JP6846601B2 - 蛍光体ホイール装置、およびこれを備えた光変換装置、投射型表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、蛍光体ホイール装置、およびこれを備えた光変換装置、投射型表示装置に関する。

投射表示装置には、光源としてレーザダイオードを用い、これから発せられる光で蛍光体を励起し、蛍光体から蛍光発光した光を利用しているものが知られている。しかし、蛍光体自体の光変換効率の温度特性、蛍光体を基材上に形成するためのバインダ等の耐熱性のために、温度上昇を抑える必要がある。

そこで、円板基材上に蛍光体層を形成し、それをモータに取り付け回転させることで、蛍光を発光する部分を常に移動させ、温度上昇を抑えている。しかし、塵埃が励起光に付着すると蛍光体表面に焼きつき効率が低下するおそれがある。

このため、以下の特許文献１のように、蛍光体を密閉空間に配置して防塵し、同時に冷却ファンも同じ空間に内包して冷却するのが一般的である。

このとき、一般的な冷却ファンの他に、以下の特許文献２にように、円板基材と同軸で共通の動力源を用いたものも知られている。

しかしながら、投射表示装置の高輝度化とともに、励起光も大きくなり、冷却性能が不足してきている。また、密閉空間内にモータを配置することによってモータ温度が上昇し、本来の性能を発揮できない問題も生じてくる。

このため、以下の特許文献３のように、モータ部分を密閉空間外部に露出させる方法も取られている。

しかしながら、上記従来の光変換装置では、以下に示すような問題点を有している。すなわち、上記公報に開示された光変換装置では、蛍光体ホイールの表面に設けられた蛍光体層に近接する位置に、レンズを配置する必要がある。このため、例えば、特許文献２のように、冷却ファンを蛍光体ホイールに近接配置した構成では、蛍光体層に近接する位置にレンズを配置するスペースを確保することが困難である。

特開２０１４−９２５９９号公報 特開２０１２−１８１４３１号公報 特開２０１５−９４８６０号公報

本開示に係る蛍光体ホイール装置は、円板状の蛍光体ホイールと、循環ファンと、モータと、ケース部と、を備えている。円板状の蛍光体ホイールは、円環状の蛍光体層が第１の面に形成され、その内周側に配置された複数の開口を有する。循環ファンは、蛍光体ホイールにおける蛍光体層が設けられた第１の面とは反対側の第２の面に取り付けられており、開口を介して蛍光体ホイールの蛍光体層側に送風する。モータは、蛍光体ホイールおよび循環ファンを回転駆動させる。ケース部は、蛍光体ホイール、循環ファン、およびモータを収納するとともに、循環ファンによって生じる空気流の循環経路が内部に形成され、外筒部とその外筒部の内側において略同心円状に配置される内筒部とを有し、その両端同士が連通している。

本開示に係る蛍光体ホイール装置は、信頼性と光変換効率の向上を可能としつつ、レンズ等の光源光学系の配置自由度を確保するのに有効である。

図１は、本開示の実施形態１に係る投射表示装置を示す概略図である。 図２は、図１の投射型表示装置に含まれる光変換装置の要部の構成を示す図である。 図３は、図２の光変換装置の外観斜視図である。 図４Ａは、図２の光変換装置の内部に配置された吸熱器と吸熱器に熱的に接続された排熱器との構成を示す斜視図である。 図４Ｂは、図４Ａの平面図である。 図５は、図２の光変換装置の内部の構成を示す断面図である。 図６Ａは、図２の光変換装置のケース部の内面に形成されたガイドを示す斜視図である。 図６Ｂは、図６Ａの平面図である。 図７Ａは、図２の光変換装置に含まれる蛍光体ホイール装置の蛍光体ホイールの第１面側を示す斜視図である。 図７Ｂは、図７Ａの蛍光体ホイールの第２面側を示す斜視図である。 図８Ａは、図７Ａ等に示す蛍光体ホイールを回転させて生じる空気流の流れる方向を示す側面図である。 図８Ｂは、図８Ａの平面図である。 図９は、図７Ａ等に示す蛍光体ホイールの蛍光体層の部分に近接配置されるレンズを示す側面図である。 図１０は、本開示の他の実施形態に係る光変換装置の内部構成を示す断面図である。 図１１は、本開示のさらに他の実施形態に係る光変換装置の内部の構成を示す断面図である。 図１２Ａは、本開示のさらに他の実施形態に係る光変換装置を示す斜視図である。 図１２Ｂは、図１２Ａの光変換装置を反対側から見た斜視図である。 図１３は、本開示のさらに他の実施形態に係る光変換装置の内部の構成を示す側面図である。 図１４は、本開示のさらに他の実施形態に係る光変換装置の内部の構成を示す断面図である。 図１５は、本開示のさらに他の実施形態に係る光変換装置に含まれる吸熱器の構成を示す平面図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、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）
本開示の一実施形態に係る蛍光体ホイール装置、およびこれを備えた光変換装置、投射型表示装置について、図１〜図９を用いて説明すれば以下の通りである。

