(57)【要約】  半導体発光素子と蛍光体を組み合わせた光源において、色純度の高い赤色光を効率良く放射する。半導体発光素子と、固定されたあるいは回転する第１の波長変換部と回転する第２の波長変換部とを有する光源であり第２の波長変換部は、半導体発光素子から出射した出射光を吸収し、出射光と異なる第２の波長の光を放射する第２の波長変換領域と、出射光を透過する透過領域を備え、第１の波長変換部は、出射光を吸収し、第２の波長の光よりも長波長の第１の波長の光を放射し、第１の波長の光は、透過領域を透過することである。
2014073136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子と離れた位置に配置される第１の波長変換部と、前記半導体発光素子と前記第１の波長変換部との間に配置され、回転する第２の波長変換部と、を有し、
前記第２の波長変換部は、前記半導体発光素子から出射した出射光を吸収し、主波長が前記出射光と異なる第２の光を放射する第２の波長変換領域と、前記出射光を透過する透過領域とを少なくとも備え、
前記第１の波長変換部は、前記出射光を吸収し、主波長が前記第２の光の主波長よりも長波長である第１の光を放射し、前記第１の光が、前記透過領域を透過することを特徴とする光源。
【請求項２】
前記第１の波長変換部は、第１の蛍光体を含み、前記第２の波長変換部は、第１の蛍光体と異なる第２の蛍光体を含むことを特徴とする請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記第２の蛍光体は、発光ピーク波長が５００ｎｍ〜６００ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１または２に記載の光源。
【請求項４】
前記第１の蛍光体は、発光ピーク波長が５８０ｎｍ〜６７０ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光源。
【請求項５】
前記第２の波長変換部には、前記出射光を吸収し、主波長が前記第２の光と異なる第３の光を放射する第３の波長変換領域が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光源。
【請求項６】
前記第３の波長変換領域と前記第２の波長変換領域が、前記第２の波長変換部の同一面に形成されることを特徴とする請求項５に記載の光源。
【請求項７】
前記第３の波長変換領域が、前記第１の蛍光体および前記第２の蛍光体と異なる第３の蛍光体を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の光源。
【請求項８】
前記第３の蛍光体は、発光ピーク波長が４３０ｎｍ〜５００ｎｍの間にあることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の光源。
【請求項９】
前記出射光は、発光ピーク波長が３６０ｎｍ〜４３０ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光源。
【請求項１０】
前記第２の波長変換部には、前記半導体発光素子の出射光が照射され、前記出射光の偏光方向と異なる第３の光として反射される光偏光変換領域が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光源。
【請求項１１】
前記出射光は、発光ピーク波長が４３０ｎｍ〜５００ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１０に記載の光源。
【請求項１２】
前記半導体発光素子と第１の集光レンズとの間にダイクロイックミラーを備え、前記ダイクロイックミラーは、前記出射光を透過し、前記第１の光、前記第２の光および第３の光を反射することを特徴とする請求項５〜１１のいずれか１つに記載の光源。
【請求項１３】
前記第１の蛍光体は、前記第２の蛍光体に対して、蛍光寿命が同等以上に長いことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光源。
【請求項１４】
前記第２波長変換部は、１周２．７ミリ秒から１周２０ミリ秒の間のいずれかの回転数で回転することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の光源。
【請求項１５】
前記第１の蛍光体の賦活財は、Ｅｕ３+、Ｍｎ２+、Ｍｎ４+、Ｓｍ３+からなる少なくとも１種が含まれていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載の光源。
【請求項１６】
前記半導体発光素子と前記第２の波長変換部との間にレンズが配置され、前記出射光が前記レンズにより、前記第２の波長変換部上で集光されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の光源。
【請求項１７】
前記出射光が前記第１の波長変換部に照射させる照射面積が、前記出射光が前記第２の波長変換部に照射される面積よりも大きいことを特徴とする請求項１６に記載の光源。
【請求項１８】
前記第２の波長変換部と前記第１の波長変換部との間にレンズまたは内部反射型放物面レンズが配置されことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１つに記載の光源。
【請求項１９】
前記第１の波長変換部と前記第２のレンズの間に、複数のレンズアレイが配置され、
前記出射光が前記第１の波長変換部の複数の照射部に集光されることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１つに記載の光源。
【請求項２０】
前記第１の波長変換部は、前記第１の蛍光体を含んだ複数の蛍光体部材を備え、前記複数の蛍光体部材を前記複数の照射部に配置されることを特徴とする請求項１９に記載の光源。
【請求項２１】
前記第１の波長変換部と前記第２のレンズとの間に波長カットフィルタを備え、前記波長カットフィルタが波長５００ｎｍ〜５９０ｎｍの間の光の一部もしくは全部を反射することを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか１つに記載の光源。
【請求項２２】
前記第１の蛍光体は、発光ピーク波長が５９０ｎｍ〜６３０ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１つに記載の光源。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１つに記載の光源と画像表示素子を備えた画像投写装置。
【請求項２４】
前記画像表示素子に、少なくとも前記第１の光と前記第２の光と前記第３の光が時間的に連続して照射されることを特徴とする請求項２３に記載の画像投写装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、業務用プロジェクタ、ホームプロジェクタ、ピコプロジェクタなどの投写機や、リアプロジェクションテレビ、ヘッドアップディスプレイなどに用いられる光源および画像投写装置に関するものであり、特に出射光の光出力が大きく、スペックルが小さく、出射光の指向性が高い光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
特殊な照明光源として、店舗のダウンライトやプロジェクタ光源、自動車等の前照灯（ヘッドライトなど）などがあり、これらの光源には、ハロゲンランプや高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどが用いられている。この中で、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度放電ランプ（Ｈｉｇｈ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｌａｍｐ）はアーク放電を用いるため、指向性が高い光を高効率、高出力で放射することができるが、一方で、点灯して安定するまでの時間が長いことや、水銀を含むため環境負荷が大きいこと、そして寿命として定義されている輝度が半減するまでの時間が短いことなどの課題がある。【０００３】
このような課題に対し、近年、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）や半導体レーザなどの半導体発光素子を光源の部品もしくは励起光源として用いた光源の開発が盛んに行われている。半導体発光素子を用いた光源の構成としては、半導体材料や組成を変えることで発光波長を可視光（４３０〜６７０ｎｍ）の範囲で変化させた半導体発光素子を用いた構成のものや、半導体発光素子と蛍光体と組み合わせて発光波長や発光スペクトルを所望の波長に変化させた構成のものがあり、用途に応じてさまざまな構成が提案されている。【０００４】
例えば、特許文献１や特許文献２では、青色、緑色、赤色それぞれの光を放射するＬＥＤや半導体レーザを組み合わせた光源が提案されている。これらの光源は、従来の高輝度放電ランプと異なり、三原色の光をそれぞれ自由なタイミングで出射させることができるため、特にディプレイ用途向けに有用である。しかしながらＬＥＤは、出射光の拡がり角が大きく、かつ、発光部の面積も大きいため、光源を構成する光学系における光の利用効率が低く、光源の光出力強度を大きくできないという課題がある。一方で半導体レーザは、出射光の拡がり角も発光部面積も小さいが、出射光の干渉性が高いため、半導体レーザで構成した光源をディスプレイに用いた場合、特に緑色領域と赤色領域においてスペックルノイズがもたらす画質の低下が課題になる。【０００５】
このような課題に対して、半導体レーザと発光ダイオードと蛍光体とを組み合わせたり、半導体レーザと蛍光体を組み合わせたりすることで、光利用効率を高くしつつスペックルノイズを抑制する方法が提案されている。【０００６】
例えば、特許文献３では、青色光を放射する半導体レーザ（青色レーザ）とＹ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２蛍光体（緑色蛍光体）と、赤色発光ダイオードを組み合わせた光源が提案されている。また、特許文献４では、青色レーザとＹ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２蛍光体（緑色蛍光体）と、（Ｓｒ，Ｃａ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｎ）蛍光体（赤色蛍光体）を組み合わせた光源が提案されている。さらに、特許文献５では、紫外光を放射する半導体発光素子と赤色、緑色、青色蛍光体層を並設した円板を組み合わせることで、三原色すべてを蛍光で構成した光源の構成が提案されている。【０００７】
