(57)【要約】【課題】カラーホイールを透過する不可視光線を減少させ、カラーホイールでの不可視光線から可視光線への変換効率を向上させることが可能なカラーホイール、可視光光源、投射型画像表示装置、投射型画像表示方法を提供すること。【解決手段】不可視光線の光源１３２から、不可視光線の照射を受けるカラーホイール１１０であって、光源に対向配置された場合に、光源側の面に位置し、光源から照射された不可視光線を可視光線に変換する蛍光体層１１２と、蛍光体層に対して、光源と反対側の面に位置し、不可視光線を反射し、可視光線を透過する不可視光線反射層１１４とを備えることを特徴とする。【選択図】図２
2008052070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不可視光線の光源から、前記不可視光線の照射を受けるカラーホイールであって：
前記光源に対向配置された場合に、前記光源側の面に位置し、前記光源から照射された前記不可視光線を可視光線に変換する蛍光体層と；
前記蛍光体層に対して、前記光源と反対側の面に位置し、前記不可視光線を反射し、前記可視光線を透過する不可視光線反射層と；
を備えることを特徴とする、カラーホイール。
【請求項２】
前記不可視光線反射層は、前記蛍光体層に密着していることを特徴とする、請求項１記載のカラーホイール。
【請求項３】
前記不可視光線は、紫外線であり、
前記不可視光線反射層は、前記紫外線を反射する紫外線反射層であり、
前記蛍光体層は、前記紫外線を可視光に変換することを特徴とする、請求項１又は２記載のカラーホイール。
【請求項４】
前記不可視光線は、赤外線であり、
前記不可視光線反射層は、前記赤外線を反射する赤外線反射層であり、
前記蛍光体層は、前記赤外線を可視光に変換することを特徴とする、請求項１又は２記載のカラーホイール。
【請求項５】
不可視光線を照射する光源と；
前記不可視光線の照射を受けるカラーホイールであって、前記光源に対向配置された場合に、前記光源側の面に位置し、前記光源から照射された前記不可視光線を可視光線に変換する蛍光体層と、前記蛍光体層に対して、前記光源と反対側の面に位置し、前記不可視光線を反射し、前記可視光線を透過する不可視光線反射層と、を有するカラーホイールと；
を備えることを特徴とする、可視光光源。
【請求項６】
不可視光線を照射する光源と；
前記不可視光線の照射を受けるカラーホイールであって、前記光源に対向配置された場合に、前記光源側の面に位置し、前記光源から照射された前記不可視光線を可視光線に変換する蛍光体層と、前記蛍光体層に対して、前記光源と反対側の面に位置し、前記不可視光線を反射し、前記可視光線を透過する不可視光線反射層と、を有するカラーホイールと；
前記カラーホイールを透過した前記可視光線を画像信号に応じて画像表示する画像表示素子と；
前記画像表示素子で反射又は透過された光を投射する光投射手段と；
を備えることを特徴とする、投射型画像表示装置。
【請求項７】
不可視光線を照射する光源が、前記不可視光線を、前記光源に対向配置された蛍光体層と不可視光線反射層とを有するカラーホイールに照射し、
前記光源側の面に位置する前記蛍光体層が、前記不可視光線のうち一部を可視光に変換するとともに、前記不可視光線のうち残りを透過させ、
前記蛍光体層に対して前記光源と反対側の面に位置する前記不可視光線反射膜が、前記蛍光体層を透過した不可視光線を反射し、
前記蛍光体層が、前記不可視光線反射膜で反射した不可視光線を可視光に変換することを特徴とする、投射型画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーホイール、可視光光源、投射型画像表示装置、投射型画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型画像表示装置は、光源から出射された光を、画像表示素子に照射し、画像をスクリーン上に投射する装置である。投射型画像表示装置において、光源から照射された光を赤、緑、青の可視光に変換するとき、カラーホイールが設けられる。このカラーホイールは、光源からの光を可視光に変換する蛍光体層が形成された円板状部材であり、円の中心を軸として回転駆動される。
【０００３】
例えば、特許文献１には、励起用半導体レーザーからの光が照射されるカラーホイールと、カラーホイールを通過した光のうち、所定の波長の光を透過させるノッチフィルタとを有するプロジェクタ装置が開示されている。また、特許文献２及び特許文献３には、紫外光が照射されるカラーホイールと、カラーホイールで変換された光を光源と反対側の画像表示素子側に反射させる波長選択膜又は可視光反射膜とを有する投射型表示装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２３３１２３号公報
【特許文献２】特開２００４−３２５８７４号公報
【特許文献３】特開２００４−３４１１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に示すように、投射型画像表示装置の光源が出射する光を紫外線とする場合、カラーホイールに形成された蛍光体層１２は、紫外線が照射されて、紫外線を可視光線に変換させて出射する。しかしながら、紫外線を可視光線に変換する蛍光体層１２は、蛍光体層１２に入射した紫外線の一部を透過させるため、蛍光体層を透過した紫外線は、カラーホイール以降に設置された画像表示素子や光学系の光学部品に到達した。そのため、紫外線が、画像表示素子や光学部品に対して、寿命低下、画質劣化等の悪影響を及ぼすという問題があった。なお、図１は、従来の蛍光体層と紫外線及び可視光線の入出射を示す説明図である。
