JP2018138949A - 波長変換部材及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の配光特性を改善しつつ、使用環境に適して高画質な画像を形成できる画像形成装置、及びそれに用いる波長変換部材を提供する。【解決手段】それぞれ蛍光体１０６ｇを収容した複数の凹部１０６ｆを形成したミラー素子と、凹部に対応するようにして複数のレンズ１０６ｉを配置した光学素子と、を組み合わせてなる画像形成装置用の波長変換部材は、第１の波長の光を、レンズを介して凹部内の蛍光体に入射させたとき、蛍光体に入射した第１の波長の光は、第１の波長とは異なる第２の波長の光に変換され、レンズを介して出射するようになっており、画像形成装置の不使用時において第１の波長の光を入射させない状態で、凹部の中心とレンズの光軸とがずれており、画像形成装置の使用時において第１の波長の光を入射させた状態で、ミラー素子と光学素子との熱膨張差に応じて、凹部の中心とレンズの光軸とが略一致する。【選択図】図３

Description

本発明は、波長変換部材及び画像形成装置に関し、特に小型の画像投影装置のような画像形成装置に好適に用いられる波長変換部材及びそれを用いた画像形成装置に関する。

画像形成装置の一種である画像投影装置においては、液晶やミラー偏向型のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等を用いて投影画像を形成しているが、かかる画像を投影するための光源として、従来から放電ランプが広く利用されている。しかしながら、放電ランプは寿命が短く信頼性が低いという問題点がある。これに対し、近年では半導体レーザや発光ダイオード等のような長寿命を持つ固体光源の開発が進み、これらが画像投影装置の光源として用いられるようになってきた。

ここで、投影画像を形成する際には、光の三原色として、赤色、緑色、青色の三色の高強度光が必要になるが、例えば半導体レーザとしては、赤色のレーザと青色のレーザは高輝度のものが実用化されているのに対し、これらに比肩する程度に高輝度の緑色のレーザはまだ実用化されていないという課題がある。そこで、青色レーザ光を波長変換して、緑色の高強度光を創成しようとする試みがある。又、青色レーザ光を波長変換して赤色の高強度光を創成できれば、半導体レーザを１つ設けるだけで足りるので、コスト及びスペース等の制約が削減される。例えば特許文献１には、青色レーザ光を赤色蛍光体層に入射させることで赤色光を励起させ、また青色レーザ光を緑色蛍光体層に入射させることで緑色光を励起させる蛍光ホイールが開示されている。

一方、画像投影装置の小型化や省エネを推進する上では、光源自体をなるべく小さくしつつ、光の利用効率を高めたいという要請もある。一般に、画像投影装置の光利用効率を高くする手法として、光源の発光面積と光源から出射する光束の立体角との積であるエタンデユを小さくすることが挙げられる。このような課題に対して、特許文献２では、蛍光体層の表面に微細な凹凸形状を設けて、光の利用効率を向上させる工夫がなされている。

特開２００９-２７７５１６号公報 特開２０１２−６８４６５号公報 国際公開第２０１６／０９８５６０号 特開２０１０−１０９４３３号公報

しかしながら、特許文献２に示す技術では、蛍光体層の表面に凹凸構造を形成しているので、凹凸構造に入射直後において蛍光体層の内包する粒子に散乱が生じた光については、入射点からランバーシャン発光することとなり、凹凸構造を設けた効果が少なく、光学系の光の有効利用が十分に図れないという問題がある。これに対し特許文献３には、蛍光体層に凹凸構造を設ける代わりに、蛍光体層と光源との間に複数のプリズムからなる光偏向部を設けて、蛍光体層から出射した光を各プリズムで屈折させることにより、光利用効率を高める技術が開示されている。しかしながら、光偏向部を用いる場合には、層厚さが一様な蛍光体層を設けるよりも、光偏向部の各プリズムに対する規定位置に集中して蛍光体を設ける方が、出射光を制御する上で好ましいことが分かってきた。