以下、図２２を用い、特許文献５に示す従来の発光装置について説明する。【０００８】
図２２に示すように、従来の発光装置は、紫外光を発光する発光ダイオード１００３と、区画された領域ごとに赤色、緑色、青色の蛍光体を含む蛍光体層が配置されたカラーホイール１００４とを備え、カラーホイールが回転することによって、発光ダイオード１００３から放射される光が赤色、緑色、青色と順次変換され、時間平均で観察した場合に白色光が放射されるように駆動される。この構成において、青色蛍光体として、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃ１２：Ｅｕもしくは（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ１０Ｏ１７：Ｅｕを用いることが、緑色の蛍光体として、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌや（Ｂａ、Ｍｇ）Ａｌ１０Ｏ１７：（Ｅｕ、Ｍｎ）を用いることが、赤色蛍光体に関してはＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕを用いることが記載されている。【０００９】
なお、図２２において１００５は補助光学素子、１００６はリレーレンズ、１００７は反射ミラー、１００８はプリズム、１００９は空間光変調器、１０１０は投写レンズである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２５２６５１号公報
【特許文献２】特開平１１−０６４７８９号公報
【特許文献３】特開２０１２−８４０９号公報
【特許文献４】特開２０１２−０６８４６５号公報
【特許文献５】特開２００４−３４１１０５号公報
【発明の概要】
【００１１】
しかしながら、従来の構成において、次のような課題が挙げられる。まず、青色レーザと緑色蛍光体と赤色ＬＥＤを組み合わせた構成については、半導体発光素子の種類が複数であり、互いの電気−光変換特性、温度特性が異なるため、合成光の色調整などに対して複雑な制御が必要となるなどの課題があった。一方、異なる種類の蛍光体を同一のホイール上に塗り分けて回転させる構成である（ｉ）青色レーザと、回転ホイールに緑色蛍光体、赤色蛍光体のほか透過領域を設けた方法（特許文献４など）、（ｉｉ）紫外光源と、領域ごとに青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体が形成された回転ホイールとで構成する方法（特許文献５）、については半導体発光素子の種類を１種類とすることができる。しかしながら、特許文献４に記載されている（Ｓｒ，Ｃａ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｎ）蛍光体の、賦活剤に２価のＥｕイオンを用いた赤色蛍光体については、スペクトル半値幅が広く、赤色の色純度が悪いほか、励起光密度が高くなると変換効率が急激に低下するという課題がある。また、特許文献５に記載されている賦活剤が３価のＥｕイオンである赤色蛍光体（Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ）については、スペクトル半値幅が狭いものの、蛍光寿命がミリ秒オーダーで、回転ホイールの回転時間（例えば６０Ｈｚでは１周１６．７ミリ秒）と同程度であるため、蛍光光の光軸ズレによる光取り込み効率の悪化や、色切り替え時の混色という課題が発生する。
【００１２】
上記課題を鑑みて、本発明の目的は、発光素子の種類を少なくするとともに、色純度の高い赤色光を効率よく出射させることが可能な光源ならびに画像投写装置を提供することである。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る光源は、１つまたは複数の半導体発光素子と、半導体発光素子と離れた位置に配置される第１の波長変換部と、半導体発光素子と第１の波長変換部との間に配置され、回転する第２の波長変換部と、を有し、第２の波長変換部は、半導体発光素子から出射した出射光を吸収し、主波長が出射光と異なる第２の光を放射する第２の波長変換領域と、出射光を透過する透過領域とを少なくとも備え、第１の波長変換部は、出射光を吸収し、主波長が第２の光の主波長よりも長波長である第１の光を放射し、第１の光が、透過領域を透過する。
【００１４】
この構成により、第１の波長変換部に照射される半導体発光素子から出射した光密度は、第２の波長変換部に照射される光密度よりも低くすることが可能となる。このため、光飽和による変換効率低下を抑制し、長波長の光を効率良く発光させることが可能となる。
【００１５】
また、第１の波長変換部は、第１の蛍光体を含み、第２の波長変換部は、第１の蛍光体と異なる第２の蛍光体を含むこと、としても良い。
【００１６】
この構成により、半導体発光素子から出射される出射光の発光波長と異なる波長の光を放射させることができるため、発光素子の種類を増やさずに複数の異なる波長の光を放射する光源を実現できる。
【００１７】
また、第２の蛍光体は、発光ピーク波長が５００ｎｍ〜６００ｎｍの間にあること、としても良い。
【００１８】
この構成により、発光波長が緑色領域である光と、発光波長が緑色領域よりも長波長である光を効率良く放射する光源を実現できる。
【００１９】
また、第１の蛍光体は、発光ピーク波長が５８０ｎｍ〜６７０ｎｍの間にあること、としても良い。
【００２０】
この構成により、発光波長が赤色領域である光を効率良く放射する光源を実現できる。
【００２１】
また、第２の波長変換部には、出射光を吸収し、主波長が第２の光と異なる第３の光を放射する第３の波長変換領域が形成されること、として良い。
【００２２】
また、第３の波長変換領域と第２の波長変換領域が、第２の波長変換部の同一面に形成されること、としても良い。
【００２３】
また、第３の波長変換領域が、第１の蛍光体および第２の蛍光体と異なる第３の蛍光体を含む、としても良い。
【００２４】
また、第３の光は、発光ピーク波長が４３０ｎｍ〜５００ｎｍの間にあること、としても良い。
【００２５】
また、出射光は、発光ピーク波長が３６０ｎｍ〜４３０ｎｍの間にあること、としても良い。
【００２６】
この構成により、発光波長が第１の波長変換部および第２の波長変換部と異なる波長の光を放射させることができ、少なくとも３色の光を光源から効率良く放射させることができるため、色再現性の良い画像投写装置を実現できる。さらに、第３の光を青色領域とすることで、青色、緑色、赤色の光を効率良く放射する光源を実現できる。
【００２７】
また、第２の波長変換部には、半導体発光素子の出射光が放射され、出射光の偏光方向と異なる第３の光として反射される光偏光変換領域が形成されること、としても良い。
【００２８】
また、出射光は、発光ピーク波長が４３０ｎｍ〜５００ｎｍの間にあること、としても良い。
【００２９】
これにより、半導体発光素子からの出射光を光源の出射光として放射させることが出来る。さらに半導体発光素子からの出射光の発光波長を青色領域とすることで、青色光として放射させることができる。
【００３０】
また、半導体発光素子と第１の集光レンズとの間にダイクロイックミラーを備え、ダイクロイックミラーが、出射光を透過し、第１の光、第２の光および第３の光を反射する、としてもよい。
【００３１】
この構成により光源より第１の光、第２の光および第３の光を効率良く放射させることができる。
【００３２】
また、第１の蛍光体は、第２の蛍光体に対して、蛍光寿命が同等以上に長いこと、としても良い。
【００３３】
この構成により蛍光寿命が長く、発光波長が長波長である蛍光体を用いても色純度の高い光を放射する光源を実現できる。
【００３４】
また、第２波長変換部は、１周２．７ミリ秒から１周２０ミリ秒の間のいずれかの回転数で回転すること、としても良い。
【００３５】
また、第１の蛍光体の賦活剤は、Ｅｕ３＋、Ｍｎ２＋、Ｍｎ４＋、Ｓｍ３＋からなる少なくとも１種が含まれていること、としても良い。
【００３６】
この構成により、発光スペクトルの半値幅が狭く、蛍光寿命が長い賦活剤を含んだ蛍光体を用いても色再現性の高い光源を実現できる。
【００３７】
また、半導体発光素子と第２の波長変換部との間に第１のレンズが配置され、第２の波長変換部と第１の波長変換部との間に第２のレンズが配置され、出射光が第１のレンズにより第２の波長変換部上で集光されること、としても良い。
【００３８】
この構成により、第２の波長変換部上で発生した光を効率良く光源から放射させることができる。
【００３９】
また、出射光が第２の波長変換部に照射させる照射面積が、出射光が第１の波長変換部に照射される面積よりも小さいこと、としても良い。
【００４０】
また、第１の波長変換部と第２のレンズの間に、複数のレンズアレイを配置し、出射光が第１の波長変換部の複数の照射部に集光しても良い。
【００４１】
また、第１の波長変換部は、第１の蛍光体を含んだ複数の蛍光体部材を備え、複数の蛍光体部材を複数の照射部に配置しても良い。
【００４２】
このような構成にすることで、第１の波長変換部は照射面積を大きくし励起光密度を低減させることが可能となる。これにより、第１の波長変換部における光飽和を低減し、長波長の光を効率よく放射させることができる。
【００４３】
また、第１の波長変換部と第２のレンズとの間に波長カットフィルタを備え、波長カットフィルタが波長５００ｎｍ〜５９０ｎｍの間の光の一部もしくは全部を反射するとしても良い。
【００４４】
また、第１の蛍光体は、発光ピーク波長が５９０ｎｍ〜６３０ｎｍの間にあること、としても良い。
【００４５】
この構成により、色純度の高い赤色光を効率良く放射させることができる。
【００４６】
また本発明に係る画像投写装置は、上記に記載した光源と画像表示素子を備える。この構成により色純度の高い赤色光を効率良く放射することができる。
【００４７】
また本発明に係る画像投写装置は、画像表示素子に、少なくとも第１の光と第２の光と第３の光が時間的に連続して照射される、としても良い。
【００４８】
この構成により、色再現性の高い画像を表示可能な画像投写装置を実現できる。
【００４９】
