JP6669077B2 - 光源装置、画像表示装置、及び光学ユニット - Google Patents

Description

本技術は、プロジェクタ等の画像表示装置、これに適用可能な光源装置、及び光学ユニットに関する。

従来からプロジェクタ等の画像表示装置が広く用いられている。例えば光源からの光が液晶素子等の光変調素子により変調され、その変調光がスクリーン等に投影されることで画像が表示される。光源としては、水銀ランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）等が用いられる。このうちＬＥＤやＬＤ等の固体光源は寿命が長く従来のようなランプ交換が不要であり、また電源を入れて即時に点灯するといった利点を有する。

例えば特許文献１には、複数のレーザ光源を用いた光源装置、及びこれを用いた画像表示装置について記載されている。特許文献１に記載の光源装置では、その図３に示すように、光源部から出射された青色レーザ光が、蛍光体ホイールに設けられた蛍光体上の所定のポイントに集められる。蛍光体は、青色レーザ光により励起されて黄色の蛍光を発生させる。また蛍光体は、青色レーザ光の一部を透過させる。これにより蛍光体ホイールから、青色レーザ光と黄色光とが合成された白色光が出射される（特許文献１の段落［００３５］−［００３９］等）。

特開２０１４−０８５６２３号公報

特許文献１に記載のような固体光源を用いた光源装置において、プロジェクタの高輝度化を実現するためには、例えば固体光源の数の増加や固体光源自体の輝度の向上等が図られる。そうすると固体光源から出射された光を受ける蛍光体からの発熱量が増大し、蛍光体ホイールの信頼性が低下してしまう可能性がある。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、蛍光体ホイールの温度上昇による信頼性の低下を防止することが可能な光源装置、画像表示装置、及び光学ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る光源装置は、ホイールと、モータと、回転部材と、当接部材とを具備する。
前記ホイールは、励起光により励起されて可視光を発する発光体と、第１の面及びこれと反対側の第２の面を有し、前記第１及び前記第２の面のいずれかにより前記発光体を支持し、第１の線膨張係数を有する基体部とを含む。
前記モータは、前記基体部を回転させるための回転力を生成する。
前記回転部材は、前記基体部の第１の面に接続され前記モータの回転力により前記基体部と一体的に回転し、前記第１の線膨張係数とは異なる第２の線膨張係数を有する。
前記当接部材は、前記基体部の第２の面に接続され、前記第１の線膨張係数に対する大小関係が、前記第１の線膨張係数に対する前記第２の線膨張係数の大小関係と等しい、第３の線膨張係数を有する。

この光源装置では、ホイールの基体部を回転させるために、基体部の第１の面に回転部材が接続される。一方、基体部の第２の面には当接部材が接続される。基体部、回転部材、及び当接部材の各線膨張係数（第１、第２及び第３の線膨張係数）は、第１及び第２の線膨張係数の大小関係と、第１及び第３の線膨張係数の大小関係とが、互いに等しくなるように設定される。これにより蛍光体の発熱による基体部の変形を抑制することが可能となる。この結果ホイールの温度上昇による信頼性の低下を防止することが可能となる。

前記光源装置は、さらに、光を出射する光源と、前記光源からの出射光と前記発光体からの可視光とを含む合成光を出射する出射面とを具備してもよい。この場合、前記発光体は、前記光源からの出射光の一部を前記励起光として前記可視光を発してもよい。
本光源装置により高輝度の光を出射することができる。

前記モータは、回転することで前記回転力を付与し第４の線膨張係数を有する付与部材を有してもよい。この場合、前記回転部材は、前記付与部材に接続され、前記第１の線膨張係数及び前記第４の線膨張係数の間の大きさとなる前記第２の線膨張係数を有してもよい。
この光源装置では、モータが有する付与部材に回転部材が接続される。そして回転部材の第２の線膨張係数は、基体部の第１の線膨張係数と付与部材の第４の線膨張係数の間の大きさに設定される。これにより第１の線膨張係数との差を小さくすることができ、蛍光体の発熱による基体部の変形を抑制することが可能となる。

前記回転部材は、前記モータを構成する部材であってもよい。
すなわち基体部がモータに直接接続されてもよい。この場合でも基体部の第２の面に当接部材が接続されるので、ホイールの信頼性の低下を防止することができる。

前記回転部材及び前記当接部材は、互いに同じ材料で構成されてもよい。
これによりホイールの信頼性の低下を十分に防止することができる。

前記基体部、前記回転部材、及び前記当接部材の各々は、各々の中心が前記モータの回転軸上に位置するように配置されてもよい。
これにより基体部の変形を十分に抑えることができる。また基体部への回転部材及び当接部材の接続を簡単に行うことができる。

前記回転部材は、前記第１の面の中心を基準とした第１の領域に接続されてもよい。この場合、前記当接部材は、前記第２の面の中心を基準とした、前記第１の領域と略等しい大きさの第２の領域に接続されてもよい。
これにより基体部の変形を十分に抑えることができる。また基体部への回転部材及び当接部材の接続を簡単に行うことができる。

前記第１の面の法線方向から見た前記回転部材の大きさ及び外形は、前記第２の面の法線方向から見た前記当接部材の大きさ及び外形にそれぞれ略等しくてもよい。
これにより基体部の変形を十分に抑えることができる。また基体部への回転部材及び当接部材の接続を簡単に行うことができる。

前記当接部材は、前記ホイールの回転バランスを補正する補正材を設置可能なロータハブであってもよい。
このように当接部材がロータハブとして使用されてもよい。これにより必要な部品の数を少なくすることが可能となり、部品コストを抑えることができる。また光源装置の構成の簡素化を図ることができる。

前記回転部材及び前記当接部材のうち少なくとも一方は、熱伝導性を有してもよい。
これによりホイールの温度上昇を抑制することができ、信頼性を維持することができる。

本技術の一形態に係る画像表示装置は、光源装置と、画像生成システムと、投射システムとを具備する。
前記光源装置は、前記ホイールと、前記モータと、前記回転部材と、前記当接部材と、前記出射面とを有する。
前記画像生成システムは、照射された光をもとに画像を生成する画像生成素子と、前記画像生成素子に前記光源装置からの光を照射する照明光学系とを有する。
前記投射システムは、前記画像生成素子により生成された画像を投射する。

