JP2018060175A - 蛍光体ホイール装置、光源装置、及び投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の熱伝導性の低下及び蛍光体の局所的な温度上昇を抑制し、従来よりも優れた放熱特性を有する蛍光体ホイール装置を提供する。【解決手段】蛍光体ホイール装置１００は、基板１０１と、基板１０１の表面において、基板１０１の回転中心から第１の半径ｒ１を有する円周上の少なくとも一部に設けられた蛍光体１０２を含む蛍光体領域とを備える。基板１０１は、蛍光体領域よりも基板１０１の回転中心に近接した複数の開口を含む通気領域１０３と、蛍光体領域よりも基板１０１の回転中心から遠隔した伝熱領域１０６とを有する。【選択図】図１

Description

本開示は、例えば、投写型映像表示装置の光源装置に使用される蛍光体ホイール装置、並びに、そのような蛍光体ホイール装置を備える光源装置及び投写型映像表示装置に関する。

従来の投写型映像表示装置には、励起光を蛍光体にあてることにより発生する蛍光光を利用したタイプのものがある。このタイプの投写型映像表示装置では、輝度の増大にともない、蛍光体の温度が上昇する場合がある。

特許文献１は、放熱機能を有する蛍光体ホイール装置の構成を開示している。この蛍光体ホイール装置は、蛍光体ホイールと、蛍光体ホイールを貫通する多数の空気孔と、インペラとを備える。この蛍光体ホイールは、外周部に少なくとも１種類の蛍光体が塗布された第一面と、第一面の反対側に位置する第二面とを有する。インペラは、蛍光体ホイール第二面側に設けられ、吸気口と第一の排気口とを有する。蛍光体ホイールが高速回転すると、インペラの吸気口から吸気された空気の一部はインペラに備えられた排気口から排気され、残りは多数の空気孔を通り、蛍光体ホイールの第一面側に運ばれ、蛍光体ホイール表面からの熱を取り去る。

特許文献１によれば、蛍光体ホイールを大型化することなしに冷却効率を向上することが可能となり、蛍光体塗布部の部分的な温度上昇を抑制することができる。従って、この蛍光体ホイールを用いたレーザプロジェクションシステムの小型化を実現することができる。もしくは、蛍光体ホイールを大型化することなしに高出力の励起光に対する耐性が向上し、レーザプロジェクションシステムの明るさ向上を実現することができる。

米国特許第９０１０９７１号明細書

基板に多数の開口（空気孔）を備えた蛍光体ホイール装置は、開口を設けたことに起因して、基板の熱伝導性が低下し、蛍光体の局所的な温度上昇が生じることがある。

本開示は、基板の熱伝導性の低下及び蛍光体の局所的な温度上昇を抑制し、従来よりも優れた放熱特性を有する蛍光体ホイール装置を提供する。

本開示の一態様に係る蛍光体ホイール装置は、基板と、基板の表面において、基板の回転中心から第１の半径を有する円周上の少なくとも一部に設けられた蛍光体を含む蛍光体領域とを備える。基板は、蛍光体領域よりも基板の回転中心に近接した複数の開口を含む通気領域と、蛍光体領域よりも基板の回転中心から遠隔した伝熱領域とを有する。

本開示は、基板の熱伝導性の低下及び蛍光体の局所的な温度上昇を抑制し、従来よりも優れた放熱特性を有する蛍光体ホイール装置を提供することができる。

実施形態１に係る蛍光体ホイール装置１００を備える蛍光体ホイールアセンブリ１の構成を示す平面図である。 図１の蛍光体ホイールアセンブリ１の構成を示す側面図である。 図１の蛍光体ホイールアセンブリ１を備える光源装置２の構成を示す構成図である。 図３の光源装置２を備える投写型映像表示装置の構成を示す構成図である。 実施形態２に係る蛍光体ホイールアセンブリ１Ａの構成を示す平面図である。 図５の蛍光体ホイールアセンブリ１Ａを備える光源装置２Ａの構成を示す構成図である。 図６の光源装置２Ａを備える投写型映像表示装置の構成を示す構成図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施形態１）
図１〜図４を参照して、実施形態１に係る蛍光体ホイール装置、光源装置、及び投写型映像表示装置について説明する。

［１−１］蛍光体ホイール装置
図１〜図２を参照して、実施形態１に係る蛍光体ホイール装置について説明する。

図１は、実施形態１に係る蛍光体ホイール装置１００を備える蛍光体ホイールアセンブリ１の構成を示す平面図である。図２は、図１の蛍光体ホイールアセンブリ１の構成を示す側面図である。

図２に示すように、蛍光体ホイールアセンブリ１は、蛍光体ホイール装置１００、モータ１１１、及びキャップ１１２を備える。蛍光体ホイール装置１００は、キャップ１１２によってモータ１１１に固定され、モータ１１１によって回転軸１１０（回転中心）の回りに回転させられる。モータ１１１は、蛍光体ホイール装置１００を回転させる駆動装置である。