【０００６】
また、特許文献１に示すように、カラーホイールと画像表示素子との間に、蛍光体層を透過した紫外線を吸収するノッチフィルタ等の紫外吸収能部材を設ける場合、一度蛍光体層を透過した紫外線は可視光変換に使用されずに除去されてしまうため、光源から照射された紫外線を有効に活用できていないという問題があった。更に、紫外線から可視光線への変換効率を高めようとすると、蛍光体層を厚くしていく必要があるため、製造コストが嵩むという問題があった。また、蛍光体層の厚さが増加すると、紫外線から変換された可視光線は、蛍光体層で吸収される量が増加するため、蛍光体層から出射される可視光線の出射量が減少するという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、カラーホイールを透過する不可視光線を減少させ、カラーホイールでの不可視光線から可視光線への変換効率を向上させることが可能な、新規かつ改良されたカラーホイール、可視光光源、投射型画像表示装置、投射型画像表示方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、不可視光線の光源から、不可視光線の照射を受けるカラーホイールであって、光源に対向配置された場合に、光源側の面に位置し、光源から照射された不可視光線を可視光線に変換する蛍光体層と、蛍光体層に対して、光源と反対側の面に位置し、不可視光線を反射し、可視光線を透過する不可視光線反射層とを備えることを特徴とする、カラーホイールが提供される。
【０００９】
かかる構成により、カラーホイールは、不可視光線の光源から不可視光線の照射を受け、カラーホイールが光源に対向配置されるとき、蛍光体層は、光源側の面に位置し、不可視光線反射層は、光源と反対側の面に位置する。そして、蛍光体層は、光源から照射された不可視光線を可視光線に変換し、不可視光線反射層は、不可視光線を反射し、可視光線を透過する。その結果、カラーホイールを透過する不可視光線は減少し、カラーホイール以降に設置される各部材に不可視光線による悪影響を与えない。また、不可視光線反射層は不可視光線を反射して、不可視光線反射層側からも蛍光体層に不可視光線が入射するので、不可視光線から可視光線に変換される不可視光線の量が増加し、カラーホイールでの可視光線への変換効率が向上する。
【００１０】
上記不可視光線反射層は、蛍光体層に密着しているとすることができる。かかる構成により、不可視光線反射層と蛍光体層とは密着しており、不可視光線反射層で反射した不可視光線は、確実に蛍光体層に入射する。そのため、カラーホイールでの不可視光線から可視光への変換効率が更に向上する。
【００１１】
上記不可視光線は、紫外線であり、不可視光線反射層は、紫外線を反射する紫外線反射層であり、蛍光体層は、紫外線を可視光に変換するとすることができる。かかる構成により、光源の光は紫外線であり、カラーホイールを透過する紫外線が減少して、カラーホイール以降に設置される各部材に紫外線による悪影響を与えない。また、紫外線反射層が紫外線を反射して、紫外線反射層側からも蛍光体層に紫外線が入射し、カラーホイールにおいて紫外線から可視光線への変換効率が向上する。
【００１２】
上記不可視光線は、赤外線であり、不可視光線反射層は、赤外線を反射する赤外線反射層であり、蛍光体層は、赤外線を可視光に変換するとすることができる。かかる構成により、光源の光は赤外線であり、カラーホイールを透過する赤外線が減少する。また、赤外線反射層が赤外線を反射して、赤外線反射層側からも蛍光体層に赤外線が入射し、カラーホイールにおいて赤外線から可視光線への変換効率が向上する。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、不可視光線を照射する光源と、不可視光線の照射を受けるカラーホイールであって、光源に対向配置された場合に、光源側の面に位置し、光源から照射された不可視光線を可視光線に変換する蛍光体層と、蛍光体層に対して、光源と反対側の面に位置し、不可視光線を反射し、可視光線を透過する不可視光線反射層と、を有するカラーホイールとを備えることを特徴とする、可視光光源が提供される。
【００１４】
かかる構成により、光源は、不可視光線を照射し、カラーホイールは、不可視光線の照射を受け、カラーホイールが光源に対向配置されるとき、蛍光体層は、光源側の面に位置し、不可視光線反射層は、光源と反対側の面に位置する。そして、蛍光体層は、光源から照射された不可視光線を可視光線に変換し、不可視光線反射層は、不可視光線を反射し、可視光線を透過する。その結果、カラーホイールを透過する不可視光線は減少し、カラーホイール以降に設置される各部材に不可視光線による悪影響を与えない。また、不可視光線反射層は不可視光線を反射して、不可視光線反射層側からも蛍光体層に不可視光線が入射するので、不可視光線から可視光線に変換される不可視光線の量が増加し、カラーホイールでの可視光線への変換効率が向上する。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、不可視光線を照射する光源と、不可視光線の照射を受けるカラーホイールであって、光源に対向配置された場合に、光源側の面に位置し、光源から照射された不可視光線を可視光線に変換する蛍光体層と、蛍光体層に対して、光源と反対側の面に位置し、不可視光線を反射し、可視光線を透過する不可視光線反射層と、を有するカラーホイールと、カラーホイールを透過した可視光線を画像信号に応じて画像表示する画像表示素子と、画像表示素子で反射又は透過された光を投射する光投射手段とを備えることを特徴とする、投射型画像表示装置が提供される。
