JPWO2020004505A1 - 蛍光体ホイール装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、図1〜図9を参照して、第1の実施形態に係る投写型映像表示装置について説明する。
図1は、第1の実施形態に係る投写型映像表示装置100の構成を示す概略図である。図1は、特に、投写型映像表示装置100の光学的な構成を示す。投写型映像表示装置100は、光源装置10、照明光学系11、変調装置12、及び投写光学系13を備える。
光源装置10は、光源20、コンデンサレンズ30、拡散板60、蛍光体ホイール70、レンズ31及び32、ミラー61及び62、及びレンズ33を備える。
照明光学系11は、ロッドインテグレータ34、レンズ35、レンズ36、及びレンズ37を備える。光源装置10によって発生された照明光は、ロッドインテグレータ34に入射する。ロッドインテグレータ34は、光源装置10から出射された照明光の強度分布を均一化する。ロッドインテグレータ34は、ガラスなどの透明部材によって構成される中実のロッドであってもよく、又は、内壁がミラー面として構成された中空のロッドであってもよい。ロッドインテグレータ34から出射された照明光は、レンズ35、レンズ36、レンズ37を介して、変調装置12に送られる。
変調装置12は、光変調素子41及びプリズム42を備える。光変調素子41は、例えば、複数の可動式の微小ミラーを有するDMD(Digital Mirror Device)である。プリズム42は、ダイクロイックミラー42aを備える。ダイクロイックミラー42aは、照明光学系11から入射した照明光を全反射して光変調素子41へ導く。光変調素子41は、投写型映像表示装置100の制御回路(図示せず)によって、映像信号に応じて、かつ、照明光のどの色成分の光が入力されているかに応じて制御され、照明光の各色成分の光を時分割で変調する。光変調素子41によって照明光を変調することにより発生した映像光の各色成分の光は、プリズム42を透過して投写光学系13へ送られる。
投写光学系13は、1つ又は複数の投写レンズを備え、映像光を、投写型映像表示装置100の外部のスクリーン(図示せず)へ拡大して投写する。
図2及び図3を参照して、蛍光体ホイール70の構成を説明する。図2は、図1の蛍光体ホイール70の構成を示す側面図である。図3は、図1の蛍光体ホイール70の構成を示す平面図である。図2は、図1と同じ方向から蛍光体ホイール70を見た場合の断面図を示す。図3は、図2の右側から蛍光体ホイール70を見た場合の平面図を示す。
蛍光体73aは、回転軸74cからみて所定の角度幅を有する領域に塗布され、約455nmの波長を有する青色光によって励起され、例えば、約570nmの主波長を有する黄色光を含む黄色蛍光を発生する。蛍光体73bは、蛍光体73aの領域とは別の領域であって、回転軸74cからみて所定の角度幅を有する領域に塗布され、約455nmの波長を有する青色光によって励起され、例えば、約550nmの主波長を有する緑色光を含む緑色蛍光を発生する。蛍光体73aは、黄色蛍光を発生する黄色蛍光体と、バインダとの混合物で構成される。蛍光体73bは、緑色蛍光を発生する緑色蛍光体と、バインダとの混合物で構成される。黄色蛍光体は、例えばY3Al5O12:Ce3+である。緑色蛍光体は、例えばLu3Al5O12:Ce3+である。バインダは、透明材料、例えばシリコーン樹脂からなる。蛍光体73a及び73bの厚さ及び濃度は、入射するソース光のうち、所望の割合の光を透過するように調整される。
ダイクロイックフィルタ82a〜82c及び透過窓W2は、例えば図3に示すように、回転軸74cからみて所定の角度幅を有する扇形の領域にそれぞれ形成される。ダイクロイックフィルタ82a及び82cは、例えば、480nmより長い波長を有する可視域の入射光を透過し、480nm以下の波長を有する可視域の入射光を反射する。ダイクロイックフィルタ82bは、例えば、600nmより長い波長を有する可視域の入射光を透過し、600nm以下の波長を有する可視域の入射光を反射する。透過窓W2は、拡散膜73cにより拡散されたソース光を透過する。透過窓W2は、透明材料からなる基板71において、例えば、ダイクロイックフィルタを形成せず、基板71自体を露出させた領域として形成される。
図4は、図1の蛍光体ホイール70の近傍においてソース光及び蛍光が進む経路を示す概略図である。図4は、図1の光源装置10のうち、蛍光体ホイール70及び関連付けられた光学系を拡大して示す概念図である。
第1の実施形態に係る蛍光体ホイール70によれば、ダイクロイックフィルタ72及び82a〜82cを備えたことにより、図4に示すように、蛍光体73a及び73bによって吸収されなかったソース光を再び蛍光体73a及び73bに入射させ、ソース光から蛍光への変換効率を向上することができる。従って、蛍光体ホイール70を備えた光源装置10及び投写型映像表示装置100を従来よりも高効率で動作させることができる。
