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JPWO2019069563A1 - 光源装置および投射型表示装置 - Google Patents

光源装置および投射型表示装置 Download PDF

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Abstract

本開示の一実施形態の光源装置は、光源部と、光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する蛍光体を有する回転体と、回転体を駆動するモータと、回転体を収容する筐体と、光源部からの励起光を回転体に向けて集光する1以上のレンズ群と、レンズ群を保持するレンズ保持部と、回転体とレンズ群との距離を調整する調整機構とを備える。

Description

本開示は、蛍光体と集光レンズ群との間の距離を調整可能な光源装置およびこれを備えた投射型表示装置に関する。
近年、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像等をスクリーンに投影する投射型表示装置(プロジェクタ)では、光源光学系として、例えば、半導体レーザー(laser diode;LD)と、蛍光体とを用いた発光デバイス(光源装置)が開発されている。このようなプロジェクタには、光源(LD)から出射される光の光路上に様々なレンズが配置されている。このうち、光源から出射される光を蛍光体上に集光する集光レンズ群と蛍光体との相対位置はプロジェクタの輝度に大きな影響を及ぼす。
これに対して、例えば、特許文献1では、蛍光体が設けられたホイールおよびホイールを駆動するモータを有するホイール部と、ホイール部により出射された合成光を集光するレンズを有するレンズ部と、ホイール部およびレンズ部を1つのユニットとして支持するホルダ部とを備えた光源装置が開示されている。また、例えば、特許文献2では、蛍光体の配置位置を短時間で正確に調整するための光源装置の調整方法が開示されている。
特開2014−238485号公報 特開2012−221820号公報
このように、高い輝度を有する光源装置が求められている。
高い輝度を有する光源装置および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光源装置は、光源部と、光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する蛍光体を有する回転体と、回転体を駆動するモータと、回転体を収容する筐体と、光源部からの励起光を回転体に向けて集光する1以上のレンズ群と、レンズ群を保持するレンズ保持部と、回転体とレンズ群との距離を調整する調整機構とを備えたものである。
本開示の一実施形態の投射型表示装置は、光源装置と、光源装置から出射される光を変調する光変調素子と、光変調素子からの光を投射する投射光学系とを備えるものである。この投射型表示装置に搭載された光源装置は、上記本開示の一実施形態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光源装置および一実施形態の投射型表示装置では、光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する蛍光体を有する回転体と、光源部からの励起光を回転体に向けて集光する1以上のレンズ群を保持するレンズ保持部との距離を調整する調整機構を設けるようにした。これにより、蛍光体とレンズ群との距離を最適化することが可能となる。
本開示の一実施形態の光源装置および一実施形態の投射型表示装置によれば、蛍光体を有する回転体と、光源部からの励起光を回転体に向けて集光する1以上のレンズ群を保持するレンズ保持部との距離を調整する調整機構を設けるようにしたので、蛍光体とレンズ群との距離が最適化される。よって、高い輝度を有する光源装置およびこれを備えた投射型表示装置を提供す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。
本開示の第1の実施の形態に係る光源装置を構成する蛍光体ホイールおよびその周辺部材の構成の一例を表す断面模式図である。 図1に示した蛍光体ホイールおよびその周辺部材の斜視図である。 図1に示した蛍光体ホイールおよびその周辺部材の分解斜視図である。 図1に示したレンズ保持部の構成の他の例を表す模式図である。 図1に示した蛍光体ホイールを備えた光源装置の構成例を表す概略図である。 図5に示した光源装置を備えたプロジェクタの構成例を表す概略図である。 本開示の変形例1に係る光源装置を構成する蛍光体ホイールおよびその周辺部材の構成を表す断面模式図である。 本開示の変形例2に係る光源装置を構成する蛍光体ホイールおよびその周辺部材の構成を表す断面模式図である。 本開示の変形例3に係る光源装置を構成する蛍光体ホイールおよびその周辺部材の構成を表す断面模式図である。 本開示の変形例4に係る光源装置を構成する蛍光体ホイールおよびその周辺部材の構成を表す断面模式図である。 本開示の第2の実施の形態に係る光源装置を構成する蛍光体ホイールおよびその周辺部材の構成の一例を表す断面模式図である。 図11に示した蛍光体ホイールおよびその周辺部材の斜視図である。 図11に示した蛍光体ホイールおよびその周辺部材の分解斜視図である。 図11に示した蛍光体ホイールおよびその周辺部材における蛍光体ホイールと集光レンズ群との距離の調整方法を説明する模式図である。 本開示の変形例5に係る光源装置を構成する蛍光体ホイールおよびその周辺部材の構成を表す断面模式図である。 本開示の変形例6に係る光源装置を構成する蛍光体ホイールおよびその周辺部材の構成を表す断面模式図である。 本開示の変形例7に係る光源装置を構成する蛍光体ホイールおよびその周辺部材の構成を表す断面模式図である。
以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
1.第1の実施の形態(レンズ保持部および筐体に設けられたネジ切りとウェーブワッシャとによって構成されるレンズ位置調整機構を有する光源装置)
1−1.レンズ位置調整機構の構成
1−2.光源装置の構成
1−3.プロジェクタの構成
1−4.作用・効果
