(57)【要約】【課題】半導体レーザの出力光を集光して蛍光体に照射し、励起して発光させる方式の光源では、蛍光体と集光レンズの距離を短くするのが困難なため、拡散して出射する蛍光の取込み効率が低くなり、投射型表示装置の輝度や電力効率が低下してしまっていた。また、蛍光体を被覆する回転体の外形がモータの外形に比して大きく、回転体の回転軸と集光レンズの光軸が平行なため、装置が大型化していた。【解決手段】集光レンズの光軸と前記回転体の回転軸を、１０度以上で８０度以下の角度で交差させ、回転体の回転軸に対して傾いた斜面の上に蛍光体を設ける。蛍光体と集光レンズの距離を短くすることが可能となり、拡散して出射する蛍光を、集光レンズで、より多く取込めるため、投射型表示装置の輝度や電力効率を向上でき、しかも装置を小型化することができる。【選択図】図２
2018124306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色レーザ光源と、
蛍光体が被覆され回転軸を中心に回転可能な回転体と、
前記回転体に回転力を付与するモータと、
前記青色レーザ光源から出射される青色レーザ光を前記蛍光体に集光するとともに、前記蛍光体が発する蛍光を集光する集光レンズと、
を有する光源装置であって、
前記集光レンズの光軸と前記回転体の回転軸は、１０度以上で８０度以下の角度で交差する、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記蛍光体は、前記回転軸に対して傾いた斜面の上に、前記回転体の回転軸を中心とした円環または円弧に沿って被覆されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記回転体の先端から前記モータの後端までの距離をＬとしたとき、前記集光レンズの光軸と前記回転体の回転軸が交差する点は、前記回転軸の上にあって前記回転体の先端からの距離がＬの１／４倍以上で１倍以下の範囲内に存する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記回転体の高さは、前記モータの駆動軸径の１．５倍以上で、前記回転体の外径は前記高さに対して１０倍以下である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記回転体の外径は前記モータの外径に対して、１．０倍以上で１．５倍以下である、
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記モータはアウトロータ型ＤＣブラシレスモータで、
前記回転体は、前記モータのロータと一体化している、
ことを特徴とする請求項１乃至５のうちの何れか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記蛍光体は、前記回転軸の方向において前記モータから遠いほど回転軸からの距離が小さくなる斜面に被覆されている、
ことを特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか１項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記蛍光体は、回転軸の方向において前記モータから遠いほど回転軸からの距離が大きくなる斜面に被覆されている、
ことを特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか１項に記載の光源装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちの何れか１項に記載の光源装置と、
光変調素子と、投射レンズとを備える、
ことを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザと蛍光体を備えた光源装置と、これを用いた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高い発光効率で短波長の光を出力する半導体レーザが開発されている。かかる半導体レーザの出力光で蛍光体を励起し、波長変換された光を投射型表示装置の光源として用いることが行われている。
【０００３】
蛍光体を一定の場所に固定して励起光を照射してもよいが、蛍光体の同一点を励起光が常に照射し続けると局所的に温度が上昇し、発光効率が低下する場合や、更には材料劣化が生じる可能性がある。このため、回転する円板の主面上に蛍光体を設けておき、蛍光体の同一点を励起光が定常的には照射しないように構成する光源が用いられることが多い。
【０００４】
例えば、特許文献１には、２次元配列された半導体レーザの出力光を、大口径レンズを通じて回転蛍光板に集光し、励起された回転蛍光板が発する蛍光をダイクロイックミラーで色選択し、選択された光を液晶光変調装置で変調する投射型表示装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
特許文献１に記載されたような従来の投射型表示装置では、回転蛍光板やモータの配置に関してスペースの利用効率が低く装置が小型化できないという問題や、蛍光の利用効率が低いという問題があった。