ところで、一般的に半導体レーザの照射エネルギが比較的高いことから、その青色レーザ光が蛍光体に入射した際に蛍光ホイールが加熱され、その線膨張係数に従って熱膨張を生じさせることとなるが、蛍光体を集中配置した場合、熱膨張差によって蛍光体の位置がプリズムの規定位置からずれてしまい、光の変換効率が低下するという問題が生じた。これに対し、特許文献４にはロッドレンズアレイと電子回路基板の線膨張係数をほぼ同等にすることにより、ロッドレンズアレイに対する受光素子の位置変化を抑えることができる技術が開示されている。かかる技術を、蛍光体ホイールと光偏向部に流用し、両者の線膨張係数をほぼ同じにすることも考えられる。

しかしながら、短波長（波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ）である青色レーザ光の照射に対する十分な耐光性及び耐熱性を持つ素材は、限られるという実情がある。その限られた中で蛍光体ホイールに適した素材と、光偏向部に適した素材とを検討した結果、低コストで線膨張係数を同等にできるものを選択することは困難であることが判明した。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、光の配光特性を改善しつつ、使用環境に適して高画質な画像を形成できる画像形成装置、及びそれに用いる波長変換部材を提供することを目的とする。

本発明の波長変換部材は、
それぞれ蛍光体を収容した複数の凹部を形成したミラー素子と、
前記凹部に対応するようにして複数のレンズを配置した光学素子と、を組み合わせてなる画像形成装置用の波長変換部材であって、
第１の波長の光を、前記レンズを介して前記凹部内の前記蛍光体に入射させたとき、前記蛍光体に入射した前記第１の波長の光は、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光に変換され、前記レンズを介して出射するようになっており、
前記画像形成装置の不使用時において前記第１の波長の光を入射させない状態で、前記凹部の中心と前記レンズの光軸とがずれており、前記画像形成装置の使用時において前記第１の波長の光を入射させた状態で、前記ミラー素子と前記光学素子との熱膨張差に応じて、前記凹部の中心と前記レンズの光軸とが略一致するものである。

本発明によれば、光の配光特性を改善しつつ、使用環境に適して高画質な画像を形成できる画像形成装置、及びそれに用いる波長変換部材を提供することができる。

本実施の形態にかかる画像形成装置としての画像投影装置１００の概略構成図である。 蛍光体ホイール１０６を分解して示す斜視図である。 図２のII-II線で切断して矢印方向に見た蛍光体ホイール１０６の概略断面図であり、（ａ）は使用前の状態を示し、（ｂ）は使用時の状態を示す。 使用状態での蛍光体ホイール１０６の一部を正面から見た図である。 シミュレーション結果を示すグラフである。 反射板１０６ａを形成する冷間プレス工程を示す図である。 マイクロレンズアレイ１０６ｂを成形する工程を示す図である。

以下、本実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる画像形成装置としての画像投影装置１００の概略構成図である。ここでは、光変調素子として、反射型のＬＣＤ光変調素子(ＬＣＯＳ：Liquid crystal on silicon)を用いた画像投影装置の構成例を示すが、これに限定されずミラーアレイ(ＤＭＤ：Digital Mirror Device)や透過型液晶を用いた光変調素子を採用しても良い。又、複数の光変調素子を組合せて用いても良い。

画像投影装置１００は、光源１０１からＬＣＤ光変調素子１１３の手前までの照明部ＩＬと、ＬＣＤ光変調素子１１３から投影レンズ１１４までの光学エンジン部ＯＥとを備える。光学エンジン部ＯＥは、照明部ＩＬから射出された光を光学的に処理して画像光を生成し、その画像光を外部の物体面に拡大投影する機能を有する。物体面とは、壁、スクリーン、ホワイトボードや、立体物などである。光学エンジン部ＯＥは、ＬＣＤ光変調素子１１３と、照明光と投影光の分岐素子となる偏光ビームスプリッタ１１２と、ＬＣＤ光変調素子１１３で生成された像を拡大投影する投影レンズ１１４で構成される。偏光ビームスプリッタ１１２は、後に述べる照明部ＩＬでも共用される。

光学エンジン部ＯＥの構成は、最小構成として上述の３要素を備え、ＬＣＤ光変調素子１１３と投影レンズ１１４の光路中に分岐素子が入る構成であれば良い。また、必要に応じて、光路上にその他の光学素子を加えても良い。そのような光学素子としては、例えば、偏光状態を変化させる波長板や、偏光フィルタ、色味を補正するフィルタ等がある。

