JP2017116630A - 波長変換装置、照明装置及びプロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】波長変換効率の低下を抑制できる波長変換装置、照明装置及びプロジェクターを提供すること。
【解決手段】回転装置と、回転装置により回転される基材と、を備え、基材は、基材の第1面に環状に配置される波長変換部と、波長変換部より内側に位置する第1領域と、波長変換部より外側に位置し、第1領域より表面積が大きい第2領域と、を有する波長変換装置。
【選択図】図3

Description

本発明は、波長変換装置、照明装置及びプロジェクターに関する。
従来、固体光源から出射された励起光を波長変換し、蛍光として出射する光源装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1に記載の光源装置は、固体光源及び反射型蛍光回転体を備える。これらのうち、反射型蛍光体回転体は、蛍光体層と、当該蛍光体層が接合部材により固定される放熱部材とを備える。この蛍光体層は、固体光源から出射された励起光の一部を励起光とは異なる波長の光に変換して蛍光を生成する。
特開2011−129354号公報
ところで、蛍光体層の温度が上昇した場合に、固体光源から入射された光の波長変換効率が低下することが知られている。このため、特許文献1に記載の反射型蛍光回転体のような波長変換装置では、放熱部材を回転させ、当該放熱部材上に形成された蛍光体層を冷却している。
しかしながら、特許文献1に記載の波長変換装置では、放熱部材(基板)の光入射側の領域の略全領域に蛍光体層が形成されているので、当該放熱部材を回転させたとしても、当該蛍光体層の熱を放熱する放熱面積が不足していることから、蛍光体層の温度が上昇しやすく、かつ、当該放熱部材により当該蛍光体層の熱を確実に放熱できないことがある。すなわち、特許文献1に記載の波長変換装置では、波長変換効率の低下が生じない程度に蛍光体層を冷却することができないので、当該蛍光体層による波長変換効率が低下するという問題がある。
本発明は、上記課題の少なくとも1つを解決するものであり、波長変換効率の低下を抑制できる波長変換装置、照明装置及びプロジェクターを提供することを目的とする。
本発明の第1態様に係る波長変換装置は、回転装置と、前記回転装置により回転される基材と、を備え、前記基材は、前記基材の第1面に環状に配置される波長変換部と、前記波長変換部より内側に位置する第1領域と、前記波長変換部より外側に位置し、前記第1領域より表面積が大きい第2領域と、を有することを特徴とする。
なお、上記第1面に環状に配置される波長変換部は、例えば、波長変換部が環状に連続して形成されている場合の他、隙間を空けて配置される場合も含む。また、波長変換部は、蛍光体を含む波長変換層(蛍光体層)の他、入射された光の波長を異ならせるものを含む。更に、波長変換部より内側及び外側とは、当該波長変換部に入射される光の入射方向側から見た波長変換部より内側及び外側を意味する。
上記第1態様によれば、回転装置により回転する基材の第1面に波長変換部が環状に配置され、当該波長変換部より内側に位置する第1領域の表面積より、当該波長変換部より外側に位置する第2領域の表面積が大きい。
例えば、波長変換部に光が入射され、当該波長変換部の熱が上昇すると、第1領域は、表面積が限られているので、熱飽和する可能性が高い。これに対し、第2領域は、波長変換部より外側に位置するので、設計により第2領域の表面積を第1領域の表面積より拡大すれば、熱飽和を生じにくくできる。これによれば、波長変換部にて生じた熱を当該波長変換部より内側の第1領域及び外側の第2領域に伝導できるので、波長変換部を効率よく冷却できる。従って、波長変換装置の波長変換効率の低下を抑制できる。
上記第1態様では、前記第2領域は、凸部及び凹部の少なくとも一方を有することが好ましい。
上記第1態様によれば、第2領域が凸部及び凹部の少なくとも一方を有しているので、当該第2領域が平坦状である場合に比べて、当該第2領域の表面積、すなわち、波長変換部の放熱面積を拡大できる。従って、波長変換装置の波長変換効率の低下をより抑制できる。
上記第1態様では、前記第2領域は、前記基材を貫通する貫通孔を有することが好ましい。
なお、上記貫通孔としては、当該貫通孔が基材に形成されることによる表面積の減少分より、当該貫通孔が形成されることによって露出される端縁の表面積の増加分が大きくなる程度の直径の貫通孔を例示できる。
上記第1態様によれば、第2領域に当該基材を貫通する貫通孔が形成されているので、当該第2領域が平坦状である場合に比べて、第2領域の上記放熱面積を拡大できる。従って波長変換装置の波長変換効率の低下を更に抑制できる。
上記第1態様では、前記第2領域に位置し、かつ、前記基材において前記第1面とは反対側の第2面から突出する突出部を有することが好ましい。
上記第1態様によれば、第2領域に第1面とは反対側の第2面から突出する突出部を有するので、当該第2領域に突出部が設けられていない場合に比べて、第2領域の上記放熱面積を拡大できる。従って、波長変換装置の波長変換効率の低下を確実に抑制できる。
本発明の第2態様に係る照明装置は、上記波長変換装置と、前記波長変換装置の前記波長変換部に入射される励起光を出射する光源と、を備え、前記波長変換部は、入射される前記励起光を異なる波長の光に変換することを特徴とする。
上記第2態様では、上記波長変換装置と同様の作用及び効果を奏することができる。また、波長変換装置の波長変換効率の低下を抑制できるので、波長変換部によって生じる蛍光光の光量の低下を抑制でき、光源からの光の利用効率を向上させることができる。従って、上記波長変換装置を備えた照明装置は、信頼性が高く、温度影響を受けない安定した拡散特性及び位相差特性を得ることができるので、当該照明装置の信頼性及び安定性を高くできる。
本発明の第3態様に係るプロジェクターは、上記照明装置と、前記照明装置から出射された光を変調する光変調装置と、前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする。
上記第3態様では、上記波長変換装置及び上記照明装置と同様の作用及び効果を奏することができる。また、上記波長変換装置を備えた照明装置は、信頼性が高く、温度影響を受けない安定した拡散特性及び位相差特性を得ることができるので、当該照明装置を備えたプロジェクターの信頼性及び安定性を高くできる。