【０００７】
従来の回転蛍光板は、できるだけ蛍光体の温度上昇を抑制するために、金属製の大径の円板の上に蛍光体層が設けられ、モータを用いて回転可能になるよう支持されているが、例えば直径５０ｍｍで厚みが０．５〜０．８ｍｍのアルミニウム製の円板に蛍光体層を設け、５０００〜１００００（回転／分）の速度で回転させるとすれば、そのためのモータは、駆動軸径φが２ｍｍで、ハウジングを含めた外形が約２０ｍｍ程度となる。この場合、モータハウジングに対して円板の外形が約２倍以上となり、部品レイアウト的に利用されていないデッドスペースが装置内に生じていた。また、蛍光体は円板の外周付近に設けられるが、円板やモータが励起光源の光軸から大きくはみ出して空間を占有することとなり、装置の小型化を妨げていた。
【０００８】
また、特許文献１に記載されたような従来の装置では、励起光及び蛍光の集光を行うための集光レンズを回転蛍光板の主面と平行に設けているが、集光レンズを十分に蛍光体層に近接させるのが困難なため、蛍光の集光効率が低下するという問題があった。一般に、蛍光体と集光レンズとの距離（以下の説明で、集光レンズのワーキングディスタンスＷＤと呼ぶ場合がある）が近いほど、蛍光を多く取込むのに有利である。というのも、蛍光は蛍光体粒子の表面散乱等の影響で、ランバート反射の拡散光として広い角度範囲に出射するためである。また、蛍光体の局所的な昇温を抑制するため励起光の照射スポットを緩和する結果、蛍光体の発光スポット面積が拡大することもあり、ワーキングディスタンスＷＤが小さいほど蛍光の取込には有利になる。
【０００９】
しかし、実際の装置においては、ワーキングディスタンスＷＤを小さくするのは困難であった。従来の装置の一部を模式的な断面図として図６に示すが、図中の６１は蛍光体が設けられた円板、６２は円板を回転させるためのモータ、６３は集光レンズ、６４は集光レンズの保持具、ＷＤは集光レンズのワーキングディスタンスである。ワーキングディスタンスＷＤを小さくしようとして集光レンズ６３と蛍光体が設けられた円板６１を近接させようとしても、円板６１の形状精度や取付け誤差、外部から衝撃を受けた際の円板６１の変形や、モータ６２の軸方向のスラストガタ、集光レンズの保持具６４との干渉危険性などを考慮すると、ワーキングディスタンスＷＤを小さくするには限度がある。内部にばねを設けてスラストガタを抑制したモータもあるが、大きな衝撃が印加された場合などには、集光レンズと蛍光体が接触しないとは限らない。このような理由から、特許文献１に記載されたような従来の装置では、集光レンズのワーキングディスタンスＷＤを小さくするのが困難であり、蛍光の利用効率には限度があった。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、蛍光体と集光レンズとの距離を小さくして蛍光の集光効率を向上することが可能で、しかも小型な光源装置と、その光源装置を備えた小型の投射型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】
【００１１】
本発明は、青色レーザ光源と、蛍光体が被覆され回転軸を中心に回転可能な回転体と、前記回転体に回転力を付与するモータと、前記青色レーザ光源から出射される青色レーザ光を前記蛍光体に集光するとともに、前記蛍光体が発する蛍光を集光する集光レンズと、を有する光源装置であって、前記集光レンズの光軸と前記回転体の回転軸は、１０度以上で８０度以下の角度で交差することを特徴とする光源装置である。
また、本発明は、上記光源装置と、光変調素子と、投射レンズとを備えることを特徴とする投射型表示装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蛍光体と集光レンズとの距離を小さくして蛍光の集光効率を向上することが可能で、しかも小型な光源装置と、その光源装置を備えた小型の投射型表示装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一の実施形態の投射型表示装置の全体構成図。
【図２】（ａ）第一の実施形態の回転体の断面図、（ｂ）第一の実施形態の回転体の蛍光体の配置を示す図。
【図３】実施形態の回転体の一部を拡大して示す断面図。
【図４】（ａ）アウトロータ型ＤＣブラシレスモータに回転体を固着した例。（ｂ）アウトロータ型ＤＣブラシレスモータのロータに斜面を設け蛍光体を被覆した例。
【図５】第二の実施形態の投射型表示装置の全体構成図。
【図６】従来の回転体と集光レンズを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
［第一の実施形態］
図１に、本発明の第一の実施形態である光源装置、およびそれを備えた投射型表示装置の全体構成を示す。
【００１５】
（装置構成）
図１に示すように、第一の実施形態である投射型表示装置は、光源装置１、リレーレンズ群１２０、カラー選択ホイール１３０、ライトトンネル１４０、照明レンズ１５０、光変調デバイス１６０、プリズム１７１、プリズム１７２、投射レンズ１８０、を備えている。さらに、投影スクリーン１９０を備える場合もある。
【００１６】