（プロジェクタ１００）
本実施形態のプロジェクタ（投射型表示装置）１００は、映像信号に応じて光を変調する１つの空間光変調素子（例えば、ＤＭＤ（digital mirror device）（表示素子）７）を搭載したＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式の映像表示装置であって、青色ＬＤ（レーザダイオード）（光源）２ａ，２ｂと、各種光学部品、レーザ光によって励起された蛍光を出射する蛍光体ホイール装置１０を含む光変換装置２０を備えている。

なお、本実施形態のプロジェクタ１００は、Ｒ・Ｇ・Ｂ３原色に対応する３つのＤＭＤ７を搭載した３チップＤＬＰ方式を採用しているが、図１では説明の便宜上、１つのＤＭＤ７だけを示しているものとする。

本実施形態のプロジェクタ１００は、図１に示すように、光源として、２つの青色ＬＤ２ａ，２ｂ、光学部品として、分離ミラー３ａ、ミラー３ｂ，３ｃ、ダイクロイックミラー３ｄ、ミラー３ｅ，３ｆ，３ｇ、レンズ４ａ〜４ｈ、ロッドインテグレータ５、ＴＩＲ（全反射）プリズム６ａ、カラープリズム６ｂ、ＤＭＤ７、および投射レンズ８、および光変換装置２０を備えている。

青色ＬＤ２ａ，２ｂは、プロジェクタ１００の光源であって、縦横それぞれ複数（ｍ×ｎ個）のＬＤを含むように構成されており、互いに直交する向きで配置されている。これにより、青色ＬＤ２ａ，２ｂから出射される光は、互いに直交する方向に進む。

分離ミラー３ａは、２つの青色ＬＤ２ａ，２ｂから出射されたレーザ光が交差する交点付近に設けられており、それぞれの青色ＬＤ２ａ，２ｂから出射されたレーザ光を２方向へ分離する。

ミラー３ｂ，３ｃは、分離ミラー３ａによって分離された２方向に進むレーザ光の進行方向を、それぞれ９０度変換する。

ダイクロイックミラー３ｄは、特殊な光学素材を用いて構成されており、特定の波長の光を反射するとともに、その他の波長の光を透過させる。本実施形態では、青色ＬＤ２ａ，２ｂから出射された青色レーザ光を透過させるとともに、後述する蛍光体ホイール装置１０において青色レーザ光が変換された赤色光、緑色光を反射する。

ミラー３ｅ，３ｆ，３ｇは、ダイクロイックミラー３ｄを透過、あるいは反射してきたＲ・Ｇ・Ｂ３原色の光を、最下流側に配置された投射レンズ８へと導く。

レンズ４ａ〜４ｇは、光源としての青色ＬＤ２ａ，２ｂから出射された青色レーザ光、蛍光体ホイール装置１０において青色レーザ光を変換して得られる赤色光、緑色光を、集光あるいは平行化する。

ロッドインテグレータ５は、入射光の照度を均一化する。ロッドインテグレータ５に入射された光は、ロッドインテグレータ５の内周面において全反射を繰り返し、出射面において均一な照度分布となって出射される。ロッドインテグレータ５は、ミラー３ｅにおいて反射した光が入射する位置に設けられる。

ＴＩＲ（全反射）プリズム６ａは、全反射を利用して、入射してきた光の進行方向を変換する。

カラープリズム６ｂは、入射してきた光を、Ｒ・Ｇ・Ｂ３原色に分離して、下流側に配置された各色に対応する３つのＤＭＤ７に反射させる。

ＤＭＤ７は、Ｒ・Ｇ・Ｂ３原色の１色ずつに対応するように３つ設けられている。そして、ＤＭＤ７は、入射される光を映像信号で変調し、変調した光を、カラープリズム６ｂを介して投射レンズ８に対して出射する。

投射レンズ８は、プロジェクタ１００に搭載された光学部品の最下流側に配置されており、ＴＩＲプリズム６ａ、ＤＭＤ７、カラープリズム６ｂを介して入射された光を、図示しないスクリーンに拡大して投射する。

光変換装置２０は、後述する青色ＬＤ２ａ、２ｂから照射された青色光を、蛍光体によって赤色光と緑色光とに変換する装置であって、蛍光体ホイール装置１０を備えている。なお、蛍光体ホイール装置１０を含む光変換装置２０の構成については、後段において詳述する。

＜プロジェクタ１００による映像の投影＞
２つの青色ＬＤ２ａ，２ｂから出射されたレーザ光は、その２本のレーザ光の交点付近に配置された分離ミラー３ａによって、２方向に振り分けられる。

そのうち、第１の青色レーザ光は、レンズ４ｃ、ミラー３ｃ、レンズ４ｄを介して、ダイクロイックミラー３ｄを通過する。その後、レンズ４ｅを通過した後、ミラー３ｅにおいて９０度方向に反射されて、ロッドインテグレータ５へ入射する。

第２の青色レーザ光は、レンズ４ａ、ミラー３ｂ、レンズ４ｂを介して、ダイクロイックミラー３ｄを通過して、蛍光体ホイール装置１０の蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａに照射される。このとき、第２のレーザ光は、蛍光体層１３ａの赤色蛍光体および緑色蛍光体をそれぞれ励起させて赤色光と緑色光とに変換される。

