JP6777075B2 - 光変換装置および光源装置ならびに投影型表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、励起光とは異なる波長域の光に変換して射出する光変換装置およびこれを備えた光源装置ならびに投影型表示装置に関する。

近年、プレゼンテーション用、もしくは、デジタルシネマ用のプロジェクタ等に用いられる光源に、従来の高圧水銀ランプやキセノンランプ等ではなく、発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）やレーザダイオード（Laser Diode；ＬＤ）といった固体発光素子を採用する製品が増えてきている。ＬＥＤ等の固体発光素子は、サイズや消費電力だけでなく、高信頼性という点でも、放電ランプよりも有利である。中でも、更なる高輝度化および低消費電力化を達成するためには、点光源であるＬＤを用いて光利用効率を高めることが有効である。

ＬＤを光源として用いた投射型表示装置としては、回転する基体上に成膜された蛍光体をＬＤから出射されるレーザ光によって励起し、これによって射出された蛍光を利用するものが開発されている。このような投射型表示装置では、蛍光体の光変換効率の温度特性、蛍光体を基体上に形成するためのバインダ等の耐熱性のために温度上昇を抑える必要がある。このため、例えば、特許文献１では、蛍光体層が形成され、モータによって回転駆動される蛍光体ホイールが取り付けられた蛍光体ホイール装置および蛍光体層の発光部に冷却風を送風する送風機を密閉容器に収容した投写表示装置が開示されている。密閉容器には、空気の循環経路が設けられており、送風機からの風が蛍光体ホイールの発光部に流れるようになっている。

特開２０１４−９２５９９号公報

しかしながら、特許文献１の投写表示装置では、発光部で温められた空気が熱交換器によって冷却される前に冷却風の流入側に流れ込んでしまい、十分な冷却効率が得られないという問題があった。

従って、冷却効率を向上させることが可能な光変換装置およびこのような光変換装置を備えた光源装置ならびに投射型表示装置を提供することが望ましい。

本開示の一実施形態の第１の光変換装置は、外部から入射する励起光によって発光する発光部を有し、回転軸を中心に回転可能な光変換部と、光変換部を冷却する冷却部と、光変換部および冷却部を収容する筐体と、筐体内の空間を、発光部を含む第１空間と、発光部を含まない第２空間とに隔てると共に、光変換部上の、励起光が照射される光変換部の照射面および非照射面に配設されている仕切り部材とを備えたものである。本開示の一実施形態の第２の光変換装置は、外部から入射する励起光によって発光する発光部として、回転軸を中心に回転する基板と、基板上に設けられると共に、発光部を含む発光層とを有する光変換部と、光変換部を冷却する冷却部と、光変換部および冷却部を収容する筐体と、光変換部上に設けられ、筐体内の空間を、発光部を含む第１空間と、発光部を含まない第２空間とに隔てると共に、発光層に対向する位置に凹部を有する仕切り部材とを備えたものである。本開示の一実施形態の第３の光変換装置は、外部から入射する励起光によって発光する発光部を有し、回転軸を中心に回転可能な光変換部と、光変換部を冷却する冷却部と、光変換部および冷却部を収容する筐体と、光変換部上に設けられると共に、筐体内の空間を、発光部を含む第１空間と、発光部を含まない第２空間とに隔て、照射面に、励起光を集光する集光レンズを保持する仕切り部材とを備えたものである。

本開示の一実施形態の第１〜第３の光源装置は、１または２以上の光源と、前記光源から出射される光の波長を変換する光変換装置を含む光源光学系を備えたものであり、この光源装置に含まれる光変換装置は、それぞれ、上記本開示の第１〜第３の光変換装置と同一の構成要素を有している。

本開示の一実施形態の第１〜第３の投射型表示装置は、光源光学系と、入力された映像信号に基づいて光源光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する画像生成光学系と、画像生成光学系で生成された画像光を投射する投射光学系とを備えたものである。この投射型表示装置に搭載された光源光学系は、それぞれ、上記本開示の第１〜第３の光源装置と同一の構成要素を有している。

本開示の一実施形態の第１〜第３の光変換装置および一実施形態の第１〜第３の光源装置ならびに一実施形態の第１〜第３の投射型表示装置では、回転軸を中心に回転可能な光変換部と、光変換部を冷却する冷却部とを収容する筐体内に、光変換部上に設けられると共に、筐体内の空間を隔てる仕切り部材とを設けるようにした。これにより、筐体内を循環する空気の流れが整流される。

本開示の一実施形態の第１〜第３の光変換装置および一実施形態の第１〜第３の光源装置ならびに一実施形態の第１〜第３の投射型表示装置によれば、筐体に収容された光変換部上に、筐体内の空間を隔てる仕切り部材を設けるようにした。これにより、筐体内を循環する空気の流れが整流される。特に、光変換部上の空気の流れが整流されるようになり、光変換部の冷却効率を向上させることが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。

本開示の一実施の形態に係る光変換装置の構成を表す平面図である。 図１Ａに示した光変換装置の構成を表す断面図である。 図１Ａおよび図１Ｂに示した光変換装置を一の方向から見た拡大断面図である。 図１Ａおよび図１Ｂに示した光変換装置を他の方向から見た拡大断面図である。 図１Ａおよび図１Ｂに示した光変換装置を備えた投射型表示装置の構成例を表す概略図である。 図３に示した投射型表示装置の光源光学系の構成例を表す概略図である。 本開示の変形例１に係る光変換装置の構成を表す平面図である。 本開示の変形例２に係る光変換装置の構成を表す断面図である。 本開示の変形例３に係る光変換装置の構成を表す平面図である。 図７Ａに示した光変換装置の構成を表す断面図である。 本開示の変形例４に係る光変換装置の構成を表す平面図である。 図８Ａに示した光変換装置のＩＩ−ＩＩ線における構成を表す断面図である。 図８Ａに示した光変換装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線における構成を表す断面図である。 図８Ａに示した光変換装置のＩＶ−ＩＶ線における構成を表すものである。