ＬＣＤ光変調素子１１３は、制御部ＣＯＮＴからの画像に対応してＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分に分解された信号に対し、ＬＣＯＳの液晶セルの配列を変化させ、入射光の偏光状態を変えた光を偏光ビームスプリッタの偏光膜と組み合わせることで、変調された画像を生成する。

また、その際に、ＬＣＤ光変調素子１１３を、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分についてそれぞれ時間的に分割されたいわゆるカラーフィールドシーケンシャル方式で画像を生成し、フルカラーの映像を投影することができる。このとき、ＬＣＤ光変調素子１１３のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の画像を形成するために変化した液晶セルの配列（フィールド）と、照明部ＩＬのＲ（赤外光）、Ｇ（緑色光）、Ｂ（青色光）の発光タイミングとを同期させている。

一方、照明部ＩＬは、第１光源１０１と、正レンズ及び負レンズを含むビーム縮小光学系１０２と、バンドパス偏光フィルタ１０３と、１／４波長板１０４と、少なくとも１枚の正レンズ（又はミラーでも良い）を含む集光光学系である集光レンズ１０５と、波長変換部材である蛍光体ホイール１０６と、回転駆動部としてのモータ１０７と、第１リレー光学系１０８と、ライトパイプ１０９と、第２リレー光学系１１０と、偏光ビームスプリッタ１１２とを有する。第１光源１０１は、レーザドライバＤＲによりモータ１０７の回転に同期して発光駆動される。バンドパス偏光フィルタ１０３は、光軸に対して４５度の角度で傾いており、第１の波長である４５０ｎｍに対して±２０ｎｍのＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光と５００ｎｍ以上の長波長の光を反射する特性を有する。この際、集光レンズ１０５は蛍光体ホイール１０６に所定のサイズの光束径で集光されるように設定されていれば良い。

図２は、蛍光体ホイール１０６を分解して示す斜視図であり、図３は、図２のII-II線で切断して矢印方向に見た蛍光体ホイール１０６の概略断面図であるが、実際よりも少ない数でレンズ、凹部を示している。図４は、使用状態での蛍光体ホイール１０６の一部を正面から見た図である。図２において、蛍光体ホイール１０６は、円盤状の反射板（ミラー素子）１０６ａと、環状のマイクロレンズアレイ（光学素子）１０６ｂとを接合してなる。

反射板１０６ａの上面外周近傍において、周方向に沿って帯状に第１の光変換部１０６ｃと、これに続けて第２の光変換部１０６ｄとを形成している。但し、光変換部１０６ｃ、１０６ｄは、反射板１０６ａの２／３周分しか形成されておらず、その残りに反射部２０６ｅを形成している。つまり、反射板１０６ａの１／３周に第１の光変換部１０６ｃが形成され、別の１／３周に第２の光変換部１０６ｄが形成され、更に別の１／３周は反射部１０６ｅのみを形成した非変換部となっている。尚、反射板１０６ａの中央には、モータ１０７の回転軸と連結するための孔１０６ｐが形成されている。

図３を参照して、光変換部１０６ｃ、１０６ｄは、マイクロレンズアレイ１０６ｂに対向する面（ここでは上面）に、複数個の凹部１０６ｆを互いに等ピッチで離間して形成している。各々同一形状である凹部１０６ｆの内面は、反射面として機能する。図４に示すように、凹部１０６ｆは隣接するものとの間で、その中心が正三角形の頂点となるように配置されている。凹部１０６ｆの中心間距離は、５０μｍ〜５００μｍであると好ましい。凹部１０６ｆの形状は、回転対称である半球面もしくは非球面であると好ましいが、中心を有すれば円錐、角錐など、それ以外の形状でも構わない。

凹部１０６ｆ内には、それぞれ蛍光体１０６ｇが収容されている。蛍光体１０６ｇの上面は平面であっても良いし、曲面でも良い。ここで、第１の光変換部１０６ｃの凹部１０６ｆに収容される蛍光体１０６ｇとしては、セリウム賦活イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）（この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組織はＹ₃（Ａｌ,Ｇａ）₅Ｏ₁₂である）、Ｃｅ又はセリウム賦活ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ：Ｃｅ）、またはβサイアロン蛍光体等を用いることができるが、第１の波長の光を入射したときに、第２の波長の光として５００ｎｍから５６０ｎｍにピーク波長がある蛍光発光を行える蛍光体であれば良い。