本発明の第1実施形態に係るプロジェクターの概略図。 上記第1実施形態に係るプロジェクターの照明装置の概略図。 上記第1実施形態に係る照明装置の波長変換装置を当該波長変換装置に入射される光の入射側から見た平面図。 上記第1実施形態に係る波長変換装置の基材の外径サイズと波長変換層の温度との関係を示す図。 本発明の第2実施形態に係るプロジェクターの波長変換装置の断面図。 本発明の第2実施形態の変形例に係るプロジェクターの波長変換装置を当該波長変換装置に入射される光の入射側から見た図。 本発明の第3実施形態に係るプロジェクターの波長変換装置における基材の一部を光の入射側から見た平面図。 本発明の第4実施形態に係るプロジェクターの波長変換装置を当該波長変換装置に入射される光の入射側から見た斜視図。 本発明の第5実施形態に係るプロジェクターの波長変換装置を当該波長変換装置に入射される光の入射側とは反対方向側から見た断面図。 上記第5実施形態に係るプロジェクターの波長変換装置の斜視図。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図面に基づいて説明する。
[プロジェクターの概略構成]
図1は、本実施形態に係るプロジェクター1の構成を示す模式図である。
プロジェクター1は、内部に設けられた光源から出射された光束を変調して画像情報に応じた画像を形成し、当該画像をスクリーンSC1等の被投射面上に拡大投射する表示装置である。
このプロジェクター1は、図1に示すように、外装筐体2と、当該外装筐体2内に収納される光学ユニット3、当該プロジェクター1を制御する制御装置CUの他、図示を省略するが、冷却対象を冷却する冷却装置、及び当該プロジェクター1を構成する電子部品に電力を供給する電源装置を備える。また、プロジェクター1は、色合成装置に入射される光の成分比率に応じて、投射光学装置から投射される画像の色域を変化させる機能を有する。
[光学ユニットの構成]
光学ユニット3は、照明装置31、色分離装置32、平行化レンズ33、複数の光変調装置34、色合成装置35、及び投射光学装置36を備える。
照明装置31は、照明光WLを出射する。なお、照明装置31の構成については、後述する。
色分離装置32は、照明装置31から入射された照明光WLを赤色光LR、緑色光LG及び青色光LBの3つの色光に分離する。この色分離装置32は、ダイクロイックミラー321,322、全反射ミラー323,324,325及びリレーレンズ326,327を備える。
ダイクロイックミラー321は、照明装置31からの照明光WLから青色光LB及びその他の色光(緑色光LG及び赤色光LR)を含む光を分離する。ダイクロイックミラー321は、青色光LBを透過させるとともに、緑色光LG及び赤色光LRを含む上記光を透過させる。
ダイクロイックミラー322は、ダイクロイックミラー321により分離された上記光から緑色光LG及び赤色光LRを分離する。具体的に、ダイクロイックミラー322は、緑色光LGを反射するとともに、赤色光LRを透過させる。
全反射ミラー323は、青色光LBの光路中に配置され、ダイクロイックミラー321にて透過された青色光LBを光変調装置34(34B)に向けて反射させる。一方、全反射ミラー324,325は、赤色光LRの光路中に配置され、ダイクロイックミラー322を透過した赤色光LRを光変調装置34(34R)に向けて反射させる。また、緑色光LGは、ダイクロイックミラー322にて、光変調装置34(34G)に向けて反射される。
リレーレンズ326,327は、赤色光LRの光路の、ダイクロイックミラー322の下流に配置されている。これらリレーレンズ326,327は、赤色光LRの光路長が青色光LBや緑色光LGの光路長よりも長くなることによる赤色光LRの光損失を補償する機能を有する。
平行化レンズ33は、後述する光変調装置34に入射する光を平行化する。なお、赤、緑及び青の各色光用の平行化レンズを、それぞれ33R,33G,33Bとする。また、赤、緑及び青の各色光用の光変調装置を、それぞれ34R,34G,34Bとする。
複数の光変調装置34(34R,34G,34B)は、ダイクロイックミラー321及びダイクロイックミラー322により分離され、それぞれ入射される各色光LR,LG,LBを変調して、画像情報に応じた色画像を形成する。これら光変調装置34は、入射される光を変調する液晶パネルにより構成される。なお、光変調装置34R,34G,34Bの入射側及び出射側にはそれぞれ、入射側偏光板341(341R,341G,341B)及び出射側偏光板342(342R,342G,342B)が配置されている。
色合成装置35には、各光変調装置34R,34G,34Bからの画像光が入射される。この色合成装置35は、各色光LR,LG,LBに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学装置36に向けて出射させる。本実施形態では、色合成装置35は、クロスダイクロイックプリズムにより構成される。
投射光学装置36は、色合成装置35にて合成された画像光をスクリーンSC1等の被投射面に投射する。このような構成により、スクリーンSC1に拡大された画像が投射される。
[照明装置の構成]
図2は、本実施形態のプロジェクター1における照明装置31の構成を示す概略図である。
照明装置31は、前述したように照明光WLを色分離装置32に向けて出射する。この照明装置31は、図2に示すように、光源装置4及び均一化装置5を備える。この光源装置4は、均一化装置5に向けて青色光及び蛍光を出射させ、均一化装置5は、当該入射された青色光及び蛍光を均一化し、照明光WLとして色分離装置32に向けて出射させる。
[光源装置の構成]
光源装置4は、図2に示すように、光源部41、アフォーカルレンズ42、ホモジナイザー光学系43、第1位相差板44、偏光分離装置45、第2位相差板46、第3位相差板47、蛍光反射装置6及び青色光反射装置8を備える。