【００１６】
かかる構成により、光源は、不可視光線を照射し、カラーホイールは、不可視光線の照射を受け、カラーホイールが光源に対向配置されるとき、蛍光体層は、光源側の面に位置し、不可視光線反射層は、光源と反対側の面に位置する。そして、蛍光体層は、光源から照射された不可視光線を可視光線に変換し、不可視光線反射層は、不可視光線を反射し、可視光線を透過する。更に、画像表示素子は、カラーホイールを透過した可視光線を画像信号に応じて画像表示し、光投射手段は、画像表示素子で反射又は透過された光を投射する。その結果、カラーホイールを透過する不可視光線は減少し、カラーホイール以降に設置される画像表示素子、光投射手段に不可視光線による悪影響を与えない。また、不可視光線反射層は不可視光線を反射して、不可視光線反射層側からも蛍光体層に不可視光線が入射するので、不可視光線から可視光線に変換される不可視光線の量が増加し、カラーホイールでの可視光線への変換効率が向上する。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、不可視光線を照射する光源が、不可視光線を、光源に対向配置された蛍光体層と不可視光線反射層とを有するカラーホイールに照射し、光源側の面に位置する蛍光体層が、不可視光線のうち一部を可視光に変換するとともに、不可視光線のうち残りを透過させ、蛍光体層に対して光源と反対側の面に位置する不可視光線反射膜が、蛍光体層を透過した不可視光線を反射し、蛍光体層が、不可視光線反射膜で反射した不可視光線を可視光に変換することを特徴とする、投射型画像表示方法が提供される。
【００１８】
かかる構成により、カラーホイールを透過する不可視光線は減少し、カラーホイール以降に設置される各部材に不可視光線による悪影響を与えない。また、不可視光線反射層は不可視光線を反射して、不可視光線反射層側からも蛍光体層に不可視光線が入射するので、不可視光線から可視光線に変換される不可視光線の量が増加し、カラーホイールでの可視光線への変換効率が向上する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、カラーホイールを透過する不可視光線を減少させ、カラーホイールでの不可視光線から可視光線への変換効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る投射型画像表示装置の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る投射型画像表示装置を示す構成図である。図３は、本実施形態に係るカラーホイールを示す正面図及び側面図である。
【００２２】
反射型の投射型画像表示装置１００は、可視光線を出射する可視光光源１３０と、レンズ１４０と、ミラー１５０と、画像表示素子１６０と、投影レンズ１７０とからなる。可視光光源１３０は、紫外光光源１３２と、カラーホイール１１０とからなり、レンズ１４０や画像表示素子１６０などの各部品側に可視光線を照射する光源である。
【００２３】
紫外光光源１３２は、紫外光光源１３２に対向配置されたカラーホイール１１０側に紫外線を照射する光源である。紫外光光源１３２としては、例えば、半導体レーザー、ＳＨＧ(second harmonic generation)レーザー、ガスレーザー等のレーザーや、紫外ＬＥＤ(light-emitting
diode)、近紫外ＬＥＤ等の発光ダイオードや、高圧水銀ランプなどを適用することができる。
【００２４】
カラーホイール１１０は、例えば図３に示すように円板状の部材であり、円の中心を軸として、図示しない駆動装置によって回転され、紫外光光源１３２から紫外線の照射を受けて可視光線を出射する。カラーホイール１１０は、図２及び図３に示すように、例えば、蛍光体層１１２と、紫外線反射層１１４と、透明基板１１６と、軸部１１８とからなる。カラーホイール１１０の構成の詳細については、後述する。
【００２５】
レンズ１４０は、可視光光源１３０に対向配置され、可視光光源１３０から照射された可視光線を透過して、ミラー１５０や画像表示素子１６０側に可視光線を導く。ミラー１５０は、例えば板状の部材であり、可視光光源１３０からレンズ１４０を介して照射された可視光線を、画像表示素子１６０に反射させる。
【００２６】
画像表示素子１６０は、可視光光源１３０から出射された可視光線を、投影レンズ１７０側に反射するように配置される。画像表示素子１６０は、可視光光源１３０から照射された可視光線を、画像表示素子１６０に入力された画像信号に応じて、画像表示する。画像表示素子１６０としては、例えば、ＤＭＤ(digital micromirror device)、ＬＣＯＳ(liquid crystal on silicon)等を適用することができる。
【００２７】