図１に示すように、蛍光体ホイール装置１００は、回転軸１１０を中心に回転する基板１０１、蛍光体１０２、通気領域１０３、複数の第１の開口１０４、複数の第２の開口１０５、伝熱領域１０６、及び複数のフィン１０７を備える。

基板１０１は、高い熱伝導性を有する材料からなる。基板１０１の表面は、反射膜が成膜された反射面となっていて、この反射面の上に蛍光体１０２が形成される。

蛍光体１０２は、基板１０１の表面において、基板１０１の回転中心から第１の半径ｒ１を有する円周上の少なくとも一部に設けられた領域（蛍光体領域１０８）を構成する。実施形態１では、蛍光体１０２は円環状に塗布されて形成される。蛍光体１０２は、例えば、緑色〜黄色を主たる波長域として蛍光光を発生する蛍光体を含有する。この蛍光体１０２は、例えば、青色の励起光を効率的に吸収して蛍光光を効率的に発生し、且つ温度消光に対する耐性が高い蛍光体を含有する。蛍光体１０２は、例えば、セリウム付活ガーネット構造蛍光体である、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋を含有する。蛍光体１０２は、後述するとおり、励起光に応じて黄色光を発光する。蛍光体１０２の発光光である黄色光のうち、基板１０１の反射膜に向かって（図２の−Ｚ方向に）出射された光は、反射膜によって反射されて反転して進む。

図１に示す蛍光体１０２は蛍光体の一例であり、図１に示す蛍光体ホイール装置１００は蛍光体ホイールの一例である。

通気領域１０３は、蛍光体領域１０８よりも基板１０１の回転軸１１０（回転中心）に近接した複数の開口を含む基板１０１の領域である。複数の開口は、複数の第１の開口１０４と、複数の第２の開口１０５とを含む。複数の第１の開口１０４は、基板１０１の回転中心から第１の半径ｒ１よりも小さい第２の半径ｒ２を有する円周上に設けられている。複数の第２の開口１０５は、基板１０１の回転中心から第２の半径ｒ２よりも小さい第３の半径ｒ３を有する円周上に設けられている。

複数の第１の開口１０４はすべて同一面積であり、複数の第２の開口１０５もすべて同一面積である場合、各第２の開口１０５の面積は、各第１の開口１０４の面積より大きくてもよい。

複数の第１の開口１０４はすべて同一形状であり、複数の第２の開口１０５もすべて同一形状である場合、各第２の開口１０５の形状は、各第１の開口１０４の形状とは異なっていてもよい。図１の例では、各第１の開口１０４は四角形であり、各第２の開口１０５は円形である。

複数Ｍ個の第１の開口１０４の面積Ｓ１（１），Ｓ１（２），Ｓ１（３），…，Ｓ１（Ｍ）の総和を、Ｓ１＝Ｓ１（１）＋Ｓ１（２）＋Ｓ１（３）＋・・・＋Ｓ１（Ｍ）により示す。複数Ｎ個の第２の開口１０５の面積Ｓ２（１），Ｓ２（２），Ｓ２（３），…，Ｓ２（Ｎ）の総和を、Ｓ２＝Ｓ２（１）＋Ｓ２（２）＋Ｓ２（３）＋・・・＋Ｓ２（Ｎ）により示す。このとき、複数の第２の開口１０５の面積の総和Ｓ２は、複数の第１の開口１０４の面積の総和Ｓ１以上であれば好ましい。

伝熱領域１０６は、蛍光体領域１０８よりも基板１０１の回転軸１１０（回転中心）から遠隔した基板１０１の領域である。

伝熱領域１０６の面積Ｓ３は、複数の開口１０４，１０５の面積の総和Ｓ１＋Ｓ２以上であれば好ましい。

複数のフィン１０７は、基板１０１を回転させたときに通気領域１０３から伝熱領域１０６に向かう空気の流れを発生するように、基板１０１の通気領域１０３に設けられる。複数のフィン１０７は、基板１０１において、蛍光体１０２が設けられる面とは逆の面に設けられてもよく、同じ面に設けられてもよい。複数のフィン１０７は、基板１０１の回転軸１１０（回転中心）から第３の半径ｒ３を有する円周上に設けられる。従って、複数のフィン１０７及び複数の第２の開口１０５は、基板１０１の回転軸１１０から第３の半径ｒ３を有する円周上において、交互に設けられる。フィン１０７の角度は、所望の冷却効率に応じて決められる。