光源装置１は、励起光源ユニット１１、励起光源側集光レンズ１２、偏光ビームスプリッタ１３、１／４波長板１４、蛍光体側集光レンズ１５、蛍光体が付与された回転体１６、モータ１７を備えている。光源装置１については、後に詳しく述べる。
【００１７】
リレーレンズ群１２０は、光源装置１が発する光をカラー選択ホイール１３０に導き、さらにライトトンネル１４０の入射口に集光するためのレンズである。単数もしくは複数のレンズで構成される。
【００１８】
照明レンズ１５０は、ライトトンネル１４０で伝播された光を、光変調デバイスを照明するのに適した光束に整形するレンズである。単数もしくは複数のレンズで構成される。
【００１９】
プリズム１７１とプリズム１７２は、合わせてＴＩＲプリズム（内部全反射プリズム）を構成している。ＴＩＲプリズムは、照明光を内部全反射させて、光変調素子に所定の角度で入射させ、光変調素子で変調された反射光を投射レンズ１８０に向けて透過させる。
【００２０】
光変調デバイス１６０は、映像信号に基づき入射光を変調する素子で、マイクロミラーデバイスをアレイ状に設けたＤＭＤを用いている。ただし、反射型液晶デバイスのような、他の反射型光変調デバイスを用いることも可能である。
投射レンズ１８０は、光変調デバイスにより変調された光を、映像として投射するためのレンズである。単数もしくは複数のレンズで構成される。
【００２１】
投影スクリーン１９０は、リヤプロジェクション型の表示装置を構成する場合に用いられる。また、フロントプロジェクション型の場合にも設置されることが多いが、ユーザが任意の壁面などに投射する場合には、必ずしも備える必要はない。
装置全体の動作については、後述する。
【００２２】
（光源装置）
次に、光源装置１について詳述する。
まず、励起光源ユニット１１は、アレイ状に配置された複数の青色レーザ光源と、青色レーザ光源の各々に対応して配置された複数のコリメートレンズを備え、青色レーザ光源とコリメートレンズはモジュール化されている。光源ユニットに用いた青色レーザ光源は、例えば波長４４０ｎｍのＳ偏光を発する半導体レーザである。
【００２３】
励起光源ユニット１１の各モジュールには、青色レーザ光源が２×４にマトリクス配列された発光素子アレイが含まれている。ただし、１つのモジュールに含まれるマトリクス配列の規模は、この例に限られるものではない。より大規模なマトリクス配列でもよいし、縦横が同数のマトリクス配列であってもよい。各レーザ光源から出力される光は、コリメートレンズの作用により、ほぼ平行な光線として励起光源ユニット１１から出射する。
【００２４】
励起光源ユニット１１から出射したＳ偏光の青色レーザ光は、励起光源側集光レンズ１２を経て偏光ビームスプリッタ１３で反射され、蛍光体側集光レンズ１５により回転体１６の斜面上に設けられた蛍光体に集光される。後述するように、回転体１６の斜面上の励起光が照射される領域には、赤色、緑色、黄色に発光する蛍光体が配置されている。偏光ビームスプリッタ１３は、Ｓ偏光である青色の励起光を反射するが、偏光が揃っていない蛍光、及び回転体１６で反射され１／４波長板１４を経由して戻ってきたＰ偏光の青色光は透過するような選択性を有するミラーである。蛍光体が発する蛍光は、蛍光体側集光レンズ１５により集光され、偏光ビームスプリッタ１３を透過して、リレーレンズ群１２０に向けて出射される。
【００２５】
（回転体）
次に、本発明の特徴部とも言える回転体１６について詳しく説明する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１の投射型表示装置の光源装置１の一部を抽出して示した図である。図中のＡｘ−Ｒは回転体１６の回転軸であり、Ａｘ−Ｌは蛍光体側集光レンズ１５の光軸である。図２（ａ）は、回転体１６の回転軸を含む断面を側面方向から見た模式的な断面図であり、図２（ｂ）は、回転体１６を回転軸Ａｘ−Ｒの方向から見た図である。
本実施形態では、概略形状が円柱で縁部に斜面が形成された回転体を用い、斜面上に設けられた蛍光体に集光レンズで励起光を集光して照射する。
【００２６】
回転体１６の基材には、熱伝導率と光反射率が高い金属が好適に用いられる。回転体１６としては概略形状が円柱の基材が好適に用いられるが、円柱の縁部に沿って面取りされた斜面１８が形成されており、斜面１８の上に蛍光体が被覆されている。モータ１７により回転体１６には回転力が付与され、励起光の照射スポットは回転体の斜面１８の上を相対的に移動する。面取りされた斜面１８と、回転体１６の回転軸Ａｘ−Ｒとがなす角θ２は、１０度以上で８０度以下が望ましい。
【００２７】
モータ駆動軸２１に回転体を組付ける際の安定性や、回転時や外力を受けた際の変形の抑制や、後述する放熱構造の形成容易性の点で、回転体の基材の高さＨＲはモータの駆動軸径ＤＳに対して１．５倍以上とするのが好ましい。例えば、モータの駆動軸径が２．０ｍｍの場合には、回転体の基材の高さＨＲは３．０ｍｍ以上とするのがよい。また、平面性の点からは、回転体の外径ＤＲは高さＨＲの１０倍以下が望ましい。また、装置内の空間の利用効率を高くするためと、回転体が回転時や外力を受けた際に変形するのを抑制するため、回転体の外径ＤＲと、モータの外形ＤＭの比であるＤＲ／ＤＭは、１．０以上かつ１．５以下が望ましい。尚、概略形状が円柱である回転体の基材には、面取りされた斜面の他に、後に図３を使用して説明する冷却用の凹部を形成してもよい。