本技術の一形態に係る光学ユニットは、前記ホイールと、前記モータと、前記回転部材と、前記当接部材とを具備する。

以上のように、本技術によれば、蛍光体ホイールの温度上昇による信頼性の低下を防止することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術の一実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す概略図である。 光源装置の構成例を示す斜視図である。 光源部の上面部分を取り外した状態の図である。 図３に示す光源部を上方から見た平面図である。 光源部による白色光の生成を説明するための図である。 蛍光体ユニットの具体的な構成例を示す斜視図である。 ホイール部を前方側から斜めに見た斜視図である。 ホイール部を上方から見た平面図である。 蛍光体ホイールを前方側及び後方側からそれぞれ見た図である。 ホイール部の断面を示す断面図である。 他の実施形態に係るホイール部の中央部分を示す断面図である。 他の実施形態に係るホイール部の中央部分を示す断面図である。

以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

［画像表示装置］
図１は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す概略図である。画像表示装置５００は、例えばプレゼンテーション用、もしくはデジタルシネマ用のプロジェクタとして用いられる。その他の用途に用いられる画像表示装置にも、以下に説明する本技術は適用可能である。

画像表示装置５００は、光を出射可能な光源装置１００と、光源装置１００からの光をもとに画像を生成する画像生成部システム２００と、画像生成システム２００により生成された画像を図示しないスクリーン等に投射する投射システム４００とを有する。

光源装置１００は、赤色光、緑色光、及び青色光を含む白色光Ｗを出射する。光源装置１００については後に詳しく説明する。

画像生成システム２００は、照射された光をもとに画像を生成する画像生成素子２１０と、画像生成素子２１０に光源装置１００からの出射光を照射する照明光学系２２０とを有する。また画像生成システム２００は、インテグレータ素子２３０と、偏光変換素子２４０と、集光レンズ２５０とを有する。

インテグレータ素子２３０は、二次元に配列された複数のマイクロレンズを有する第１のフライアイレンズ２３１、及び、その各マイクロレンズに１つずつ対応するように配列された複数のマイクロレンズを有する第２のフライアイレンズ２３２を含んでいる。

光源装置１００からインテグレータ素子２３０に入射する白色光Ｗは、第１のフライアイレンズ２３１のマイクロレンズによって複数の光束に分割され、第２のフライアイレンズ２３２における対応するマイクロレンズにそれぞれ結像される。第２のフライアイレンズ２３２のマイクロレンズのそれぞれが、二次光源として機能し、輝度が揃った複数の平行光を、偏光変換素子２４０に入射光として照射する。

インテグレータ素子２３０は、全体として、光源装置１００から偏光変換素子２４０に照射される入射光を、均一な輝度分布に整える機能を有する。

偏光変換素子２４０は、インテグレータ素子２３０等を介して入射する入射光の、偏光状態を揃える機能を有する。この偏光変換素子２４０は、例えば光源装置１００の出射側に配置された集光レンズ２５０等を介して、青色光Ｂ３、緑色光Ｇ３及び赤色光Ｒ３を含む白色光を出射する。

照明光学系２２０は、ダイクロイックミラー２６０及び２７０、ミラー２８０、２９０及び３００、リレーレンズ３１０及び３２０、フィールドレンズ３３０Ｒ、３３０Ｇ及び３３０Ｂ、画像生成素子としての液晶ライトバルブ２１０Ｒ、２１０Ｇ、及び２１０Ｂ、ダイクロイックプリズム３４０を含んでいる。

ダイクロイックミラー２６０及び２７０は、所定の波長域の色光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を透過させる性質を有する。図１を参照して、例えば、ダイクロイックミラー２６０が、緑色光Ｇ３及び青色光Ｂ３を選択的に反射する。ダイクロイックミラー２７０は、ダイクロイックミラー２６０により反射された緑色光Ｇ３及び青色光Ｂ３のうち、緑色光Ｇ３を選択的に反射する。残る青色光Ｂ３が、ダイクロイックミラー２７０を透過する。これにより、光源装置１００から出射された光が、異なる色の複数の色光に分離される。なお複数の色光に分離するための構成や、用いられるデバイス等は限定されない。

分離された赤色光Ｒ３は、ミラー２８０により反射され、フィールドレンズ３３０Ｒを通ることによって平行化された後、赤色光の変調用の液晶ライトバルブ２１０Ｒに入射する。緑色光Ｇ３は、フィールドレンズ３３０Ｇを通ることによって平行化された後、緑色光の変調用の液晶ライトバルブ２１０Ｇに入射する。青色光Ｂ３は、リレーレンズ３１０を通ってミラー２９０により反射され、さらにリレーレンズ３２０を通ってミラー３００により反射される。ミラー３００により反射された青色光Ｂ３は、フィールドレンズ３３０Ｂを通ることによって平行化された後、青色光の変調用の液晶ライトバルブ２１０Ｂに入射する。

液晶ライトバルブ２１０Ｒ、２１０Ｇ及び２１０Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給する図示しない信号源（例えばＰＣ等）と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ２１０Ｒ、２１０Ｇ及び２１０Ｂは、供給される各色の画像信号に基づき、入射光を画素毎に変調し、それぞれ赤色画像、緑色画像及び青色画像を生成する。変調された各色の光（形成された画像）は、ダイクロイックプリズム３４０に入射して合成される。ダイクロイックプリズム３４０は、３つの方向から入射した各色の光を重ね合わせて合成し、投射システム４００に向けて出射する。

投射システム４００は、画像生成素子２１０により生成された画像を投射する。投射システム４００は、複数のレンズ４１０等を有し、ダイクロイックプリズム３４０によって合成された光を図示しないスクリーン等に照射する。これによりフルカラーの画像が表示される。

［光源装置］
図２は、光源装置１００の構成例を示す斜視図である。光源装置１００は、白色光を出射する光源部１１０と、光源部１１０に取り付けられるヒートシンク１２０とを有する。白色光が出射される側を前方側５とし、その反対側を後方側６とすると、ヒートシンク１２０は光源部１１０の後方側６に取り付けられる。

