JP6918990B2 - 光源装置、プロジェクタ、及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置、及びこれを用いたプロジェクタ、照明装置に関する。

当該技術分野において、固体光源から出射する励起光を蛍光体により可視光に変換して効率良く発光する光源装置が提案されている。その一例として特許文献１には、「光源装置は、所定の回転軸を中心に回転可能とされた基板と、蛍光体を含んで基板に設けられた蛍光体層と、を有する波長変換部材と、光源と、光源から射出された励起光を蛍光体層に集光するように照射させる集光光学系と、波長変換部材を収容して外部と遮断する密閉空間が形成されたケーシングと、を備える（要約抜粋）」構成が開示されている。

特開２０１２−１８７６２号公報

蛍光体層において励起光が蛍光光に変換される際に高熱が発生するのでケーシング内の温度上昇を抑えたいという要望がある。この点に関し特許文献１に記載の光学装置は、ケーシング内に波長変換部材と光源とを収容するため、ケーシング内に波長変換部材から生じる熱に加えて、更に光源から発生する熱とがこもってしまうという課題がある。

更に、ケーシング内に波長変換部材及び光源を収容するのでケーシングが大型化し、かつ波長変換部材及び光源を収容するケーシングからなるユニットが高価になる。よって、波長変換部材又は光源のいずれかが故障した際にユニット単位で交換すると、メンテナンス費用が高価になるという課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、波長変換部材から放出される熱を効果的に処理する光学装置、プロジェクタ、及び照明装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は特許請求の範囲に記載の構成を備える。その一例として、本発明は、励起光を発生させる励起光光源と、基板及び前記基板上に設けられ前記励起光を蛍光光に変換する蛍光体層を含んで構成される波長変換部材と、前記励起光を前記蛍光体層に集光する集光レンズを含む集光光学系と、を備える光源装置であって、前記光源装置は、前記波長変換部材を収容するハウジングを備え、前記励起光光源は、前記ハウジングの外部に備えられ、前記ハウジングの第１壁面は、前記集光レンズを挿入するレンズ孔を備え、前記ハウジングの内部空間は、前記ハウジングの壁面及び前記レンズ孔に挿入された前記集光レンズにより前記ハウジングの外部空間から隔離され、前記波長変換部材における前記蛍光体層が備えられた表面から前記第１壁面における前記表面に対向する第１対向面までの第１距離は、前記波長変換部材における前記蛍光体層が備えられていない裏面から前記裏面に対向する前記ハウジングの第２対向面までの第２距離より大きく、前記第２対向面に、前記集光レンズから前記ハウジングの内部空間に入射した前記励起光と同一軸上に頂点を有する略多角錐形状の突起部を更に備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、波長変換部材から放出される熱を効果的に処理する光源装置、プロジェクタ、及び照明装置を提供することができる。上記以外の本発明の目的・構成・効果については以下の実施形態で明らかにされる。

プロジェクタ（投射型映像表示装置）の分解斜視図 光学エンジンの概観図 蛍光体ホイールハウジングと光学エンジンの接合状態を示す概観図 蛍光体ホイールハウジングの分解斜視図 蛍光体ホイールハウジングのＡ−Ａ’断面図 蛍光体ホイールの固定構造を示す説明図 本実施形態に係る蛍光体ホイールハウジングの作用効果を説明する図 蛍光体ホイールハウジング内における蛍光体ホイールの収容位置及び蛍光体ホイールの回転角速度と突起部の設置位置を示す図 関数ｆ（Ｒｅ，ε）及び平均ヌセルト数Ｎｕの関係を示すグラフを示す図 蛍光体ホイールハウジングの内表面の凹凸構造の形状例を示す図 図９Ａに示す渦巻き形状の構造体からなる吸熱部を実装した例を示す図 水冷ジャケットを蛍光体ホイールハウジングに装着した状態を示す分解斜視図 水冷ジャケットを蛍光体ホイールハウジングに装着した状態を示す分解斜視図（壁面内パイプあり） プロジェクタの機能ブロック図 プロジェクタの動作概要を示す図 プロジェクタの動作モード、特に通常動作時のモードを示すフローチャート プロジェクタの動作モード、特にエラー発生時のモード及び緩衝モードを示すフローチャート 回転する蛍光体ホイールの基板からみた粒子の位置を説明する図 第２対向面に含まれる２次元座標系からみた粒子の位置を説明する図 蛍光体ホイールハウジングの内表面に形成される吸熱部の一例を示す図（同心円状の突起と放射状線の突起との組み合わせによる吸熱部） 蛍光体ホイールハウジングの内表面に形成される吸熱部の一例を示す図（同心円状の突起と放射状線の突起との組み合わせによる吸熱部） 蛍光体ホイールハウジングの内表面に形成される吸熱部の一例を示す図（同心円状の突起、放射状線の突起、及び円形の突起の組み合わせによる吸熱部） 蛍光体ホイールハウジングの内表面に形成される吸熱部の一例を示す図（円形の突起をマトリックス状に配列させた吸熱部）

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

以下、本実施形態に係る蛍光体部材及びそれを用いた光源装置を搭載したプロジェクタについて図１乃至図６を参照して説明する。図１はプロジェクタ（投射型映像表示装置）１の分解斜視図である。図２は光学エンジン４の概観図である。図３は蛍光体ホイールハウジング４３と光学エンジン４の接合状態を示す概観図である。図４は蛍光体ホイールハウジング４３の分解斜視図である。図５は蛍光体ホイールハウジング４３のＡ−Ａ’断面図である。図６は蛍光体ホイール１００の固定構造を示す説明図である。