図5は、第1の実施形態の第1の変形例に係る蛍光体ホイール70Aの構成を示す平面図である。蛍光体ホイール70Aは、図1の蛍光体ホイール70の各構成要素に加えて、透過窓W2の上に形成された反射防止膜82dを備える。これにより、ソース光が透過窓W2を透過するときの損失を低減することができ、蛍光体ホイール70Aを備えた光源装置10及び投写型映像表示装置100をより高効率で動作させることができる。
第1の実施形態に係る蛍光体ホイール装置、光源装置、及び投写型映像表示装置は、以下の構成を備える。
以下、図10〜図17を参照して、第2の実施形態に係る投写型映像表示装置について説明する。以下では、主に、第1の実施形態に係る投写型映像表示装置との相違点について説明する。尚、第1の実施形態と同様の構成を有する部分には同一の符号を付し、その詳細な重複説明を省略する。
図10は、第2の実施形態に係る投写型映像表示装置100Eの構成を示す概略図である。投写型映像表示装置100Eは、図1の光源装置10に代えて、光源装置10Eを備える。光源装置10Eは、図1の蛍光体ホイール70に代えて、蛍光体ホイール70E及びフィルタホイール80を備える。
光源装置10Eは、光源20、コンデンサレンズ30、拡散板60、蛍光体ホイール70E、レンズ31、レンズ32、レンズ33、フィルタホイール80を備える。
図11及び図12を参照して、蛍光体ホイール70Eの構成を説明する。図11は、図10の蛍光体ホイール70Eの構成を示す側面図である。図12は、図10の蛍光体ホイール70Eの構成を示す平面図である。図11は、図10と同じ方向から蛍光体ホイール70Eを見た場合の断面図を示す。図12は、図10の左側から蛍光体ホイール70Eを見た場合の平面図を示す。蛍光体ホイール70Eは、図2及び図3の蛍光体ホイール70からダイクロイックフィルタ82a〜82c及び透過窓W2を除去した構成を有する。
図13及び図14を参照して、フィルタホイール80の構成を説明する。図13は、図10のフィルタホイール80の構成を示す側面図である。図14は、図10のフィルタホイール80の構成を示す平面図である。図13は、図10と同じ方向からフィルタホイール80を見た場合の断面図を示す。図14は、図10の右側からフィルタホイール80を見た場合の平面図を示す。
図15は、図10の蛍光体ホイール70E及びフィルタホイール80の近傍において励起光及び蛍光が進む経路を示す概略図である。図15は、図10の光源装置10Eのうち、蛍光体ホイール70E、フィルタホイール80、及び関連付けられた光学系を拡大して示す概念図である。
従来、蛍光をフィルタリングしてその色成分を取り出すフィルタホイール装置は、扇形形状のフィルタ板及び拡散板を配列して固定した構成を有するものが多く、コストが高く、また、十分に高い耐久性を実現することが困難であった。第2の実施形態に係る光源装置10Eによれば、蛍光体ホイール70Eに拡散膜73cを設けることで、フィルタホイール80に光拡散機能を設ける必要がないので、コストを低減し、耐久性を向上することができる。
図16は、第2の実施形態の変形例に係る蛍光体ホイール70Fの構成を示す平面図である。図17は、第2の実施形態の変形例に係るフィルタホイール80Fの構成を示す平面図である。蛍光体ホイール70Fは、図11の蛍光体ホイール70Eの拡散膜73cを除去した構成を有する。フィルタホイール80Fは、図11のフィルタホイール80の各構成要素に加えて、透過窓W2の上に形成された拡散膜82fを備える。前述のように、拡散膜は、透過窓W1及びW2のいずれの上に形成されてもよく、青色光を他の色成分の光に影響することなく拡散することができる。これにより、光源装置10E及び投写型映像表示装置100Eの設計上の自由度を向上することができる。
第2の実施形態に係る蛍光体ホイール装置、光源装置、及び投写型映像表示装置は、以下の構成を備える。
20…光源、
70,70A〜70F…蛍光体ホイール、
71…基板、
72…ダイクロイックフィルタ、
73a,73b…蛍光体、
73c…拡散膜、
73d…拡散膜、
80,80D…フィルタホイール、
81…基板、
82a〜82c…ダイクロイックフィルタ、
82d…反射防止膜、
82e…フィルタ、
82f…拡散膜、
83…反射防止膜、
W1,W2…透過窓、
100,100E…投写型映像表示装置。
Claims (9)
- 透明材料からなり、回転軸の周りに回転可能な基板と、
前記基板において、前記回転軸から第1の半径を有する円周を含む領域に形成され、第1の波長を有する入射光を透過し、前記第1の波長とは異なる第2の波長を有する入射光を反射する第1のダイクロイックフィルタと、
