(57)【要約】【課題】波長変換部が設けられた円板が大型化した場合でも、励起光の変換効率の低下を抑制することが可能な波長変換ユニットを提供する。【解決手段】波長変換ユニット（４６）は、光源から光が照射されることにより、その光と異なる波長の光を発する波長変換部（４６１）と、波長変換部が円周上に設けられている円板（４６２）と、円板を回転させる駆動部（４６３）と、駆動部の保持面（４６３ａ）との間で円板を挟持する挟持面（４６４ａ）を有する挟持部（４６４）とを有し、挟持部には、挟持面の周方向において、凸部（４６４ｂ）が設けられている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から光が照射されることにより前記光と異なる波長の光を発する波長変換部と、
前記波長変換部が円周上に設けられている円板と、
前記円板を回転させる駆動部と、
前記駆動部の保持面との間で前記円板を挟持する挟持面を有する挟持部と、を有し、
前記挟持部には、前記挟持面の周方向において、凸部が設けられていることを特徴とする波長変換ユニット。
【請求項２】
前記凸部は、前記円板の中心軸に対して前記挟持面よりも離れた位置において、前記円板へ向けて突出していることを特徴とする請求項１に記載の波長変換ユニット。
【請求項３】
前記円板の外周の半径をｒ１、前記保持面の外周の半径をｒ２、前記凸部の内周の半径をｒ３とするとき、
（ｒ１−ｒ２×１．０６）×７．５＜ｒ３＜（ｒ１−ｒ２×１．０６）×８．５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換ユニット。
【請求項４】
光源から光が照射されることにより前記光と異なる波長の光を発する波長変換部と、
前記波長変換部が円周上に設けられている円板と、
前記円板を回転させる駆動部と、
前記駆動部の保持面との間で前記円板を挟持する挟持面を有する挟持部と、を有し、
前記駆動部には、前記保持面の周方向において、凸部が設けられていることを特徴とする波長変換ユニット。
【請求項５】
前記凸部は、前記円板の中心軸に対して前記保持面よりも離れた位置において、前記円板へ向けて突出していることを特徴とする請求項１に記載の波長変換ユニット。
【請求項６】
前記円板の外周の半径をｒ４、前記挟持面の外周の半径をｒ５、前記凸部の内周の半径をｒ６とするとき、
（ｒ４−ｒ５×１．０６）×７．５＜ｒ６＜（ｒ４−ｒ５×１．０６）×８．５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項４または５に記載の波長変換ユニット。
【請求項７】
前記凸部は、前記周方向において連続的に形成された一つの凸部であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の波長変換ユニット。
【請求項８】
前記凸部は、前記周方向において不連続に形成された複数の凸部であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の波長変換ユニット。
【請求項９】
前記波長変換部は、蛍光体であり、
前記円板は、波長変換ホイールであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の波長変換ユニット。
【請求項１０】
光源と、
前記光源から光が照射されることにより前記光と異なる波長の光を発する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の波長変換ユニットと、
前記波長変換ユニットからの光を変調する光変調素子と、を有することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から照射された光の波長を変換する波長変換ユニットおよびそれを備えた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、励起光を照射する固体光源と、励起光が照射されることにより蛍光光を発光する蛍光体とを用いて照明光を照射する画像表示装置が知られている。また近年、蛍光体に照射する励起光の強度を高くして画像表示装置を高輝度化することが求められている。その結果、蛍光体の温度が高くなり、励起光の変換効率および蛍光体の耐久性が低下する。一方、波長変換ホイールの径を大きくすることにより、蛍光体の温度上昇を抑制することが可能となる。しかし、面精度を良くするために研磨や切削加工などで蛍光体の塗布面を形成すると、波長変換ホイールの大型化に伴い加工面積が増加し、製造コストが高くなる。
【０００３】