図１に示すプロジェクタ１は、箱状のボトムケース２にプロジェクタ１の各構成部品を収容し、アッパーケース９をボトムケース２に被せて構成される。

ボトムケース２には、ヒートパイプ３と、ヒートパイプ３に隣接して設けられた光学エンジン４と、光学エンジン４からの出射光を用いてパネルに表示された映像情報を含む映像光を出射するパネル光学系５と、映像光を拡大投影させる光学素子（レンズユニット及び凹面ミラー）を含んで構成される投射光学系系６とが収容される。ヒートパイプ３の上部は、冷却ダクト７が形成されたダクトカバー８で覆われる。

図２、図３に示すように、光学エンジン４は、レーザモジュールハウジング４１、色合成ユニット４２、及び蛍光体ホイールハウジング４３を光接続させた状態で並べて設置される。

レーザモジュールハウジング４１は、青色レーザ光（励起光）を出射するレーザ光源４１１（図１２参照）を収容する。レーザモジュールハウジング４１における色合成ユニット４２とは反対側の面はヒートパイプ３に対向する。そしてレーザ光源４１１から生じた熱はレーザモジュールハウジング４１の壁面を伝わってレーザモジュールハウジング４１の外部に放出され、ヒートパイプ３により空冷される。

色合成ユニット４２は励起光を透過し蛍光光（黄色）を反射するダイクロミラーを収容する。

蛍光体ホイールハウジング４３は、色合成ユニット４２を透過した励起光を蛍光光に変換する蛍光体ホイール１００（図４参照）を収容する。蛍光体ホイール１００は波長変換部材に相当する。

図４、図５に示すように、蛍光体ホイールハウジング４３は、色合成ユニット４２に対向する第１ハウジングパーツ４３１と色合成ユニット４２とは反対側に位置する第２ハウジングパーツ４３２とを備え、これらがゴムパッキン４３３を介して接合し、密閉して形成される。

第２ハウジングパーツ４３２には、第２ハウジングパーツ４３２の外表面の温度を検知する温度センサ４００（図５参照）が備えられる。本実施形態に係る蛍光体ホイールハウジング４３の内部空間は密閉空間として形成されるので、内部空間で発生した熱が蛍光体ホイールハウジング４３の外部空間に放熱する熱伝達経路は、蛍光体ホイールハウジング４３の壁面の外表面を経由する。よって、蛍光体ホイールハウジング４３の内部空間の温度変化と、蛍光体ホイールハウジング４３の外表面の温度変化とは相関が高い。従って、温度センサ４００が検知する測定温度を用いて蛍光体ホイール１００の回転数を増減したり、レーザ光源４１１の出力を制御したりすることで、蛍光体ホイールハウジング４３の内部温度が高温になりすぎるのを抑制することができる。この制御処理については後述する。

蛍光体ホイールハウジング４３内には、色合成ユニット４２に近い順から蛍光体ホイール１００と、蛍光体ホイール１００を回転させるホイールモータ１０１と、モータ基板１０２とが収容される。モータ基板１０２は、第２ハウジングパーツ４３２の内表面に形成された長方形状の凹部に収める。

図６に示すように、ホイールモータ１０１はフランジ（図示せず）を介して第２ハウジングパーツ４３２にボルト１０４で固定される。ボルト１０４は周方向に１２０°の間隔を空けて３本用いられる。図６では説明の便宜のため２本のみ図示している。

ホイールモータ１０１は、フラットケーブル１１１を介して給電される。より詳しくはフラットケーブル１１１の第１端部がモータ基板１０２に接続され、第２端部はプロジェクタ１のコントローラ６００（図１２参照）に接続される。モータ基板１０２からの制御信号に基づいてホイールモータ１０１が回転駆動し、蛍光体ホイール１００が所定の回転軸を中心に回転角速度ωで回転する。

図４に戻り、第１ハウジングパーツ４３１には、色合成ユニット４２における蛍光体ホイールハウジング４３側面に設置された集光レンズ４２１が挿入されるレンズ孔４３４が形成される。色合成ユニット４２は集光レンズ４２１を有するから集光光学系に相当する。

集光レンズ４２１をレンズ孔４３４に挿入することで、色合成ユニット４２と蛍光体ホイールハウジング４３とが接合する。そして、蛍光体ホイールハウジング４３は密閉され、蛍光体ホイールハウジング４３の内部空間は、蛍光体ホイールハウジング４３の外部とは隔離される。

第２ハウジングパーツ４３２の外表面には、フィン４３５が形成される。これにより、蛍光体ホイールハウジング４３の壁面を空冷し、蛍光体ホイールハウジング４３の内部空間を冷却する。フィン４３５は蛍光体ホイールハウジング４３の冷却部の一態様であり、フィン４３５に代えて凹凸形状からなる冷却板を外表面に接触させて形成してもよい。フィン４３５及び凹凸形状からなる冷却板により、第２ハウジングパーツ４３２の外表面の表面積を面一の状態よりも増加させ、蛍光体ホイールハウジング４３の外部空間への放熱効率を向上させることができる。

蛍光体ホイール１００は、円盤状の基板１００ａと基板１００ａ上に設置されたリング状の蛍光体層１００ｂとを備えて構成される（図６参照）。蛍光体層１００ｂは、蛍光体層１００ｂに入射した励起光を蛍光光に変換し、蛍光光を蛍光体層１００ｂの外に出射させる機能性膜を備えて形成される。機能性膜の材質は特に限定されない。例えば、蛍光体層１００ｂは蛍光体粒子と酸化アルミニウム（アルミナ）とを含む焼結体相と空気相とから構成されてもよい。蛍光体粒子はＹＡＧ、又はＬＡＧである。

図７を参照して本実施形態に係る蛍光体ホイールハウジング４３の特徴について説明する。図７は、本実施形態に係る蛍光体ホイールハウジング４３の作用効果を説明する図である。

