JP6613664B2 - 波長変換装置、照明装置及びプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、波長変換装置、照明装置及びプロジェクターに関する。

従来、光源装置から射出された光を変調して画像情報に応じた画像を形成し、当該画像をスクリーン等の被投射面に拡大投射するプロジェクターが知られている。このようなプロジェクターとして、入射される励起光によって励起され、蛍光を射出する波長変換装置を備えたプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載のプロジェクターは、光源ユニット、表示素子、投射光学系及び冷却ファンを備える。光源ユニットは、青色光を射出する光源装置と、励起光を射出する光源装置と、蛍光発光装置と、を有する。蛍光発光装置は、入射される励起光によって励起されて蛍光光を射出する蛍光ホイールと、当該蛍光ホイールを回転させるホイールモーターとを備える。
このようなプロジェクターでは、冷却ファンが、蛍光ホイール及びホイールモーターに外気を冷却風として直接吹き付けて、これらを冷却している。

特開２０１１−７５８９８号公報

ところで、特許文献１に記載のプロジェクターのように、蛍光発光装置に冷却気体が吹き付けられた場合、当該冷却気体が吹き付けられた箇所の冷却効率は高いが、当該冷却気体が吹き付けられていない箇所の冷却効率は低い。このため、特許文献１に記載のプロジェクターでは、蛍光発光装置（波長変換素子）を効率よく冷却できないという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、冷却効率が改善された波長変換装置を提供することを目的の１つとする。また、本発明は、当該波長変換装置を備えた照明装置を提供することを目的とする。また、本発明は、当該照明装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の１つとする。

本発明の第１態様に係る波長変換装置は、波長変換素子と、前記波長変換素子を冷却する冷却装置と、を備え、前記冷却装置は、第１送風装置を有し、前記波長変換素子は、前記第１送風装置の吸気側に配置されていることを特徴とする。

上記第１態様によれば、波長変換素子が第１送風装置の吸気側に配置されていることから、冷却気体が第１送風装置によって吸引されることによって波長変換素子に冷却気体が供給される。これにより、当該波長変換素子が冷却される。また、当該波長変換素子の冷却に供されて熱せられた冷却気体が第１送風装置によって吸引されるので、波長変換素子が回転する構成であっても、当該冷却気体が再び波長変換素子に巻き込まれて停滞することが低減される。従って、波長変換素子の冷却効率を向上できる。

上記第１態様では、前記波長変換素子は、前記第１送風装置の駆動により生じた負圧の領域に設けられていることが好ましい。
この構成によれば、波長変換素子が上記負圧の領域に設けられているので、当該波長変換素子の周囲の気体（波長変換素子の冷却に供せられた冷却気体）が第１送風装置により吸気され易い。従って、波長変換素子の冷却効率を向上できる。

上記第１態様では、前記冷却装置は、前記波長変換素子に冷却気体を送出する第２送風装置と、前記波長変換素子、前記第１送風装置及び前記第２送風装置が配置される第１ダクトと、を更に備え、前記第１送風装置の吸気面と前記波長変換素子との間の流路抵抗は、前記第２送風装置の排気面と前記波長変換素子との間の流路抵抗よりも小さいことが好ましい。
この構成によれば、第２送風装置によって冷却気体が波長変換素子に供給されるので、波長変換素子の冷却効率を高めることができる。また、第１送風装置の吸気面と波長変換素子との間の流路抵抗が第２送風装置の排気面と波長変換素子との間の流路抵抗より小さい。これによれば、波長変換素子周辺の空気の流れは、第２送風装置による冷却気体の送出より、第１送風装置による冷却気体の吸引の方が支配的となるので、第２送風装置により波長変換素子に供給された冷却気体がより効率よく第１送風装置により吸気される。従って、波長変換素子の冷却効率を更に向上できる。

上記第１態様では、前記冷却装置は、前記波長変換素子及び前記第１送風装置を収容し、前記第１送風装置から排気された冷却気体が前記波長変換素子に供給される循環流路を有する筐体を更に備え、前記第１送風装置の吸気面と前記波長変換素子との間の流路抵抗は、前記第１送風装置の排気面と前記波長変換素子との間の流路抵抗よりも小さいが好ましい。
この構成によれば、また、第１送風装置の吸気面と波長変換素子との間の流路抵抗が第１送風装置の排気面と波長変換素子との間の流路抵抗より小さいので、第１送風装置の排気面側の送出より、当該第１送風装置の吸気面側の吸引の方が支配的となる。これにより、波長変換素子の周辺の冷却気体を効率よく吸引できるので、波長変換素子の冷却効率を向上できる。

上記第１態様では、前記波長変換素子及び前記第１送風装置は、前記筐体により略密閉されていることが好ましい。
この構成によれば、波長変換素子及び第１送風装置が筐体により略密閉されているので、筐体内に当該筐体外の気体が流入することを抑制できる。従って、筐体内に塵埃が流入することを抑制でき、ひいては、波長変換素子に塵埃が付着することを更に抑制できる。

上記第１態様では、前記波長変換素子は、回転軸を中心として回転可能な基板と、前記基板に設けられた蛍光体層と、を含むことが好ましい。
この構成によれば、波長変換素子の特定の箇所に励起光が連続的に照射されることがない。また、回転ホイールの回転により波長変換素子が冷却されやすくなる。そのため、波長変換素子の温度が上がりにくい。

上記第１態様では、前記第１送風装置は、前記基板から見て前記回転軸に直交する方向に位置することが好ましい。
この構成によれば、第１送風装置が上記回転軸に沿う方向に配置されている場合に比べて、基板周辺の冷却気体をより効率よく吸気できる。また、第１送風装置を上記回転軸に沿う方向に配置する場合に比べて、当該第１送風装置の配置位置の選択性を高めることができる。すなわち、波長変換装置を小型化できる。