前記基板において、前記回転軸から第1の半径を有する円周を含む領域のうち、前記回転軸からみて所定の角度幅を有する領域に形成された蛍光体であって、前記第1の波長を有する入射光によって励起されて前記第2の波長を有する蛍光を発生する蛍光体と、
前記基板において、前記回転軸から第1の半径を有する円周を含む領域のうち、前記蛍光体の領域とは別の領域に形成され、入射光を透過する第1の透過窓と、
前記基板において、前記回転軸から前記第1の半径とは異なる第2の半径を有する円周を含む領域のうち、前記回転軸からみて所定の角度幅を有する領域に形成され、前記第2の波長を有する入射光を透過し、前記第1の波長を有する入射光を反射する第2のダイクロイックフィルタと、
前記基板において、前記第2の半径を有する円周を含む領域のうち、前記第2のダイクロイックフィルタとは別の領域に形成され、入射光を透過する第2の透過窓と、
前記第1及び第2の透過窓の一方に形成され、入射光を拡散する拡散膜とを備えた、
蛍光体ホイール装置。 - 透明材料からなり、第1の回転軸の周りに回転可能な第1の基板と、
前記第1の基板において、前記第1の回転軸から第1の半径を有する円周を含む領域に形成され、第1の波長を有する入射光を透過し、前記第1の波長とは異なる第2の波長を有する入射光を反射する第1のダイクロイックフィルタと、
前記第1の基板において、前記第1の回転軸から第1の半径を有する円周を含む領域のうち、前記第1の回転軸からみて所定の角度幅を有する領域に形成された蛍光体であって、前記第1の波長を有する入射光によって励起されて前記第2の波長を有する蛍光を発生する蛍光体と、
前記第1の基板において、前記第1の回転軸から第1の半径を有する円周を含む領域のうち、前記蛍光体の領域とは別の領域に形成され、入射光を透過する第1の透過窓と、
透明材料からなり、第2の回転軸の周りに回転可能な第2の基板と、
前記第2の基板において、前記第2の回転軸からみて所定の角度幅を有する領域に形成され、前記第2の波長を有する入射光を透過し、前記第1の波長を有する入射光を反射する第2のダイクロイックフィルタと、
前記第2の基板において、前記第2のダイクロイックフィルタとは別の領域に形成され、入射光を透過する第2の透過窓と、
前記第1及び第2の透過窓の一方に形成され、入射光を拡散する拡散膜とを備えた、
蛍光体ホイール装置。 - 前記拡散膜は、所定の屈折率を有する透明材料からなるバインダと、前記バインダの屈折率とは異なる屈折率を有する拡散材料との混合物により形成された、
請求項1又は2記載の蛍光体ホイール装置。 - 前記第1及び第2の透過窓のうち、前記拡散膜が形成されていない透過窓は、反射防止膜を有する、
請求項3記載の蛍光体ホイール装置。 - 前記拡散膜は、所定の屈折率を有する透明材料からなるバインダと、前記バインダの屈折率とは異なる屈折率を有する拡散材料と、前記第1の波長を有する入射光によって励起されて前記第1の波長とは異なる第3の波長を有する蛍光を発生する蛍光体との混合物により形成された、
請求項1又は2記載の蛍光体ホイール装置。 - 前記第1及び第2の透過窓のうち、前記拡散膜が形成されていない透過窓は、前記第1及び第3の波長を有する入射光を透過するフィルタを有する、
請求項5記載の蛍光体ホイール装置。 - 請求項1記載の蛍光体ホイール装置、又は、請求項1に従属した請求項3〜6のうちの1つに記載の蛍光体ホイール装置と、
前記蛍光体ホイール装置を回転させる駆動装置と、
前記第1の波長のソース光を発生する光源素子と、
前記光源素子から前記蛍光体に入射したソース光により励起された蛍光、又は、前記光源素子から前記拡散膜に入射して前記拡散膜により拡散されたソース光を、前記第2のダイクロイックフィルタ又は前記第2の透過窓に入射させるように導く光学系とを備えた、
光源装置。 - 請求項2記載の蛍光体ホイール装置、又は、請求項2に従属した請求項3〜6のうちの1つに記載の蛍光体ホイール装置と、
前記蛍光体ホイール装置の前記第1の基板を回転させる第1の駆動装置と、
前記蛍光体ホイール装置の前記第2の基板を回転させる第2の駆動装置と、
前記第1の波長のソース光を発生する光源素子とを備え、
前記第1及び第2の基板は、前記光源素子から前記蛍光体に入射したソース光により励起された蛍光、又は、前記光源素子から前記拡散膜に入射して前記拡散膜により拡散されたソース光が、前記第2のダイクロイックフィルタ又は前記第2の透過窓に入射するように配置された、
光源装置。 - 請求項7又は8記載の光源装置を備える、
投写型映像表示装置。
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