2.変形例
2−1.変形例1(ネジ切りおよびロックナットによって構成されるレンズ位置調整機構の例)
2−2.変形例2(ネジ切りおよび止めネジによって構成されるレンズ位置調整機構の例)
2−3.変形例3(ネジ切りおよび接着材によって構成されるレンズ位置調整機構の例)
2−4.変形例4(モータ保持部および筐体に設けられたネジ切りとウェーブワッシャとによって構成されるレンズ位置調整機構の例)
3.第2の実施の形態(モータ保持部に設けられたネジ切りおよび送りネジとウェーブワッシャとによって構成されるレンズ位置調整機構の例)
3−1.レンズ位置調整機構の構成
3−2.作用・効果
4.変形例
4−1.変形例5(ネジ切りおよび送りネジとロックナットとによって構成されるレンズ位置調整機構の例)
4−2.変形例6(ネジ切りおよび送りネジと止めネジとによって構成されるレンズ位置調整機構の例)
4−3.変形例7(ネジ切りおよび送りネジと接着材とによって構成されるレンズ位置調整機構の例)
<1.第1の実施の形態>
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る光源装置(光源装置100A)を構成する回転体(蛍光体ホイール10)およびその周辺部材の断面構成の一例を模式的に表したものである。図2は、図1に示した蛍光体ホイール10およびその周辺部材の構成を斜視的に表したものであり、図1は、図2に示したI−I線における断面を表したものである。図3は、図1および図2に示した蛍光体ホイール10およびその周辺部材を分解して斜視的に表したものである。この光源装置100Aは、例えば、後述する投射型表示装置(プロジェクタ)を構成するもの(図5および図6参照)である。本実施の形態の光源装置100Aは、蛍光体ホイール10と、集光レンズ群(例えば、集光レンズ31,32)との距離を調整する調整機構(レンズ位置調整機構)を有するものである。
(1−1.レンズ位置調整機構の構成)
光源装置100Aを構成する蛍光体ホイール10は、例えば、筐体(筐体21)に収容されている。筐体21には、後述する光源部110(例えば、図5参照)から出射される励起光ELを蛍光体ホイール10に向けて集光する集光レンズ31,32を保持するレンズ保持部(レンズホルダ33)が締結されている。本実施の形態のレンズ位置調整機構は、筐体21とレンズホルダ33とから構成されている。より詳細には、レンズ位置調整機構は、レンズホルダ33の嵌合部33Aに設けられたネジ切り33Xと、レンズホルダ33の嵌合部33Aに対応する嵌合用の開口21Hの側面に設けられたネジ切り21Xとから構成されており、これらは嵌合するようになっている。筐体21とレンズホルダ33とは、例えば、筐体21のフロント部と、レンズホルダ33の押え部33Bとの間に配置されたウェーブワッシャ36によって固定される。
蛍光体ホイール10は、例えば、反射型の波長変換素子であり、回転軸(例えば、軸13J)を中心に回転可能なホイール基板11上に、蛍光体層12が設けられたものである。
ホイール基板11は、蛍光体層12を支持するためのものであり、例えば、円板形状を有する。また、ホイール基板11は、放熱部材としての機能を有することが好ましく、熱伝導率が高く、鏡面加工が可能な金属材料やセラミックス材料等の無機材料からなる。ホイール基板11の構成材料としては、例えば、アルミニウム(Al),銅(Cu),モリブデン(Mo),タングステン(W),コバルト(Co),クロム(Cr),白金(Pt),タンタル(Ta),リチウム(Li),ジルコニウム(Zr),ルテニウム(Ru),ロジウム(Rh)またはパラジウム(Pd)等の単体金属、またはこれらを1種以上含む合金が挙げられる。あるいは、Wの含有率が80原子%以上のCuWや、Moの含有率が40原子%以上のCuMo等の合金を、ホイール基板11を構成する金属材料として用いることもできる。セラミックス材料としては、例えば、炭化ケイ素(SiC),窒化アルミニウム(AlN),酸化ベリリウム(BeO),SiとSiCとの複合材料、またはSiCとAlとの複合材料(但しSiCの含有率が50%以上のもの)を含むものが挙げられる。
ホイール基板11の蛍光体層12が形成される面には、反射膜を形成することが好ましい。反射膜は、例えば、誘電体多層膜のほか、アルミニウム(Al),銀(Ag)あるいはチタン(Ti)等の金属元素を含む金属膜等により形成されている。反射膜は、外部から照射される励起光ELや蛍光体層12からの蛍光FLを反射し、蛍光体ホイール10における発光効率を高めるように機能する。
なお、反射膜を形成する場合には、ホイール基板11は、光反射性を有していなくてもよい。その場合には、ホイール基板11は、単体SiやSiC、ダイアモンド、サファイア等の結晶材料のほか、石英やガラスを用いることができる。また、ホイール基板11の蛍光体層12が形成される面とは反対側の面には、反射防止膜が設けられていることが好ましい。
蛍光体層12は、複数の蛍光体粒子を含むものであり、例えば、プレート状に形成されていることが好ましく、例えば、所謂セラミックス蛍光体によって構成されている。蛍光体層12は、ホイール基板11上に、例えば、円環状に形成されている。蛍光体粒子は、光源部110から照射される励起光ELを吸収して蛍光FLを発する粒子状の蛍光体である。蛍光体粒子としては、例えば、青色波長域(例えば400nm〜470nm)の波長を有する青色レーザ光により励起されて黄色の蛍光(赤色波長域から緑色波長域の間の波長域の光)を発する蛍光物質が用いられている。このような蛍光物質として、例えばYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系材料が挙げられる。蛍光体粒子の平均粒径は、例えば、5μm以上40μm以下であり、蛍光体層12の厚さは、例えば、40μm以上200μm以下の厚みに形成されていることが好ましい。
モータ13は、蛍光体ホイール10を所定の回転数で回転駆動するためのものである。モータ13は、後述する光源部110から出射される励起光ELの照射方向に直交する面内で蛍光体層12が回転するように蛍光体ホイール10を駆動する。これにより、蛍光体ホイール10の励起光ELの照射位置が、励起光の照射方向に直交する面内において回転数に対応した速度で時間的に変化(移動)する。モータ13は、例えば、ネジ25によって筐体21の背面、リアカバー21Bに固定されている。