以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（ホイール上に仕切り板を設けた光変換装置）
１−１．光変換装置の構成
１−２．投射型表示装置の構成
１−３．作用・効果
２．変形例
２−１．変形例１（仕切り板上および筐体の一部に吸塵パッドを設けた例）
２−２．変形例２（ホイールの背面に冷却フィンを設けた例）
２−３．変形例３（レンズホルダを仕切り板として用いた例）
２−４．変形例４（送風機を内蔵した例）

＜１．実施の形態＞
図１Ａは、本開示の一実施の形態に係る光変換装置（光変換装置１０Ａ）の平面構成を表したものであり、図１Ｂは、図１Ａに示した光変換装置１０ＡをＹ軸方向から見た場合の断面構成を表したものである。この光変換装置１０Ａは、例えば、後述する投射型表示装置１の光源光学系（光源装置）１００の光変換装置１０として用いられるものである（図３，４参照）。

（１−１．光変換装置の構成）
光変換装置１０Ａは、筐体１１４内に蛍光体ホイール１１０（光変換部）および熱交換器１２０（冷却部）が収容されている。蛍光体ホイール１１０は、表面に発光層として蛍光体層１１２が設けられた基板１１１と、基板１１１を回転駆動するモータ１１３と、光源部２０から入射される光（青色レーザ光Ｌｂ）を蛍光体層１１２に集光する集光レンズ１１５，１１６とから構成されている（図４参照）。本実施の形態では、蛍光体ホイール１１０上に、筐体１１４内の空間を隔てる仕切り部材（仕切り板１３０）が設けられた構成を有する。

基板１１１は、例えば、円盤形状を有し、例えば、アルミニウム，サファイア，モリブデンなどの熱伝導率が比較的高い材料によって構成されている。基板１１１の中心には、蛍光体ホイール１１０を駆動するモータ１１３が接続され、基板１１１は、基板１１１の中心を通る法線を回転軸Ｏとし、この回転軸Ｏを中心として矢印Ｃ方向に回転可能となっている。

蛍光体層１１２は、光源部２０から入射される光に励起されて、その光の波長とは異なる波長域の光を発するものである。本実施の形態では、蛍光体層１１２は、例えば、約４４５ｎｍの中心波長を持つ青色レーザ光Ｌｂによって励起されて蛍光を発する蛍光物質を含んでおり、光源２１０から射出される青色レーザ光Ｌｂの一部を、黄色光Ｌｙに変換して出射する。このとき、基板１１１は、青色レーザ光Ｌｂの照射によって加熱され、筐体内の空気を暖める。暖められた空気は、基板１１１の回転によって、基板１１１の回転方向Ｃと同じ方向Ａ１に流れ、後述する熱交換器１２０によって冷却される。冷却された空気は、図１Ａに示した矢印Ａ２の方向に循環され、冷却風として基板１１１上の蛍光体層１１２の、青色レーザ光Ｌｂが集中する発光部Ｘを冷却する。

蛍光体層１１２に含まれる蛍光物質としては、例えば、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体が用いられる。なお、蛍光物質の種類、励起される光の波長域、および励起により発生される可視光の波長域は限定されない。

蛍光体ホイール１１０では、モータ１１３によって基板１１１が回転することにより、青色レーザ光Ｌｂが照射される、蛍光体層１１２上の焦点位置が相対的に移動するようになる。これにより、蛍光体層１１２の同一の位置に励起光が長時間照射されることによる基板１１１および蛍光体層１１２の温度上昇や、温度上昇による蛍光体層１１２の劣化を避けることができる。

なお、蛍光体層１１２から射出される黄色光Ｌｙは、例えば、光源部２０側に反射され、蛍光体ホイール１１０と光源２１０等との間に配置されたダイクロイックミラー２１３によって集光レンズ２１４側に反射される。このとき、黄色光Ｌｙは、例えば、ダイクロイックミラー２１３を挟んで集光レンズ２１４に対向する位置に配置された青光源光学系２１５から発振される青色レーザ光Ｌｂと合成されて白色光Ｌｗとなる。

熱交換器１２０は、青色レーザ光Ｌｂの照射によって蛍光体が励起されて蛍光を出射する蛍光体層１１２上の発光部Ｘおよび蛍光体が励起される際に生じる熱によって暖められた筐体１１４内の空気を冷却するためのものである。熱交換器１２０は、例えば、複数枚の金属製の放熱フィン１２１によって構成されており、筐体１１４内に吸熱部１２１Ａが
、筐体１１４外に放熱部１２１Ｂが配置され、それぞれヒートパイプ１２２によって接続された構成を有する。

仕切り板１３０は、上記のように、蛍光体ホイール１１０上に設けられると共に、筐体１１４内の空間を隔てるものであり、例えば、筐体１１４内に固定されている。具体的には、仕切り板１３０は、筐体１１４内の空間を、蛍光体ホイール１１０上の発光部Ｘを含む第１空間１１４Ａと発光部Ｘを含まない第２空間１１４Ｂとに隔てるものである。蛍光体ホイール１１０上に仕切り板１３０を設けることにより、蛍光体ホイール１１０の回転によって生じる筐体１１４内の空気の流れが整流される。具体的には、青色レーザ光Ｌｂの照射によって加熱された基板１１１により暖められた空気が、熱交換器１２０によって冷却される前に発光部Ｘに流入して、冷却風と混合し、発光部Ｘ周辺の冷却効率の低下を防ぐことが可能となる。