【００２８】
本実施形態では、蛍光体側集光レンズ１５の光軸Ａｘ−Ｌと、回転体１６の回転軸Ａｘ−Ｒがなす角θ１を、１０度以上で８０度以下とする。このように、光軸Ａｘ−Ｌと回転軸Ａｘ−Ｒを平行ではなく、角度を持たせて配置したことにより、モータの軸方向のスラストガタが発生したとしても、集光レンズと蛍光体とが接触する危険性を小さくすることができる。
【００２９】
また、かかる配置は、縁部に沿って面取りされた斜面１８に蛍光体を設けたこととあいまって、蛍光体側集光レンズ１５の保持具２０と回転体１６とが機械的に干渉する危険性を小さくしている。図６に示した従来の回転体である円板６１では、集光レンズ６３の保持具６４の突出部と円板６１の主面とが近接しており、外部から振動等が印加された際に干渉する危険性が大きかった。これに対して、本実施形態では、図２（ａ）から明らかなように、蛍光体側集光レンズ１５の保持具２０と回転体１６との間には、クリアランスが確保しやすい構造となっている。
【００３０】
また、本実施形態では、回転体１６の先端からモータ１７の後端までの長さをＬとし、回転体１６の先端から光軸Ａｘ−Ｌと回転軸Ａｘ−Ｒの交点までの距離をＧとした時、ＧをＬの１／４倍以上で１．０倍以下の範囲内に設定した。回転体やモータが集光レンズの光軸から大きくはみ出して装置内での空間利用効率を低下させないためである。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示す各色の蛍光体の配置について説明する。本実施形態の回転体１６では、照射スポットの軌跡に沿って、赤色発光の蛍光体が付与された領域ＰＲ、緑色発光の蛍光体が付与された領域ＰＧ、黄色発光の蛍光体が付与された領域ＰＹ、励起光を反射する反射領域ＲＢの４つの帯状の領域が設けられている。各領域は、回転軸Ａｘ−Ｒを中心とする同一半径の円弧の上に配置されている。
【００３２】
回転体１６が回転するに従い、領域ＰＲ、領域ＰＧ、領域ＰＹは順次に励起光で照射され、それぞれ赤色、緑色、黄色の蛍光を発する。また、反射領域ＲＢが青色レーザ光で照射されると、青色光は蛍光体側集光レンズ１５に向けて回転体１６により反射される。基材の表面は、領域ＰＲ、領域ＰＧ、領域ＰＹで発した蛍光を蛍光体側集光レンズ１５の方向に有効に取り出せるように、あるいは反射領域ＲＢで青色レーザ光を高い効率で蛍光体側集光レンズ１５の方向に反射するように、鏡面加工しておくのが望ましい。
【００３３】
（投射型表示装置の動作）
次に、図１に戻り、投射型表示装置の全体動作について説明する。
蛍光体が付与された回転体１６から出射された光は、蛍光体側集光レンズ１５、１／４波長板１４、偏光ビームスプリッタ１３、リレーレンズ群１２０を介して、カラー選択ホイール１３０に導かれる。
【００３４】
カラー選択ホイール１３０は、回転軸Ａｃを中心に回転可能な板状回転体で、Ｒ、Ｇ、Ｙの各色フィルターと、青色光を透過させるための扇状の切り欠き（光透過部）が設けられている。各色のカラーフィルターは、蛍光のうち不要な波長域の光をカットして、表示光の色純度を高めるために設けられている。ただし、励起光が回転体１６で反射されて戻る青色光は色純度が高いレーザ光であるため、フィルターは設ける必要がないのである。
【００３５】
蛍光体が付与された回転体１６とカラー選択ホイール１３０とは、同期して回転しており、前者の赤色蛍光体が発光している時にはＲフィルターが、緑色蛍光体が発光している時にはＧフィルターが、黄色蛍光体が発光している時にはＹフィルターが、青色の励起光が反射している時には光透過部が配置されるように回転タイミングが調整されている。
【００３６】
カラー選択ホイール１３０を透過した光は、ライトトンネル１４０と照明レンズ１５０を経由して、ＴＩＲプリズムのプリズムに入射する。プリズム１７１の全反射面で反射された光は、光変調デバイス１６０に所定角度で入射する。
【００３７】
光変調デバイス１６０は、アレイ状に設けられたマイクロミラーデバイスを有し、各色の映像信号に応じて各マイクロミラーデバイスを駆動して、映像光をプリズム１７１に向けて所定角度で反射する。映像光は、プリズム１７１およびプリズム１７２を透過して、投射レンズ１８０に導かれ、投影スクリーン１９０に投射される。
【００３８】
以上説明した第一の実施形態の光源装置においては、蛍光体側集光レンズ１５の光軸Ａｘ−Ｌと、回転体１６の回転軸Ａｘ−Ｒがなす角θ１を、１０度以上で８０度以下とした。また、回転体の基材の高さＨＲをモータの駆動軸径ＤＳに対して１．５倍以上とし、外径ＤＲと高さＨＲの比であるＤＲ／ＨＲを、１０以下とした。また、回転体の外径ＤＲは、モータの外形ＤＭに対して、１．０倍以上かつ１．５倍以下とした。また、面取りされた斜面１８と回転体１６の回転軸Ａｘ−Ｒとがなす角θ２を、１０度以上で８０度以下とした。また、回転体１６の先端からモータ１７の後端までの長さをＬとし、回転体１６の先端から光軸Ａｘ−Ｌと回転軸Ａｘ−Ｒの交点までの距離をＧとした時、ＧをＬの１／４倍以上で１倍以下の範囲内に設定した。