本発明の構成により、半導体発光素子と蛍光体を用いた光源および画像投写装置において、発光素子の種類を少なくするとともに、色純度の高い赤色光を効率よく出射させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光源の構成を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る第２の波長変換部の構成を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る第２の波長変換部の図１ＢのＩｃ−Ｉｃの断面図を示す図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の第１の実施の形態に係る第１の波長変換部の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光源及び当該光源を用いた画像投写装置の構成及び青色光、緑色光を放射する動作時について示す図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光源及び当該光源を用いた画像投写装置の構成及び赤色光を放射する動作時について示す図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子から放射される励起光、第１、第２、第３の波長変換部から放射される波長変換光の光強度のタイミングチャートを示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光源から放射される波長変換光のスペクトルを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の第１の実施の形態における投写レンズから出射された、青色光、緑色光、赤色光の色度座標を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態に係る光源の効果を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態に係る光源の第１の変形例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態に係る光源の第２の変形例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施の形態に係る光源の第３の変形例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る光源の第４の変形例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１の実施の形態に係る光源の第５の変形例を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る光源の構成を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る光源及び赤色光を出射する動作時の投写装置を示す図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る光源の波長カットフィルタにおける波長カット前後のスペクトル形状を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係る光源の赤色蛍光体の色度座標を示す図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、本発明の第２の実施の形態に係る光源の波長カットフィルターエネルギー透過率及び、輝度変換効率のピーク波長依存性を示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る波長カットフィルタへ入射する光の方向を示した図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、第２の実施の形態に係る波長カットフィルタにおける透過率の角度依存性を示した図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、波長カットフィルタにおける波長カット前後のスペクトル形状を示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る蛍光体から照射された光のスペクトルを示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本発明の第２の実施の形態の投写レンズから出射された青色光、緑色光、赤色光、白色光の色度座標を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、本発明の第２の実施の形態の変形例１に係る蛍光体から照射された光のスペクトルを示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、本発明の第２の実施の形態の投写レンズから出射されたピークスペクトルの色度座標を示す図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、本発明の第２の実施の形態の投写レンズから出射されたピークスペクトルの色度座標を示す図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、本発明の第２の実施の形態の変形例２に係る第２の波長変換部の構成を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、本発明の第２の実施の形態の変形例２に係る蛍光体から照射された光のスペクトルを示す図である。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、本発明の第２の実施の形態の変形例２の投写レンズから出射された青色光、緑色光、赤色光、白色光の色度座標を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の第３の実施の形態に係る光源および投写装置を示す図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、本発明の第４の実施の形態に係る光源および投写装置を示す図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、本発明の第４の実施の形態に係る蛍光体から照射された光のスペクトルを示す図である。
【図２０Ｃ】図２０Ｃは、本発明の第４の実施の形態の投写レンズから出射された青色光、緑色光、赤色光、白色光の色度座標を示す図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、本発明の第５の実施の形態に係る第２の波長変換部の構成を示す図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、本発明の第５の実施の形態に係るダイクロイックミラーの透過特性を示す図である。
【図２１Ｃ】図２１Ｃは、本発明の第５の実施の形態に係る光源から放射される波長変換光のスペクトルを示す図である。
【図２１Ｄ】図２１Ｄは、第５の実施の形態における投写レンズから出射された青色光、緑色光、赤色光の色度座標を示す図である。
【図２２】図２２は、従来の発光装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、本発明の光源および画像投写装置について、実施の形態に基づいて説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００５２】
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。また、各図において、同じ構成要素には同じ符号を付している。
【００５３】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態およびその変形例に係る光源および画像投写装置の構成と効果について、図１Ａ〜図１１を用いて説明する。
【００５４】
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光源の構成を示す図である。図１Ｂは、本実施の形態に係る光源１０１に用いられる第２の波長変換部１６を、半導体発光素子１１側から見た図であり、図１Ｃは、図１ＢのＩｃ−Ｉｃ線における第２の波長変換部１６の断面図である。また、図１Ｄは、第１の波長変換部１９の構成を示す図である。図２および図３はいずれも、本実施の形態の画像投写装置の構成と動作を示す図である。図４から図６は本実施の形態の光源の効果を説明するための図である。
【００５５】
なお、図１Ａ〜図６において、第１の実施の形態と共通の構成要素については、同じ番号を付すことにより説明を省略する。
【００５６】
（構成）
図１Ａに示すように、本実施の形態に係る光源１０１は、主に、近紫外光を放射する例えば窒化物半導体レーザである半導体発光素子１１と、半導体発光素子１１からの放射された近紫外光を赤色光に変換する第１の波長変換部１９と、青色光および緑色光に変換する第２の波長変換部１６とで構成される。
【００５７】
第２の波長変換部１６は、図１Ｂに示すように円盤形状の基台に領域ごとに蛍光体もしくは透過領域が設けられた構成であり、動作時には所定の回転数で回転する。第２の波長変換部１６の具体的な構成は、例えば円盤状のアルミニウム合金板である基板４０の所定の外周付近に第２の蛍光発光部材１７Ｇと、第３の蛍光発光部材１７Ｂと、光透過領域１７ＴＲとが領域ごとに形成された構成となっている。第２の蛍光発光部材１７Ｇは、例えば主成分がＣｅ賦活Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２である緑色蛍光体が、例えばジメチルシリコーンなどの有機透明材料、もしくは、例えば低融点ガラスなどの無機透明材料であるバインダに混合されたものが例えば厚み１００〜５００μｍ、幅５ｍｍで円弧状に形成された蛍光体膜である。また第３の蛍光発光部材１７Ｂは、例えば主成分がＥｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８である青色蛍光体が、同様に有機もしくは無機の透明材料に混合されたものである。
【００５８】
光透過領域１７ＴＲは図１Ｃに示すように例えば、基板４０に開口部を形成することでなる。そして、第２の波長変換部１６は、図１Ａに示すように例えばモータである回転機構２２の回転軸２１に接続され、所定の回転数で回転するように構成されている。
【００５９】
一方、第１の蛍光発光部材１７Ｒを具備する第１の波長変換部１９は、第２の波長変換部１６と異なる位置に配置される。以下、図１Ｄを用いて第１の波長変換部１９の構成について説明する。第１の波長変換部１９は、例えばＣｕなどの基板２０１上に蛍光体の光を反射する例えばＡｇなどの反射膜２０２が形成され、その上に、例えば、主成分がＥｕとＳｍを賦活させたＬａＷ３Ｏ１２である赤色蛍光体を、例えば低融点ガラスであるバインダに混合されてなる第１の蛍光発光部材１７Ｒが例えば厚み１００〜１０００μｍの膜状に形成される。さらに、基板２０１の反対側には、例えば銅板である放熱基板２０８と、例えばペルチェ素子などの放熱機構２０９と放熱フィン２１０とで構成される放熱部材２０７が取り付けられる。このとき、放熱機構２０９には一定の電流が印加され第１の蛍光発光部材１７Ｒが一定の温度、例えば１００℃以下になるように設定される。
【００６０】
上記の第１の波長変換部１９と第２の波長変換部１６を具備した光源１０１は、より詳しくは以下のように構成される（図１Ａ参照）。