仕切り板１３０は、非可燃性の材料、例えば金属板によって構成されている。蛍光体ホイール１１０上に設けられている仕切り板１３０の長さは、例えば、モータ１１３が蛍光体ホイール１１０の、青色レーザ光Ｌｂの照射面側に設けられている場合には、基板１１１の外縁端面からモータ１１３の側面までの距離よりも長いことが好ましい。仕切り板１３０のモータ１１３側の端面Ｐ_INは、例えば、蛍光体ホイール１１０の回転方向が図１Ａに示した矢印方向に回転する場合には、図１Ａに示したように、蛍光体層１１２上の発光部Ｘとは反対側に傾いていることが好ましい。これにより、発光部Ｘから、基板１１１の回転方向と同じ方向Ａ１に流れた暖められた空気が効率よく熱交換器１２０側に循環される。なお、蛍光体ホイール１１０の回転方向が図１Ａに示した矢印方向とは逆に回転する場合には、仕切り板１３０のモータ１１３側の端面Ｐ_INは、図１Ａとは反対方向の蛍光体層１１２上の発光部Ｘ側に傾いていることが好ましい。即ち、仕切り板１３０のモータ１１３側の端面Ｐ_INは、蛍光体ホイール１１０上を循環する空気が熱交換器１２０側に流れ込む方向に傾いていることが好ましい。これにより、発光部Ｘによって暖められた空気を効率よく冷却することが可能となる。

更に、仕切り板１３０のモータ１１３側の端面Ｐ_INとは反対側の端面Ｐ_outは、図１Ａおよび図１Ｂに示したように、熱交換器１２０まで延在していることが好ましい。これにより、筐体１１４内における空気の循環経路が長くなる。換言すると、仕切り板１３０は、図１Ｂに示したように、例えば、蛍光体ホイール１１０上、具体的には、蛍光体ホイール１１０の照射面に対応する位置に設けられた第１領域１３０Ａ（および後述する蛍光体ホイール１１０の背面（非照射面）に対応する位置に設けられた第２領域１３０Ｂ）と、熱交換器１２０に対応する位置に設けられた第３領域１３０Ｃとを有することが好ましい。これにより、青色レーザ光Ｌｂの照射によって暖められた空気（暖風）が熱交換に１２０によって十分に冷却されたのち、冷却風として発光部Ｘに送風される。

また、仕切り板１３０のモータ１１３側の端面Ｐ_INの位置は以下のように規定される。仕切り板１３０のモータ１１３側の端面Ｐ_INと蛍光体ホイール１１０の回転軸Ｏとの距離をＰ_IN−Ｏ、蛍光体層１１２の内周Ｒ_PINと蛍光体ホイール１１０の回転軸Ｏとの距離をＲ_PIN−Ｏ、モータ１１３の半径をＲ_Mとした場合、仕切り板１３０のモータ１１３側の端面Ｐ_INは、Ｒ_PIN−Ｏ＞Ｐ_IN−Ｏ＞Ｒ_Mであることが好ましい。また、仕切り板１３０のモータ１１３とは反対側の端面Ｐ_OUTの位置は、蛍光体層１１２の外周Ｒ_OUTと蛍光体ホイール１１０の回転軸Ｏとの距離をＲ_OUT−Ｏ、仕切り板１３０のモータ１１３とは反対側の端面Ｐ_OUTと蛍光体ホイール１１０の回転軸Ｏとの距離をＰ_OUT−Ｏとした場合、Ｐ_OUT−Ｏ＞Ｒ_OUT−Ｏであることが好ましい。

更に、仕切り板１３０は、図１Ａに示したように、基板１１１の外周側にいくほど、回転軸Ｏと、仕切り板１３０のモータ１１３側の端面Ｐ_INを通る直線からの周方向の距離が回転方向下流側に大きくなることが好ましい。また、図１Ｂに示したように、筐体１１４内の空間を隔てるように、仕切り板１３０の側面が筐体１１４に接していることが好ましい。これにより、青色レーザ光Ｌｂの照射によって暖められた空気と、熱交換器１２０によって冷却された冷たい空気との混合を抑制することが可能となる。

更にまた、仕切り板１３０は、図１Ｂに示したように、蛍光体ホイール１１０の基板１１１を挟み込むように、照射面および非照射面の両方に配設することが好ましい。換言すると、仕切り板１３０のモータ１１３側の端面Ｐ_INには、蛍光体ホイール１１０の基板１１１を挟み込む間隙Ｇを設けることが好ましい。また、仕切り板１３０と基板１１１との間隔は、できるだけ狭い方が好ましい。このため、基板１１１を挟み込む仕切り板１３０の間隙Ｇの形状は、図２Ａに示したように、蛍光体層１１２に対向する位置に、蛍光体層１１２への接触を防ぐ凹部１３１を設けた形状としてもよい。これにより、仕切り板１３０は、蛍光体層１１２が設けられていない基板１１１上にできるだけ近接した位置まで近づけることが可能となる。また、光変換装置１０Ａに衝撃が加わった時に、仕切り板１１１と蛍光体層１１２との接触が回避される。なお、凹部１３１の形状は、凹部１３１の深さｄが蛍光体層１１２に厚みｔよりも深いことが好ましい。更に、仕切り板１３０は、図２Ｂに示したように、蛍光体ホイール１１０の基板１１１を挟む間隙Ｇを中心に、両端が発光部Ｘを有する第１空間１１４Ａ側に傾いていることが好ましい。具体的には、仕切り板１３０と基板１１１との成す角が９０°以下とすることが好ましい。これにより、発光部Ｘで暖められた空気を効率よく熱交換器１２０側へ循環させることが可能となる。

なお、非照射面側の蛍光体ホイール１１０（第２領域１３０Ｂ）の端面Ｐ'_INの位置は、図１Ｂに示したように、蛍光体ホイール１１０を間に照射面側の端面Ｐ_INのＺ軸方向の同一線上、換言すると、図１Ａに示したように、ＸＹ平面において照射面側の端面Ｐ_INと同じ位置となるように設けてもよいが、モータ１１３がない分、蛍光体ホイール１１０の回転軸Ｏに近傍まで延在させることができる。これにより、青色レーザ光Ｌｂの照射によって加熱された基板１１１により暖められると共に、未冷却の空気の第１空間１１４Ａ（具体的には、発光部Ｘ近傍）への混入がより制限される。よって、仕切り板１３０の第２領域１３０Ｂの端面Ｐ'_INの位置は、Ｐ_IN−Ｏ＞Ｐ'_IN−Ｏであることが好ましい。