【００３９】
本実施形態によれば、集光レンズと蛍光体とが接触する危険性や、蛍光体側集光レンズ１５の保持具２０と回転体１６とが機械的に干渉する危険性を抑制することが可能となり、集光レンズのワーキングディスタンスＷＤを小さくすることができた。図６の従来の装置においては、前記の危険性を回避する必要上、ワーキングディスタンスＷＤを１．５ｍｍよりも小さくするのは現実的ではなかったが、本実施形態においては、ワーキングディスタンスＷＤを、例えば０．５ｍｍまで小さくすることが可能であった。従来の装置では、ワーキングディスタンスＷＤを小さくできなかったために、ランバート反射の拡散光として広い角度範囲に出射する蛍光のうち、集光レンズに取込めるのは、８５％程度が上限であったが、本実施形態の装置では、同じ励起用光源を用いて比較した場合、蛍光の約９５％を集光レンズに取込むことができた。その結果、同じ励起用光源を用いるとすれば、本実施形態の光源装置を用いれば、投射型表示装置の最高輝度を高めることが可能であった。また、投射型表示装置の最高輝度を同じにするとすれば、本実施形態の光源装置を用いれば、励起用光源のパワーを小さくできるので、消費電力を低減することが可能であった。
【００４０】
また、集光レンズの光軸から回転体やモータが第１図のＺ方向に大きくはみ出すことがなく、Ｘ方向の長さも小さくできるため、光源装置とそれを用いる投射型表示装置を小型化することが可能であった。
【００４１】
［第一の実施形態の変形例］
第一の実施形態には、種々の変形が有り得るので、例を示す。
（回転体形状）
すでに説明したように、回転体としては、概略形状が円柱で、縁部に沿って面取りされた斜面が形成され、斜面の上に蛍光体が被覆された形態が好適であるが、これ以外の形態も採用し得る。
【００４２】
例えば、回転軸を含む断面の形状が三角形となる円錐を基体として用い、錐体の斜面の上に蛍光体が被覆された形態の回転体であってもよい。また、回転軸を含む断面の形状が台形となるように円錐の頂部を除いた錐体を回転体の基体として用い、斜面の上に蛍光体が被覆された形態の回転体であってもよい。
【００４３】
要は、回転軸に対して１０度以上で８０度以下の傾きの斜面に蛍光体を被覆し、集光レンズの光軸Ａｘ−Ｌと回転体の回転軸Ａｘ−Ｒが、１０度以上で８０度以下の角度で交差するように構成すればよい。
【００４４】
また、回転体の基体には、蛍光体の温度上昇を抑制するための放熱構造を設けることができる。図３に、回転体３０の中の点線で囲まれた一部分を拡大し、断面形状を示す。図３に示すのは、概略形状が円柱で、縁部に沿って面取りされた斜面３１が形成され、斜面３１の上に蛍光体３２が被覆された回転体３０の例であるが、回転体は前述した円錐や錐体であってもよい。回転体３０のモータ１７から遠い側の面には凹部３３が、側面には凹部３４が、モータ１７に近い側の面には凹部３５が、それぞれ設けられている。凹部３３、凹部３４、凹部３５を設けることにより、基体と空気との接触面積を増大させたり、気流を生じさせたりして、放熱効果を高めることができる。回転体の基材の高さをモータの駆動軸径に対して１．５倍以上とし、外径と高さの比であるＤＲ／ＨＲを１０以下としているので、凹部３３、凹部３４、凹部３５を容易に設けることができる。
【００４５】
もちろん、凹部３３、凹部３４、凹部３５の全てを必ず設けなければならないわけではなく、任意のものを選択して設けることが可能であり、耐熱性の高い蛍光体を用いる場合には設けなくてもよいこともある。また、各凹部の形状は、図３に示した形状には限られない。
【００４６】
（回転体とモータ）
回転体を駆動するためのモータとしては、種々の形式のものが用いられ得るが、装置内の空間の利用効率を高くするために回転体の先端からモータの後端までの長さを短くし、回転体の外径ＤＲと、モータの外形ＤＭの比であるＤＲ／ＤＭを１．０以上かつ１．５以下にするためには、アウトロータ型ＤＣブラシレスモータを用いるのが好適である。
【００４７】
図４（ａ）および図４（ｂ）に、２例の模式的断面図を示す。図４（ａ）は、アウトロータ型ＤＣブラシレスモータに回転体を固定した例であり、図４（ｂ）は、アウトロータ型ＤＣブラシレスモータのロータに斜面を設け蛍光体を被覆し、ロータ自身が回転体を兼ねた例である。
【００４８】
図４（ａ）の例において、４１は回転体、４２は蛍光体が被覆された斜面、４３はアウトロータ型ＤＣブラシレスモータのロータ、４４はロータに設けられた永久磁石、４５はステータの積層コア、４６はステータのコイルである。回転体４１とロータ４３は、回転軸が同心になるよう位置合わせされて固着され、一体化している。回転体４１とロータ４３を一体物としてみれば、外径／高さの比は、１０以下となっている。
【００４９】
また、図４（ｂ）の例においても、同様に、４２は蛍光体が被覆された斜面、４３はアウトロータ型ＤＣブラシレスモータのロータ、４４はロータに設けられた永久磁石、４５はステータの積層コア、４６はステータのコイルである。ただし、図４（ｂ）の例においては、アウトロータ型ＤＣブラシレスモータのロータ自身に斜面４２を設けて蛍光体を被覆している点が異なる。すなわち、ロータ４３が回転体を兼ねることで一体化しており、外径／高さの比は、１０以下となっている。この例では、回転体とロータという２つの部材を回転軸が同心になるよう位置合わせして固着する必要がなく、製造工程が少なく小型化も容易な点で有利である。