このとき、蛍光体ホイール１３は、モータ１４によって回転駆動されているため、青色レーザ光が赤色蛍光体および緑色蛍光体を照射する際の焼き付きを防止することができる。

変換された赤色光および緑色光は、ダイクロイックミラー３ｄにおいて９０度方向に反射されてロッドインテグレータ５へ入射する。

Ｒ・Ｇ・Ｂ３原色のレーザ光は、ロッドインテグレータ５において混合され、レンズ４ｆ、ミラー３ｆ，３ｇを介して、ＴＩＲプリズム６ａの境界層に入射する。ＴＩＲプリズム６ａでは、全反射角であるため、Ｒ・Ｇ・Ｂ３原色のレーザ光は反射されてカラープリズム６ｂへ進む。

カラープリズム６ｂでは、Ｒ・Ｇ・Ｂ３原色に分離された光が、それぞれ３個のＤＭＤ７に入射する。

ＤＭＤ７において画像を形成して反射された光線は、カラープリズム６ｂによって合成され、ＴＩＲプリズム６ａの境界層を通過し、投射レンズ８に入射して、投影画面上へ映像が投影される。

本実施形態のプロジェクタ１００では、励起光源としての青色ＬＤ２ａ，２ｂから出射される青色レーザ光は、蛍光体ホイール１３の表面に設けられた蛍光体層１３ａに含まれる赤色蛍光体および緑色蛍光体を励起して、赤色光および緑色光を生じさせる。このとき、青色レーザ光の全てのエネルギーが蛍光発光に変換されるのではなく、その一部が熱エネルギーに変換されて、赤色蛍光体および緑色蛍光体の温度を上昇させてしまう。

ここで、蛍光体は、温度が上昇すると光変換効率が低下したり、蛍光体を蛍光体ホイール１３上に固定するためのバインダが熱変色等を起こしたりしてしまうおそれがある。このため、蛍光体ホイール１３をモータ１４によって回転駆動させることで、蛍光体の温度上昇を抑制している。

しかしながら、プロジェクタ１００の高輝度化に伴って励起光の光も強くなり、蛍光体ホイール１３を回転させるだけでは、蛍光体の部分の冷却性能が十分ではないため、蛍光体の部分に冷却風を当てて蛍光体を積極的に冷却する必要がある。

このため、本実施形態では、図５に示すように、蛍光体ホイール１３の第１の面側に蛍光体層１３ａを設けるとともに、第１の面とは反対側の第２の面側に、蛍光体層１３ａに対して冷却風を送る循環ファン１３ｂを設けている。

なお、蛍光体ホイール装置１０およびこれを備えた光変換装置２０の構成については、後段にて詳述する。

（光変換装置２０の構成）
本実施形態の光変換装置２０は、図２に示すように、後述する蛍光体ホイール装置１０、吸熱器２１、排熱器２２、光学レンズ２３、およびヒートパイプ２４を備えている。

蛍光体ホイール装置１０は、光変換装置２０において、入射してきた青色レーザ光を蛍光体に照射することで、赤色光と緑色光とに変換する。なお、蛍光体ホイール装置１０の詳細な構成については、後段において詳述する。

吸熱器２１は、図２に示すように、蛍光体ホイール装置１０のケース部１１の内部に配置されている。そして、吸熱器２１は、光変換装置２０内に形成される空気流が通過するフィン構造を有しており、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａにおいて生じた熱を含む空気流から熱を吸収する。そして、吸熱器２１は、図３に示すように、蛍光体ホイール装置１０のケース部１１に含まれる外筒部１１ｂ、底部１１ｄにネジを用いて固定されている。また、吸熱器２１は、ヒートパイプ２４を介して、排熱器２２と熱的に接続されている。吸熱器２１は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、複数のフィン２１ａ、固定壁（壁部）２１ｂを有している。

複数のフィン２１ａは、熱伝導率の高い金属によって構成されており、図４Ｂに示すように、平面視において渦巻状に配置されている。これにより、蛍光体ホイール１３の開口１３ｃを介して蛍光体ホイール１３と蓋部１１ａとの間の隙間へ進入して来た空気流を、径方向外側へ誘導することができる。

このとき、蛍光体ホイール１３の蓋部１１ａとの対向面（第１の面）には、蛍光体層１３ａが設けられているため、蛍光体層１３ａ付近に効果的に送風することで蛍光体において生じる熱を効率よく冷却することができる。そして、複数のフィン２１ａの間を空気流が通過した際に、空気流に含まれる熱がフィン２１ａ側へ移動することで、空気流の温度を低下させることができる。

固定壁２１ｂは、循環ファン１３ｂの外周側に固定配置された吸熱器２１の内周面の一部であって、蛍光体ホイール１３の回転時に循環ファン１３ｂによって生じた空気流が回転中心から放射方向に流れることを制限する。

これにより、循環ファン１３ｂによって生じた空気流を、効率よく蛍光体ホイール１３の開口１３ｃを通して、蛍光体層１３ａが形成された側へと誘導することができる。

排熱器２２は、図２に示すように、蛍光体ホイール装置１０のケース部１１の外部に配置されている。そして、排熱器２２は、図３等に示すように、ヒートパイプ２４を介して、吸熱器２１と熱的に接続されており、吸熱器２１において吸熱した空気流の熱を、ケース部１１の外へ排熱する。また、排熱器２２は、外周面に配置された複数のフィン２２ａを含むフィン構造を有している。

