置する場合に比べて、光源ユニット１１の部品点数の増加が抑えられるとともに、光源周辺部の構成の複雑化を防ぐことができる。
【００４３】
しかも、高圧水銀ランプ３０の特性を変えることなく、光利用効率のみを改善できるので、水銀蒸気圧を同じとした場合に従来の高圧水銀ランプに比べて寿命の長期化、輝度の向上を図ることができる。
【００４４】
なお、一般的には、光源の寿命は光出力の大きさと反二乗則の関係があるため、効率が上がった分出力を下げることによって、より長寿命化が図れる。例えば、公称１００００時間の寿命のランプにおいては、テレビジョン用途に必要な３００００時間にまで寿命を延ばすことができる。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００４６】
例えば以上の実施の形態では、リフレクター３１の反射面３１ａ上に形成される波長変換層３４として赤色光変換層に相当する透明蛍光体のみを形成したが、これを第１の波長変換層とし、更にこの上に第２の波長変換層として、他の可視光、例えば青色光変換層に相当する透明蛍光体層を形成してもよい。これにより、光源光のうち青色光成分をも増強させることができ、プロジェクタ全体として光利用効率を更に２０％向上させることが可能となる。
【００４７】
なお、青色光変換層に相当する透明蛍光体としては、ＣＲＴにおいて用いられている各種蛍光体が適用可能であり、例えばＴｂ層、ＺｎＳ：Ａｇ層等がある。この青色光変換層は、例えば赤色光変換層の上に形成できる。形成形態としては、ベタ状に限らず、特定あるいは不特定のパターンで斑状に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態によるプロジェクタ装置１の概略構成図である。
【図２】プロジェクタ装置１における光源ユニット１１の概略構成を示す断面図である。
【図３】光源ユニット１１の要部拡大図である。
【図４】水銀蒸気の放電によって生じる発光スペクトルを示す図である。
【図５】光源ユニット１１の一実施形態における発光スペクトル例を示す図である。
【図６】従来のプロジェクタ装置における各色光の発光強度を示す図である。
【図７】図６に示した各色光を色バランス調整した後の発光強度を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…プロジェクタ装置、１１…光源ユニット（光源装置）、１６，１７…ダイクロイックミラー、２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ…液晶表示パネル、３０…高圧水銀ランプ、３１…リフレクター（反射部材）、３１ａ…反射面、３２…カバー部材、３３…反射膜、３４…波長変換層
【図１】
2007052047.tif 000003
【図２】
2007052047.tif 000004
【図３】
2007052047.tif 000005
【図４】
2007052047.tif 000006
【図５】
2007052047.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007052047.tif 000009