JP2021086709A - 波長変換装置、照明装置およびプロジェクター - Google Patents
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Abstract
【課題】モーターと回転蛍光板とが分離することを抑制し、組立性の良い波長変換装置を提供する。【解決手段】波長変換装置22は第1の面25aおよび第1の面25aとは異なる第2の面25bを有する円板25と円板25の第1の面25aに対向して設けられる波長変換素子26とを有する回転蛍光板23と、円板25の第2の面25bに対向して設けられ、回転蛍光板23が固定される第2部材59と、回転蛍光板23と第2部材59とを固定する接着剤61と、第2部材59をローター24aの周りに回転させるモーター24と、を備え、第2部材59は第2の面25b側に突出する突出部59bを有し、回転蛍光板23には突出部59bが挿通される開口部25fが設けられ、突出部59bは、モーター24の回転方向62側に設けられる第3の面59cと、回転方向62側と反対側に設けられる傾斜面59dと、を有する。【選択図】図5
Description
本発明は、波長変換装置、照明装置およびプロジェクターに関するものである。
近年、プロジェクターの高性能化に伴い半導体レーザーダイオード等の固体光源を光源として用いるものが提案されている。半導体レーザーダイオードを用いた場合、射出される青色の波長帯域光を可視光に変換する蛍光体層を備えた波長変換装置が必要となる。波長変換装置は、モーターによって回転駆動される第1部材としての発光ホイールの表面に、リング状の蛍光体層が形成された構成となっていた。
例えば、特許文献1の光源装置には、波長変換装置に相当する蛍光ホイールをモーターで回転させる構造が開示されている。当該構造によると、モーターの回転軸に、中央に勘合穴を有する円板状の固定部材を固定して、当該固定部材に蛍光ホイールを取り付けていた。モーターと固定部材との接合は、円板状の固定部材の勘合穴に、モーターの回転軸を挿入して接着剤等で固定するとしている。また、固定部材には2ヶ所のボスが設けられており、蛍光ホイールとの接合は、当該ボスに対応する蛍光ホイールの2ヶ所の穴を勘合することで固定していた。
しかしながら、特許文献1の構造では、接着剤が剥がれてしまい、接合信頼性が乏しいという課題があった。詳しくは、プロジェクターの高輝度化に伴い、蛍光ホイールが高温になるため、高温により接着剤の接着強度が低下してしまうことに加えて、モーターと固定部材との接合を担う接着剤に、回転によるせん断力が掛かるからである。接着剤が剥離すると、蛍光ホイールが回転駆動できない恐れがあった。また、特許文献1の構造では、固定部材と蛍光ホイールの接合を、2ヶ所のボスと、対応する2ヶ所の穴との勘合でおこなっていたため、位置合せが煩わしく、組立性が良くないという課題もあった。
波長変換装置は、第1の面および前記第1の面とは異なる第2の面を有する基材と前記基材の第1の面に対向して設けられる波長変換素子とを有する第1部材と、前記基材の第2の面に対向して設けられ、前記第1部材が固定される第2部材と、前記第1部材と前記第2部材とを固定する接着剤と、前記第2部材を回転軸の周りに回転させる回転装置と、を備え、前記第2部材は前記第2の面側に突出する突出部を有し、前記第1部材には前記突出部が挿通される開口部が設けられ、前記突出部は、前記回転装置の回転方向側に設けられる第3の面と、前記回転方向側の反対側に設けられる傾斜面と、を有することを特徴とする。
照明装置は、第1の波長の光を射出する光源と、前記第1の波長の前記光が入射される、上記に記載の波長変換装置と、を備えることを特徴とする。
プロジェクターは、上記に記載の照明装置と、前記照明装置からの照明光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投写する投写光学装置と、を備えることを特徴とする。
第1の実施形態
本実施形態では、プロジェクターと、このプロジェクターに用いられる波長変換装置との特徴的な例について、図に従って説明する。プロジェクターは、スクリーン上にカラー映像を表示する投写型画像表示装置である。
本実施形態では、プロジェクターと、このプロジェクターに用いられる波長変換装置との特徴的な例について、図に従って説明する。プロジェクターは、スクリーン上にカラー映像を表示する投写型画像表示装置である。