筐体21は、蛍光体ホイール10を収容するためのものである。筐体21は、例えば、蛍光体ホイール10の前面を覆うフロントカバー21Aと、蛍光体ホイール10の背面を覆うと共に蛍光体ホイール10を駆動するモータ13を支持するリアカバー21Bとから構成されている。フロントカバー21Aには、上記のように集光レンズ31,32を保持するレンズホルダ33が嵌合される嵌合用の開口21Hが設けられており、開口21Hの側面には、ネジ切り21Xが形成されている。また、筐体21には、別途配設される冷却ファン(図示せず)から送出される蛍光体ホイール10を冷却する冷却風の流入口22および排出口23が設けられている。筐体21は、例えば、熱膨張率の低い材料によって構成されていることが好ましい。
集光レンズ31,32は、例えば、蛍光体ホイール10の蛍光体層12に正対する位置に、光源部110から出射される励起光EL1の光路上に、例えば、光源部110側から集光レンズ31および集光レンズ32の順に配置されている(図5では、集光光学系113として図示している)。集光レンズ31は、光源部110からの励起光ELを集光レンズ32に向けて集光するようになっている。集光レンズ32は、集光レンズ31を介して入射した励起光EL1を蛍光体層12に集光するようになっている。また、集光レンズ32は、蛍光体層12から出射される蛍光FLを集光レンズ31に向けて出射するようになっている。集光レンズ31は、例えば、集光レンズ32よりも外径が大きい。集光レンズ31,32は、それぞれ、レンズ押え板34,35によってその外周部分がレンズホルダ33によって保持されている。
レンズホルダ33は、上記のように、集光レンズ31,32を保持するためのものであるレンズホルダ33は、筐体21の開口21Hに嵌合する嵌合部33Aを有する。嵌合部33Aの側面には、筐体21の開口21Hの側面に設けられているネジ切り21Xに対応するネジ切り33Xが、例えば全面に形成されている。レンズホルダ33は、筐体21と同様に、例えば、熱膨張率の低い材料によって構成されていることが好ましい。
本実施の形態では、上記筐体21の開口21Hの側面に設けられたネジ切り21Xと、レンズホルダ33の嵌合部33Aの側面に設けられたネジ切り33Xとによって蛍光体ホイール10上に設けられた蛍光体層12と、集光レンズ31,32との間の距離を調整可能となっている。具体的には、側面にネジ切り21Xを有する開口21Hに、側面にネジ切り21Xに対応するネジ切り33Xを有する嵌合部33Aを嵌め、レンズホルダ33を回転させることで、Z軸方向の距離を微小(例えば、10μm程度)に調整可能となっている。これにより、蛍光体層12と集光レンズ31,32との間の距離をより細かく精確に調整することが可能となる。また、筐体21のフロント部と、レンズホルダ33の押え部33Bとの間には、ウェーブワッシャ36が配置されている。これにより、筐体21のフロント部とレンズホルダ33の押え部33Bとの間には、常に一定方向に圧力がかかるようになり嵌合部33Aの位置が固定され、レンズ位置調整後の蛍光体層12と集光レンズ31,32との間の距離が固定される。よって、蛍光体ホイール10の回転による振動等によって生じる虞のあるレンズホルダ33の緩み等による位置ずれが抑制される。
また、レンズホルダ33の押え部33Bの外周部には、図4に示したように、凹凸構造を形成するようにしてもよい。凹凸構造を設けることにより、例えば、冶具71を用いて蛍光体層12と集光レンズ31,32との間の距離を調整する際に作用点が遠くなり、送り量に対する作用距離が大きくとれるようになる。よって、レンズホルダ33の微小送りが容易となり、蛍光体層12と集光レンズ31,32との間の距離の、例えば数100μm程度の微細な調整が可能となる。
なお、レンズホルダ33は、圧電素子やコイル、あるいはマイクロメータを用いて回転させるようにしてもよい。これにより、蛍光体層12と集光レンズ31,32との間の距離をより微細に調整することが容易になる。
(1−2.光源装置の構成)
図5は、光源装置100Aの全体構成を表す概略図である。光源装置100Aは、蛍光体ホイール10と、光源部110と、集光光学系111,113と、ダイクロイックミラー112とを有する。光源部110を除く光源装置100Aを構成する各部材は、蛍光体ホイール10側から集光光学系113、ダイクロイックミラー112の順に、蛍光体ホイール10から出射される光(FL)の光路上に配置されている。光源部110は、蛍光FLの光路と直交する方向で、集光光学系111を間に、ダイクロイックミラー112に対向する位置に配置されている。
光源部110は、所定の波長の光を射出する固体発光素子を有する。本実施の形態では、固体発光素子として、励起光EL(例えば、波長445nmまたは455nmの青色レーザ光)を発振する半導体レーザ素子が用いられており、光源部110からは、励起光ELが射出される。
なお、半導体レーザ素子で光源部110を構成する場合には、1つの半導体レーザ素子で所定の出力の励起光ELを得る構成としてもよいが、複数の半導体レーザ素子からの出射光を合波して所定の出力の励起光ELを得る構成としてもよい。更に、励起光ELの波長は、上記数値に限定されず、青色光と呼ばれる光の波長帯域内の波長であれば任意の波長を用いることができる。
集光光学系111は、光源部110から出射された励起光ELを所定のスポット径に集光し、ダイクロイックミラー112に向けて出射するものである。
ダイクロイックミラー112は、所定の波長域の光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を選択的に透過させるものである。具体的には、ダイクロイックミラー112は、光源部110から出射された青色光(励起光EL)を集光光学系113の方向へ反射すると共に、蛍光体ホイール10から集光光学系113を透過して入射した黄色光(蛍光FL)を赤色光Rおよび緑色光Gに分光して照明光学系200(後出)に入射させるものである。
集光光学系113は、ダイクロイックミラー112によって反射された励起光ELを所定のスポット径に集光し、集光された励起光ELを蛍光体ホイール10に向けて出射するものである。また、集光光学系113は、蛍光体ホイール10から出射される蛍光FLをダイクロイックミラー112に向けて出射するものである。なお、集光光学系113は、上述した集光レンズ31,32を用いて構成されている。