光源部１１０は、底部に設けられたベース部１と、ベース部１に支持される筐体部３とを有する。ベース部１は、一方向に延びる細長い形状を有する。ベース部１の細長く延びる長手方向が光源装置１００の左右方向（ｘ軸方向）となり、長手方向に直交する短手方向が前後方向（ｙ軸方向）となる。また長手方向及び短手方向のいずれにも直交する方向が、光源装置１００の高さ方向（ｚ軸方向）となる。

ベース部１には、１以上の固体光源を有する光源ユニット３０と、光源ユニット３０の光を受けて白色光を生成して出射する蛍光体ユニット４０とが装着される。筐体部３の内部において、１以上の固体光源から出射されたレーザ光が蛍光体ユニット４０に導かれる。そして蛍光体ユニット４０により白色光が生成され、その白色光が光軸Ｌに沿って出射される。なお蛍光体ユニット４０は、本実施形態に係る光学ユニットに相当する。

図３−５を参照して、光源部１１０の内部の構成例及び白色光の生成例について説明する。図３は、光源部１１０の上面部分を取り外した状態の図である。図４は、図３に示す光源部１１０を上方から見た平面図である。

図３及び図４に示すように、ベース部１の後方側６に、長手方向に並ぶように２つの光源ユニット３０が配置される。各光源ユニット３０は、実装基板３１に実装された複数のレーザ光源（レーザダイオード）３１を有する。複数のレーザ光源３２は、前後方向を光軸方向として、前方側５に向けて光を出射可能に配置される。

本実施形態では、複数のレーザ光源３２は、例えば４００ｎｍ−５００ｎｍの波長範囲内に発光強度のピーク波長を有する青色レーザ光Ｂ１を発振可能な青色レーザ光源である。レーザ光源に代えて、ＬＥＤ等の他の固体光源が用いられてもよい。また固体光源に代えて、水銀ランプ、キセノンランプ等が用いられる場合でも、本技術は適用可能である。

２つの光源ユニット３０の前方には、それぞれ集光光学系３４が配置される。集光光学系３４は、複数のレーザ光源３２からの青色レーザ光Ｂ１を蛍光体ユニット４０の所定のポイントＰに集光させる。なお図３では、光源ユニット３０と集光光学系３４とを１つのユニットとして支持するフレーム３３が図示されている。図４では、集光光学系３４が見えるように、フレーム３３の図示が省略されている。

図４に示すように集光光学系３４は、非球面反射面３５と、平面反射部３６とを有する。非球面反射面３５は、複数のレーザ光源３２からの出射光を反射して集光する。平面反射部３６は、非球面反射面３５により反射された光を蛍光体ユニット４０の所定のポイントＰに集光させる。所定のポイントＰは、蛍光体ユニット４０が有する蛍光体層上に設定されたポイントである。

図４に示すように、白色光の光軸Ｌの方向と、複数のレーザ光源３２からの青色レーザ光Ｂ１の光軸方向とは、互いに同じ方向に設定されている。これにより光源部１１０の後方側６に、ヒートシンク１２０を配置するためのスペースを容易に確保することができる。そして後方側６から複数のレーザ光源３２を効率的に冷却することが可能となる。

図５は、光源部１１０による白色光の生成を説明するための図である。図５では、蛍光体ユニット４０の内部に設けられた蛍光体ホイール及びモータが模式的に図示されている。蛍光体ホイール及びモータの具体的な構成は、後に詳しく説明する（図５とは若干異なる）。

蛍光体ホイール４２は、青色レーザ光Ｂ１を透過させる円盤形状の基板４３と、その基板４３上に設けられた蛍光体層４１とを有している。基板４３としては、例えば水晶やサファイア等の結晶性部材が用いられる。基板４３の中心には、蛍光体ホイール４２を駆動するモータ４５が接続され、蛍光体ホイール４２は、回転軸４６を中心として回転可能に設けられる。回転軸４６は、蛍光体層４１の所定のポイントＰが蛍光体ユニット４０の略中央（光軸Ｌ上）に位置するように配置される。

蛍光体層４１は、青色レーザ光Ｂ１によって励起されて蛍光を発する蛍光物質を含んでいる。そして蛍光体層４１は、複数のレーザ光源３２が出射する青色レーザ光Ｂ１の一部を、赤色波長域から緑色波長域までを含む波長域の光（すなわち黄色光）に変換して出射する。

蛍光体層４１に含まれる蛍光物質としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体が用いられる。なお、蛍光物質の種類、励起される光の波長域、及び励起により発生される可視光の波長域は限定されない。

また蛍光体層４１は、励起光の一部を透過させることにより、複数のレーザ光源３２から出射された青色レーザ光Ｂ１も出射可能である。これにより蛍光体層４１から出射される光は、青色の励起光と黄色の蛍光との混色による白色光となる。励起光の一部を透過させるため、例えば光透過性を有する粒子状の物質であるフィラー粒子が用いられてもよい。

モータ４５により基板４３が回転されている状態で、レーザ光源３２から青色レーザ光Ｂ１が出射される。青色レーザ光Ｂ１は、基板４３の回転に合わせて、相対的に円を描くように蛍光体層４１に照射される。これにより蛍光体ユニット４０から、蛍光体層４１を透過した青色レーザ光Ｂ２と、蛍光体層４１からの可視光である緑色光Ｇ２及び赤色光Ｒ２とを含む白色光が出射される。

本実施形態では、発光体層４１が発光体に相当し、基板４３が基体部に相当する。またモータ４５は、基体部を回転させるための回転力を生成するモータとして機能する。なお光源部１１０の構成は限定されず適宜設計されてよい。

［蛍光体ユニット］
図６は、本実施形態に係る蛍光体ユニット４０の具体的な構成例を示す斜視図である。蛍光体ユニット４０は、ホイール部５１と、レンズ部５２と、ホイール部５１及びレンズ部５２を１つのユニットとして支持すホルダー部５３とを有する。

ホイール部５２は、蛍光体ホイール４２と、モータ４５と、回転部材７０と、当接部材（図６では図示省略）とを有する。蛍光体ホイール４２は基板４３を有し、基板４３は第１の面４３ａ及びこれと反対側の第２の面４３ｂを有する。本実施形態では、第１の面４３ａが後方側６の面となり、第２の面４３ｂが前方側５の面となる。蛍光体層４１は、第２の面４３ｂにより支持される。