図７に示すように、蛍光体ホイールハウジング４３内に色合成ユニット４２を通過したレーザ光（励起光）が入射すると、蛍光体ホイール１００の蛍光体層１００ｂにおいて蛍光光に変換される。レーザ光が蛍光光に変換される際に熱が発生する。この熱は、蛍光体ホイールハウジング４３の内部空間に滞留する内部空気に伝わる。熱せられた内部空気は、第１ハウジングパーツ４３１の内表面及び第２ハウジングパーツ４３２の内表面に接し、第１ハウジングパーツ４３１の内表面から外表面へ及び第２ハウジングパーツ４３２の内表面から外表面、及びフィン４３５を熱伝達経路として蛍光体ホイールハウジング４３の外部に放熱される。この放熱量をＱとする。

蛍光体ホイールハウジング４３が高熱になると、蛍光光への変換効率が低下するので蛍光体ホイールハウジング４３の放熱量Ｑを増加させる必要がある。

そこで上記蛍光体ホイールハウジング４３では、フィン４３５に冷却風を当てて放熱性を向上させる。

蛍光体ホイールハウジング４３の冷却性能を高める工夫について図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、図９Ｂを参照して説明する。

図８Ａは蛍光体ホイールハウジング４３内における蛍光体ホイール１００の収容位置及び蛍光体ホイール１００の回転角速度ω、及び突起部５００の設置位置を示す図である。図８Ａに示すように、第２ハウジングパーツ４３２における基板１００ａと対向する第２対向面４３２ａにはレーザ光の光軸と同一軸上に頂点がある略多角錐形状の突起部５００が形成される。突起部５００は第２対向面４３２ａに面接触により固定され、基板１００ａに向かって突出する突起形状を用いて構成される。突起部５００は、空気よりも熱伝導性がよい材質が好ましい。本実施形態では、熱伝導性及び強度の観点から第１ハウジングパーツ４３１、第２ハウジングパーツ４３２の材質としてアルミニウム、マグネシウム、鉄等の金属材料を用い、突起部５００もこれらの材質を用いて構成する。

突起部５００を略多角錐形状に形成することにより、万一、蛍光体ホイール１００が高温で溶融し、レーザ光が蛍光体ホイール１００を貫通した場合にも、突起部５００はレーザ光を反射、拡散させて第２対向面４３２ａの一点に直接照射されること回避することができる。

更に突起部５００があることにより、突起部５００の先端は第２対向面４３２ａよりも基板１００ａに近い距離にある。突起部５００は空気よりも熱伝導性が高い材質を用いて形成するので、内部空気を介して第２対向面４３２ａに伝熱するよりも、突起部５００の先端から突起部５００を介して第２対向面４３２ａにより早く伝熱される。その際、突起部５００は、第２対向面４３２ａに面接触により固定して形成することにより、第２対向面４３２ａの一点に高熱が集中することを抑制する効果が期待できる。

突起部５００は吸熱部の一態様であり、蛍光体ホイールハウジング４３の内表面に内側フィン４３６又はそれに類する凹凸形状の吸熱部を備えてもよい。吸熱部は、蛍光体ホイールハウジング４３の内表面の表面積よりも広い表面積を備えた部材であって、空気よりも熱伝導性が高い材質、例えば鉄、アルミニウム、マグネシウム、銅などの金属材料を用いて構成される。そして、吸熱部を蛍光体ホイールハウジング４３の内表面に接合することで、吸熱部から内表面を経て蛍光体ホイールハウジング４３の外表面に至る熱伝達経路が形成される。これにより、蛍光体ホイールハウジング４３の内部空間の熱をより速やかに放熱できる。

また図８Ａに示すように蛍光体ホイール１００の基板１００ａにおける第２ハウジングパーツ４３２との対向面から第２対向面４３２ａまでを第１距離ａ、蛍光体ホイール１００の基板１００ａにおける第１ハウジングパーツ４３１との対向面から第１ハウジングパーツ４３１における基板１００ａと対向する第１対向面４３１ａまでを第２距離ｂとする。蛍光体ホイールハウジング４３内における発熱体は、蛍光体ホイール１００（主に蛍光体層１００ｂであり、ホイールモータ１０１からも発熱する）なので、フィン４３５により効率的に伝熱させるためには第１距離ａは第２距離ｂよりも小さい、即ち、蛍光体ホイール１００は第１対向面４３１ａよりも第２対向面４３２ａに近い方が好ましい。一実施例として、第１距離ａを５．０ｍｍ以下としてもよい。

また冷却効果を高めるための工夫の一つとして、蛍光体ホイールハウジング４３内における蛍光体ホイール１００の設置位置及び蛍光体ホイール１００の回転角速度ωを調整する例について、図８Ｂを参照して説明する。図８Ｂは、レイノルズ数Ｒｅ及びすきま比εを含む関数ｆ（Ｒｅ，ε）及び平均ヌセルト数Ｎｕの関係を示すグラフである。

第２対向面４３２ａと蛍光体ホイール１００との設置位置の例として、図８Ｂに示すように、横軸にレイノルズ数Ｒｅ（下式（１）参照）とすきま比ε（下式（２）参照）を含む関数ｆ（Ｒｅ，ε）、縦軸に蛍光体ホイール１００の平均ヌセルト数Ｎｕ（下式（３）参照）をプロットしたグラフにおいて、平均ヌセルト数Ｎｕのピーク値Ｎｕｍａｘからピーク値Ｎｕｍａｘの半値に収まるように、蛍光体ホイール１００の基板１００ａの直径Ｄ、蛍光体ホイール１００の回転角速度ωを設定する。

好ましくは平均ヌセルト数Ｎｕ、及び関数ｆ（Ｒｅ，ε）は下式（４）により決定される。

平均ヌセルト数Ｎｕは大きいほど好ましいので、平均ヌセルト数Ｎｕが極大値を取る様、蛍光体ホイール１００の回転角速度ωと、蛍光体ホイール１００の距離aを設定する。一方、平均ヌセルト数Ｎｕは、小さくても、即座に困ることはないが、製品としての寿命や信頼性の観点から、以下の関係式（５）を満たす平均ヌセルト数Ｎｕであることが望ましい。