複数のフィン２２ａは、熱伝導率の高い金属によって構成されており、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、ヒートパイプ２４の長手方向に直交する方向に沿って複数配置されており、ケース部１１の外部の空気に対して排熱する。

光学レンズ２３は、図２および図３に示すように、ケース部１１の蓋部１１ａに形成された開口部分に、光学レンズ保持部品２３ａを介して取り付けられている。そして、光学レンズ２３は、図１に示すように、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａの蛍光体を励起させる励起光を通過させるとともに、蛍光体層１３ａの蛍光体から発せられた発光光を集光して、ダイクロイックミラー３ｄの方向へ導く。

ヒートパイプ２４は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、吸熱器２１と排熱器２２とを熱的に接続する。ヒートパイプ２４の内部には、中空空間が形成されている。この中空空間には少量の水が封入されており、吸熱器２１側において熱を受け取ると気化して水蒸気として排熱器２２側へ移動する。排熱器２２側へ移動した水蒸気は、排熱器２２において冷却されて液化し、水となる。ここで、排熱器２２側において冷却されて水となった後、その水は毛細管現象によって中空空間内を移動して、再び吸熱器２１側へと移動する。

つまり、ヒートパイプ２４の内部では、少量の水が、吸熱器２１側で気化されるとともに、排熱器２２側で液化されることで、冷却媒体として機能する。

（蛍光体ホイール装置１０の構成）
本実施形態の蛍光体ホイール装置１０は、青色ＬＤ２ａ，２ｂから出射された青色光（励起光）を赤色光、緑色光に変換するための装置であって、図２に示すように、ケース部１１、蛍光体ホイール１３、モータ１４、加圧ファン１５を備えている。

ケース部１１は、図２に示すように、蛍光体ホイール１３、循環ファン１３ｂ、モータ１４、および吸熱器２１等を収納する密閉空間を、円筒形状（図３参照）の内部空間に形成する。そして、ケース部１１は、循環ファン１３ｂによって生じる空気流の循環経路が内部に形成される。また、ケース部１１は、図５に示すように、略同心円状に２重に配置され、軸Ｘ方向における両端同士が連通するとともに、その間に空気流の循環経路が形成される外筒部１１ｂおよび内筒部１１ｃを有している。

さらに、ケース部１１は、外気に接する箇所の少なくとも一部が金属によって形成されている。これにより、ケース部１１内に設置された蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａの蛍光体部分に生じた熱によってケース部１１内が温められた場合でも、ケース部１１が熱伝導率の高い金属によって形成されているため、効率よく熱を外部へ放出することができる。

なお、金属によって形成されるケース部１１の一部としては、例えば、蛍光体ホイール１３側の蓋部１１ａであることが好ましい。

すなわち、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａに近接配置された蓋部１１ａは、図５に示すように、蛍光体層１３ａの蛍光体の部分において発生した熱が伝達された空気流が、吸熱器２１に入る前に近傍を通過する。

これにより、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａ付近を通過して加熱した空気流によって蓋部１１ａが加熱された場合でも、蓋部１１ａの熱を効果的に外部へ放出することができる。この結果、ケース部１１を構成する他の部材（外筒部１１ｂ、内筒部１１ｃ、底部１１ｄ）と比較して、より効果的に、空気流の熱を外部へ放出することができる。

蓋部１１ａは、図３に示すように、略四角形の板状の部材であって、ケース部１１における蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａ側の面を覆うように取り付けられている。また、蓋部１１ａには、上述した光学レンズ２３が装填される開口部１１ａａ（図２参照）が形成されている。

開口部１１ａａは、蓋部１１ａにおける蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａに対向する位置に形成された貫通穴であって、光学レンズ保持部品２３ａを介して、青色レーザ光および励起光（赤色、緑色）が通過する光学レンズ２３が取り付けられる。

渦巻きガイド１１ａｂは、図５に示すように、蓋部１１ａにおける蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａに対向する面に形成された凹凸として設けられている。

渦巻きガイド１１ａｂの凹凸は、図６Ｂに示すように、蛍光体ホイール１３の回転中心と同軸状に形成された渦巻形状を有している。

これにより、蛍光体ホイール１３の第２の面に取り付けられた循環ファン１３ｂによって生じた空気流を、径方向外側へ誘導して効率よく蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａ付近に送風することができる。

外筒部１１ｂは、図３および図６Ａに示すように、ケース部１１の側面を形成する略円筒状の部材である。そして、外筒部１１ｂは、ケース部１１の内部に収納される吸熱器２１がケース部１１の外部に設けられる排熱器２２と接続される側に、開放部分が設けられている。開放部分は、蓋によって閉じられて、ケース部１１内が密閉される。

内筒部１１ｃは、図５に示すように、外筒部１１ｂと同心円状に配置された円筒状の部材であって、外筒部１１ｂの内周側に配置されている。そして、内筒部１１ｃは、吸熱器２１の内周側に隣接する位置に配置されている。さらに、内筒部１１ｃは、図５に示すように、外筒部１１ｂよりも軸Ｘ方向における寸法が小さくなるように形成されている。