［１−２］蛍光体ホイール装置の動作
図１の蛍光体ホイールアセンブリ１によれば、蛍光体ホイール装置１００に複数の開口１０４，１０５を設けたことにより、モータ１１１及び複数のフィン１０７より起こされた空気の対流が、蛍光体１０２を塗布した領域の表面に回りこむことが可能となる。これにより、蛍光体ホイール装置１００の前面からの放熱性能を向上することができる。しかしながら、一般に、蛍光体ホイール装置に開口を設けることは、基板の熱伝導性の局所的な低下を引き起こし、蛍光体を塗布した領域の一部において局所的な温度上昇を引き起こす。そこで、図１の蛍光体ホイール装置１００では、基板１０１において、蛍光体１０２を塗布した領域を挟んで通気領域１０３と対となる位置に、伝熱領域１０６が設けられている。これにより、空気の対流による蛍光体ホイール装置１００の前面からの放熱性能を向上させることができ、さらに、基板１０１の局所的な熱伝導性の低下と、蛍光体１０２を塗布した領域の局所的な温度上昇とを抑制することができる。従って、実施形態１によれば、従来に比べて優れた放熱特性を有する蛍光体ホイール装置１００及び蛍光体ホイールアセンブリ１を提供することができる。

［１−３］蛍光体ホイール装置を備える光源装置
図３を参照して、実施形態１に係る光源装置について説明する。

図３は、図１の蛍光体ホイールアセンブリ１を備える光源装置２の構成を示す構成図である。光源装置２は、蛍光体ホイールアセンブリ１、複数の第１のレーザ光源２０２、コリメータレンズ２０３、凸レンズ２０４，２０８，２０９，２１０、拡散板２０５、凹レンズ２０６、ダイクロイックミラー２０７、ロッドインテグレータ２１１、複数の第２のレーザ光源２２２、コリメータレンズ２２３、凸レンズ２２４、拡散板２２５、及び凹レンズ２２６を備える。

複数の第１のレーザ光源２０２は、所定波長の励起光を発生する励起光源である。

複数の第１のレーザ光源２０２から出射した光は、各第１のレーザ光源２０２の出射側に配置されたコリメータレンズ２０３により平行光化される。コリメータレンズ２０３の出射側には、複数のコリメータレンズ２０３から出射される第１のレーザ光源２０２の光をまとめて光束幅を小さくする凸レンズ２０４を備える。凸レンズ２０４で光束幅を小さくした出射光は、凸レンズ２０４の出射側に位置する拡散板２０５に入射する。拡散板２０５では、凸レンズ２０４で解消しきれなかった第１のレーザ光源２０２の出射光のコリメータレンズ２０３を通過した状態で発生している光束の粗密を解消する。

拡散板２０５から出射した光は、凹レンズ２０６に入射する。凹レンズ２０６は、拡散板２０５から入射した光を平行光化する。

凹レンズ２０６を出射した平行光化された光は、出射側に光軸に対して４５度の角度で配置されたダイクロイックミラー２０７に入射する。ダイクロイックミラー２０７は、第１のレーザ光源２０２の出射光の波長域の光を透過し、蛍光体ホイールアセンブリ１からの蛍光の波長域の光を反射する特性を有している。したがって、ダイクロイックミラー２０７に入射した凹レンズ２０６からの光は、複数の凸レンズ２０８、２０９へ順に入射し、光束が収束し、蛍光体ホイールアセンブリ１に入射する。

蛍光体ホイールアセンブリ１は、蛍光体１０２が凸レンズ２０８、２０９に対向するように配置されている。これにより、凸レンズ２０８、２０９で収束した第１のレーザ光源２０２の光が蛍光体１０２を励起する励起光として照射される。

蛍光体１０２に入射した第１のレーザ光源２０２からの励起光は、波長変換され、レーザ光源２０２の波長とは異なる波長域の蛍光に変換されるとともに、光の方向を１８０度変換し、凸レンズ２０９側へ出射する。凸レンズ２０９に入射した蛍光は、凸レンズ２０８に入射し、平行光化され、ダイクロイックミラー２０７に入射し、その進行方向が９０度曲げられる。

次に、複数の第２のレーザ光源２２２から出射した光は、各第２のレーザ光源２２２の出射側に配置されたコリメータレンズ２２３により平行光化される。コリメータレンズ２２３の出射側には、複数のコリメータレンズ２２３から出射される第２のレーザ光源２２２の光をまとめて光束幅を小さくする凸レンズ２２４を備える。凸レンズ２２４で光束幅を小さくした出射光は、凸レンズ２２４の出射側に位置する拡散板２２５に入射する。拡散板２２５では、凸レンズ２２４で解消しきれなかった第２のレーザ光源２２２の出射光がコリメータレンズ２２３を通過した状態で発生している光束の粗密を解消する。

拡散板２２５から出射した光は、凹レンズ２２６に入射する。凹レンズ２２６は、拡散板２２５から入射した光を平行光化する。

凹レンズ２２６を出射した平行光化された光は、出射側に光軸に対して４５度の角度で配置されたダイクロイックミラー２０７に、蛍光体ホイールアセンブリ１から出射した蛍光とは９０度異なる方向から入射する。ダイクロイックミラー２０７は、第１のレーザ光源２０２と第２のレーザ光源２２２の出射光の波長域の光を透過し、蛍光体ホイールアセンブリ１からの蛍光の波長域の光を反射する特性を有している。したがって、ダイクロイックミラー２０７に入射した凹レンズ２２６からの光を透過する。その結果、蛍光体ホイールアセンブリ１から出射した蛍光と、第２のレーザ光源２２２から出射した光は、同一の方向へ出射する。