（１−２．投射型表示装置の構成）
図３は、投射型表示装置の一例としてのプロジェクタ（プロジェクタ１）の構成例を表した概略図である。プロジェクタ１は、本技術に係る光変換装置１０Ａを備えた光源光学系１００と、画像生成システム４００と、投射光学系６００とを有する。画像生成システム４００は、照射された光をもとに画像を生成する画像生成素子４１０と、画像生成素子４１０に光源光学系１００から射出された光を照射する照明光学系４２０とを有する。投射光学系６００は、画像生成素子４１０により生成された画像を投射する。

図４は、光源光学系１００を構成する光源部２０および光変換装置１０の構成の一例を表した概略図である。光源部２０は、例えば、複数のＬＤを備えた光源２１０と、光源２１０から射出された光を蛍光体ホイール１１０に集光させるための光学系としての集光ミラー２１１Ａ，２１１Ｂおよび集光ミラー２１２と、光変換装置１０から射出された光（黄色光Ｌｙ）と合成して白色光（Ｌｗ）するための青色レーザ光Ｌｂを射出する青光源光学系２１５と、白色光（Ｌｗ）を合成すると共に、外部（例えば、画像合成システム側）に射出する光学系としてのダイクロイックミラー２１３および集光レンズ２１４とを有する。

光源２１０は、例えば、４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長範囲内に発光強度のピーク波長を有する青色レーザ光Ｌｂを発振可能な青色ＬＤである。この青色ＬＤは、所定の波長域の光を射出する１または複数の固体光源に相当する。光源２１０には、ＬＤのほか、ＬＥＤ等の他の光源が用いられていてもよい。また、所定の波長も、上記４００ｎｍ〜５００ｎｍに発光強度のピーク波長を有する青色レーザ光Ｌｂに限定されるものではない。

集光ミラー２１１Ａ，２１１Ｂは、光源２１０に配置された複数のＬＤから射出される光の光束を略平行にすると共に、集光ミラー２１２に集中させる凹面反射面を有するものである。集光ミラー２１２は、集光ミラー２１１Ａ，２１１Ｂによって集中した光を蛍光体ホイール１１０へ反射させるものである。

ダイクロイックミラー２１３は、所定の波長域の色光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を透過させる性質を有する。具体的には、例えば、光源２１０から射出され、集光ミラー２１１Ａ，２１１Ｂおよび集光ミラー２１２を介した青色レーザ光Ｌｂは、ダイクロイックミラー２１３を透過して後述する蛍光体ホイール１１０に形成された蛍光体層１１２に照射され、蛍光体が励起される。励起された蛍光体は、例えば、赤色波長域から緑色波長域までを含む波長域の光（即ち、黄色光Ｌｙ）を出射する。この黄色光Ｌｙは、ダイクロイックミラー２１３によって集光レンズ２１４側に反射される。

画像生成システム４００は、図４に示したように、例えば、インテグレータ素子４３０と、偏光変換素子４４０と、集光レンズ４５０とを有する。インテグレータ素子４３０は、二次元に配列された複数のマイクロレンズを有する第１のフライアイレンズ４３１およびその各マイクロレンズに１つずつ対応するように配列された複数のマイクロレンズを有する第２のフライアイレンズ４３２を含んでいる。

光源光学系１００からインテグレータ素子４３０に入射する光（平行光）は、第１のフライアイレンズ４３１のマイクロレンズによって複数の光束に分割され、第２のフライアイレンズ４３２における対応するマイクロレンズにそれぞれ結像される。第２のフライアイレンズ４３２のマイクロレンズのそれぞれが、二次光源として機能し、輝度が揃った複数の平行光を、偏光変換素子４４０に入射光として照射する。

インテグレータ素子４３０は、全体として、光源光学系１００から偏光変換素子４４０に照射される入射光を、均一な輝度分布に整える機能を有する。

偏光変換素子４４０は、インテグレータ素子４３０等を介して入射する入射光の偏光状態を揃える機能を有する。この偏光変換素子４４０は、例えば、光源光学系１００の出射側に配置された集光レンズ４５０等を介して、青色レーザ光ＬｂＢ３、緑色光Ｇ３および赤色光Ｒ３を含む出射光を出射する。

照明光学系４２０は、ダイクロイックミラー４６０および４７０、ミラー４８０、４９０および５００、リレーレンズ５１０および５２０、フィールドレンズ５３０Ｒ、５３０Ｇおよび５３０Ｂ、画像生成素子としての液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇおよび４１０Ｂ、ダイクロイックプリズム５４０を含んでいる。

ダイクロイックミラー４６０および４７０は、所定の波長域の色光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を透過させる性質を有する。図４を参照して、例えば、ダイクロイックミラー４６０は、赤色光Ｒ３を選択的に反射する。ダイクロイックミラー４７０は、ダイクロイックミラー４６０を透過した緑色光Ｇ３および青色レーザ光ＬｂＢ３のうち、緑色光Ｇ３を選択的に反射する。残る青色レーザ光ＬｂＢ３が、ダイクロイックミラー４７０を透過する。これにより、光源光学系１００から出射された光（白色光Ｌｗ）が、異なる色の複数の色光に分離される。

分離された赤色光Ｒ３は、ミラー４８０により反射され、フィールドレンズ５３０Ｒを通ることによって平行化された後、赤色光の変調用の液晶ライトバルブ４１０Ｒに入射する。緑色光Ｇ３は、フィールドレンズ５３０Ｇを通ることによって平行化された後、緑色光の変調用の液晶ライトバルブ４１０Ｇに入射する。青色レーザ光ＬｂＢ３は、リレーレンズ５１０を通ってミラー４９０により反射され、さらにリレーレンズ５２０を通ってミラー５００により反射される。ミラー５００により反射された青色レーザ光ＬｂＢ３は、フィールドレンズ５３０Ｂを通ることによって平行化された後、青色レーザ光Ｌｂの変調用の液晶ライトバルブ４１０Ｂに入射する。