これにより、図５に示す断面視において、外筒部１１ｂと内筒部１１ｃとの間には、軸Ｘ方向における両端において連通した状態が形成される。

よって、蛍光体ホイール１３の回転に伴って循環ファン１３ｂによって生じる空気流は、内筒部１１ｃの内周側から蛍光体ホイール１３側の連通部分を通過して蓋部１１ａの渦巻きガイド１１ａｂによって、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａの付近を通過しながら径方向外側へ導かれる。そして、空気流は、図５に示すように、軸Ｘ方向下向きに移動しながら、吸熱器２１の内部を通過して冷却される。吸熱器２１を通過して冷却された空気流は、蛍光体ホイール１３とは反対側の連通部から再び内筒部１１ｃの内周面側へ戻される。

底部１１ｄは、図５に示すように、ケース部１１における蓋部１１ａに対して軸Ｘ方向における反対側の面を覆うように取り付けられている。

気流上昇ガイド１１ｅは、図５に示すように、吸熱器２１を通過して冷却された空気流を反転上昇させるためのガイド部材であって、底部１１ｄにおけるケース部１１の内部空間側の面に設けられている。そして、気流上昇ガイド１１ｅは、軸Ｘを中心とする略円錐形状を有しており、外周側から内周側へ流れてきた空気流を、循環ファン１３ｂおよび加圧ファン１５の風力によって上昇させるように導く。

蛍光体ホイール１３は、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、モータ１４によって回転駆動される円板状の回転部材であって、蛍光体層１３ａ、循環ファン１３ｂ、開口１３ｃを備えている。

蛍光体層１３ａは、光学レンズ２３に対向する面に、円環状に蛍光体が塗布されて形成されている。そして、蛍光体層１３ａは、青色ＬＤ２ａ，２ｂから出射された青色レーザ光を、赤色光と緑色光とに変換する。

これにより、蛍光体ホイール１３から、赤色光と緑色光とを出射させることができる。

循環ファン１３ｂは、図５に示すように、ケース部１１内において、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａの蛍光体を励起させた際に生じる熱を排出するための空気流を形成する。そして、循環ファン１３ｂは、図７Ｂに示すように、蛍光体ホイール１３における蛍光体層１３ａが形成された第１の面とは反対側の第２の面に設けられている。

ここで、蛍光体ホイール１３が回転駆動されると、蛍光体ホイール１３と一体化した循環ファン１３ｂによって、図８Ａに示すように、軸方向上向きに空気流が発生する。

本実施形態では、蛍光体ホイール１３における循環ファン１３ｂに対応する位置に、開口１３ｃが形成されている。このため、循環ファン１３ｂによって生じた空気流は、開口１３ｃを介して蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａ側へ送られる。

また、循環ファン１３ｂによって生じた空気流は、ケース部１１内に形成される密閉空間において、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａ付近で加熱された後、外筒部１１ｂと内筒部１１ｃとの間の空間に配置された吸熱器２１を通過する。

このとき、加熱された空気が吸熱器２１に接続されたヒートパイプ２４内の少量の水との間で熱交換を行って冷却される。その後、冷却された空気が、内筒部１１ｃの内周側において移動し、開口１３ｃを介して、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａ側に向けて送出される。

これにより、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａの蛍光体を、効果的に冷却することができる。

開口１３ｃは、図７Ａに示すように、蛍光体ホイール１３の第１の面に設けられた円環状の蛍光体層１３ａの内周側に複数設けられている。そして、開口１３ｃは、略扇形形状を有しており、軸Ｘを中心に周方向に沿って複数配置されている。開口１３ｃは、上述した循環ファン１３ｂが取り付けられた位置に対応する位置にそれぞれ設けられている。

これにより、循環ファン１３ｂによって生じた空気流は、図７Ｂに示すように、開口１３ｃを通過して、蛍光体層１３ａが形成された第１の面側へと導かれるとともに、遠心力によって周方向外側へ移動する。

モータ１４は、図９に示すように、蛍光体ホイール１３の回転軸と接続されており、蛍光体ホイール１３および循環ファン１３ｂを回転駆動させる。そして、モータ１４は、図５に示すように、吸熱器２１によって冷却された空気流の流路上に配置されている。

これにより、蛍光体ホイール１３を連続回転させる際に、モータ１４に熱が生じた場合でも、モータ１４を冷却風によって効果的に冷やすことができる。

加圧ファン１５は、ケース部１１内に形成される空気流の循環経路内に配置されており、循環経路における空気流の流れる方向に沿って送風する。すなわち、加圧ファン１５は、図５に示すように、循環ファン１３ｂによって生成される空気流の流れる方向に沿って、送風するように配置されている。また、加圧ファン１５は、ケース部１１内における蛍光体ホイール１３と気流上昇ガイド１１ｅとの間の位置に配置されている。

これにより、循環ファン１３ｂによって生成される空気流の循環経路において、最も下流側に加圧ファン１５を配置することで、循環ファン１３ｂによって生成された空気流が最も弱くなる最下流側の位置において空気流を強めることができる。

この結果、ケース部１１内において熱が発生する蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａの付近、モータ１４の付近等における空気流の流速を上昇させて、冷却効果をさらに高めることができる。

