(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザを有する光源と、
前記光源からの光が入射する入射領域の少なくとも一部の領域に散乱体層及び蛍光体層を有し、前記光源からの光を透過させる蛍光体ホイールと、
を備え、
前記蛍光体ホイールは基板を有し、
前記蛍光体層は前記基板と接して配置されており、
前記散乱体層が前記蛍光体層よりも光の入射側に配置されており、
前記散乱体層は、光の入射側もしくは光の出射側の少なくとも一方に誘電体多層膜を有することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記散乱体層が前記基板よりも光の入射側に配置され、前記蛍光体層が前記基板よりも光の出射側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記散乱体層及び前記蛍光体層が前記基板よりも光の入射側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
前記蛍光体層は複数からなり、
前記複数の蛍光体層は、異なる波長帯域の光を出力し、
前記散乱体層が、前記複数の蛍光体層に対応して異なる散乱の強さを有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記複数の蛍光体層として、赤色光を含む波長帯域の光を出力する第１の蛍光体層と、
前記赤色光を含む波長帯域の光よりも短い波長帯域の光を出力する第２の蛍光体層とを備えており、
前記第１の蛍光体層に対応する前記散乱体層における散乱が、前記第２の蛍光体層に対応する前記散乱体層における散乱よりも強いことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記入射領域の他の一部の領域は前記散乱体層を有し、前記蛍光体層を有さないことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１項に記載の光源装置と、
画像データに基づいて、前記光源装置から出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、
前記画像を拡大して投射する投射手段と、
を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、時分割で複数の波長の光を取り出し、取り出された複数の波長の光を順次変調することで画像を形成して投影する時分割式のプロジェクタが普及している。このような時分割式のプロジェクタに用いる光源装置として、例えば、白色光を出力する光源と、複数のカラーフィルタが貼られた回転ホイールとを備えて、光源から出射された白色光を、一定速度で回転する回転ホイールに入射させて、時分割で複数の波長の光（例えば、青、緑、赤色光）を取り出すものが知られている。
【０００３】
また、半導体レーザを始めとする単波長の光を出力する光源により、カラーフィルタの代わりに蛍光体層を有する回転ホイールを用いて、これに半導体レーザ等の光源から出射された単波長の光を入射させることで、時分割で複数の波長の光を取り出す光源装置も提案されている。例えば、青色の半導体レーザから出た光を蛍光体により、緑や赤の光に波長変換することができる。
【０００４】
このような光源装置では、半導体レーザを有する光源から出射した光は、集光径が小さいため光密度が高い光であり、光源の出力を高めた場合には、光源からの光がそのまま光源装置の外部へ出射されると悪影響を与える虞がある。そこで、これに対処するため、光源からの光が光源装置から出射される前に、光源からの光を拡散層に透過させて拡散光にする光源装置が提案されている（特許文献１または特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２５６４５７号
【特許文献２】特開２０１２−１８５３６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示された光源装置では、反射型の蛍光ホイールの反射面が微細凹凸加工されており、これにより光を拡散する。また、特許文献２に示された光源装置では、蛍光ホイールの出射側に離間して設けられた拡散板ホイールによって光を拡散する。しかし、何れの特許文献においても、光源からの高密度な光が、直接、蛍光体ホイールの蛍光体層に入射するため、蛍光体の波長変換効率が低下する虞がある。また、特許文献２に示された光源装置では、拡散板ホイールが蛍光ホイールから離間して配置されているので、その間に光学部材を配置する必要があり、光源装置の小型化を妨げ、光源装置の製造コストが上昇する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明に係る光源装置の１つの実施態様では、半導体レーザを有する光源と、前記光源からの光が入射する入射領域の少なくとも一部の領域に散乱体層及び蛍光体層を有し、前記光源からの光を透過させる蛍光体ホイールと、を備え、前記散乱体層が前記蛍光体層よりも光の入射側に配置されている。
