JPWO2018042564A1 - 蛍光体ホルダー、光源装置および該光源装置を備えた投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

蛍光体が形成される形成面を、入射される励起光に対して垂直とするもので、光源装置のホルダー取り付け面に取り付けられる蛍光体ホルダーであって、矩形平板状の台座と、前記台座の外周部の複数個所にそれぞれ設けられ、周囲よりも所定高さ第１の方向に向けて突出する複数の蛍光体ホルダー取り付け面と、前記台座の前記第１の方向となる面の略中央に設けられたベースと、前記ベース上に設けられ、回転軸が前記台座の面内方向と略直交するモーターと、
前記モーターにより回転する蛍光体が形成された蛍光体ホイールと、前記複数の蛍光体ホイール取り付け面に設けられ、前記ホルダー取り付け面に当接する複数の調整シムと、を有する。

Description

本発明は、蛍光体ホルダー、光源装置および該光源装置を備えた投写型表示装置に関する。

画像を投写する投写型表示装置が知られている。また、レーザー光源を備える光源装置を投写型表示装置に用いることが提案されている。

特許文献１（特開２０１５−１６６８０４号公報）に開示される光源装置は、レーザー光を出射する第１のレーザー光源と、第２のレーザー光源から発せられたレーザー光により蛍光を発する蛍光ユニットと、第１のレーザー光源から出射されたレーザー光と蛍光ユニットにて発生した蛍光を合成して出力するための集光素子を備えている。

蛍光ユニットから集光素子へ達する蛍光の量は、蛍光ユニットと集光素子との間の隙間が狭いほど多くなる。特許文献１には、蛍光ユニットと集光素子とをより近づけた状態で蛍光ユニットを台座に取り付けるとともに蛍光ユニットと集光素子との接触を抑制するために、集光素子が固定される台座と、蛍光ユニットと、ガイド部材と、を備え、蛍光ユニットは、台座に着脱可能に取り付けられるものとされ、ガイド部材は、台座に対して蛍光ユニットを、第１の位置と、第１の位置よりも蛍光ユニットを集光素子に近づける第２および第３の位置と、へ位置決め可能とする。そして、ガイド部材は、第１のガイド部と、第２のガイド部と、第３のガイド部と、を含み、第１のガイド部は、第１の位置と第２の位置とに蛍光ユニットを誘導し、第２のガイド部は、第２の位置と第３の位置とへ蛍光ユニットを誘導するとともに第２および第３の位置へ誘導された蛍光ユニットが集光素子に近づくことを規制し、第３のガイド部は、第３の位置に誘導された蛍光ユニットが集光素子から遠ざかることを規制する構成が開示されている。

特開２０１５−１６６８０４号公報

蛍光は、蛍光体ホイールに形成された蛍光体に励起光となるレーザー光を照射することにより発生するが、蛍光体が形成される形成面が、入射される励起光に対して垂直となっていない場合には発生した蛍光の出射方向にばらつきが生じてしまう。この結果、蛍光が合成される光源装置の出力光の強度に変動が生じ、また、出力光における蛍光の割合が変動することから出力光の色合いも変動し、光源装置を使用する投射型表示装置の映像光も色合いが変動したものとなる。

特許文献１に開示される光源装置では、蛍光ユニットと集光素子とをより近づけた状態で蛍光ユニットを台座に取り付けるとともに蛍光ユニットと集光素子との接触を抑制することができるものとなっているが、蛍光体が形成される形成面を、入射される励起光に対して垂直とするための構造については特に開示されていない。

本発明は、蛍光体が形成される形成面を、入射される励起光に対して垂直とする、蛍光体ホルダー、光源装置および該光源装置を備えた投写型表示装置を実現する。

本発明の蛍光体ホルダーは、光源装置のホルダー取り付け面に取り付けられる蛍光体ホルダーであって、
台座と、
前記台座の外周部の複数個所にそれぞれ設けられ、周囲よりも所定高さ第１の方向に向けて突出する複数の蛍光体ホルダー取り付け面と、
前記台座の前記第１の方向となる面の略中央に設けられたベースと、
前記ベース上に設けられ、回転軸が前記台座の面内方向と略直交するモーターと、
前記モーターにより回転する蛍光体が形成された蛍光体ホイールと、
前記複数の蛍光体ホイール取り付け面に設けられ、前記ホルダー取り付け面に当接する複数の調整シムと、を有する。