一方、第２の光変換部１０６ｄの凹部１０６ｆに収容される蛍光体１０６ｇとしては、Ｓｒサイアロン蛍光体（Ｓｒ₂Ｓｉ₇Ａｌ₃ＯＮ₁₃：Ｅｕ）等を用いることができるが、第１の波長の光を入射したときに、第２の波長の光として６００ｎｍから６５０ｎｍにピーク波長がある蛍光発光を行える蛍光体であれば良い。

製造方法は後述するが、マイクロレンズアレイ１０６ｂは、ガラス製の基板（平行平板）１０６ｈ上に、各々同一形状である球面もしくは非球面からなるシリコーン樹脂製のレンズ１０６ｉを複数個，互いに等ピッチで並べて形成している。レンズ１０６ｉの集合体を集光部という。基材１０６ｈの厚みは３０〜２００μｍであり、レンズ１０６ｉの高さ、すなわち集光部の厚みは３０〜２００μｍであると好ましい。図４に示すように、隣接するレンズ１０６ｉは互いに接しており、いわゆる六方最密構造を形成してなる。使用状態では、レンズ１０６ｉの光軸は、それに対応する凹部１０６ｆの中心と略一致している。レンズ１０６ｉの光軸間ピッチは５０〜５００μｍであると好ましい。レンズ１０６ｉの径は、凹部１０６ｆの径より大きいと好ましい。

図１において、第１光源１０１は、第１の波長の光を出射する固体発光素子１０１ａと、コリメートレンズアレイ１０１ｂとで構成されている。固体発光素子１０１ａは、合波によって所定出力を得るために、ここでは波長４５０ｎｍの青色光を複数本同時に出射できる青色半導体レーザアレイを用いる。固体発光素子１０１ａからは、偏光状態のそろった直線偏光の青色光を複数本射出する。なお、第１の波長としては、上述する蛍光体層で蛍光発光する光の波長（第２の波長）より短く、青色と認識できる波長帯域のものであれば良いが、好ましくは４８０ｎｍ以下である。

本実施の形態にかかる画像形成装置１００の動作について説明する。ここで、蛍光体ホイール１０６は、ＬＣＤ光変調素子１１３のフィールドに同期して回転し、すなわち各カラーフィールドとセグメントが同期するよう制御されている。具体的には、ＬＣＤ光変調素子１１３における青のカラーフィールドでは青色光が光変調素子１１３に入射し、縁のカラーフィールドでは、緑色光が入射し、赤のカラーフィールドでは赤色光が入射するようになっている。

まず、第１光源１０１の固体発光素子１０１ａから出射された直線偏光（バンドパス偏光フィルタ１０３に対してＰ偏光）の青色光は、コリメートレンズアレイ１０１ｂを通過して複数の平行光束とされ、その複数の平行光束は、ビーム縮小光学系１０２で光束径を絞り込まれ、バンドパス偏光フィルタ１０３を通過し、１／４波長板１０４に入射して円偏光状態に変換され、更に集光レンズ１０５により集光されて、蛍光体ホイール１０６の反射板１０６ａの表面側（光変換部１０６ｃ、１０６ｄが形成された側）にスポット光として集光する。尚、モータ１０７の回転軸に連結された蛍光体ホイール１０６は、所定の速度で回転駆動されている。

かかるスポット光は、マイクロレンズアレイ１０６ｂのレンズ１０６ｉにより分割されて集光され、蛍光体ホイール１０６の回転位置に応じて、第１の光変換部１０６ｃの凹部１０６ｆ、第２の光変換部１０６ｄの凹部１０６ｆ、反射部１０６ｅのいずれかに入射する。ここで、第１の光変換部１０６ｃの凹部１０６ｆに入射したスポット光により、その内部の蛍光体１０６ｇが励起されることで緑色の蛍光が発生する。この蛍光は散乱光であるが、凹部１０６ｆ内面の反射面で反射されて、マイクロレンズアレイ１０６ｂの対応するレンズ１０６ｉに入射し、その集光作用によって緑色のコリメート光が出射されることとなる。