【０００８】
本発明に係るプロジェクタの１つの実施態様では、上記の実施態様の光源装置と、画像データに基づいて、該光源装置から出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、前記画像を拡大して投射する投射手段と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明の実施態様においては、出射光の光密度が高い半導体レーザを有する光源及び蛍光体層を有する回転ホイールを備えた光源装置において、蛍光体層の発光効率低下を効果的に抑制することができ、かつ低コストで製造可能なコンパクトな光源装置を提供し、ひいてはこの光源装置を用いたプロジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施態様に係る光源装置の概要を、従来の光源装置と比較して説明するための模式図である。
【図２】本発明の光源装置の１つの実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明の光源装置のその他の実施形態、特に、散乱体層、蛍光体層及び基板を有する蛍光体ホイールのその他の実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明の光源装置のその他の実施形態、特に、誘電体多層膜を有する散乱体層の実施形態を示す模式図である。
【図５】本発明の光源装置のその他の実施形態、特に、基板を有さない蛍光体ホイールの実施形態を示す模式図である。
【図６】本発明の光源装置のその他の実施形態、特に、誘電体多層膜及びフィルタを有する蛍光体ホイールの実施形態を示す模式図である。
【図７】本発明の光源装置のその他の実施形態、特に、領域によって異なる波長帯域の光を出力する蛍光体ホイールの実施形態を示す模式図である。
【図８】本発明の実施態様に係る光源装置を備えたプロジェクタの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る光源装置の実施態様１では、半導体レーザを有する光源と、前記光源からの光が入射する入射領域の少なくとも一部の領域に散乱体層及び蛍光体層を有し、前記光源からの光を透過させる蛍光体ホイールと、を備え、前記散乱体層が前記蛍光体層よりも光の入射側に配置されている。
【００１２】
本実施態様によれば、散乱体層が蛍光体層よりも光の入射側に配置されているので、光源から出射された高密度の光が、直接蛍光体層に入射される虞がないので、蛍光体層の発光効率低下を効果的に抑制することができる。また、散乱体層及び蛍光体層が蛍光体ホイール上に設けられているので、更なる光学部材を配置する必要がなく、低コストで製造可能なコンパクトな光源装置を提供できる。更に、この散乱体層により、光源装置から出射される光の色ムラ、輝度ムラ及びスペックルノイズを抑制することもできる。
なお、本実施態様においては、蛍光体ホイールに基板を有する場合も、基板を有さずに、散乱体層や蛍光体層を形成する部材が構造部材となる場合もあり得る。
【００１３】
本発明に係る光源装置の実施態様２では、上記の実施態様１において、  前記蛍光体ホイールは基板を有し、前記散乱体層が前記基板よりも光の入射側に配置され、前記蛍光体層が前記基板よりも光の出射側に配置されている。
【００１４】
本実施態様によれば、蛍光体ホイールが基板を有し、散乱体層が基板よりも光の入射側に配置され、蛍光体層が基板よりも光の出射側に配置されているので、確実に、蛍光体の波長変換効率が低下するのを抑制することができる。特に、散乱体層と蛍光体層との間が、基板の厚み寸法分だけ離間しているので、散乱体層と蛍光体層とが隣接している場合に比べて、散乱体層の散乱角度を小さく抑えることができ（つまり散乱を弱めることができ）、よって、光損失（エネルギーロス）を抑制することができる。
【００１５】
本発明に係る光源装置の実施態様３では、上記の実施態様２において、前記散乱体層及び前記蛍光体層が前記基板よりも光の出射側に配置されている。
【００１６】
本実施態様によれば、散乱体層及び蛍光体層が基板よりも光の出射側に配置されているので、散乱体層からの散乱光を確実に蛍光体層へ入射させることができる。また、蛍光体層の後に、集光レンズを近接して配置することも可能なので、光の取出し効率を向上させることができる。
【００１７】
本発明に係る光源装置の実施態様４では、上記の実施態様１から３の何れかにおいて、前記蛍光体層は複数からなり、前記複数の蛍光体層は、異なる波長帯域の光を出力し、前記散乱体層が、前記複数の蛍光体層に対応して異なる散乱の強さを有する。
【００１８】
本実施態様によれば、散乱体層が、異なる波長帯域の光を出力する複数の蛍光体層に対応して異なる散乱の強さを有するので、蛍光体層の出力光の波長帯域に応じた適切な散乱の強さを設定することができる。よって、光源の出力、散乱体層における光損失（エネルギーロス）、蛍光体層の波長変換効率等において最適な光源装置を提供できる。