＜循環ファン１３ｂによって生じた空気流の循環＞
本実施形態では、上述したように、蛍光体ホイール装置１０に搭載された蛍光体ホイール１３の第２の面側に設けられた循環ファン１３ｂが、蛍光体ホイール１３の回転に伴って一体化した状態で回転することで、ケース部１１内において空気流を生じさせる。

すなわち、循環ファン１３ｂによって生じた空気流は、図５に示すように、図中上向きに形成され、蛍光体ホイール１３の開口１３ｃを通過する。

なお、循環ファン１３ｂによって形成された空気流は、遠心力等によって径方向外側へ移動する流れを持つが、循環ファン１３ｂの径方向外側に近接配置された吸熱器２１の固定壁２１ｂによって、径方向外側への流れが抑制される。これにより、循環ファン１３ｂの径方向外側への空気の流れを抑制して、空気流を効率よく開口１３ｃへと導くことができる。

次に、蛍光体ホイール１３の開口１３ｃを通過した空気流は、ケース部１１の蓋部１１ａの内側の面に形成された渦巻きガイド１１ａｂと遠心力によって、回転軸を中心とする径方向外側へと送られる。

このとき、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａに沿って移動する空気流は、蛍光体層１３ａの表面付近を通過する際に、蛍光体の熱によって加熱される。

次に、蛍光体によって加熱された空気流は、蓋部１１ａの内側の面によって、図５中の下向きに移動して、吸熱器２１のフィン２１ａの隙間を通過する。

このとき、吸熱器２１では、加熱された空気流から熱を吸収して冷却する。

次に、吸熱器２１において冷却された空気流は、吸熱器２１の軸Ｘ方向における下端部から底部１１ｄの面に沿って移動し、気流上昇ガイド１１ｅによって蛍光体ホイール１３側へと誘導される。

このとき、図５に示すように、気流上昇ガイド１１ｅによって上昇した空気流は、加圧ファン１５によって流速を上げて移動する。

次に、加圧ファン１５によって流速が上がった空気流は、モータ１４の付近を流れてモータ１４を冷却した後、再び、循環ファン１３ｂへと移動する。

これにより、循環ファン１３ｂによって生じた空気流によって、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａの蛍光体が発生させる熱を効果的に冷却することができる。

ここで、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａにおいて発生する熱を効果的に冷却するためには、蛍光体層１３ａの正面から直接的に送風する位置にファンを設けるのが一般的である。しかし、このような構成では、ファンの配置によって、図９に示すように、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａに対して近接配置される光学レンズ２３を設けるスペースが確保できなくなる、あるいは装置が大型化してしまうおそれがある。

本実施形態の蛍光体ホイール装置１０およびこれを備えた光変換装置２０では、上述したように、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａを冷却するための空気流を形成するための循環ファン１３ｂを、蛍光体ホイール１３における蛍光体層１３ａとは反対側の面に設けている。さらに、本実施形態では、循環ファン１３ｂによって生じる空気流を、蛍光体層１３ａ側に導くために、蛍光体ホイール１３の循環ファン１３ｂに対応する位置に開口１３ｃを設けている。

これにより、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａ側には光学レンズ２３を設けるスペースを確保するとともに、蛍光体層１３ａとは反対側の第２の面に設けられた循環ファン１３ｂによって、蛍光体層１３ａ付近を通過する空気流も形成することができる。

この結果、装置の大型化を招くことなく、循環ファン１３ｂと光学レンズ２３とを共存させるとともに、蛍光体層１３ａの蛍光体において生じる熱を効果的に冷却することができる。

［他の実施形態］
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）
上記実施形態では、循環ファン１３ｂによって生じる空気流をケース部１１内において効率よく循環させるために、図５等に示すように、蛍光体ホイール１３の下部空間に、加圧ファン１５を設けた例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、図１０に示すように、ケース部１１内に加圧ファンを持たない蛍光体ホイール装置１１０、光変換装置１２０であってもよい。

この場合には、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａとは反対側の面に設けられた循環ファン１３ｂによって生じる空気流によって、蛍光体層１３ａにおいて発生した熱を含む空気を吸熱器２１において冷却すればよい。

ただし、吸熱器２１内を通過する空気流を効率よく循環させるためには、循環ファン１３ｂによって生じる風力だけでは弱い場合がある。このため、例えば、圧力損失が大きいフィン構造を有する吸熱器の場合には、上記実施形態のように、循環ファン１３ｂによって生じる空気流と同じ方向に送風する加圧ファン１５を設けることがより好ましい。

（Ｂ）
上記実施形態では、図５等に示すように、ケース部１１内における蛍光体ホイール１３の下部空間であって底部１１ｄの上面に、空気流を上昇させるための気流上昇ガイド１１ｅを設けた例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、図１１に示すように、気流上昇ガイド１１ｅを持たない蛍光体ホイール装置２１０、光変換装置２２０であってもよい。

この場合には、吸熱器２１を通過した空気流を上昇させるための力が、循環ファン１３ｂによる風力だけに依存する構成となるため、十分に空気流を循環させることが困難になるおそれがある。