本発明の光源装置は、上記の蛍光体ホルダーが取り付けられるホルダー取り付け面を備えた光源装置であって、
前記ホルダー取り付け面には、前記蛍光体ホイールが挿通可能であり、前記クッションよりも小さな開口が形成されている。

本発明の投写型表示装置は、上記の光源装置を備えている。

上記の構成を備える本発明においては、蛍光体が形成される形成面を、入射される励起光に対して垂直とすることが可能となる。

本発明による光源装置１００の一実施形態の構成を示す概略図である。 図１中の蛍光体ホルダー１１１の構成を示す斜視図である。 図２中の蛍光体ホイール１１３の取り付け状態を示す図である。 調整シム２０２の厚みを決定する手法を説明するための図である。 調整シム２０２の厚みを決定する手法を説明するための図である。 調整シム２０２の厚みを決定する手法を説明するための図である。 調整シム２０２の厚みを決定する手法を説明するための図であり、（ａ）は、取り付け時の蛍光体ホルダー１１１の側面図、図７（ｂ）は蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１近傍の状態を拡大して示す側面図である。 第１の実施形態に示した光源装置を備えた投写型表示装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。

次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

第１の実施形態
図１は、本発明による光源装置１００の一実施形態の構成を示す概略図である。光源装置１００は、図１に示されるように、青色のレーザー光源１０１、赤色のレーザー光源１０２、青色のレーザー光源１０３、ダイクロイックミラー１０４〜１０６、集光レンズ１０７〜１１０、蛍光体ホルダー１１１、モーター１１２および蛍光体ホイール１１３から構成されている。

レーザー光源１０１から出射した青色のレーザー光は集光レンズ１０７を介してダイクロイックミラー１０４へ向かい、レーザー光源１０２から出射した赤色のレーザー光は集光レンズ１０８を介してダイクロイックミラー１０４へ向かう。ダイクロイックミラー１０４は、青色光を反射し、赤色光を透過するもので、レーザー光源１０１から出射した青色のレーザー光とレーザー光源１０２から出射した赤色のレーザー光はダイクロイックミラー１０４により合成されてダイクロイックミラー１０６へ向かう。

レーザー光源１０３は、励起用のレーザー光源であって、励起光としての青色のレーザー光をダイクロイックミラー１０５へ向けて出射する。ダイクロイックミラー１０５は青色光を反射し、緑色光を透過するもので、レーザー光源１０３を出射した青色のレーザー光は、ダイクロイックミラー１０５により反射され、集光レンズ１０９、１１０を介して励起光として蛍光体ホイール１１３に入射する。蛍光体ホイール１１３の、レーザー光源１０３が出射した青色のレーザー光が入射する面には蛍光体（不図示）が形成されている。この蛍光体は、励起光の照射により緑色の蛍光を発生するもので、蛍光体ホイール１１３にて発生し、出射された緑色の蛍光は、集光レンズ１１０、１０９、ダイクロイックミラー１０５を通ってダイクロイックミラー１０６へ向かう。

ダイクロイックミラー１０６は、青色光と赤色光を反射し、緑色光を透過するもので、レーザー光源１０１から出射した青色のレーザー光、レーザー光源１０２から出射した赤色のレーザー光、蛍光体ホイール１１３より出射された緑色の蛍光はダイクロイックミラー１０６により合成されて光源装置１００の外部に出射される。このように、ダイクロイックミラー１０４〜１０６と集光レンズ１０７〜１１０は合成光学系として作用する。

蛍光体ホイール１１３は、モーター１１２により回転するもので、モーター１１２は蛍光体ホルダー１１１上のベース１１５に取り付けられている。このように、蛍光体ホルダー１１１には、ベース１１５、モーター１１２、および、蛍光体ホイール１１３が一体的に取り付けられており、蛍光体ホルダー１１１は、光源装置１００の筐体の一部である蛍光体ホルダー取り付け面１１４にネジなどの取り付け部材を用いて着脱自在に取り付けられている。