なお、図5に示した光源装置100Aの構成は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、光源部110と蛍光体ホイール10との間に、例えば1/4波長板等を配置した偏光方式の光源装置を構成してもよい。
(1−3.プロジェクタの構成)
次に、本開示の投射型表示装置(プロジェクタ1)について説明する。図6は、図5に示した光源装置100Aを光源光学系として備えたプロジェクタ1の全体構成を表した概略図である。なお、以下では、反射型の液晶パネル(LCD)により光変調を行う反射型3LCD方式のプロジェクタを例示して説明する。なお、蛍光体ホイール10は、反射型液晶パネルの代わりに、透過型液晶パネルやデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD:Digital Micro-mirror Device)等を用いたプロジェクタにも適用され得る。
プロジェクタ1は、図6に示したように、上述した光源装置100Aと、照明光学系200と、画像形成部300と、投影光学系400(投射光学系)とを順に備えている。
照明光学系200は、例えば、光源装置100Aに近い位置からフライアイレンズ210(210A,210B)と、偏光変換素子220と、レンズ230と、ダイクロイックミラー240A,240Bと、反射ミラー250A,250Bと、レンズ260A,260Bと、ダイクロイックミラー270と、偏光板280A〜280Cとを有している。
フライアイレンズ210(210A,210B)は、光源装置100Aからの白色光の照度分布の均質化を図るものである。偏光変換素子220は、入射光の偏光軸を所定方向に揃えるように機能するものである。例えば、P偏光以外の光をP偏光に変換する。レンズ230は、偏光変換素子220からの光をダイクロイックミラー240A,240Bへ向けて集光する。ダイクロイックミラー240A,240Bは、所定の波長域の光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を選択的に透過させるものである。例えば、ダイクロイックミラー240Aは、主に赤色光を反射ミラー250Aの方向へ反射させる。また、ダイクロイックミラー240Bは、主に青色光を反射ミラー250Bの方向へ反射させる。したがって、主に緑色光がダイクロイックミラー240A,240Bの双方を透過し、画像形成部300の反射型偏光板310C(後出)へ向かうこととなる。反射ミラー250Aは、ダイクロイックミラー240Aからの光(主に赤色光)をレンズ260Aに向けて反射し、反射ミラー250Bは、ダイクロイックミラー240Bからの光(主に青色光)をレンズ260Bに向けて反射する。レンズ260Aは、反射ミラー250Aからの光(主に赤色光)を透過し、ダイクロイックミラー270へ集光させる。レンズ260Bは、反射ミラー250Bからの光(主に青色光)を透過し、ダイクロイックミラー270へ集光させる。ダイクロイックミラー270は、緑色光を選択的に反射すると共にそれ以外の波長域の光を選択的に透過するものである。ここでは、レンズ260Aからの光のうち赤色光成分を透過する。レンズ260Aからの光に緑色光成分が含まれる場合、その緑色光成分を偏光板280Cへ向けて反射する。偏光板280A〜280Cは、所定方向の偏光軸を有する偏光子を含んでいる。例えば、偏光変換素子220においてP偏光に変換されている場合、偏光板280A〜280CはP偏光の光を透過し、S偏光の光を反射する。
画像形成部300は、反射型偏光板310A〜310Cと、反射型液晶パネル320A〜320C(光変調素子)と、ダイクロイックプリズム330とを有する。
反射型偏光板310A〜310Cは、それぞれ、偏光板280A〜280Cからの偏光光の偏光軸と同じ偏光軸の光(例えばP偏光)を透過し、それ以外の偏光軸の光(S偏光)を反射するものである。具体的には、反射型偏光板310Aは、偏光板280AからのP偏光の赤色光を反射型液晶パネル320Aの方向へ透過させる。反射型偏光板310Bは、偏光板280BからのP偏光の青色光を反射型液晶パネル320Bの方向へ透過させる。反射型偏光板310Cは、偏光板280CからのP偏光の緑色光を反射型液晶パネル320Cの方向へ透過させる。また、ダイクロイックミラー240A,240Bの双方を透過して反射型偏光板310Cに入射したP偏光の緑色光は、そのまま反射型偏光板310Cを透過してダイクロイックプリズム330に入射する。更に、反射型偏光板310Aは、反射型液晶パネル320AからのS偏光の赤色光を反射してダイクロイックプリズム330に入射させる。反射型偏光板310Bは、反射型液晶パネル320BからのS偏光の青色光を反射してダイクロイックプリズム330に入射させる。反射型偏光板310Cは、反射型液晶パネル320CからのS偏光の緑色光を反射してダイクロイックプリズム330に入射させる。
反射型液晶パネル320A〜320Cは、それぞれ、赤色光、青色光または緑色光の空間変調を行うものである。
ダイクロイックプリズム330は、入射される赤色光、青色光および緑色光を合成し、投影光学系400へ向けて出射するものである。
投影光学系400は、例えば、図示していないが、複数のレンズ等を有する。投影光学系400は、画像形成部300からの出射光を拡大してスクリーン500へ投射する。
(1−4.作用・効果)
前出したように、プロジェクタには、光源から出射される光の光路上に様々なレンズが配置されている。このうち、光源から出射される光を蛍光体上に集光する集光レンズ群と蛍光体との相対位置はプロジェクタの輝度に対して特に大きな影響を及ぼす。一般的なプロジェクタでは、部品精度を上げることで輝度の向上が図られている。しかしながら、部品精度によるプロジェクタの輝度の管理は、部品のばらつきによる輝度の低下が起こりやすい。また、コストを増加させることに繋がる。また、蛍光体の表面は凹凸を有するため、プロジェクタの輝度を部品寸法で管理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、微小な調整が可能なレンズ位置調整機構を設けることで、蛍光体ホイール10上に設けられた蛍光体層12と、集光レンズ群(集光レンズ31,32)との間の距離を制御するようにした。具体的には、蛍光体ホイール10を収容する筐体21および集光レンズ31,32を保持するレンズホルダ33に、互いに嵌合するネジ切り21X,33Xを設けるようにした。これにより、レンズホルダ33を筐体21に締結する際に、例えば、レンズホルダ33の回転量を調整することで、蛍光体ホイール10に設けられた蛍光体層12と集光レンズ31,32との距離の調整が可能となる。即ち、蛍光体層12と集光レンズ31,32との相対位置の最適化を図ることが可能となる。