このため、上記実施形態のように、循環ファン１３ｂによって生じる空気流と同じ方向に送風する加圧ファン１５を設けてもよい。これにより、気流上昇ガイドを持たない構成であっても、ケース部１１内において空気流を十分に循環させることができる。

（Ｃ）
上記実施形態では、図２等に示すように、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａにおいて生じた熱を、空気を媒体として吸熱器２１において吸熱した後、吸熱器２１とヒートパイプ２４を介して熱的に接続された排熱器２２から外部へ排出する例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、蛍光体ホイール装置３１０および光変換装置３２０を内包するケース部３１１の外面に、外壁フィン３１１ａを設けて、蛍光体ホイールの蛍光体層において生じる熱を、外壁フィン３１１ａを介して放熱してもよい。

この構成では、排熱器２２における排熱機能に加えて、ケース部３１１の外壁フィン３１１ａからの放熱機能も備えることができるため、さらに効率よく、蛍光体層の部分で生じる熱を外部へと排出することができる。

（Ｄ）
上記実施形態では、図５等に示すように、蛍光体ホイール１３に設けられた循環ファン１３ｂによって生じる空気流が、径方向外側へ送られることを抑制するために、吸熱器２１の内周面を固定壁２１ｂとして用いた例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、図１３に示すように、固定壁２１ｂの代わりに、蛍光体ホイール４１３における循環ファン１３ｂが設けられた側の面に、円環状の回転壁４１３ａを設けた蛍光体ホイール装置４１０であってもよい。

この蛍光体ホイール装置４１０では、蛍光体ホイール４１３とともに一体化した状態で回転する回転壁４１３ａによって、循環ファン１３ｂによって生じる空気流が径方向外側へと流れることを抑制することができるため、空気流を効率よく、開口１３ｃを介して蛍光体層１３ａ側へと導くことができる。

（Ｅ）
上記実施形態では、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａにおいて生じた熱を、ヒートパイプ２４を介して熱的に接続された吸熱器２１と排熱器２２とによって外部へ排出する例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、図１４に示すように、吸熱器５２１と排熱器５２２とが直接接続されており、ヒートパイプを持たない構成の光変換装置５２０であってもよい。

この場合でも、吸熱器５２１と排熱器５２２とが、ケース部１１の隔壁を貫いて熱的に接続されているため、蛍光体ホイール１３の蛍光体層１３ａにおいて生じた熱を、循環ファン１３ｂによってケース部１１内を循環させながら吸熱器５２１および排熱器５２２において外部へ排出することができる。

（Ｆ）
上記実施形態では、図４Ｂに示すように、吸熱器２１が渦巻状に配置された複数のフィン２１ａによって構成されるフィン構造を備えている例を挙げて説明した。しかし、本開示は、これに限定されるものではない。

例えば、図１５に示すように、放射状に配置された複数のフィン１２１ａによって構成されるフィン構造を備えた吸熱器１２１を用いてもよい。

この場合でも、蛍光体ホイール１３に取り付けられた循環ファン１３ｂによって生じる空気流を吸熱器１２１のフィン構造内を通過させて、効率よく冷却することができる。

（Ｇ）
上記実施形態では、３つのＤＭＤ７を含む３チップＤＬＰ方式のプロジェクタ１００に、本開示の蛍光体ホイール装置１０および光変換装置２０を搭載した例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、１つのＤＭＤとカラーホイールとを組み合わせた１チップＤＬＰ方式のプロジェクタに、本開示の蛍光体ホイール装置、光変換装置を搭載してもよい。

（Ｈ）
上記実施形態では、ＤＬＰ方式のプロジェクタ１００に、本開示の蛍光体ホイール装置１０および光変換装置２０を搭載した例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）やＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いた液晶方式のプロジェクタに、本開示の蛍光体ホイール装置、光変換装置を搭載してもよい。

（Ｉ）
上記実施形態では、本開示に係る投射型表示装置として、プロジェクタ１００を例として挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。

例えば、プロジェクタ以外にも、リアプロジェクションテレビ等、他の投射型表示装置に対して本開示の構成を適用してもよい。

本開示の光変換装置は、蛍光体部分に生じる熱を効率よく冷却することで、信頼性と変換効率の向上を可能としつつ、レンズ等の光源光学系の配置自由度を確保することができるという効果を奏することから、投射型表示装置等に搭載される光変換装置として広く適用可能である。

