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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2019年5月23日
【発行日】2020年12月24日
(54)【発明の名称】光源装置、および投影装置
(51)【国際特許分類】
   G03B 21/14 20060101AFI20201127BHJP
   G03B 21/00 20060101ALI20201127BHJP
   H04N 5/74 20060101ALI20201127BHJP
   F21S 2/00 20160101ALI20201127BHJP
   F21V 29/502 20150101ALI20201127BHJP
   F21V 29/54 20150101ALI20201127BHJP
   F21V 29/60 20150101ALI20201127BHJP
   F21V 7/26 20180101ALI20201127BHJP
   F21V 7/28 20180101ALI20201127BHJP
   F21V 9/38 20180101ALI20201127BHJP
   G02B 5/20 20060101ALI20201127BHJP
   F21Y 115/30 20160101ALN20201127BHJP
【FI】
   G03B21/14 A
   G03B21/00 D
   H04N5/74 Z
   F21S2/00 311
   F21V29/502 100
   F21V29/54
   F21V29/60
   F21V7/26
   F21V7/28 250
   F21V9/38
   G02B5/20
   F21Y115:30
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】20
【出願番号】特願2019-554191(P2019-554191)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2018年11月9日
(31)【優先権主張番号】特願2017-222645(P2017-222645)
(32)【優先日】2017年11月20日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】000005049
【氏名又は名称】シャープ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147304
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 知哉
(72)【発明者】
【氏名】由井 英臣
(72)【発明者】
【氏名】青森 繁
(72)【発明者】
【氏名】松清 秀次
【テーマコード(参考)】
2H148
2K203
5C058
【Fターム(参考)】
2H148AA07
2H148AA11
2H148AA18
2H148AA19
2H148AA26
2K203FA07
2K203FA32
2K203FA44
2K203GA08
2K203HA30
2K203LA02
2K203LA13
2K203LA22
2K203LA25
2K203LA29
2K203LA39
2K203MA04
2K203MA12
5C058AB03
5C058BA29
5C058EA26
5C058EA52
(57)【要約】
蛍光ホイール(100)周囲の温度を下げ、蛍光ホイール(100)から空気への熱伝導が効率的に行なわれる光源装置(200)を提供する。励起光または前記励起光による発光を放出する光源装置(200)であって、前記励起光を照射する励起光源(210)と、前記励起光を受けて所定の波長領域光を発光する蛍光体を円周方向に備えた蛍光ホイール(100)と、前記蛍光ホイール(100)を回転させる駆動装置(220)と、前記励起光源(210)および前記蛍光ホイール(100)の周囲に配置され、前記励起光および前記発光を遮蔽する遮蔽部材(240)と、を備え、前記遮蔽部材(240)の一部に外気を取り込む開孔部(250)が設けられている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
励起光または前記励起光による発光を放出する光源装置であって、
前記励起光を照射する励起光源と、
前記励起光を受けて所定の波長領域光を発光する蛍光体を円周方向に備えた蛍光ホイールと、
前記蛍光ホイールを回転させる駆動装置と、
前記励起光源および前記蛍光ホイールの周囲に配置され、前記励起光および前記発光を遮蔽する遮蔽部材と、を備え、
前記遮蔽部材の一部に外気を取り込む開孔部が設けられている光源装置。
【請求項2】
前記開孔部に少なくとも2本の冷却管を備え、