また冷却効果を高めるための工夫の他例として、蛍光体ホイールハウジング４３内の内表面に吸熱部を形成してもよい。これについて、図９Ａ，図９Ｂを参照して説明する。図９Ａは蛍光体ホイールハウジング４３の内表面の凹凸構造の形状例を示す図である。図９Ｂは、図９Ａに示す渦巻き形状の構造体からなる吸熱部を実装した例を示す図である。

第２対向面４３２ａにおける吸熱性を高めるために、図９Ａに示す第２対向面４３２ａに下式（６）で表される渦巻き形状の凹部又は凸部を備えてもよい。

図１６は、蛍光体ホイール１００からみた粒子の位置を説明する図である。２軸直交座標系Ｘ’−Ｙ’は、第２対向面４３２ａに含まれる２次元座標系を示す。図１６において、２軸直交座標系Ｘ’−Ｙ’から見ると、蛍光体ホイール１００から離脱した粒子は、離脱直後は直進するが、時間の経過とともに蛍光体ホイール１００上の回転流れに引きずられるため、流線型の軌跡を描く。２軸直交座標系Ｘ’−Ｙ’からみた粒子の軌跡は、例えば、式（６）で近似的に記述して良い。また、２軸直交座標系Ｘ’−Ｙ’からみた粒子の軌跡を、ある微小時間における粒子の変位を用いて、図１７の式（６）’の様に記述しても良い。図１７は、第２対向面に含まれる２次元座標系からみた粒子の位置を説明する図である。

これらの式（６）、式（６）’で記述される軌跡は、蛍光体ホイールハウジング４３の内部空気及び空気中を浮遊する粒子の軌跡を模したものである。内部空間を浮遊する粒子が熱伝達媒体となるので、粒子の軌跡に合わせた渦巻き形状を第２対向面４３２ａに形成することにより、第２対向面４３２ａへの熱伝導性を高め、フィン４３５による冷却効果をより高めることができる。図９Ｂは、第２対向面４３２ａに渦巻き形状の凹部４３８を備えた例を示す。

第１対向面４３１ａにも渦巻き形状を形成してもよいが、フィン４３５により近い第２対向面４３２ａに渦巻き形状を形成した方が、より高い冷却効果が望める。

蛍光体ホイールハウジング４３の外表面に伝わった熱を冷却する部材として、フィン４３５に代えて水冷ジャケット５１０を用いてもよい。図１０、図１１は水冷ジャケット５１０を蛍光体ホイールハウジング４３に装着した状態を示す分解斜視図である。

図１０では、第２ハウジングパーツ４３２の外表面は平坦に形成する。そして冷却水の循環経路となるジャケット内パイプ５１１を収容した水冷ジャケット５１０を第２ハウジングパーツ４３２に装着する。

図１１では、第２ハウジングパーツ４３２の壁面内に冷却水の循環経路となる壁面内パイプ５１２を形成する。更に、外表面は図１０と同様に平坦に形成し、図１０と同様に、水冷ジャケット５１０を第２ハウジングパーツ４３２に装着する。

このように、第２ハウジングパーツ４３２の冷却部材は、フィン４３５に代えて水冷ジャケット５１０を外付けしてもよいし、更に第２ハウジングパーツ４３２内に冷却水を循環させる壁面内パイプ５１２を収容してもよい。

図１２はプロジェクタ１の機能ブロック図である。図１２に示すように、プロジェクタ１は、主にコンピュータの一態様であるコントローラ６００に、温度センサ４００、冷却ファンモータ４４０を電気的に接続して構成される。図１０、図１１に示したように水冷ジャケット５１０を用いて蛍光体ホイールハウジング４３を冷却する態様では、冷却ファンモータ４４０に代えてジャケット内パイプ５１１及び壁面内パイプ５１２に冷却水を送り出す冷却水循環ポンプ４５０がコントローラ６００に接続される。ジャケット内パイプ５１１を循環する冷却水の経路と、壁面内パイプ５１２を循環する冷却水の経路とが異なる場合は、各経路に一つずつ冷却水循環ポンプ４５０を備えてもよいし、一つの冷却水循環ポンプ４５０から送り出された冷却水がジャケット内パイプ５１１を循環する冷却水の経路と、壁面内パイプ５１２を循環する冷却水の経路とに分岐して送り出されるように冷却水の経路を形成してもよい。

コントローラ６００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０１、ＲＡＭ（Ramdom Access Memory）６０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）６０３、音声入力端子６０４（例えばＲＣＡピン端子、ＵＳＢ端子）、音声出力端子６０５（例えばＲＣＡピン端子、ＵＳＢ端子）、映像入力端子（例えばＨＤＭＩ(登録商標)端子）６０６、無線通信器６０７（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)器、赤外線通信器、Ｗｉ−Ｆｉ無線器）、通信Ｉ／Ｆ６０８（例えばＬＡＮケーブルコネクタ）、制御信号入力端子６０９（例えばＲＳ−２３２Ｃケーブルコネクタ）及び電源６１０がバス６１１により互いに接続されて構成される。

更にバス６１１には温度センサ４００、冷却ファンモータ４４０又は冷却水循環ポンプ４５０、レーザ光源４１１、ホイールモータ１０１、及び拡大投影する映像情報を表示する表示素子５２０（例えば液晶パネル）を駆動する表示素子駆動装置５２１が電気的に接続される。ホイールモータ１０１とコントローラ６００との接続には既述のフラットケーブル１１１が用いられる。