投影レンズ１７０は、画像表示素子１６０で反射した光を画像としてスクリーン（図示せず。）上に投射する。投影レンズ１７０は、スクリーンに投射された画像を鮮明にするため、ズームやピントを調整することができる。
【００２８】
次に、本実施形態に係るカラーホイールについて説明する。図４は、本実施形態に係る紫外線反射膜と透明基板を示す側面図である。また、図５は、本実施形態に係る紫外線反射層での光の反射率を示す説明図である。
【００２９】
蛍光体層１１２は、図２に示すように、カラーホイール１１０が紫外光光源１３２に対向配置された場合に、紫外光光源１３２側の面に位置する。そして、蛍光体層１１２は、紫外光光源１３２から一面側に照射された紫外線を、可視光線に変換し、可視光線を他面側から出射する。また、蛍光体層１１２は、図３に示すように、赤色蛍光体１１２Ｒ、緑色蛍光体１１２Ｇ、青色蛍光体１１２Ｂの３つの蛍光体から構成され、赤色蛍光体１１２Ｒ、緑色蛍光体１１２Ｇ、青色蛍光体１１２Ｂのそれぞれが互いに隣接して配置される。
【００３０】
赤色蛍光体１１２Ｒは、紫外線を赤色の可視光線に変換し、緑色蛍光体１１２Ｇは、紫外線を緑色の可視光線に変換し、青色蛍光体１１２Ｂは、紫外線を青色の可視光線に変換する。赤色蛍光体１１２Ｒとしては、例えば、(Y,Gd)BO3:Eu、Y(P,V)O4:Eu、又はY2O2S:Euなどの蛍光体を適用することができる。緑色蛍光体１１２Ｇとしては、例えば、Zn2SiO4:Mn、(Y,Gd)BO3:Tb、(Ba,Sr,Mg)O・aAl2O3:Mn、ZnO:Zn、又はZnS:Cu,Au,Alなどの蛍光体を適用することができる。青色蛍光体１１２Ｂとしては、例えば、BaMgAl10O17:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、又はZnS:Agなどの蛍光体を適用することができる。
【００３１】
次に、紫外線反射層１１４は、図２に示すように、カラーホイール１１０が紫外光光源１３２に対向配置された場合に、蛍光体層１１２に対して紫外光光源１３２と反対側の面に位置し、蛍光体層１１２に密着して形成される。紫外線反射層１１４は、紫外線を反射し、蛍光体層１１２で変換された可視光線を透過する。蛍光体層１１２と紫外線反射層１１４とが密着して形成されることにより、紫外線反射層１１４で反射した紫外線は、拡散することなく、再び蛍光体層１１２に入射する。
【００３２】
また、紫外線反射層１１４は、図４に示すように、屈折率の異なる低屈折率材料薄膜１２０と高屈折率材料薄膜１２２とが交互に複数積層されて構成される。低屈折率材料薄膜１２０と高屈折率材料薄膜１２２の積層数は、５〜９層程度で紫外線を反射するための十分な反射率を得ることができる。なお、反射させる光の波長によって、積層数は変動し、それぞれ単層でも紫外線を反射する効果を得ることができる。また、低屈折率材料薄膜１２０と高屈折率材料薄膜１２２の厚さは、反射させる光の波長域の中心波長をλとしたとき、それぞれλ／４の光学厚さで形成される。なお、反射させる光の波長や、反射率、紫外線反射層１１４の生産性によって、様々な厚さを採用することができ、積層させる全ての層をλ／４の光学厚さとしなくてもよい。
【００３３】
また、低屈折率材料薄膜１２０と高屈折率材料薄膜１２２の材料は、可視光線、紫外光線の透過率が高い材質を使用することができる。低屈折率材料薄膜１２０としては、例えば、LiF、SiO2、MgF2、又はNa3AlF6などを適用することができる。また、高屈折率材料薄膜１２２としては、例えば、Al2O3、HfO2、MgO、Nb2O5、Sb2O3、Ta2O5、又はZrO2などを適用することができる。そして、紫外線反射層１１４は、これらの材料を適宜組み合わせることで形成される。例えば、低屈折率材料薄膜１２０にSiO2を採用し、高屈折率材料薄膜１２２にTa2O5を採用する組み合わせが挙げられる。なお、高屈折率材料薄膜１２２は、紫外線による損傷を受けない材料を採用するほうがよい。従って、高屈折率材料として一般的に使用されるTiO2やZnSは、本実施形態に係る高屈折率材料薄膜１２２として採用しないことが望ましい。
【００３４】
上述した構成により、カラーホイール１１０の紫外線反射層１１４は、図５に示すように、紫外線の領域では反射率が高く、可視光線の領域では反射率が低くなる。その結果、紫外線反射層１１４では、紫外線が反射され、可視光線が反射されず、可視光線は、紫外光光源１３２の反対側に透過する。
【００３５】
透明基板１１６は、図２に示すように、平面状の部材であり、カラーホイール１１０が紫外光光源１３２に対向配置された場合に、紫外線反射層１１４に対して紫外光光源１３２と反対側の面に位置し、紫外線反射層１１４に密着して形成される。透明基板１１６は、カラーホイール１１０全体の形状を保持し、蛍光体層１１２で変換された可視光を透過させる。
【００３６】
軸部１１８は、カラーホイール１１０の両面で円の中心部に形成され、カラーホイール１１０を支持する突起が形成される。カラーホイール１１０は、軸部１１８で支持されることにより、カラーホイール１１０の円の中心を軸として回転可能となる。
【００３７】