上記第１態様では、前記冷却装置は、前記波長変換素子と前記第１送風装置との間の流路に設けられた第２ダクトを更に備え、前記第２ダクトは、前記回転軸と交差する方向に延在している吸引部を有することが好ましい。
この構成によれば、第２ダクトの吸引部が波長変換素子の回転軸と交差する方向に延在しているので、第１送風装置により波長変換素子の冷却に供されて熱せられた冷却気体を当該吸引部から効率的に吸引できる。従って、波長変換素子の冷却効率を更に向上できる。

本発明の第２態様に係る照明装置は、上記波長変換装置と、前記波長変換素子に入射される励起光を射出する発光素子と、を備えることを特徴とする。
上記第２態様によれば、上記第１態様に係る波長変換装置と同様の効果を奏することができる。また、上記発光素子から射出される光により温度が上昇する波長変換素子を効率よく冷却できるので、照明装置の冷却効率を向上できる他、当該照明装置から安定した照明光を射出できる。

本発明の第３態様に係るプロジェクターは、上記照明装置と、前記照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、前記照明装置、前記光変調装置及び前記投射光学装置を収納する外装筐体と、を備えることを特徴とする。
上記第３態様によれば、上記第１態様に係る波長変換装置及び上記第２態様に係る照明装置と同様の効果を奏することができる。また、上記波長変換装置を備えた照明装置から安定した照明光が供給されるので、より鮮明な画像を投射できる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクターの概略を示す模式図。 上記第１実施形態に係るプロジェクターの照明装置の概略を示す模式図。 上記第１実施形態に係る照明装置における蛍光部材の平面図。 従来の波長変換装置における冷却気体の流れを示す図。 上記第１実施形態に係る波長変換装置における冷却気体の流れを示す図。 本発明の第２実施形態に係るプロジェクターの波長変換装置の構成を示す模式図。 本発明の第３実施形態に係るプロジェクターの波長変換装置の構成を示す模式図。 本発明の第４実施形態に係るプロジェクターの波長変換装置の構成を示す模式図。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図面に基づいて説明する。
［プロジェクターの概略構成］
図１は、本実施形態に係るプロジェクター１の構成を示す模式図である。
プロジェクター１は、内部に設けられた光源から射出された光束を変調して画像情報に応じた画像を形成し、当該画像をスクリーンＳＣ１等の被投射面上に拡大投射する表示装置である。
このプロジェクター１は、図１に示すように、外装筐体２と、当該外装筐体２内に収納される光学ユニット３の他、図示を省略するが、当該プロジェクター１を制御する制御装置、冷却対象を冷却する冷却装置、及び当該プロジェクター１を構成する電子部品に電力を供給する電源装置を備える。

［光学ユニットの構成］
光学ユニット３は、照明装置３１、色分離装置３２、平行化レンズ３３、光変調装置３４、色合成装置３５及び投射光学装置３６を備える。
照明装置３１は、照明光ＷＬを射出する。なお、照明装置３１の構成については、後述する。
色分離装置３２は、照明装置３１から入射された照明光ＷＬを赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３つの色光に分離する。この色分離装置３２は、ダイクロイックミラー３２１，３２２、全反射ミラー３２３，３２４，３２５及びリレーレンズ３２６，３２７を備える。
ダイクロイックミラー３２１は、照明装置３１からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲとその他の色光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。ダイクロイックミラー３２１は、赤色光ＬＲを透過させるとともに、その他の色光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射させる。ダイクロイックミラー３２２は、その他の色光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。ダイクロイックミラー３２２は、緑色光ＬＧを反射するとともに、青色光ＬＢを透過させる。

全反射ミラー３２３は、赤色光ＬＲの光路中に配置され、ダイクロイックミラー３２１を透過した赤色光ＬＲを光変調装置３４（３４Ｒ）に向けて反射させる。一方、全反射ミラー３２４，３２５は、青色光ＬＢの光路中に配置され、ダイクロイックミラー３２２を透過した青色光ＬＢを光変調装置３４（３４Ｂ）に導く。また、緑色光ＬＧは、ダイクロイックミラー３２２にて、光変調装置３４（３４Ｇ）に向けて反射される。
リレーレンズ３２６，３２７は、青色光ＬＢの光路の、ダイクロイックミラー３２２の下流に配置されている。これらリレーレンズ３２６，３２７は、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることによる青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有する。

平行化レンズ３３は、後述する光変調装置３４に入射する光を平行化する。なお、赤、緑及び青の各色光用の平行化レンズを、それぞれ３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂとする。また、赤、緑及び青の各色光用の光変調装置を、それぞれ３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂとする。

光変調装置３４（３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ）は、それぞれ入射される赤、緑及び青の色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを変調して、画像情報に応じた色画像を形成する。これら光変調装置３４は、入射される光を変調する液晶パネルにより構成される。なお、図示は省略するが、光変調装置３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂの入射側及び射出側にはそれぞれ、偏光板が配置されている。

色合成装置３５には、各光変調装置３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂからの画像光が入射される。この色合成装置３５は、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学装置３６に向けて射出する。本実施形態では、色合成装置３５は、クロスダイクロイックプリズムにより構成される。
投射光学装置３６は、色合成装置３５にて合成された画像光をスクリーンＳＣ１等の被投射面に投射する。このような構成により、スクリーンＳＣ１に拡大された画像が投射される。

［照明装置の構成］
図２は、本実施形態のプロジェクター１における照明装置３１の構成を示す概略図である。
照明装置３１は、前述したように照明光ＷＬを色分離装置３２に向けて射出する。この照明装置３１は、図２に示すように、光源装置３１１、アフォーカル光学系３１２、ホモジナイザー光学系３１３、偏光分離装置３１４、位相差板３１５、ピックアップ光学系３１６、インテグレーター光学系３１７、偏光変換素子３１８、重畳レンズ３１９、波長変換素子４及び冷却装置５を備える。また、光源装置３１１は、アレイ光源３１１Ａ及びコリメータ光学系３１１Ｂを備える。