前記冷却管により吸気および排気を行なう請求項1記載の光源装置。
【請求項3】
励起光または前記励起光による発光を放出する光源装置であって、
前記励起光を照射する励起光源と、
前記励起光を受けて所定の波長領域光を発光する蛍光体を円周方向に備えた蛍光ホイールと、
前記蛍光ホイールを回転させる駆動装置と、
前記励起光源および前記蛍光ホイールの周囲に配置され、一部に開孔部が設けられた、前記励起光および前記発光を遮蔽する遮蔽部材と、
前記遮蔽部材の開孔部に前記遮蔽部材の内部の気体を循環可能に接続された冷却管と、
前記冷却管の外側の一部に接触する電子冷却器と、を備える光源装置。
【請求項4】
少なくとも1本の前記冷却管は、前記開孔部近傍の前記冷却管の中心軸の延長線上に前記蛍光ホイールの励起光照射位置があるように配置されている請求項2または請求項3記載の光源装置。
【請求項5】
前記冷却管は、前記冷却管の一端から内部を通り他端を結ぶ直線状の光路がないように屈折または屈曲している請求項2記載の光源装置。
【請求項6】
少なくとも1本の吸気を行なう前記冷却管に、電子冷却器が設けられている請求項2記載の光源装置。
【請求項7】
前記蛍光ホイールは、円周方向に配置された複数のセグメント領域を有し、前記セグメント領域のそれぞれからは、同一の励起光を受けたとき異なる光を取り出せる請求項1から請求項6のいずれかに記載の光源装置。
【請求項8】
請求項1から請求項7のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置から放出された光を導光する導光光学系と、
前記導光光学系により導かれた光を用いて表示を行なう表示素子と、
前記表示を外部へ投射する投影光学系と、
前記光源装置、前記表示素子および前記各光学系を制御する制御部と、を備える投影装置。
【請求項9】
請求項7記載の光源装置と、
前記光源装置から放出された光を導光する導光光学系と、
前記導光光学系により導かれた光を用いて表示を行なう表示素子と、
前記表示を外部へ投射する投影光学系と、
前記光源装置、前記表示素子および前記各光学系を制御する制御部と、
前記蛍光ホイールの回転位置を取得するセンサと、
前記励起光源の出力を制御する出力制御部と、を備え、
前記出力制御部は、出力する投影像の色や明るさの階調と、前記センサにより取得した前記蛍光ホイールの位置情報に従い、前記励起光源の出力を制御する投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源装置、および投影装置に関する。
本願は、2017年11月20日に、日本に出願された特願2017−222645に優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【0002】
プロジェクタなどの投影装置で表示させた像は外光の影響を受けやすく、良質な表示を得るためには高照度が必要となる。高照度で投影するために、光源の光量を大きくする必要があり、レーザー光などの高エネルギー密度励起光と蛍光体とを組み合わせた光源が使用され始めている。
【0003】
しかしながら、光学装置や投影装置でレーザー光などの高エネルギー密度励起光を用いて蛍光体を発光させるだけでは、所望の蛍光発光強度(明るさ)を得ることができないことがある。これは、蛍光体の温度が高くなると温度消光と呼ばれる現象が生じるためであり、蛍光体に高密度励起光が照射されたときのほうが、低密度励起光が照射されたときよりも温度が高くなりやすいためである。
【0004】
特許文献1では、円盤状の基板と、その基板の一方の面に円周方向に配設された蛍光体と、を有する蛍光体ホイールと、蛍光体ホイールを回転駆動するモータと、蛍光体ホイールと一体で回転するように基板の他方の面に固定され、モータの回転軸から蛍光体ホイールの径方向に伸びている複数の羽根と、を備える蛍光体ホイール装置の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2016−66061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記載の技術は、羽根の周囲の空気を回転している羽根で拡散させることで排熱し、蛍光体の温度上昇を抑制している。しかしながら、特許文献1記載の技術では、蛍光体ホイールの励起光源として高密度励起光を使用したときや長時間稼働させたときに、羽根を含めた蛍光体ホイール周囲全体の温度が高くなると、効率的に排熱することができない。
【0007】
本発明の一実施形態は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高密度励起光を使用したときや長時間稼働させたときでも安定した高強度の発光を得ることができる光源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】
【0008】