【００１９】
本発明に係る光源装置の実施態様５では、上記の実施態様４において、前記複数の蛍光体層として、赤色光を含む波長帯域の光を出力する第１の蛍光体層と、前記赤色光を含む波長帯域の光よりも短い波長帯域の光を出力する第２の蛍光体層とを備えており、前記第１の蛍光体層に対応する前記散乱体層における散乱が、前記第２の蛍光体層に対応する前記散乱体層における散乱よりも強くなっている。
【００２０】
本実施態様によれば、赤色光を含む波長帯域の第１の蛍光体層に対応する散乱体層の散乱が、それより短い波長帯域の第２の蛍光体層に対応する散乱体層の散乱よりも強くなっているので、最も高密度の光に対する影響を受けやすい赤色光を含む波長帯域の第１の蛍光体層を保護して、波長変換効率の低下を抑制するとともに、それよりも短い波長帯域の第２の蛍光体層に対応する散乱体層について、光損失（エネルギーロス）を抑制することができる。
【００２１】
本発明に係る光源装置の実施態様６では、上記の実施態様１から５の何れかにおいて、前記入射領域の他の一部の領域は前記散乱体層を有し、前記蛍光体層を有さないようになっている。
【００２２】
本実施態様によれば、光源からの光が蛍光体層を透過しない領域においても、散乱体層を有することによって、光源からの高密度な光が、直接光源装置から出射されるのを防ぐととともに、光源装置から出射される光の色ムラ、輝度ムラ及びスペックルノイズを適切に抑制することもできる。
【００２３】
本発明に係る光源装置の実施態様７では、上記の実施態様１から６の何れかにおいて、前記散乱体層は、光の入射側もしくは光の出射側の少なくとも一方に誘電体多層膜を有する。
【００２４】
本実施態様によれば、散乱体層は、光の入射側もしくは光の出射側の少なくとも一方に誘電体多層膜を有するので、所望の波長帯域の光を反射等によるロスを抑制して蛍光体層に入射させ、その他の波長帯域の光を入射させないようにすることができる。更に、蛍光体層から光源側に出射した蛍光体光を出射側に反射させることができ、これにより効率よく蛍光体光を利用することができる。
【００２５】
本発明に係るプロジェクタの第１の実施形態では、上記の実施態様１〜７の何れかの実施形態の光源装置と、画像データに基づいて、前記光源装置から出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、前記画像を拡大して投射する投射手段と、を備えている。
【００２６】
本実施態様によれば、光源に用いられる蛍光体層の発光効率低下を効果的に抑制することができ、かつ低コストで製造可能なコンパクトなプロジェクタを提供できる。更に、出射される光の色ムラ、輝度ムラ及びスペックルノイズを抑制することもできる。
次に、本発明の実施態様に係る光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタについて、以下に図面を用いながら詳細に説明する。
【００２７】
（本発明の実施態様に係る光源装置の概要の説明）
はじめに、図１（ａ）、（ｂ）を用いて、本発明の実施態様に係る光源装置（蛍光体ホイール）の概要を従来の光源装置（蛍光体ホイール）と比較して説明する。図１（ａ）、（ｂ）には、蛍光体層３４（１３４）を有する蛍光体ホイール３０（１３０）であって、半導体レーザを有する光源からの光が入射して透過する基板３６（１３６）を有する透過型の蛍光体ホイール３０（１３０）が示されている。そして、蛍光体層３４（１３４）が基板３６（１３６）に対して光源と反対側、つまり出射側に配置されている。なお、図１（ａ）、（ｂ）では、光源からの光を点線で模式的に示してある。
【００２８】
図１（ｂ）に示す従来の蛍光体ホイール１３０においては、光源からの光が蛍光体ホイール１３０の基板１３６に入射し、基板１３６内を透過した光が、基板１３６の出射側に配置された蛍光体層１３４に入射する。そして、蛍光体層１３４で波長変換された光が出力される。このとき、半導体レーザを有する光源からの光は光密度が高く、蛍光体層１３４が高温となるため、波長変換効率が低下するという問題が起きる。更に、主に半導体レーザの特性により、光源装置から出射される光の色ムラや輝度ムラが生じたり、スペックルノイズが生じたりする問題も起きる。
【００２９】
一方、図１（ａ）に示す本発明の光源装置の一実施形態における蛍光体ホイール３０においては、半導体レーザを有する光源からの光が、蛍光体ホイール３０の入射側に配置された散乱体層３２に入射し、散乱体層３２によって高密度の入射光は散乱して、光密度が低くなった散乱光となって、基板３６内を透過する。そして基板３６内を透過した光が、基板３６の出射側に配置された蛍光体層３４に入射して、蛍光体層３４で波長変換された光が出力される。