蛍光体ホイールアセンブリ１からの蛍光と、第２のレーザ光源２２２からのレーザ光は、凸レンズ２１０で収束し、光均一化手段であるロッドインテグレータ２１１に入射する。ロッドインテグレータ２１１を出射した光の強度分布は均一化されている。

ここで、第２のレーザ光源２２２の出射する光は、青色の波長域の光であり、第１のレーザ光源２０２の出射する光は、紫外から青色の波長域の光である。また、蛍光体ホイールアセンブリ１は、第１のレーザ光源２０２の波長域の光で励起され、緑色と赤色の両波長域を含んだ黄色の蛍光光を出射する。

上記の構成により、光源装置２のロッドインテグレータ２１１からは、強度分布が均一化された白色の光が出射する。

光源装置２によれば、レンズ及びミラー等を含む導光光学系によりレーザ光源２０２からの励起光を蛍光体ホイール装置１００に導光し、励起光が蛍光体ホイール装置１００の蛍光体１０２に照射されることにより蛍光光を発生する。

［１−４］蛍光体ホイールを搭載した光源装置を用いた投写型映像表示装置
図４を参照して、実施形態１に係る投写型映像表示装置について説明する。

図４は、図３の光源装置２を備える投写型映像表示装置の構成を示す構成図である。図４の投写型映像表示装置は、光源装置２、凸レンズ３３１，３３２，３３３、全反射プリズム３３４、微小ギャップ３３５、カラープリズム３３６、微小ギャップ３３７、ＤＭＤ３３８，３３９，３４０、及び投写レンズ３４１を備える。

図４の投写型映像表示装置は、図３を用いて説明した光源装置２を備える。光源装置２の詳細に関しては繰り返しては説明せず、以下、ロッドインテグレータ２１１を出射した白色光の挙動と投写型映像表示装置の構成について説明する。

まず、ロッドインテグレータ２１１を出射した白色光は、３枚の凸レンズ３３１、３３２、３３３で構成されたリレーレンズ系にて、後述するＤＭＤ（digital micromirror device）３３８、３３９，３４０に、ロッドインテグレータ２１１の出射面を写像する。

リレーレンズ系を構成する凸レンズ３３１、３３２、３３３を通過した光は、２つの硝子ブロックの間に微小ギャップ３３５を設けた全反射プリズム３３４に入射する。全反射プリズム３３４に入射した光は、前述した微小ギャップ３３５で反射し、３つの硝子ブロックで構成されたカラープリズム３３６に入射する。カラープリズム３３６は、第１の硝子ブロックと第２の硝子ブロックの間に微小ギャップ３３７と第１のガラスブロック側に青色の波長域の光を反射するダイクロイック面を有している。

全反射プリズム３３４から、カラープリズム３３６に入射した白色光のうち、青色の波長域の光は、微小ギャップ３３７の前側の第１のガラスブロックに設けられた青色領域を反射するダイクロイック面で反射する。ダイクロイック面で反射した青色光は、カラープリズム３３６と全反射プリズム３３４の間に設けられたギャップで全反射を発生し、光の進行方向を変えて、青色用のＤＭＤ３３８に入射する。

続いて、微小ギャップ３３７を通過した赤色と緑色領域の両方の領域の光を含む黄色の光は、カラープリズム３３６の第２のガラスブロックと第３のガラスブロックの境界面に設けられた、赤色の波長域の光を反射し、緑色の波長域の光を透過するダイクロイック面で、赤色光と緑色光に分離される。分離された赤色光と緑色光のうち、赤色光は反射し、緑色光は透過し、第３のガラスブロックに入射する。

第２のガラスブロックと第３のガラスブロックの境界面で反射した赤色光は、第２のガラスブロックと第１のガラスブロックの間の設けられた微小ギャップ３３７に、全反射以上の角度で入射することで反射し、赤色用のＤＭＤ３３９に入射する。

第３のガラスブロックに入射した緑色光はそのまま直進し、緑色用のＤＭＤ３４０に入射する。

３枚のＤＭＤ３３８、３３９、３４０は、図示されない映像回路によって駆動され、画像情報に対応して各画素のオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）が切り替わり反射方向が変わる。

三枚のＤＭＤ３３８、３３９、３４０のＯＮの画素からの光は、前述した経路を逆に通り、カラープリズム３３６で合成され、白色光となって、全反射プリズムに入射する。全反射プリズムに入射した光は、全反射プリズムの微小ギャップ３３５に全反射角以下の角度で入射し、そのまま透過して、投写レンズ３４１によって、図示していないスクリーンに拡大投写される。

［１−５］実施形態１に係る効果
実施形態１に係る蛍光体ホイール装置１００によれば、基板１０１と、基板１０１の表面において、基板１０１の回転中心から第１の半径ｒ１を有する円周上の少なくとも一部に設けられた蛍光体１０２を含む蛍光体領域１０８とを備える。基板１０１は、蛍光体領域１０８よりも基板１０１の回転中心に近接した複数の開口を含む通気領域１０３と、蛍光体領域１０８よりも基板１０１の回転中心から遠隔した伝熱領域１０６とを有する。