図２は、蛍光体ホルダー１１１の構成を示す斜視図である。

蛍光体ホルダー１１１は、矩形状の平板部材である台座２０５の略中央部にベース１１５が設けられたもので、台座２０５の各辺の略中央付近となる外周部には、周囲よりも所定の高さ突出した形状の蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１〜２０１−４が設けられている。換言すると、前記複数の蛍光体ホイール取り付け面２０１−１〜２０１−４は、前記蛍光体ホイール１１３の中心の周囲に配置されている。
蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１〜２０１−４には、厚さを調整するための調整シム２０２がシム固定ネジ２０３により取り付けられている。また、ベース１１５の周囲には、蛍光体ホルダー１１１の台座を一回り小さくした枠形状のクッション２０４が取り付けられている。

図１に示した蛍光体ホルダー取り付け面１１４には蛍光体ホイール１１３が挿通可能であり、クッション２０４よりも小さな開口（不図示）が形成されている。クッション２０４は、変形可能な弾性を有するものであり、蛍光体ホルダー１１１が蛍光体ホルダー取り付け面１１４に取り付けられているときに、蛍光体ホルダー１１１と蛍光体ホルダー取り付け面１１４の隙間から、塵や埃が光源装置１００内に侵入すること、および、迷光が光源装置１００内に侵入することを防ぐために設けられている。

上述したように、蛍光体ホイールを用いて発生させた蛍光を他のレーザー光と合成する光源装置では、蛍光体が形成される形成面を、入射される励起光に対して垂直とすることが光源装置としての出力光の強度や色合いの安定化に重要となる。

図３は、蛍光体ホイール１１３の取り付け状態を示す図である。

蛍光体ホイール１１３は励起光であるレーザー光源１０３から出射したレーザー光の入射面が、１点鎖線で示されるモーター１１２の回転軸３０１と垂直となるようにモーター１１２に取り付けられている。本実施形態の光源装置１００は、設計仕様では蛍光体ホイール１１３に入射するレーザー光源１０３から出射したレーザー光の光軸は、モーター１１２の回転軸３０１と平行とされ、この状態のときに図１に示した蛍光と他のレーザー光源からのレーザー光の合成が安定して行われる。蛍光体ホイール１１３の面内方向は理想的には台座２０５の面内方向に平行であるが、実際には、蛍光体ホイール１１３はモーター１１２に取り付けられ、モーター１１２はベース１１５に取り付けられるため、レーザー光源１０３から出射したレーザー光は、ベース１１２が設けられる台座２０５、さらには、台座２０５が取り付けられるホルダー取り付け面１１４に対して垂直に入射するように光源装置１００は作製される。

蛍光体ホルダー１１１は、図３に示すように光源装置１００のホルダー取り付け面１１４に取り付けられるが、このとき、台座２０５と蛍光体ホイール１１３の励起光入射面までの距離、この距離と同様に、蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１〜２０１−４と蛍光体ホイール１１３の励起光入射面までの距離Ａが蛍光体ホイール１１３のいずれの箇所においても一定であれば励起光は蛍光体ホイール１１３の入射面に垂直に入射されていることとなる。実際上、要求される精度としては、設計値に対して蛍光体ホイール１１３のいずれの箇所においても±０．２ｍｍ以内とすることであり、この範囲を超えて蛍光体ホイール１１３が矢印Ｂに示すように変動し、発生した蛍光の出力方向が破線に示されるように変動すると、光源装置１００の出力が大きく変動する虞がある。この変動は蛍光体ホイール１１３の台座２０５に対する傾きに起因する変動であるが、蛍光体ホイール１１３と集光レンズ１１０との距離が設計値から変わると、やはり、出力光の強度が変動してしまう。

蛍光体ホイール１１３は、蛍光体ホルダー１１１のベース１１５に設けられたモーター１１２に取り付けられるが、ベース１１５およびモーター１１２自体の誤差が、±０．７ｍｍ程度あるため、これらの誤差をキャンセルし、かつ、蛍光体ホイール１１３の励起光入射面を励起光に対して垂直とするための調整が必要となる。本実施形態では、上記の調整を調整シム２０２により行う。

図４ないし図７は本実施形態で行われる調整シム２０２の厚みを決定する手法を説明するための図である。まず、図３に示した蛍光体ホルダー取り付け面２０２と蛍光体ホイール１１３の励起光入射面までの距離Ａの測定を複数の箇所で行う。