モータ４５は、アウターロータ型のモータであり、ステータ（固定子）４７と、ステータ４７を覆うように設けられるロータ（回転子）４８とを有する。モータ４５に電力が供給されると、ステータ４７に対してロータ４８が回転する。これにより回転力が生成される。なおロータ４８は、例えばアルミニウム等の金属により構成される。本実施形態において、ロータ４８は、回転することで回転力を付与する付与部材として機能する。

図６に示すように、モータ４５は、基板４３の第１の面４３ａ側に配置される。ロータ４８の先端が、第１の面４３ａの中心に、回転部材７０を介して接続される。この際、モータ４５の回転軸４６が、基板４３の中心を通る法線に合わせられる。これにより蛍光体ホイール４２は、モータ４５の回転軸４６を中心として回転可能となる。

回転部材７０は、基板４３の第１の面４３ａと、モータ４５のロータ４８とにそれぞれ接続される。当接部材は、基板４３の第２の面４３ｂに接続される。これら回転部材７０及び当接部材については後述する。

レンズ部５２は、ホイール部５１より出射された白色光を集光する１以上のレンズと、集光された白色光を出射する出射面５４（図２等参照）とを有する。例えば１以上のレンズは、出射面５４を構成する出射レンズ５５を有する。その他、１以上のレンズとして配置されるレンズの数や、大きさ、レンズの種類等は限定されない。

ホルダー部５３は、１以上のレンズを保持するレンズ保持部５６と、ホイール部５１を保持するホイール保持部５７とを有する。レンズ保持部５６は、後方側６に延在する略円筒形状でなり、内部に１以上のレンズを収容する。

ホイール保持部５７は、レンズ保持部５６の後方側５に連結される。ホイール保持部５７はｚ軸方向に沿って下方に延在し、その先端には、ビス５８を介して板金５９が取り付けられる。当該板金５９に、ビス６０を介してモータ４５のステータ４７が取り付けられる。モータ４５がホイール保持部５７に取り付けられる際には、蛍光体ホイール４２は、レンズ保持部５６の後方側の面と、ホイール保持部５７との間に形成された間隔６１内に挿入される。

図６に示すように、ホイール保持部５７には、開口６２が形成される。レーザ光源３２から出射された青色レーザ光Ｂ１は、開口６２を介して、蛍光体層４１の所定のポイントＰに集光される。図６では見えないが、レンズ保持部５６の後方側の面にも開口が形成されており、この開口を介して、蛍光体ホイール４２からレンズ部５２へ白色光が出射される。

本実施形態では、蛍光体ユニット４０が１つのユニットとして構成され、ベース部１に固定される。これにより蛍光体ユニット４０内にて、集光のためのレンズと、発光体を有するホイールとの位置合わせを、簡単に高い精度で実現することが可能となる。また本実施形態では、ホイール保持部５７により上方から蛍光体ホイール４２の中心が保持される。これにより光源装置１００内において、蛍光体ホイール４２の露出部分を多くとることが可能となる。この結果、蛍光体層４１から熱を、冷却風等により効果的に冷却することが可能となる。

図７は、ホイール部５１を前方側から斜めに見た斜視図である。図８は、ホイール部５１を上方から見た平面図である。図９は、蛍光体ホイール４２を前方側及び後方側からそれぞれ見た図である。図９Ａが正面図であり、図９Ｂが背面図である。

図１０は、ホイール部５１の断面を示す断面図である。図１０Ａは図８に示すＳ−Ｓ線での断面であり、図１０Ｂは図１０Ａの断面図をさらに拡大した拡大図である。

図１０Ａに示すように、蛍光体ホイール４２が有する基板４３の中央には挿入孔４９が形成されている。挿入孔４９は、第１の面４３ａの中心を、孔の中心として形成される。なお本実施形態では、第１及び第２の面４３ａ及び４３ｂは、互いに同じ大きさの円形状を有している。従って第１の面４３ａの中心は、第２の面４３ｂの中心に一致する。

モータ４５のロータ４８の先端には、その中央に凸部４８ａが形成され、凸部４８ａの周囲には段差面４８ｂが形成される。ロータ４８の凸部４８ａが、基板４３の挿入孔４９に挿入されることで、蛍光体ホイール４２がモータ４５に取り付けられる。

図９Ａに示すように、基板４３の第２の面４３ｂの周縁部（周縁付近の内側の領域）には、蛍光体層４１が形成される。図９Ｂに示すように、蛍光体層４１の裏側にあたる第１の面４３ａの周縁部は、青色レーザ光Ｂ１が照射される照射領域６３となる。

上記したようにホイール部５１は、基板４３の第１の面４３ａに接続される回転部材７０と、第２の面４３ｂに接続される当接部材７１とを有する。回転部材７０は、中央に開口７０ａが形成されたリング状の部材である。回転部材７０は、開口７０ａの中心が基板４３の挿入孔４９の中心と略一致するように、第１の面４３ａの照射領域６３に囲まれた領域に接続される。従って回転部材７０により、蛍光体層４１への青色レーザ光Ｂ１の照射が妨げられることはない。

図１０Ａ及びＢに示すように、蛍光体ホイール４２がモータ４５に取り付けられると、回転部材７０は、ロータ４８の段差面４８ｂに接続される。従ってロータ４８が回転すると、その回転力により、回転部材７０及び基板４３が一体的に回転する。

図９Ａに示すように、当接部材７１は、中央に開口７１ａが形成されたリング状の部材である。当接部材７１は、開口７１ａの中心が基板４３の挿入孔４９の中心と略一致するように、第２の面４３ｂの蛍光体層４１に囲まれた領域に接続される。従って当接部材７１により、蛍光体層４１からの白色光Ｗの出射が妨げられることはない。

図９Ａ及びＢに示すように、ｙ軸方向から見た当接部材７１の大きさ及び外形は、同じくｙ軸方向から見た回転部材７０の大きさ及び外形にそれぞれ略等しい。なおｙ軸方向は、第１及び第２の面４３ａ及び４３ｂの各々の法線方向に相当する。