同様に、第２の光変換部１０６ｄの凹部１０６ｆに入射したスポット光により、その内部の蛍光体１０６ｇが励起されることで赤色の蛍光が発生する。この蛍光も凹部１０６ｆ内面の反射面で反射されて、マイクロレンズアレイ１０６ｂの対応するレンズ１０６ｉに入射し、その集光作用によって赤色のコリメート光が出射されることとなる。これに対し、反射部１０６ｅに入射したスポット光（青色光）は、その面で直接反射されて再度レンズ１０６ｉを通過し、青色のコリメート光が出射されることとなる。

集光レンズ１０５を通過した平行光束のうち、青色光は１／４波長板１０４を通過することでＳ偏光状態となり、緑色光、赤色光においては偏光に関係なくバンドパス偏光フィルタ１０３で反射される。バンドパス偏光フィルタ１０３で反射された青色光、緑色光、赤色光が順次入れ替わる照明光は、第１リレー光学系１０８を介してライトパイプ１０９内に入射し、ここで多重反射した後、第２リレー光学系１１０を通過して、偏光ビームスプリッタ１１２で反射して、ＬＣＤ光変調素子１１３に入射する。ライトパイプ１０９と第２リレー光学系１１０を通ることにより、照明光は光源や蛍光体層による輝度ムラが緩和された状態でＬＣＤ光変調素子１１３に導かれるので、輝度ムラの小さな照明となっている。尚、図示してはいないが、偏光による光のロスを低減するために、偏光状態を一様に揃える、所謂偏光変換素子をバンドパス偏光フィルタ１０３から偏光ビームスプリッタ１１２内の光路中に挿入しても良い。

更に、ＬＣＤ光変調素子１１３は、青色光を入射するときは青のカラーフィールドとなり、緑色光を入射するときは緑のカラーフィールドとなり、赤色光を入射するときは赤のカラーフィールドとなり、それぞれ時間的に分割された画像を形成し、光学エンジン部ＯＥの投影レンズ１１４を介して投影することができる。投影された各画像を観察する者は、目の残像効果によって各成分を足し合わせたフルカラーの画像を視認することができる。

又、以上の実施の形態では、蛍光体ホイール１０６の反射板１０６ａに２つの光変換部１０６ｃ、１０６ｄを形成した例を示したが、その代わりに蛍光体ホイール１０６には光変換部１０６ｃのみを設け、また赤色の半導体光源を別途設けて、それから出射させた赤色光をダイクロイックフィルタなどを用いて、蛍光体ホイール１０６をバイパスさせて光路内へと導くようにしても良い。

ところで、シリコーン樹脂はレーザ光照射に対して十分な耐光性、耐熱性を有するから、マイクロレンズアレイ１０６ｂをシリコーン樹脂のみから形成することもできるといえる。しかし、シリコーン樹脂製の線膨張係数は３００×１０^-6／℃程度であるのに対し、アルミニウム製である反射板１０６aの線膨張係数は２３×１０^-6／℃程度と大きく異なっている。よって、画像形成装置１００の使用時に、青色レーザ光を照射することで蛍光体ホイール１０６付近の温度が室温（２０℃）から１５０℃前後に増大した場合、その熱膨張によって、シリコーン樹脂製のみからなるマイクロレンズアレイ１０６ｂと、反射板１０６ａとの熱膨張量が大きく異なってしまうことが１つの課題となる。この熱膨張差によって、レンズ１０６ｉの光軸と凹部１０６ｆの中心との間に大きなずれが生じると、レンズ１０６ｉによって集光された光が凹部１０６ｆに適切に集光せず、また凹部１０６ｆから出射した光が、レンズ１０６ｉに適切に集光されないので、光の利用効率が低下する恐れがある。一方、素材としてのガラスも、レーザ光照射に対して十分な耐光性、耐熱性を有し、加えて線膨張係数が３×１０^-6／℃程度と低いので、ガラスのみからマイクロレンズアレイ１０６ｂを作製することも考えられる。しかしながら、微細なレンズ１０６ｉをガラス表面に精度良く転写成形することが困難であるという課題がある。