これにより、基板の熱伝導性の低下及び蛍光体の局所的な温度上昇を抑制し、従来よりも優れた放熱特性を有する蛍光体ホイール装置を提供することができる。

実施形態１に係る蛍光体ホイール装置１００によれば、伝熱領域１０６の面積は、複数の開口の面積の総和以上である。

これにより、開口を設けたことに起因する、基板の熱伝導性の低下及び蛍光体の局所的な温度上昇を抑制することができる。

実施形態１に係る蛍光体ホイール装置１００によれば、複数の開口は、基板１０１の回転中心から第１の半径ｒ１よりも小さい第２の半径ｒ２を有する円周上に設けられた複数の第１の開口１０４と、基板１０１の回転中心から第２の半径ｒ２よりも小さい第３の半径ｒ３を有する円周上に設けられた複数の第２の開口１０５とを含む。

実施形態１に係る蛍光体ホイール装置１００によれば、複数の第２の開口１０５の面積の総和は、複数の第１の開口１０４の面積の総和以上である。

実施形態１に係る蛍光体ホイール装置１００によれば、各第２の開口１０５の面積は、各第１の開口１０４の面積より大きい。

実施形態１に係る蛍光体ホイール装置１００によれば、各第２の開口１０５の形状は、各第１の開口１０４の形状とは異なる。

実施形態１に係る蛍光体ホイール装置１００によれば、基板１０１を回転させたときに通気領域１０３から伝熱領域１０６に向かう空気の流れを発生するように、基板１０１の通気領域１０３に設けられた複数のフィン１０７をさらに備える。

実施形態１に係る蛍光体ホイール装置１００によれば、複数のフィン１０７は、基板１０１の回転中心から第３の半径ｒ３を有する円周上に設けられる。

これにより、基板の熱伝導性の低下及び蛍光体の局所的な温度上昇を抑制し、従来よりも優れた放熱特性を有する蛍光体ホイール装置を提供することができる。

実施形態１に係る光源装置によれば、上述の蛍光体ホイール装置１００と、蛍光体ホイール装置１００を回転させるモータ１１１と、所定波長の励起光を発生する第１のレーザ光源２０２と、励起光を蛍光体ホイール装置１００に導光する導光光学系とを備える。励起光が蛍光体ホイール装置１００の蛍光体１０２に照射されることにより蛍光光を発生する。

これにより、蛍光体ホイール装置の基板の熱伝導性の低下及び蛍光体の局所的な温度上昇を抑制し、従来よりも優れた放熱特性を有する光源装置を提供することができる。

実施形態１に係る投写型映像表示装置によれば、上述の光源装置２を備える。

これにより、蛍光体ホイール装置の基板の熱伝導性の低下及び蛍光体の局所的な温度上昇を抑制し、従来よりも優れた放熱特性を有する投写型映像表示装置を提供することができる。

（実施形態２）
図５〜図７を参照して、実施形態２に係る蛍光体ホイール装置、光源装置、及び投写型映像表示装置について説明する。

［２−１］蛍光体ホイール装置
図５を参照して、実施形態２に係る蛍光体ホイール装置について説明する。

図５は、実施形態２に係る蛍光体ホイールアセンブリ１Ａの構成を示す平面図である。蛍光体ホイールアセンブリ１Ａは、蛍光体ホイール装置１００Ａを備える。蛍光体ホイールアセンブリ１Ａは、図２の蛍光体ホイールアセンブリ１と同様に、モータ１１１及びキャップ１１２をさらに備える。

蛍光体ホイール装置１００Ａは、基板１０１、蛍光体１０２ａ，１０２ｂ、透過領域１０２ｃ、通気領域１０３、複数の第１の開口１０４、複数の第２の開口１０５、伝熱領域１０６、及び複数のフィン１０７を備える。蛍光体ホイール装置１００Ａは、図１の円環状に塗布されて形成された蛍光体１０２に代えて、蛍光体１０２ａ，１０２ｂ及び透過領域１０２ｃを備える。

蛍光体１０２ａ，１０２ｂ及び透過領域１０２ｃは、基板１０１の表面において、基板１０１の回転中心から所定半径r１を有する円周上に設けられる。

蛍光体１０２ａ，１０２ｂは、互いに異なる波長の蛍光光を発生する。蛍光体１０２ａは、例えば、黄色を主たる波長域として蛍光光を発生する蛍光体である。この蛍光体１０２ａは、例えば、青色の励起光を効率的に吸収して蛍光光を効率的に発生し、且つ温度消光に対する耐性が高い蛍光体である。蛍光体１０２ａは、例えば、セリウム付活ガーネット構造蛍光体である、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋である。蛍光体１０２ｂは、例えば、緑色を主たる波長域として蛍光光を発生する蛍光体である。この蛍光体１０２ｂは、例えば、青色の励起光を効率的に吸収して蛍光光を効率的に発生し、且つ温度消光に対する耐性が高い蛍光体である。蛍光体１０２ｂは、例えば、セリウム付活ガーネット構造蛍光体である、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋である。蛍光体１０２ａは、後述するとおり、励起光に応じて黄色光を発光する。蛍光体１０２ａの発光光である黄色光のうち、基板１０１の反射膜に向かって出射された光は、反射膜によって反射されて反転して進む。さらに、蛍光体１０２ｂは、後述するとおり、励起光に応じて緑色光を発光する。蛍光体１０２ｂの発光光である緑色光のうち、基板１０１の反射膜に向かって出射された光は、反射膜によって反射されて反転して進む。