また図１０Ａに示すように、当接部材７１は、ｙ軸方向から見て、回転部材７０と互いに重なり合う位置に設けられる。すなわち第１の面４３ａの回転部材７０が接続される領域を、第１の面４３ａの中心を基準とした第１の領域７３ａとする。そうすると当接部材７１は、第２の面４３ｂの中心を基準とした、上記第１の領域７３ａと略等しい大きさの第２の領域７３ｂに接続される。

なおロータ４８と回転部材７０との接続、回転部材７０と基板４３との接続、及び基板４３と当接部材７１との接続について、各部材を互いに接続する方法は限定されない。例えば接着剤等が用いられて、各部材が接続される。

図９Ａに示すように、当接部材７１には、３つの貫通孔７４が形成される。３つの貫通孔７４は、第２の面４３ｂの中心を基準として、１２０度の等間隔で形成される。これらの貫通孔７４が形成されることで、蛍光体ホイール４２の露出部分を多くすることができ、冷却効率を高めることができる。

図１０Ａ及びＢに示すように、基板４３の挿入孔４９に挿入される凸部４８ａには、ロータハブ７５が取り付けられる。ロータハブ７５は、皿状の部材であり、その窪んだ部分に、蛍光体ホイール４２の回転バランスを補正する補正材を設置することが可能である。回転バランスを補正することで、蛍光体ホイール４２を安定して回転させることができる。またモータ４５の寿命を長くすることができる。なお補正材としては、例えば接着剤や錘等が用いられる。

回転部材７０及び当接部材７１としては、典型的には金属材料が用いられる。回転部材７０及び当接部材７１として、具体的にどの金属材料が用いられるかは、その線膨張係数をもとに選択される。例えば基板４３の線膨張係数を第１の線膨張係数Ｌ１とし、回転部材７０の線膨張係数を第２の線膨張係数Ｌ２とする。また当接部材７１の線膨張係数を第３の線膨張係数Ｌ３とする。

この場合、回転部材７０及び当接部材７１は、第１の線膨張系数Ｌ１に対する第２の線膨張係数Ｌ２の大小関係と、第１の線膨張係数Ｌ１に対する第３の線膨張係数Ｌ３の大小関係と等しくなるように、各々の材料が選択される。すなわち以下の条件が成り立つように、回転部材７０及び当接部材７１の各々の材料が選択される（以下、この条件を条件１と記載する）。
Ｌ１＞Ｌ２ならばＬ１＞Ｌ３
Ｌ１＜Ｌ２ならばＬ１＜Ｌ３
なおＬ１＝Ｌ２、及びＬ１＝Ｌ３となる材料は、用いられない（少しでも異なる線膨張係数を有する材料であれば、使用され得る）。

例えば基板４３としてサファイアガラスが用いられる場合、第１の線膨張係数Ｌ１は、約７．５×１０^-6／Ｋとなる。この際、回転部材７０及び当接部材７１として、銅（約１６．８×１０^-6／Ｋ）、ステンレス（１０．５×１０^-6／Ｋ）、及びニッケル（１２．８×１０^-6／Ｋ）等の、第１の線膨張係数Ｌ１よりも大きい線膨張係数を有する金属材料が用いられる。これにより上記の条件１が満たされる。もちろんこれらの材料に限定される訳ではない。

また回転部材７０及び当接部材７１として、第１の線膨張係数Ｌ１よりも小さい線膨張係数を有する金属材料が用いられる場合も、上記の条件１は満たされる。従ってそのような材料が用いられてもよい。なお回転部材７０及び当接部材７１に用いられる材料が金属材料に限定されるわけではなく、その他の材料が用いられてもよい。

典型的には、回転部材７０及び当接部材７１は、互いに同じ材料で構成される。回転部材７０及び当接部材７１として、同じ材料が選択されることで、上記した条件１が自動的に満たされる。従って回転部材７０及び当接部材７１を簡単に準備することができる。また互いに異なる種類の材料が用いられる場合と比べて、部品コストを抑えることができる。

線膨張係数が異なる２枚の金属板を張り合わせた部材に熱を加えると、線膨張係数の差により、当該部材が一方の向きに反り返る。これは２枚の金属板の線膨張係数の差により各金属板に応力が発生することで起こる現象であり、バイメタル現象と呼ばれる。部材が反り返る向きは、２枚の金属板の線膨張係数の大小関係により決まる。線膨張係数の大きい方の部材が大きく変形するように、部材全体が反り返る。

蛍光体層４１に青色レーザ光Ｂ１が照射されると、蛍光体層４１から熱が発生する。この熱により、蛍光体ホイール４２の温度が上昇する。従って基板４３及び回転部材７０の各線膨張係数Ｌ１及びＬ２の差により、上記したバイメタル現象と同様に、これらを変形させようとする応力が発生する。一方で、基板４３及び当接部材７１の間でも、各線膨張係数Ｌ１及びＬ３の差により、これらを変形させようとする応力が発生する。

回転部材７０及び当接部材７１は、基板４３を挟み込むようにそれぞれ接続されている。また第１及び第２の線膨張系数Ｌ１及びＬ２の大小関係と、第１及び第３の線膨張係数Ｌ１及びＬ３の大小関係とは、互いに等しくなるように設定される。従って、バイメタル効果により基板４３を変形させようとする向きは互いに逆向きとなる。すなわち基板４３に発生する応力の向きは互いに逆向きとなり打ち消される。この結果、蛍光体層４１の発熱による基板４３の変形を抑制することが可能となる。

例えば基板の一方の面にモータのロータを接続するのみの構成では、異種材料間の締結部分に線膨張係数の差による応力が発生してしまい、当該応力による変形や歪みにより締結部分の破損や、蛍光体ホイール自体の破損等が生じる可能性がある。すなわち基板とロータとの各線膨張係数の差による負荷により、締結部分の接着材が剥離したり、蛍光体ホイールが割れてしまうおそれがあった。例えば基板にサファイアガラスが用いられる場合、蛍光体ホイールは破損しやすい。

これに対して本実施形態では、上記したように蛍光体層４１の発熱による基板４３の変形を抑制することが可能となるので、蛍光体ホイール４２の破損や、モータ４５との締結の信頼性の低下等を十分に防ぐことができる。すなわち蛍光体ホイール４２の温度上昇による信頼性の低下を防止することが可能となる。この結果、光源３２から出射される青色レーザ光Ｂ１の輝度を向上させることでき、プロジェクタ１００の高輝度化を実現させることができる。