光源装置３１１のアレイ光源３１１Ａは、本発明の発光素子に相当し、複数の半導体レーザー３１１１により構成される。具体的に、アレイ光源３１１Ａは、当該アレイ光源３１１Ａから射出される光束の照明光軸Ａｘ１と直交する一平面内に複数の半導体レーザー３１１１がアレイ状に配列されることにより形成される。なお、詳しくは後述するが、波長変換素子４にて反射された光束の照明光軸をＡｘ２としたとき、照明光軸Ａｘ１と照明光軸Ａｘ２とは同一平面内にあり、且つ互いに直交している。照明光軸Ａｘ１上においては、アレイ光源３１１Ａと、コリメータ光学系３１１Ｂと、アフォーカル光学系３１２と、ホモジナイザー光学系３１３と、偏光分離装置３１４とが、この順に並んで配置されている。
一方、照明光軸Ａｘ２上においては、波長変換層４１を備えた波長変換素子４と、ピックアップ光学系３１６と、位相差板３１５と、偏光分離装置３１４と、インテグレーター光学系３１７と、偏光変換素子３１８と、重畳レンズ３１９とが、この順に並んで配置されている。

アレイ光源３１１Ａを構成する半導体レーザー３１１１は、例えば、４４０〜４８０ｎｍの波長域にピーク波長を有する励起光（青色光ＢＬ）を射出する。また、半導体レーザー３１１１から射出される青色光ＢＬは、コヒーレントな直線偏光であり、偏光分離装置３１４に向けて照明光軸Ａｘ１と平行に射出される。
また、アレイ光源３１１Ａは、各半導体レーザー３１１１が射出する青色光ＢＬの偏光方向を、偏光分離装置３１４の偏光分離層３１４３にて反射される偏光成分（Ｓ偏光成分）の偏光方向と一致させている。そして、このアレイ光源３１１Ａから射出された青色光ＢＬは、コリメータ光学系３１１Ｂに入射する。

コリメータ光学系３１１Ｂは、アレイ光源３１１Ａから射出された青色光ＢＬを平行光に変換するものである。コリメータ光学系３１１Ｂは、例えば各半導体レーザー３１１１に対応してアレイ状に配置された複数のコリメータレンズ３１１２を備える。このコリメータ光学系３１１Ｂを通過することにより平行光に変換された青色光ＢＬは、アフォーカル光学系３１２に入射する。
アフォーカル光学系３１２は、コリメータ光学系３１１Ｂから入射された青色光ＢＬの光束径を調整する。このアフォーカル光学系３１２は、レンズ３１２１とレンズ３１２２を備える。このアフォーカル光学系３１２を通過することによりサイズが調整された青色光ＢＬは、ホモジナイザー光学系３１３に入射する。

ホモジナイザー光学系３１３は、後述するピックアップ光学系３１６と協同して、被照明領域における青色光ＢＬによる照度分布を均一化する。このホモジナイザー光学系３１３は、一対のマルチレンズアレイ３１３１，３１３２を備える。このホモジナイザー光学系３１３から射出された青色光ＢＬは、偏光分離装置３１４に入射する。

偏光分離装置３１４は、いわゆるプリズム型の偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）であり、Ｐ偏光を通過させ、Ｓ偏光を反射させる。この偏光分離装置３１４は、プリズム３１４１，３１４２及び偏光分離層３１４３を備える。これらプリズム３１４１，３１４２は、略三角柱形状に形成され、それぞれが照明光軸Ａｘ１および照明光軸Ａｘ２に対して４５°の角度をなす傾斜面を有する。

偏光分離層３１４３は、上記傾斜面に設けられ、当該偏光分離層３１４３に入射した第１の波長帯の青色光ＢＬを、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する偏光分離機能を有する。この偏光分離層３１４３は、青色光ＢＬのＳ偏光成分を反射させ、青色光ＢＬのＰ偏光成分を透過させる。また、偏光分離層３１４３は、第１の波長帯（青色光ＢＬの波長帯）とは異なる第２の波長帯（緑色光ＧＬ及び赤色光ＬＲ）の光を、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有する。なお、偏光分離装置３１４は、プリズム型のものに限らず、プレート型の偏光分離装置を用いてもよい。
そして、偏光分離層３１４３に入射した青色光ＢＬは、その偏光方向がＳ偏光成分と一致していることから、Ｓ偏光の励起光ＢＬｓとして、波長変換素子４に向けて反射される。

位相差板３１５は、偏光分離層３１４３と波長変換層４１との間の光路中に配置された１／４波長板である。この位相差板３１５に入射するＳ偏光である励起光ＢＬｓは、円偏光の励起光ＢＬｃに変換された後、ピックアップ光学系３１６に入射する。
ピックアップ光学系３１６は、励起光ＢＬｃを波長変換層４１に向けて集光させる。このピックアップ光学系３１６は、レンズ３１６１，レンズ３１６２を備える。具体的に、ピックアップ光学系３１６は、入射された複数の光束（励起光ＢＬｃ）を波長変換層４１に向けて集光させるとともに、当該波長変換層４１上で互いに重畳させる。

波長変換素子４は、波長変換層４１を備える。この波長変換層４１は、本発明の蛍光体層に相当し、青色光（励起光ＢＬｃ）が入射する側に向けて赤色光及び緑色光を射出する。
ピックアップ光学系３１６からの励起光ＢＬｃは、波長変換層４１に入射する。波長変換層４１は、励起光ＢＬｃの一部を赤色光及び緑色光を含む蛍光光ＹＬに変換する。蛍光光ＹＬは、５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する。波長変換層４１から射出された蛍光光ＹＬは、ピックアップ光学系３１６、位相差板３１５及び偏光分離装置３１４を透過する。