かかる課題を克服するために、本実施の形態では、ガラス製の基板１０６ｈ上に、複数のレンズ１０６ｉを精度良く転写形成したシリコーン樹脂製のレンズ１０６ｉを接合することで、複合体としてのマイクロレンズアレイ１０６ｂの線膨張係数を、反射板１０６ａの線膨張係数に近づけているのである。

但し、このように線膨張係数が低いガラスを用いてマイクロレンズアレイ１０６ｂを形成しても、線膨張係数が高いシリコーン樹脂の影響を受けるので、トータルでのマイクロレンズアレイ１０６ｂの線膨張係数を、反射板１０６ａの線膨張係数に厳密に一致させることは困難である。これに対し、本実施の形態では以下のように対処している。本実施の形態の画像形成装置１００では、青色レーザ光がほぼ一定光量で出射され続けるので、蛍光体ホイール１０６付近の温度は１５０℃前後でサチュレートし、上下に大きく変動することがない。よって、少なくともこの使用時の温度において、図４に示すように凹部１０６ｆの中心とレンズ１０６ｉの光軸とが一致していれば、光の利用効率を高く維持できることとなる。

そこで、図３（ａ）に示すように、使用前（室温）における、マイクロレンズアレイ１０６ｂのレンズ１０６ｉのピッチをＰ１とし、反射板１０６ａの凹部１０６ｆの中心間ピッチをＰ２としたときに、両者を異ならせるように設定し、具体的にはＰ１＞Ｐ２としている。これは、マイクロレンズアレイ１０６ｂのトータルの線膨張係数が、反射板１０６ａの線膨張係数より高いからである。このときのピッチＰ１，Ｐ２の決定方法であるが、使用時（１５０℃前後）における、マイクロレンズアレイ１０６ｂのレンズ１０６ｉのピッチをＰ１’とし、反射板１０６ａの凹部１０６ｆの中心間ピッチをＰ２’としたときに、両者が略一致する（Ｐ１’≒Ｐ２’となる）ように、熱膨張差からピッチＰ１，Ｐ２を逆算して決定すれば良い。これにより、レンズ１０６ｉの光軸と凹部１０６の中心とが略一致した状態にすることができる。ここで、「略一致」とは、ピッチのズレ量（│Ｐ１’−Ｐ２’│）が閾値を下回ることを言う。また閾値は、凹部１０６ｆの孔径φによって決まる値であり、具体的には凹部１０６ｆの孔径φに対して３０％、好ましくは２０％である。つまり、レンズ１０６ｉの光軸と凹部１０６の中心とがずれているとは、そのズレ量が閾値を上回っている場合をいう。

ここで、閾値の根拠について説明する。図５は、本実施の形態にかかるマイクロレンズアレイと反射板とを用いて、本発明者の行ったシミュレーション結果を示すグラフであり、横軸は、使用時におけるピッチのズレ量（│Ｐ１’−Ｐ２’│）であり、縦軸は、ズレ量がゼロであるときを１として規格化した場合の蛍光体ホイールからの出射光量を示している。本発明者は、凹部の孔径φを５０μｍ、７５μｍ、１００μｍと変更して、ズレ量を異ならせて出射光量を求めた。尚、凹部の深さは孔径φの半分とし、レンズの光軸ピッチは１６３μｍとした。

図５を参照するに、比較的ズレ量が小さい範囲（５０％以下）では、孔径φが小さくなればなるほどズレ量に対して出射光量が低下する傾向があることが分かる。よって、最も小径である孔径φが５０μｍを基準として、ズレ量が孔径φの３０％以内であれば、８０％以上の出射光量を確保できることが分かる。又、ズレ量が孔径φの２０％以内であれば、９０％以上の出射光量を確保できることが分かる。

更に、図面を参照して、蛍光体ホイール１０６の製造方法について説明する。図６は、反射板１０６ａを形成する冷間プレス工程を示す図であるが、外周のみの断面を示している。図６（ａ）に示すように、平行平板状の円盤であるアルミニウム製の素材ＡＬの外周部に対して、下面に凹部１０６ｆに対応した凸部ＭＤ１ａを形成した環状の金型ＭＤ１を対向させる。凸部ＭＤ１ａは鏡面化されている。金型ＭＤ１の素材として超鋼を用いることで、型の耐久性が良くプレス時の転写性も良好となる。金型ＭＤ１に予めアライメントマークを形成しておくと、これが反射板１０６ａに転写形成されることとなる。