図1に示すように、プロジェクター1は、照明装置としての第1照明装置2、第2照明装置3、色分離光学系4、光変調装置としての赤色光変調装置5、光変調装置としての緑色光変調装置6、青色光変調装置7、クロスダイクロイックプリズム8及び投写光学装置9を備える。赤色光変調装置5、緑色光変調装置6、青色光変調装置7はそれぞれ赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応する光変調装置である。
第1照明装置2は、光源としての第1光源11、コリメート光学系14、第1ダイクロイックミラー17、集光光学系18、波長変換装置22、第1レンズアレイ39、第2レンズアレイ41、偏光変換素子42及び重畳レンズ43を備える。
第1光源11は、発光素子としての半導体レーザーを備える。第1光源11は第1の波長の光及び照明光としての第1青色光12を射出する。第1青色光12は青色光レーザー光であり、第1の波長を示す発光強度のピークの波長は約445nmである。尚、第1青色光12の波長は445nmに限らず、例えば、460nmでも良い。
第1光源11の光軸を第1光軸11aとする。第1照明装置2が射出する第1青色光12の光軸を照明光軸13とする。第1光軸11aは照明光軸13と直交する。第1光源11が射出する第1青色光12はコリメート光学系14を照射する。コリメート光学系14は第1レンズ15及び第2レンズ16を備える。コリメート光学系14は第1青色光12を略平行にする。第1レンズ15及び第2レンズ16は凸レンズからなる。
コリメート光学系14を通過する第1青色光12は第1ダイクロイックミラー17を照射する。第1ダイクロイックミラー17は第1光軸11a及び照明光軸13に対して45°の角度で交わる。第1ダイクロイックミラー17は第1青色光12を反射し、赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光を通過させる。
第1ダイクロイックミラー17にて反射する第1青色光12は集光光学系18を照射する。集光光学系18は第3レンズ19及び第4レンズ21を備える。第3レンズ19及び第4レンズ21は凸レンズからなる。第1青色光12は集光光学系18を通過して波長変換装置22を照射する。
波長変換装置22は第1部材としての回転蛍光板23及び回転装置としてのモーター24を備える。モーター24は回転蛍光板23を回転する。回転蛍光板23は基材としての円板25を備える。円板25には波長変換素子26が配置される。
第1ダイクロイックミラー17で反射した第1青色光12を集光光学系18が集光して波長変換素子26を照射する。波長変換装置22には第1青色光12が入射される。波長変換素子26は第1青色光12を黄色光27に変換して射出する。波長変換素子26が射出する黄色光27は集光光学系18を照射する。集光光学系18は黄色光27を略平行にする。
集光光学系18及び第1ダイクロイックミラー17は照明光軸13に沿って配置される。黄色光27は集光光学系18及び第1ダイクロイックミラー17を通過する。
第2照明装置3は図中第1照明装置2の右側に配置される。第2照明装置3は第2光源28、集光光学系29、散乱板31及びコリメート光学系32を備える。
第2光源28は第1光源11と同じ半導体レーザーを備える。第2光源28は第2青色光33を射出する。第2光源28の光軸を第2光軸28aとする。第2青色光33は第2光軸28aに沿って集光光学系29、散乱板31及びコリメート光学系32をこの順に通過する。集光光学系29は第2青色光33を散乱板31付近に集光する。集光光学系29は第5レンズ34及び第6レンズ35を備える。第5レンズ34及び第6レンズ35は凸レンズからなる。
散乱板31は第2青色光33を散乱する。散乱板31は第2青色光33の配光分布を回転蛍光板23から射出される黄色光27の配光分布に似た配光分布にする。散乱板31には、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスが用いられる。
コリメート光学系32は散乱板31からの光を略平行化する。コリメート光学系32は第7レンズ36及び第8レンズ37を備える。第7レンズ36及び第8レンズ37は凸レンズからなる。