以上のように、本実施の形態の光源装置100Aでは、蛍光体ホイール10を収容する筐体21および集光レンズ31,32を保持するレンズホルダ33に、互いに嵌合するネジ切り21X,33Xを設け、レンズホルダ33を筐体21に締結する際に、例えば、レンズホルダ33の回転量を調整することで、レンズ位置の微小な調整を可能にした。これにより、蛍光体層12と集光レンズ31,32との相対位置が最適化され、高い輝度を有する光源装置100Aおよびこれを備えたプロジェクタ1を提供することが可能となる。
また、本実施の形態では、蛍光体層12と集光レンズ31,32との距離を上記のように機械的に調整するようにしたので、部品のばらつきを吸収することが可能となり、蛍光体層12と集光レンズ31,32との相対位置の最適化を容易に図ることが可能となる。
更に、本実施の形態では、部品精度を落としても集光レンズ31,32を、蛍光体層12に対して最良の相対位置に調整することができるため、コストを低減することが可能となる。
更にまた、本実施の形態では、筐体21とレンズホルダ33の押え部33Bとの間にウェーブワッシャ36を配置するようにしたので、蛍光体層12に対して最良の相対位置での集光レンズ31,32の固定を容易に行うことが可能となる。また、ウェーブワッシャ36による固定は、常に一定方向に圧力がかかっているため、バックラッシュの影響を受けにくく、また、圧力で固定しているため、レンズ位置の再調整を容易に行うことが可能となる。
次に、第2の実施の形態および変形例1〜7について説明する。以下では、上記第1の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
<2.変形例>
(2−1.変形例1)
図7は、本開示の第1の実施の形態の変形例(変形例1)に係る光源装置100Bを構成する蛍光体ホイール10およびその周辺部材の断面構成を模式的に表したものである。この光源装置100Bは、上記光源装置100Aと同様に、例えば、プロジェクタ1を構成するものである。本変形例の光源装置100Bでは、筐体21とレンズホルダ33の押え部33Bとの間にロックナット37を配置し、このロックナット37によって蛍光体層12に対する集光レンズ31,32のレンズ位置調整後の固定を行う点が上記第1の実施の形態とは異なる。
ロックナット37を用いたレンズ位置調整機構では、蛍光体層12に対する集光レンズ31,32のレンズ位置調整後に、ロックナット37を回転させて筐体21に突き当てることによってレンズホルダ33のネジ切り33Xに圧力がかかり固定される。また、圧力で固定しているため、ウェーブワッシャ36を用いた場合と同様に、レンズ位置の再調整を容易に行うことが可能となる。
(2−2.変形例2)
図8は、本開示の第1の実施の形態の変形例(変形例2)に係る光源装置100Cを構成する蛍光体ホイール10およびその周辺部材の断面構成を模式的に表したものである。この光源装置100Cは、上記光源装置100A等と同様に、例えば、プロジェクタ1を構成するものである。本変形例の光源装置100Cでは、蛍光体層12に対する集光レンズ31,32のレンズ位置調整後の固定を、止めネジ24によって行う点が上記第1の実施の形態とは異なる。
止めネジ24を用いたレンズ位置調整機構では、蛍光体層12に対する集光レンズ31,32のレンズ位置調整後に、筐体21の開口21Hの側面に取り付けられた止めネジ24を回転させて開口21Hに挿入されているレンズホルダ33の側面に突き当てることによってレンズホルダ33に圧力がかかり固定される。
(2−3.変形例3)
図9は、本開示の第1の実施の形態の変形例(変形例3)に係る光源装置100Dを構成する蛍光体ホイール10およびその周辺部材の断面構成を模式的に表したものである。この光源装置100Dは、上記光源装置100A等と同様に、例えば、プロジェクタ1を構成するものである。本変形例の光源装置100Dでは、蛍光体層12に対する集光レンズ31,32のレンズ位置調整後の固定に接着材38を用いる点が上記第1の実施の形態とは異なる。
接着材38を用いたレンズ位置調整機構では、蛍光体層12に対する集光レンズ31,32のレンズ位置調整後に、筐体21の開口21Hの側面とレンズホルダ33の嵌合部33Aの側面とを接着材38によって接着することで、蛍光体層12に対する集光レンズ31,32の位置が固定される。
(2−4.変形例4)
図10は、本開示の第1の実施の形態の変形例(変形例4)に係る光源装置100Iを構成する蛍光体ホイール10およびその周辺部材の断面構成を模式的に表したものである。この光源装置100Iは、上記光源装置100A等と同様に、例えば、プロジェクタ1を構成するものである。本変形例の光源装置100Iでは、レンズ位置調整機構が、筐体61と、蛍光体ホイール10のモータ13が、例えば固定ネジ65によって固定されたモータホルダ63とから構成されている点が上記第1の実施の形態とは異なる。
より詳細には、レンズ位置調整機構は、筐体61のリアカバー61Bと、筐体61のリアカバー61Bに取り付けられるモータホルダ63とにそれぞれ設けられたネジ切り61X,63Xによって構成されており、これらは嵌合するようになっている。また、リアカバー61Bとモータホルダ63との間、具体的には、互いに対向するリアカバー61Bの押え部61Baとモータホルダ63の押え部63Aとの間にはウェーブワッシャ66が配置されており、これによって蛍光体ホイール10と集光レンズ31,32との距離が固定されるようになっている。
