JP2016161709A - 光源装置及び光源装置を備えたプロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源10と、光源10からの光を透過させ、光源側から順に第1の基板32と第2の基板34とを有する蛍光体ホイール30と、を備える光源装置2であって、蛍光体ホイール30が、第1の基板32と第2の基板34との間に配置された第1の蛍光体36Rと、第2の蛍光体36G、36Yと、を有し、第1の蛍光体36Rと第2の蛍光体36G、36Yとは、蛍光体ホイール30の回転方向において異なる位置に配置され、第1の蛍光体36Rが、第1の基板32及び第2の基板34に接し、第2の蛍光体36G、36Yが、第2の基板34に接している。
【選択図】図1
Description
しかし、特許文献1に記載の蛍光体ホイールでは、波長変換の際に各蛍光体で生じた熱は、それぞれの基板を用いて冷却するだけなので、十分に冷却することができず、赤色蛍光体のような、温度が上昇すると波長変換効率が低下する熱の影響を受け易い蛍光体では、十分な性能が発揮できない虞があった。
よって、蛍光体の発熱の影響を受けにくく、かつ発光効率の低下を抑制することができる光源装置を提供することができる。
次に、本発明の実施態様に係る光源装置及びこの光源装置を備えた実施形態に係るプロジェクタについて、図面を用いながら詳細に説明する。
本発明の1つの実施形態に係る光源装置の説明を行う。はじめに、図1を用いて、本発明の1つの実施形態に係る光源装置の構造について、その概要を説明する。図1は光源装置2の概要を示す模式的な側面図である。
図1に示すように、光源装置2は、光源10と、光源10からの出射光が入射する集光レンズ20と、集光レンズ20の出射光が入射する蛍光体ホイール30と、蛍光体ホイール30の出射光が入射する受光レンズ40とを備える。蛍光体ホイール30は、光源からの光を透過させる円板状の蛍光体ホイールであって、駆動軸52を介して駆動モータ50によって回転するようになっている。なお、図1においては、光源10、集光レンズ20、蛍光体ホイール30及び受光レンズ40を含めて光源装置2として示してあるが、光源装置2に受光レンズ40を含めずに、光源10、集光レンズ20及び蛍光体ホイール30により光源装置2が構成される実施形態もあり得る。
次に、図1及び図2を用いて、本発明の1つの実施形態に係る蛍光体ホイール30の構造を説明する。
蛍光体ホイール30は、光源10からの光を透過させる透過型の蛍光体ホイールであって、光源10側から順に第1の基板32と第2の基板34とを有する。第1の基板32及び第2の基板34は駆動モータ50の駆動軸52に固定され、駆動モータ50の駆動力により、駆動軸52を中心に回転するようになっている。つまり、第1の基板32及び第2の基板34は、駆動軸52によって互いの位置が固定されている。ただし、第1の基板32及び第2の基板34の相対的な位置の固定方法は、駆動軸52を用いた場合に限られるものではなく、例えば、第1の基板32及び第2の基板34の間にスペーサーを挿入する等、その他の任意手段で固定することができる。
蛍光体ホイール30は、第1の基板32と第2の基板34との間に、赤色蛍光体である第1の蛍光体36Rを有し、第1の蛍光体36Rが、第1の基板32及び第2の基板34の面に接して配置されている。また、緑色蛍光体である第2の蛍光体36Gが、第2の基板34の光源側の面に接して配置されている。なお、図1の矢印Bから見た図2(b)に示すように、黄色蛍光体も第2の蛍光体36Yとして、第2の基板34の光源側の面に接して配置されている。このとき、第1の蛍光体36Rとは異なり、第2の蛍光体36G、36Yは、第1の基板32とは接していない。第2の蛍光体としては、緑色蛍光体36Gと黄色蛍光体36Yの2つで説明しているが、少なくとも一方を指していればよく、言い換えれば緑色蛍光体36Gまたは黄色蛍光体36Yのいずれか一方を指していればよい。つまり第2の蛍光体としては1つの蛍光体でもよいことは言うまでもない。