次に、本発明の第１の実施形態に係る反射型の投射型画像表示装置の動作について説明する。まず、可視光光源１３０の動作について説明する。初めに、紫外光光源１３２が、紫外線をカラーホイール１１０側に照射する。紫外線は、カラーホイール１１０の蛍光体層１１２に入射し、入射した紫外線の一部が蛍光体層１１２で可視光線に変換される。このとき、カラーホイール１１０は、軸部１１８に支持されて、図示しない駆動装置によって、円の中心を軸として回転しており、紫外線は、例えば、赤色蛍光体１１２Ｒ→緑色蛍光体１１２Ｇ→青色蛍光体１１２Ｂ→赤色蛍光体１１２Ｒのように、順次、各蛍光体を照射する。その結果、蛍光体層１１２からは、赤色、緑色、青色の各可視光線が時分割されて紫外線反射層１１４側に出射される。
【００３８】
また、蛍光体層１１２では、可視光線に変換されない紫外線が、紫外線反射層１１４側に透過する。蛍光体層１１２を透過した紫外線は、紫外線反射層１１４で蛍光体層１１２側に反射される。その後、紫外線反射層１１４で反射した紫外線が蛍光体層１１２に入射し、蛍光体層１１２で可視光線に変換される。そして、上記と同様に、蛍光体層１１２からは、赤色、緑色、青色の各可視光線が時分割されて、紫外線反射層１１４側に出射される。
【００３９】
次に、紫外線反射層１１４が、蛍光体層１１２で変換された可視光線を透明基板１１６側に透過する。そして、可視光光源１３０が、可視光線をミラー１５０や画像表示素子１６０側に出射する。可視光光源１３０で紫外線から変換された可視光線を用いて、反射型の投射型画像表示装置１００は、以下に説明するように、可視光線を画像表示素子１６０に経由させて、画像を外部に投射する。
【００４０】
即ち、可視光光源１３０から出射された可視光光線は、レンズ１４０を透過し、ミラー１５０で反射されて、画像表示素子１６０に入射される。そして、画像表示素子１６０が、可視光線を反射することによって、画像表示素子１６０に入力された画像信号に応じて画像を表示する。次に、投影レンズ１７０が、画像表示素子１６０で反射した光を外部のスクリーンに投射して、スクリーン上に画像を表示する。
【００４１】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。図６は、本実施形態に係る蛍光体層と紫外線及び可視光線の入出射を示す説明図である。本実施形態によれば、図６に示すように、紫外光光源１３２から入射された紫外線は、一部が蛍光体層１１２を透過するが、透過した紫外線は紫外線反射層１１４で反射される。そのため、カラーホイール１１０を透過する紫外線が減少する。従って、紫外線が画像表示素子１６０に到達しないため、紫外線による画像表示素子１６０の寿命低下や画質劣化がなくなる。また、カラーホイール１１０以降に配置されたレンズ１４０、ミラー１５０、投影レンズ１７０などの光学部材に紫外線が到達しないため、紫外線によるこれらの光学部材の劣化がなくなる。
【００４２】
更に、本実施形態によれば、紫外線が紫外線反射層１１４で反射し、再び蛍光体層１１２に入射する。そのため、紫外光光源１３２から照射された紫外線のうち、蛍光体層１１２で可視光線に変換される紫外線が増加し、カラーホイール１１０での紫外線から可視光線への変換効率が向上する。また、紫外線が紫外線反射層１１４で反射し、再び蛍光体層１１２に入射するため、紫外線が蛍光体層を一度しか入射しない従来技術に比べて、蛍光体層１１２の厚さを薄くしても、紫外線を効率良く可視光線に変換することができる。そして、蛍光体層１１２を薄くすることができる結果、可視光線が蛍光体層１１２を透過する距離、即ち可視光線が蛍光体層１１２で減衰される距離が短くなる。そのため、本実施形態では、カラーホイール１１０から出射される可視光線の出射量を増加させることができる。また、蛍光体層１１２を薄くすることができるので、蛍光体層１１２の製造コストを低下させることができる。
【００４３】
次に、本実施形態に係るカラーホイール１１０での紫外線から可視光線への変換効率について具体的に説明する。例えば、蛍光体層１１２の紫外線の透過率が10％、蛍光体層１１２の可視光線の透過率が70％であり、紫外線反射層１１４の紫外線の反射率が100％であるとき、上述したカラーホイール１１０での紫外線から可視光線への変換効率は、11.4％向上する。また、例えば、蛍光体層１１２の紫外線の透過率が20％、蛍光体層１１２の可視光線の透過率が90％であり、紫外線反射層１１４の紫外線の反射率が95％であるとき、上述したカラーホイール１１０での紫外線から可視光線への変換効率は、19.5％向上する。このように、カラーホイール１１０が、紫外線反射率の高い紫外線反射層１１４を備えることにより、蛍光体層１１２で紫外線が透過したとしても、紫外線は紫外線反射層１１４で反射し、再び蛍光体層１１２に入射するため、カラーホイール１１０での紫外線から可視光線への変換効率が向上することが分かる。
【００４４】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る投射型画像表示装置について説明する。図７は、本実施形態に係る投射型画像表示装置を示す構成図である。図８は、本実施形態に係る赤外線反射層での光の反射率を示す説明図である。
【００４５】
上述した本実施形態では、不可視光線の光源は、紫外線としたが、第２の実施形態では、図７に示すように、不可視光線の光源は、赤外線を照射する赤外線光源２３２とし、カラーホイール２１０の不可視光線反射層は、赤外線を反射する赤外線反射層２１４とし、蛍光体層は、赤外線を可視光に変換する蛍光体層２１２を適用する。なお、本実施形態に係る投射型画像表示装置のその他の各構成要素は、第１の実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００４６】