液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇおよび４１０Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給する図示しない信号源（例えば、ＰＣ等）と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇおよび４１０Ｂは、供給される各色の画像信号に基づき、入射光を画素毎に変調し、それぞれ赤色画像、緑色画像および青色画像を生成する。変調された各色の光（形成された画像）は、ダイクロイックプリズム５４０に入射して合成される。ダイクロイックプリズム５４０は、３つの方向から入射した各色の光を重ね合わせて合成し、投射光学系６００に向けて出射する。

投射光学系６００は、複数のレンズ６１０等を有し、ダイクロイックプリズム５４０によって合成された光を図示しないスクリーンに照射する。これにより、フルカラーの画像が表示される。

（１−３．作用・効果）
前述したように、固体光源としてＬＤを用い、このＬＤから射出されるレーザ光を励起光として蛍光体から異なる波長域の光を出射させて利用する光変換装置を用いた投射型表示装置が開発されている。このように、レーザ光を励起光として用いた投射型表示装置では、レーザ光の照射によって光変換装置が加熱、具体的には、蛍光体および蛍光体が成膜された基板が大きく加熱されるが、蛍光体の光変換効率の温度特性、蛍光体を基板上に形成するためのバインダ等の耐熱性のために温度上昇を抑える必要があった。このため、蛍光体が設けられた部材（例えば、蛍光体ホイール）を回転させてレーザ光が照射される位置を変化させることで蛍光体の劣化を抑えたり、空気の循環経路が設けられた密閉容器に光変換装置を収容してレーザ光の照射位置の冷却効率を向上させる等、様々な改善がなされている。しかしながら、その構造上、レーザ光の照射によって暖められた空気が熱交換器によって冷却される前にレーザ光の照射位置に流れ込んでしまう等、レーザ光の照射位置（発光部）およびホイールを十分に冷却することは困難であった。

これに対して、本実施の形態では、筐体１１４に収容された蛍光体ホイール１１０上に仕切り板１３０を設け、筐体１１４内の空間を隔てるようにした。具体的には、仕切り板１３０によって、筐体１１４の空間を、励起光である青色レーザ光Ｌｂが集光する発光部Ｘを含む第１空間と、発光部Ｘを含まない第２空間とに隔てるようにした。これにより、筐体１１４内を循環する空気の流れ、具体的には、青色レーザ光Ｌｂの照射によって加熱された基板１１１により暖められた空気の流れを整流することが可能となる。

以上のように、本実施の形態では、筐体１１４に収容された蛍光体ホイール１１０上に、筐体１１４の空間を、外部から入射される青色レーザ光Ｌｂが照射される発光部Ｘを含む第１空間と発光部Ｘを含まない第２空間とに隔てる仕切り板１３０を設けるようにした。これにより、青色レーザ光Ｌｂの照射によって蛍光体層１１２およびその周辺基板が加熱され、これによって暖められた空気（暖風）が、蛍光体ホイール１１０上で冷却用の空気（冷却風）と混合することを防ぐと共に、この暖風を熱交換器１２０へ循環させることが可能となる。よって、光変換装置１０Ａ内の暖められた空気を効率よく冷却することができると共に、青色レーザ光Ｌｂが照射され、黄色光Ｌｙを出射する発光部Ｘの冷却効率が向上する。また、これにより、消費電力を低減することが可能となる。よって、信頼性の向上した光源装置（光源光学系１００）および投射型表示装置（プロジェクタ１）を提供することが可能となる。

なお、筐体１１４は、筐体１１４の内部と外部とが遮断された密閉容器でもよいし、筐体１１４の一部に外部と繋がる開口等が設けられたものでもよい。

＜２．変形例＞
以下に、本開示の変形例（変形例１〜４）について説明する。なお、以下に説明する変形例において、上記実施の形態と同様の構成については同じ番号を付し、その説明を省略する。

（２−１．変形例１）
図５は、本開示の上記実施の形態の変形例（変形例１）に係る光変換装置１０Ｂの平面構成を表したものである。この光変換装置１０Ｂは、例えば、上述したプロジェクタ１の光源光学系（光源装置）１００に含まれる光変換装置１０として用いられるものである（図３，４参照）。本変形例では、筐体１１４内を循環する空気の流れが急激に変化する場所に吸塵部材を設けた点が上記実施の形態とは異なる。

吸塵部材は、上記のように、筐体１１４内を循環する空気の流れが急激に変化する場所に設けることが好ましく、例えば、発光部Ｘで暖められた空気が第１空間１１４Ａから第２空間１１４Ｂに流れ込む位置に吸塵部材として吸塵パッド１３２を設けることが好ましい。また、励起光である青色レーザ光Ｌｂおよび蛍光光である黄色光Ｌｙの一次散乱光が直接当たらない箇所、例えば、仕切り板１３０の第２空間１１４Ｂに面する面に吸塵パッド１３３を設けることが好ましい。吸塵パッド１３２，１３３は、静電フィルタや不織布あるいは、多孔質フィルタ等が挙げられる。

以上のように、本変形例では、筐体１１４内を循環する空気の流れが急激に変化する場所、例えば、発光部Ｘで暖められた空気が第１空間１１４Ａから第２空間１１４Ｂに流れ込む位置や、青色レーザ光Ｌｂ等の励起光および黄色光Ｌｙ等の蛍光の一次散乱光が直接当たらない仕切り板１３０の第２空間１１４Ｂに面する面に吸塵パッド１３２，１３３を設けるようにした。これにより、筐体１１４内に発生する埃等が吸塵パッド１３２，１３３によって吸着され、発光部Ｘや集光レンズ１１５等の後述する光学部品（例えば、図７Ａ参照）への埃等の焼き付きを低減させることが可能となる。

よって、上記実施の形態における効果に加えて、光変換効率を向上させると共に、蛍光体ホイール１１０の寿命が長くなるという効果を奏する。更に、光学部品（例えば、集光レンズ１１５）の光透過率の低下が低減されるという効果を奏する。

（２−２．変形例２）
図６は、本開示の上記実施の形態の変形例（変形例２）に係る光変換装置１０Ｃの断面構成を表したものである。この光変換装置１０Ｃは、例えば、上述したプロジェクタ１の光源光学系（光源装置）１００に含まれる光変換装置１０として用いられるものである（図３，４参照）。本変形例では、蛍光体ホイール１１０の基板１１１の背面にフィン１１７を設けた点が上記実施の形態および変形例１とは異なる。