一般的に、ガラスと空気との境界面においては、約4%程度の残留反射が発生するが、例えば、誘電体多層膜を蒸着することでショートパスフィルタを形成することにより、反射率を0.5%以下に抑制することができる。更に、蛍光体36R、36G、36Yで波長変換された光のうち、光源10側に戻る光を、出射側に反射することができるので、光源装置2の発光効率を向上させることができる。また、輝度ムラ及び色度ムラを改善するために、散乱体、例えばSiO2やTiO2、Ba2SO4等の粒子を塗布することもできる。
フィルタ62Yとして、黄色光の波長域の光を透過し、青色光の光を反射するバンドパスフィルタを用いることができるが、特にフィルタ62Yは設けることなく、青色光と黄色光との混色による白色を発していてもよい。なお、緑色光の波長域の光や赤色光の波長域の光については、透過させるようにすることもできるし、反射するようすることもでき、用途に応じて、フィルタの最適な透過波長域を定めることができる。
図2(b)は、図1の矢印Bから見た第2の基板34の光源側の面を示した図であり、回転方向において異なる位置に、赤色出射領域SR、緑色出射領域SG、黄色出射領域SY、及び青色出射領域SBが設けられている。それぞれ第1の基板32の光源側の表面上に、赤色出射領域SRには、赤色蛍光体である第1の蛍光体36Rを有し、緑色出射領域SGには、緑色蛍光体である第2の蛍光体36Gを有し、黄色出射領域SYには、黄色蛍光体である第2の蛍光体36Yを有している。また、青色出射領域SBには、蛍光体を有していない。
各領域の範囲を扇形の中心角で表すと、赤色出射領域SRで120度、緑色出射領域SGで110度、黄色出射領域SYで70度、及び青色出射領域SBで60度の場合を例示することができるが、これに限られるものではない。
赤色出射領域SRには、上述のように、第1の蛍光体36Rにより波長変換された赤色光の波長域の光を透過し、光源10からの青色光の波長域の光を反射するフィルタ62Rを有する。緑色出射領域SGには、上述のように、第2の蛍光体36Gにより波長変換された緑色光の波長域の光を透過し、光源からの青色光の波長域の光を反射するフィルタ62Gを有する。黄色出射領域SYには、上述のように、第2の蛍光体36Yにより波長変換された黄色光の波長域の光を透過し、光源からの青色光の波長域の光を反射するフィルタ62Yを有することができるが、特にフィルタ62Yは設けることなく、青色光と黄色光との混色による白色を発してもよい。
また、青色出射領域SBには、フィルタを有していない。ただし、青色出射領域SBに、電体多層膜を蒸着して、反射防止膜を形成したり、輝度ムラ及び色度ムラを改善するために、散乱体、例えばSiO2やTiO2、Ba2SO4等の粒子を有する層を形成することもできる。
また、第1の基板32及び第2の基板34の両方に接している第1の蛍光体の厚みが、第2の基板34のみ接している(つまり、第1の基板との間に空間を有する)第2の蛍光体36G、36Yの厚みよりも大きくなっている。
更に、第1の蛍光体36Rが、第2の基板34にも接しているので、2つの基板32及び34を用いて、効率的に放熱することができる。特に、図1に示すように、第1の蛍光体36Rが、第2の基板34の光源側の面に直接接しているので、第1の基板32とともに、第1の蛍光体36Rをより効果的に冷却することができる。
また、第2の蛍光体36G、36Yは、第2の基板34を介して放熱されるので、第1の基板32を第1の蛍光体36Rの放熱に優先的に用いることができて、第1の蛍光体36Rの放熱が促進される。
従って、蛍光体の発熱の影響を受けにくく、かつ発光効率の低下を抑制することができる光源装置2を提供することができる。
以下に、光源装置2を構成する各部材の更に詳細な説明を行う。
[光源10]
光源10として青色半導体レーザを用いる場合には、370〜500nmの波長域の光を発することが好ましく、420〜500nmの波長域の光を発することが更に好ましい。ただし、光源10として青色半導体レーザを用いる場合に限られるものではなく、その他の任意の波長域の半導体レーザを用いることもできるし、その他の種類の光源、例えばLEDを用いることもできる。
光を透過させる透明な円板状の第1の基板32及び第2の基板34の素材は、光の透過率が高い素材であれば任意の材料を用いることができ、例えば、ガラス、樹脂、サファイア等を使用することができる。