また、励起光ＢＬｃの他の一部は、波長変換層４１から射出された後、ピックアップ光学系３１６を透過して、位相差板３１５へ入射する。励起光ＢＬｃの他の一部は、位相差板３１５によってＰ偏光の青色光に変換され、さらに偏光分離装置３１４を透過する。
このようにして、白色の照明光ＷＬが生成される。照明光ＷＬは、偏光分離装置３１４から射出され、インテグレーター光学系３１７に入射する。
このように、アレイ光源３１１Ａから射出された光が上記光学系を介して波長変換層４１に供給される。

インテグレーター光学系３１７は、後述する重畳レンズ３１９と協同して、被照明領域における照度分布を均一化する。インテグレーター光学系３１７は、一対のレンズアレイ３１７１，３１７２を備える。これら一対のレンズアレイ３１７１，３１７２は、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。このインテグレーター光学系３１７から射出された照明光ＷＬは、偏光変換素子３１８に入射する。

偏光変換素子３１８は、偏光分離膜と位相差板とから構成され、照明光ＷＬを直線偏光に変換する。偏光変換素子３１８から射出された照明光ＷＬは、重畳レンズ３１９に入射する。
重畳レンズ３１９は、照明光ＷＬを被照明領域において重畳させることにより、被照明領域の照度分布を均一化する。

［波長変換装置の構成］
波長変換装置６は、図２に示すように、外装筐体２内に配置される波長変換素子４及び冷却装置５により構成される。この波長変換装置６は、上述したように、波長変換素子４に入射された光の波長を変換する機能を有する。以下に、波長変換装置６を構成する波長変換素子４及び冷却装置５について詳しく説明する。

［蛍光部材の構成］
図３は、波長変換素子４を励起光ＢＬｃの入射側から見た平面図である。なお、図３では、回転中の円板４２に冷却気体が供給されている場合における冷却気体の進行方向を矢印にて示している。
波長変換素子４は、冷却装置５とともに波長変換装置６を構成する。この波長変換素子４は、図２、図３及び図５に示すように、モーター４３により回転可能な円板４２上に、入射された光の波長を変換する波長変換層４１が円板４２の周方向に沿って形成されたものである。波長変換層４１は、入射された励起光の一部を蛍光に変換して射出するとともに、他の一部を蛍光に変換せずに射出する。
この円板４２は、本発明の基板に相当し、図３に示すように、上記モーター４３によって回転軸Ｐ１を中心にＳ１方向に回転される。波長変換素子４は、図２に示すように、後述する冷却装置５の第１冷却ファン５１の吸気側に配置されている。具体的には、波長変換素子４は第１冷却ファン５１の吸気面５１１側に配置されている。

［冷却装置の構成］
冷却装置５は、図２に示すように、第１冷却ファン５１を備える。第１冷却ファン５１は、波長変換素子４を冷却する冷却装置であり、当該波長変換素子４に供給された冷却気体を吸引し、外装筐体２外に吐出する。この第１冷却ファン５１は、本発明の第１送風装置に相当し、波長変換素子４における円板４２の側面側、すなわち、円板４２から見て回転軸Ｐ１に直交する方向に配置されている。
また、第１冷却ファン５１の吸気面５１１は、波長変換素子４に対向するように配置されている。換言すると、波長変換素子４は、第１冷却ファン５１の駆動により生じた負圧の領域に配置されている。このため、第１冷却ファン５１が駆動すると、冷却気体は、吸気面５１１から排気面５１２側に流れる。
なお、この第１冷却ファン５１は、軸流ファンにより構成されている。しかしながら、これに限らず、第１冷却ファン５１は、シロッコファンにより構成されていてもよい。

［従来の構成における波長変換素子の冷却気体の流れ］
図４は、従来の構成における波長変換素子９の断面を示す断面図である。図４では、回転中の円板９２に冷却気体が供給されている場合における冷却気体の進行方向を矢印にて示している。なお、図４において、波長変換素子９、波長変換層９１、円板９２、及びモーター９３は、上記波長変換素子４、波長変換層４１、円板４２及びモーター４３と同様の構成を有する。
ここで、上記特許文献１に記載のプロジェクターにおいて、波長変換素子に冷却気体が供給された場合の冷却気体の流れについて説明する。
例えば、波長変換素子９に対して、円板９２におけるモーター９３が接続されている側から、当該円板９２の中央部分に冷却気体Ｒ１００が供給された場合、当該冷却気体Ｒ１００は、当該中央部分から当該円板９２に沿って広がり、当該円板９２を冷却する。そして、円板９２の回転により生じた遠心力により、冷却気体Ｒ１１０として当該円板９２の外側に向けて流される。また、冷却気体Ｒ１１０の一部は、図４に示すように、円板９２の回転により生じた負圧により、再度、当該円板９２の表面近傍に巻き込まれる。具体的に、冷却気体Ｒ１１０の一部は、円板９２の波長変換層９１が形成されている側に冷却気体Ｒ１２０として、再度、円板９２に供給される。また、冷却気体Ｒ１１０の他の一部は、円板９２のモーター９３が接続されている側、すなわち、冷却気体Ｒ１００が供給されている側に冷却気体Ｒ１３０として、再度、円板９２に供給される。なお、当該冷却気体Ｒ１００が、円板９２に対して波長変換層９１が位置する側から供給された場合も同様である。