図４は、距離Ａの測定を行う箇所を示す図である。距離Ａの測定は４か所に設けられた蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１〜２０１−４に対して行われる。

距離の測定は、図５の斜視図、図６の側面図に示すように、レーザー測定器５０１を用いて行われる。レーザー測定器５０１は、台座２０５に垂直に測距用のレーザー光を照射して距離を測定する。

図４に示すように、蛍光体ホイール１１３の外周部には蛍光体４０１が形成されている。測定手順としては、蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１については、レーザー測定器５０１から蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１の略中央部となる測定点ＭＢ１までの距離ＡＭＢ１を測定する。次に、蛍光体ホイール１１３の略中心部と測定点ＭＢ１を結ぶ直線上であって、蛍光体４０１上である測定点ＭＦ１の直上までレーザー測定器５０１若しくは台座２０５を移動させ、レーザー測定器５０１から測定点ＭＦ１までの距離ＡＭＦ１を測定する。続いて、距離ＡＭＢ１と距離ＡＭＦ１との差となる距離Ａ１を求める。以下、同様の手順にて蛍光体ホルダー取り付け面２０１−２〜２０１−４に関する距離Ａ２〜Ａ４を求める。

次に、距離Ａ１〜Ａ４の測定結果に基づき、各蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１〜２０１−４近傍の台座２０５から蛍光体ホイール１１３の励起光入射面までの距離が設計値に等しく均一なものとなるように調整シムの厚みを決定する。例えば、台座２０５から蛍光体ホイール１１３の励起光入射面までの設計値が５０ｍｍ、蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１〜２０１−４の高さが２ｍｍ、距離Ａ１〜Ａ４がそれぞれ、４７．５ｍｍ、４７．６ｍｍ、４７．７ｍｍ、４７．８ｍｍの場合、蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１〜２０１−４にはそれぞれ高さ０．５ｍｍ、０．４ｍｍ、０．３ｍｍ、０．２ｍｍの調整シム２０２がシム固定ネジ２０３により取り付けられ、蛍光体ホルダー１１１は図２に示した状態となる。なお、調整シム２０２は、実際には厚さ０．５ｍｍのシムと厚さ０．１ｍｍのシムを組み合わせたものであり、蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１には厚さ０．５ｍｍのシムが１枚、蛍光体ホルダー取り付け面２０１−２〜２０１−４には高さ０．１ｍｍのシムが４〜２枚使用され、シム固定ネジ２０３により纏めて取り付けられている。

調整シム２０２の取り付けの後、蛍光体ホルダー１１１は光源装置１００のホルダー取り付け面１１４に図１に示すように取り付けられる。図７（ａ）は、取り付け時の蛍光体ホルダー１１１の側面図、図７（ｂ）は蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１近傍の状態を拡大して示す側面図である。

ホルダー取り付け面１１４には蛍光体ホルダー１１１の蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１〜２０１−４が当接する。この当接状態について蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１を例とし、図７（ｂ）を参照して説明すると、シム固定ネジ２０３およびクッション２０４が調整シム２０２よりもホルダー取り付け面１１４側に突出している。ホルダー取り付け面１１４のシム固定ネジ２０３に対応する箇所にはシム固定ネジ２０３を収容する窪みが形成され、クッション２０４は変形する。このため、蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１は、蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１上に取り付けられた調整シム２０２によりホルダー取り付け面１１４に当接する。

蛍光体ホルダー取り付け面２０１−１〜２０１−４に形成される調整シム２０２の厚さは上記のように、蛍光体ホイール１１３の傾きや集光レンズ１１０までの距離の誤差を相殺するように決定されているため、本実施形態の光源装置１００においては、蛍光体ホイール１１３の蛍光体４０１が形成される形成面が、入射される励起光に対して垂直となり、蛍光が合成される光源装置の出力光の強度に変動が生じることはなく、また、出力光における蛍光の割合が変動することから出力光の色合いも変動しないものとなる。

第２の実施形態
図８は、第１の実施形態に示した光源装置を備えた投写型表示装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。

投写型表示装置１１００は、第１の実施形態で説明した光源装置を備えた光源１１０１と、光学エンジン部１１０２と、画像形成ユニット１１０３と、投写レンズ（投写光学系）１１０４とを有している。