プロジェクタ１は温度センサ４００の測定温度を用いて冷却動作を制御する点にも特徴がある。その概要を図１３を参照して説明し、その詳細は図１４、図１５を参照して説明する。図１３は、プロジェクタ１の動作概要を示す図である。図１４は、コントローラ６００により実行されるプロジェクタ１の動作モード、特に通常動作時のモードを示すフローチャートである。図１５は、コントローラ６００により実行されるプロジェクタ１の動作モード、特にエラー発生時のモード及び緩衝モードを示すフローチャートである。

図１３に示すように、コントローラ６００は、温度センサ４００から測定温度を取得する。またコントローラ６００はレーザ光源４１１から現在のレーザ出力を、冷却ファンモータ４４０から現在の回転数を取得する。そしてコントローラ６００は、その測定温度を用いてプロジェクタ１による通常動作の実行可否を判定し、必要に応じてレーザ光源４１１に対してレーザ出力を制御する信号を出力し、冷却ファンモータ４４０に対し回転数を制御する信号を出力する。以下、コントローラ６００の処理を詳述する。

図１４、図１５に示すプロジェクタ１の動作フローは、プロジェクタ１の電源６１０が投入（ＯＮ）にされると開始する。

温度センサ４００は蛍光体ホイールハウジング４３の外表面の温度を測定し、コントローラ６００に出力する（Ｓ１０１）。ＣＰＵ６０１は、ＲＡＭ６０２に測定された温度を一時的に記憶する。ＣＰＵ６０１は、ＲＡＭ６０２に一時的に記憶させた５回分の測定温度を積算する（Ｓ１０２／Ｙｅｓ）。５回分の測定温度がＲＡＭ６０２に記憶されていない場合は（Ｓ１０２／Ｎｏ）、ステップＳ１０１へ戻る。

ＣＰＵ６０１は、５回分の測定温度の積算値がＲＯＭ６０３に予め記憶された通常仕様温度以上であると判定すると（Ｓ１０３／Ｙｅｓ）、通常動作モードの実行条件の充足を判定する（Ｓ１０４）。

本実施形態では通常動作モードの実行条件は、下記二つの条件の少なくとも一つが肯定であることとする。
（第１条件）冷却ファンモータ４４０の現在の回転数＜冷却ファンの最大回転数
（第２条件）現在のレーザ光源出力≧レーザ光源の最小出力

ＣＰＵ６０１は、冷却ファンモータ４４０から現在の冷却ファンの回転数を取得し、これとＲＯＭ６０３に予め記憶された冷却ファンの最大回転数とを比較する。更にＣＰＵ６０１は、レーザ光源４１１から現在のレーザ光出力を取得し、現在のレーザ光源出力とＲＯＭ６０３に予め記憶されたレーザ光源の最小出力とを比較する。その結果、上記即ち第１条件が否定、かつ第２条件も否定である場合（Ｓ１０４／Ｎｏ）、エラー表示モニタ６２３にエラーを表示する（Ｓ１０５）。その後、ＣＰＵ６０１は、温度測定を１回積載モードに切り替え（Ｓ１０６）、エラー発生時のモード、例えば吸気口塞ぎや目詰まりの場合に実行されるモードに遷移する。

ステップＳ１０３において、ＣＰＵ６０１は、５回分の測定温度の積算値がＲＯＭ６０３に予め記憶された通常仕様温度未満であると判定すると（Ｓ１０３／Ｎｏ）、５回分の測定温度の積算値と通常仕様温度との差を算出し、それが５℃以上あるかを判定する（Ｓ１０７）。５℃以上ある場合（Ｓ１０７／Ｙｅｓ）、ＣＰＵ６０１は、最適運転モードへの遷移条件の充足を判定する（Ｓ１０８）。ここでいう最適運転状態とは、省エネでかつ投射映像の画質が明るい運転状態を意味する。

本実施形態では最適運転状態に向けての調整条件は下記二つの条件を共に充足していることとする。
（第３条件）冷却ファンモータ４４０の現在の回転数≧冷却ファンの回転数の最小値
（第４条件）現在のレーザ光源出力＜レーザ光源出力の最大値

ＣＰＵ６０１は、冷却ファンモータ４４０から現在の冷却ファンの回転数を取得し、これとＲＯＭ６０３に予め記憶された冷却ファンの回転数の最小値とを比較する。更にＣＰＵ６０１は、レーザ光源４１１から現在のレーザ光出力を取得し、現在のレーザ光源出力とＲＯＭ６０３に予め記憶されたレーザ光源出力の最大値とを比較する。その結果、上記第３条件及び第４条件を共に満たす場合（Ｓ１０８／Ｙｅｓ）、ＣＰＵ６０１は、冷却ファンの回転数の低減量を決定して冷却ファンモータ４４０に出力し、冷却ファンの回転数を低減する。更にＣＰＵ６０１は、レーザ光源出力の増加率を決定し、レーザ光源４１１に出力して、レーザ光源出力を増加する（Ｓ１０９）。これにより、最適運転状態に向けての調整が実行される。その後、ステップＳ１０１へ進む。ステップＳ１０７、Ｓ１０８の判定結果が否定の場合もステップＳ１０１へ進む。

ステップＳ１０４において、ＣＰＵ６０１は、通常動作モードの実行条件を充足していると判定すると（Ｓ１０４／Ｙｅｓ）、ＣＰＵ６０１は冷却ファンモータ４４０に対して冷却ファンの回転数を増加させる指示を出力し、更にレーザ光源４１１に対してレーザ光源出力を低減させる指示を行い（Ｓ１１０）、ステップＳ１０１へ戻る。これにより、５回の測定温度の積算値を通常仕様温度未満となることを目指してＣＰＵ６０１が温度調整処理を実行することができる。

図１５に示すようにエラー発生時のモードでは、温度センサ４００は蛍光体ホイールハウジング４３の外表面の温度を測定し、コントローラ６００に出力する（Ｓ２０１）。ＣＰＵ６０１は、測定温度がＲＯＭ６０３に予め記憶されたシャットダウン温度（通常仕様温度よりも高い温度）以上であると判定すると（Ｓ２０２／Ｙｅｓ）、シャットダウン処理を実行し、電源６１０をＯＦＦにする（Ｓ２０３）。