また本実施形態では、図７−図１０に示すように、基板４３、回転部材７０、及び当接部材７１の各々が、各々の中心がモータ４５の回転軸４６上に位置するように配置される。またｙ軸方向から見て、回転部材７０及び当接部材７１の各々の大きさ及び外形は互いに略等しい。さらに、基板４３の第１の面４３ａの回転部材７０が接続される第１の領域７３ａと、第２の面４３ｂの当接部材７１が接続される第２の領域７３ｂとは、互いに略等しい大きさである。

従って基板４３を挟み込む回転部材７０及び当接部材７１の、各面に対する構成が互いに略等しくなる。この結果、基板４３の変形を十分に抑制することが可能となる。また蛍光体ホイール４２と、モータ４５と、回転部材７０と、当接部材７１からなる、ホイール部５１を簡単に作成することができる。

なお回転部材７０及び当接部材７１として用いられる材料により、基板４３に発生する線膨張係数の差による応力は異なってくる。この点を考慮して、第１の領域７３ａ及び第２の領域７３ｂが互いに異なる大きさに設定されてもよい。例えば回転部材７０及当接部材７１のうち、基板４３との線膨張係数の差が大きい部材を小さくし、（接続領域を小さくし）、基板４３との線膨張係数の差が小さい部材を大きくする（接続領域を大きくする）等の構成も有り得る。すなわち回転部材７０及び当接部材７１の大きさや外形、第１及び第２の領域７３ａ及び７３ｂの大きさ等は、基板４３の変形を効果的に抑制するために適宜設定されてよい。

なお本開示では、蛍光体ホイール４２に、回転部材７０と当接部材７１とがそれぞれ接続されると記載した。しかしながら、基板４３と、蛍光体層４１と、回転部材７０と、当接部材７１とにより、本技術に係る新たな蛍光体ホイールが構成されるともいえる。

ここで付与部材として機能するモータ４５のロータ４８の線膨張係数を第４の線膨張係数Ｌ４とする。この場合、ロータ４８に接続される回転部材７０の第２の線膨張係数Ｌ２の大きさを、第１の線膨張係数Ｌ１及び第４の線膨張係数Ｌ４の間の大きさとしてもよい。すなわち以下の条件が成り立つように、回転部材７０の材料が選択されてもよい（以下、この条件を条件２と記載する）。
Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ４

例えば基板４３としてサファイアガラス（約７．５×１０^-6／Ｋ）が用いられ、ロータ４８の材料がアルミニウム（約２３×１０^-6／Ｋ）である場合、この間の大きさの線膨張係数を有する材料により回転部材７０が構成される。例えば上記した銅、ステンレス、及びニッケル等が、条件２を満たす。

条件２を満たすように回転部材７０の材料を選択することで、基板４３にロータ４８が接続される場合と比べて、基板４２に発生する線膨張係数の差による応力の大きさを抑えることができる。この結果、蛍光体層４１の発熱による基板４３の変形を十分に抑制することが可能となる。なお当接部材７１の材料は、上記した条件１に基づいて適宜選択されればよい。

また回転部材７０及び当接部材７１として、熱伝導性を有する材料が用いられてもよい。これにより発光体層４１から生じる熱を、回転部材７０及び当接部材７１を介して空気中に放熱したり、所定の冷却デバイス等に導くことができる。この結果、蛍光体ホイール４２の温度上昇を抑制することができ、信頼性を高く維持することができる。なお回転部材７０及び当接部材７１のうち一方のみが熱伝導性を有する材料により構成される場合でも効果は発揮される。熱伝導性が高い材料としては、例えば銅やアルミニウム等がある。

＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

図１１は、他の実施形態に係るホイール部の中央部分を示す断面図である。このホイール部８０では、モータ４５のロータ４８が基板４３の第１の面４３ａに直接接続される。すなわち本実施形態では、モータ４５を構成する部材であるロータ４８が、基板４３と一体的に回転する回転部材として機能する。

このような構成においても、基板４３の第２の面４３ｂに、上記した条件１を満たす線膨張係数Ｌ３を有する当接部材８１を接続することで、蛍光体層の発熱による基板４３の変形を十分に抑制することが可能となる。

例えば基板４３としてサファイアガラス（約７．５×１０^-6／Ｋ）が用いられ、ロータ４８の材料がアルミニウム（約２３×１０^-6／Ｋ）である場合、当接部材８１としてアルミニウムが用いられる。これに限定されず、サファイアガラスよりも線膨張係数が大きい材料が適宜用いられればよい。基板４３の第１の面４３ａのロータ４８が接続される第１の領域８３ａの大きさと、第２の面４３ｂの当接部材８１が接続される第２の領域８３ｂの大きさは、互いに等しく設定されてもよい。または図１１に示すように、第２の領域８３ｂの方が第１の領域８３ａよりも大きく設定されてもよい。

図１２は、他の実施形態に係るホイール部の中央部分を示す断面図である。図１２Ａ及びＢに示すホイール部９０ａ及び９０ｂは、基板４３の第２の面４３ｂに接続される当接部材９１及び９２が、ロータハブとして用いられる。

図１２Ａに示す当接部材９１は、第２の面４３ｂと接続される円形状の底面部９３と、底面部９３の周縁からｙ方向に延在する側壁部９４とを有する。ｙ軸方向から見て、当接部材９１の底面部９３の大きさ及び外形は、第１の面４３ａに接続される回転部材９５の大きさ及び外形にそれぞれ略等しい。また基板４３の第２の面４３ｂの底面部９３が接続される第２の領域９６ｂと、第１の面４３ａの回転部材９５が接続される第１の領域９６ａとは、互いに略等しい大きさである。もちろんこの構成に限定されるわけではない。

図１２Ｂに示す当接部材９２は、第２の面４３ｂと接続される円形状の平面部９７と、平面部９７の中心から所定の距離の位置に形成された、ｙ方向に延在する壁部９８とを有する。壁部９８は、ｙ軸方向から見てリング状でなり、壁部９８の内部側（平面部の中心に向かう側）が、回転バランスを補正する補正材を設置する領域となる。