上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態は、以下のような手段を講じた。即ち、本発明の一実施形態の光源装置は、励起光または前記励起光による発光を放出する光源装置であって、前記励起光を照射する励起光源と、前記励起光を受けて所定の波長領域光を発光する蛍光体を円周方向に備えた蛍光ホイールと、前記蛍光ホイールを回転させる駆動装置と、前記励起光源および前記蛍光ホイールの周囲に配置され、前記励起光および前記発光を遮蔽する遮蔽部材と、を備え、前記遮蔽部材の一部に外気を取り込む開孔部が設けられている。
【発明の効果】
【0009】
本発明の一実施形態によれば、蛍光ホイール周囲の温度を下げることで、効率的に蛍光ホイールから空気への熱伝導が行なわれるので、高密度励起光を使用したときや長時間稼働させたときでも安定した高強度の発光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】第1の実施形態に係る光源装置の概念図である。
図2】第1の実施形態に係る光源装置に用いられる蛍光ホイールを駆動装置の回転シャフトに固定した状態の断面を示す模式図である。
図3】第1の実施形態に係る光源装置に用いられる蛍光ホイールの一例を表す模式図である。
図4】第1の実施形態に係る光源装置に用いられる蛍光ホイールの変形例を表す模式図である。
図5】第1の実施形態に係る光源装置に用いられる蛍光ホイールの蛍光体層部分の断面を拡大した模式図である。
図6】蛍光体(YAG:Ce)の外部量子効率の温度依存性の例を示すグラフである。
図7】第2の実施形態に係る光源装置の概念図である。
図8】(a)〜(c)いずれも冷却管と励起光照射位置の好ましい位置関係を示す模式図である。
図9】ペルチェ素子の原理図である。
図10】第3の実施形態に係る光源装置の概念図である。
図11】第4の実施形態に係る投影装置を表す概念図である。
図12】第5の実施形態に係る投影装置を表す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明者らは、通常密閉されている状態で使用される光源装置の蛍光ホイールの周囲に配置される遮蔽部材に開孔部を設けることで、蛍光ホイール周囲の温度を下げ、効率的に蛍光ホイールから空気への熱伝導が行なわれることを見出し、本発明に至った。
【0012】
これにより、本発明者らは、高密度励起光を使用したときや長時間稼働させたときでも安定した高強度の発光を得ることを可能とした。以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【0013】
[第1の実施形態]
[光源装置の構成]
図1は、本実施形態に係る光源装置200を表す概念図である。本実施形態に係る光源装置200は、励起光源210、蛍光ホイール100、駆動装置220、および遮蔽部材240を備える。図1には、上記以外にレンズおよびミラーを備えているが、これは光源装置200の設計に応じて備えなくてもよい。また、レンズおよびミラーは、投影装置300の導光光学系310(後述)と一体となっていてもよい。なお、図1は概念図であるため、図1に示す遮蔽部材240は一部分であり、その形状も正確なものではない。
【0014】
励起光源210は、所定の波長帯域光(励起光)を蛍光ホイール100に照射する。励起光源210が照射する励起光の波長帯域は、光源装置200の設計に応じて様々な範囲を用いることができる。例えば、YAG:Ce、LuAG:Ce等の蛍光体を励起する励起光源としては、青色光源を用いることができ、青色レーザダイオード(LD)であることが好ましい。
【0015】
蛍光ホイール100は、励起光源210から照射された励起光を吸収して、所定の波長帯域光を放射し、または励起光をそのまま射出する。図1は、反射型で単一色を取り出す構成の蛍光ホイール100を用いた光源装置200を表しているが、蛍光ホイール100は、透過型であってもよいし、複数色を取り出す蛍光ホイール100で、励起光を透過部で取り出し、所定の波長帯域光の発光(蛍光)を、蛍光体層を備えた反射部で取り出す構成であってもよい。蛍光ホイール100の詳細は、後述する。
【0016】
駆動装置(ホイールモータ)220は、電気信号により制御され、駆動装置220の回転シャフト225を通じて蛍光ホイール100を回転移動(回転および停止)させる。これにより、蛍光ホイール100の蛍光体層130の励起光に照射される位置が変化し、蛍光体層130が過度に加熱されることを防ぎ、蛍光体の温度消光を抑制できる。また、同じ励起光を受けたとき異なる光を放射する蛍光体層や励起光をそのまま透過または反射する透過部または反射部を備える蛍光ホイール100の場合は、異なる色を取り出すことができる。
【0017】