光源部41は、アレイ光源411及びコリメータ光学系412を備える。このアレイ光源411は、本発明の光源に相当する複数の半導体レーザー4111により構成される。具体的に、アレイ光源411は、当該アレイ光源411から出射される光束の照明光軸Ax1に直交する一平面内に複数の半導体レーザー4111がアレイ状に配列されることにより形成される。なお、詳しくは後述するが、蛍光反射装置6にて反射された光束の照明光軸をAx2としたとき、照明光軸Ax1と照明光軸Ax2とは同一平面内にあり、且つ互いに直交している。照明光軸Ax1上においては、アレイ光源411と、コリメータ光学系412と、アフォーカルレンズ42と、ホモジナイザー光学系43と、第1位相差板44と、偏光分離装置45と、第2位相差板46と、青色光反射装置8とが、この順に並んで配置されている。
一方、照明光軸Ax2上においては、蛍光反射装置6(波長変換装置7及びピックアップ光学系61)と、偏光分離装置45と、均一化装置5(アフォーカル装置51、第1レンズアレイ52、第2レンズアレイ53及び重畳レンズ54)とが、この順に並んで配置されている。
アレイ光源411を構成する半導体レーザー4111は、例えば、445nmの波長領域にピーク波長を有する励起光(青色光BL)を出射する。また、半導体レーザー4111から出射される青色光BLは、s偏光及びp偏光を含むランダムな直線偏光であり、アフォーカルレンズ42に向けて出射される。そして、このアレイ光源411から出射された青色光BLは、コリメータ光学系412に入射される。
コリメータ光学系412は、アレイ光源411から出射された青色光BLを平行光に変換する。このコリメータ光学系412は、例えば各半導体レーザー4111に対応してアレイ状に配置された複数のコリメータレンズ4121を備える。このコリメータ光学系412を通過することにより平行光に変換された青色光BLは、アフォーカルレンズ42に入射される。
アフォーカルレンズ42は、コリメータ光学系412から入射された青色光BLの光束径を調整する。このアフォーカルレンズ42は、レンズ421と、レンズ422とを備え、青色光BLは、レンズ421により集光され、レンズ422により平行化されて、ホモジナイザー光学系43に入射する。
ホモジナイザー光学系43は、被照明領域における青色光BLによる照度分布を均一化する。このホモジナイザー光学系43は、一対のマルチレンズアレイ431,432を備える。このホモジナイザー光学系43から出射された青色光BLは、第1位相差板44に入射される。
第1位相差板44は、ホモジナイザー光学系43と偏光分離装置45との間に配置され、入射される青色光BLの偏光方向を略90°回転させる。本実施形態では、第1位相差板44は、λ/2波長板により構成される。この第1位相差板44に入射された青色光BLは、偏光方向が略90°回転され、p偏光成分の青色光BLp及びs偏光成分の青色光BLsに分離され、偏光分離装置45に入射される。
[偏光分離装置の構成]
偏光分離装置45は、いわゆるプリズム型の偏光ビームスプリッターであり、p偏光及びs偏光のうち、一方の偏光光を通過させ、他方の偏光光を反射させる。この偏光分離装置45は、プリズム451,452及び偏光分離層453を備える。これらプリズム451,452は、略三角柱形状に形成され、それぞれ照明光軸Ax1に対して45°の角度をなす傾斜面を有し、かつ、照明光軸Ax2に対して45°の角度をなしている。
偏光分離層453は、上記傾斜面に設けられ、当該偏光分離層453に入射した青色光BLp,BLsをp偏光成分の青色光BLpとs偏光成分の青色光BLsとに分離する偏光分離機能を有する。この偏光分離層453は、s偏光成分の青色光BLsを反射させ、p偏光成分の青色光BLpを透過させる。また、偏光分離層453は、当該偏光分離層453に入射した光のうち、第1の波長帯(青色光BLs,BLpの波長帯)とは異なる第2の波長帯(蛍光YL)の光を、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有する。なお、偏光分離装置45は、プリズム型のものに限らず、プレート型の偏光分離装置を用いてもよい。
そして、偏光分離層453に入射した青色光BLp,BLsのうち、s偏光成分の青色光BLsは、励起光BLsとして、蛍光反射装置6に向けて反射される。
[蛍光反射装置の構成]
蛍光反射装置6は、偏光分離装置45から入射されたs偏光成分の青色光(励起光)BLsを蛍光YLに変換し、当該偏光分離装置45に向けて反射させる。この蛍光反射装置6は、ピックアップ光学系61及び波長変換装置7を備える。これらのうち、ピックアップ光学系61は、励起光BLsを波長変換装置7の波長変換層72に向けて集光させる。このピックアップ光学系61は、レンズ611、レンズ612及びレンズ613を備える。具体的に、ピックアップ光学系61は、入射された複数の光束(励起光BLs)を後述する波長変換層72に向けて集光させるとともに、当該波長変換層72上で互いに重畳させる。
この波長変換層72により青色光BLsは、蛍光YLに変換され、再度ピックアップ光学系61に入射され、当該ピックアップ光学系61を介して偏光分離装置45に入射される。
なお、波長変換装置7の構成については、後述する。
一方、偏光分離層453に入射した青色光BLp,BLsのうち、p偏光成分の青色光BLpは、当該偏光分離層453を透過し、第2位相差板46に入射される。
第2位相差板46は、青色光反射装置8と偏光分離装置45との間に配置され、入射されるp偏光成分の青色光BLpを円偏光に変換させる。本実施形態では、この第2位相差板46は、λ/4波長板により構成される。そして、第2位相差板46により円偏光に変換された青色光BLpは、青色光反射装置8に入射される。
[青色光反射装置の構成]
青色光反射装置8は、偏光分離装置45から入射されたp偏光成分の青色光BLpを拡散させて、当該偏光分離装置45に向けて反射させる。この青色光反射装置8は、ピックアップ光学系81と、拡散反射装置82とを備える。これらのうち、ピックアップ光学系81は、励起光BLpを拡散反射装置82の拡散反射層822に向けて集光させる。このピックアップ光学系81は、レンズ811、レンズ812及びレンズ813を備える。具体的に、ピックアップ光学系81は、入射された複数の光束(励起光BLp)を後述する拡散反射層822に向けて集光させるとともに、当該拡散反射層822上で互いに重畳させる。