【００５０】
（蛍光体の色）
回転体に設ける蛍光体の配置は、図２（ｂ）の例に限るものではない。たとえば、図２（ｂ）では、赤色発光、緑色発光、黄色発光の３色の蛍光体を設けたが、場合によっては、赤色発光と緑色発光の２色だけを用いてもよい。
【００５１】
また、例えば波長が４０５ｎｍのレーザ光を励起光として用いる場合には、回転体上に反射領域は設けないで、回転軸を中心とする円環状の斜面全体に白色発光の蛍光体を形成してもよい。尚、蛍光体の構成を変更する場合には、カラー選択ホイール１３０の構成もそれに合わせて変更すればよい。
【００５２】
（光変調素子）
回転体に蛍光体を設けた光源装置を用いて投射型表示装置を構成する場合に、光変調素子は、マイクロミラーデバイスをアレイ状に設けたＤＭＤや反射型液晶デバイスのような反射型光変調デバイスに限られるわけではない。後述する第二の実施形態（図５）の装置のように、透過型光変調素子を用いることも可能である。
【００５３】
［第二の実施形態］
第一の実施形態の投射型表示装置では、光源部の回転体のモータから遠い側の縁に面取り状の斜面を設け各色の蛍光体を被覆したが、第二の実施形態では、モータから近い側の縁に面取り状の斜面を設け白色発光の蛍光体を被覆する。そして、第一の実施形態では、集光レンズの光軸に対して励起光源ユニット側（Ｚ方向側）にモータを配置したが、第二の実施形態では、集光レンズの光軸に対して励起光源ユニット側と反対側（Ｚ方向と反対側）にモータを配置する。また、第一の実施形態では、反射型光変調素子を用いたが、第二の実施形態では、透過型光変調素子を用いる。
図５に、本発明の第二の実施形態である投射型表示装置の全体構成を示す。
【００５４】
（装置構成と動作）
図５に示すように、第二の実施形態の投射型表示装置は、光源装置５０、リレーレンズ５１０、第一レンズアレイ５２０、第二レンズアレイ５３０、偏光変換素子５４０、重畳レンズ５５０、ダイクロイックミラー５６０、５６１、反射ミラー５６２、５６３、５６４、クロスダイクロイックプリズム５７０、Ｒ用レンズ５８１、Ｒ用透過型液晶パネル５８２、Ｇ用レンズ５８３、Ｇ用透過型液晶パネル５８４、Ｂ用レンズ５８５、Ｂ用透過型液晶パネル５８６、投射レンズ５９０、を備えている。さらに、投影スクリーン５９１を備える場合もある。
【００５５】
光源装置５０は、励起光源ユニット５１、励起光源側集光レンズ５２、偏光ビームスプリッタ５３、１／４波長板５４、蛍光体側集光レンズ５５、蛍光体が付与された回転体５６、モータ５８を備えている。光源装置５０については、後に詳しく述べる。
【００５６】
光源装置５０から出射された光は、リレーレンズ５１０を介して第一レンズアレイ５２０に導かれる。第一レンズアレイ５２０は、光を複数の部分光束に分割するため、マトリクス状に配置された複数の小レンズを備える。第二レンズアレイ５３０および重畳レンズ５５０は、第一レンズアレイ５２０の小レンズの像を、Ｒ用透過型液晶パネル５８２、Ｇ用透過型液晶パネル５８４、Ｂ用透過型液晶パネル５８６の画面領域近傍に結像させる。第一レンズアレイ５２０、第二レンズアレイ５３０および重畳レンズ５５０は、光源装置１の光強度を、透過型液晶パネルの面内方向で均一化する。
【００５７】
偏光変換素子５４０は、第一レンズアレイ５２０により分割された部分光束を、直線偏光に変換する。ダイクロイックミラー５６０は、赤色光を反射させ、緑色光および青色光を透過させるダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー５６１は、緑色光を反射させ、青色光を透過させるダイクロイックミラーである。反射ミラー５６２と５６３は、青色光を反射させる反射ミラーである。反射ミラー５６４は、赤色光を反射させる反射ミラーである。
【００５８】
直線偏光された赤色光は、Ｒ用レンズ５８１を介してＲ用透過型液晶パネル５８２に入射し、画像信号に応じて変調され、映像光として出射する。尚、Ｒ用レンズ５８１とＲ用透過型液晶パネル５８２の間、およびＲ用透過型液晶パネル５８２とクロスダイクロイックプリズム５７０の間には、それぞれ入射側偏光版（不図示）と出射側偏光版（不図示）が配置されている。赤色と同様に、緑色光はＧ用透過型液晶パネル５８４により、青色光はＢ用透過型液晶パネル５８６により変調され、映像光として出射する。
【００５９】
クロスダイクロイックプリズム５７０は、４つの直角プリズムを張り合わせて構成され、張り合わせ部のＸ字形界面には、誘電体多層膜が形成されている。Ｒ用透過型液晶パネル５８２およびＢ用透過型液晶パネル５８６から出力された映像光は、投射レンズ５９０に向けて誘電体多層膜で反射され、Ｇ用透過型液晶パネル５８４から出力された映像光は、投射レンズ５９０に向けて誘電体多層膜を透過する。各色の映像光は重畳され、投射レンズ５９０により投影スクリーン５９１に投射される。
【００６０】
（光源装置）