［波長変換素子における冷却気体の流れ］
図５は、本発明の波長変換素子４における冷却気体の流れを示す図である。
本実施形態では、冷却装置５における第１冷却ファン５１は、波長変換素子４の周辺の冷却気体を吸引する機能を有し、当該第１冷却ファン５１の吸気面５１１は、上記円板４２の側面側に配置されている。このため、波長変換素子４に供給された冷却気体は、図５に示すように、冷却気体Ｒ４，Ｒ５として、第１冷却ファン５１に吸引される。なお、本実施形態においても、円板４２は上記Ｓ１方向に回転しているが、当該回転により生じた負圧よりも第１冷却ファン５１の吸引力が強いので、冷却気体は円板４２に沿って第１冷却ファン５１に吸引される。すなわち、円板４２の冷却に供されて熱せられた冷却気体は、再度、円板４２に供給されることなく、冷却気体Ｒ４，Ｒ５として第１冷却ファン５１に吸引される。このため、円板４２を冷却した後の冷却気体は、図５に示すように、冷却気体Ｒ４，Ｒ５として第１冷却ファン５１に吸引され、外装筐体２外に冷却気体Ｒ６として排出される。

［第１実施形態の効果］
以上説明した本実施形態に係るプロジェクター１によれば、以下の効果がある。
波長変換素子４が第１冷却ファン５１の吸気側に配置されていることから、冷却気体が第１冷却ファン５１によって吸引されることによって、波長変換素子４の周辺部を冷却気体Ｒ４，Ｒ５が流れるので、当該波長変換素子４が冷却される。また、当該波長変換素子４の冷却に供されて熱せられた冷却気体Ｒ４，Ｒ５が吸引されるので、波長変換素子４が回転する構成であっても、当該冷却気体Ｒ４，Ｒ５が再び波長変換素子４に巻き込まれて波長変換素子４の周辺に停滞することが低減される。従って、波長変換素子４の冷却効率を向上できる。

波長変換素子４が上記負圧の領域に設けられているので、当該波長変換素子４の周囲の空気（波長変換素子４の冷却に供せられた冷却気体Ｒ４，Ｒ５）が良好に第１冷却ファン５１により吸気される。従って、波長変換素子４を効率的に冷却できる。

第１冷却ファン５１が上記回転軸Ｐ１に沿う方向に配置されている場合に比べて、円板４２周辺の冷却気体をより効率よく吸気できる。また、第１冷却ファン５１を上記回転軸Ｐ１に沿う方向に配置する場合に比べて、当該第１冷却ファン５１の配置位置の選択性を高めることができる。すなわち、波長変換装置６を小型化できる。

また、波長変換素子４を効率よく冷却できるので、当該照明装置３１は安定した照明光ＷＬを射出できる。
更に、上記波長変換装置６を備えた照明装置３１から安定した照明光ＷＬが供給されるので、本実施形態に係るプロジェクター１は、明るさが安定した画像を投射できる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記プロジェクター１と同様の構成を備えるが、波長変換装置が、波長変換素子４に冷却気体を送出する冷却ファンを更に備える点で、上記プロジェクター１と相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同様の符号を付して説明を省略する。

図６は、本実施形態に係る波長変換装置６Ａの概略を示す模式図である。
本実施形態では、波長変換装置６Ａは、図６に示すように、波長変換素子４及び冷却装置５Ａを備える。これらのうち、冷却装置５Ａは、上記第１冷却ファン５１の他、第２冷却ファン５２及びダクト５３を備える。

［第２冷却ファンの構成］
第２冷却ファン５２は、図６に示すように、吸気面５２１及び排気面５２２を有し、当該吸気面５２１から冷却気体Ｒ７を吸引し、排気面５２２から波長変換素子４に向けて冷却気体Ｒ８を吐出（排気）する機能を有する。この第２冷却ファン５２は、第１冷却ファン５１と同様に軸流ファンにより構成されている。しかしながら、これに限らず、第２冷却ファン５２は、シロッコファンにより構成されていてもよい。
なお、第２冷却ファン５２は、本発明の第２送風装置に相当する。

［ダクトの構成及びダクト内の配置］
ダクト５３は、図６に示すように、Ｌ字状に構成され、当該ダクト５３の両端部には、２つの開口部５３１，５３２が形成されている。このダクト５３の開口部５３１側には、第２冷却ファン５２が配置され、開口部５３２側に第１冷却ファン５１が配置される。また、冷却気体の流路中の、第１冷却ファン５１と第２冷却ファン５２との間に、波長変換素子４が配置される。すなわち、ダクト５３には、波長変換素子４、第１冷却ファン５１及び第２冷却ファン５２が配置される。
具体的に、第２冷却ファン５２は、ダクト５３内において波長変換素子４の円板４２に対向する位置に配置される。換言すると、波長変換素子４は、ダクト５３内において第２冷却ファン５２の排気面５２２側に配置される。また、第１冷却ファン５１は、上記第１実施形態と同様に、波長変換素子４の円板４２の側面側、すなわち、円板４２から見て回転軸Ｐ１に直交する方向に配置されている。
なお、ダクト５３は、本発明の第１ダクトに相当する。

［波長変換装置の流路抵抗］
また、ダクト５３における第１冷却ファン５１の吸気面５１１と波長変換素子４との間の当該吸気面５１１に沿う方向の寸法Ｌ１は、第２冷却ファン５２の排気面５２２と波長変換素子４との間の当該排気面５２２に沿う方向の寸法Ｌ２より大きい。すなわち、第１冷却ファン５１と波長変換素子４との間の流路の断面積は、第２冷却ファン５２と波長変換素子４との間の流路の断面積より大きい。このため、第１冷却ファン５１の吸気面５１１と波長変換素子４との間の流路抵抗は、第２冷却ファン５２の排気面５２２と波長変換素子４との間の流路抵抗よりも小さくなる。
このような構成により、第２冷却ファン５２の吸気面５２１側から外装筐体２内の冷却気体Ｒ７が吸気され、排気面５２２から冷却気体Ｒ８として波長変換素子４に供給される。そして、波長変換素子４に供給された冷却気体Ｒ８は、詳しい図示は省略するが、波長変換素子４の円板４２に沿うように第１冷却ファン５１の吸気面５１１に向かって流れる。上述したように、第１冷却ファン５１と波長変換素子４との間の流路抵抗が第２冷却ファン５２と波長変換素子４との間の流路抵抗よりも小さいので、波長変換素子４を冷却した冷却気体Ｒ５１は、効率よく第１冷却ファン５１の吸気面５１１側から吸気され、当該第１冷却ファン５１の排気面５１２を介してダクト５３の開口部５３２から外装筐体２外に排出される。