コリメート光学系32を通過する第2青色光33は第1ダイクロイックミラー17で反射する。第2青色光33は第1ダイクロイックミラー17を透過した黄色光27と合成されて白色光38となる。
照明光軸13に沿って第1レンズアレイ39、第2レンズアレイ41、偏光変換素子42及び重畳レンズ43がこの順に配置される。第1ダイクロイックミラー17で合成された白色光38は第1レンズアレイ39、第2レンズアレイ41、偏光変換素子42、重畳レンズ43の順に通過する。
第1レンズアレイ39は白色光38を複数の部分光束に分割する。第1レンズアレイ39は複数の第1小レンズ39aを有する。複数の第1小レンズ39aは照明光軸13と直交する面内にマトリックス状に配列される。
第2レンズアレイ41及び重畳レンズ43は第1レンズアレイ39の各第1小レンズ39aが形成する像を赤色光変調装置5、緑色光変調装置6、青色光変調装置7の画像形成領域近傍に結像させる。第2レンズアレイ41は複数の第2小レンズ41aを有する。複数の第2小レンズ41aは照明光軸13に直交する面内にマトリックス状に配列されている。複数の第2小レンズ41aは複数の第1小レンズ39aに対応して配置される。
第1レンズアレイ39により分割された各部分光束を偏光変換素子42が直線偏光光に変換する。偏光変換素子42は偏光分離層、反射層及び位相差板を有する。偏光分離層は黄色光27に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過させるとともに他方の直線偏光成分を反射層に向けて反射させる。反射層は偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸13と平行な方向に反射する。位相差板は反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する。
重畳レンズ43は、偏光変換素子42からの各部分光束を集光して赤色光変調装置5、緑色光変調装置6及び青色光変調装置7の画像形成領域近傍で互いに重畳させる。第1レンズアレイ39、第2レンズアレイ41及び重畳レンズ43は、黄色光27の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。重畳レンズ43を通過した白色光38は色分離光学系4に入力される。
色分離光学系4は、第2ダイクロイックミラー44、第3ダイクロイックミラー45、第1反射ミラー46、第2反射ミラー47、第3反射ミラー48、第1リレーレンズ49及び第2リレーレンズ51を備える。色分離光学系4は、第1照明装置2及び第2照明装置3からの白色光38を照明光としての赤色光52、照明光としての緑色光53及び第3青色光54に分離する。色分離光学系4は赤色光52を赤色光変調装置5へ、緑色光53を緑色光変調装置6へ、第3青色光54を青色光変調装置7へそれぞれ導光する。
色分離光学系4と赤色光変調装置5との間には第1フィールドレンズ55が配置される。色分離光学系4と緑色光変調装置6との間には第2フィールドレンズ56が配置される。色分離光学系4と青色光変調装置7との間には第3フィールドレンズ57が配置される。
第2ダイクロイックミラー44は赤色光52を通過させ、緑色光53及び第3青色光54を反射するダイクロイックミラーである。第3ダイクロイックミラー45は緑色光53を反射して、第3青色光54を通過させるダイクロイックミラーである。第1反射ミラー46は赤色光52を反射する反射ミラーである。第2反射ミラー47及び第3反射ミラー48は第3青色光54を反射する反射ミラーである。
第2ダイクロイックミラー44を通過した赤色光52は第1反射ミラー46で反射され、第1フィールドレンズ55を通過して赤色光52用の赤色光変調装置5に入射する。第2ダイクロイックミラー44で反射された緑色光53は第3ダイクロイックミラー45でさらに反射され、第2フィールドレンズ56を通過して緑色光53用の緑色光変調装置6に入射する。
第2ダイクロイックミラー44で反射された第3青色光54は第3ダイクロイックミラー45を通過する。第3ダイクロイックミラー45を通過した第3青色光54は第1リレーレンズ49、第2反射ミラー47、第2リレーレンズ51、射出側の第3反射ミラー48、第3フィールドレンズ57を経て第3青色光54用の青色光変調装置7に入射する。