【００６１】
まず光源１０１には、例えば光出力が２ワットで発光波長の中心波長が３６０〜４３０ｎｍの範囲にある半導体レーザ、より具体的には中心波長が例えば３９５ｎｍである半導体レーザである半導体発光素子１１がヒートシンク２５上に、例えば２５個（なお、煩雑さを避けるため図１Ａ〜３では便宜上３個の記載にとどめている）配置されており、半導体発光素子１１から出射した出射光が、凹レンズ１３に集められるようにコリメートレンズ１２が半導体発光素子１１前方に配置される。半導体発光素子１１と第２の波長変換部１６の間には、ダイクロイックミラー１４が備えられる。ここで、ダイクロイックミラー１４は例えば、波長３６０ｎｍ〜４３０ｎｍの光を透過し、波長４３０〜６７０ｎｍの光を反射するように設定される。さらに、光源１０１の主光軸には、ダイクロイックミラー１４、第１の集光レンズ１５、第２の波長変換部１６、第２の集光レンズ１８、第１の波長変換部１９が順に並ぶように配置される。このとき第２の波長変換部１６に形成された第２の蛍光発光部材１７Ｇ、第３の蛍光発光部材１７Ｂ、光透過領域１７ＴＲは、第２の波長変換部１６が回転することで主光軸上に配置されるように設置される。
【００６２】
一方、第１の波長変換部１９は、第２の波長変換部１６の後方（半導体発光素子と反対の位置）の主光軸上に、第２の集光レンズ１８を介して固定される。ここで、回転機構２２は、第２の波長変換部１６よりも外径を十分小さくし、主光軸上に第２の集光レンズ１８と第1の波長変換部１９を容易に配置できるようにする。
【００６３】
（動作）
次に、本実施の形態に係る光源１０１の動作について、図２および図３に示す、光源１０１を具備する画像投写装置１９９を用いて説明する。本実施の形態における画像投写装置１９９は、主に、光源１０１の出射部に、画像表示素子５０と、投影レンズ６５などを配置し、画像を投写できる構成にしたものである。
【００６４】
本実施の形態の光源１０１は、主な発光波長が５８０〜６７０ｎｍの範囲のいわゆる赤色光と、主な発光波長が５００〜６００ｎｍの範囲のいわゆる緑色光と、主な発光波長が４３０〜５００ｎｍの範囲のいわゆる青色光とが、時間に連続してなる波長変換光７９を放射する。つまり、波長変換光７９は、三原色の光である赤色光、緑色光、青色光が、赤色→緑色→青色→赤色の順番で周期的に放射されることによってなる白色光であり、一周期は例えば約８．３ミリ秒（１２０Ｈｚ）の光である。
【００６５】
続いて、光源１０１の動作について説明する。複数の半導体発光素子１１から出射された例えば中心波長３９５ｎｍ、全光量５０ワットの出射光７０はコリメートレンズ１２および凹レンズ１３により一つの光束となりダイクロイックミラー１４を通過し、集光レンズ１５で第２の波長変換部１６の蛍光発光部材１７Ｂ、１７Ｇ、もしくは光透過領域１７ＴＲのいずれかに集光される。
【００６６】
このとき第２の波長変換部１６は、回転機構２２と回転軸２１により所定の回転数で回転される。第２の波長変換部１６は回転することで、蛍光発光部材１７Ｂ、１７Ｇの特定の位置に出射光７０が照射し続けることを防止するとともに、第２の波長変換部１６で変換される波長変換拡散光７６の発光スペクトルが時間で変化するように設定される。
【００６７】
まず図２を用いて、主光軸に、第２の波長変換部１６の第２の蛍光発光部材１７Ｇが配置された場合について説明する。ダイクロイックミラー１４を通過した励起光７１は、第１の集光レンズ１５により第２の波長変換部１６の第２の蛍光発光部材１７Ｇに例えば１ｍｍ2以下の面積に集光される。集光された励起光は第２の蛍光発光部材１７Ｇに含まれる緑色蛍光体により中心波長３９５ｎｍの光から、主な発光波長が５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長変換光７７Ｇへと変換され、集光レンズ１５側へ放射される。このとき波長変換光７２の放射角は全方位のいわゆるランバーシアン光であるが、発光領域が１ｍｍ２以下の点光源であるため第１の集光レンズ１５で、ほぼ平行光である波長変換光７８Ｇとなり、ダイクロイックミラー１４に向かう。そして、波長変換光７８Ｇはダイクロイックミラー１４で反射され、集光レンズ４１を通って、光源１０１から波長変換光７９として出射される。
【００６８】
上記の動作は、第２の波長変換部１６が回転し、主光軸に第３の蛍光発光部材１７Ｂが配置された場合も同様であり、波長変換光の主な発光波長が４３０ｎｍ〜５００ｎｍの光が波長変換光７９として出射される。
【００６９】
上記の動作により光源１０１の第１の集光レンズ４１から出射された波長変換光７９は、ロッドレンズ４２の端部に集光され入射される。そしてロッドレンズ４２内で多重反射された波長変換光７９は、波面の光強度分布が矩形に変換され放射され、凸レンズ４３で直進光となり、反射ミラー４５により、例えばＤＭＤなどの反射型の画像表示素子５０に導かれる。画像表示素子５０に照射された光は２次元の映像信号が重畳された信号光８０となり反射され、投影レンズ６５により所定のスクリーン（図示なし）に投影可能な映像光８９となって投写装置１９９から出射される。
【００７０】
続いて図３を用いて、主光軸に、第２の波長変換部１６の透過領域１７ＴＲが配置された場合の第１の波長変換部１９の動作について説明する。第２の波長変換部１６が回転し、主光軸に透過領域１７ＴＲが配置された場合、励起光７１は、透過領域１７ＴＲを通過する。透過領域１７ＴＲを透過した励起光７２は焦点位置で一旦集光された後、拡がり光である励起光７３となり第２の集光レンズ１８に入射し、ほぼ平行光である励起光７４となり、第１の波長変換部１９へ入射する。
【００７１】
第１の波長変換部１９の第１の蛍光発光部材１７Ｒの蛍光体には、前述のように例えば主成分がＥｕとＳｍを賦活させたＬａＷ３Ｏ１２である赤色蛍光体が配置される。これらの赤色蛍光体は、中心波長３６０ｎｍ〜４３０ｎｍの励起光を、主な発光波長が５８０〜６７０ｎｍにある赤色光である波長変換光７５Ｒに変換する。このときの第１の蛍光発光部材１７Ｒにおける励起光の照射面積は例えば１ｃｍ２であり、励起光照射密度が第２の波長変換部１６の第２の蛍光発光部材１７Ｇ、第３の蛍光発光部材１７Ｂにおける励起光照射密度よりも１／１００程度と低く設定される。
【００７２】
また、第１の蛍光発光部材１７Ｒから発生した熱は、放熱部材２０７により効率的に排熱される。つまり、第１の蛍光発光部材１７Ｒで発生した熱は、基板２０１から放熱基板２０８、ペルチェ素子である放熱機構２０９、放熱フィン２１０と伝熱し、外部へ放熱される。
【００７３】
なお、所定のスクリーン（図示なし）に投影可能な映像光８９となって投写装置１９９から出射されることについては、上記図２で説明したのと同様である。
【００７４】
（効果）
続いて本実施の形態の光源および画像表示装置の機能および効果について説明する。
【００７５】
図４は、励起光および波長変換光の光強度のタイミングチャートの一例である。（ａ）は、半導体発光素子１１から出射され第２の波長変換部１６へ向かう励起光７１の光強度の時間依存性、（ｂ）および（ｃ）は第２の蛍光発光部材１７Ｇおよび第３の蛍光発光部材１７Ｂから放射される波長変換光７７Ｇおよび７７Ｂの光強度の時間依存性、（ｄ）および(ｅ)は第１の蛍光発光体部材１７Ｒから放射される波長変換光７５Ｒと、透過領域１７ＴＲを通過する波長変換光７７Ｒの光強度の時間依存性を示す。
【００７６】
まず（ａ）に示すように、励起光７１は一定の光出力で放射される。続いて（ｂ）に示すように波長変換光７７Ｇ（緑色光）は０ｍｓｅｃからｔaｍｓｅｃの間だけ放射される。つまりこの間、主光軸に第２の蛍光部材１７が配置される。続いて（ｃ）に示すように波長変換光（青色光）はｔａｍｓｅｃからｔｂｍｓｅｃまで放射される。
【００７７】
最後に（ｄ）および（ｅ）を用いて、第２の波長変換部１６の効果を説明する。まず第２の波長変換部１６の透過領域１７ＴＲを通過した励起光は第１の蛍光発光部材１７Ｒにおいては波長変換光７７Ｒ（赤色光）を、ｔｂｍｓｅｃからＴｍｓｅｃの間放射する。このとき本実施の形態においては、第１の蛍光発光部材１７Ｒに含有する赤色蛍光体は、例えばＥｕ、Ｓｍ賦活ＬａＷ３Ｏ１２などの、３価のユーロピウムの遷移を利用した蛍光体で、蛍光スペクトルの半値幅が１０ｎｍ以下と狭く色純度の高いものを用いる。これらの蛍光体は一方で、蛍光寿命（蛍光強度が１０％になる時間）が数１００マイクロ秒〜数１０ミリ秒あるため、励起光の照射が停止するＴｍｓｅｃ以降でも放射し続ける（残光）。この残光は、タイミングチャート上では、次の第２の蛍光発光部材１７Ｇの発光時間と重なるため、混色が発生する。しかし、本実施の形態の構成においてはＴｍｓｅｃ以降の波長変換光７５Ｒは、第２の波長変換部１６で遮断させることができる。このため、不要な波長変換光７５Ｒが他の波長変換光（ここでは波長変換光７７Ｇ）と混ざり、他の波長変換光の色純度が低下することを抑制することが可能となる。
【００７８】
上記効果を元に、光源１０１の発光スペクトルを設計した例を図５Ａおよび図５Ｂに示す。
【００７９】
図５Ａは、光源１０１から出射される波長変換光７９のスペクトルを示し、一定時間ごとに第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される赤色光である波長変換光７７Ｒと、第２の蛍光発光部材１７Ｇから放射される緑色光である波長変換光７７Ｇと、第３の蛍光発光部材１７Ｂから放射される青色光である波長変換光７７Ｂとが発光し、時間平均したスペクトルとして色温度が６０００Ｋの白色光が放射される。このとき、蛍光体の好ましい例として、赤色光を放射する蛍光体としてＥｕとＳｍを賦活させたＬａＷ３Ｏ１２を、緑色光を放射する蛍光体としてＣｅ賦活Ｙ３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２を、青色光を放射する蛍光体としてＥｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８を用いた。このように、赤色蛍光体として蛍光寿命が数ミリ秒である３価のユーロピウムが賦活された蛍光体を用いても、蛍光体から放射される波長変換光の光学系の取り込み効率が低下することや、他色光と混合して光源１０１の放射光の色再現性を低下することを抑制することができる。
【００８０】
さらに図６に第１の蛍光発光部材１７Ｒに用いたＥｕとＳｍを賦活させたＬａＷ３Ｏ１２蛍光体における蛍光放射強度の励起光密度依存性を示す。本実施の形態においては、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射される励起光密度は、第２の蛍光発光部材１７Ｇもしくは第３の蛍光発光部材１７Ｂに照射される５ＫＷ／ｃｍ２以上よりも１００分の１程度の０．０５ＫＷ／ｃｍ２程度と小さくすることができる。このため、励起光密度の増加に伴う、赤色蛍光体のエネルギー変換効率の低下を抑制し、高い効率で赤色光を放射することができ、光源１０１における変換効率を高くすることができる。