画像形成ユニット１１０３は、画像信号に応じて光を変調する表示デバイス１１０５〜１１０７を備え、光学エンジン部１１０２から出射された光に基づいて画像を形成する機能を有している。本実施形態では、表示デバイス１１０５〜１１０７として、反射型表示素子であるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）が用いられている。さらに、本実施形態では、画像形成ユニット１１０３は、赤色光、緑色光、および青色光に対応した３つの表示デバイス１１０５〜１１０７を備えている。投写レンズ１１０４は、画像形成ユニット１１０３から出射された光をスクリーン１１０９などに投写して、画像として表示する機能を有している。

また、投写型表示装置１１００は、画像形成ユニットのＤＭＤを冷却するための冷却装置を備えている。

上記の構成を備える本実施形態の投写型表示装置は、光源１１０１の出力光の強度および色合いが安定していることから、光源装置１１０１を使用する投射型表示装置１１００の映像光も色合いが安定したものとなる。

１００ 光源装置
１０１〜１０３ レーザー光源
１０４〜１０６ ダイクロイックミラー
１０７〜１１０ 集光レンズ、
１１１ 蛍光体ホルダー
１１２ モーター
１１３ 蛍光体ホイール
２０５ 台座
１１５ ベース
２０１−１〜２０１−４ 蛍光体ホルダー取り付け面
２０２ 調整シム２０２

Claims (10)

1. 光源装置のホルダー取り付け面に取り付けられる蛍光体ホルダーであって、
   台座と、
   前記台座の外周部の複数個所にそれぞれ設けられ、周囲よりも所定高さ第１の方向に向けて突出する複数の蛍光体ホルダー取り付け面と、
   前記台座の前記第１の方向となる面の略中央に設けられたベースと、
   前記ベース上に設けられ、回転軸が前記台座の面内方向と略直交するモーターと、
   前記モーターにより回転する蛍光体が形成された蛍光体ホイールと、
   前記複数の蛍光体ホイール取り付け面に設けられ、前記ホルダー取り付け面に当接する複数の調整シムと、を有する蛍光体ホルダー。
2. 請求項１記載の蛍光体ホルダーにおいて、
   前記複数の調整シムは、それぞれが設けられる前記複数の蛍光体ホイール取り付け面の近傍における、前記台座から前記蛍光体ホイールまでの距離を所定の距離とする厚さを有する、蛍光体ホルダー。
3. 請求項１または請求項２に記載の蛍光体ホルダーにおいて、
   前記複数の蛍光体ホイール取り付け面のうち少なくとも一つには、複数の調整シムが設けられている、蛍光体ホルダー。
4. 請求項１または請求項２に記載の蛍光体ホルダーにおいて、
   前記複数の蛍光体ホイール取り付け面は、前記蛍光体ホイールの中心の周囲に配置されている、蛍光体ホルダー。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の蛍光体ホルダーにおいて、
   前記蛍光体ホイールを囲うように前記台座上に形成され、前記調整シムよりも前記第１の方向に向けて突出し、変形可能な弾性部材により形成されたクッションを備える蛍光体ホルダー。
6. 請求項５記載の蛍光体ホルダーにおいて、
   前記クッションは、前記ベースと前記複数の蛍光体ホイール取り付け面との間に設けられている、蛍光体ホルダー。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の蛍光体ホルダーが取り付けられるホルダー取り付け面を備えた光源装置であって、
   前記ホルダー取り付け面には、前記蛍光体ホイールが挿通可能な開口が形成されている、光源装置。
8. 請求項５または請求項６に記載の蛍光体ホルダーが取り付けられるホルダー取り付け面を備えた光源装置であって、
   前記ホルダー取り付け面には、前記蛍光体ホイールが挿通可能であり、前記クッションよりも小さな開口が形成されている、光源装置。
9. 請求項７または請求項８記載の光源装置において、
   励起光を前記ホルダー取り付け面に垂直な励起光を前記蛍光体ホイールに向けて照射する励起用のレーザー光源と、
   第１および第２のレーザー光を出力する第１および第２のレーザー光源と、
   前記励起光の照射により発生した蛍光と、前記第１および第２のレーザー光源が出力した前記第１および第２のレーザー光を合成して出力する合成光学系と、を有する光源装置。
10. 請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の光源装置を備えた投写型表示装置。

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