蛍光体36として、上述のように光源から青色光が入射した場合に、赤色光を出力する赤色蛍光体36R、緑色光を出力する緑色蛍光体36Gや、黄色光を出力する黄色蛍光体36Yを例示することができる。このような層を、コーティング等によって第1の基板32または第2の基板34の表面に設けることができる。
赤色光を出力する赤色蛍光体36Rでは、約600〜800nmの波長帯域の赤色の蛍光を発生させることが好ましい。具体的な材料の一例としては、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、CaAlSiN3:Eu、SrAlSiN3:Eu、K2SiF6:Mnなどを挙げることができる。
緑色光を出力する蛍光体36Gでは、約500〜560nmの波長帯域の緑色の蛍光を発生させることが好ましい。具体的な材料の一例としては、β−Si6−ZAlZOZN8−Z:Eu、Lu3Al5O12:Ce、Ca8MgSi4O16Cl2:Eu、Ba3Si6O12N2:Eu、(Sr,Ba,Ca)Si2O2N2:Euなどを挙げることができる。
黄色光を出力する蛍光体36Yでは、約540〜700nmの波長帯域の黄色〜赤色の蛍光を発生させることが好ましい。材料の一例としては、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体をベースとした蛍光体を挙げることができ、更に具体的には、YAlO3:Ce、Y3Al5O12:Ce(YAG:Ce)やY4Al2O9:Ce、更にはこれらの混合物などが挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体にBa、Sr、Mg、Ca、Znの少なくとも一種が含有されていてもよい。また、Siを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光体の粒子を揃えることができる。
駆動モータ50は、ブラシレス直流駆動モータであり、その駆動軸52と集光レンズ20の光軸とが平行になるように配置されている。また、駆動軸52に対して蛍光体ホイール30の面が垂直となるように固定されている。駆動モータ50の回転速度は、再生する動画のフレームレート(1秒当たりのフレーム数。単位は[fps])に基づく回転速度となる。例えば、60[fps]の動画を再生可能とする場合、駆動モータ50(つまり蛍光体ホイール30)の回転速度は、毎秒60回転の整数倍に定めるとよい。
次に、図3から図5を用いて、本発明のその他の実施形態に係る蛍光体ホイールについて説明する。
<図3に示す実施形態の説明>
はじめに、図3を用いて、本発明のその他の実施形態に係る蛍光体ホイール(その1)について説明する。図3は、その他の実施形態に係る蛍光体ホイール30の概要を示す模式的な側面図である。図3に示す実施形態では、図1に示す実施形態に比べて、下記の点で異なる。
図1に示す実施形態では、フィルタ60が第1の基板32の光源側の面に設けられているのに対して、図3に示す実施形態では、第1の基板32の光源と反対側の面に設けられており、図1に示す実施形態では、フィルタ62R、62G及び62Yが第2の基板34の光源と反対側の面に設けられているのに対して、図3に示す実施形態では、第2の基板34の光源側の面に設けられている点で異なる。これに伴い、第1の基板32の光源側の面、及び第2の基板34の光源と反対側の面に、反射防止膜64が設けられている。
第1の基板32の光源と反対側の面には、光源10からの光の波長域の光を透過し、第1の蛍光体36R及び第2の蛍光体36G、36Yにより波長変換された光の波長域の光を反射するフィルタ60が設けられている。また、第2の基板34の光源側の面に、それぞれ第1の蛍光体36R、第2の蛍光体36G、36Yにより波長変換された光の波長域の光を透過し、光源からの光の波長域の光を反射するフィルタ62R、62G、62Yが設けられている。