【００８１】
上記の構成により、発光素子の種類が少なく、赤色光の変換効率、色純度が高い光源および投写装置を提供することができる。
【００８２】
なお、上記の構成において、蛍光体として上述のものを挙げたがこれに限らない。例えば、青色蛍光体としてＥｕ賦活Ｂａ３Ａｌ１０Ｏ１７などに代表されるＥｕ賦活（Ｂａ、Ｓｒ）３Ａｌ１０Ｏ１７蛍光体、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃ１２蛍光体、を用いても良い。また緑色蛍光体としてＥｕ賦活β型ＳｉＡｌＯＮ蛍光体や、Ｅｕ賦活ＳｒＳｉＯ３蛍光体、Ｅｕ賦活Ｓｒ３ＳｉＯ５蛍光体、Ｅｕ賦活ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２蛍光体、Ｅｕ賦活Ｂａ３Ｓｉ８Ｏ１２Ｎ２蛍光体、Ｃｅ賦活ＣａＳｃ２Ｏ４蛍光体などＣｅもしくはＥｕを賦活させた蛍光体を用いることができる。
【００８３】
また赤色蛍光体としてもＥｕ、Ｓｍ賦活ＬａＷ３Ｏ１２に限らない。例えば、シリコンオキサイド、タングステンオキサイド、モリブデンオキサイド、インジウムオキサイド、イットリウムオキサイド、ジンクオキサイド、シリコンナイトライド、シリコンオキシナイトライド、アルミニウムオキシナイトライド、有機高分子の一つもしくは複数が母材の構成元素に含まれ、その母材に賦活剤としてランタノイドイオン元素あるいは金属イオン元素が含有されている蛍光体であれば良い。具体的には、Ｅｕ賦活Ｌａ２Ｏ２Ｓ蛍光体、Ｅｕ賦活ＬｉＷ２Ｏ８蛍光体、ＥｕおよびＳｍ賦活ＬｉＷ２Ｏ８蛍光体、ＥｕおよびＭｎ賦活（Ｓｒ，Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８蛍光体、Ｍｎ賦活３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２蛍光体、Ｅｕ賦活ＹＶＯ４蛍光体、Ｅｕ賦活Ｙ２Ｏ３蛍光体、Ｅｕ賦活Ｙ２Ｏ２Ｓ蛍光体などの蛍光の蛍光寿命が長いが蛍光スペクトルの半値幅が狭い赤色蛍光体に対して本実施の形態は有効である。
【００８４】
また、ランタノイドイオン元素、金属イオン元素を賦活剤とした希土類錯体蛍光体であってもよい。具体的には２種類のホスフィンオキシドが三価のユーロピウムに配位した分子構造を持つ希土類錯体蛍光体が挙げられる。
【００８５】
なお、本実施の形態において、半導体発光素子の例として中心波長３９５ｎｍの半導体レーザを挙げたがこの限りではない。例えば中心波長４００ｎｍ、４０５ｎｍ、４１０ｎｍなど、蛍光体の吸収スペクトルに合わせて中心波長を３６０ｎｍ〜４３０ｎｍの範囲で調整することや、中心波長が２ｎｍ〜１０ｎｍの範囲で異なる半導体レーザを複数組み合わせ、波長スペクトル幅を広くして用いることも可能である。
【００８６】
なお、本実施の形態の光源において、第２の波長変換部１６の回転数を１２０Ｈｚに相当する一周約８．３ミリ秒としたがこれに限らない。例えば、回転数を５０Ｈｚ（３，０００ｒｐｍ）に相当する１周約２０ミリ秒から〜３６０Ｈｚ（２１，６００ｒｐｍ）に相当する１周約２．７ミリ秒の間で設定することができる。
【００８７】
（変形例１）
続いて図７を用いて、第１の実施の形態に係る光源の第１の変形例を説明する。本変形例は、第１の実施の形態と比較し、第１の波長変換部１９の構成が異なる。このため第１の波長変換部１９付近の拡大図を用いて、両者の異なる部分を中心に説明する。
【００８８】
本変形例の第１の波長変換部１９は、第１の実施の形態の第１の波長変換部１９の第１の蛍光発光部材１７Ｒの上部にオンチップレンズ２０５が形成される点が特徴である。
【００８９】
具体的には、例えば銅からなる基板２０１上に、例えばＡｇなどの反射膜２０２が形成され、その上に赤色蛍光体が低融点ガラスなどのバインダに混合された第１の蛍光発光部材１７Ｒが形成され、第１の蛍光発光部材１７Ｒの上部に、例えば無機ガラスに反射防止膜が形成された凸レンズからなるオンチップレンズ２０５を形成する。
【００９０】
この構成により、図示しない第２の波長変換部の光透過領域を通過した励起光７３は、第２の集光レンズ１８により平行光となり、オンチップレンズ２０５により所定の光密度になるように集光された励起光７４となり、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射される。さらに、第１の蛍光発光部材から全方位に放射された波長変換光７５Ｒは、オンチップレンズ２０５によりコリメートされ、第２の集光レンズ１８により図示しない光透過領域に向かう。
【００９１】
上記のように本変形例の構成を用いることで、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射する励起光の光密度を低くすることで赤色蛍光体のエネルギー変換効率の低下を抑制し、さらに第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される波長変換光の利用効率を高くすることができる。
【００９２】
なお、放熱部材２０７の構成は、上記図１Ｄで説明したのと同様である。
【００９３】
（変形例２）
続いて図８を用いて、第１の実施の形態に係る光源の第２の変形例を説明する。本変形例は、第１の実施の形態と比較し、主に第１の波長変換部１９の構成が異なる。このため第１の波長変換部１９付近の拡大図を用いて、両者の異なる部分を中心に説明する。
【００９４】
本変形例の第１の波長変換部１９は、基板２０１上に円錐凹部を有し、その内部に第１の蛍光体部材が配置される点が特徴である。
【００９５】
具体的には、例えば銅からなる基板２０１に円錐凹部が形成され、その凹部の側表面に例えばＡｇなどの反射膜２０２が形成され、その円錐状の凹部内部に、例えば赤色蛍光体が低融点ガラス等のバインダに混合されることによりなる第１の蛍光発光部材１７Ｒが埋め込まれる。このとき、第１の蛍光発光部材１７Ｒの励起光７４が照射される側の表面形状が凹形状になるように形成される。
【００９６】
なお、放熱部材２０７の構成は、上記図１Ｄで説明したのと同様である。
【００９７】
この構成において、図示しない第２の波長変換部の光透過領域を通過した励起光７３は、第２の集光レンズ１８ａ、第３の集光レンズ１８ｂにより集光する励起光７４となり、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射される。第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射された励起光７４は、赤色光である波長変換光７５Ｒとなり第３の集光レンズ１８ｂ側に放射される。このとき、第１の蛍光発光部材１７Ｒで発生した赤色光は、円錐凹部に形成された反射膜２０２により指向性を有する波長変換光７５Ｒとなるため、効率よく第３の集光レンズ１８ｂ、第２の集光レンズ１８ａで取り込まれ、第２の波長変換部の光透過領域に向かう。
【００９８】
上記のように本変形例の構成を用いることで、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射する励起光の光密度を低くしつつ、第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される波長変換光の利用効率を高くすることができる。
【００９９】
なお、基板２０１に設けた円錐凹部は、三角錐凹部や矩形の穴であってもよい。
【０１００】
（変形例３）
続いて図９を用いて、第１の実施の形態に係る光源の第３の変形例を説明する。本変形例は、第１の実施の形態と比較し、主に第１の波長変換部１９の構成が異なる。このため第１の波長変換部１９付近の拡大図を用いて、両者の異なる部分を中心に説明する。
【０１０１】
本変形例の第１の波長変換部１９は、第１の実施の形態の第１の波長変換部１９の第１の蛍光発光部材１７Ｒの上部に内部反射型放物面レンズ２１１が形成される点が特徴である。
【０１０２】
具体的には、基板２０１上に反射膜２０２が形成され、その上に第１の蛍光発光部材１７Ｒを形成し、第１の蛍光発光部材１７Ｒの上部に、内部反射型放物面レンズ２１１が配置される。内部反射型放物面レンズ２１１は、第一端面２１１ａと第二端面２１１ｂと放物線状の側面２１１ｃを有し、空気層と屈折率差により内部で蛍光体からの光を全反射させ、発光面積を変化させることができる。つまり第１の集光レンズ１５から出射された励起光７２は、集光されながら第２の波長変換部１６の透過領域１７ＴＲを透過し、内部反射型放物面レンズ２１１の第１端面２１１ａから入射し、励起光７４として内部反射型放物面レンズ２１１の内部を伝搬しつつ光分布を拡大し、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射する。第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される波長変換光７５Ｒは、内部反射型放物面レンズ２１１の内部を伝搬しつつ光分布を縮小し、第１端面２１１ａから放射され、光透過領域１７ＴＲを透過し、第１の集光レンズ１５で光学系に結合され、光源１０１の出射光として出射される。このとき、第１端面２１１ａと第２の波長変換部１６は近接させることで、内部反射型放物面レンズ２１１と第１の集光レンズ１５との結合効率を高くすることができる。
【０１０３】
なお、放熱部材２０７の構成は、上記図１Ｄで説明したのと同様である。
【０１０４】
上記のように本変形例の構成を用いることで、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射する励起光の光密度を低くしつつ、第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される波長変換光の利用効率を高くすることができる。
【０１０５】
（変形例４）
続いて、図１０を用いて、第１の実施の形態に係る光源の第４の変形例を説明する。本変形例は、第１の実施の形態と比較し、主に第１の波長変換部１９の構成が異なる。このため第１の波長変換部１９付近の拡大図を用いて、両者の異なる部分を中心に説明する。
【０１０６】
本変形例の第１の波長変換部１９は、第１の実施の形態の第１の波長変換部１９の第１の蛍光発光部材１７Ｒの上部にマイクロレンズアレイ２０５ａが形成される点が特徴である。
【０１０７】
具体的には、基板２０１上に反射膜２０２が形成され、その上に赤色蛍光体が例えば低融点ガラスなどのバインダに混合された第１の蛍光発光部材１７Ｒを形成し、第１の蛍光発光部材１７Ｒの上部にマイクロレンズアレイ２０５ａが配置される。
【０１０８】