ステップＳ２０２の判定結果が否定であり、かつＣＰＵ６０１が、測定温度は通常仕様温度以上であると判定すると（Ｓ２０４／Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８と同様にエラー表示条件の充足を判定する（Ｓ２０５）。ＣＰＵ６０１は、エラー表示条件を充足すると判定すると（Ｓ２０５／Ｙｅｓ）、冷却ファンモータ４４０に対して冷却ファンの最大回転数で動作させる指示を出力し、レーザ光源４１１に対してレーザ光源の最小出力で動作させる指示を出力する（Ｓ２０６）。その後ステップＳ２０１へ戻る。

ステップＳ２０５の判定結果が否定である場合もステップＳ２０１へ戻る。

ステップＳ２０４の判定結果が否定である場合、ＣＰＵ６０１は、温度測定を５回積算モードに切り替え（Ｓ２０７）、緩衝モードに移行する。

緩衝モードに移行すると、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同様、温度センサ４００が蛍光体ホイールハウジング４３の外表面の温度を測定し（Ｓ３０１）、ＣＰＵ６０１が５回分の測定温度を積算するまで（Ｓ３０２／Ｎｏ）、温度測定を続ける（Ｓ３０１）。

ＣＰＵ６０１は、５回分の測定温度を積算すると（Ｓ３０２／Ｙｅｓ）、５回分の測定温度の積算値が通常仕様温度以上であるかを判定する（Ｓ３０３）。判定結果が肯定の場合はステップＳ１０６へ戻る。判定結果が否定の場合はエラー表示を解除し（Ｓ３０４）、ステップＳ１０１へ戻る。

本実施形態によれば、蛍光体ホイールハウジング４３の外部にレーザ光源４１１を設置するので、レーザ光源４１１からでる熱は蛍光体ホイールハウジング４３内にはこもらない。よって、熱源を蛍光体層１００ｂに限定できるので、蛍光体ホイールハウジング４３内の内部温度の上昇を緩和することができる。

更にレーザ光源４１１を蛍光体ホイール１００と共に収容する場合に比べて、蛍光体ホイールハウジング４３を小型化でき、安価、かつ小型化することができる。

更に、蛍光体ホイールハウジング４３の内部空間を密閉することにより、内部空間と蛍光体ホイールハウジング４３の外表面との温度変化の相関度が高くなり、外表面の温度を監視することで内部空間の温度変化の監視に代えることができる。これにより、内部空間の温度上昇に対して、より適切なタイミングで冷却動作を実行することができる。

本実施形態は、本発明を限定するものではない。例えば、上記では基板として蛍光体ホイール１００を用いたが、円盤形状の基板１００ａに限定されず、板状の固定体からなる基板１００ａを用いた波長変換部材を収容するハウジングにも適用することができる。

また上記図１３、図１４、図１５に示した冷却動作フローは、水冷ジャケット５１０を用いる場合には冷却ファンの回転数の制御に代えて冷却水循環ポンプ４５０の吐出量を増減制御してもよい。この場合、冷却ファンの回転数を増加させる処理では吐出量を増加させ、回転数を低減させる処理では吐出量を低減させると読み替えることで、上記と同様の作用効果が得られる。

また上記実施形態では、本発明に係る蛍光体部材を用いた光源装置の使用例としてプロジェクタを例に挙げたが、ヘッドライトのような照明装置に用いてもよい。

以下、図１８Ａ〜図１８Ｄを参照して、吸熱部の他例として、円弧状突起又は円弧状溝の少なくとも一つと、放射状線突起 又は放射状線溝の少なくとも一つと、を組み合わせた吸熱部について説明する。図１８Ａ〜図１８Ｄの各図は、蛍光体ホイールハウジング４３の内表面（第２対向面４３２ａ）に形成される吸熱部の一例を示す図である。

図１８Ａ〜図１８Ｃの吸熱部４３８１、４３８２、４３８３の其々は、第２ハウジングパーツ４３２の第２対向面４３２ａに、内部空間の粒子の動きに追従する形状例としての同心円状突起４３８ａと、放射状線突起４３８ｂとを組み合わせて形成される。

蛍光体ホイールハウジング４３内では、蛍光体ホイール１００の回転に伴い回転気流が発生するので、同心円状突起４３８ａにより回転気流への追従性を高め、吸熱性能の向上が期待できる。

また、放射状線突起４３８ｂを更に形成することにより、第２対向面４３２ａに同心円状突起４３８ａだけを形成する場合に比べて表面積を増加させることができ、吸熱性能を更に向上させることができる。

図１８Ｂの吸熱部４３８２は、図１８Ａの吸熱部４３８１と比較して放射状線突起４３８ｂの数が多く、更に第２対向面４３２ａの表面積を増加させることができ、吸熱性能を向上させることができる。

図１８Ｃの吸熱部４３８３は、図１８Ｂの吸熱部４３８２に対して、更に円形状突起４３８ｃを追加して形成される。図１８Ｂの吸熱部４３８２と比較して更に第２対向面４３２ａの表面積を増加させることができ、吸熱性能を向上させることができる。

図１８Ｄの吸熱部４３８４は、図１８Ａ〜図１８Ｃの吸熱部４３８１〜４３８３とは異なり、第２対向面４３２ａに円形状突起４３８ｃをマトリックス状に配列する。第２対向面４３２ａを吸熱部４３８４で形成することにより、吸熱部４３８４がない場合に比べて第２対向面４３２ａの表面積を増加させることができ、吸熱性能を向上させることができる。