赤色光変調装置5、緑色光変調装置6及び青色光変調装置7は入射された各色光を画像情報に応じて変調して各色光に対応する画像光を形成する。換言すれば、赤色光変調装置5は第1光源11からの赤色光52を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する。緑色光変調装置6は第1光源11からの緑色光53を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する。青色光変調装置7は第2光源28からの第3青色光54を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する。
クロスダイクロイックプリズム8は赤色光変調装置5、緑色光変調装置6及び青色光変調装置7から射出された各画像光を合成してカラー画像を形成する光学素子である。クロスダイクロイックプリズム8は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略X字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。
赤色の画像光は赤色光変調装置5からクロスダイクロイックプリズム8へ進行する。緑色の画像光は緑色光変調装置6からクロスダイクロイックプリズム8へ進行する。青色の画像光は青色光変調装置7からクロスダイクロイックプリズム8へ進行する。各色の画像光はクロスダイクロイックプリズム8にて合成されてカラーの画像光になる。
クロスダイクロイックプリズム8から射出されたカラーの画像光を投写光学装置9がスクリーン58に拡大投写する。スクリーン58上にはカラーの画像が形成される。
図2〜図4に示すように、波長変換装置22はモーター24及び回転蛍光板23を備える。回転蛍光板23の円板25は第1の面25a及び第1の面25aとは異なる第2の面25bを有する。波長変換素子26は円板25の第1の面25aに対向して設けられる。“対向して設けられる”は第1の面25a上に配置してもよく、円板25上にある部材を介して配置してもよいことを示す。波長変換素子26はリング状であり、円板25の第1の面25aの周方向に沿って設けられている。
波長変換素子26に第1青色光12が照射される。第1青色光12が入射する側と同じ側に向けて回転蛍光板23は黄色光27を射出する。円板25は、例えば、アルミや銅といった放熱性に優れた金属製の円板から構成される。
波長変換素子26は第1青色光12によって励起されて第2の波長帯の黄色光27を射出する。波長変換素子26に第1青色光12が入射する面は黄色光27が射出される射出面でもある。黄色光27は赤色光及び緑色光を含む黄色の光である。波長変換素子26は、例えば、YAG系蛍光体である(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ceを含有する層からなる。
波長変換素子26にはレーザー光からなる第1青色光12が入射されるため、波長変換素子26は発熱する。モーター24が円板25を回転させることで、波長変換素子26における第1青色光12の入射位置をモーター24が順次変化させている。波長変換素子26の同じ部分に第1青色光12が集中的に照射されないので、波長変換素子26の劣化が防止される。
モーター24は回転軸としてのローター24a及びステーター24bを備える。ステーター24bは固定軸及びコイルを備える。ローター24aは永久磁石を備える。ローター24aはステーター24bに設置された固定軸とベアリングにより回転可能に接続される。コイルに交流電圧を印加することにより磁場が回転し、回転磁場に対応してローター24aが回転する。モーター24は固定軸に対してローター24aが回転するモーターである。モーター24は交流モーターになっている。ステーター24bには基板24cが配置される。基板24cにはコイルと電気的に接続される接続端子が配置される。
モーター24の回転蛍光板23側には第2部材59が設けられる。第2部材59は円板25の第2の面25bに対向して設けられ、回転蛍光板23が固定される。第2部材59はローター24aと同じ材質であり、第2部材59とローター24aとは一体になっている。モーター24は第2部材59をローター24aの周りに回転させる。