基板１０１は、基板１０１の回転中心から第１の半径ｒ１を有する円周上において蛍光体が形成されず、かつ、光を透過する透過領域１０２ｃを有する。基板１０１は、少なくとも透過領域１０２ｃの部分において、透明な材料から構成されてもよく、開口を有してもよい。後述するように、蛍光体ホイールアセンブリ１Ａに照射された励起光の一部は、蛍光体１０２ａ，１０２ｂにより蛍光光を発生させるために使用されるのではなく、透過領域１０２ｃを通過して、そのままＤＭＤに入射する。

図５に示す蛍光体１０２ａ，１０２ｂは蛍光体の一例であり、図５に示す蛍光体ホイール装置１００Ａは蛍光体ホイールの一例である。

蛍光体ホイール装置１００Ａの他の構成要素は、図１の蛍光体ホイール装置１００の対応する構成要素と同様である。

［２−２］蛍光体ホイール装置の動作
図５の蛍光体ホイールアセンブリ１Ａによれば、実施形態１と同様に、蛍光体ホイール装置１００の放熱性能を向上させることができ、さらに、基板１０１の局所的な熱伝導性の低下と、蛍光体１０２を塗布した領域の局所的な温度上昇とを抑制することができる。

透過領域１０２ｃには蛍光体が形成されていないので、ここに励起光が照射されても、蛍光体１０２ａ，１０２ｂの領域よりは発熱が少ない。従って、透過領域１０２ｃの近傍には、冷却のために複数の開口１０４，１０５及び複数のフィン１０７を設けなくてもよい。

［２−３］蛍光体ホイールを用いた光源装置
図６を参照して、実施形態２に係る光源装置について説明する。

図６は、図５の蛍光体ホイールアセンブリ１Ａを備える光源装置２Ａの構成を示す構成図である。光源装置２Ａは、蛍光体ホイールアセンブリ１Ａ、複数の第１のレーザ光源５０２、コリメータレンズ５０３、凸レンズ５０４，５０８、５０９，５１０，５１１，５１６、拡散板５０５、凹レンズ５０６、ダイクロイックミラー５０７、ミラー５１２，５１３，５１５、リレーレンズ５１４、フィルターホイール５１７、及びロッドインテグレータ５１８を備える。

複数の第１のレーザ光源５０２は、所定波長の励起光を発生する励起光源である。

複数の第１のレーザ光源５０２から出射した光は、各第１のレーザ光源５０２の出射側に配置されたコリメータレンズ５０３により平行光化される。コリメータレンズ５０３の出射側には、複数のコリメータレンズ５０３から出射される第１のレーザ光源５０２の光をまとめて光束幅を小さくする凸レンズ５０４を備える。凸レンズ５０４で光束幅を小さくした出射光は、凸レンズ５０４の出射側に位置する拡散板５０５に入射する。拡散板５０５では、凸レンズ５０４で解消しきれなかった第１のレーザ光源５０２の出射光のコリメータレンズ５０３を通過した状態で発生している光束の粗密を解消する。

拡散板５０５から出射した光は、凹レンズ５０６に入射する。凹レンズ５０６は、拡散板５０５から入射した光を平行光化する。

凹レンズ５０６を出射した平行光化された光は、出射側に光軸に対して４５度の角度で配置されたダイクロイックミラー５０７に入射する。ダイクロイックミラー５０７は、第１のレーザ光源５０２の出射光の波長域の光を反射し、蛍光体ホイールアセンブリ１Ａからの蛍光の波長域の光を透過する特性を有している。したがって、ダイクロイックミラー５０７に入射した凹レンズ５０６からの光は、複数の凸レンズ５０８、５０９へ順に入射し、光束が収束し、蛍光体ホイールアセンブリ１Ａに入射する。

蛍光体ホイールアセンブリ１Ａは、蛍光体１０２ａ、１０２ｂが凸レンズ５０８、５０９に対向するように配置されており、凸レンズ５０８、５０９で収束した第１のレーザ光源５０２の光が蛍光体１０２ａ、１０２ｂを励起する励起光として照射されるように配置されている。

蛍光体１０２ａ、１０２ｂに入射した第１のレーザ光源５０２からの励起光は、波長変換されレーザ光源５０２の波長とは異なる波長域の蛍光に変換されるとともに、光の方向を１８０度変換し、凸レンズ５０９側へ出射する。凸レンズ５０９に入射した蛍光は、凸レンズ５０８に入射し、平行光化され、ダイクロイックミラー５０７を透過し、直進する。