次に、光源装置５０について詳述する。
まず、励起光源ユニット５１は、アレイ状に配置された複数の青色レーザ光源と、青色レーザ光源の各々に対応して配置された複数のコリメートレンズを備え、青色レーザ光源とコリメートレンズはモジュール化されている。光源ユニットに用いた青色レーザ光源は、例えば波長４０５ｎｍのＳ偏光を発する半導体レーザである。
【００６１】
励起光源ユニット５１の各モジュールには、青色レーザ光源が２×４にマトリクス配列された発光素子アレイが含まれている。ただし、１つのモジュールに含まれるマトリクス配列の規模は、この例に限られるものではない。より大規模なマトリクス配列でもよいし、縦横が同数のマトリクス配列であってもよい。各レーザ光源から出力される光は、コリメートレンズの作用により、ほぼ平行な光線として励起光源ユニット５１から出射する。
【００６２】
励起光源ユニット５１から出射したＳ偏光の青色レーザ光は、励起光源側集光レンズ５２を経て偏光ビームスプリッタ５３で反射され、蛍光体側集光レンズ５５により回転体５６の上に設けられた蛍光体に集光される。励起光が照射される回転体５６の面には、青色の励起光により白色発光する蛍光体が配置されている。偏光ビームスプリッタ５３は、Ｓ偏光である青色の励起光を反射するが、蛍光体が発する偏光が揃っていない蛍光は透過するような選択性を有するミラーである。蛍光体が発する蛍光は、蛍光体側集光レンズ５５により集光され、偏光ビームスプリッタ５３を透過して、リレーレンズ５１０に向けて出射される。
【００６３】
（回転体）
次に、本発明の特徴とも言える回転体５６について詳しく説明する。
概略形状が円柱で縁部に斜面が形成された回転体を用い、斜面上に設けられた蛍光体に集光レンズで励起光を集光して照射する点は第一の実施形態と共通しているが、第二の実施形態では、モータ５８に近い側の縁部に面取り状の斜面５７を設け、斜面上に白色発光の蛍光体を被覆した回転体を用いている点が異なる。そして、第一の実施形態では、集光レンズの光軸Ａｘ−Ｌに対して励起光源ユニット側（Ｚ方向側）にモータを配置したが、第二の実施形態では、蛍光体側集光レンズ５５の光軸Ａｘ−Ｌに対して励起光源ユニット５１と反対側（Ｚ方向と反対側）にモータ５８を配置している。面取りされた斜面５７と、回転体５６の回転軸Ａｘ−Ｒとがなす角は、１０度以上で８０度以下が望ましい。
【００６４】
本実施形態では、蛍光体側集光レンズ５５の光軸Ａｘ−Ｌと、回転体５６の回転軸Ａｘ−Ｒがなす角θ３を、１０度以上で８０度以下とする。このように、光軸Ａｘ−Ｌと回転軸Ａｘ−Ｒを平行ではなく、角度を持たせて配置したことにより、モータの軸方向のスラストガタが発生したとしても、集光レンズと蛍光体とが接触する危険性を小さくすることができる。
【００６５】
また、かかる配置は、縁部に沿って面取りされた斜面５７に蛍光体を設けたこととあいまって、蛍光体側集光レンズ５５の保持具と回転体５６とが機械的に干渉する危険性を小さくしている。図６に示した従来の回転体である円板６１では、集光レンズ６３の保持具６４の突出部と円板６１の主面とが近接しており、外部から振動等が印加された際に干渉する危険性が大きかった。これに対して、本実施形態では、蛍光体側集光レンズ５５の保持具と回転体５６との間には、クリアランスが確保しやすい構造となっている。
また、モータ５８を回転体５６よりもＸ方向側に配置したため、第一の実施形態に比べて装置のＸ方向の長さを小さくすることができる。
【００６６】
回転体５６の基材には、熱伝導率と光反射率が高い金属が好適に用いられる。回転体５６が回転するに従い、励起光の照射位置は相対的に移動するが、回転体からは常に白色の蛍光が発せられる。発した蛍光を蛍光体側集光レンズ５５の方向に有効に取り出せるように、蛍光の下地となる斜面５７は、鏡面加工しておくのが望ましい。
【００６７】
モータ駆動軸に回転体を組付ける際の安定性や、回転時や外力を受けた際の変形の抑制や、後述する放熱構造の形成容易性の点で、回転体の基材の高さＨＲはモータの駆動軸径ＤＳに対して１．５倍以上とするのが好ましい。例えば、モータの駆動軸径が２．０ｍｍの場合には、回転体の基材の高さＨＲは３．０ｍｍ以上とするのがよい。また、平面性の点からは、回転体の外径ＤＲは高さＨＲの１０倍以下が望ましい。また、装置内の空間の利用効率を高くするためと、回転体が回転時や外力を受けた際に変形するのを抑制するため、回転体の外径ＤＲと、モータの外形ＤＭの比であるＤＲ／ＤＭは、１．０以上かつ１．５以下が望ましい。尚、回転体の基材には、面取りされた斜面の他に、図３を使用して説明したのと同様な冷却用の凹部を形成してもよい。
【００６８】
以上説明した第二の実施形態の光源装置においては、蛍光体側集光レンズ５５の光軸Ａｘ−Ｌと、回転体５６の回転軸Ａｘ−Ｒがなす角θ３を、１０度以上で８０度以下とした。また、回転体の外径ＤＲと、モータの外形ＤＭの比であるＤＲ／ＤＭを、１．０以上かつ１．５以下とした。また、面取りされた斜面５７と回転体５６の回転軸Ａｘ−Ｒとがなす角を、１０度以上で８０度以下とした。
【００６９】