つまり、本実施形態では、散乱体層３２によって、光源からの高密度な光ではなく、光密度が適度に低下された散乱光が蛍光体層３４に入射するので、蛍光体層３４の発光効率低下を効果的に抑制することができる。また、散乱体層３２及び蛍光体層３４が蛍光体ホイール３０上に設けられているので、更なる光学部材を配置する必要がなく、低コストで製造可能なコンパクトな光源装置を提供できる。更に、この散乱体層３２により、光源装置から出射される光の色ムラ、輝度ムラ及びスペックルノイズを抑制することもできる。
【００３０】
（本発明の実施態様に係る光源装置の各実施形態の説明）
次に、図２〜７を用いて、本発明の実施態様に係る光源装置の各実施形態の説明を行う。
＜図２に示す実施形態の説明＞
はじめに、図２を用いて、本発明の光源装置の１つの実施形態の説明を行う。図２に示すように、光源装置２は、光源１０と、集光レンズ２０と、蛍光体ホイール３０と、受光レンズとを備える。光源１０は、複数の半導体レーザ１２及びそれに対応した複数のコリメートレンズ１４が、筐体１６の中に設けられている。また、蛍光体ホイール３０は、集光レンズ２０を介して入射する光源１０からの光を透過させる透過型の蛍光体ホイールである。
【００３１】
蛍光体ホイール３０は、光を透過する材料からなる基板３６を有し、基板３６は、図２では外周領域の光の入射領域のみを示しているが、例えば、図６に示すように、駆動モータ５０により回転軸５２を中心に回転する円板状の形状を有する。更に詳細に述べれば、蛍光体ホイール３０の回転軸は、集光レンズ２０の光軸と略平行であり、蛍光体ホイール３０の入射側及び出射側の表面が、集光レンズ２０の光軸と略垂直になるように配置されている。
【００３２】
本実施形態においては、集光レンズ２０を介して光源１０からの光が入射する基板３６の入射領域の少なくとも一部の領域に、散乱体層３２及び蛍光体層３４を有しており、散乱体層３２が蛍光体層３４よりも光の入射側に配置されている。更に詳細に述べれば、基板３６に対して、光の入射側（光源１０に近い側）に散乱体層３２が配置され、光の出射側（光源１０から遠い側）に蛍光体層３４が配置されている。
光源１０からの光が入射する基板３６の入射領域の少なくとも一部の領域とは、例えば、図７に示すような、同心円状に形成された３つの領域のうちの１つの領域を例示することができる。つまり、青色光が入射すると赤色光を含む波長帯域の光を出力する赤蛍光体層３４Ｒを有する領域や、青色光が入射すると緑色光を含む波長帯域の光を出力する緑蛍光体層３４Ｇを有する領域を挙げることができる。ただし、これに限られるものではなく、任意の波長帯域の光が入射したときに、任意の波長帯域の光を出力する蛍光体層を備えることができる。
【００３３】
次に、このような構成の光源装置２における光の進み具合を、図２を用いて説明する。なお、図２では、光の進み具合を矢印で模式的に示している。各半導体レーザ１２から出射された光は、各々の半導体レーザ１２に対応したコリメートレンズ１４によって平行光となり、集光レンズ２０へ入射する。そして、光は集光レンズ２０で集光されて、蛍光体ホイール３０へ入射する。
蛍光体ホイール３０へ入射した光は、蛍光体ホイール３０の入射側に配置された散乱体層３２によって、散乱されて散乱光となり、基板３６内を透過して蛍光体層３４に入射する。そして、蛍光体層３４内で所定の波長帯域へ波長変換された光が、受光レンズ４０に入射する。受光レンズ４０によって、再び平行光とされ、光源装置２から出力される。
【００３４】
以上のように、本実施形態では、散乱体層３２が蛍光体層３４よりも光の入射側に配置されているので、光源１０から出射された高密度の光が、直接蛍光体層３４に入射される虞がないので、蛍光体層３４の発光効率低下を効果的に抑制することができる。また、散乱体層３２及び蛍光体層３４が蛍光体ホイール３６上に設けられているので、低コストで製造可能なコンパクトな光源装置２を提供できる。更に、この散乱体層３２により、光源装置２から出射される光の色ムラ、輝度ムラ及びスペックルノイズを抑制することもできる。
【００３５】
更に、本実施形態では、蛍光体ホイール３０が基板３６を有し、散乱体層３２が基板３６よりも光の入射側に配置され、蛍光体層３４が基板３６よりも光の出射側に配置されているので、確実に、蛍光体の波長変換効率が低下することを抑制することができる。特に、散乱体層３２と蛍光体層３４との間が、基板３６の厚み寸法分だけ離間しているので、散乱体層３２と蛍光体層３４とが隣接している場合に比べて、散乱体層における散乱角度を小さく抑えることができ（つまり散乱を弱めることができ）、よって、光損失（エネルギーロス）を抑制することができる。
以下に、光源装置２を構成する各部材の説明を行う。
【００３６】
［光源１０］
本実施形態の光源１０として、主に青色光を出力する光源を例示することができる。その場合には、半導体レーザ１２の波長は、３７０〜５００ｎｍの光を発することが好ましく、４２０〜５００ｎｍの光を発することが更に好ましい。
［蛍光体ホイール３０の基板３６］