２ａ，２ｂ 青色ＬＤ（光源）
３ａ 分離ミラー（光学部品）
３ｂ，３ｃ ミラー（光学部品）
３ｄ ダイクロイックミラー（光学部品）
３ｅ，３ｆ，３ｇ ミラー（光学部品）
４ａ〜４ｈ レンズ（光学部品）
５ ロッドインテグレータ（光学部品）
６ａ ＴＩＲ（全反射）プリズム（光学部品）
６ｂ カラープリズム（光学部品）
７ ＤＭＤ（表示素子）
８ 投射レンズ
１０ 蛍光体ホイール装置
１１ ケース部
１１ａ 蓋部
１１ａａ 開口部
１１ａｂ 渦巻きガイド
１１ｂ 外筒部
１１ｃ 内筒部
１１ｄ 底部
１１ｅ 気流上昇ガイド
１３ 蛍光体ホイール
１３ａ 蛍光体層
１３ｂ 循環ファン
１３ｃ 開口
１４ モータ
１５ 加圧ファン
２０ 光変換装置
２１ 吸熱器
２１ａ フィン
２１ｂ 固定壁（壁部）
２２ 排熱器
２２ａ フィン
２３ 光学レンズ
２３ａ 光学レンズ保持部品
２４ ヒートパイプ
１００ プロジェクタ（投射型表示装置）
１１０ 蛍光体ホイール装置
１２０ 光変換装置
１２１ 吸熱器
１２１ａ フィン
２１０ 蛍光体ホイール装置
２２０ 光変換装置
３１０ 蛍光体ホイール装置
３１１ ケース部
３１１ａ 外壁フィン
３２０ 光変換装置
４１０ 蛍光体ホイール装置
４１３ 蛍光体ホイール
４１３ａ 回転壁（壁部）
５２０ 光変換装置
５２１ 吸熱器
５２２ 排熱器

Claims (17)

1. 円環状の蛍光体層が第１の面に形成され、その内周側に配置された複数の開口を有する円板状の蛍光体ホイールと、
   前記蛍光体ホイールにおける前記蛍光体層が設けられた前記第１の面とは反対側の第２の面に取り付けられており、前記開口を介して前記蛍光体ホイールの前記蛍光体層側に送風する循環ファンと、
   前記蛍光体ホイールおよび前記循環ファンを回転駆動させるモータと、
   前記蛍光体ホイール、前記循環ファン、および前記モータを収納するとともに、前記循環ファンによって生じる空気流の循環経路が内部に形成されるケース部と、
   を備え、
   前記ケース部は、外筒部と前記外筒部の内側において略同心円状に配置される内筒部とを有し、その両端同士が連通している、
   蛍光体ホイール装置。
2. 前記開口は、平面視において前記内筒部の径方向の内側に位置する、
   請求項１に記載の蛍光体ホイール装置。
3. 前記循環ファンは、平面視において前記内筒部の径方向の内側に位置する、
   請求項１に記載の蛍光体ホイール装置。
4. 前記循環ファンは、前記外筒部と前記内筒部との間の空間に配置された吸熱器に高温空気を通過させて低温空気とした後、前記低温空気を前記内筒部の内側から前記蛍光体ホイールに向けて送出して前記蛍光体層を冷却する、
   請求項１に記載の蛍光体ホイール装置。
5. 前記モータは、前記吸熱器によって冷却された前記空気流の流路上に配置されている、
   請求項４に記載の蛍光体ホイール装置。
6. 前記吸熱器は、渦巻状に配置された複数のフィンを含むフィン構造を有している、
   請求項４または５に記載の蛍光体ホイール装置。
7. 前記吸熱器は、放射状に配置された複数のフィンを含むフィン構造を有している、
   請求項４または５に記載の蛍光体ホイール装置。
8. 前記循環経路内に配置されており、前記循環経路における前記空気流の流れる方向に沿って送風する加圧ファンを、さらに備えている、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール装置。
9. 前記ケース部は、外気に接する箇所の少なくとも一部が金属によって形成されている、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール装置。
10. 前記ケース部は、外表面における少なくとも一部に形成されたフィン構造を有している、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の蛍光体ホイール装置。
11. 請求項１に記載の蛍光体ホイールと、
    前記蛍光体ホイールの前記蛍光体層の付近に生じた熱を吸収する吸熱器と、
    前記吸熱器と熱的に接続されており、前記空気流の熱を前記ケース部の外へ排熱する排熱器と、
    前記吸熱器と前記排熱器とを接続するヒートパイプを、備えている、
    光変換装置。
12. 前記吸熱器および前記排熱器は、一体構造であって、前記ケース部の隔壁を貫いて熱的に接続されている、
    請求項１１に記載の光変換装置。
13. 前記循環ファンの外周側に設けられており、前記循環ファンからの前記空気流が前記循環ファンの回転中心から放射方向に流れることを制限する円環状の壁部を、さらに備えている、
    請求項１１または１２のいずれか１項に記載の光変換装置。
14. 前記壁部は、前記循環ファンの外周側に固定配置されている、
    請求項１３に記載の光変換装置。
15. 前記壁部は、前記蛍光体ホイールまたは前記循環ファンと連結されて一体的に回転する、
    請求項１３に記載の光変換装置。
16. 請求項１に記載の蛍光体ホイール装置と、
    前記蛍光体ホイールの前記蛍光体層の付近に生じた熱を吸収する吸熱器と、
    前記吸熱器と熱的に接続されており、前記空気流の熱を前記ケース部の外へ排熱する排熱器と、
    前記ケース部に形成された開口部分に取り付けられており、前記蛍光体層の蛍光体を励起させる励起光を通過させるとともに、前記蛍光体層の蛍光体から発せられた発光光を集光する光学レンズと、
    を備えている光変換装置。
17. 請求項１６に記載の光変換装置と、
    前記蛍光体層の蛍光体を励起させる光を照射する光源と、
    前記光源から照射された光を用いて投射画像を形成する表示素子と、
    前記光源、前記光変換装置、および前記表示素子を光学的に接続する光学部品と、
    を備えた投射型表示装置。

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