遮蔽部材240は、励起光源210および蛍光ホイール100の周囲に配置され、励起光および発光(蛍光)を遮蔽する。励起光や蛍光は、レンズやミラー等により方向や光強度がコントロールされるが、意図しない方向へ出射される励起光や蛍光(迷光)も発生する。このとき、迷光が、光強度がコントロールされない状態で光源装置200の外部に直接出射されることがないように遮蔽する。特に、高密度励起光、および高密度励起時の蛍光発光は光強度が強いため、人間の目に直接入射すると危険である。そのため、遮蔽する必要がある。
【0018】
遮蔽部材240は、その一部に開孔部250が設けられている。これにより、遮蔽部材240に取り囲まれた光源装置200の内部に外気を取り込むことができ、また、光源装置200の内部の空気を外部に放出することができる。その結果、蛍光ホイール100の周囲の空間の温度を下げることができ、蛍光ホイール100から空気への熱伝導が効率的に行なわれる。
【0019】
遮蔽部材240の開孔部250は、励起光または蛍光が出射されない構成とすることが好ましい。例えば、開孔部250を励起光または蛍光が出射されない位置に設けてもよいし、開孔部250に空気は通すが光は減衰させほとんど通さないフィルタを設けてもよい。また、開孔部250の形状を励起光または蛍光が出射されない構成としてもよい。また、開孔部250には外気からのゴミや埃の侵入を防ぐために、フィルタを設置することが好ましい。
【0020】
遮蔽部材240の材質は、金属など耐熱性の高いものが好ましい。例えば、アルミ材の鋳造により作製できるが、製法に関してはこれに限られない。
【0021】
[蛍光ホイールの構成]
図2は、蛍光ホイール100を駆動装置220の回転シャフト225に固定した状態の断面を示す模式図である。蛍光ホイール100は、ホイール固定具230によりを駆動装置220の回転シャフト225に固定されている。
【0022】
ホイール固定具230は、蛍光ホイール100の孔側周縁を厚み方向に挟んで固定している。回転シャフト225は、駆動装置220の駆動力により中心軸回りに回転し蛍光ホイール100を回転させる。ホイール固定具230は、金属製であることが好ましい。蛍光ホイール100を回転シャフト225に固定する方法は、どのようなものであってもよい。また、本実施形態では、図2に示すように、ホイール固定具230を用いて蛍光ホイール100を回転シャフト225に固定しているが、蛍光ホイール100を接着剤等により回転シャフト225に固定して、ホイール固定具230を用いない構成としてもよい。
【0023】
蛍光ホイール100は、ホイール基板110、および蛍光体層130を備える。ホイール基板110は、円板状に形成され、表面に蛍光体層130を有する。ホイール基板110は、これを用いる光源装置200の設計に応じて、反射型とするときは、アルミニウム、銅、鉄などの金属により形成することができる。また、このときは、ホイール基板110の表面に銀などの高反射膜がコーティングされていることが好ましい。また、ホイール基板110を励起光および蛍光の反射を考慮しない材料により形成し、励起光が照射される表面のみを反射材料で形成してもよい。
【0024】
ホイール基板110は、透過型とするときは、励起光を透過するサファイア、ガラスなどの無機材料により形成することができる。また、蛍光体が発する蛍光はあらゆる方向に放射されるため、透過型とするときは、ホイール基板110の蛍光体層130が付いていない面から励起光を入射させ、励起光を透過しつつ蛍光を反射することが好ましい。また、ホイール基板110は、反射型であっても透過型であっても、蛍光体の温度消光を抑制するため、熱伝導率が高いことが好ましい。そのため、ホイール基板110は、アルミニウム、サファイアで形成することが好ましい。また、ホイール基板110は、反射型と透過型を組み合わせたものとしてもよい。
【0025】
図3は、蛍光ホイール100の蛍光体層配置面を正面に見た模式図である。蛍光体層130は、少なくとも励起光が照射される部分(励起光スポット)に沿った円周方向に配置される。
【0026】
蛍光ホイール100は、ホイール基板110が円周方向に配置された複数のセグメント領域を有し、セグメント領域のそれぞれからは、同一の励起光を受けたとき波長の異なる光を取り出せる構成としてもよい。また、複数のセグメント領域のうちの1つ以上を、蛍光体層130が設けられておらず、励起光を透過または反射する領域としてもよい。これにより、励起光をそのまま使用することができ、例えば、青色の励起光をそのまま青色の光として取り出すことができる。また、単一の蛍光体層130のみを備える蛍光ホイール100であっても、フィルタにより複数色を取り出す構成とすることもできる。
【0027】
図4は、変形例の蛍光ホイール100の蛍光体層配置面を正面に見た模式図である。同一の励起光を受けたとき波長の異なる光を取り出せる蛍光体層130および蛍光体層140を備え、励起光を透過する透過部160が設けられている。