一方、前述した通り、蛍光体１０２ａ，１０２ｂ及び透過領域１０２ｃは、基板１０１の表面において、基板１０１の回転中心から所定半径ｒ１を有する円周上に設けられる。したがって、蛍光体ホイールアセンブリ１Ａに照射された励起光の一部は、透過領域１０２ｃを通過し、凸レンズ５１０側へ出射する。凸レンズ５１０に入射した励起光の一部は、凸レンズ５１１に入射し、平行光化された後、ミラー５１２、５１３、リレーレンズ５１４、ミラー５１５を経て、ダイクロイックミラー５０７に入射する。ダイクロイックミラー５０７に入射したミラー５１５からの光は、その進行方向が９０度曲げられる。その結果、蛍光体ホイールアセンブリ１Ａから出射した蛍光と、蛍光体ホイールアセンブリ１Ａを通過した励起光の一部は、同一の方向へ出射する。

ここで第１のレーザ光源５０２の出射する光は、青色の波長域の光である。また、蛍光体ホイールアセンブリ１Ａは、第１のレーザ光源５０２の波長域の光で励起され、それぞれ、緑色と黄色を主たる波長域とする蛍光光を時系列に出射する。さらに、蛍光体ホイールアセンブリ１Ａを通過した励起光の一部は、蛍光体により蛍光光を発生させるために使用されるのではなく、透過領域１０２ｃを通過して、そのままＤＭＤに入射する。

ダイクロイックミラー５０７によって合成された合成光は、凸レンズ５１６で収束し、フィルターホイール５１７を経て、光均一化手段であるロッドインテグレータ５１８に入射する。このとき、蛍光体ホイールアセンブリ１Ａにより生成された黄色を主たる波長域とする蛍光の一部は、赤色を主たる波長域とする光に変換される。また、ロッドインテグレータ５１８に入射した光の強度分布は均一化される。

上記の構成により、光源装置２Ａのロッドインテグレータ５１８からは、強度分布が均一化された赤色、緑色、黄色、青色光が時系列で出射する。

［２−４］蛍光体ホイールを搭載した光源装置を用いた投写型映像表示装置
図７を参照して、実施形態２に係る投写型映像表示装置について説明する。

図７は、図６の光源装置２Ａを備える投写型映像表示装置の構成を示す構成図である。図７の投写型映像表示装置は、光源装置２Ａ、凸レンズ６３１，６３２，６３３、全反射プリズム６３４、微小ギャップ６３５、ＤＭＤ６３６、及び投写レンズ６４１を備える。

当該投写型映像表示装置は、図６を用いて説明した光源装置２Ａを用いている。光源装置２Ａの詳細に関しては繰り返しては説明せず、以下、ロッドインテグレータ５１８を出射した光の挙動と投写型映像表示装置の構成につき説明する。

まず、ロッドインテグレータ５１８を出射した光は、３枚の凸レンズ６３１、６３２、６３３で構成されたリレーレンズ系にて、後述するＤＭＤ６３６に、ロッドインテグレータ５１８の出射面を写像する。

リレーレンズ系を構成する凸レンズ６３１、６３２、６３３を通過した光は、２つの硝子ブロックの間に微小ギャップ６３５を設けた全反射プリズム６３４に入射する。全反射プリズム６３４に入射した光は、前述した微小ギャップ６３５で反射し、ＤＭＤ６３６に入射する。

ＤＭＤ６３６は、図示されない映像回路によって駆動され、画像情報に対応して各画素のＯＮ／ＯＦＦが切り替わり反射方向が変わる。

ＤＭＤ６３６のＯＮの画素から出射し、全反射プリズムに入射した光は、全反射プリズムの微小ギャップ６３５に全反射角以下の角度で入射し、そのまま透過して、投写レンズ６４１によって、図示していないスクリーンに拡大投写される。

［２−５］実施形態２に係る効果
実施形態２に係る蛍光体ホイール装置１００Ａによれば、基板１０１は、基板１０１の回転中心から第１の半径ｒ１を有する円周上において、蛍光体１０２ａ，１０２ｂを含む蛍光体領域１０８ａ、及び蛍光体が形成されていない透過領域１０２ｃを備える。基板１０１は、蛍光体領域よりも基板１０１の回転中心に近接した複数の開口を含む通気領域１０３と、蛍光体領域１０８ａよりも基板１０１の回転中心から遠隔した伝熱領域１０６とを有する。

これにより、強度分布が均一化された赤色、緑色、黄色、青色光がロッドインテグレータ５１８から時系列で出射する光源装置２Ａにおいて、基板の熱伝導性の低下及び蛍光体の局所的な温度上昇を抑制し、従来よりも優れた放熱特性を有する蛍光体ホイール装置を提供することができる。

（他の実施形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態１〜２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。また、上記実施形態１〜２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。