本実施形態によれば、集光レンズと蛍光体とが接触する危険性や、蛍光体側集光レンズ５５の保持具と回転体５６とが機械的に干渉する危険性を抑制することが可能となり、集光レンズのワーキングディスタンスＷＤを小さくすることができた。図６の従来の装置においては、前記の危険性を回避する必要上、ワーキングディスタンスＷＤを１．５ｍｍよりも小さくするのは現実的ではなかったが、本実施形態においては、ワーキングディスタンスＷＤを、例えば０．５ｍｍまで小さくすることが可能であった。従来の装置では、ワーキングディスタンスＷＤを小さくできなかったために、ランバート反射の拡散光として広い角度範囲に出射する蛍光のうち、集光レンズに取込めるのは、８５％程度が上限であったが、本実施形態の装置では、同じ励起用光源を用いて比較した場合、蛍光の約９５％を集光レンズに取込むことができた。その結果、同じ励起用光源を用いるとすれば、本実施形態の光源装置を用いれば、投射型表示装置の最高輝度を高めることが可能であった。また、投射型表示装置の最高輝度を同じにするとすれば、本実施形態の光源装置を用いれば、励起用光源のパワーを小さくできるので、消費電力を低減することが可能であった。
【００７０】
また、集光レンズの光軸から回転体やモータが大きくはみ出すことがなく、モータを回転体よりもＸ方向側に配置したため装置のＸ方向の長さを小さくできるため、光源装置とそれを用いる投射型表示装置を小型化することが可能であった。
【００７１】
［第二の実施形態の変形例］
（回転体形状）
すでに説明したように、回転体としては、概略形状が円柱で、モータに近い側の縁部に沿って面取りされた斜面が形成され、斜面の上に蛍光体が被覆された形態が好適であるが、これ以外の形態も採用し得る。
【００７２】
例えば、回転軸を含む断面の形状が逆三角形となる円錐を基体として用い、錐体の斜面の上に蛍光体が被覆された形態の回転体であってもよい。また、回転軸を含む断面の形状がモータ側が短い底の台形となるように、頂部を除いた錐体を回転体の基体として用い、斜面の上に蛍光体が被覆された形態の回転体であってもよい。
【００７３】
要は、回転軸に対して１０度以上で８０度以下の傾きの斜面に蛍光体を被覆し、集光レンズの光軸Ａｘ−Ｌと回転体の回転軸Ａｘ−Ｒがなす角を、１０度以上で８０度以下とすればよい。
【００７４】
また、回転体の基体には、蛍光体の温度上昇を抑制するための放熱構造を設けることができる。図３に例示したのと同様に、回転体５６のモータ５８から遠い側の面、側面、モータ５８に近い側の面に凹部を設けることができる。凹部を設けることにより、基体と空気との接触面積を増大させたり、気流を生じさせたりして、放熱効果を高めることができる。回転体の基材の高さをモータの駆動軸径に対して１．５倍以上とし、外径と高さの比であるＤＲ／ＨＲを１０以下としているので、凹部を容易に設けることができる。
【００７５】
もちろん、各面に凹部を必ず設けなければならないわけではなく、任意の面を選択して設けることが可能であり、耐熱性の高い蛍光体を用いる場合には設けなくてもよいこともある。また、凹部の形状は、図３に示した形状には限られない。
【００７６】
（光変調素子）
光変調素子は、透過型光変調素子に限られるわけではない。前述した第一の実施形態（図１）の装置のように、マイクロミラーデバイスをアレイ状に設けたＤＭＤや反射型液晶デバイスのような反射型光変調デバイスを、カラー選択ホイールと組み合わせて用いることも可能である。その際には、第一の実施形態の装置のように、回転体に各色の蛍光体を被覆したり、励起光の反射領域を設けてもよい。
【００７７】
［その他の実施形態］
以上説明したように、第一及び第二の実施形態に示した全ての光源装置は、反射型光変調デバイスを有する投射型表示装置でも、透過型光変調デバイスを有する投射型表示装置でも、自由に組み合わせて用いることができる。また、全ての実施形態に示した光源装置の構成部品の形状、大きさ、組み合わせ、配置などは、本発明が適用される投射型表示装置の構成や仕様等の各種条件により、適宜変更され得る。
【符号の説明】
【００７８】
１・・・光源装置／１１・・・励起光源ユニット／１２・・・励起光源側集光レンズ／１３・・・偏光ビームスプリッタ／１４・・・１／４波長板／１５・・・蛍光体側集光レンズ／１６・・・蛍光体が付与された回転体／１７・・・モータ／２１・・・モータの駆動軸／５０・・・光源装置／５１・・・励起光源ユニット／５２・・・励起光源側集光レンズ／５３・・・偏光ビームスプリッタ／５４・・・１／４波長板／５５・・・蛍光体側集光レンズ／５６・・・蛍光体が付与された回転体／５７／・・・斜面／５８・・・モータ／１３０・・・カラー選択ホイール／１６０・・・光変調デバイス／１８０・・・投射レンズ／１９０・・・投影スクリーン／５７０・・・クロスダイクロイックプリズム／５８２・・・Ｒ用透過型液晶パネル／５８４・・・Ｇ用透過型液晶パネル／５８６・・・Ｂ用透過型液晶パネル／５９０・・・投射レンズ／Ａｘ−Ｌ・・・蛍光体側集光レンズの光軸／Ａｘ−Ｒ・・・回転体の回転軸／ＤＳ・・・モータの駆動軸径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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