【0028】
図5は、蛍光ホイール100の蛍光体層130部分の断面を拡大した模式図である。蛍光体層130は、蛍光体粒子120とバインダ125とを備えており、蛍光体粒子120は、バインダ125に分散されている。蛍光体粒子120は、所定の励起光を吸収し、所定の波長帯域光を発光する。
【0029】
蛍光体は、光源装置の設計に応じてどのようなものを用いてもよい。例えば、アルミナを母材とするガーネット系材料で構成されていてもよい。ガーネット系材料としては、YAG:Ce(黄色発光蛍光体)、LuAG:Ce(緑色発光蛍光体)等を用いることができる。蛍光体は、一般式(RE1−xCeAl12で示される物質で構成され、REは希土類元素群より選ばれる少なくとも一つの元素を含んでいることが好ましい。発光中心元素Ceの希土類REに対する濃度xを、発光中心濃度という。蛍光体は、その他に、SiAlON、ZnSiO:Mn、(Y,Gd)BO:Tb、(Y,Gd)BO:Eu、YPVO:Eu等を用いることができる。なお、上記は一例であり、本発明の光源装置200の蛍光ホイール100に用いられる蛍光体は、上記の例に限られない。
【0030】
図6は、YAG:Ceの温度に対する外部量子効率を表したグラフである。図6に示されるように、一般的に、蛍光体の温度特性は、温度を低くすると外部量子効率が高くなる、つまり発光効率が高くなる。以下の式(1)は、熱放射に関する基礎式である。式(1)においてホイールの温度Tが一定の場合、周囲の温度Tが上昇すると放射熱量Qが低下する。そのため、熱が逃げにくくなる。
【0031】
【数1】
【0032】
高密度励起光、および高密度励起時の蛍光発光は光強度が強く、周囲の安全性のために通常は、密閉された空間に設置される。蛍光ホイールは回転駆動をするため、直接冷却部と接触させることが困難であり、周辺雰囲気との熱交換により冷却される。しかし、空気の熱伝導率は低く、密閉された空間内の温度が上昇すると、上記の理由により、蛍光ホイールから効果的に排熱することができない。
【0033】
本実施形態に係る光源装置は、開孔部から外気を取り入れ、また開孔部から内部の空気を放出できるので、蛍光ホイール周囲の温度を下げることができる。その結果、蛍光ホイールから空気への熱伝導が効率的に行なわれるので、蛍光体の温度低下に伴う発光効率の向上により、励起光源に高密度励起光を使用したときや光源装置を長時間稼働させたときでも安定した高強度の発光を得ることができる。
【0034】
[第2の実施形態]
[光源装置の構成]
図7は、本実施形態に係る光源装置200の概念図である。本実施形態では、第1の実施形態において、遮蔽部材240の開孔部250に少なくとも2本の冷却管260を備え、冷却管260により吸気および排気を行なう構成とした。少なくとも2本の冷却管260を備えることで、吸気と排気を別の冷却管260で行なうことができ、蛍光ホイール100の周囲に空気の流れが生じ、より効率的に蛍光ホイール100周囲の温度を下げることができる。冷却管260以外の構成は、第1の実施形態と同様である。なお、図7は、複数色を取り出すことのできる蛍光ホイール100を用いた構成とした。また、図7は概念図であるため、図7に示す遮蔽部材240は一部分であり、その形状も正確なものではない。
【0035】
少なくとも1本の冷却管260は、開孔部近傍の冷却管260の中心軸の延長線上に蛍光ホイールの励起光照射位置があるように配置されていることが好ましい。これにより、蛍光ホイール100の最も温度が高くなる励起光照射位置に空気の流れが生じるため、励起光照射位置を効率的に冷却できる。また、吸気する冷却管260および排気する冷却管260それぞれの開孔部近傍の中心軸の延長線が略一致し、その延長線上に蛍光ホイール100の励起光照射位置があるように配置されていることがさらに好ましい。図8(a)から(c)は、吸気する冷却管260および排気する冷却管260それぞれの開孔部近傍の中心軸の延長線が略一致し、その延長線上に蛍光ホイール100の励起光照射位置があるように配置されていることを示す模式図である。また、遮蔽部材240の形状により、励起光照射位置に空気の流れが生じるようにしてもよい。
【0036】
冷却管260は、冷却管260の一端から内部を通り他端を結ぶ直線状の光路がないように屈折または屈曲していることが好ましい。また、冷却管260の内壁は、励起光および蛍光発光を吸収もしくは散乱する光学特性を有していることが好ましい。これにより、意図しない方向へ出射された励起光や蛍光(迷光)を光源装置200の外に直接出さないようにできる。冷却管260内部を通過する光があっても、冷却管260の内壁に衝突するため、内壁で光は散乱または吸収され、外部への出射光の強度は減衰される。
【0037】