第2部材59には中心軸59aが配置される。ローター24aの側面は円筒状であり、ローター24aの軸は中心軸59aと同軸になっている。中心軸59aはステーター24bに設置された固定軸と同軸になっている。モーター24はローター24aを回転させる。回転蛍光板23と第2部材59との間には接着剤61が配置される。接着剤61は回転蛍光板23と第2部材59とを固定する。モーター24は円板25の第2の面25bに対向して設けられ、回転蛍光板23をローター24aの周りに回転方向62に回転させる。
円板25の中心には中心孔25eが配置される。中心孔25eには中心軸59aが挿入される。円板25の回転軸とローター24aの回転軸とが同じ軸になる。
第2部材59は円板25の第2の面25b側に突出する突出部59bを有する。突出部59bは中心軸59aから外周側に延びて配置される。突出部59bの個数は特に限定されないが本実施形態では、例えば、4つである。回転蛍光板23の円板25には突出部59bが挿通される開口部25fが設けられる。開口部25fの平面形状は中心孔25eから外周側に伸びる形状である。中心孔25e及び開口部25fは円板25を貫通する。
図5に示すように、回転蛍光板23と第2部材59とが接着剤61により固定される。モーター24が第2部材59をローター24aの周りに回転させるので回転蛍光板23が回転する。回転蛍光板23では波長変換素子26が回転する。
回転蛍光板23の開口部25fに第2部材59の突出部59bが挿通される。突出部59bは、モーター24の回転方向62側に設けられる第3の面59cと、回転方向62側の反対側に設けられる傾斜面59dと、を有する。つまり、回転方向62側から突出部59bを見ると第3の面59cが見え、回転方向62側の反対側から突出部59bを見ると傾斜面59dが見える。
波長変換装置22の構成によれば、第2部材59の突出部59bに回転蛍光板23の開口部25fが挿通される。回転蛍光板23の回転時には、回転蛍光板23の開口部25fが突出部59bの第3の面59cに当接するように配置される。よって、回転蛍光板23の回転に伴う反力は、第2部材59の突出部59bの第3の面59cに掛かるため、接着剤61には殆どせん断力が掛からなくなる。よって、接合信頼性が高い波長変換装置22を提供することができる。
接着剤61は、開口部25fに設けられ、かつ、傾斜面59dに接するようにして設けられる。回転蛍光板23に照射される第1青色光12により回転蛍光板23が加熱されて、回転蛍光板23及び第2部材59が膨張する。第1青色光12が回転蛍光板23に照射されないとき、回転蛍光板23は冷えて収縮する。回転蛍光板23の厚み方向から見て、回転蛍光板23及び第2部材59が膨張するとき、開口部25fの側面と傾斜面59dとの距離が変化する。
図5において、開口部25fの幅が収縮するとき、開口部25f内の柔らかい接着剤61が緩衝材となる為開口部25fの側面と傾斜面59dとの間に生じる応力を緩和することができる。
また、図5において、開口部25fの幅が拡張するときにも、開口部25f内の柔らかい接着剤61が緩衝材となる為開口部25fの側面と傾斜面59dとの間に生じる応力を緩和することができる。
回転蛍光板23と第2部材59とを組み立てる様子を説明する。図6Aに示すように、第2部材59の表面に接着剤61を塗布する。次に、回転蛍光板23を第2部材59に接近させる。図6Bに示すように、開口部25fは第2の面25b側の角25gが傾斜面59dに当接する。さらに、回転蛍光板23を第2部材59に接近させる。図6Cに示すように、回転蛍光板23の角25gが傾斜面59dに沿って移動する。そして、図6Cに示すように、接着剤61が回転蛍光板23と第2部材59とに挟まれる。このように、開口部25fの角25gは傾斜面59dに沿って移動する為、容易に突出部59bを開口部25fに挿通させることができる。
第1照明装置2は第1光源11及び波長変換装置22を備える。第1光源11が射出した第1青色光12が波長変換装置22の回転蛍光板23を照射する。波長変換装置22は第2部材59と回転蛍光板23とが分離することを抑制でき、容易に突出部59bを開口部25fに挿通させることができる。従って、第1照明装置2は、接合の信頼性があり組立性の良い波長変換装置22を備えた装置とすることができる。