特許文献１には、回転可能な基板（円板）の上に波長変換部（蛍光体層）が形成された波長変換素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１４６２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された波長変換素子では、面精度を良くするため、波長変換部が形成された円板の反りを押させる押え部材が必要となる。また、円板が大型化すると、押え部材も大型化し、励起光の変換効率が低下する可能性がある。
【０００６】
そこで本発明は、波長変換部が設けられた円板が大型化した場合でも、励起光の変換効率の低下を抑制することが可能な波長変換ユニットおよび画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての波長変換ユニットは、光源から光が照射されることにより前記光と異なる波長の光を発する波長変換部と、前記波長変換部が円周上に設けられている円板と、前記円板を回転させる駆動部と、前記駆動部の保持面との間で前記円板を挟持する挟持面を有する挟持部とを有し、前記挟持部には、前記挟持面の周方向において、凸部が設けられている
本発明の他の側面としての画像表示装置は、光源と、前記光源から光が照射されることにより前記光と異なる波長の光を発する前記波長変換ユニットと、前記波長変換ユニットからの光を変調する光変調素子とを有する。
【０００８】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、波長変換部が設けられた円板が大型化した場合でも、励起光の変換効率の低下を抑制することが可能な波長変換ホイールおよび画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】各実施例における画像表示装置の光学配置図である。
【図２】各実施例における蛍光体ユニットの斜視図である。
【図３】各実施例におけるフリッカの発生要因の説明図である。
【図４】各実施例における狭持部材の斜視図である。
【図５】実施例１における蛍光体ユニットの断面図である。
【図６】実施例２における蛍光体ユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
まず、図１を参照して、本発明の実施例１における画像表示装置について説明する。図１は、本実施例における画像表示装置１０の光学配置図である。画像表示装置１０は、光源光学系２０、照明光学系５０、色分離合成光学系６０、投射レンズ７０、および、外装筺体８０を有し、光源からの励起光が照射されることにより蛍光光を発する波長変換ホイールを備えて構成される。
【００１３】
光源光学系２０は、圧縮光学系３０および集光光学系４０を有する。圧縮光学系３０は、複数のＬＤ（光源）３１、コリメータレンズ３２、反射ミラーアレイ３３、折り返しミラー３４、および、メニスカスレンズ３５を有する。集光光学系４０は、第一のマイクロレンズアレイ４１、第二のマイクロレンズアレイ４２、ダイクロイックミラー４３、第一のコンデンサレンズ４４、第二のコンデンサレンズ４５、蛍光体ユニット４６、および、アフォーカルレンズ４７を有する。
【００１４】
複数のＬＤ３１の各々からは、放射状に発振される励起光１００が出射される。ＬＤ３１より発振された励起光１００は、複数のＬＤ３１のそれぞれと対になるように配設されたコリメータレンズ３２に入射することで略平行光となって出射される。その出射光は、反射ミラーアレイ３３および折り返しミラー３４により反射された後、メニスカスレンズ３５を透過することにより、光束の大きさを圧縮した略平行光として圧縮光学系３０から出射される。
【００１５】
圧縮光学系３０から出射され略平行光となった励起光１００は、第一のマイクロレンズアレイ４１および第二のマイクロレンズアレイ４２を透過する。これにより、入射面４１ａおよび出射面４２ａのそれぞれに形成された複数の細かな目によって、面内の照度分布が均一な光束となる。ダイクロイックミラー４３は、励起光１００の波長を含む波長成分を反射するダイクロ面および波長成分によらず光束が透過する透過面を有する。第二のマイクロレンズアレイ４２より出射される励起光１００は、ダイクロイックミラー４３のダイクロ面により第一のコンデンサレンズ４４へ反射され、第二のコンデンサレンズ４５を透過して蛍光体ユニット４６の波長変換ホイール（円板）４６２に照射される。
【００１６】