少なくとも1本の吸気を行なう冷却管260に、電子冷却器270が設けられていてもよい。これにより、冷却した空気を吸気することで蛍光ホイール100周囲の温度を下げ、より効率的に蛍光ホイール100から空気への熱伝導が行なわれる。電子冷却器270には、ペルチェ素子を用いることができる。図9はペルチェ素子の原理図である。ペルチェ素子は、電流を流すことで、吸熱側から熱を吸収し、放熱側から熱を放出する。すなわち、吸熱側に接している物体の温度を下げることができる。
【0038】
電子冷却器270を設ける場合、冷却管260と電子冷却器270との接触面積が大きくなるように、冷却管260の形状を変化させたり屈曲させたりすることが好ましい。例えば、冷却管260の断面を偏平にしたり冷却管260を蛇行させたりすることで、冷却管260と電子冷却器270との接触面積を大きくできる。また、電子冷却器270の放熱側には、ヒートシンク280を設けることが好ましい。
【0039】
冷却管260には、強制的に気流を起こす冷却ファン290を設けることが好ましい。冷却ファン290は、1本の冷却管260のみに設けてもよいし、複数の冷却管260に設けてもよい。また、吸気側と排気側の冷却管260の太さを変えることで、気流を生じさせてもよい。また、冷却管260には、外気からのゴミや埃の侵入を防ぐために、フィルタを設置することが好ましい。
【0040】
冷却管260の材質は、金属など耐熱性の高いものが好ましい。例えば、アルミ材の鋳造により作製できるが、製法に関してはこれに限られない。また、遮蔽部材240と冷却管260を一体成型してもよい。
【0041】
本実施形態に係る光源装置は、冷却管を備えることで、蛍光ホイール周囲の温度をより確実に下げることができ、蛍光ホイールから空気への熱伝導がより効率的に行なわれる。その結果、蛍光体の温度低下に伴う発光効率の向上により、高密度励起光を使用したときや長時間稼働させたときでもより安定した高強度の発光を得ることができる。
【0042】
[第3の実施形態]
[光源装置の構成]
図10は、本実施形態に係る光源装置200の概念図である。本実施形態では、遮蔽部材240の開孔部250に遮蔽部材240の内部の気体を循環可能に接続された冷却管260と、冷却管260の外側の一部に接触する電子冷却器270と、を備える構成とした。冷却管260以外の構成は、第1の実施形態と同様である。なお、図10は、複数色を取り出すことのできる蛍光ホイール100を用いた構成とした。また、図10は概念図であるため、図10に示す遮蔽部材240は一部分であり、その形状も正確なものではない。
【0043】
図10のように冷却管260を接続する開孔部250が2か所の場合は、冷却管260の開孔部250との接続側と反対側を延長し、これらを接続することで、気体の流路とする。これにより、遮蔽部材240の内部の気体を循環可能にできる。また、開孔部250が3か所以上の場合は、そのうちの少なくとも2本の冷却管の開孔部との接続側と反対側を延長し、これらを接続することで、遮蔽部材240の内部の気体を循環可能にできる。このとき、3本以上を接続してもよいし、気体の流路が複数になっていてもよい。また、外気を取り込む開孔部250や冷却管260があってもよいが、その場合は、迷光対策や埃対策をする。
【0044】
電子冷却器270は、上記のような気体の流路となった冷却管260の外側の少なくとも一部に接触する。電子冷却器270には、ペルチェ素子を用いることができる。冷却管260と電子冷却器270との接触面積が大きくなるように、冷却管260の形状を変化させたり、屈曲させたりすることが好ましい。また、電子冷却器270の放熱側には、ヒートシンク280を設けることが好ましい。
【0045】
本実施形態においても、気体の流路となった冷却管260の少なくとも一方の遮蔽部材240の開孔部250との接続部は、開孔部近傍の冷却管260の中心軸の延長線上に蛍光ホイール100の励起光照射位置があるように配置されていることが好ましい。また、気体の流入する冷却管260および気体の流出する冷却管260それぞれの開孔部近傍の中心軸の延長線が略一致し、その延長線上に蛍光ホイール100の励起光照射位置があるように配置されていることがさらに好ましい。また、遮蔽部材240の形状により、励起光照射位置に空気の流れが生じるようにしてもよい。また、冷却管260には、強制的に気流を起こす冷却ファン290を設けることが好ましい。
【0046】
本実施形態に係る光源装置は、冷却した空気を循環させることで蛍光ホイール周囲の温度をより確実に下げることができ、蛍光ホイールから空気への熱伝導がより効率的に行なわれる。その結果、蛍光体の温度低下に伴う発光効率の向上により、高密度励起光を使用したときや長時間稼働させたときでも、より安定した高強度の発光を得ることができる。また、励起光や蛍光が光源装置の外に漏れないため、安全性を高めることができる。また、外気が入らないため、ゴミや埃の侵入を防ぐことができ、故障のリスクを低減できる。
【0047】
[第4の実施形態]
[投影装置の構成]