フィン１１７は、例えば、アルミニウム等の比較的熱伝導性がよく、軽量な金属によって構成することが好ましい。このように、熱伝導性の良いフィン１１７を基板１１１に接合することで、青色レーザ光Ｌｂの照射によって加熱される蛍光体層１１２の熱が効率よく放熱される。なお、このとき、仕切り板１３０には、蛍光体ホイール１１０の基板１１１を挟み込む間隙Ｇの他に、フィン１１７を挟み込む間隙Ｇ'を設けることが好ましい。

以上のように、蛍光体ホイール１１０の基板１１１の背面にフィン１１７を設けることにより、蛍光体ホイール１１０の冷却効率をさらに向上させることが可能となる。

（２−３．変形例３）
図７Ａは、本開示の上記実施の形態の変形例（変形例３）に係る光変換装置１０Ｄの平面構成を表したものであり、図７Ｂは、図７Ａに示した光変換装置１０Ｄの断面構成を表したものである。この光変換装置１０Ｄは、例えば、上述したプロジェクタ１の光源光学系（光源装置）１００に含まれる光変換装置１０として用いられるものである（図３，４参照）。本変形例では、光源２１０と蛍光体ホイール１１０との間に配置された集光レンズ１１５を保持するレンズホルダ１３４が、上記仕切り板１３０を兼ねている点が、上記実施の形態等とは異なる。

なお、レンズホルダ１３４は、単独でも筐体１１４内の空気の流れを整流し、青色レーザ光Ｌｂの照射によって暖められ、蛍光体ホイール１１０の回転によって循環された空気が、熱交換器１２０によって冷却される前に発光部Ｘへ流入するのを防ぐことができるが、図７Ａおよび図７Ｂに示したように仕切り板１３０と組み合わせることにより、蛍光体層１１２上の発光部Ｘおよび青色レーザ光Ｌｂの照射によって暖められた空気がより冷却される。よって、発光部Ｘおよび筐体１１４内の空気の冷却効率を向上させることが可能となる。なお、図７Ａに示したレンズホルダ１３４の面Ｓ１が、上記実施の形態等の蛍光体ホイール１１０上に設けられている仕切り板１１１に相当する。

（２−４．変形例４）
図８Ａは、本開示の上記実施の形態の変形例（変形例４）に係る光変換装置１０Ｅの平面構成を表したものであり、図８Ｂ，図８Ｃはそれぞれ、図８Ａに示した光変換装置１０ＥのＩＩ−ＩＩ線（図８Ｂ）およびＩＩＩ−ＩＩＩ線（図８Ｃ）における断面構成を表したものである。図８Ｄは、図８Ａに示した光変換装置１０ＥのＶＩ−ＶＩ線から光変換装置１０Ｅを見たものである。この光変換装置１０Ｅは、例えば、上述した投射型表示装置１の光源光学系（光源装置）１００に含まれる光変換装置１０として用いられるものである（図３，４参照）。本変形例では、蛍光体ホイール１１０の背面側に、熱交換器１２０と共に送風機（ファン１４０）が配置された点が上記実施の形態等とは異なる。

本変形例の光変換装置１０Ｅでは、図８Ｂおよび図８Ｃに示したように、筐体１１４に隔壁１１４Ｃが設けられており、これにより、筐体１１４内は、蛍光体ホイール１１０を配置された空間と、熱交換器１２０およびファン１４０が配置された空間とに隔てられている。熱交換器１２０は、筐体１１４内に設置された吸熱部１２１Ａ、筐体１１４外に設置された放熱部１２１Ｂおよび吸熱部１２１Ａと放熱部１２１Ｂとを接続するヒートパイプ１２２から構成されている。本変形例の光変換装置１０Ｅでは、蛍光体ホイール１１０とは隔てられた空間において、発光部Ｘを含まず第２空間１１４Ｂに対応する位置に吸熱部１２１Ａが、図８Ｄの矢印Ｂ_３で示したように、吸熱部１２１Ａで冷却された空気を吸い込む位置にファン１４０が配置されている。なお、蛍光体層１１２上の発光部Ｘにおいて暖められた空気は、蛍光体ホイール１１０の回転によって循環され、図８Ｂの矢印Ｂ _２ に示したように、第２空間１１４Ｂにおいて吸熱部１２１Ａに流れ込み、放熱フィン１２１およびヒートパイプ１２２によって吸熱されて冷却される。ヒートパイプ１２２は、筐体１１４外においてファン１５０から送風される風（矢印Ｂ_４）によって冷却される。

このように、筐体１１４内にファン１４０を配置することにより、筐体１１４内を循環する風量を多くして、冷却性能を向上させることが可能となる。更に、ファン１４０を発光部Ｘ側（第１空間１１４Ａ）に、熱交換器１２０を、筐体１１４内を循環する空気の下流側（第２空間１１４Ｂ）に配置することにより、効率よく発光部Ｘを冷却することできると共に、発光部Ｘで暖められた空気の冷却効率を向上させることが可能となる。

なお、本技術は、上記実施形態および変形例１〜４に限定されず、例えば、変形例１〜４で説明した要件をそれぞれ組み合わせて他の種々の実施形態を実現することができる。例えば、図８Ｃに示したように、変形例４で示した光変換装置１０Ｅのファン１４０の発光部Ｘへの送風口付近に吸塵パッド１４１を設けるようにしてもよい。これにより、熱交換器１２０によって冷却され、ファン１４０によって発光部Ｘへ送風される空気（矢印Ｂ₁）中に含まれる埃等が除去され、発光部Ｘへの埃等の焼きつきを防ぐことが可能となる。

また、上記実施の形態等では、光源２１０から照射された青色レーザ光Ｌｂによって励起された蛍光体から射出される黄色光Ｌｙを光源２１０側に反射する、いわゆる反射型の蛍光体ホイール１１０を例に説明したが、これに限らず、例えば、青色レーザ光Ｌｂを透過すると共に、蛍光体から射出される黄色光Ｌｙを基板１１１の背面に射出する、いわゆる透過型の蛍光体ホイールを用いるようにしてもよい。