光を透過させる透明な円板状の基板３６の素材は、光の透過率が高い素材であれば任意の材料を用いることができ、例えば、ガラス、樹脂、サファイア等を使用することができ、なかでもサファイアが好ましい。
［散乱体層３２］
散乱体層３２としては、ＳｉＯ２やＴｉＯ２、Ｂａ２ＳＯ４等の粒子からなる散乱材を含む層を例示することができる。このような層を、コーティング等によって基板３６の表面に設けることができる。また、入射面または出射面に凹凸面を設けることによって、散乱体層３２を形成することもできる。なお、これに限られず、光を散乱する機能を有する層であれば、任意の材料、構成を採用することができる。また散乱体の粒径については０．１〜１００μｍの範囲が好ましく、さらに１〜５０μｍの範囲がより好ましい。
【００３７】
本実施形態の散乱体層３２は、用途に応じて、任意の散乱の強さを設定することができる。よって、光源からの光の強度、蛍光体層３４の特性（例えば、光密度が高い光が入射したときの波長変換効率に対する影響度や視感度の強弱等）、散乱体層３２及び蛍光体層３４の間の距離等に応じて、最適な散乱の強さを定めることが好ましい。
例えば、散乱体層３２及び蛍光体層３４が離れて配置されている場合には、散乱体層３２及び蛍光体層３４が隣接している場合に比べて、散乱角度を小さくすることができる（つまり、散乱を弱めることができる）ので、光損失（エネルギーロス）を抑制することができる。図２に示す実施形態においては、蛍光体の種類および蛍光体ホイール３０の基板３６の厚み寸法に応じて、散乱体層３２の散乱の強さ、つまりは散乱の角度を定めることができる。
なお、図２に示す実施形態においては、散乱体層３２だけが示されているが、後述するように、散乱体層３２の表面に誘電体多層膜を有することもできる。
【００３８】
［蛍光体層３４］
蛍光体層３４として、上述のように光源から青色光が入射した場合に、赤色光を出力する蛍光体層や緑色光を出力する蛍光体層を例示することができる。このような層を、コーティング等によって基板３６の表面に設けることができる。
赤色光を出力する蛍光体層３４Ｒでは、約６００〜８００ｎｍの波長帯域の赤色の蛍光を発生させることが好ましい。具体的な材料の一例としては、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎなどを挙げることができる。
緑色光を出力する蛍光体層３４Ｇでは、約５００〜５６０ｎｍの波長帯域の緑色の蛍光を発生させることが好ましい。具体的な材料の一例としては、β−Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚ：Ｅｕ、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｃａ８ＭｇＳｉ４Ｏ１６Ｃｌ２：Ｅｕ、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕなどを挙げることができる。
【００３９】
［受光レンズ４０］
蛍光体ホイール３０から出射した光は、受光レンズ４０により平行光にされて、光源装置２から出射されるが、蛍光体の発光が略ランバーシアンであることから、受光レンズ４０はできる限り高いＮＡであることが好ましい。
【００４０】
＜図３に示す実施形態の説明＞
次に、図３を用いて、本発明の光源装置のその他の実施形態の説明を行う。図３は、特に、散乱体層３２、蛍光体層３４及び基板３６を有する蛍光体ホイール３０のその他の実施形態を示す模式図である。その他の実施形態においても、蛍光体ホイール３０は、駆動モータにより回転軸を中心に回転する円板状の基板３６を有し、散乱体層３２が蛍光体層３４よりも光の入射側に配置されている。
図３（ａ）に示す実施形態では、散乱体層３２及び蛍光体層３４が、基板３６よりも光の出射側（つまり光源から遠い側）に配置されている。つまり、光源１０に近い側から、基板３６、散乱体層３２及び蛍光体層３４の順に配置されている。散乱体層３２及び蛍光体層３４は、コーティング等によって設けることができる。なお、基板３６の出射側に凹凸形状を設けて散乱体層３２を形成することもできるが、この場合には、凹凸形状に対して蛍光体層３４を適切に設けられるようにする必要がある。
【００４１】
以上のように、図３（ａ）に示す実施形態では、散乱体層３２及び蛍光体層３４が基板３６よりも光の出射側に配置されているので、散乱体層３２からの散乱光を確実に蛍光体層３４へ入射させることができる。また、蛍光体層３４の後に、集光レンズ４０を近接して配置することも可能なので、光の取出し効率を向上させることができる。
【００４２】
図３（ｂ）に示す実施形態では、散乱体層３２及び蛍光体層３４が基板３６よりも光の入射側（つまり光源に近い側）に配置されている。つまり、光源１０に近い側から、散乱体層３２、蛍光体層３４及び基板３６の順に配置されている。散乱体層３２及び蛍光体層３４は、コーティング等によって設けることができる。
以上のように、図３（ｂ）に示す実施形態では、散乱体層３２及び蛍光体層３４が基板３６よりも光の入射側に配置されているので、散乱体層３２からの散乱光を確実に蛍光体層３４へ入射させることができる。