図11は、本実施形態に係る投影装置300を表す概念図である。本実施形態に係る投影装置300は、光源装置200、導光光学系310、表示素子320、投影光学系330、入力部340、および制御部350を備える。光源装置200は、第1から第3の実施形態のいずれかに係る光源装置200である。なお、図11は、遮蔽部材240、開孔部250、冷却管260等は記載していない。
【0048】
導光光学系310は、光源装置200から放出された光を表示素子320に導光する。導光光学系310は、複数のミラー311またはダイクロイックミラー312、および図11に記載しない複数のレンズにより構成される。なお、図11では、ダイクロイックミラー312は光源装置200を構成する要素にもなっている。
【0049】
表示素子320は、導光光学系310により導かれた光を用いて表示を行なう。表示素子320は、制御部350により制御され、入力部340が受け付けたデータに基づいた像の表示を行なう。表示素子320は、例えば、DMD(Digital Micromirror Device)、液晶ライトバルブなどを用いることができる。
【0050】
投影光学系330は、表示素子320の表示を投影装置300の外部へ投射する。投影光学系330は、複数のレンズ(記載せず)により構成される。投影光学系330は、レンズの一部がモータ等により可動であり、制御部350により制御されることで、ズームやフォーカス等の調整が行なわれる。なお、図11の投影装置300を表す概念図は一例であり、導光光学系310も投影光学系330も、蛍光ホイール100、光源装置200、投影装置300の設計に応じて様々な形態に変更される。
【0051】
入力部340は、投影する像のデータの入力を受け付け、入力されたデータを制御部350に引き渡す。入力部340は、投影装置300とは別の機器からのデータを受け付けてもよい。また、入力部340は、インターネット等に接続し、通信によってデータを受け付けてもよい。また、入力部340は、ユーザによる操作を受け付け、入力された操作データを制御部350に引き渡す。
【0052】
制御部350は、入力部340が受け付けたデータに基づいて像を投影するために、光源装置200、表示素子320、および投影光学系330を制御する。導光光学系310は、固定されていてもよいが、制御部350に制御される構成としてもよい。
【0053】
本実施形態に係る投影装置は、光強度が大きく温度消光を抑制した光源装置を用いて投影照度を高く維持することが可能となり、外光のある環境においても良好な投影像を得ることができる。
【0054】
[第5の実施形態]
[投影装置の構成]
図12は、本実施形態に係る投影装置300を表す概念図である。本実施形態に係る投影装置300は、光源装置200、導光光学系310、表示素子320、投影光学系330、センサ360、入力部340、および制御部350を備える。なお、図12は、遮蔽部材240、開孔部250、冷却管260等は記載していない。
【0055】
光源装置200は、励起光源210、第2の実施形態に係る蛍光ホイール100、および駆動装置220を備える。これらの構成は、第2および第4の実施形態と同様である。
【0056】
導光光学系310、表示素子320、投影光学系330、および入力部340の構成は、第4の実施形態と同様である。
【0057】
センサ360は、光源装置200の蛍光ホイール100の回転位置の情報を取得する。センサ360は、取得した位置情報を、制御部350に通知する。
【0058】
制御部350は、入力部340が受け付けたデータに基づいて像を投影するために、光源装置200、表示素子320、導光光学系310および投影光学系330を制御する。また、制御部350は、出力する投影像の色や明るさの階調と、センサ360により取得した蛍光ホイール100の位置情報に従い、励起光源210の出力を制御する。
【0059】
本実施形態に係る投影装置は、色や明るさの階調に合わせて励起光の出力を制御することで、励起光源や蛍光ホイールの劣化を抑制することができる。また、不要な光を減衰させる必要が無いため、投影装置内部の発熱を抑制することができる。
【0060】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【0061】
本発明の一実施形態は、以下のような構成を採ることができる。即ち(1)本発明の一実施形態の蛍光ホイールは、励起光または前記励起光による発光を放出する光源装置であって、前記励起光を照射する励起光源と、前記励起光を受けて所定の波長領域光を発光する蛍光体を円周方向に備えた蛍光ホイールと、前記蛍光ホイールを回転させる駆動装置と、前記励起光源および前記蛍光ホイールの周囲に配置され、前記励起光および前記発光を遮蔽する遮蔽部材と、を備え、前記遮蔽部材の一部に外気を取り込む開孔部が設けられている。
【0062】