この構成において、励起光７４は、マイクロレンズアレイ２０５ａのマイクロレンズ数に応じて分割され、レンズ効果により屈折、集光された入射光２３１となり、第１の蛍光発光部材１７Ｒの局所に照射される。このとき、例えば、マイクロレンズアレイ２０５ａを１０×１０の１００アレイとすると、１個あたりのマイクロレンズが集光する励起光は第１の実施の形態の１／１００と低減されるため、蛍光体の光飽和による変換効率の低下を抑制しつつ波長変換することができる。さらに、第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される波長変換光２３２は、マイクロレンズにより、コリメートされた波長変換光７５Ｒを出射する。これにより、光拡散ロスを低減しつつ第２の集光レンズへ光を結合させることが可能となる。
【０１０９】
なお、放熱部材２０７の構成は、上記図１Ｄで説明したのと同様である。
【０１１０】
上記のように本変形例の構成を用いることで、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射する励起光の光密度を低くすることで赤色蛍光体のエネルギー変換効率の低下を抑制し、さらに第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される波長変換光の利用効率を高くすることができる。
【０１１１】
（変形例５）
続いて図１１を用いて、第１の実施の形態に係る光源の第５の変形例を説明する。本変形例は、変形例４と比較し、第１の波長変換部の構成が異なる。このため両者の異なる部分を中心に説明する。
【０１１２】
本変形例の第１の波長変換部１９は、第１の波長変換部１９の第１の蛍光発光部材１７Ｒが、マイクロレンズアレイ２０５ａに応じて形成された複数の凹部に形成される点が特徴である。
【０１１３】
具体的には、表面に例えば円筒状の凹部を複数形成した、例えば銅からなる基板２０１上に、例えばＡｇなどの反射膜２０２が全面に形成され、円筒状の凹部には赤色蛍光体が低融点ガラス等に混合された第１の蛍光発光部材１７Ｒが形成される。そして、第１の蛍光発光部材１７Ｒに応じたマイクロレンズアレイ２０５ａが配置される。さらに、基板２０１の反対側には、例えば銅板である放熱基板２０８と、例えばペルチェ素子などの放熱機構２０９と放熱フィン２１０とで構成される放熱部材２０７が取り付けられた構成である。このとき、放熱機構２０９には一定の電流が印加され第１の蛍光発光部材１７Ｒが一定の温度、例えば１００℃以下になるように設定される。
【０１１４】
この構成により、励起光７４は、マイクロレンズによって入射光２３１が屈折、集光され、蛍光体へ照射する。蛍光体からの波長変換光２３２は、マイクロレンズにより、コリメートされた波長変換光７５Ｒを出射する。これにより、光拡散ロスを低減しつつ、第２の集光レンズへ光を結合させることが可能となる。また、第１の蛍光発光部材１７Ｒは、高放熱な基板で覆われているため、放熱効果が高い。
【０１１５】
上記のように本変形例の構成を用いることで、第１の蛍光発光部材１７Ｒに照射する励起光の光密度を低くすることで赤色蛍光体のエネルギー変換効率の低下を抑制し、さらに第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射される波長変換光の利用効率を高くすることができる。
【０１１６】
なお、基板２０１に設ける溝は、円柱や円錐溝、多角形からなる凹部であってもよい。
【０１１７】
（第２の実施の形態）
続いて、図１２〜図１８Ｃを用いて、本発明の第２の実施の形態およびその変形例に係る光源および画像投写装置について説明する。
【０１１８】
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る光源の構成を示す図である。なお、本実施の形態における光源の基本構成は、第１の実施の形態における光源１０１と同じで、赤色光を放射させる構成のみ異なる。特に、蛍光スペクトルの半値全幅が広い赤色蛍光体を用いて色純度の高い赤色光を効率よく放射させることが可能な構成である。本説明では、両者の異なる点を中心に説明する。
【０１１９】
本実施の形態の光源４０１は、主に、近紫外光を放射する例えば窒化物半導体レーザである半導体発光素子１１と、半導体発光素子１１からの放射された近紫外光を赤色光に変換する第１の波長変換部４１９と、第１の波長変換部からの波長変換光のスペクトルの一部をカットする波長カットフィルタ４２３と、励起光をコリメートする第２の集光レンズ１８と、青色光および緑色光に変換する第２の波長変換部１６とで構成される。
【０１２０】
第２の波長変換部１６は、実施の形態１と同様に、例えば円盤状のアルミニウム合金板である基板４０の所定の外周付近に第２の蛍光発光部材１７Ｇと、第３の蛍光発光部材１７Ｂと、光透過領域１７ＴＲとが領域ごとに形成された構成となっている。第２の蛍光発光部材１７Ｇは、Ｃｅ賦活Ｙ３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２などの緑色蛍光体が、第３の蛍光発光部材１７ＢにはＥｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８などの青色蛍光体が、バインダに混合されたものが、例えば厚み１００〜５００μｍ、幅５ｍｍで円弧状に形成された蛍光体膜である。光透過領域１７ＴＲは基板４０に開口部を形成することでなる。第１の波長変換部４１９は、例えば第１の実施形態の変形例５に示したものと同様の構成のものを用いて、第２の波長変換部１６と分離した位置に配置する。そして本実施の形態の特徴は、第１の波長変換部４１９に用いる第１の蛍光発光部材１７Ｒの蛍光体として、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３、Ｅｕ賦活α型ＳｉＡｌＯＮ、Ｅｕ賦活ＳｒＳｉＯ３などの蛍光過程に二価のユーロピウムの準位を用い、発光波長が黄色〜赤色で、蛍光スペクトルの半値幅が例えば４０〜１２０ｎｍなどの比較的広い長波長蛍光体を用いる。そして、第１の波長変換部４１９と第２の波長変換部１６の間に波長カットフィルタ４２３を配置する。波長カットフィルタ４２３は、例えば、ガラス基板上に、例えば波長５００ｎｍから波長５９０ｎｍのいわゆる緑色から黄色の光を反射し、波長３５０ｎｍから波長４３０ｎｍまで近紫外領域の光と、波長５９０ｎｍから波長７００ｎｍまでの赤色領域の光を透過する分布ブラッグ反射（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、ＤＢＲ）膜を形成した構成であり、第１の波長変換部４１９からの蛍光スペクトルの一部をカットする。
【０１２１】
上記のように、本実施形態の光源４０１の構成は、第１の波長変換部４１９と波長カットフィルタ４２３とを除き実施の形態１とほぼ同様の構成である。
【０１２２】
本実施の形態の光源４０１の動作は第１の実施形態とほぼ同じ動作であるため、第２の波長変換部１６に設けた青色蛍光体１７Ｂ、緑色蛍光体１７Ｇへ励起光を照射し、蛍光を出射させる動作については省略する。以下、図１３を用いて、赤色を出射させるときの動作について説明する。
【０１２３】
半導体発光素子１１から出射された例えば中心波長４０５ｎｍの出射光７０は、コリメートレンズ１２、凹レンズ１３、ダイクロイックミラー１４を透過し、第１の集光レンズ１５で集光され、第２の波長変換部１６に集光する出射光７２となる。
【０１２４】
ここで、第２の波長変換部１６が回転し、透過領域１７ＴＲが主光軸上に配置されているとき、出射光７２は透過領域１７ＴＲを透過し、第２の集光レンズ１８、波長カットフィルタ４２３を通過して第１の波長変換部４１９の第１の蛍光発光部材４１７Ｒに照射される。そして、第１の蛍光発光部材４１７Ｒに含有される長波長蛍光体において発光スペクトルのピーク波長が５９０ｎｍから６３０ｎｍで半値全幅が４０ｎｍから１２０ｎｍの光である波長変換光４７５Ｒとなり波長カットフィルタ４２３に向かう。波長変換光４７５Ｒは、波長カットフィルタ４２３を通過する際、スペクトルの一部、具体的には波長５９０ｎｍ以下の緑色から黄色領域の波長をカットされた波長変換光４７６Ｒとなり、第２の集光レンズ１８へ向かう。そして、第２の集光レンズ１８、透過領域１７ＴＲ、第１の集光レンズ１５と伝搬し、波長変換拡散光７８Ｒとなり、ダイクロイックミラー１４、集光レンズ４１により、光源４０１から波長変換光７９として出射される。
【０１２５】
なお、所定のスクリーン（図示なし）に投影可能な映像光８９となって投写装置１９９から出射されることについては、上記図２で説明したのと同様である。
【０１２６】
上記の構成において本実施の形態に係る本発明の効果について図１４Ａから図１６Ｂを用いて説明する。
【０１２７】
まず図１４Ａ〜１４Ｄにおいては、長波長蛍光体の発光スペクトルが、半値全幅が９０ｎｍで、ガウス分布の強度分布を有すると仮定する。また、波長カットフィルタ４２３は、５９０ｎｍ以下の波長をカットオフする構成とする。
【０１２８】
図１４Ａにおいて点線は、ピーク波長６１０ｎｍで半値全幅が９０ｎｍで計算したスペクトルである。波長カットフィルタ４２３により実線のように波長５９０ｎｍ以下がカットされる。また図１４Ｂにピーク波長５９０ｎｍ〜６３０ｎｍ、半値全幅９０ｎｍのスペクトルを波長カットフィルタ４２３でカットした場合の色度座標を示す。ｓＲＧＢにおける赤色座標は（０．６４、０．３３）であり、光源の赤色座標としてはｘ≧０．６４以上が好ましい。これに対して本実施例の赤色光は上記仕様を満たすことができる。さらに図１４Ｃを用いて効率の点から本実施の形態の好ましい形態について説明する。図１４Ｃは、波長カットフィルタ４２３のカット波長を５９０ｎｍで固定したときに、第１の波長変換部４１９からの波長変換光４７５Ｒが波長カットフィルタ４２３を透過するエネルギー透過率（波長変換光４７６Ｒのエネルギー／波長変換光４７５Ｒのエネルギー）の波長変換光４７５Ｒのピーク波長依存性と、輝度変換効率（波長変換光４７６Ｒの輝度／波長変換光４７５Ｒのエネルギー）のピーク波長依存性を示す。波長変換光４７５Ｒのピーク波長が長波長になれば波長カットフィルタ４２３でカットされる量が少なくなるためエネルギー透過率は増加するが、スペクトルの視感度が低下するため輝度が低下する。このため、輝度変換効率は極大値を持ちピーク波長が５９０ｎｍ〜６３０ｎｍのとき１５０ｌｍ／Ｗとなるためこの範囲にある長波長蛍光体を第１の波長変換部４１９の蛍光体として用いることが好ましい。さらには、ピーク波長６００ｎｍ〜６２０ｎｍの間にある蛍光体を用いることがより好ましい。
【０１２９】
本実施の形態に係る本発明に関する優れた効果について、第１の波長変換部１６に赤色蛍光体を形成したもの（以下、比較例という）と比較しながら説明する。第１の波長変換部１６に赤色蛍光体を形成したものについては、赤色蛍光体の色純度を向上させるため、第１の波長変換部１６の赤色蛍光体表面上に波長カットフィルタ４２３と同様のものを形成する（それ以外の場所に波長カットフィルタ４２３を配置した場合、緑色蛍光体の光をカットしてしまうため）。