なお、図３に示す実施形態においても、散乱体層３２だけが示されているが、後述するように、散乱体層３２の表面には誘電体多層膜を有することができる。
【００４３】
＜図４に示す実施形態の説明＞
次に、図４を用いて、本発明の光源装置のその他の実施形態の説明を行う。図４は、特に、誘電体多層膜を有する散乱体層３２の実施形態を示す模式図である。
図４（ａ）に示す実施形態では、散乱体層３２の光の入射側（つまり光源に近い側）に誘電体多層膜６０が設けられている。なお、誘電体多層膜６０は、散乱体層３２の形状に合わせて同心円状に形成されている。
この場合、例えば、赤色光を出力する赤蛍光体層３４Ｒに対応する場合には、青色光を透過し、赤色光を反射する誘電体多層膜６０Ｒを形成するのが好ましい。同様に、緑色光を出力する緑蛍光体層３４Ｇに対応する場合には、青色光を透過し、緑色光を反射する誘電体多層膜６０Ｇを形成するのが好ましい。つまり、誘電体多層膜６０は、光源からの青色光を透過し、かつそれぞれの蛍光体層３４の出力光の色に応じた波長の光を反射する膜とすることで、光源からの光が散乱体層３２の表面で反射されることなく入射できるようにするとともに、その他の波長帯域の光を入射させないようにすることができる。更に、蛍光体層３４から光源１０側に出射した蛍光体光が、散乱体層３２を逆行して誘電体多層膜６０Ｇに達したとき、受光レンズ４０側に反射させることができ、これにより効率よく蛍光体光を利用することができる。
【００４４】
図４（ｂ）に示す実施形態では、散乱体層３２の光の出射側（つまり光源から遠い側）に誘電体多層膜６０が設けられている。なお、誘電体多層膜６０は、散乱体層３２の形状に合わせて同心円状に形成されている。
この場合においても、例えば、赤色光を出力する赤蛍光体層３４Ｒに対応する場合には、青色光を透過し、赤色光を反射する誘電体多層膜６０Ｒが形成される。同様に、緑色光を出力する緑蛍光体層３４Ｇに対応する場合には、青色光を透過し、緑色光を反射する誘電体多層膜６０Ｇが形成される。つまり、誘電体多層膜６０は、青色光を透過し、かつそれぞれの蛍光体層３４の出力光の色に応じた波長の光を反射する膜とすることで、光源からの光が蛍光体層３４や基板３６の表面で反射されることなく入射できるようにするとともに、その他の波長帯域の光を入射させないようにすることができる。更に、蛍光体層３４から光源１０側に出射した蛍光体光を、受光レンズ４０側に反射させることができ、これにより効率よく蛍光体光を利用することができる。
【００４５】
図４（ｃ）に示す実施形態では、散乱体層３２の光の入射側（つまり光源に近い側）及び光の出射側（つまり光源から遠い側）の両面に誘電体多層膜６０が設けられている。なお、誘電体多層膜６０は、散乱体層３２の形状に合わせて同心円状に形成されている。
この場合には、上記の作機能を十分に発揮することができるので、光源からの光が、散乱体層３２や蛍光体層３４や基板３６の表面で反射されることなく入射できるようにするとともに、その他の波長帯域の光を入射させないようにすることができる。更に、蛍光体層３４から光源１０側に出射した蛍光体光を、受光レンズ４０側に反射させることができ、これにより効率よく蛍光体光を利用することができる。
【００４６】
以上のように、本実施形態によれば、散乱体層３２は、光の入射側もしくは光の出射側の少なくとも一方に誘電体多層膜６０を有するので、所望の波長帯域の光を、反射等によるロスを抑制して蛍光体層３４に入射させ、その他の波長帯域の光を入射させないようにすることができる。更に、蛍光体層から光源側に出射した蛍光体光を出射側に反射させることができ、これにより効率よく蛍光体光を利用することができる。
なお、図４（ａ）〜（ｃ）に示す誘電体多層膜６０を有する散乱体層３２のうち、任意の散乱体層３２を図２及び図３に示す任意の蛍光体ホイールに適用することができる。
【００４７】
＜図５に示す実施形態の説明＞
次に、図５を用いて、本発明の光源装置のその他の実施形態の説明を行う。図５は、特に、基板を有さない蛍光体ホイールの実施形態を示す模式図である。
図５（ａ）に示す実施形態では、散乱体層３２が基板の代わりの構造部材の機能を果たし、その散乱体層３２の出射側（つまり光源から遠い側）の表面に、蛍光体層３４が設けられている。更に詳細に述べれば、散乱体層３２の母材として、例えば、硬い材料を用いる場合にはガラス等を用い、比較的柔らかい材料を用いる場合にはシリコーン等を用いて、それらの母材に上記のような散乱材を含ませることによって、散乱体層３２を形成する。散乱体層３２は円板状の形状を有しているが、散乱材を含ませる領域は全体である必要はなく、少なくとも、光源からの光が入射する同心円状の入射領域に含ませればよい。また、蛍光体層３４は、光源からの光が入射する領域に同心円状に形成されればよく、コーティング等で散乱体層３２の出射側の表面に形成することができる。また、上記のように、散乱体層３２の表面に誘電体多層膜を設けることもできる。