本実施形態によれば、波長変換部材から放出される熱を効果的に処理し、ケーシングユニットの小型化及び製造原価の低減を実現することができる。

上記実施形態は、本発明を限定するものではない。例えば、上記において同心円状突起４３８ａに代わり同心円状溝を用いてもよい。また、同心円状に代わり、円弧状の長円の突起又は溝を少なくとも１つ以上形成してもよい。同様に、放射状線突起４３８ｂに代わり、放射状線溝を用いてもよい。また、円形状突起４３８ｃに代わり、円形状窪み を用いてもよい。そして上記突起又は溝や窪みを任意に組み合わせて、吸熱部を形成してもよい。更に円形状に代わりその他の形状、例えば四角形状を用いてもよい。

また、例えば、上記では基板１００ａとして円盤状の蛍光体ホイール１００を用いたが、円盤状の基板１００ａに限定されず、板状の固定体からなる基板１００ａを用いた波長変換部材を収容するハウジングにも適用することができる。

また上記実施形態では、本発明に係る蛍光体部材を用いた光源装置の使用例としてプロジェクタを例に挙げたが、ヘッドライトのような照明装置に用いてもよい。

１ ：プロジェクタ
２ ：ボトムケース
３ ：ヒートパイプ
４ ：光学エンジン
５ ：パネル光学系
６ ：投射光学系系
７ ：冷却ダクト
８ ：ダクトカバー
９ ：アッパーケース
４１ ：レーザモジュールハウジング
４２ ：色合成ユニット
４３ ：蛍光体ホイールハウジング
１００ ：蛍光体ホイール
１００ａ ：基板
１００ｂ ：蛍光体層
１０１ ：ホイールモータ
１０２ ：モータ基板
１０４ ：ボルト
１１１ ：フラットケーブル
４００ ：温度センサ
４１１ ：レーザ光源
４２１ ：集光レンズ
４３１ ：第１ハウジングパーツ
４３１ａ ：第１対向面
４３２ ：第２ハウジングパーツ
４３２ａ ：第２対向面
４３３ ：ゴムパッキン
４３４ ：レンズ孔
４３５ ：フィン
４３６ ：内側フィン
４３８ ：凹部
４４０ ：冷却ファンモータ
４５０ ：冷却水循環ポンプ
５００ ：突起部
５１０ ：水冷ジャケット
５１１ ：ジャケット内パイプ
５１２ ：壁面内パイプ
５２０ ：表示素子
５２１ ：表示素子駆動装置
６００ ：コントローラ
６０１ ：ＣＰＵ
６０２ ：ＲＡＭ
６０３ ：ＲＯＭ
６０４ ：音声入力端子
６０５ ：音声出力端子
６０７ ：無線通信器
６０８ ：通信Ｉ／Ｆ
６１０ ：電源
６１１ ：バス
６２３ ：エラー表示モニタ

Claims (15)

1. 励起光を発生させる励起光光源と、
   基板及び前記基板上に設けられ前記励起光を蛍光光に変換する蛍光体層を含んで構成される波長変換部材と、
   前記励起光を前記蛍光体層に集光する集光レンズを含む集光光学系と、を備える光源装置であって、
   前記光源装置は、前記波長変換部材を収容するハウジングを備え、
   前記励起光光源は、前記ハウジングの外部に備えられ、
   前記ハウジングの第１壁面は、前記集光レンズを挿入するレンズ孔を備え、
   前記ハウジングの内部空間は、前記ハウジングの壁面及び前記レンズ孔に挿入された前記集光レンズにより前記ハウジングの外部空間から隔離され、
   前記波長変換部材における前記蛍光体層が備えられた表面から前記第１壁面における前記表面に対向する第１対向面までの第１距離は、前記波長変換部材における前記蛍光体層が備えられていない裏面から前記裏面に対向する前記ハウジングの第２対向面までの第２距離より大きく、
   前記第２対向面に、前記集光レンズから前記ハウジングの内部空間に入射した前記励起光と同一軸上に頂点を有する略多角錐形状の突起部を更に備える、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記ハウジングの外表面にフィン又は凹凸形状の構造体からなる冷却部が備えられる、
   ことを特徴とする光源装置。
3. 励起光を発生させる励起光光源と、
   基板及び前記基板上に設けられ前記励起光を蛍光光に変換する蛍光体層を含んで構成される波長変換部材と、
   前記励起光を前記蛍光体層に集光する集光レンズを含む集光光学系と、を備える光源装置であって、
   前記光源装置は、前記波長変換部材を収容するハウジングを備え、
   前記励起光光源は、前記ハウジングの外部に備えられ、
   前記ハウジングの第１壁面は、前記集光レンズを挿入するレンズ孔を備え、
   前記ハウジングの内部空間は、前記ハウジングの壁面及び前記レンズ孔に挿入された前記集光レンズにより前記ハウジングの外部空間から隔離され、
   前記波長変換部材における前記蛍光体層が備えられた表面から前記第１壁面における前記表面に対向する第１対向面までの第１距離は、前記波長変換部材における前記蛍光体層が備えられていない裏面から前記裏面に対向する前記ハウジングの第２対向面までの第２距離より大きく、
   前記波長変換部材は、直径Ｄを有する円盤形状に形成された基板、及び前記基板を所定の回転軸を中心に回転角速度ωで回転駆動するモータを含んで構成され、
   レイノルズ数Ｒｅが下式（１）、すきま比εが下式（２）、前記波長変換部材の平均ヌセルト数Ｎｕが下式（３）で記述される場合に、横軸に前記レイノルズ数Ｒｅと前記すきま比εを含む関数ｆ（Ｒｅ，ε）、縦軸に前記平均ヌセルト数Ｎｕをプロットしたグラフにおいて、前記第２距離及び前記回転角速度ωは、前記グラフのピーク値の半値以上となる条件を満たす、
   

   