蛍光体ユニット４６は、ＬＤ３１から光が照射されることにより、その光とは異なる波長の光を発する波長変換ユニットである。蛍光体ユニット４６は、蛍光体（波長変換部）４６１、蛍光体４６１が設けられた波長変換ホイール４６２、波長変換ホイール４６２を回転させるモータ４６３、および、波長変換ホイール４６２をモータ４６３に保持する狭持部材４６４を有する。蛍光体４６１は、励起光１００の波長が照射されることにより蛍光を生じさせる特性を有する蛍光材料とバインダーとが混合された材料により構成されている。波長変換ホイール４６２は、円板状の高反射率を有する金属板（円板）である。波長変換ホイール４６２の中心軸と第二のコンデンサレンズ４５との中心軸が平行であり、波長変換ホイール４６２の中心軸が第二のコンデンサレンズ４５の光軸と同軸上にならないように配設されている。
【００１７】
蛍光体４６１は、波長変換ホイール４６２の中心軸を中心として回転した際に、第二のコンデンサレンズ４５から出射される励起光１００が照射される円周面上に形成される。励起光１００が蛍光体４６１に照射されると、蛍光材料の特性により発光する蛍光、蛍光体４６１を透過して波長変換ホイール４６２により反射された反射光、および、蛍光材料が蛍光へ変換されなかった励起光１００が可視光１０２となる。可視光１０２は、コヒーレント性を消失して同一の波長成分を有する無偏向光となった各光束が混合された光軸１０１を有する可視光であり、第二のコンデンサレンズ４５へ放射される。蛍光体ユニット４６から放射された可視光１０２は、第二のコンデンサレンズ４５および第一のコンデンサレンズ４４を透過する。そして、第一のコンデンサレンズ４４に入射した励起光１００が成す光束よりも大きな光束を持つ略平行光として、第一のコンデンサレンズ４４から出射される。
【００１８】
第一のコンデンサレンズ４４から出射された可視光１０２がダイクロイックミラー４３に入射すると、ダイクロイックミラー４３に形成されたダイクロ面に入射する波長成分のうちダイクロ面で反射する波長成分の光束のみが反射される。また、ダイクロ面に入射する波長成分のうちダイクロ面で透過する波長成分の光束、および、ダイクロ面の範囲外に照射される光束が透過し、アフォーカルレンズ４７に照射される。アフォーカルレンズ４７は、略平行光として入射してきた光束を略平行光のまま光束を拡大、または圧縮して出射するように形成されている。ダイクロイックミラー４３を透過した可視光１０２がアフォーカルレンズ４７を透過することで、後段の照明光学系５０に最適な光束径となって照明光学系５０に照射される。
【００１９】
照明光学系５０は、フライアイレンズ５１、５２、偏光変換素子５３、コンデンサレンズ５４、５５、５６を有する。アフォーカルレンズ４７から出射された可視光１０２は、フライアイレンズ５１、５２を透過することにより明るさが均一化され、さらに色も重畳するため、色ムラの少ない光束を得ることが可能となる。フライアイレンズ５１、５２を透過した可視光１０２は、偏光変換素子５３を透過することで、偏光方向の揃った光束へと変換される。さらに、偏光変換素子５３を透過した可視光１０２は、コンデンサレンズ５４、５５、５６を透過し、色分離合成光学系６０へ出射される。
【００２０】
色分離合成光学系６０は、ダイクロイックミラー、偏光ビームスプリッタ、光を変調する反射型液晶パネル（光変調素子）、および、合成用ビームスプリッタ（いずれも不図示）を有する。照明光学系５０から入射する可視光１０２は、各波長成分に分離されて、それぞれの波長に対応した反射型液晶パネルに照射される。反射型液晶パネルにより反射された光は、合成用ビームスプリッタにより合成された後に投射レンズ７０へと出射され、不図示のスクリーンなどの被投射面に拡大投射がなされる。
【００２１】
外装筺体８０は、上側外装、下側外装、保持枠体、および、締結ビス（いずれも不図示）を有する。保持枠体に上側外装および下側外装が締結ビスにより締結されて保持されることにより、外装筺体８０が構成される。
【００２２】
次に、図２および図３を参照して、波長変換ホイール４６２を回転させることにより発生するフリッカについて説明する。図２は、蛍光体ユニット４６の斜視図である。図３は、フリッカの発生要因の説明図であり、波長変換ホイール４６２をモータ４６３に補正せずに保持した状態を示している。
【００２３】
波長変換ホイール４６２は、蛍光体４６１が塗布された入射面４６２ａが凹面、モータ４６３に取り付けられる取付面４６２ｂが凸面となるような反りを有する。図３（ａ）は蛍光体４６１が保持体２００により保持された第二のコンデンサレンズ４５に光軸１０１の方向において最も近接する状態、図３（ｂ）は蛍光体４６１が第二のコンデンサレンズ４５から光軸１０１の方向において最も離れる状態をそれぞれ示している。図３（ａ）の状態における蛍光体４６１と第二のコンデンサレンズ４５との距離をｔ１、図３（ｂ）の状態における蛍光体４６１と第二のコンデンサレンズ４５との距離をｔ２とし、距離ｔ１、ｔ２の差分をΔｔとする。