【００４８】
図５（ｂ）に示す実施形態では、蛍光体層３４が基板の代わりの構造部材の機能を果たし、その蛍光体層３４の入射側（つまり光源に近い側）の表面に、散乱体層３２が設けられている。更に詳細に述べれば、散乱体層３２の母材として、例えば、硬い材料を用いる場合にはガラス等を用い、比較的柔らかい材料を用いる場合にはシリコーン等を用いて、それらの母材に上記のような蛍光体を含ませることによって、蛍光体層３４を形成する。蛍光体層３４は円板状の形状を有しているが、蛍光体を含ませる領域は全体である必要はなく、少なくとも、光源からの光が入射する同心円状の入射領域に含ませればよい。また、散乱体層３２は、光源からの光が入射する領域に同心円状に形成されればよく、コーティング等で蛍光体層３４の入射側の表面に形成することができる。また、上記のように、散乱体層３２の表面に誘電体多層膜を設けることもできる。
【００４９】
図５（ｃ）に示す実施形態では、蛍光体層３４が基板の代わりの構造部材の機能を果たし、その蛍光体層３４の入射側（つまり光源に近い側）の表面に凹凸形状を設けるような加工を施して、散乱体層３２を形成している。更に詳細に述べれば、散乱体層３２の母材として、例えばガラスを用い、それらの母材に上記のような蛍光体を含ませることによって、蛍光体層３４を形成する。そして、この母材の入射側の面に、ブラスト等による物理的処理や、処理液による化学的な処理により、凹凸加工を施して、散乱体層３２を形成している。
図５（ａ）〜（ｃ）の何れの実施形態においても、基板を有さずに同様な機能を果たす蛍光体ホイールを実現できるので、製造コストを低減可能なコンパクトな光源装置を提供できる。
なお、本実施形態を別の表現で表せば、散乱体層の機能を果たす基板、蛍光体層の機能を果たす基板、または散乱体層及び蛍光体層の機能を果たす基板を有する蛍光体ホイールということもできる。
【００５０】
＜図６に示す実施形態の説明＞
次に、図６を用いて、本発明の光源装置のその他の実施形態の説明を行う。図６は、特に、誘電体多層膜及びフィルタを有する蛍光体ホイールの実施形態を示す模式図である。
図６には、蛍光体ホイール３０の全体が示されており、回転軸５２を介して駆動モータ５０に接続されている。駆動モータ５０として、例えば、ブラシレス直流モータを用いることができ、回転軸５２と集光レンズ２０の光軸とが略平行になるように配置されている。また、回転軸５２に対して蛍光体ホイール３０の面が略垂直となるように固定されている。これにより、蛍光体ホイール３０の受光面を集光レンズ２０の光軸と略垂直になるように配置することができる。
駆動モータ５０の回転速度は、例えば、プロジェクタの光源装置として用いる場合であれば、再生する動画のフレームレート（１秒当たりのフレーム数。単位は［ｆｐｓ］）に基づく回転速度となる。例えば、６０［ｆｐｓ］の動画を再生可能とする場合、駆動モータ５０（つまり蛍光体ホイール３０）の回転速度は、毎秒６０回転の整数倍に定めるとよい。
【００５１】
図６に示す蛍光体ホイール３０は、図２に示す蛍光体ホイール３０の入射側（つまり光源に近い側）に配置された散乱体層３２の部分に、図４（ａ）に示す入射側の面に誘電体多層膜６０を有する散乱体層３２を適用し、更に、蛍光体ホイール３０の出射側（つまり光源から遠い側）の面に、フィルタ（誘電体多層膜）６２が設けられている。つまり、光源１０に近い側から、誘電体多層膜６０、散乱体層３２、基板３６、蛍光体層３４及びフィルタ（誘電体多層膜）６２がこの順に配置されている。その他の点については、図６に示す実施形態は、図２に示す実施形態と同様なので、異なる点のみについて以下に説明を行う。
フィルタ（誘電体多層膜）６２は、用途に応じて、所定の波長以下の光にのみを透過させるショートパスフィルタ、所定の波長以上の光にのみを透過させるロングパスフィルタ、及び所定の波長帯域の光にのみを透過させるバンドパスフィルタのうちの任意のフィルタを用いることができる。
【００５２】
例えば、赤色光を出力する蛍光体層３４に対応する場合には、フィルタ（誘電体多層膜）６２として、赤色光を含む所望の波長帯域の光を透過し、青色光を含むその他の波長帯域の光を反射する誘電体多層膜（ロングパスフィルタ）が形成される。同様に、緑色光を出力する蛍光体層３４に対応する場合には、フィルタ（誘電体多層膜）６２として、緑色光を含む所望の波長帯域の光を透過し、青色光を含むその他の波長帯域の光を反射する誘電体多層膜（バンドパスフィルタ）が形成される。つまり、フィルタ（誘電体多層膜）６２は、それぞれの蛍光体層３４の出力光の色に応じた波長帯域の光を透過し、その他の波長帯域の光を反射する。よって、蛍光体層３４の出力光以外の波長の光が混在して光源装置から出力されることを未然に防ぐことができるので、彩度の高い光を出力可能な光源装置を提供できる。また、フィルタ（誘電体多層膜）６２により、蛍光体層３４に戻された青色光は、蛍光体層３４内で波長変換されるので、蛍光体層３４における波長変換効率を高めることもできる。
【００５３】