次に、図4及び図5を用いて、本発明のその他の実施形態に係る蛍光体ホイール(その2)について説明する。図4(a)は、その他の実施形態に係る蛍光体ホイール30の概要を示す模式的な側面図であり、図4(b)は、更に第3の基板35を有する場合の実施形態を示す模式的な側面図である。図5(a)は、図4(a)の矢印Dから見た第1の基板32の光源側の面を示した図であり、図5(b)は、図4(a)の矢印Eから見た第2の基板34の光源側の面を示した図であり、図5(c)は、図4(a)の矢印Fから見た第2の基板34の光源の反対側の面を示した図である。図4及び図5に示す実施形態では、図1及び図2に示す実施形態に比べて、下記の点で異なる。
図1及び図2に示す実施形態では、第2の蛍光体36G、36Yが第2の基板34の光源側の面に設けられているのに対して、図4及び図5に示す実施形態では、第2の蛍光体36G、36Yが、第2の基板34の光源と反対側の面に設けられている点で異なる。これに伴い、図4(a)に示す実施形態では、フィルタ62G、62Yが、第2の蛍光体36G、36Yの上に積層されており、図4(b)に示す実施形態では、フィルタ62R、62G、62Yを有する第3の基板35が設けられている。
第1の基板32は、光源側の面に、光源10からの光の波長域の光を透過し、第1の蛍光体36R及び第2の蛍光体36G、36Yにより波長変換された光の波長域の光を反射するフィルタ60を有している。
一方、第2の蛍光体36G、36Yについては、それぞれ第2の蛍光体36G、36Yの上に、第2の蛍光体36G、36Yにより波長変換された光の波長域の光を透過し、光源からの光の波長域の光を反射するフィルタ62G、62Yが積層されている。
図5(b)に示すように、第2の基板34の光源側の面には、回転方向において異なる位置であって、それぞれ第2の基板34の光源側の表面上に、赤色出射領域SR、緑色出射領域SG、黄色出射領域SY、及び青色出射領域SBが設けられているが、赤色出射領域SRにだけ、赤色蛍光体である第1の蛍光体36Rが設けられている。
図5(c)に示すように、第2の基板34の光源と反対側の面には、回転方向において異なる位置であって、それぞれ第2の基板の反対側の表面上に、赤色出射領域SR、緑色出射領域SG、黄色出射領域SY、及び青色出射領域SBが設けられている。赤色出射領域SRには、第1の蛍光体36Rにより波長変換された赤色光の波長域の光を透過し、光源からの青色光の波長域の光を反射するフィルタ62Rを有しているが設けられている。
また、青色出射領域SBには、フィルタを有していないが、反射防止膜や散乱層を形成することもできる。
なお、フィルタ60Rについては、第3の基板35ではなく、図4(a)の実施形態と同様に、第2の基板34の光源と反対側の面に有することもできる。
よって、第1の蛍光体36Rでは光の入射側が高温となるが、第1の蛍光体36Rの高温となった部分が、第1の基板32に接するので、第1の基板32を介して効率的に放熱できる。更に、第1の蛍光体36Rが、第2の基板34にも接しているので、2つの基板32、34を用いて、より効果的に放熱することができる。また、第2の蛍光体36G、36Yは、第2の基板34を介して放熱されるので、第1の基板32を第1の蛍光体36Rの放熱に優先的に用いることができて、第1の蛍光体36Rの放熱が促進される。仮に第1の蛍光体36Rが熱の影響を受けやすい蛍光体であっても、温度上昇を防いで、波長変換効率の低下を防ぐことができる。
次に、図6を用いて、上述の実施形態で示した光源装置2を、いわゆる1チップ方式のDLPプロジェクタにおける光源装置として用いる場合を説明する。なお、図6は、上述の実施形態で示した光源装置2を備えた1つの実施形態に係るプロジェクタ4の構成を示すための模式図であって、光源装置2やプロジェクタ4を上から見た模式的な平面図である。
図6において、光源装置2から出射された光は、光学系を介して、光空間変調器であるDMD(Digital Micromirror Device)素子(光変調手段)70に入射する。そして、DMD素子70で反射され、投射手段である投射レンズ80によって集光されて、スクリーン90に投影される。DMD素子70は、スクリーンに投影された画像の各画素に相当する微細なミラーをマトリックス状に配列したものであり、各ミラーの角度を変化させてスクリーンへ出射する光を、マイクロ秒単位でオン/オフすることができる。