これにより、直接外気を取り込むことで蛍光ホイール周囲の温度を下げ、蛍光ホイールから空気への熱伝導が効率的に行なわれる。その結果、蛍光体の温度低下に伴う発光効率の向上により、励起光源に高密度励起光を使用したときや光源装置を長時間稼働させたときでも安定した高強度の発光を得ることができる。
【0063】
(2)また、本発明の一実施形態の蛍光ホイールは、前記開孔部に少なくとも2本の冷却管を備え、前記冷却管により吸気および排気を行なう。
【0064】
これにより、吸気と排気を別の冷却管で行なうことができ、蛍光ホイールの周囲に空気の流れが生じ、より効率的に蛍光ホイール周囲の温度を下げることができる。
【0065】
(3)また、本発明の一実施形態の蛍光ホイールは、励起光または前記励起光による発光を放出する光源装置であって、前記励起光を照射する励起光源と、前記励起光を受けて所定の波長領域光を発光する蛍光体を円周方向に備えた蛍光ホイールと、前記蛍光ホイールを回転させる駆動装置と、前記励起光源および前記蛍光ホイールの周囲に配置され、一部に開孔部が設けられた、前記励起光および前記発光を遮蔽する遮蔽部材と、前記遮蔽部材の開孔部に前記遮蔽部材の内部の気体を循環可能に接続された冷却管と、前記冷却管の外側の一部に接触する電子冷却器と、を備える。
【0066】
これにより、冷却した空気を循環させることで蛍光ホイール周囲の温度をより確実に下げることができ、蛍光ホイールから空気への熱伝導がより効率的に行なわれる。その結果、蛍光体の温度低下に伴う発光効率の向上により、励起光源に高密度励起光を使用したときや光源装置を長時間稼働させたときでもより安定した高強度の発光を得ることができる。また、励起光や蛍光が光源装置の外に漏れないため、安全性を高めることができる。また、外気が入らないため、ゴミや埃の侵入を防ぐことができ、故障のリスクを低減できる。
【0067】
(4)また、本発明の一実施形態の蛍光ホイールにおいて、少なくとも1本の前記冷却管は、前記開孔部近傍の前記冷却管の中心軸の延長線上に前記蛍光ホイールの励起光照射位置があるように配置されている。
【0068】
これにより、蛍光ホイールの最も温度が高くなる励起光照射位置を効率的に冷却できる。
【0069】
(5)また、本発明の一実施形態の蛍光ホイールにおいて、前記冷却管は、前記冷却管の一端から内部を通り他端を結ぶ直線状の光路がないように屈折または屈曲している。
【0070】
これにより、意図しない方向へ出射された励起光や蛍光を光源装置の外に直接出さないようにできる。冷却管内部を通過する光があっても、冷却管の内壁に衝突するため、内壁で光は散乱または吸収され、外部への出射光の強度は減衰される。
【0071】
(6)また、本発明の一実施形態の蛍光ホイールは、少なくとも1本の吸気を行なう前記冷却管に、電子冷却器が設けられている。
【0072】
これにより、冷却した空気を吸気することで蛍光ホイール周囲の温度を下げ、蛍光ホイールから空気への熱伝導がより効率的に行なわれる。
【0073】
(7)また、本発明の一実施形態の蛍光ホイールにおいて、前記蛍光ホイールは、円周方向に配置された複数のセグメント領域を有し、前記セグメント領域のそれぞれからは、同一の励起光を受けたとき異なる光を取り出せる。
【0074】
これにより、1つの蛍光ホイールで異なる色の光を取り出せる。
【0075】
(8)また、本発明の一実施形態の投影装置は、上記(1)から(7)のいずれかに記載の光源装置と、前記光源装置から放出された光を導光する導光光学系と、前記導光光学系により導かれた光を用いて表示を行なう表示素子と、前記表示を外部へ投射する投影光学系と、前記光源装置、前記表示素子および前記各光学系を制御する制御部と、を備える。
【0076】
これにより、光強度が大きく温度消光を抑制した光源装置を用いて投影照度を高く維持することが可能となり、外光のある環境においても良好な投影像を得ることができる。
【0077】
(9)また、本発明の一実施形態の投影装置は、上記(7)記載の光源装置と、前記光源装置から放出された光を導光する導光光学系と、前記導光光学系により導かれた光を用いて表示を行なう表示素子と、前記表示を外部へ投射する投影光学系と、前記光源装置、前記表示素子および前記各光学系を制御する制御部と、前記蛍光ホイールの回転位置を取得するセンサと、前記励起光源の出力を制御する出力制御部を備え、前記出力制御部は、出力する投影像の色や明るさの階調と、前記センサにより取得した前記蛍光ホイールの位置情報に従い、前記励起光源の出力を制御する。
【0078】
これにより、色や明るさの階調に合わせて励起光の出力を制御することで、励起光源や蛍光ホイールの劣化を抑制することができる。また、不要な光を減衰させる必要が無いため、投影装置内部の発熱を抑制することができる。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
【国際調査報告】