拡散反射装置82は、入射された青色光BLpを拡散させて反射させる機能を有する。この拡散反射装置82は、基材821、拡散反射層822及びモーター823を備える。基材821は、略円板状の基材により構成され、当該基材821のピックアップ光学系81側の面には、拡散反射層822が形成されている。この拡散反射層822は、入射された光を散乱させて反射させる機能を有する。
モーター823は、基材821の上記拡散反射層822が設けられた側とは反対方向側に取り付けられ、当該モーター823の駆動により基材821が回転する。これにより、拡散反射層822が冷却される。
このような構成により、拡散反射装置82に入射された青色光BLpは、拡散反射層822に入射され、当該拡散反射層822により拡散(散乱)され、ピックアップ光学系81に向けて出射される。そして、上記青色光BLpは、ピックアップ光学系81により集光されて、第2位相差板46に再度入射される。これにより、青色光BLpは、拡散反射層822により回転方向が反転されて、第2位相差板46に入射され、偏光方向が円偏光から直線偏光に変換される。このため、拡散反射層822により反射された青色光BLpは、s偏光成分の青色光BLsとして出射される。そして、青色光BLsは、偏光分離装置45に入射される。
拡散反射装置82及びピックアップ光学系81を介して偏光分離装置45に入射された青色光BLsは、偏光分離層453に反射され、当該偏光分離装置45のプリズム452側から出射され、第3位相差板47に入射される。
一方、偏光分離装置45に入射された蛍光YLは、偏光分離層453を介して、当該偏光分離装置45のプリズム452側から出射され、上記第3位相差板47に入射される。
第3位相差板47は、偏光分離装置45と均一化装置5との間に配置され、入射される青色光BLs及び蛍光YLの偏光方向を略90°回転させる。本実施形態では、第3位相差板47は、λ/2波長板により構成される。この第3位相差板47に入射された青色光BLsは、偏光方向が略90°回転され、p偏光成分の青色光BLpとして、均一化装置5に向けて出射される。また、蛍光YLは、励起光BLsに基づく光であるため、s偏光成分の光である。このため、第3位相差板47に入射された蛍光YLは、p偏光成分の蛍光YLとして、均一化装置5に向けて出射される。
[均一化装置の構成]
均一化装置5は、光源装置4から出射された青色光BL及び蛍光YLを均一化する機能を有する。この均一化装置5は、図2に示すように、アフォーカル装置51、第1レンズアレイ52、第2レンズアレイ53及び重畳レンズ54を備える。
これらのうち、アフォーカル装置51は、光源装置4から入射された蛍光YL及び青色光BLのビーム系を拡大する機能を有する。具体的に、このアフォーカル装置51は、光源装置4を介して入射された蛍光YL及び青色光BLに基づいて、第2レンズアレイ53の第2レンズ531上に表示される光源像の大きさを調整する。
このアフォーカル装置51は、凹レンズ511及び凸レンズ512からなるアフォーカルレンズにより構成される。凹レンズ511は、入射された蛍光YL及び青色光BLを拡散させ、凸レンズ512に向けて出射させる。凸レンズ512は、凹レンズ511から拡散されて入射された蛍光YL及び青色光BLを平行化して第1レンズアレイ52に向けて出射させる。
第1レンズアレイ52は、アフォーカル装置51から出射された光(光束)の中心軸(上記照明光軸Ax2)に対する直交面内にアレイ状に配列された複数の第1レンズ521を有する。この第1レンズアレイ52は、第1レンズアレイ52の複数の第1レンズ521により、当該第1レンズアレイ52に入射された光束を複数の部分光束に分割する。
第2レンズアレイ53は、上記照明光軸Ax1に対する直交面内にアレイ状に配列された第1レンズアレイ52の複数の第1レンズ521に応じた複数の第2レンズ531を有する。この第2レンズアレイ53は、複数の第2レンズ531により、第1レンズ521により分割された部分光束を被照明領域としての重畳レンズ54に重畳させる。
重畳レンズ54は、照明光WLを被照明領域において重畳させることにより、被照明領域の照度分布を均一化する。このようにして、蛍光YL及び青色光BLは、重畳レンズ54により合成され、照度分布が均一化された照明光WLとして、照明装置31からダイクロイックミラー321に向けて出射される。
[波長変換装置の構成]
図3は、波長変換装置7を偏光分離装置45側から見た平面図である。
波長変換装置7は、図2及び図3に示すように、基材71及びモーター75を備える。
基材71は、略円板状に形成されている。この基材71は、当該基材71の偏光分離装置45側(ピックアップ光学系61)の第1面711と、当該第1面711に対向する第2面712と、を有する。また、基材71の略中央部分には、開口部713が形成されている。この開口部713には、モーター75の一部が嵌め込まれる。なお、上記基材71は、アルミニウムにより構成され、当該基材71の厚さ寸法は、略1mmに設定されている。
また、上記第1面711及び第2面712のうち、ピックアップ光学系61に対向する面である第1面711には、波長変換層72が配置されている。
波長変換層72は、本発明の波長変換部に相当し、上述したように基材71の第1面711に配置される。具体的に、波長変換層72は、例えば、マスク印刷法により環状に印刷され、基材71の開口部713の外側に形成される。この波長変換層72は、例えば、YAG蛍光体を含む波長変換素子であり、当該波長変換層72に入射された青色光BLsを蛍光YLに変換する。
また、基材71は、当該基材71を光入射側から見た場合に、波長変換層72より内側に位置する第1領域73と、当該波長変換層72より外側に位置する領域である第2領域74を有する。これらのうち、第2領域74の表面積は、第1領域73の表面積より大きく設定されている。
なお、図2及び図3においては、図示を省略するが、当該波長変換層72と基材71との間には、反射層が形成されている。
[第1領域の面積と第2領域の面積]
ここで、開口部713の半径とは、例えば、図3における回転軸Pから開口部713の外周縁までの距離L1であり、基材71の外径とは、例えば、図3における回転軸Pから基材71の外周縁までの距離L2であり、波長変換層72の内径とは、例えば、図3における回転軸Pから波長変換層72の内周縁までの距離L3であり、波長変換層72の外径とは、例えば、図3における回転軸Pから波長変換層72の外周縁までの距離L4である。なお、回転軸Pは、基材71の中心と一致している。