   ことを特徴とする光源装置。
4. 請求項３に記載の光源装置において、
   前記平均ヌセルト数Ｎｕ及び前記関数ｆ（Ｒｅ，ε）が下式（４）で記述される、
   

   

   ことを特徴とする光源装置。
5. 請求項１又は３に記載の光源装置において、
   前記第２距離が５．０ｍｍ以下である、
   ことを特徴とする光源装置。
6. 励起光を発生させる励起光光源と、
   基板及び前記基板上に設けられ前記励起光を蛍光光に変換する蛍光体層を含んで構成される波長変換部材と、
   前記励起光を前記蛍光体層に集光する集光レンズを含む集光光学系と、を備える光源装置であって、
   前記光源装置は、前記波長変換部材を収容するハウジングを備え、
   前記励起光光源は、前記ハウジングの外部に備えられ、
   前記ハウジングの第１壁面は、前記集光レンズを挿入するレンズ孔を備え、
   前記ハウジングの内部空間は、前記ハウジングの壁面及び前記レンズ孔に挿入された前記集光レンズにより前記ハウジングの外部空間から隔離され、
   前記ハウジングの内表面にフィン又は凹凸形状の構造体からなる吸熱部が備えられ、
   前記吸熱部の凹凸形状は、前記波長変換部材における前記蛍光体層が備えられていない裏面に対向する前記ハウジングの第２対向面に含まれる２軸直交座標系において下式（６）で記述される渦巻き形状である、
   

   

   ことを特徴とする光源装置。
7. 励起光を発生させる励起光光源と、
   基板及び前記基板上に設けられ前記励起光を蛍光光に変換する蛍光体層を含んで構成される波長変換部材と、
   前記励起光を前記蛍光体層に集光する集光レンズを含む集光光学系と、を備える光源装置であって、
   前記光源装置は、前記波長変換部材を収容するハウジングを備え、
   前記励起光光源は、前記ハウジングの外部に備えられ、
   前記ハウジングの第１壁面は、前記集光レンズを挿入するレンズ孔を備え、
   前記ハウジングの内部空間は、前記ハウジングの壁面及び前記レンズ孔に挿入された前記集光レンズにより前記ハウジングの外部空間から隔離され、
   前記ハウジングの内表面にフィン又は凹凸形状の構造体からなる吸熱部が備えられ、
   前記吸熱部は、円弧状突起又は円弧状溝の少なくとも一つと、放射状線突起又は放射状
   線溝の少なくとも一つと、を組み合わせた形状である、
   ことを特徴とする光源装置。
8. 請求項１、３、６、又は７のいずれか一つに記載の光源装置において、
   前記ハウジングは温度センサを更に備え、
   前記温度センサは、前記温度センサの一部又は全体を前記ハウジングの外表面に接触させて設置される、
   ことを特徴とする光源装置。
9. 請求項８に記載の光源装置を搭載したプロジェクタであって、
   コンピュータからなるコントローラと、
   前記ハウジングに冷却風を送風する冷却ファン及び前記冷却ファンを回転駆動する冷却ファンモータと、を更に備え、
   前記コントローラは前記温度センサに接続され、前記冷却ファンモータ、及び前記励起光光源の其々に接続され、
   前記コントローラは、前記温度センサが前記ハウジングの外表面の温度を測定して得た測定温度を取得し、当該測定温度が前記プロジェクタの通常動作の実行可否を判定するための通常仕様温度以上であるかを判定し、前記測定温度が前記通常仕様温度以上である場合に、前記冷却ファンの回転数を予め定められた冷却ファンの最大回転数まで増加させる指示を前記冷却ファンモータに出力すると共に、前記励起光光源の出力を予め定められた前記励起光光源の最小出力まで低減させる指示を前記励起光光源に出力する、
   ことを特徴とするプロジェクタ。
10. 請求項８に記載の光源装置を搭載した照明装置であって、
    コンピュータからなるコントローラと、
    前記ハウジングに冷却風を送風する冷却ファン及び前記冷却ファンを回転駆動する冷却ファンモータと、を更に備え、
    前記コントローラは前記温度センサに接続され、前記冷却ファンモータ、及び前記励起光光源の其々に接続され、
    前記コントローラは、前記温度センサが前記ハウジングの外表面の温度を測定して得た測定温度を取得し、当該測定温度が前記照明装置の通常動作の実行可否を判定するための通常仕様温度以上であるかを判定し、前記測定温度が前記通常仕様温度以上である場合に、前記冷却ファンの回転数を予め定められた冷却ファンの最大回転数まで増加させる指示を前記冷却ファンモータに出力すると共に、前記励起光光源の出力を予め定められた前記励起光光源の最小出力まで低減させる指示を前記励起光光源に出力する、
    ことを特徴とする照明装置。
11. 請求項７に記載の光源装置において、
    前記円弧状突起は、同心円状突起であり、前記円弧状溝は、同心円状溝である、
    ことを特徴とする光源装置。
12. 請求項１１に記載の光源装置において、
    前記吸熱部は、複数の突起、又は複数の窪みの少なくとも一方を更に組み合わせて形成される、
    ことを特徴とする光源装置。
13. 請求項１２に記載の光源装置において、
    前記吸熱部は、複数の突起または複数の窪みの少なくとも一方がマトリックス状に配列されて成る、
    ことを特徴とする光源装置。
14. 請求項７に記載の光源装置において、
    前記ハウジングは、前記レンズ孔が備えられた第１ハウジングパーツ、及び当該第１ハウジングパーツと組み合わせて前記内部空間を形成する第２ハウジングパーツを含み、前記第２ハウジングパーツの内表面に前記吸熱部が形成される、
    ことを特徴とする光源装置。
15. 請求項１４に記載の光源装置において、
    前記第２ハウジングパーツにおける外表面には、フィン又は凹凸形状からなる冷却部材が形成される、
    ことを特徴とする光源装置。

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