［第２実施形態の効果］
本実施形態に係る波長変換装置６Ａを備えるプロジェクターは、上記プロジェクター１と同様の効果を奏する他、以下の効果を奏する。
第２冷却ファン５２によって冷却気体が波長変換素子４に供給されるので、波長変換素子４の冷却効率を高めることができる。また、第１冷却ファン５１の吸気面５１１と波長変換素子４との間の流路抵抗が第２冷却ファン５２の排気面５２２と波長変換素子４との間の流路抵抗より小さい。これによれば、波長変換素子４周辺の冷却気体の流れにおいては、第２冷却ファン５２による冷却気体の送出より、第１冷却ファン５１による冷却気体の吸引の方が支配的となるので、第２冷却ファン５２により波長変換素子４に供給された冷却気体がより効率よく第１冷却ファンにより吸気される。従って、波長変換素子４の冷却効率を更に向上できる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記プロジェクター１と同様の構成を備えるが、波長変換装置の構成が第１実施形態及び第２実施形態とは異なっている。具体的に、本実施形態に係るプロジェクターは、波長変換装置が上記波長変換素子４及び第１冷却ファン５１を内部に収容する密閉筐体を有する点で、上記プロジェクター１と相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同様の符号を付して説明を省略する。

図７は、本実施形態に係る波長変換装置６Ｂの概略を示す模式図である。
本実施形態では、波長変換装置６Ｂは、図７に示すように、波長変換素子４及び冷却装置５Ｂを備える。冷却装置５Ｂは、上記第１冷却ファン５１の他、密閉筐体５０及びヒートシンク５４を備える。この冷却装置５Ｂは、密閉筐体５０内に配置された波長変換素子４にヒートシンク５４により冷却された冷却気体を供給して、当該波長変換素子４を冷却する。

［冷却装置の構成］
密閉筐体５０は、波長変換素子４及び第１冷却ファン５１を収容する箱型筐体であり、外装筐体２の内部に設けられている。密閉筐体５０は、密閉筐体５０外の気体が内部に流入しにくい密閉構造を有する。換言すると、波長変換素子４及び第１冷却ファン５１は、密閉筐体５０により略密閉されている。
密閉筐体５０は、天面部５０Ａ、底面部５０Ｂ、第１側面部５０Ｃ及び第２側面部５０Ｄを備える。この密閉筐体５０は、互いに連通している矩形状の第１ダクト５０１と、略Ｕ字状の第２ダクト５０２により構成されている。
これらのうち、第１ダクト５０１は、上記天面部５０Ａの一部、第２側面部５０Ｄ及び底面部５０Ｂの一部を構成する。
また、第２ダクト５０２は、天面部５０Ａの一部、第１側面部５０Ｃ及び底面部５０Ｂの一部を構成する。これら第１ダクト５０１及び第２ダクト５０２により、当該密閉筐体５０は、内部の空気が環状に循環する循環流路を構成する。

波長変換素子４は、第１ダクト５０１内の天面部５０Ａ側に配置される。また、第１冷却ファン５１は、第１ダクト５０１内の底面部５０Ｂ側に配置される。すなわち、密閉筐体５０内において、波長変換素子４及び第１冷却ファン５１は、第１実施形態と同様に配置される。
ヒートシンク５４は、当該ヒートシンク５４が接続された部位の温度を低下させる機能を有する。このヒートシンク５４は、第２ダクト５０２の第１側面部５０Ｃに接続されている。

上記のような構成により、第１冷却ファン５１が駆動されると、波長変換素子４を冷却した冷却気体Ｒ５２は、第１ダクト５０１に沿って当該第１冷却ファン５１の吸気面５１１に吸引され、排気面５１２から冷却気体Ｒ６１として第２ダクト５０２の第１側面部５０Ｃ側に向けて排気される。そして、冷却気体Ｒ６１は、第２ダクト５０２に沿って流れる過程でヒートシンク５４により冷却される。このヒートシンク５４により冷却された冷却気体Ｒ６１は、冷却気体Ｒ９として第２ダクト５０２を介して波長変換素子４に向けて供給される。その後、当該波長変換素子４を冷却した冷却気体Ｒ５２は、第１ダクト５０１に沿って、再度、第１冷却ファン５１に吸引される。このように、密閉筐体５０内の冷却気体は、環状に循環される過程にて、波長変換素子４を冷却し、また、ヒートシンク５４により冷却される。

［密閉筐体内における流路抵抗］
ここで、密閉筐体５０内を流れる冷却気体の流路抵抗について説明する。
第１ダクト５０１の第２側面部５０Ｄに直交する寸法Ｌ３（第１冷却ファン５１の吸気面５１１と波長変換素子４との間の流路の寸法）は、第２ダクト５０２の底面部５０Ｂに直交する寸法Ｌ４（第１冷却ファン５１の排気面５１２と波長変換素子４との間の流路の寸法）より大きい。すなわち、第１冷却ファン５１の吸気面５１１と波長変換素子４との間の流路の断面積は、第１冷却ファン５１の排気面５１２と波長変換素子４との間の流路の断面積より大きい。このため、第１冷却ファン５１の吸気側と波長変換素子４との間の流路抵抗は、第１冷却ファン５１の排気側と波長変換素子４との間の流路抵抗よりも小さくなる。
これにより、波長変換素子４（円板４２）を冷却した冷却気体Ｒ５２は、効率よく第１冷却ファン５１により吸気され、密閉筐体５０内を冷却気体がスムーズに循環する。