本実施形態では、上記距離L1は略10mm、上記距離L2は略55mm、上記距離L3は略20mm、上記距離L4は略31.5mmに設定されている。このため、基材71の第1面711において、第2領域74の表面積は、第1領域73の表面積より大きい。
本発明の回転装置は、モーター75により構成され、回転軸Pを中心に基材71を回転させる機能を有する。具体的に、モーター75の一部は、基材71の開口部713に嵌めこまれ、当該モーター75の駆動により基材71が回転する。これにより、ピックアップ光学系61から出射された青色光BLsは、回転状態の基材71における波長変換層72に入射され、蛍光YLに変換されて上記反射層により反射される。
[基材の外径と波長変換層の温度との関係]
図4は、基材の外径と波長変換層の温度との関係を示す図である。
なお、図4の説明においては、入射されるレーザー光の光量は一定であり、上記距離L1は略10mmであり、上記距離L3は略20mmであり、上記距離L4は略31.5mmであるものとする。また、基材の厚さ寸法は、略1mmであり、当該基材は、アルミニウムにより構成されているものとし、上記基材の外径(距離L2)のみ変化した場合について説明する。
基材の外径が変化すると、蛍光体の温度は、図4に示す線S1に示すように変化する。すなわち、基材の外径(距離L2)が大きくなるに従い、蛍光体の温度が低くなる。具体的に、基材の外径(距離L2)が50mmの場合、図4に示すように、蛍光体の温度は、最大略370℃まで上昇する。これに対し、上記距離L2が80mmの場合、蛍光体の温度は、最大略200℃まで上昇する。更に、上記距離L2が120mmの場合、蛍光体の温度は、最大略160℃まで上昇する。すなわち、上記基材の外径(距離L2)が大きくなるにつれて、波長変換層72の温度が上昇することを抑制できる。
すなわち、第1領域73の表面積に対して、第2領域74の表面積が大きくなるにつれて、蛍光体の温度が上昇することをより抑制できる。
[第1実施形態の効果]
本発明の第1実施形態に係るプロジェクター1によれば、以下の効果がある。
モーター75により回転する基材71の第1面711に波長変換層72が環状に配置され、当該波長変換層72より内側に位置する第1領域73の表面積より、当該波長変換層72より外側に位置する第2領域74の表面積が大きい。このため、波長変換層72に光が入射され、当該波長変換層72の熱が上昇すると、第1領域73は、表面積が限られているので、熱飽和する可能性が高い。これに対し、第2領域74は、波長変換層72より外側に位置するので、設計により第2領域74の表面積を第1領域73の表面積より拡大すれば、熱飽和を生じにくくできる。これによれば、波長変換層72にて生じた熱を当該波長変換層72より内側の第1領域73及び外側の第2領域74に伝導できるので、波長変換層72を効率よく冷却できる。従って、波長変換装置7の波長変換効率の低下を抑制できる。
波長変換装置7の波長変換効率の低下を抑制できるので、波長変換層72によって生じる蛍光光の光量の低下を抑制でき、光源部41からの光の利用効率を向上させることができる。従って、上記波長変換装置7を備えた照明装置31は、信頼性が高く、温度影響を受けない安定した拡散特性及び位相差特性を得ることができるので、当該照明装置31、ひいてはプロジェクター1の信頼性及び安定性を高くできる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記第1実施形態に係るプロジェクター1と略同一の構成を備える他、上記プロジェクター1と波長変換装置の基材の形状が一部異なる。具体的に、上記プロジェクター1の波長変換装置7は、基材71を備えるのに対し、本実施形態の波長変換装置は、複数の凸部を有する基材を備えている点で相違する。
なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同様の符号を付して説明を省略する。
図5は、本実施形態に係るプロジェクターの波長変換装置を示す断面図である。
波長変換装置7Aは、図6に示すように、基材71A、波長変換層72、及びモーター75を備える。
基材71Aは、略円板状に形成され、当該基材71Aにおける第1面711Aの波長変換層72より外側の領域には、直線状に延びる複数の凸部71A1が形成されている。この複数の凸部71A1は、波長変換層72より外側に位置する第2領域74Aに一定間隔を持って配置される。このため、基材71Aにおける第2領域74Aには、複数の凹凸が形成される。なお、複数の凸部71A1は、例えば、基材71Aに対してプレス加工を行うことにより形成される。
また、本実施形態においても、上記距離L1〜L4は、上記第1実施形態と同一であるため、第2領域74Aの表面積は、上記凹凸が形成されることにより、第1実施形態の第2領域74の表面積より大きくなる。従って、基材71Aの第1面711Aにおいて、第2領域74Aの面積は、第1領域73Aの面積より確実に大きくなる。
[第2実施形態の効果]
本実施形態に係るプロジェクターは、上記第1実施形態に係るプロジェクター1と同様の効果を奏する他、以下の効果を奏する。
基材71Aの第1面711Aにおける波長変換層72より外側の領域(第2領域74A)が複数の凹凸を有しているので、当該第2領域が平坦状である場合に比べて、当該第2領域74Aの表面積、すなわち、波長変換層72の熱を放熱する放熱面積を拡大できる。従って、波長変換装置7Aの波長変換効率の低下をより抑制できる。
[第2実施形態の変形例]
上記第2実施形態の波長変換装置7Aは、基材71Aを備え、当該基材71Aの第1面711Aの波長変換層72より外側の第2領域74Aには、複数の凸部71A1が形成されていることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。
図6は、本実施形態の変形例に係る波長変換装置7Bの基材71Bの斜視図である。
波長変換装置7Bは、基材71Aに代えて基材71Bを備える。この基材71Bの第1面711Bにおける波長変換層72より外側に位置する第2領域74Bには、複数の凹部71B1と複数の凸部71B2がそれぞれ形成されている。これら複数の凹部71B1及び複数の凸部71B2は、それぞれ凹部71B1と凸部71B2とが隣り合うように、第1面711Bに形成される。なお、複数の凹部71B1及び凸部71B2は、基材71Bに対して、例えば、プレス加工を行うことにより形成される。