プロジェクター1は第1照明装置2を備える。第1照明装置2は接合信頼性があり組立性の良い波長変換装置22を備えている。従って、プロジェクター1は、接合信頼性があり組立性の良い波長変換装置22を備えた装置とすることができる。
第2の実施形態
第1の実施形態では第2部材59と回転蛍光板23との接合部に開口部25fと突出部59bとが用いられた。他にも、エンコーダーに同様の構造を用いることができる。回転蛍光板23に換えて目盛が形成された円板を第2部材59に接着固定する。目盛が形成された円板には開口部25fと同様の開口部が形成される。そして、モーターには回転軸に第2部材59に相当するハブを配置する。ハブには突出部59bと同様の突出部を配置する。開口部に突出部を挿入して、目盛が形成された円板とハブとを接着固定する。
第1の実施形態では第2部材59と回転蛍光板23との接合部に開口部25fと突出部59bとが用いられた。他にも、エンコーダーに同様の構造を用いることができる。回転蛍光板23に換えて目盛が形成された円板を第2部材59に接着固定する。目盛が形成された円板には開口部25fと同様の開口部が形成される。そして、モーターには回転軸に第2部材59に相当するハブを配置する。ハブには突出部59bと同様の突出部を配置する。開口部に突出部を挿入して、目盛が形成された円板とハブとを接着固定する。
ロボットやプリンターにはエンコーダーがモーターに取り付けられる。モーターは稼働するとき約70度まで上昇する。モーターが高温になっても、目盛が形成された円板とハブとは長期間剥離せずに固定される。従って、エンコーダー付きモーターは長期信頼性があり組立性が良い。ロボットやプリンターは、長期信頼性があり組立性の良いエンコーダー付きモーターを備えた装置とすることができる。
1…プロジェクター、2…照明装置としての第1照明装置、5…光変調装置としての赤色光変調装置、6…光変調装置としての緑色光変調装置、9…投写光学装置、11…光源としての第1光源、12…第1の波長の光及び照明光としての第1青色光、22…波長変換装置、23…第1部材としての回転蛍光板、24…回転装置としてのモーター、24a…回転軸としてのローター、25…基材としての円板、25a…第1の面、25b…第2の面、25f…開口部、26…波長変換素子、52…照明光としての赤色光、53…照明光としての緑色光、59…第2部材、59b…突出部、59c…第3の面、59d…傾斜面、61…接着剤、62…回転方向。
Claims (4)
- 第1の面および前記第1の面とは異なる第2の面を有する基材と前記基材の前記第1の面に対向して設けられる波長変換素子とを有する第1部材と、
前記基材の前記第2の面に対向して設けられ、前記第1部材が固定される第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材とを固定する接着剤と、
前記第2部材を回転軸の周りに回転させる回転装置と、を備え、
前記第2部材は前記第2の面側に突出する突出部を有し、
前記第1部材には前記突出部が挿通される開口部が設けられ、
前記突出部は、前記回転装置の回転方向側に設けられる第3の面と、前記回転方向側の反対側に設けられる傾斜面と、を有することを特徴とする波長変換装置。 - 請求項1に記載の波長変換装置であって、
前記接着剤は、前記開口部に設けられ、かつ、前記傾斜面に接するようにして設けられることを特徴とする波長変換装置。 - 第1の波長の光を射出する光源と、
前記第1の波長の前記光が入射される、請求項1または請求項2に記載の波長変換装置と、を備えることを特徴とする照明装置。 - 請求項3に記載の照明装置と、
前記照明装置からの照明光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投写する投写光学装置と、
を備えることを特徴とするプロジェクター。
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JP2019214115A JP2021086709A (ja) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | 波長変換装置、照明装置およびプロジェクター |
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