筐体61は、例えば、蛍光体ホイール10の前面を覆うフロントカバー61Aと、蛍光体ホイール10の背面の一部を覆うリアカバー61Bとから構成されている。リアカバー61Bには、モータホルダ63が嵌合される嵌合用の開口61Hが設けられており、その側面にネジ切り61Xが形成されている。本変形例では、開口61Hにもモータホルダ63を嵌め、モータホルダ63を回転させることでモータ13に接続されている蛍光体ホイール10がZ軸方向に移動するようになっている。
以上のように、本変形例の光源装置100Iでは、筐体61のリアカバー61Bにモータホルダ63が嵌合する開口61Hを設け、それぞれの側面に互いに嵌合するネジ切り61X,63Xを設けるようにした。これにより、モータホルダ63を開口61Hに嵌め、これを回転させることで、蛍光体ホイール10がZ軸方向に移動するようになり、蛍光体層12と集光レンズ31,32との相対位置の最適化が可能となる。また、リアカバー61Bおよびモータホルダ63にそれぞれ設けられた押え部61Ba,63Aの間にウェーブワッシャ66を配置するようにしたので、蛍光体層12に対して最良の相対位置での集光レンズ31,32の固定を容易に行うことが可能となる。よって、本変形例は、上記第1の実施の形態における光源装置100Aと同様の効果を奏する。
<3.第2の実施の形態>
図11は、本開示の第2の実施の形態に係る光源装置(光源装置100E)を構成する回転体(蛍光体ホイール10)およびその周辺部材の断面構成の一例を模式的に表したものである。図12は、図11に示した蛍光体ホイール10およびその周辺部材の構成を背面側から斜視的に表したものであり、図11は、図12に示したII−II線における断面を表したものである。図13は、図11および図12に示した蛍光体ホイール10およびその周辺部材を分解して斜視的に表したものである。この光源装置100Eは、上記光源装置100Aと同様に、例えば、プロジェクタ1を構成するものである。本実施の形態の光源装置100Eは、レンズ位置調整機構が、モータホルダ51に設けられたネジ切り51Xと、このネジ切り51Xに対応するネジ切り52Xを備えた送りネジ52とから構成されたものである。
(3−1.レンズ位置調整機構の構成)
光源装置100Eを構成する蛍光体ホイール10は、例えば、筐体41のモータ収容部41Cにモータ13と共に収容されている。本実施の形態では、モータ13には、モータ13を支持すると共に、筐体41内においてモータ13を保持するモータホルダ51が取り付けられている。このモータホルダ51とモータ収容部41Cとは嵌合関係にあり、これにより、モータホルダ51がモータ収容部41C内を、光軸に対して直交方向(例えばZ軸方向)に移動可能となっている。詳細には、モータホルダ51には、側面にネジ切り51Xを有する開口51Hが設けられており、この開口51Hと嵌合すると共に、ネジ切り51Xに対応するネジ切り52Xが設けられた送りネジ52を、例えば筐体41の外側から回転させることによって、モータホルダ51がモータ収容部41C内を移動して、集光レンズ31,32と蛍光体層12を有する蛍光体ホイール10との距離が調整される。
筐体41は、例えば、蛍光体ホイール10の前面を覆うフロントカバー41Aと、蛍光体ホイール10の背面を覆うリアカバー41Bとから構成されている。フロントカバー41Aには、例えば、集光レンズ31,32が一体化されている。リアカバー41Bには、上記のようにモータホルダ51を収容するモータ収容部41Cが設けられている。モータ収容部41Cは、内部に、モータホルダ51を収容すると共に、モータホルダ51の移動をZ軸方向にガイドするガイド部41Gを有する。具体的には、ガイド部41G(モータ収容部41Cの内径)はモータホルダ51の外径(外側面)と嵌合するようになっている。これにより、モータホルダ51がZ軸方向にのみ移動可能となり、励起光ELの照射位置の平面方向のずれが抑制される。リアカバー41Bのモータ収容部41Cには、上記送りネジ52が挿入される開口41Hが設けられている。また、筐体41には、第1の実施の形態における筐体21と同様に、蛍光体ホイール10を冷却する冷却風の流入口42および排出口43が設けられている。
モータホルダ51は、上記のように、蛍光体ホイール10を駆動するモータ13を保持するためのものであり、モータ13は、例えば固定ネジ55によって、モータホルダ51に固定されている。モータホルダ51の外径(外側面)は被ガイド部51Gとして、モータ収容部41Cのガイド部41Gと嵌合するようになっている。即ち、本実施の形態の光源装置100Eでは、モータホルダ51を筐体41のモータ収容部41Cに収容することで、モータホルダ51の移動が光軸に対して直交方向(例えばZ軸方向)にのみ可能となっている。これにより、励起光ELの照射位置の平面方向のずれが抑制され、集光レンズ31,32に対する蛍光体層12の精確な位置調整が可能となる。モータホルダ51の背面には、開口51Hが設けられている。この開口51Hは、モータ収容部41C内においてモータホルダ51をZ軸方向に移動させる送りネジ52と嵌合するものであり、開口51Hの側面には、送りネジ52に形成されているネジ切り52Xに対応するネジ切り51Xが設けられている。
更に、筐体41内におけるモータホルダ51の背面とリアカバー41Bとの間には、ウェーブワッシャ53が配置されている。
本実施の形態のレンズ位置調整機構は、開口51Hの側面および送りネジ52の側面にそれぞれ設けられたネジ切り51X,52Xによって構成されている。本実施の形態では、送りネジ52を、例えば図12および図14に示した矢印方向に、例えば、冶具72を用いて回転させることによって、モータホルダ51がモータ収容部41Cの側面に沿って移動する。これにより、モータ13に接続されている蛍光体ホイール10が、例えばZ軸方向に移動し、蛍光体ホイール10上の蛍光体層12と集光レンズ31,32との間の距離の微小な調整が可能となる。また、筐体41内におけるモータホルダ51の背面とリアカバー41Bとの間には、ウェーブワッシャ53が配置されており、このウェーブワッシャ53によって、レンズ位置調整後の、蛍光体層12と集光レンズ31,32との間の距離が固定される。よって、蛍光体ホイール10の回転による振動等によって生じる虞のあるモータホルダ51の位置ずれが抑制される。
(3−2.作用・効果)