また、本変形例においても、上記距離L1〜L4は、上記第2実施形態と同一であるため、第2領域74Bの表面積は、複数の凹部71B1及び複数の凸部71B2が形成されることにより、上記第1実施形態の第2領域74の表面積より大きくなる。従って、基材71Bの第1面711Bにおいて、第2領域74Bの面積は、第1領域73Bの面積より確実に大きくなる。従って、上記第2実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
また、本変形例では、第2領域74Bに複数の凹部71B1及び複数の凸部71B2が形成されているので、モーター75の駆動により基材71Bが回転すると、冷却気体が回転軸Pから当該波長変換層72の外側に流通する際に、複数の凹部71B1及び複数の凸部71B2により気流が乱され、乱流や渦流が発生する。これにより、基材71Bの第2領域74Bを冷却気体により効率よく冷却できる。従って、波長変換装置7Bの波長変換効率の低下をより抑制できる。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記第1実施形態に係るプロジェクター1と略同一の構成を備える他、上記プロジェクター1と波長変換装置の基材の形状が一部異なる。具体的に、上記プロジェクター1の波長変換装置7は、基材71を備えるのに対し、本実施形態の波長変換装置は、貫通孔が形成された基材を備えている点で相違する。
なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同様の符号を付して説明を省略する。
図7は、本実施形態に係るプロジェクターの波長変換装置7Cを示す平面図である。
波長変換装置7Cは、図8に示すように、基材71C、波長変換層72、及びモーター75を備える。
基材71Cは、略円板状に形成され、当該基材71Cにおける第1面711Cの波長変換層72の外側に位置する第2領域74Cには、複数の貫通孔71C1が形成されている。この複数の貫通孔71C1は、波長変換層72の外側に位置する第2領域74Cに一定間隔を持って放射状に配置される。なお、複数の貫通孔71C1は、基材71Cに対して、例えば、プレス加工を行うことにより形成される。
また、本実施形態においても、上記距離L1〜L4は、上記第1実施形態と同一であるため、第2領域74Cの表面積は、上記複数の貫通孔71C1が形成されることにより、第1実施形態の第2領域74の表面積より大きくなる。従って、基材71Cの第1面711Cにおいて、第2領域74Cの面積は、第1領域73Cの面積より確実に大きくなる。
更に、本実施形態では、第2領域74Cに複数の貫通孔71C1が形成されているので、モーター75の駆動により基材71Cが回転すると、冷却気体が回転軸Pから当該波長変換層72の外側に流通する際に、複数の貫通孔71C1を流通する。
[第3実施形態の効果]
本実施形態に係るプロジェクターは、上記第1実施形態に係るプロジェクター1と同様の効果を奏する他、以下の効果を奏する。
基材71Cにおける波長変換層72より外側に位置する第2領域74Cに当該基材71Cを貫通する複数の貫通孔71C1が複数形成されているので、当該第2領域が平坦状である場合に比べて、第2領域C1の上記放熱面積を拡大できる。従って波長変換装置7Cの波長変換効率の低下を更に抑制できる。
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記第1実施形態に係るプロジェクター1と略同一の構成を備える他、上記プロジェクター1と波長変換装置の基材の形状が一部異なる。具体的に、上記プロジェクター1の波長変換装置7は、基材71を備えるのに対し、本実施形態の波長変換装置は、複数の突出部を備えた基材を備えている点で相違する。
なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同様の符号を付して説明を省略する。
図8は、本実施形態に係るプロジェクターの波長変換装置7Dを光の入射方向とは反対方向側から見た斜視図であり、図9は、本実施形態に係る波長変換装置7Dの断面図である。なお、図8では、モーター75の図示を省略している。
波長変換装置7Dは、図8及び図9に示すように、基材71D、波長変換層72、及びモーター75を備える。
基材71Dは、略円板状に形成され、第1面711D及び第1面711Dに対向する第2面712Dを有する。これらのうち、基材71Dの第2面712Dには、当該第2面712Dの法線方向に延びる第1突出部71D1及び第2突出部71D2を備える。
第1突出部71D1は、環状に形成され、第2面712Dにおいて、第1面711D側の波長変換層72に対向する位置に配置される。また、第2突出部71D2は、第1突出部71D1と同様に環状に形成され、第1突出部71D1の外側に配置される。また、これら第1突出部71D1及び第2突出部71D2の第2面712Dから突出する高さは略同一に設定されている。
本実施形態においても、上記距離L1〜L4は、上記第1実施形態と同一であるため、第2領域74Dの表面積は、上記第2突出部71D2が形成されることにより、第1実施形態の第2領域74の表面積より大きくなる。従って、第2領域74Dの表面積は、第1領域73Dの面積より確実に大きくなる。
更に、本実施形態では、第1突出部71D1及び第2突出部71D2が形成されているので、モーター75の駆動により基材71Dが回転すると、冷却気体が回転軸Pから当該波長変換層72の外側に流通する際に、第1突出部71D1及び第2突出部71D2に流通する。
[第4実施形態の効果]
本実施形態に係るプロジェクターは、上記第1実施形態に係るプロジェクター1と同様の効果を奏する他、以下の効果を奏する。
基材71Dの第2面712Dから当該第2面712Dの法線方向に突出する第1突出部71D1及び第2突出部71D2を有するので、当該第2領域に突出部を設けられていない場合に比べて、第2領域74Dの上記放熱面積を拡大できる。従って、波長変換装置7Dの波長変換効率の低下を確実に抑制できる。