次いで、図６（ｂ）に示すように、素材ＡＬに向かって金型ＭＤ１を過大な圧力でプレスすると、凸部ＭＤ１ａに押圧されることで素材ＡＬの表面が塑性変形を生じる。更に図６（ｃ）に示すように、金型ＭＤ１を離間させることにより、反射率が８０％以上の反射面を内面に備えた凹部１０６ｆを形成した素材ＡＬを得ることができる。その後、凹部１０６ｆを含む表面に反射膜などを形成して、反射率を増大させることもできる。更に、生じた凹部１０６ｆに蛍光体１０６ｇ（図３）を配置することで、反射板１０６ａが形成される。

反射板１０６ａの素材としては、耐光性、耐熱性（放熱性）の観点からアルミニウムを用いることが好ましく、特に熱伝導性が高まることにより、レーザ光照射時に局所的に加熱されることを抑制できる。更にアルミニウムを用いることで、安価でありながら高い反射率を得ることが出来る。凹部１０６ｆの形成に当たっては、上述したプレス加工以外にも、エッチング加工、レーザ加工などを用いることができるが、２次加工で凹部内の研磨などの表面加工が必要となる。これに対しプレス加工であれば、一度の工程で反射率が高い反射面を得ることができるから好適である。尚、反射板１０６ａの製造方法は以上に限られない。

図７は、マイクロレンズアレイ１０６ｂを成形する工程を示す図であるが、一部のみの断面を示している。図７（ａ）に示すように、例えばフローフロート法で作成したガラス平板（日本電気硝子製の製品名Ｇ−Ｌｅａｆ）から環状に切り出された素材ＧＬを、金型ＭＤ２上に載置する。この素材ＧＬに対して、下面にレンズ１０６ｉに対応したキャビティＭＤ３ａを形成した環状の金型ＭＤ３を対向させる。金型ＭＤ３に予めアライメントマークを形成しておくと、これがマイクロレンズアレイ１０６ｂに転写形成されることとなる。

次いで、図７（ｂ）に示すように、金型ＭＤ２，ＭＤ３を型締めし、不図示のゲートを介してキャビティＭＤ３ａ内にシリコーン樹脂（信越シリコーン株式会社製の製品名Ｘ−３２−３２１２）を塗布する。シリコーン樹脂が固化した後に、図７（ｃ）に示すように、金型ＭＤ２，ＭＤ３を離型させると、基板１０６ｈ上にレンズ１０６ｉを接合して形成したマイクロレンズアレイ１０６ｂを得ることができる。このとき、基板１０６ｈはガラス素材であるが、比較的薄く可撓性を有するから、固化するシリコーン樹脂が収縮する際に、基板１０６ｈが収縮方向に変形可能であるため、形状転写性を向上させることができる。又、離型時にも、基板１０６ｈを含む全体を適度に撓ませながら、マイクロレンズアレイ１０６ｂを容易に離型させることができる。尚、マイクロレンズアレイ１０６ｂの製造方法は以上に限られない。

このようにして形成された反射板１０６ａとマイクロレンズアレイ１０６ｂとは、例えばギャップ制御用粒子として、製品名ミクロパール（積水化学工業株式会社）等を混入させたＵＶ硬化性接着剤（又は熱硬化性接着剤）ＡＤを用いて両者の隙間を所定範囲に調整しつつ、図３（ａ）に示すように重ね合わされる。両者の重ね合わせは、それぞれ成形時に形成したアライメントマークを用いることで、精度良く行うことができる。