以上のように、本実施の形態の光源装置100Eでは、筐体41に、モータ収容部41Cを設け、このモータ収容部41Cの側面に沿って、モータホルダ51が、例えばZ軸方向に移動するようにした。具体的には、モータホルダ51の背面には、モータ収容部41C内においてモータホルダ51をZ軸方向に移動させる送りネジ52と嵌合する開口51Hが設けられている。開口51Hの側面および送りネジ52には、互いに対応するネジ切りが設けられており、送りネジ52を、例えば筐体41の外側から回転させることによって、モータホルダ51がモータ収容部41Cの側面に沿って移動する。これにより、集光レンズ31,32に対して蛍光体層12を有する蛍光体ホイール10をZ軸方向に微小に調整することが可能となり、蛍光体層12と集光レンズ31,32との相対位置が最適化される。即ち、本実施の形態の光源装置100Eは、上記第1の実施の形態における光源装置100Aと同様の効果を奏する。
また、本実施の形態では、筐体41内におけるモータホルダ51の背面とリアカバー41Bとの間には、ウェーブワッシャ53が配置するようにしたので、上記第1の実施の形態と同様に、蛍光体層12に対して最良の相対位置での集光レンズ31,32の固定を容易に行うことが可能となる。
<4.変形例>
(4−1.変形例5)
図15は、本開示の第2の実施の形態の変形例(変形例5)に係る光源装置100Fを構成する蛍光体ホイール10およびその周辺部材の断面構成を模式的に表したものである。この光源装置100Fは、上記光源装置100Aと同様に、例えば、プロジェクタ1を構成するものである。本変形例の光源装置100Fでは、筐体41と送りネジ52との間にロックナット57を配置し、このロックナット57によって集光レンズ31,32に対する蛍光体層12のレンズ位置調整後の固定を行う点が上記第2の実施の形態とは異なる。
ロックナット57を用いたレンズ位置調整機構では、蛍光体層12に対する集光レンズ31,32のレンズ位置調整後に、ロックナット57を回転させて筐体41のリアカバー41Bに突き当てることによって送りネジ52のネジ切り52Xに圧力がかかり固定される。また、圧力で固定しているため、ウェーブワッシャ53を用いた場合と同様に、レンズ位置の再調整を容易に行うことが可能となる。
(4−2.変形例6)
図16は、本開示の第2の実施の形態の変形例(変形例6)に係る光源装置100Gを構成する蛍光体ホイール10およびその周辺部材の断面構成を模式的に表したものである。この光源装置100Gは、上記光源装置100A等と同様に、例えば、プロジェクタ1を構成するものである。本変形例の光源装置100Gでは、集光レンズ31,32に対する蛍光体層12のレンズ位置調整後の固定を、止めネジ54によって行う点が上記第2の実施の形態とは異なる。
止めネジ54を用いたレンズ位置調整機構では、蛍光体層12に対する集光レンズ31,32のレンズ位置調整後に、筐体41のモータ収容部41Cの側面に取り付けられた止めネジ54を回転させてモータ収容部41Cに収容されているモータホルダ51に突き当てることによってモータホルダ51に圧力がかかり固定される。
(4−3.変形例7)
図17は、本開示の第2の実施の形態の変形例(変形例7)に係る光源装置100Hを構成する蛍光体ホイール10およびその周辺部材の断面構成を模式的に表したものである。この光源装置100Hは、上記光源装置100A等と同様に、例えば、プロジェクタ1を構成するものである。本変形例の光源装置100Hでは、集光レンズ31,32に対する蛍光体層12のレンズ位置調整後の固定に接着材58を用いる点が上記第2の実施の形態とは異なる。
接着材58を用いたレンズ位置調整機構では、集光レンズ31,32に対する蛍光体層12のレンズ位置調整後に、モータホルダ51をモータ収容部41C内に接着材58によって接着することで、集光レンズ31,32に対する蛍光体層12の位置が固定される。
以上、第1,第2の実施の形態および変形例1〜7を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した部材以外のものを用いて構成してもよい。
例えば、上記第1の実施の形態および第2の実施の形態では、レンズ位置調整後の固定にウェーブワッシャ36,53を用いたが、コルスプリング、緩み止めワッシャ等のバネ性を有する部材であれば置き換えることが可能である。このような部材としては、例えば、バネ座金、皿バネ座金およびノルトロックワッシャ等が挙げられる。また、上記変形例1および変形例5では、レンズ位置調整後の固定にロックナット37,57を用いたが、くさびナットに置き換えることが可能である。
更に、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。例えば、上記第1の実施の形態では、光変調素子として反射型液晶パネルを用いた反射型3LCD方式のプロジェクタを挙げて説明したが、これに限らず、本技術は、透過型液晶パネルと用いた、所謂透過型3LCD方式のプロジェクタにも適用することができる。
さらにまた、本実施の形態では、本開示の蛍光体ホイールの一実施例として反射型の蛍光体ホイールを用いた例を示したが、本開示の技術は、例えば、透過型の蛍光体ホイールにも適用できる。
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)
光源部と、
前記光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する蛍光体を有する回転体と、
前記回転体を駆動するモータと、
前記回転体を収容する筐体と、
前記光源部からの励起光を前記回転体に向けて集光する1以上のレンズ群と、
前記レンズ群を保持するレンズ保持部と、
前記回転体と前記レンズ群との距離を調整する調整機構と
を備えた光源装置。
(2)
前記調整機構は、前記筐体と前記レンズ保持部とによって構成されている、前記(1)に記載の光源装置。
(3)
前記レンズ保持部は、前記筐体との嵌合部を有し、前記筐体は、前記嵌合部に対応する嵌合用開口を有する、前記(1)または(2)に記載の光源装置。
(4)
前記調整機構は、前記嵌合部および前記嵌合用開口にそれぞれ設けられたネジ切りによって構成されている、前記(3)に記載の光源装置。
(5)
前記レンズ保持部と前記筐体とは、バネ性を有するワッシャ、ロックナット、接着材または止めネジにより固定されている、前記(1)乃至(4)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(6)