また、第2面712Dにおける波長変換層72に対向する位置に第1突出部71D1が形成されているので、第1突出部71D1に波長変換層72からの熱が伝導され、当該第1突出部71D1に冷却気体が流通することで、波長変換層72をより効率よく冷却できる。
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記第1実施形態に係るプロジェクター1と略同一の構成を備える他、上記プロジェクター1と波長変換装置の基材の形状が一部異なる。具体的に、上記プロジェクター1の波長変換装置7は、円板状の基材71を備えるのに対し、本実施形態の波長変換装置は、円筒状の基材を備えている点で相違する。
なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同様の符号を付して説明を省略する。
図10は、本実施形態に係るプロジェクターの波長変換装置7Eを示す斜視図である。なお、図10では、モーター75の図示を省略している。
波長変換装置7Eの基材71Eは、略円筒状に形成され、略円板状の平板部71E1と、当該平板部71E1の外周縁から第2面712Eの法線方向に延びる円環部71E2を備える。これらのうち、平板部71E1は、第1面711E及び第1面711Eに対向する第2面712Eを有する。また、平板部71E1の略中央には、上記開口部713が形成され、第1面711Eにおける当該開口部713を囲む位置に、波長変換層72が形成されている。
また、円環部71E2は、本発明の突出部に相当し、第2面712Eにおける平板部71E1の外周縁から、当該第2面712Eの法線方向に延びる円環状に形成されている。この円環部71E2の厚さ寸法(距離L5)は、略5mmに設定されている。更に、円環部71E2の高さ寸法(距離L6)は、略35mmに設定されている。すなわち、回転軸Pから波長変換層72の外縁までの距離L3と上記距離L5及び上記距離L6の和が上記距離L2より略5mm大きく設定されている。
なお、本実施形態では、円環部71E2と、第1面711Eにおける第1領域73E及び波長変換層72以外の領域(波長変換層72より外側の領域)と、が本実施形態における第2領域74Eとなる。
本実施形態においても、上記距離L1,L3,L4は、上記第1実施形態と同一であり、回転軸Pから波長変換層72の外縁までの距離L3と上記距離L5及び上記距離L6の和が上記距離L2より大きくに設定されているので、第2領域74Eの表面積は、上記円環部71E2が形成されることにより、第1実施形態の第2領域74の表面積より大きくなる。従って、基材71Eにおいて、第2領域74Eの面積は、第1領域73Eの面積より確実に大きくなる。
また、本実施形態では、円環部71E2が形成されているので、モーター75の駆動により基材71Eが回転すると、冷却気体が回転軸Pから当該波長変換層72の外側に流通する際に、円環部71E2に流通する。
更に、本実施形態では、平板部71E1の半径(上記距離L3と上記L5との和)が第1実施形態の基材71の半径(上記距離L2)より小さくなる。
[第5実施形態の効果]
本実施形態に係るプロジェクターは、上記第4実施形態に係るプロジェクター1と同様の効果を奏する他、以下の効果を奏する。
平板部71E1の半径(上記距離L3と上記L5との和)が第1実施形態の基材71の半径(上記距離L2)より小さくできるので、波長変換装置7Eを小型化できる。また、波長変換装置7Eを小型化できることから、当該波長変換装置7Eを備える照明装置、ひいてはプロジェクターを小型化できる。
[実施形態の変形]
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記各実施形態では、基材71,71A〜71Eは、アルミニウムにより構成されていることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、透過型の波長変換装置であれば、当該基材は、ガラス等の透光性部材により構成されることとすればよい。
上記第1〜第4実施形態では、上記距離L1は略10mmであり、上記距離L2は略55mmであり、上記距離L3は略20mmであり、上記距離L4は略31.5mmであることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。すなわち、第1領域73,73A〜73Eの表面積より第2領域74,74A〜74Eの表面積が大きくなれば、上記距離L1〜L4は、如何なる値に設定されてもよい。
上記各実施形態では、波長変換層72は、円環状に形成されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、円弧状の波長変換層が一定の間隔を持って円環状に配置される構成であってもよい。すなわち、波長変換層の内側である第1領域73,73A〜73E、及び波長変換層の外側である第2領域74,74A〜74Eを区画できる形状であればよい。
上記第1実施形態では、波長変換層72は、マスク印刷法により基材71に形成されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、予め成形された波長変換層72を基材71に接着することとしてもよい。
上記第2〜第4実施形態では、複数の凸部71A1、複数の凹部71B1及び凸部71B2、複数の貫通孔71C1は、基材71A,71B,71Cに対してプレス加工を行うことにより形成されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、複数の凸部71A1、複数の凹部71B1及び凸部71B2、複数の貫通孔71C1は、基材71A〜71Cに対してブラスト加工やエッジングにより形成されることとしてもよい。
上記第2実施形態では、複数の凸部71A1を第2領域74Aの第1面711Aに設けることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、複数の凸部71A1を第2面712Aに更に設けることとしてもよいし、第2面712Aにのみ設けることとしてもよい。この場合であっても、上記第2実施形態と同様の効果を奏することができる。また、上記第2実施形態の変形例においても同様である。