まず、本実施形態に係る可視光光源２３０の構成について説明する。可視光光源２３０は、赤外光光源２３２と、カラーホイール２１０とからなり、レンズ１４０や画像表示素子１６０などの各部品側に可視光線を照射する光源である。赤外光光源２３２は、カラーホイール２１０に赤外線を照射する方向に配置される。
【００４７】
赤外光光源２３２は、赤外光光源２３２に対向配置されたカラーホイール２１０側に赤外線を照射する光源である。赤外光光源２３２としては、例えば、半導体レーザー、ガスレーザー等のレーザーや、発光ダイオード（LED: light-emitting diode）や、ハロゲンランプなどを適用することができる。
【００４８】
カラーホイール２１０は、図３に示す第１の実施形態と同様に、例えば円板状の部材であり、図示しない駆動装置によって、円の中心を軸として回転し、赤外光光源２３２から赤外線の照射を受けて可視光線を出射する。カラーホイール２１０は、図７に示すように、例えば、蛍光体層２１２と、赤外線反射層２１４と、透明基板１１６と、軸部１１８とからなる。
【００４９】
次に、本実施形態に係るカラーホイールについて説明する。蛍光体層２１２は、図７に示すように、カラーホイール２１０が赤外光光源２３２に対向配置された場合に、赤外光光源２３２側の面に位置する。そして、蛍光体層２１２は、赤外光光源２３２から一面側に照射された赤外線を、可視光線に変換し、可視光線を他面側から出射する。また、蛍光体層２１２は、図３に示す第１の実施形態と同様に、赤色蛍光体（図示せず。）、緑色蛍光体（図示せず。）、青色蛍光体（図示せず。）の３つの蛍光体から構成され、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体のそれぞれが互いに隣接して配置される。
【００５０】
赤色蛍光体は、赤外線を赤色の可視光線に変換し、緑色蛍光体は、赤外線を緑色の可視光線に変換し、青色蛍光体は、赤外線を青色の可視光線に変換する。各蛍光体は、アップコンバージョン蛍光体を適用することができ、例えば、希土類イオン含有透明結晶化ガラスである。赤色蛍光体としては、例えば、Yb3+,Eu3+,Tm3+をドープした希土類イオン含有透明結晶化ガラスを適用することができる。緑色蛍光体としては、例えば、Eu3+をドープした希土類イオン含有透明結晶化ガラスを適用することができる。青色蛍光体としては、例えば、Yb3+,Tm3+をドープした希土類イオン含有透明結晶化ガラスを適用することができる。
【００５１】
赤外線反射層２１４は、図７に示すように、カラーホイール２１０が赤外光光源２３２に対向配置された場合に、蛍光体層２１２に対して赤外光光源２３２と反対側の面に位置し、蛍光体層２１２に密着して形成される。赤外線反射層２１４は、赤外線を反射し、蛍光体層２１２で変換された可視光線を透過する。また、赤外線反射層２１４は、図４に示す第１の実施形態と同様に、屈折率の異なる低屈折率材料薄膜（図示せず。）と高屈折率材料薄膜（図示せず。）とが交互に複数積層されて構成される。なお、赤外線反射層２１４の構成は、第１の実施形態に係る紫外線反射層１１４と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５２】
また、低屈折率材料薄膜と高屈折率材料薄膜の材料は、可視光線、赤外光線の透過率が高い材質を使用することができる。低屈折率材料薄膜としては、例えば、LiF、SiO2、MgF2、又はNa3AlF6などを適用することができる。また、高屈折率材料薄膜としては、例えば、Al2O3、HfO2、MgO、Nb2O5、Sb2O3、Ta2O5、又はZrO2などを適用することができる。また、本実施形態では、紫外線が照射されないため、高屈折率材料薄膜は、紫外線による損傷を受けやすく、第１の実施形態では採用しにくいTiO2やZnSも適用することができる。そして、赤外線反射層２１４は、上記の材料を適宜組み合わせることで形成される。例えば、低屈折率材料薄膜にSiO2を採用し、高屈折率材料薄膜にTa2O5を採用する組み合わせが挙げられる。
【００５３】
上述した構成により、カラーホイール２１０の赤外線反射層２１４は、図８に示すように、赤外線の領域では反射率が高く、可視光線の領域では反射率が低くなる。その結果、赤外線反射層２１４では、赤外線が反射され、可視光線が反射されず、可視光線は、赤外光光源２３２の反対側に透過する。
【００５４】
次に、本発明の第２の実施形態に係る反射型の投射型画像表示装置の動作について説明する。本実施形態は、可視光光源２３０が第１の実施形態の可視光光源１３０と異なるため、可視光光源２３０の動作についてのみ説明し、可視光光源２３０から照射された可視光が、外部のスクリーンに画像を投射する過程については省略する。
【００５５】
まず、赤外光光源２３２が、赤外線をカラーホイール２１０側に照射する。赤外線は、カラーホイール２１０の蛍光体層２１２に入射し、入射した赤外線の一部が蛍光体層２１２で可視光線に変換される。このとき、カラーホイール２１０は、軸部１１８に支持されて、図示しない駆動装置によって、円の中心を軸として回転しており、赤外光は、例えば、赤色蛍光体→緑色蛍光体→青色蛍光体→赤色蛍光体のように、順次、各蛍光体を照射する。その結果、蛍光体層２１２からは、赤色、緑色、青色の各可視光線が時分割されて赤外線反射層２１４側に出射される。