図１２Ｂに示すように、ｙ軸方向から見て、当接部材９２の平面部９７の大きさ及び外形は、第１の面４３ａに接続される回転部材９５の大きさ及び外形にそれぞれ略等しい。また基板４３の第２の面４３ｂの平面部９７が接続される第２の領域９６ｂと、第１の面４３ａの回転部材９５が接続される第１の領域９６ａとは、互いに略等しい大きさである。

図１２Ａ及びＢに示すように、当接部材９１及び９２がロータハブとして使用されることにより、ホイール部９１及び９１ｂを構成するために必要な部品の数を少なくすることができる。この結果、部品コストを抑えることが可能となり、また構成の簡素化を図ることができる。

上記では、アウターロータ型のモータが用いられた。これに限定されずインナーモータ型のモータが用いられる場合にも、本技術は適用可能である。例えば図５に図示されたモータ４５をインナーモータ型のモータとする。すなわちモータ４５の内部のロータが回転することで、ロータに接続された軸部４５ａが回転されるとする。

軸部４５ａには、本技術に係る回転部材１３０が接続され、回転部材１３０は基板４３の前方側の面（上記の実施形態とは異なりこの面が第１の面となる）１３１に接続される。モータ４５が駆動すると、回転部材１３０と基板４３とが一体的に回転する。このような構成において、例えば第１の面１３１の反対側の第２の面１３２に、回転部材１３０と重なるように当接部材１３３（一点鎖線にて図示）が接続される。これにより本技術に係るホイール部が構成され、上記で説明した種々の効果が発揮される。

上記では透過型の蛍光体ホイールが用いられた。しかしながら反射型の蛍光体ホイールが用いられる場合でも、本技術は適用可能である。モータにより生成される回転力により回転する回転部材が、蛍光体ホイールの基板の第１の面に接続される。そして基板の第２の面には、上記した条件１を満たす材料からなる当接部材が接続される。これにより本技術に係るホイール部を構成することができる。

上記では、青色レーザ光を励起光として、蛍光体層から黄色光が発生された。しかしながら励起光及び励起により発生される蛍光の波長域は限定されない。

以上説明した本技術に係る特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。

なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１） 励起光により励起されて可視光を発する発光体と、第１の面及びこれと反対側の第２の面を有し、前記第１及び前記第２の面のいずれかにより前記発光体を支持し、第１の線膨張係数を有する基体部とを含むホイールと、
前記基体部を回転させるための回転力を生成するモータと、
前記基体部の第１の面に接続され前記モータの回転力により前記基体部と一体的に回転し、前記第１の線膨張係数とは異なる第２の線膨張係数を有する回転部材と、
前記基体部の第２の面に接続され、前記第１の線膨張係数に対する大小関係が、前記第１の線膨張係数に対する前記第２の線膨張係数の大小関係と等しい、第３の線膨張係数を有する当接部材と
を具備する光源装置。
（２）（１）に記載の光源装置であって、さらに、
光を出射する光源と、前記光源からの出射光と前記発光体からの可視光とを含む合成光を出射する出射面とを具備し、
前記発光体は、前記光源からの出射光の一部を前記励起光として前記可視光を発する
光源装置。
（３）（１）又は（２）に記載の光源装置であって、
前記モータは、回転することで前記回転力を付与し第４の線膨張係数を有する付与部材を有し、
前記回転部材は、前記付与部材に接続され、前記第１の線膨張係数及び前記第４の線膨張係数の間の大きさとなる前記第２の線膨張係数を有する
光源装置。
（４）（１）又は（２）に記載の光源装置であって、
前記回転部材は、前記モータを構成する部材である
光源装置。
（５）（１）から（４）のうちいずれか１つに記載の光源装置であって、
前記回転部材及び前記当接部材は、互いに同じ材料で構成される
光源装置。
（６）（１）から（５）のうちいずれか１つに記載の光源装置であって、
前記基体部、前記回転部材、及び前記当接部材の各々は、各々の中心が前記モータの回転軸上に位置するように配置される
光源装置。
（７）（１）から（６）のうちいずれか１つに記載の光源装置であって、
前記回転部材は、前記第１の面の中心を基準とした第１の領域に接続され、
前記当接部材は、前記第２の面の中心を基準とした、前記第１の領域と略等しい大きさの第２の領域に接続される
光源装置。
（８）（１）から（７）のうちいずれか１つに記載の光源装置であって、
前記第１の面の法線方向から見た前記回転部材の大きさ及び外形は、前記第２の面の法線方向から見た前記当接部材の大きさ及び外形にそれぞれ略等しい
光源装置。
（９）（１）から（８）のうちいずれか１つに記載の光源装置であって、
前記当接部材は、前記ホイールの回転バランスを補正する補正材を設置可能なロータハブである
光源装置。
（１０）（１）から（９）のうちいずれか１つに記載の光源装置であって、
請求項１に記載の光源装置であって、
前記回転部材及び前記当接部材のうち少なくとも一方は、熱伝導性を有する
光源装置。

Ｌ１…第１の線膨張係数
Ｌ２…第２の線膨張係数
Ｌ３…第３の線膨張係数
Ｌ４…第４の線膨張係数
３２…レーザ光源
４２…蛍光体層
４２…蛍光体ホイール
４３…基板
４３ａ、１３１…第１の面
４３ｂ、１３２…第２の面
４５…モータ
５１、８０、９１ａ、９１ｂ…ホイール部
５４…出射面
７０、９５、１３０…回転部材
７１、８１、９１、９２、１３３…当接部材
７３ａ、８３ａ、９６ａ…第１の領域
７３ｂ、８３ｂ、９６ｂ…第２の領域
７５…ロータハブ
１００…光源装置
２００…画像生成部システム
４００…投射システム
５００…画像表示装置

Claims (14)