上記第3実施形態では、複数の貫通孔71C1は、波長変換層72より外側に位置する第2領域74Cに一定間隔を持って放射状に配置されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、波長変換層72より外側に位置する第2領域74Cの全領域に一定の間隔を持って配置されるようにしてもよいし、円弧状の貫通孔を複数放射状に配置されるようにしてもよい。すなわち、基材71Cの第2領域74Cに複数の貫通孔が形成されていればよい。
上記第4実施形態では、第1突出部71D1及び第2突出部71D2の第2面712Dから突出する高さは略同一に設定されることとしたが、これに限られず、第1突出部71D1及び第2突出部71D2のいずれかの突出部が他方の突出より更に突出していてもよい。また、第1突出部71D1及び第2突出部71D2を備えることとしたが、いずれか1つの突出部のみを設けるようにしてもよいし、第1突出部71D1の内側及び第2突出部71D2の外側の少なくとも一方に環状の突出部を更に設けるようにしてもよい。すなわち、基材71Dの第2面712Dに突出部が形成されていればよい。
また、上記第4実施形態では、第1突出部71D1及び第2突出部71D2は、基材71Dの第2面712Dに形成されていた。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、第1突出部71D1及び第2突出部71D2が第1面711Dに形成されていてもよいし、第1突出部71D1及び第2突出部71D2の一方が第1面711Dに形成され、他方が第2面712Dに形成されていてもよい。
上記第5実施形態では、円環部71E2は、第2面712Eの法線方向に突出する形状であることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、円環部71E2は、第2面712Eから上記法線に対して傾斜する方向に突出することとしてもよいし、第1面711Eの法線方向に突出することとしてもよい。この場合であっても、上記第5実施形態と同様の効果を奏することができる。
上記第2〜第5実施形態では、複数の凸部71A1、複数の凹部71B1及び凸部71B2、複数の貫通孔71C1、第1突出部71D1及び第2突出部71D2、並びに、円環部71E2をそれぞれ備えることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、基材71に複数の凸部71A1及び複数の貫通孔71C1を備えることとしてもよいし、複数の貫通孔71C1、第1突出部71D1及び第2突出部71D2を備えることとしてもよいし、複数の凸部71A1及び円環部71E2を備えることとしてもよい。すなわち、これら複数の凸部71A1、複数の凹部71B1及び凸部71B2、複数の貫通孔71C1、第1突出部71D1及び第2突出部71D2、並びに、円環部71E2をどのように組み合わせて基材に形成してもよい。換言すると、第1領域73の表面積より、第2領域74の表面積が大きければ、基材はどのような形状であってもよい。
上記各実施形態では、光変調装置として透過型の光変調装置を用いることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、光変調装置として反射型の光変調装置を用いてもよい。この場合、色分離装置32を設けることなく、当該色合成装置35により、色分離及び色合成を実行するようにしてもよい。
上記各実施形態では、プロジェクター1は、3つの光変調装置34(34R,34G,34B)を備えるとしたが、本発明はこれに限らない。例えば、光変調装置は、1つでもよいし、2つでもよいし、4つ以上でもよい。
また、光変調装置として、デジタルマイクロミラーデバイス等、液晶パネル以外の光変調装置を用いてもよい。
1…プロジェクター、31…照明装置、34…光変調装置、36…投射光学装置、4111…半導体レーザー(光源)、7,7A,7B,7C,7D,7E…波長変換装置、71,71A,71B,71C,71D,71E…基材、711,711A,711B,711C,711D,711E…第1面、712,712A,712D,712E…第2面、713…開口部、71A1…凸部、71B1…凹部、71B2…凸部、71C1…貫通孔、71D1…第1突出部(突出部)、71D2…第2突出部(突出部)、71E2…円環部(突出部)、72…波長変換層(波長変換部)、75…モーター(回転装置)、73,73A,73B,73C,73D,73E…第1領域、74,74A,74B,74C,74D,74E…第2領域、L1…距離、L2…距離、L3…距離、L4…距離。

Claims (6)

  1. 回転装置と、
    前記回転装置により回転される基材と、を備え、
    前記基材は、
    前記基材の第1面に環状に配置される波長変換部と、
    前記波長変換部より内側に位置する第1領域と、
    前記波長変換部より外側に位置し、前記第1領域より表面積が大きい第2領域と、を有することを特徴とする波長変換装置。
  2. 請求項1に記載の波長変換装置において、
    前記第2領域は、凸部及び凹部の少なくとも一方を有することを特徴とする波長変換装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の波長変換装置において、
    前記第2領域は、前記基材を貫通する貫通孔を有することを特徴とする波長変換装置。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の波長変換装置において、
    前記第2領域に位置し、かつ、前記基材において前記第1面とは反対側の第2面から突出する突出部を有することを特徴とする波長変換装置。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の波長変換装置と、
    前記波長変換装置の前記波長変換部に入射される励起光を出射する光源と、を備え、
    前記波長変換部は、入射される前記励起光を異なる波長の光に変換することを特徴とする照明装置。
  6. 請求項5に記載の照明装置と、
    前記照明装置から出射された光を変調する光変調装置と、
    前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とするプロジェクター。
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