前記バネ性を有するワッシャは、ウェーブワッシャ、バネ座金、皿バネ座金、ノルトロックワッシャ−のうちのいずれかである、前記(5)に記載の光源装置。
(7)
前記レンズ保持部は、外周部の側面に凹凸構造を有する、前記(1)乃至(6)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(8)
更に、前記モータを保持するモータ保持部を備え、
前記調整機構は、前記筐体と前記モータ保持部とによって構成されている、前記(1)に記載の光源装置。
(9)
更に、前記モータを保持するモータ保持部と、前記モータ保持部を送り出す送りネジとを備え、
前記モータ保持部は、前記送りネジに対応する送りネジ用開口を有し、
前記調整機構は、前記送りネジおよび前記送りネジ用開口にそれぞれ設けられたネジ切りによって構成されている、前記(1)に記載の光源装置。
(10)
前記レンズ保持部は、前記筐体と一体化されている、前記(9)に記載の光源装置。
(11)
前記筐体は、前記モータ保持部を収容するモータ収容部を備え、
前記モータ収容部は、内部に前記モータ保持部の移動方向をガイドするガイド部を有し、
前記モータ保持部は、側面に前記ガイド部と嵌合する被ガイド部を有する、前記(9)または(10)に記載の光源装置。
(12)
前記モータ保持部と前記筐体とは、バネ性を有するワッシャ、ロックナット、接着材または止めネジにより固定されている、前記(9)乃至(11)のうちのいずれかに記載の光源装置。
(13)
前記バネ性を有するワッシャは、ウェーブワッシャ、バネ座金、皿バネ座金、ノルトロックワッシャ−のうちのいずれかである、前記(12)に記載の光源装置。
(14)
光源装置と、
前記光源装置から出射される光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子からの光を投射する投射光学系とを備え、
前記光源装置は、
光源部と、
前記光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する蛍光体を有する回転体と、
前記回転体を駆動するモータと、
前記回転体を収容する筐体と、
前記光源部からの励起光を前記回転体に向けて集光する1以上のレンズ群と、
前記レンズ群を保持するレンズ保持部と、
前記回転体と前記レンズ群との距離を調整する調整機構と
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2017年10月5日に出願された日本特許出願番号2017−194978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 (14)

  1. 光源部と、
    前記光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する蛍光体を有する回転体と、
    前記回転体を駆動するモータと、
    前記回転体を収容する筐体と、
    前記光源部からの励起光を前記回転体に向けて集光する1以上のレンズ群と、
    前記レンズ群を保持するレンズ保持部と、
    前記回転体と前記レンズ群との距離を調整する調整機構と
    を備えた光源装置。
  2. 前記調整機構は、前記筐体と前記レンズ保持部とによって構成されている、請求項1に記載の光源装置。
  3. 前記レンズ保持部は、前記筐体との嵌合部を有し、前記筐体は、前記嵌合部に対応する嵌合用開口を有する、請求項1に記載の光源装置。
  4. 前記調整機構は、前記嵌合部および前記嵌合用開口にそれぞれ設けられたネジ切りによって構成されている、請求項3に記載の光源装置。
  5. 前記レンズ保持部と前記筐体とは、バネ性を有するワッシャ、ロックナット、接着材または止めネジにより固定されている、請求項1に記載の光源装置。
  6. 前記バネ性を有するワッシャは、ウェーブワッシャ、バネ座金、皿バネ座金、ノルトロックワッシャ−のうちのいずれかである、請求項5に記載の光源装置。
  7. 前記レンズ保持部は、外周部の側面に凹凸構造を有する、請求項1に記載の光源装置。
  8. 更に、前記モータを保持するモータ保持部を備え、
    前記調整機構は、前記筐体と前記モータ保持部とによって構成されている、請求項1に記載の光源装置。
  9. 更に、前記モータを保持するモータ保持部と、前記モータ保持部を送り出す送りネジとを備え、
    前記モータ保持部は、前記送りネジに対応する送りネジ用開口を有し、
    前記調整機構は、前記送りネジおよび前記送りネジ用開口にそれぞれ設けられたネジ切りによって構成されている、請求項1に記載の光源装置。
  10. 前記レンズ保持部は、前記筐体と一体化されている、請求項9に記載の光源装置。
  11. 前記筐体は、前記モータ保持部を収容するモータ収容部を備え、
    前記モータ収容部は、内部に前記モータ保持部の移動方向をガイドするガイド部を有し、
    前記モータ保持部は、側面に前記ガイド部と嵌合する被ガイド部を有する、請求項9に記載の光源装置。
  12. 前記モータ保持部と前記筐体とは、バネ性を有するワッシャ、ロックナット、接着材または止めネジにより固定されている、請求項9に記載の光源装置。
  13. 前記バネ性を有するワッシャは、ウェーブワッシャ、バネ座金、皿バネ座金、ノルトロックワッシャ−のうちのいずれかである、請求項12に記載の光源装置。
  14. 光源装置と、
    前記光源装置から出射される光を変調する光変調素子と、
    前記光変調素子からの光を投射する投射光学系とを備え、
    前記光源装置は、
    光源部と、
    前記光源部からの励起光により励起されて蛍光を発する蛍光体を有する回転体と、
    前記回転体を駆動するモータと、
    前記回転体を収容する筐体と、
    前記光源部からの励起光を前記回転体に向けて集光する1以上のレンズ群と、
    前記レンズ群を保持するレンズ保持部と、
    前記回転体と前記レンズ群との距離を調整する調整機構と
    を有する投射型表示装置。
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