［第３実施形態の効果］
上記波長変換装置６Ｂを備えるプロジェクターは、上記プロジェクター１と同様の効果を奏する他、以下の効果を奏する。
第１冷却ファン５１の吸気面５１１と波長変換素子４との間の流路抵抗が第１冷却ファン５１の排気面５１２と波長変換素子４との間の流路抵抗より小さいので、第１冷却ファン５１の排気面５１２側の送出より、当該第１冷却ファン５１の吸気面５１１側の吸引の方が支配的となる。これにより、波長変換素子４の周辺の冷却気体を効率よく吸引できるので、波長変換素子４の冷却効率を確実に向上できる。

波長変換素子４及び第１冷却ファン５１が密閉筐体５０により略密閉されているので、密閉筐体５０内に当該密閉筐体５０外の気体が流入することを抑制できる。従って、密閉筐体５０内に塵埃が流入することを抑制でき、ひいては、波長変換素子４に塵埃が付着することを更に抑制できる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態に係るプロジェクターは、上記プロジェクター１と同様の構成を備えるが、冷却装置がダクトを備える、という点で第１実施形態と異なる。そこで、第１実施形態のプロジェクター１と異なる点のみ説明する。

図８は、本実施形態の波長変換装置６Ｃの概略を示す模式図である。
波長変換装置６Ｃは、図８に示すように、波長変換素子４と冷却装置５Ｃとを備える。この冷却装置５Ｃは、本発明の第２ダクトに相当するダクト５５と、ダクト５５の内部に設けられた第１冷却ファン５１とを備える。
ダクト５５は、開口部５５１と開口部５５２とを有している。また、ダクト５５は、上記回転軸Ｐ１と直交する方向に延在している吸引部５５３を有し、開口部５５１は、吸引部５５３に設けられている。更に、ダクト５５は、開口部５５１が波長変換素子４の側面に面するように配置されている。このため、冷却気体Ｒ４，Ｒ５は、開口部５５１から効率よく吸引される。そして、開口部５５１から吸引された冷却気体Ｒ４，Ｒ５は、第１冷却ファン５１の排気面５１２を介して開口部５５２から外装筐体２外に排出される。
なお、冷却気体Ｒ４，Ｒ５は必ずしも外装筐体２外に排出されなくてもよい。また、本実施形態においては、第１冷却ファン５１がダクト５５の内部に設けられているが、第１冷却ファン５１は開口部５５２に接続されていてもよい。

［第４実施形態の効果］
上記波長変換装置６Ｃを備えるプロジェクターは、上記プロジェクター１と同様の効果を奏する他、以下の効果を奏する。
波長変換装置６Ｃは、ダクト５５を備えているので、波長変換素子４の冷却に供されて熱せられた冷却気体Ｒ４，Ｒ５が効率的に第１冷却ファン５１によって吸引される。また、冷却気体Ｒ４，Ｒ５は開口部５５２から外装筐体２外に排出されるため、熱せられた冷却気体Ｒ４，Ｒ５が再び波長変換素子４に向かって流れることが抑制される。その結果、波長変換素子４の冷却効率がさらに改善される。
なお、吸引部５５３が回転軸と直交していた方が、冷却気体Ｒ４，Ｒ５が効率的にダクト５５に吸引されるが、当該吸引部５５３が回転軸と必ずしも直交している必要は無く、回転軸と交差していればよい。

［実施形態の変形］
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記各実施形態では、波長変換素子４は、回転可能な円板４２上に設けられた波長変換層４１を備えることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、ヒートシンクが接続された基板に固定された波長変換層により上記蛍光部材が構成されていてもよいし、基板に固定された波長変換層のみにより、上記蛍光部材が構成されてもよい。すなわち、波長変換層４１が回転しない構成であってもよい。このような構成であっても、蛍光部材の周辺の冷却気体を第１冷却ファン５１により吸気できるので、上記各実施形態と同様の効果を奏することができる。

上記第２実施形態では、第２冷却ファン５２を備えることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、第１実施形態と同様に、第２冷却ファン５２を備えなくてもよい。この場合であっても、第１冷却ファン５１の吸気により、波長変換素子４に冷却気体が供給されるので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、波長変換素子４は、第２冷却ファン５２の排気面５２２側に配置されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、波長変換素子４は、第２冷却ファン５２の吸気面５２１側に配置されてもよい。

上記第２実施形態では、第１冷却ファン５１及び第２冷却ファン５２は、同種類のファンにより構成されていることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、第１冷却ファン５１及び第２冷却ファン５２の一方を軸流ファンにより構成し、他方をシロッコファンにより構成してもよい。また、第１冷却ファン５１の吸引力を第２冷却ファン５２の吐出力とは異なるように設定してもよい。

上記第３実施形態では、波長変換素子４及び第１冷却ファン５１は、密閉筐体５０内に配置されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、密閉筐体５０を備えなくてもよい。すなわち、密閉筐体５０に代えて、ダクトによって循環流路を構成してもよい。
波長変換素子４及び第１冷却ファン５１は、密閉筐体５０内に略密閉されていることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、密閉筐体５０の一部に開口等が設けられていてもよい。
上記第３実施形態では、冷却装置５Ｂは、第１冷却ファン５１を備えることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、第２実施形態と同様に、波長変換素子４に冷却気体を供給する第２冷却ファン５２を更に備えてもよい。この場合、第２冷却ファン５２は、排気面５２２を波長変換素子４の円板４２に対向するように配置すればよい。