【００５６】
また、蛍光体層２１２では、可視光線に変換されない赤外線の残りが、赤外線反射層２１４側に透過する。赤外線反射層２１４が、蛍光体層２１２を透過した赤外線を蛍光体層２１２側に反射する。その後、赤外線反射層２１４で反射した赤外線が蛍光体層２１２に入射し、蛍光体層２１２で可視光線に変換される。そして、上記と同様に、蛍光体層２１２からは、赤色、緑色、青色の各可視光線が時分割されて、赤外線反射層２１４側に出射される。
【００５７】
本実施形態によれば、赤外光光源２３２から入射された赤外線は、一部が蛍光体層２１２を透過するが、透過した赤外線は赤外線反射層２１４で反射される。そのため、カラーホイール２１０を透過する赤外線が減少する。また、赤外光光源２３２から照射された赤外線のうち、蛍光体層２１２で可視光線に変換される赤外線が増加し、カラーホイール２１０での赤外線から可視光線への変換効率が向上する。更に、赤外線が赤外線反射層２１４で反射し、再び蛍光体層２１２に入射するため、赤外線が蛍光体層を一度しか入射しない従来技術に比べて、蛍光体層２１２の厚さを薄くしても、赤外線を効率良く可視光線に変換することができる。そして、蛍光体層２１２を薄くすることができる結果、可視光線が蛍光体層２１２を透過する距離、即ち可視光線が蛍光体層２１２で減衰される距離が短くなる。そのため、本実施形態では、カラーホイール２１０から出射される可視光線の出射量を増加させることができる。また、蛍光体層２１２を薄くすることができるので、蛍光体層２１２の製造コストを低下させることができる。
【００５８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５９】
例えば、上記実施形態では、投射型画像表示装置１００、２００は、ミラー１５０を備える構成としたが、本発明はかかる例に限定されず、ミラー１５０を備えなくてもよい。このとき、可視光光源１３０、２３０から出射された可視光線は、ミラーを介さずに画像表示素子１６０に照射される。その後、可視光線が画像表示素子１６０で反射されて、画像がスクリーン上に投射される。
【００６０】
また、上記実施形態では、蛍光体層１１２は、図２に示すように赤色蛍光体１１２Ｒと、緑色蛍光体１１２Ｇと、青色蛍光体１１２Ｂとの３つの領域からなる構成としたが、本発明は、かかる例に限定されない。例えば、蛍光体層は、更に白色蛍光体を備えて、４つの領域からなるとしてもよい。また、赤色蛍光体と、緑色蛍光体と、青色蛍光体がそれぞれ２つずつの領域を有し、合計６つの領域からなるとしてもよい。なお、この変更例は、第２の実施形態に係る蛍光体層２１２についても適用することができる。
【００６１】
また、上記実施形態では、透明基板１１６は、図２及び図３では、紫外線反射層１１４、赤外線反射層２１４に密着して形成される構成としたが、本発明は、かかる例に限定されない。例えば、透明基板は、蛍光体層に密着して形成されてもよく、カラーホイールが不可視光線の光源に対向配置された場合に、蛍光体層に対して、光源側の面に位置してもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、不可視光線の光源は、紫外光光源１３２、赤外光光源２３２のいずれか一方を適用する場合について説明したが、不可視光線の光源は、紫外光光源１３２と赤外光光源２３２とからなる光源、又は紫外線と赤外線の両方を照射する光源としてもよい。このときのカラーホイールの蛍光体層は、紫外線と赤外線の両方を可視光線に変換し、不可視光線反射層は、紫外線と赤外線の両方を反射する。
【００６３】
また、上記実施形態では、カラーホイール１１０は、図２及び図３に示すように、例えば、蛍光体層１１２と、紫外線反射層１１４と、透明基板１１６と、軸部１１８とからなるとしたが、図９（ａ）に示すように、更に、可視光線反射層１１５が、蛍光体層１１２に接し、紫外光光源１３２に対向配置された場合に、紫外光光源１３２に面するように設けられてもよい。なお、図９は、本発明の第１の実施形態に係るカラーホイールの変更例を示す側面図である。また、図１０Ａ、図１０Ｂは、本実施形態に係る可視光線反射層での光の反射率を示す説明図である。可視光線反射層１１５は、図１０Ａ（ａ）に示すように、紫外線の領域では、反射率が低く、可視光線及び赤外線の領域では、反射率が高い。従って、可視光線反射層１１５では、紫外線が反射されずに透過され、可視光線及び赤外線が反射される。その結果、紫外光光源１３２に対応した、本変更例に係るカラーホイール１１０では、蛍光体層１１２で変換された可視光線は、紫外光光源１３２側に出射されても、可視光線反射層１１５で反射される。即ち、可視光線が紫外光光源１３２側に戻るのを防止し、紫外光光源１３２と反対の面から出射される量が増加するため、本変更例に係るカラーホイール１１０の可視光線の取り出し効率が上昇する。
【００６４】
上記のカラーホイールの変更例は、可視光線反射層１１５が、蛍光体層１１２に接する構成としたが、これに限定されない。即ち、図９（ｂ）に示すように、透明基板１１７上に可視光線反射層１１５が形成されたものと、透明基板１１６上に紫外線反射層１１４と蛍光体層１１２が形成されたものとを、接着層１１９を介して密着させる構成としてもよい。かかる構成により、製造工程上、透明基板１１６側と透明基板１１７側とを並行して別に製造することができる。