【００２４】
このとき、モータ４６３により回転される波長変換ホイール４６２の一回転中に第二のコンデンサレンズ４５から出射される励起光１００の蛍光体４６１に照射されるスラスト方向の位置は、最大でΔｔだけ変動する。それに伴い、蛍光体４６１に励起光１００が照射されるスポットの大きさが変化し、励起光１００が蛍光体４６１で蛍光変換されて出射される可視光１０２の強度が強弱を繰り返して変動する。この強弱の変動幅、すなわち蛍光体４６１と第二のコンデンサレンズ４５との間の距離ｔ１、ｔ２の差分Δｔが大きくなると、投影画像の明滅が大きくなりフリッカとして視認しやすくなる。また、励起光１００の強度が高くなることによっても可視光１０２の強度の変動は大きくなるため、フリッカの発生に繋がる。
【００２５】
次に、図４および図５を参照して、本実施例における蛍光体ユニット４６の構成について説明する。図４は、本実施例における挟持部材４６４の斜視図である。図５は、本実施例における蛍光体ユニット４６の断面図である。蛍光体ユニット４６は、蛍光体４６１が円環状に塗布された波長変換ホイール４６２、波長変換ホイール４６２を回転させるモータ４６３、および、波長変換ホイール４６２をモータ４６３に保持するための狭持部材４６４を有する。
【００２６】
本実施例において、挟持部材４６４は、波長変換ホイール４６２の入射面４６２ａ側に取り付けられており、波長変換ホイール４６２をモータ４６３のホイール保持面（保持面）４６３ａとの間で狭持するための狭持面４６４ａを有する。また挟持部材４６４は、波長変換ホイール４６２の反りを補正するため、凸部（突出部または矯正部）４６４ｂを有する。凸部４６４ｂは、狭持面４６４ａよりも外側（波長変換ホイール４６２の中心軸に対して挟持面４６４ａよりも離れた位置）に設けられ、波長変換ホイール４６２側へ突出するように周方向に形成されている。
【００２７】
図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、挟持部材４６４に形成された凸部４６４ｂの変形例を示している。図４（ａ）に示されるように、凸部４６４ｂは挟持部材４６４の周方向に連続的に形成されていてもよく、または、図４（ｂ）に示されるように、凸部４６４ｂは挟持部材４６４の周方向に不連続に形成された複数の凸部であってもよい。
【００２８】
従来のように狭持部材４６４が凸部４６４ｂを有しない場合、波長変換ホイール４６２の反り補正量を大きくするには、狭持部材４６４の外形を大きくする必要がある。しかし、第二のコンデンサレンズ４５を保持する保持体２００との干渉を避けるため、挟持部材４６４の径の大型化には限界がある。
【００２９】
一方、本実施例では、凸部４６４ｂを有する狭持部材４６４を波長変換ホイール４６２に取り付けることにより、凸部４６４ｂの内周の径と凸部４６４ｂの高さを変更することにより、波長変換ホイール４６２の反りの補正量を大きくすることが可能となる。このため、狭持部材４６４による反りの補正の効果を同程度得ようとする場合、従来の構成と比較して、凸部４６４ｂを有する狭持部材４６４の形状をより小さくすることが可能となる。
【００３０】
このように本実施例において、波長変換ユニット（蛍光体ユニット４６）は、波長変換部（蛍光体４６１）、円板（波長変換ホイール４６２）、駆動部（モータ４６３）、および、挟持部（挟持部材４６４）を有する。波長変換部は、光源（ＬＤ３１）から光が照射されることによりその光と異なる波長の光を発する。円板は、波長変換部が円周上に設けられている。駆動部は、円板を回転させる。挟持部は、駆動部の保持面４６３ａとの間で円板を挟持する挟持面４６４ａを有する。挟持部には、挟持面の周方向において、凸部４６４ｂが設けられている。
【００３１】
ここで、波長変換ホイール４６２の外周の半径をｒ１、ホイール保持面４６３ａの外周の半径をｒ２、狭持部材４６４の凸部４６４ｂの内周の半径をｒ３とする。このとき、十分な補正効果を得るには、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
【００３２】
（ｒ１−ｒ２×１．０６）×７．５＜ｒ３＜（ｒ１−ｒ２×１．０６）×８．５  …  （１）
【実施例２】
【００３３】
次に、本発明の実施例２における蛍光体ユニット４６ａについて説明する。なお本実施例は、蛍光体ユニット４６ａを有する点で、蛍光体ユニット４６を有する実施例１と異なる。画像表示装置１０における他の構成は、実施例１と同様であるため、その説明を省略する。