上記第３実施形態では、密閉筐体５０にヒートシンク５４を設けることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、ヒートシンク５４を設けなくてもよいし、当該ヒートシンク５４に代えて密閉筐体５０（当該密閉筐体５０内の冷却気体）を冷却する冷却装置を設けてもよく、密閉筐体５０を熱伝導性材料（金属や熱伝導性樹脂）により形成してもよい。

上記第３実施形態では、第１冷却ファン５１の吸気面５１１側と波長変換素子４との間の流路抵抗は、第１冷却ファン５１の排気面５１２側と波長変換素子４との間の流路抵抗よりも小さくなることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、第１冷却ファン５１の吸気面５１１側と波長変換素子４との間の流路抵抗は、第１冷却ファン５１の排気面５１２側と波長変換素子４との間の流路抵抗と同じであってもよい。この場合、第１ダクト５０１の第２側面部５０Ｄに直交する寸法Ｌ３（第１冷却ファン５１の吸気側と波長変換素子４との間の寸法）と、第２ダクト５０２の底面部５０Ｂに直交する寸法Ｌ４（第１冷却ファン５１の排気側と波長変換素子４との間の寸法）を同じに設定できる。これによれば、密閉筐体５０をより容易に簡易にできる。

上記第４実施形態では、ダクト５５内に第１冷却ファン５１が配置されることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、第２実施形態と同様に、第１冷却ファン５１に加えて、第２冷却ファン５２をダクト５５内に配置するようにしてもよい。この構成であっても、上記第４実施形態と同様の効果を奏することができる。

上記各実施形態において、第１冷却ファン５１の吸気面５１１と波長変換素子４との間の流路に、冷却気体を整流する板状の整流部材等を設けてもよい。これによれば、第１冷却ファン５１の吸気面５１１側と波長変換素子４との間の流路抵抗を第１冷却ファン５１の排気面５１２側と波長変換素子４との間の流路抵抗よりも更に小さくできる。

上記各実施形態では、光変調装置として透過型の光変調装置３４（３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ）を用いることとした。しかしながら、本発明は、これに限らない。例えば、透過型の光変調装置に代えて、反射型の光変調装置を用いてもよい。この場合、色分離装置３２を設けることなく、当該色合成装置３５により、色分離及び色合成を実行するようにしてもよい。

上記各実施形態では、プロジェクター１は、３つの光変調装置３４（３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ）を備えるとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、２つ以下、あるいは、４つ以上の光変調装置を用いたプロジェクターにも、本発明を適用可能である。
また、光変調装置として、デジタルマイクロミラーデバイス等を用いてもよい。

上記各実施形態で説明した照明装置を、照明器具及び自動車等のヘッドライト等に使用してもよい。

１…プロジェクター、２…外装筐体、３１…照明装置、３１１Ａ…アレイ光源（発光素子）、３４…光変調装置、３６…投射光学装置、４…波長変換素子、４１…波長変換層（蛍光体層）、４２…円板（基板）、５０…密閉筐体（筐体）、５，５Ａ，５Ｂ・・・冷却装置、５１…第１冷却ファン（第１送風装置）、５２…第２冷却ファン（第２送風装置）、５３…ダクト（第１ダクト）、５５…ダクト（第２ダクト）、６，６Ａ，６Ｂ…波長変換装置、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ５１，Ｒ５２，Ｒ６１…冷却気体、ＷＬ…照明光、Ｐ１…回転軸。

Claims (7)

1. 波長変換素子と、
   前記波長変換素子を冷却する冷却装置と、を備え、
   前記冷却装置は、
   第１送風装置と、
   前記波長変換素子及び前記第１送風装置を収容し、前記第１送風装置から排気された冷却気体が前記波長変換素子に供給される循環流路を有する筐体と、を有し、
   前記波長変換素子は、前記第１送風装置の吸気側に配置され、
   前記波長変換素子は、
   回転軸を中心として回転可能な基板と、
   前記基板に設けられた蛍光体層と、を有し、
   前記第１送風装置の吸気面と前記波長変換素子との間の流路抵抗は、前記第１送風装置の排気面と前記波長変換素子との間の流路抵抗よりも小さく、
   前記第１送風装置の吸引力は、前記基板の回転によって生じる負圧より高いことを特徴とする波長変換装置。
2. 請求項１に記載の波長変換装置において、
   前記波長変換素子及び前記第１送風装置は、前記筐体により略密閉されていることを特徴とする波長変換装置。
3. 波長変換素子と、
   前記波長変換素子を冷却する冷却装置と、を備え、
   前記冷却装置は、
   第１送風装置と、
   前記波長変換素子に冷却気体を送出する第２送風装置と、
   前記波長変換素子、前記第１送風装置及び前記第２送風装置が配置される第１ダクトと、を有し、
   前記波長変換素子は、前記第１送風装置の吸気側に配置され、
   前記波長変換素子は、
   回転軸を中心として回転可能な基板と、
   前記基板に設けられた蛍光体層と、を有し、
   前記第１送風装置の吸気面と前記波長変換素子との間の流路抵抗は、前記第２送風装置の排気面と前記波長変換素子との間の流路抵抗よりも小さく、
   前記第１送風装置の吸引力は、前記基板の回転によって生じる負圧より高いことを特徴とする波長変換装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の波長変換装置において、
   前記波長変換素子は、前記第１送風装置の駆動により生じた負圧の領域に設けられていることを特徴とする波長変換装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の波長変換装置において、
   前記第１送風装置は、前記基板から見て前記回転軸に直交する方向に位置することを特徴とする波長変換装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の波長変換装置と、
   前記波長変換素子に入射される励起光を射出する発光素子と、を備えることを特徴とする照明装置。
7. 請求項６に記載の照明装置と、
   前記照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
   前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
   前記照明装置、前記光変調装置及び前記投射光学装置を収納する外装筐体と、を備えることを特徴とするプロジェクター。

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