更に、図３に示すプロジェクタ１では、透過型液晶パネルを用いて構成された画像生成システム４００が搭載されている。しかしながら反射型液晶パネルを用いても画像生成システムを構成することは可能である。画像生成素子として、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等が用いられてもよい。さらには、ダイクロイックプリズム５４０に代わり、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）やＲＧＢ各色の映像信号を合成する色合成プリズム、ＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム等が用いられてもよい。

また、上記実施の形態等では、照明装置の各構成要素（光学系）を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。

更にまた、上記実施の形態等では、本開示の光変換装置の用途として、投射型等の表示装置を例に挙げて説明したが、これには限られず、例えばステッパ等の露光装置にも適用することが可能である。

また、本技術に係る投射型表示装置として、上記プロジェクタ以外の装置が構成されてもよい。また投射型表示装置ではない装置に本技術に係る照明装置が用いられてもよい。

なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）回転軸を中心に回転可能な光変換部と、前記光変換部を冷却する冷却部と、前記光変換部および前記冷却部を収容する筐体と、前記光変換部上に設けられると共に、前記筐体内の空間を隔てる仕切り部材とを備えた光変換装置。
（２）光変換部は、外部から入射する励起光によって発光する発光部を有し、前記仕切り部材は、前記筐体内の空間を、前記発光部を含む第１空間と、前記発光部を含まない第２空間とに隔てる、前記（１）に記載の光変換装置。
（３）前記冷却部によって冷却された空気は、前記発光部を含む前記第１空間から前記第２空間に循環する、前記（２）に記載の光変換装置。
（４）前記仕切り部材は、前記発光部で暖められ前記光変換部の回転によって流れる空気が、前記発光部に流入するのをさえぎるように配されている、前記（３）に記載の光変換装置。
（５）前記仕切り部材は、前記励起光が照射される前記光変換部の照射面および非照射面に配設されている、前記（２）乃至（４）のいずれか１つに記載の光変換装置。
（６）前記光変換部は、前記回転軸を中心に回転する基板と、前記基板上に設けられると共に、前記発光部を含む発光層とを有し、前記仕切り部材は、前記発光層に対向する位置に凹部を有する、前記（２）乃至（５）のいずれか１つに記載の光変換装置。
（７）前記仕切り部材は、前記光変換部上から前記冷却部に延在している、前記（１）乃至（６）のいずれか１つに記載の光変換装置。
（８）前記仕切り部材と、前記光変換部の回転面との成す角は、９０°以下である、前記（１）乃至（７）のいずれか１つに記載の光変換装置。
（９）前記光変換部は、照射面に、前記励起光を集光すると共に、保持部材に保持された集光レンズを有し、前記保持部材が前記仕切り部材を兼ねている、前記（２）乃至（８）のいずれか１つに記載の光変換装置。
（１０）吸塵部材を有する、前記（２）乃至（９）のいずれか１つに記載の光変換装置。
（１１）前記吸塵部材は、前記第２空間側の前記仕切り部材の少なくとも一部に設けられている、前記（１０）に記載の光変換装置。
（１２）前記吸塵部材は、前記第２空間側の前記筺体の少なくとも一部に設けられている、前記（１０）または（１１）に記載の光変換装置。
（１３）前記仕切り部材は、前記筐体に固定されている、前記（１）乃至（１２）のいずれか１つに記載の光変換装置。
（１４）前記仕切り部材は板状である、前記（１）乃至（１３）のいずれか１つに記載の光変換装置。
（１５）１または２以上の光源と、前記光源から出射される光の波長を変換する光変換装置を含む光源光学系を備え、前記光変換装置は、回転軸を中心に回転可能な光変換部と、前記光変換部を冷却する冷却部と、前記光変換部および前記冷却部を収容する筐体と、前記光変換部上に設けられると共に、前記筐体内の空間を隔てる仕切り部材とを有する光源装置。
（１６）１または２以上の光源と、前記光源から出射される光の波長を変換する光変換装置を含む光源光学系と、入力された映像信号に基づいて前記光源光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する画像生成光学系と、前記画像生成光学系で生成された画像光を投射する投射光学系とを備え、前記光変換装置は、回転軸を中心に回転可能な光変換部と、前記光変換部を冷却する冷却部と、前記光変換部および前記冷却部を収容する筐体と、前記光変換部上に設けられると共に、前記筐体内の空間を隔てる仕切り部材とを有する投射型表示装置。

本出願は、日本国特許庁において２０１５年４月２２日に出願された日本特許出願番号２０１５−０８７８４６号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (20)