【００３４】
図６は、本実施例における蛍光体ユニット４６ａの断面図である。蛍光体ユニット４６ａは、蛍光体４６１が円環状に塗布された波長変換ホイール４６２、波長変換ホイール４６２を回転させるモータ４６３、および、波長変換ホイール４６２をモータ４６３に保持するための狭持部材４６４を有する。波長変換ホイール４６２は、蛍光体４６１が塗布された入射面４６２ａが凹面、モータ４６３に取り付けられる取付面４６２ｂが凸面となるように反りを有する。
【００３５】
本実施例において、モータ４６３は、凸部（突出部または矯正部）４６３ｂを有する。凸部４６３ｂは、ホイール保持面４６３ａよりも外側（波長変換ホイール４６２の中心軸に対してホイール保持面４６３ａよりも離れた位置）に設けられ、波長変換ホイール４６２側へ突出するように周方向に形成されている。
【００３６】
従来のようにモータ４６３が凸部４６３ｂを有しない場合、波長変換ホイール４６２の反り補正量を大きくするには、モータ４６３のホイール保持面４６３ａの形状を大きくする必要があり、モータが大型化する。一方、本実施例のように、凸部４６３ｂを有するモータ４６３に波長変換ホイール４６２を取り付けることにより、凸部４６３ｂの内周の径と高さを変更することで波長変換ホイール４６２の反り補正量を大きくすることが可能となる。このため、モータ４６３が凸部４６３ｂを有する構成と凸部４６３ｂを有しない構成とで反り補正の効果を同程度得ようとすると、凸部４６３ｂを有する構成のほうがモータ４６３をより小型化することが可能となる。
【００３７】
このように本実施例において、波長変換ユニット（蛍光体ユニット４６ａ）は、波長変換部（蛍光体４６１）、円板（波長変換ホイール４６２）、駆動部（モータ４６３）、および、挟持部（挟持部材４６４）を有する。波長変換部は、光源（ＬＤ３１）から光が照射されることによりその光と異なる波長の光を発する。円板は、波長変換部が円周上に設けられている。駆動部は、円板を回転させる。駆動部には、保持面の周方向において、凸部４６３ｂが設けられている。
【００３８】
ここで、波長変換ホイール４６２の外周の半径をｒ４、挟持部材４６４の狭持面４６４ａの外周の半径をｒ５、モータ４６３に形成された凸部４６３ｂの内周の半径をｒ６とする。このとき、十分な補正効果を得るには、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
【００３９】
（ｒ４−ｒ５×１．０６）×７．５＜ｒ６＜（ｒ４−ｒ５×１．０６）×８．５  …  （２）
次に、各実施例の効果について説明する。各実施例の蛍光体ユニットの構成によれば、凸部を有する狭持部材またはモータにより、蛍光体が塗布された円板の反りを補正することが可能となる。このため、高輝度化に伴う円板の径大化によって円板の反り量が大きくなった場合でも、狭持部材の大型化による干渉回避のための光学構成の変更などが不要である。その結果、励起光の変換効率が良い構成のまま反りを補正することが可能となる。
【００４０】
各実施例によれば、波長変換ホイールの径が大型化して反り量が増加する場合でも、蛍光体を保持する部材を径大化させることなく波長変換ホイールの反りを補正可能となる。このため各実施例によれば、蛍光体と光学素子との間隔を大きくする必要がないため、励起光の変換効率が良い構成を維持したままフリッカの発生を抑制可能な波長変換ホイールを提供することが可能となる。従って、各実施例によれば、波長変換部が設けられた円板が大型化した場合でも、励起光の変換効率の低下を抑制することが可能な波長変換ユニットおよび画像表示装置を提供することができる。
【００４１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。  
【００４２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
４６  蛍光体ユニット（波長変換ユニット）
４６１  蛍光体（波長変換部）
４６２  波長変換ホイール（円板）
４６３  モータ（駆動部）
４６３ａ  保持面
４６４  狭持部材（挟持部）
４６４ａ  狭持面
４６４ｂ  凸部
【図１】
2020201450.tif 000003
【図２】
2020201450.tif 000004
【図３】
2020201450.tif 000005
【図４】
2020201450.tif 000006
【図５】
2020201450.tif 000007
【図６】
2020201450.tif 000008