【０１３０】
図１５Ａは波長カットフィルタ４２３の入射方向を説明する断面図である。図１５Ｂはダイクロイックミラー１４の角度依存性を示す図である。また、図１５Ｃは比較例におけるスペクトル図である。
【０１３１】
波長カットフィルタは、カット波長の入射角度依存性を持ち、例えば図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、入射角度が大きくなるとカット波長が目標値に対して大きくずれる。具体的には、波長カットフィルタ４２３の入射面に対して垂直に入射する入射光４７５Ｒ００に対するカット波長を５９０ｎｍに設計しても、例えば入射角度θが５０度（ｄｅｇ）である入射光４７５Ｒ５０に対するカット波長は５１０ｎｍとなり、効果が低減する。実際の第１の波長変換部１６で出射し、第１の集光レンズ１５へ取り込まれる波長変換光７２は、出射角度は少なくとも−６０度〜＋６０度の範囲であるため、波長カットフィルタ４２３の効果は低減する。具体的に、比較例の構造（第１の波長変換部１６の蛍光体表面上に波長カットフィルタ４２３を形成する構造）において、波長カットフィルタ４２３の特性の角度依存性を含めてスペクトルを図１４Ａと同様の条件で計算した結果を図１５Ｃに示す。また図１４Ｂに従来の構造における色度座標を示す。図１４Ｂおよび図１５Ｃより、波長カットの効果は不十分であり、色度座標ｘ≧０．６４を満足していない。一方、図１３に示すように本実施の形態においては、波長変換光４７５Ｒは波長カットフィルタ４２３に対してほぼ垂直で入射するため、５９０ｎｍ以下の光を十分カットでき、色純度の高い赤色光を出射する光源を実現することができる。
【０１３２】
図１６Ａ及び図１６Ｂに上記効果を元に、光源４０１の発光スペクトルを設計した例を示す。図１６Ａは、光源４０１から出射される波長変換光７９のスペクトルを示し、一定時間ごとに第１の蛍光発光部材４１７Ｒから放射される赤色光である波長変換光４７７Ｒと、第２の蛍光発光部材１７Ｇから放射される緑色光である波長変換光７７Ｇと、第３の蛍光発光部材１７Ｂから放射される青色光である波長変換光７７Ｂとが発光し、時間平均したスペクトルとして色温度が６０００Ｋの白色光が放射される。このとき緑色光を放射する蛍光体としてＣｅ賦活Ｙ３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２を、青色光を放射する蛍光体としてＥｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８を用い、赤色光は、ピーク波長６１０ｎｍ、半値幅９０ｎｍの長波長蛍光体からの蛍光スペクトルが波長カットフィルタ（カット波長５９０ｎｍ）を通過したと仮定した。図１６Ｂは図１６Ａの各色のスペクトルを色空間で示したものである。ディスプレイの標準的な規格であるｓＲＧＢをほぼカバーすることができることがわかる。
【０１３３】
なお上記構成の長波長蛍光体として具体的には、例えばＥｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３蛍光体、Ｅｕ賦活α型ＳｉＡｌＯＮ蛍光体、Ｅｕ賦活ＳｒＳｉＯ３蛍光体を用いて容易に構成できる。
【０１３４】
また、このとき、第１の波長変換部４１９において励起光７０は分割され第１の蛍光発光部材４１７Ｒに入射させることができ、光励起密度の上昇により蛍光体における変換効率の低下を抑制できる。さらに第１の蛍光発光部材４１７Ｒは放熱機構により蛍光体で発生した熱を放熱できる。この結果、第１の蛍光発光部材４１７Ｒの温度上昇による変換効率の低下を抑制できる。さらに、第１の蛍光発光部材４１７Ｒからの光をほぼ平行光で波長カットフィルタに入射させることが出来る。このため長波長蛍光体としてスペクトル線幅が広い蛍光体を用いても、波長カットフィルタにより色純度の高い赤色光である波長変換光４７７Ｒを高効率で放射させることができる。そのため、出射光の色再現性の高く、変換効率の高い光源を提供することができる。
【０１３５】
（変形例１）
続いて、図１７Ａ〜１７Ｃを用いて、本発明の第２の実施の形態に係る光源の第１の変形例について説明する。本変形例において、長波長蛍光体の半値幅が５０ｎｍおよび１１０ｎｍの計算結果を示して好ましい形態について説明する。
【０１３６】
まず図１７Ａに実施の形態２に示した半値幅９０ｎｍの計算結果の他に半値幅が５０ｎｍ、１１０ｎｍのときの輝度変換効率のピーク波長依存性を示す。いずれもピーク波長６１０ｎｍ付近で輝度変換効率が極大値を持ち、半値幅が狭い方が、効率が高い。一方、色純度を示す色度座標については、図１７Ｂに半値全幅が１１０ｎｍのときの色度座標のピーク波長依存性を、図１７Ｃに半値全幅が５０ｎｍのときの色度座標のピーク波長依存性を示す。この結果から、半値全幅が５０ｎｍのときはピーク波長が６０５ｎｍから６２０ｎｍ、半値全幅が１１０ｎｍのときはピーク波長が５９０ｎｍから６３０ｎｍで設計することで、色純度を高くしつつ、輝度変換効率を高くすることが出来る。
【０１３７】
上記の蛍光体の具体的な実施例としては、例えば、半値全幅が４０ｎｍ〜６０ｎｍであるＩｎＰ／ＺｎＳコアシェル型量子ドット蛍光体や、半値全幅が１００ｎｍ〜１２０ｎｍであるＥｕ賦活ＣａＡｌＳｉＮ３蛍光体、Ｅｕ賦活ＣａＡｌＳｉＮ３−Ｓｉ２Ｎ２Ｏ蛍光体を用いることができる。
【０１３８】
（変形例２）
続いて、図１８Ａ〜１８Ｃを用いて、本発明の第２の実施の形態に係る光源の第２の変形例について説明する。本実施例では、第２の実施の形態と比較して第２の波長変換部１６が異なる。このため両者の異なる部分を中心に説明する。
【０１３９】
本変形例の第２の波長変換部１６は、図１８Ａに示すように例えば円盤状のアルミニウム合金板である基板４０の所定の外周付近に第２の蛍光発光部材１７Ｇと、第３の蛍光発光部材１７Ｂと、第４の蛍光発光部材５１７ＤＧと、光透過領域１７ＴＲとが領域ごとに形成された構成となっている。第３の蛍光発光部材１７Ｂは、例えば主成分がＥｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８である青色蛍光体が、例えばジメチルシリコーンなどの有機透明材料、もしくは、例えば低融点ガラスなどの無機透明材料であるバインダに混合されたものが例えば厚み１００〜５００μｍ、幅５ｍｍで円弧状に形成された蛍光体膜である。また第２の蛍光発光部材１７Ｇは、例えば主成分がＣｅ賦活Ｙ３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２である緑色蛍光体が、また第４の蛍光発光部材５１７ＤＧは、例えば主成分がＥｕ賦活ＳｉＡｌＯＮである深緑色蛍光体が、同様に有機もしくは無機の透明材料に混合されたものである。光透過領域１７ＴＲは図１Ｃに示すように例えば、基板４０に開口部を形成することでなる。
【０１４０】
この構成における発光スペクトルを設計した例を図１８Ｂ、１８Ｃに示す。図１８Ｂは、光源４０１から出射される波長変換光７９のスペクトルを示し、一定時間ごとに第１の蛍光発光部材４１７Ｒから放射される赤色光である波長変換光４７７Ｒと、第２の蛍光発光部材１７Ｇから放射される緑色光である波長変換光７７Ｇと、第３の蛍光発光部材１７Ｂから放射される青色光である波長変換光７７Ｂと、第４の蛍光発光部材４１７ＤＧから放射される深緑色光である波長変換光５７７ＤＧを発光し、時間平均したスペクトルとして色温度が６０００Ｋの白色光が放射される。本変形例に用いる蛍光体の好ましい実施例として、赤色光を放射する蛍光体としてＥｕを賦活させた（Ｓａ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ、青色光を放射する蛍光体としてＥｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８、緑色光を放射する蛍光体としてＣｅ賦活Ｙ３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２、深緑色光を放射する蛍光体としてＥｕ賦活ＳｉＡｌＯＮが挙げられる。
【０１４１】
本変形例のように、深緑色蛍光体を用いる事で緑蛍光体のみを用いた場合よりも緑色の色純度を高めることが可能となる。これにより、色再現性が良く変換効率の高い光源を提供することができる。
【０１４２】
（第３の実施の形態）
続いて、図１９を用いて、本発明の第３の実施の形態に係る光源および投写装置について説明する。図１９は、本発明の第３の実施の形態に係る光源と画像投写装置の構成と動作を示す図である。なお、本変形例における光源の基本構成は、第２の実施の形態における光源４０１および画像投写装置１９９と同じであり、赤色光を放射させる構成のみ異なる。そのため、両者の異なる点を中心に説明する。本実施例も第の実施の形態と同じく蛍光スペクトルの半値全幅が広い赤色蛍光体を用いて色純度の高い赤色光を効率よく放射させることが可能な構成である。
【０１４３】
本実施例の光源６０１は、主に、近紫外光を放射する例えば窒化物半導体レーザである半導体発光素子１１と、半導体発光素子１１からの放射された近紫外光を赤色光に変換する第１の波長変換部６１９と、第１の集光レンズ１５から透過した近紫外光をコリメートする第２の集光レンズ６１８ａと第１の波長変換部からの光の波長を一部カットする波長カットフィルタ４２３と、第１の波長変換部６１９へ集光する第２の集光レンズ６１８ｂと、青色光および緑色光に変換する第２の波長変換部１６とで構成される。
【０１４４】
第１の波長変換部６１９は、円盤形状の基台に第１の蛍光発光部材６１７Ｒが設けられている。具体的には、例えば、第１の蛍光発光部材６１７Ｒは、Ｅｕを賦活した（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮが、例えばジメチルシリコーンなどの有機透明材料、もしくは、例えば低融点ガラスなどの無機透明材料であるバインダに混合されたものが例えば厚み１００〜５００μｍ、幅５ｍｍで円弧状に形成された蛍光体膜である。
【０１４５】
第１の波長変換部６１９と第２の波長変換部１６は例えば両軸モータにより同時に所定の回転数で回転される。具体的には、回転機構６２２には、第２の波長変換部１６を固定し回転させる回転軸６２１ａと、回転軸６２１ａと同軸かつ回転軸６２１ａが設けられている側と反対側に回転軸６２１ｂが設けられており、回転軸６２１ｂには第１の波長変換部６１９が固定され、回転する。上記構成により第１の波長変換部６１９と第２の波長変換部１６は一つの駆動部品により回転させることができる。
【０１４６】
さらに、上記の第１の波長変換部６１９と第２の波長変換部１６と波長カットフィルタ４２３とを具備した光源６０１において赤色光を放射する光学系は、より詳しくは以下のように構成される。光源６０１の主光軸には、ダイクロイックミラー１４、第１の集光レンズ１５、第２の波長変換部１６、第２の集光レンズ６１８ａ、波長カットフィルタ４２３、第２の集光レンズ６１８ｂが順に並ぶように配置され、第１の波長変換部６１９は第１の蛍光発光部材６１７Ｒは第２の集光レンズ６１８ｂの焦点位置に配置される。