また、各ミラーをオンにしている時間とオフにしている時間の比率によって、投射レンズへ入射する光の階調を変化させることにより、投影する画像の画像データに基づいた階調表示が可能になる。
また、本実施形態では、受光レンズ40が光源装置2に含まれるようになっているが、これに限られるものではない。例えば、受光レンズ40が光源装置2に含まれずに、光学系の一部に含まれている場合もあり得る。
本実施形態によれば、蛍光体の発熱の影響を受けにくく、かつ発光効率の低下を抑制することができる光源装置2を備えることにより、高い性能のプロジェクタ4を提供することができる。
4 プロジェクタ
10 光源
20 集光レンズ
30 蛍光体ホイール
32 第1の基板
34 第2の基板
35 第3の基板
36 蛍光体
36R 赤色蛍光体(第1の蛍光体)
36G 緑色蛍光体(第2の蛍光体)
36Y 黄色色蛍光体(第2の蛍光体)
40 受光レンズ
50 駆動モータ
52 駆動軸
60 フィルタ
62 フィルタ
62R 赤色蛍光体に対応するフィルタ
62G 緑色蛍光体に対応するフィルタ
62Y 黄色蛍光体に対応するフィルタ
64 反射防止膜
70 DMD素子
80 投射レンズ
90 スクリーン
SR 赤色出射領域
SG 緑色出射領域
SB 青色出射領域
Claims (9)
- 光源と、
前記光源からの光を透過させ、前記光源側から順に第1の基板と第2の基板とを有する蛍光体ホイールと、
を備え、
前記蛍光体ホイールが、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置された第1の蛍光体と、
第2の蛍光体と、
を有し、
前記第1の蛍光体と前記第2の蛍光体とは、前記蛍光体ホイールの回転方向において異なる位置に配置され、
前記第1の蛍光体が、前記第1の基板及び前記第2の基板に接し、
前記第2の蛍光体が、前記第2の基板に接していることを特徴とする光源装置。 - 前記第1の蛍光体及び前記第2の蛍光体の光源側に、前記光源からの光の波長域の光を透過し、前記第1の蛍光体及び前記第2の蛍光体により波長変換された光の波長域の光を反射するフィルタを有することを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記第1の蛍光体の光源と反対側に、前記第1の蛍光体により波長変換された光の波長域の光を透過し、前記光源からの光の波長域の光を反射するフィルタを有し、前記第2の蛍光体の光源と反対側に、前記第2の蛍光体により波長変換された光の波長域の光を透過し、前記光源からの光の波長域の光を反射するフィルタを有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。
- 前記第1の蛍光体が、前記第1の基板の光源と反対側の面に直接接していることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の光源装置。
- 前記第1の蛍光体が、前記第2の基板の光源側の面に直接接していることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の光源装置。
- 前記第1の蛍光体の厚みが、前記第2の蛍光体の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の光源装置。
- 前記光源が青色光を出射する光源であることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の光源装置。
- 前記第1の蛍光体が、赤色光を発する蛍光体であることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の光源装置。
- 請求項1から8の何れか1項に記載の光源装置と、
画像データに基づいて、前記光源装置から出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、
前記画像を拡大して投射する投射手段と、
を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
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