1. 第１の面及びこれと反対側の第２の面を有し、光透過性があり、第１の線膨張係数を有する基体部と、前記第１及び前記第２の面のいずれかにより支持され、前記第１の面側から入射する励起光により励起されて前記第２の面側から可視光を発する発光体とを含むホイールと、
   前記第１の面に対向して配置され、前記基体部を回転させるための回転力を生成するモータと、
   前記基体部の第１の面に接続され前記モータの回転力により前記基体部と一体的に回転し、前記第１の線膨張係数とは異なる第２の線膨張係数を有する回転部材と、
   前記基体部の第２の面に接続され、前記第１の線膨張係数に対する大小関係が、前記第１の線膨張係数に対する前記第２の線膨張係数の大小関係と等しい、第３の線膨張係数を有する当接部材と
   を有するホイール部と、
   前記第２の面に対向する入射面と、前記入射面とは反対側の出射面とを有し、前記入射面から入射する前記可視光を集光して前記出射面から出射するレンズ部と、
   前記レンズ部を収容する収容部と、前記収容部に接続され前記モータを片持ちで保持するアーム部とを有し、前記レンズ部及び前記ホイール部を一体的に保持するホルダー部と
   を具備する光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置であって、
   前記ホルダー部は、前記収容部及び前記アーム部の間に設けられ前記ホイールが挿入されるスリット部を有する
   光源装置。
3. 請求項１又は２に記載の光源装置であって、
   前記アーム部は、前記励起光を通過させる第１の開口部を有し、
   前記収容部は、前記可視光を通過させる第２の開口部を有する
   光源装置。
4. 請求項１から３のうちいずれか１項に記載の光源装置であって、さらに、
   光を出射する光源を具備し、
   前記発光体は、前記光源からの出射光の一部を前記励起光として前記可視光を発し、
   前記レンズ部は、前記出射面から前記光源からの出射光と前記発光体からの可視光とを含む合成光を出射する
   光源装置。
5. 請求項１から４のうちいずれか１項に記載の光源装置であって、
   前記モータは、回転することで前記回転力を付与し第４の線膨張係数を有する付与部材を有し、
   前記回転部材は、前記付与部材に接続され、前記第１の線膨張係数及び前記第４の線膨張係数の間の大きさとなる前記第２の線膨張係数を有する
   光源装置。
6. 請求項１から５のうちいずれか１項に記載の光源装置であって、
   前記回転部材は、前記モータを構成する部材である
   光源装置。
7. 請求項１から６のうちいずれか１項に記載の光源装置であって、
   前記回転部材及び前記当接部材は、互いに同じ材料で構成される
   光源装置。
8. 請求項１から７のうちいずれか１項に記載の光源装置であって、
   前記基体部、前記回転部材、及び前記当接部材の各々は、各々の中心が前記モータの回転軸上に位置するように配置される
   光源装置。
9. 請求項１から８のうちいずれか１項に記載の光源装置であって、
   前記回転部材は、前記第１の面の中心を基準とした第１の領域に接続され、
   前記当接部材は、前記第２の面の中心を基準とした、前記第１の領域と略等しい大きさの第２の領域に接続される
   光源装置。
10. 請求項１から９のうちいずれか１項に記載の光源装置であって、
    前記第１の面の法線方向から見た前記回転部材の大きさ及び外形は、前記第２の面の法線方向から見た前記当接部材の大きさ及び外形にそれぞれ略等しい
    光源装置。
11. 請求項１から１０のうちいずれか１項に記載の光源装置であって、
    前記当接部材は、前記ホイールの回転バランスを補正する補正材を設置可能なロータハブである
    光源装置。
12. 請求項１から１１のうちいずれか１項に記載の光源装置であって、
    前記回転部材及び前記当接部材のうち少なくとも一方は、熱伝導性を有する
    光源装置。
13. （ａ） 第１の面及びこれと反対側の第２の面を有し、光透過性があり、第１の線膨張係数を有する基体部と、前記第１及び前記第２の面のいずれかにより支持され、前記第１の面側から入射する励起光により励起されて前記第２の面側から可視光を発する発光体とを含むホイールと、
    前記第１の面に対向して配置され、前記基体部を回転させるための回転力を生成するモータと、
    前記基体部の第１の面に接続され前記モータの回転力により前記基体部と一体的に回転し、前記第１の線膨張係数とは異なる第２の線膨張係数を有する回転部材と、
    前記基体部の第２の面に接続され、前記第１の線膨張係数に対する大小関係が、前記第１の線膨張係数に対する前記第２の線膨張係数の大小関係と等しい、第３の線膨張係数を有する当接部材と
    を有するホイール部と、
    前記第２の面に対向する入射面と、前記入射面とは反対側の出射面とを有し、前記入射面から入射する前記可視光を集光して前記出射面から出射するレンズ部と、
    前記レンズ部を収容する収容部と、前記収容部に接続され前記モータを片持ちで保持するアーム部とを有し、前記レンズ部及び前記ホイール部を一体的に保持するホルダー部と
    を有する光源装置と、
    （ｂ）照射された光をもとに画像を生成する画像生成素子と、前記画像生成素子に前記光源装置からの光を照射する照明光学系とを有する画像生成システムと、
    （ｃ）前記画像生成素子により生成された画像を投射する投射システムと
    を具備する画像表示装置。
14. 第１の面及びこれと反対側の第２の面を有し、光透過性があり、第１の線膨張係数を有する基体部と、前記第１及び前記第２の面のいずれかにより支持され、前記第１の面側から入射する励起光により励起されて前記第２の面側から可視光を発する発光体とを含むホイールと、
    前記第１の面に対向して配置され、前記基体部を回転させるための回転力を生成するモータと、
    前記基体部の第１の面に接続され前記モータの回転力により前記基体部と一体的に回転し、前記第１の線膨張係数とは異なる第２の線膨張係数を有する回転部材と、
    前記基体部の第２の面に接続され、前記第１の線膨張係数に対する大小関係が、前記第１の線膨張係数に対する前記第２の線膨張係数の大小関係と等しい、第３の線膨張係数を有する当接部材と
    を有するホイール部と、
    前記第２の面に対向する入射面と、前記入射面とは反対側の出射面とを有し、前記入射面から入射する前記可視光を集光して前記出射面から出射するレンズ部と、
    前記レンズ部を収容する収容部と、前記収容部に接続され前記モータを片持ちで保持するアーム部とを有し、前記レンズ部及び前記ホイール部を一体的に保持するホルダー部と
    を具備する光学ユニット。

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