伝熱領域は、少なくとも１つの開口を有してもよい。

基板は平面に限定されず、適切な向きに蛍光光を発生させることができるのであれば、少なくとも一部に湾曲又は折れ曲がりを含む任意の形状であってもよい。

開口の形状は、円形及び四角形に限定されず、楕円及び他の多角形を含む任意の形状であってもよい。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示の蛍光体ホイール装置は、光源装置及び投写型映像表示装置に適用可能である。

１，１Ａ 蛍光体ホイールアセンブリ
２ 光源装置
１００，１００Ａ 蛍光体ホイール装置
１０１ 基板
１０２，１０２ａ，１０２ｂ 蛍光体
１０２ｃ 透過領域
１０３ 通気領域
１０４ 第１の開口
１０５ 第２の開口
１０６ 伝熱領域
１０７ フィン
１１０ 回転軸
１１１ モータ
１１２ キャップ
２０２ 第１のレーザ光源
２０３ コリメータレンズ
２０４，２０８，２０９，２１０ 凸レンズ
２０５ 拡散板
２０６ 凹レンズ
２０７ ダイクロイックミラー
２１１ ロッドインテグレータ
２２２ 第２のレーザ光源
２２３ コリメータレンズ
２２４ 凸レンズ
２２５ 拡散板
２２６ 凹レンズ、
３３１，３３２，３３３ 凸レンズ
３３４ 全反射プリズム
３３５ 微小ギャップ
３３６ カラープリズム
３３７ 微小ギャップ
３３８，３３９，３４０，６３６ ＤＭＤ
３４１ 投写レンズ
５０２ 第１のレーザ光源
５０３ コリメータレンズ
５０４，５０８，５０９，５１０，５１１，５１６ 凸レンズ
５０５ 拡散板
５０６ 凹レンズ
５０７ ダイクロイックミラー
５１２，５１３，５１５ ミラー
５１４ リレーレンズ
５１７ フィルターホイール
５１８ ロッドインテグレータ
６３１，６３２，６３３ 凸レンズ
６３４ 全反射プリズム
６３５ 微小ギャップ
６４１ 投写レンズ

Claims (11)

1. 回転する基板と、
   前記基板の表面において、前記基板の回転中心から第１の半径を有する円周上の少なくとも一部に設けられた蛍光体を含む蛍光体領域とを備える蛍光体ホイール装置であって、
   前記基板は、
   前記蛍光体領域よりも前記基板の回転中心に近接した複数の開口を含む通気領域と、
   前記蛍光体領域よりも前記基板の回転中心から遠隔した伝熱領域とを有する、
   蛍光体ホイール装置。
2. 前記伝熱領域の面積は、前記複数の開口の面積の総和以上である、
   請求項１記載の蛍光体ホイール装置。
3. 前記複数の開口は、
   前記基板の回転中心から前記第１の半径よりも小さい第２の半径を有する円周上に設けられた複数の第１の開口と、
   前記基板の回転中心から前記第２の半径よりも小さい第３の半径を有する円周上に設けられた複数の第２の開口とを含む、
   請求項１又は２記載の蛍光体ホイール装置。
4. 前記複数の第２の開口の面積の総和は、前記複数の第１の開口の面積の総和以上である、
   請求項３記載の蛍光体ホイール装置。
5. 前記複数の第１の開口はすべて同一面積であり、
   前記複数の第２の開口はすべて同一面積であり、
   前記複数の第２の開口の各々の面積は、前記複数の第１の開口の各々の面積より大きい、
   請求項３又は４記載の蛍光体ホイール装置。
6. 前記複数の第１の開口はすべて同一形状であり、
   前記複数の第２の開口はすべて同一形状であり、
   前記複数の第２の開口の各々の形状は、前記複数の第１の開口の各々の形状とは異なる、
   請求項３〜５のうちの１つに記載の蛍光体ホイール装置。
7. 前記基板を回転させたときに前記通気領域から前記伝熱領域に向かう空気の流れを発生するように、前記基板の通気領域に設けられた複数のフィンをさらに備える、
   請求項３〜６のうちの１つに記載の蛍光体ホイール装置。
8. 前記複数のフィンは、前記基板の回転中心から前記第３の半径を有する円周上に設けられる、
   請求項７記載の蛍光体ホイール装置。
9. 前記基板は、前記基板の回転中心から前記第１の半径を有する円周上において蛍光体が形成されず、かつ、光を透過する透過領域を有する、
   請求項１〜８のうちの１つに記載の蛍光体ホイール装置。
10. 請求項１〜９のうちの１つに記載の蛍光体ホイール装置と、
    前記蛍光体ホイール装置を回転させる駆動装置と、
    所定波長の励起光を発生する励起光源と、
    前記励起光を前記蛍光体ホイール装置に導光する導光光学系とを備える光源装置であって、
    前記励起光が前記蛍光体ホイール装置の蛍光体に照射されることにより蛍光光を発生する、
    光源装置。
11. 請求項１０記載の光源装置を備える、
    投写型映像表示装置。

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