接合に際しては、マイクロレンズアレイ１０６ｂの内周側のフランジ面（レンズ１０６ｉより内側の面）のみにＵＶ硬化性接着剤ＡＤを塗布して、反射板１０６ａと接合することで、図３（ｂ）に示す使用時に、反射板１０６ａとマイクロレンズアレイ１０６ｂとは、それぞれの線膨張係数に応じた量だけ径方向外側に変位（外周側に展伸）することとなる。すなわち、マイクロレンズアレイ１０６ｂの接合された内周側を基点として、使用時にレンズ１０６ｉの光軸と凹部１０６ｆの中心とを精度良く位置決めするのである。このとき、マイクロレンズアレイ１０６ｂの外周側のフランジ面と、反射板１０６ａとの間に、滑り性の良い（摩擦係数が比較的低い）滑り部材を介在させることで、熱膨張をスムーズに行わせることができる。この滑り部材と対向する位置に高さ方向を規制するような位置決め部材を構成することで、使用時において反射板１０６ａとマイクロレンズアレイ１０６ｂとの隙間(すなわちレンズ１０６ｉと凹部１０６ｆとの光軸間距離)が殆ど変化しないので、高い光学性能を安定して維持できる。

１００ 画像投影装置
１０１ 光源
１０１ａ 固体発光素子
１０１ｂ コリメートレンズアレイ
１０２ ビーム縮小光学系
１０３ バンドパス偏光フィルタ
１０４ １／４波長板
１０５ 集光レンズ
１０６ 蛍光体ホイール
１０６ａ 反射板
１０６ｂ マイクロレンズアレイ
１０６ｃ 第１の光変換部
１０６ｄ 第２の光変換部
１０６ｅ 反射部
１０６ｆ 凹部
１０６ｇ 蛍光体
１０６ｈ 基板
１０６ｉ レンズ
１０６ｐ 孔
１０７ モータ
１０８ 第１リレー光学系
１０９ ライトパイプ
１１０ 第２リレー光学系
１１２ 偏光ビームスプリッタ
１１３ ＬＣＤ光変調素子
１１４ 投影レンズ
ＣＯＮＴ 制御部
ＤＲ レーザドライバ
ＩＬ 照明部
ＯＥ 光学エンジン部

Claims (10)

1. それぞれ蛍光体を収容した複数の凹部を形成したミラー素子と、
   前記凹部に対応するようにして複数のレンズを配置した光学素子と、を組み合わせてなる画像形成装置用の波長変換部材であって、
   第１の波長の光を、前記レンズを介して前記凹部内の前記蛍光体に入射させたとき、前記蛍光体に入射した前記第１の波長の光は、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光に変換され、前記レンズを介して出射するようになっており、
   前記画像形成装置の不使用時において前記第１の波長の光を入射させない状態で、前記凹部の中心と前記レンズの光軸とがずれており、前記画像形成装置の使用時において前記第１の波長の光を入射させた状態で、前記ミラー素子と前記光学素子との熱膨張差に応じて、前記凹部の中心と前記レンズの光軸とが略一致する波長変換部材。
2. 前記第１の波長の光を入射させない状態で、前記凹部の中心間ピッチは、前記レンズの光軸間ピッチよりも小さい請求項１に記載の波長変換部材。
3. 前記光学素子は、シリコーン樹脂から形成され前記レンズを有する集光部と、ガラスから形成された基材とを接合してなる請求項1又は２に記載の波長変換部材。
4. 前記基材の厚みは３０〜２００μｍであり、前記集光部の厚みは３０〜１００μｍであり、前記レンズの光軸間ピッチは５０〜５００μｍである請求項３に記載の波長変換部材。
5. 前記ミラー素子はアルミニウム製である請求項１〜４のいずれかに記載の波長変換部材。
6. 前記ミラー素子における前記光学素子に対向する面に、前記蛍光体を収容する凹部を形成している請求項１〜５のいずれかに記載の波長変換部材。
7. 前記光学素子は環状であり、前記光学素子の内周側を前記ミラー素子に接着してなり、前記光学素子の外周側を展伸可能としている請求項１〜６のいずれかに記載の波長変換部材。
8. 前記光学素子のレンズは金型成形により形成されている請求項１〜７のいずれかに記載の波長変換部材。
9. 前記ミラー素子の凹部は冷間プレスにより形成されている請求項１〜８のいずれかに記載の波長変換部材。
10. 前記第１の波長の光を出射する光源と、請求項１〜９のいずれかに記載の波長変換部材と、を有する画像形成装置。