【００６５】
更に、上記のカラーホイールの変更例は、赤外光光源２３２に対応した蛍光体層２１２と、赤外線反射層２１４と、透明基板１１６と、軸部１１８と、可視光線反射層とからなるカラーホイール２１０とすることもできる。赤外光光源２３２に対応した可視光線反射層は、上記の可視光線反射層１１５の構成と同様に、蛍光体層２１２に接し、赤外光光源２３２に対向配置された場合に、赤外光光源２３２に面するように設けられる。このとき、可視光線反射層は、図１０Ａ（ｂ）に示すように、赤外線の領域では、反射率が低く、可視光線及び紫外線の領域では、反射率が高い。従って、赤外光光源２３２に対応した、本変更例に係るカラーホイールでも、可視光線が赤外光光源２３２側に戻るのを防止し、赤外光光源２３２と反対の面から出射される量が増加するため、本変更例に係るカラーホイールの可視光線の取り出し効率が上昇する。同様に、不可視光線の光源が、紫外線と赤外線の両方を照射する光源である場合のカラーホイールについても適用することができる。このときの可視光線反射層は、図１０Ｂ（ｃ）に示すように、紫外線及び赤外線の領域では、反射率が低く、可視光線の領域では、反射率が高い。
【００６６】
また、上記実施形態では、反射型の画像表示素子１６０を用いた投射型画像表示装置１００、２００について説明したが、本発明は、かかる例に限定されず、例えば、図１１に示すように、透過型の画像表示素子３６０を用いた投射型画像表示装置に適用することができる。図１１は、本発明の第１の実施形態に係る投射型画像表示装置の変更例を示す構成図である。本変更例の透過型の投射型画像表示装置３００は、上記実施形態に係る画像表示素子１６０を用いず、図１１に示すように画像表示素子３６０を用いる。画像表示素子３６０は、可視光光源１３０から出射した可視光を透過し、画像表示素子３６０に入力された画像信号に応じて、画像表示する。そして、画像表示素子３６０によって画像表示された光を、投影レンズ１７０を介して、外部のスクリーンに画像表示する。画像表示素子３６０としては、例えば、ＨＴＰＳ−ＬＣＤ(high temperature poly-silicon LCD)などの透過型液晶を適用することができる。なお、本変更例は、図１１に示すカラーホイール１１０、紫外光光源１３２、可視光光源１３０を、それぞれ本発明の第２の実施形態に係るカラーホイール２１０、赤外光光源２３２、可視光光源２３０を適用した透過型の投射型画像表示装置とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】従来の蛍光体層と紫外線及び可視光線の入出射を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る投射型画像表示装置を示す構成図である。
【図３】同実施形態に係るカラーホイールを示す正面図及び側面図である。
【図４】同実施形態に係る紫外線反射膜と透明基板を示す側面図である。
【図５】同実施形態に係る紫外線反射層での光の反射率を示す説明図である。
【図６】同実施形態に係る蛍光体層と紫外線及び可視光線の入出射を示す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る反射型の投射型画像表示装置を示す構成図である。
【図８】同実施形態に係る赤外線反射層での光の反射率を示す説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るカラーホイールの変更例を示す側面図である。
【図１０Ａ】同実施形態に係る可視光線反射層での光の反射率を示す説明図である。
【図１０Ｂ】同実施形態に係る可視光線反射層での光の反射率を示す説明図である。
【図１１】同実施形態に係る投射型画像表示装置の変更例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
１００、２００、３００      投射型画像表示装置
１１０、２１０      カラーホイール
１１２、２１２      蛍光体層
１１２Ｒ      赤色蛍光体
１１２Ｇ      緑色蛍光体
１１２Ｂ      青色蛍光体
１１４      紫外線反射層
１１６      透明基板
１１８      軸部
１２０      低屈折率材料薄膜
１２２      高屈折率材料薄膜
１３０、２３０      可視光光源
１３２      紫外光光源
１４０      レンズ
１５０      ミラー
１６０、３６０      画像表示素子
１７０      投影レンズ
２１４      赤外線反射層
２３２      赤外光光源
【図１】
2008052070.tif 000003
【図２】
2008052070.tif 000004
【図３】
2008052070.tif 000005
【図４】
2008052070.tif 000006
【図５】
2008052070.tif 000007
【図６】
2008052070.tif 000008
【図７】
2008052070.tif 000009
【図８】
2008052070.tif 000010
【図９】
2008052070.tif 000011
【図１０Ａ】
2008052070.tif 000012
【図１０Ｂ】
2008052070.tif 000013
【図１１】
2008052070.tif 000014