1. 外部から入射する励起光によって発光する発光部を有し、回転軸を中心に回転可能な光変換部と、
   前記光変換部を冷却する冷却部と、
   前記光変換部および前記冷却部を収容する筐体と、
   前記筐体内の空間を、前記発光部を含む第１空間と、前記発光部を含まない第２空間とに隔てると共に、前記光変換部上の、前記励起光が照射される前記光変換部の照射面および非照射面に配設されている仕切り部材と
   を備えた光変換装置。
2. 前記冷却部によって冷却された空気は、前記発光部を含む前記第１空間から前記第２空間に循環する、請求項１に記載の光変換装置。
3. 前記仕切り部材は、前記発光部で暖められ前記光変換部の回転によって流れる空気が、前記発光部に流入するのをさえぎるように配されている、請求項２に記載の光変換装置。
4. 前記光変換部は、前記回転軸を中心に回転する基板と、前記基板上に設けられると共に、前記発光部を含む発光層とを有し、
   前記仕切り部材は、前記発光層に対向する位置に凹部を有する、請求項１に記載の光変換装置。
5. 前記仕切り部材は、前記光変換部上から前記冷却部に延在している、請求項１に記載の光変換装置。
6. 前記仕切り部材と、前記光変換部の回転面との成す角は、９０°以下である、請求項１に記載の光変換装置。
7. 前記光変換部は、照射面に、前記励起光を集光すると共に、保持部材に保持された集光
   レンズを有し、前記保持部材が前記仕切り部材を兼ねている、請求項１に記載の光変換装置。
8. 吸塵部材を有する、請求項１に記載の光変換装置。
9. 前記吸塵部材は、前記第２空間側の前記仕切り部材の少なくとも一部に設けられている、請求項８に記載の光変換装置。
10. 前記吸塵部材は、前記第２空間側の前記筐体の少なくとも一部に設けられている、請求項８に記載の光変換装置。
11. 前記仕切り部材は、前記筐体に固定されている、請求項１に記載の光変換装置。
12. 前記仕切り部材は板状である、請求項１に記載の光変換装置。
13. 外部から入射する励起光によって発光する発光部として、回転軸を中心に回転する基板と、前記基板上に設けられると共に、前記発光部を含む発光層とを有する光変換部と、
    前記光変換部を冷却する冷却部と、
    前記光変換部および前記冷却部を収容する筐体と、
    前記光変換部上に設けられ、前記筐体内の空間を、前記発光部を含む第１空間と、前記発光部を含まない第２空間とに隔てると共に、前記発光層に対向する位置に凹部を有する仕切り部材と
    を備えた光変換装置。
14. 外部から入射する励起光によって発光する発光部を有し、回転軸を中心に回転可能な光変換部と、
    前記光変換部を冷却する冷却部と、
    前記光変換部および前記冷却部を収容する筐体と、
    前記光変換部上に設けられると共に、前記筐体内の空間を、前記発光部を含む第１空間と、前記発光部を含まない第２空間とに隔て、照射面に、前記励起光を集光する集光レンズを保持する仕切り部材と
    を備えた光変換装置。
15. １または２以上の光源と、前記光源から出射される光の波長を変換する光変換装置を含む光源光学系を備え、
    前記光変換装置は、
    外部から入射する励起光によって発光する発光部を有し、回転軸を中心に回転可能な光変換部と、
    前記光変換部を冷却する冷却部と、
    前記光変換部および前記冷却部を収容する筐体と、
    前記筐体内の空間を、前記発光部を含む第１空間と、前記発光部を含まない第２空間とに隔てると共に、前記光変換部上の、前記励起光が照射される前記光変換部の照射面および非照射面に配設されている仕切り部材と
    を有する光源装置。
16. １または２以上の光源と、前記光源から出射される光の波長を変換する光変換装置を含む光源光学系を備え、
    前記光変換装置は、
    外部から入射する励起光によって発光する発光部として、回転軸を中心に回転する基板と、前記基板上に設けられると共に、前記発光部を含む発光層とを有する光変換部と、
    前記光変換部を冷却する冷却部と、
    前記光変換部および前記冷却部を収容する筐体と、
    前記光変換部上に設けられ、前記筐体内の空間を、前記発光部を含む第１空間と、前記発光部を含まない第２空間とに隔てると共に、前記発光層に対向する位置に凹部を有する仕切り部材と
    を有する光源装置。
17. １または２以上の光源と、前記光源から出射される光の波長を変換する光変換装置を含む光源光学系を備え、
    前記光変換装置は、
    外部から入射する励起光によって発光する発光部を有し、回転軸を中心に回転可能な光変換部と、
    前記光変換部を冷却する冷却部と、
    前記光変換部および前記冷却部を収容する筐体と、
    前記光変換部上に設けられると共に、前記筐体内の空間を、前記発光部を含む第１空間と、前記発光部を含まない第２空間とに隔て、照射面に、前記励起光を集光する集光レンズを保持する仕切り部材と
    を有する光源装置。
18. １または２以上の光源と、前記光源から出射される光の波長を変換する光変換装置を含む光源光学系と、
    入力された映像信号に基づいて前記光源光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する画像生成光学系と、
    前記画像生成光学系で生成された画像光を投射する投射光学系とを備え、
    前記光変換装置は、
    外部から入射する励起光によって発光する発光部を有し、回転軸を中心に回転可能な光変換部と、
    前記光変換部を冷却する冷却部と、
    前記光変換部および前記冷却部を収容する筐体と、
    前記筐体内の空間を、前記発光部を含む第１空間と、前記発光部を含まない第２空間とに隔てると共に、前記光変換部上の、前記励起光が照射される前記光変換部の照射面および非照射面に配設されている仕切り部材と
    を有する投射型表示装置。
19. １または２以上の光源と、前記光源から出射される光の波長を変換する光変換装置を含む光源光学系と、
    入力された映像信号に基づいて前記光源光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する画像生成光学系と、
    前記画像生成光学系で生成された画像光を投射する投射光学系とを備え、
    前記光変換装置は、
    外部から入射する励起光によって発光する発光部として、回転軸を中心に回転する基板と、前記基板上に設けられると共に、前記発光部を含む発光層とを有する光変換部と、
    前記光変換部を冷却する冷却部と、
    前記光変換部および前記冷却部を収容する筐体と、
    前記光変換部上に設けられ、前記筐体内の空間を、前記発光部を含む第１空間と、前記発光部を含まない第２空間とに隔てると共に、前記発光層に対向する位置に凹部を有する仕切り部材と
    を有する投射型表示装置。
20. １または２以上の光源と、前記光源から出射される光の波長を変換する光変換装置を含
    む光源光学系と、
    入力された映像信号に基づいて前記光源光学系からの光を変調することにより、画像光を生成する画像生成光学系と、
    前記画像生成光学系で生成された画像光を投射する投射光学系とを備え、
    前記光変換装置は、
    外部から入射する励起光によって発光する発光部を有し、回転軸を中心に回転可能な光変換部と、
    前記光変換部を冷却する冷却部と、
    前記光変換部および前記冷却部を収容する筐体と、
    前記光変換部上に設けられると共に、前記筐体内の空間を、前記発光部を含む第１空間と、前記発光部を含まない第２空間とに隔て、照射面に、前記励起光を集光する集光レンズを保持する仕切り部材と
    を有する投射型表示装置。
    

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