【０１４７】
上記構成において本実施の形態に係る光源は次のように動作する。まず、第２の実施形態と同じ動作、特に第２の波長変換部１６に設けた青色蛍光体１７Ｂ、緑色蛍光体１７Ｇへ励起光照射、発光動作については省略する。一方、赤色光を出射する動作に関しては以下のように動作する。半導体発光素子１１から出射された励起光である出射光７０はコリメートレンズ１２、凹レンズ１３、ダイクロイックミラー１４を透過し、第１の集光レンズ１５で集光された光は、第２の波長変換部１６に設けられた透過領域１７ＴＲを透過し、第２の集光レンズ６１８ａ、波長カットフィルタ４２３、第２の集光レンズ６１８ｂを介して、第１の波長変換部６１９に設けた第１の蛍光発光部材６１７Ｒへ集光される。そして第１の蛍光発光部材６１７Ｒの長波長蛍光体により発光ピーク波長５８０ｎｍ〜６７０ｎｍの蛍光へと変換される。このとき、第１の波長変換部６１９は、回転機構６２２によって第２の波長変換部１６と同様に例えば１２０Ｈｚで回転している。
【０１４８】
これにより、蛍光発光部材６１７Ｒの特定の位置に出射光７０が照射し続け、蛍光発光部材６１７Ｒの温度が上昇することを防止することができる。
【０１４９】
第１の蛍光発光部材６１７Ｒから発光した波長変換光は、第２の集光レンズ６１８ｂによりほぼコリメートな光である波長変換光６７５Ｒとなる。そして、波長カットフィルタ４２３へ垂直入射し、透過する。この時、波長５９０ｎｍ以下の光はカットされ色純度の高い赤色光である波長変換光６７６Ｒとなり、第２の集光レンズ６１８ａにて第２の波長変換部１６に設けられている透過領域１７ＴＲへ集光される。透過領域１７ＴＲを通過した波長変換光６７７Ｒは、第１の集光レンズ１５によりコリメートな光である波長変換光６７８Ｒとなり、ダイクロイックミラー１４を介して光源６０１から出射される。
【０１５０】
この構成では、本発明の第２の実施形態と同様に、赤色蛍光体としてスペクトル線幅が広い蛍光体を用いても、波長カットフィルタ４２３に蛍光をコリメートに透過させることで色純度の高い赤色光を出射させることができる。そのため、出射光の効率が高く、色再現性の高い光源を提供することができる。
【０１５１】
なお、第１の蛍光発光部材６１７Ｒのバインダは、有機、無機材料のどちらを用いても構わない。
【０１５２】
（第４の実施の形態）
続いて、図２０Ａ〜２０Ｃを用いて、本発明の第４の実施の形態に係る光源７０１について説明する。本実施の形態における光源の基本構成は、例えば第１の実施の形態における光源１０１と同じであり、ダイクロイックミラー１４と集光レンズ４１の間に波長カットフィルタ７２３が配置される点のみが異なる。以下、両者の異なる点を中心に説明する。
【０１５３】
本実施の形態においては、第１の蛍光発光部材１７Ｒの蛍光体の発光スペクトルの半値幅が狭いことを利用する。波長カットフィルタ７２３は例えば波長５９０ｎｍから６００ｎｍの範囲の光をカットする構成とする。この構成により図２０Ｂに示すように、赤色蛍光体に用いたＥｕとＳｍを賦活させたＬａＷ３Ｏ１２の発光スペクトルのうち色純度を低下させる波長５９０ｎｍから６００ｎｍの範囲の光と、緑色蛍光体に用いたＣｅ賦活Ｙ３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２の発光スペクトルのうち色純度を低下させる波長５９０ｎｍから６００ｎｍの範囲の光をカットさせることが出来る。この効果により図２０Ｃの色空間に示すように、光源７０１の色再現性を実施の形態１と比較し拡大させることができる。
【０１５４】
以上、本実施の形態の光源により簡単な構成で効率が高く、色再現性の良い光源を実現することが出来る。
【０１５５】
（第５の実施の形態）
続いて、図２１Ａ〜２１Ｄを用いて、本発明の第５の実施の形態に係る光源および画像投写装置について説明する。本実施の形態における光源の基本構成は、例えば第２の実施の形態における光源と同じであるので、両者の異なる点を中心に説明する。
【０１５６】
本実施の形態の光源の構成は図１２に示す実施の形態２とほぼ同じ構成であり、半導体発光素子１１と、第２の波長変換部１６とダイクロイックミラー１４が異なり、半導体発光素子１１は半導体発光素子８１１（図示なし）、第２の波長変換部１６は第２の波長変換部８１６、ダイクロイックミラー１４は偏光ビームスプリッタ８１４（図示なし）に置き換えた構成である。
【０１５７】
本実施の形態の光源において半導体発光素子８１１として、出射光の中心波長が４３０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあるいわゆる青色光を放射する半導体レーザを用いる。また、第２の波長変換部８１６は、図２１Ａに示すように例えば円盤状のアルミニウム合金板である基板４０の所定の外周付近に第３の蛍光発光部材１７Ｇと、光透過領域１７ＴＲと、光偏光変換反射領域８１７ＲＢが領域ごとに形成された構成となっている。光偏光変換反射領域８１７ＲＢは、例えば、基板４０表面に微細な凹凸を形成し、その表面に、例えば、Ａｇ膜を形成し、その上にＳｉＯ2膜を形成することでなる。偏光ビームスプリッタ８１４は、ガラス基板上に誘電体多層膜を形成さることによりなり、その透過特性は図２１Ｂに示すように、ある方向（ＴＥ方向）では波長４７０ｎｍ以下の光を透過し、ＴＥ方向から垂直な方向（ＴＭ方向）では４３０ｎｍ以下の光を透過するように設計される。
【０１５８】
本実施の蛍光体の光源は、第２の波長変換部８１６に設けた波長変換部材１７Ｇおよび第１の波長変換部１９の動作についは実施の形態２と同じであるため、光偏光変換反射領域８１７ＲＢの動作についてのみ説明する。複数の半導体発光素子８１１から出射されたＴＥ偏光からなる中心波長４４５ｎｍの青色光は、偏光ビームスプリッタ８１４を通過し、第１の集光レンズ１６で第２の波長変換部８１６の第３の蛍光発光部材１７Ｇ、光透過領域１７ＴＲ、もしくは光偏光変換反射領域８１７ＲＢのいずれかに時間ごとに集光される。ここで、光偏光変換反射領域８１７ＲＢへ照射されたＴＥ偏光である励起光は、基板４０に設けられた微細な凹凸構造により光が散乱し、偏光性が低い、もしくは無偏光の反射光となり反射される。反射光は第１の集光レンズ１５にてコリメートな光に変換され、ダイクロイックミラー８１４へ照射されるが、ダイクロイックミラー８１４は、図２１Ｂの透過特性に示すようにＴＥ偏成分は透過するが、ＴＭ偏光成分は反射され、集光レンズ４１を通って、光源１０１から波長変換光７９の青色光として出射させることができる。
【０１５９】
この構成において、光源の発光スペクトルを設計した例を図２１Ｃ、２１Ｄに示す。図２１Ｃは、光源から出射される波長変換光のスペクトルを示し、一定時間ごとに半導体発光素子８１１からの出射光である青色光と、第１の蛍光発光部材１７Ｒから放射され波長カットフィルタで色純度が向上した赤色光と、第３の蛍光発光部材１７Ｇから放射される緑色光とを時間平均したスペクトルとして色温度が６０００Ｋの白色光が放射される。
【０１６０】
上記構成にすることで、色再現性の高い光源を省スペースかつ少ない光学部品構成で提供することができる。
【０１６１】
なお、本実施の形態において半導体発光素子として出射光の中心波長が４３０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあるいわゆる青色光を放射する半導体レーザを用いたが、スペックルの小さいスーパールミネッセントダイオードを用いてもよい。
【０１６２】
なお、本実施の形態において光偏光変換反射領域８１７ＲＢとして、基板４０表面に微細な凹凸を形成したものを用いたが、基板４０上に、半導体発光素子からの出射光をランダムに反射する粒子、例えば粒径１０ｎｍ〜２０μｍのＴｉＯ2粒子を、透明樹脂またはガラスに混合した膜を形成することで構成しても良い。
【０１６３】
さらに、光偏光変換反射領域８１７ＲＢを、基板４０表面に、例えば水晶などの複屈折材料を所定の膜厚形成することで構成して、入射光の一部もしくは全部の偏光方向を９０℃回転させても良い。
【０１６４】
なお、上記第１〜第５の実施の形態において、第１〜第３の蛍光発光部材１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂを包含する材料として、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｇａ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｒＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＩＴＯ、ＧａＺｎＯ、ＧａＩｎＺｎＯいずれを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本発明によれば、半導体レーザから出射される出射光を複数の蛍光体で蛍光に変換して放射する光源において、変換効率が高く、色再現性の高い光源および画像投写装置を、部品点数を増やさずに提供する事ができるので、プロジェクタ、リアプロジェクションテレビ、ヘッドアップディスプレイなどのディスプレイ用照明だけでなく、ヘッドライトなどの車載用照明または内視鏡などの医療用照明などにおいても広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１６６】
１，１０１，４０１，６０１  光源
１１  半導体発光素子
１２  コリメートレンズ
１３  凹レンズ
１４  ダイクロイックミラー
１５  第１の集光レンズ
１６，８１６  第２の波長変換部
１７Ｒ，４１７Ｒ，６１７Ｒ  第１の蛍光発光部材
１７Ｇ  第２の蛍光発光部材
１７Ｂ  第３の蛍光発光部材
１７ＴＲ  透過領域
１８，６１８a，６１８ｂ  第２の集光レンズ
１９  第１の波長変換部
２１，６２１a，６２１ｂ  回転軸
２２，６２２    回転機構
２３，４２３  波長カットフィルタ
２５  ヒートシンク
４０  基板
４１  集光レンズ
４２  ロッドレンズ
４３  凸レンズ
４５  反射ミラー
５０  画像表示素子
６５  投影レンズ
７０  出射光
７４，７５  励起光
７６，７６Ｒ  波長変換拡散光
７５Ｒ，７７Ｒ，７７Ｇ，７７Ｂ，７８Ｒ，７９  波長変換光
８０  信号光
８９  映像光
１９９  投写装置
２０１  基板
２０２  反射膜
２０５  オンチップレンズ
２０５ａ  マイクロレンズアレイ
２０７  放熱部材
２０８  放熱基板
２０９  放熱機構
２１０  放熱フィン
８１７ＲＢ  光偏光変換反射領域
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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