＜図７に示す実施形態の説明＞
次に、図７を用いて、本発明の光源装置のその他の実施形態の説明を行う。図７は、特に、領域によって異なる波長帯域の光を出力する蛍光体ホイールの実施形態を示す模式図である。図７（ａ）には、光源からの光の入射領域に、散乱体層３２が同心円状に形成された蛍光体ホイール３０の入射側の面を示し、図７（ｂ）には、同様に、蛍光体層３４が同心円状に形成された蛍光体ホイール３０の出射側の面を示す。
蛍光体ホイール３０には、”Ｒ”で示す赤蛍光体領域、”Ｇ”で示す緑蛍光体領域、及び”Ｂ”で示す青透過領域が設けられている。赤蛍光体領域Ｒには、入射側に、散乱体層３２Ｒが形成されており、出射側に、青色光が入射すると赤色光を含む波長帯域の光を出力する赤蛍光体層３４Ｒが形成されている。同様に、緑蛍光体領域Ｇには、入射側に、散乱体層３２Ｇが形成されており、出射側に、青色光が入射すると緑色光を含む波長帯域の光を出力する緑蛍光体層３４Ｇが形成されている。青色透過領域Ｂには、入射側に、散乱体層３２Ｂが形成されているが、出射側には蛍光体が形成さていない。
なお、何れの透過領域においても、散乱体層３２の面に図４に示すような誘電体多層膜を設けることができる。
【００５４】
図７に示す蛍光体ホイール３０では、赤蛍光体層３４Ｒ及び緑蛍光体層３４Ｇのように、蛍光体層は複数からなり、複数の蛍光体層は、異なる波長帯域の光を出力する。このとき、散乱体層３２が、複数の蛍光体層に対応して異なる散乱の強さを有するようになっている。具体的には、赤蛍光体層３４Ｒに対応する散乱体層３２Ｒの散乱の強さと、緑蛍光体層３４Ｇに対応する散乱体層３２Ｇの散乱の強さとが異なっている。
つまり、蛍光体が出力する光の波長帯域によって、光密度が高い光が入射したときの波長変換効率の低下の影響度や、視感度が異なるので、それぞれの状況に応じた適切な散乱の強さを定めることができる。なお、散乱が強くなると、光損失（エネルギーロス）が大きくなるので、必要以上に強い散乱を適用する必要はない。
【００５５】
以上のように、本実施形態では、散乱体層３２が、異なる波長帯域の光を出力する複数の蛍光体層３４に対応して異なる散乱の強さを有するので、各蛍光体層３４の出力光の波長帯域に応じた適切な散乱の強さを設定することができる。よって、光源の出力、散乱体層における光損失（エネルギーロス）、蛍光体層の波長変換効率等において最適な光源装置を提供できる。
【００５６】
特に、赤色光を含む波長帯域の光を出力する赤蛍光体層３４Ｒに対応する散乱体層３２Ｒの散乱の強さと、緑色光を含む波長帯域の光を出力する緑蛍光体層３４Ｇに対応する散乱体層３２Ｇの散乱の強さとを比較すると、散乱体層３２Ｒにおける散乱が散乱体層３２Ｇにおける散乱よりも強くなっている。これは、赤蛍光体層３４Ｒでは、高密度の光が入射したときの波長変換効率の低下が顕著なので、光源からの光をより強く分散させることが好ましいからである。
このことは、緑蛍光体層３４Ｇに対応する散乱体層３２Ｇに限られず、赤色光を含む波長帯域の光よりも短い波長帯域の光を出力する任意の蛍光体層対応する散乱体層３２にも、適用されることが好ましい。例えば、赤散乱体層３２Ｒの散乱が、黄蛍光体層に対応する散乱体層の散乱よりも強くなるようにするのが好ましい。
【００５７】
以上のように、本実施形態によれば、赤色光を含む波長帯域の赤蛍光体層３４Ｒに対応する散乱体層３２Ｒにおける散乱が、それより短い波長帯域の蛍光体層に対応する散乱体層（例えば、散乱体層３２Ｇ）にける散乱よりも強くなっているので、最も高密度の光に対する影響を受けやすい赤色光を含む波長帯域の赤蛍光体層３４Ｒを保護して、波長変換効率の低下を抑制するとともに、それよりも短い波長帯域の蛍光体層に対応する散乱体層について、光損失（エネルギーロス）を抑制することができる。
なお、何れの散乱体層においても、散乱体層３２により、光源装置２から出射される光の色ムラ、輝度ムラ及びスペックルノイズを抑制することができる。
【００５８】
次に、図７に示す青色透過領域Ｂでは、蛍光体が形成さていない。よって、光源からの青色光は、蛍光体層で減衰されることなく、光源装置から出力されることになり、そのままでは、高密度の光が光源装置から出力される虞がある。しかし、本実施形態では、入射側に散乱体層３２Ｂが形成されているので、光を適切に散乱させることができ、高密度の光が光源装置から出力されることを防ぐことができる。更に、光源装置から出射される光の色ムラ、輝度ムラ及びスペックルノイズを抑制することもできる。
つまり、光源からの光が蛍光体層を透過しない領域Ｂにおいても、散乱体層３２Ｂを有することによって、光源からの高密度な光が、直接光源装置から出射されるのを防ぐととともに、光源装置から出射される光の色ムラ、輝度ムラ及びスペックルノイズを適切に抑制することもできる。
【００５９】
図７に示す実施形態においては、赤蛍光体層３４Ｒに対応する散乱体層３４Ｒの散乱の強さをＳ（Ｒ）、緑蛍光体層３４Ｇに対応する散乱体層３４Ｇの散乱の強さをＳ（Ｇ）、青色透過領域Ｂの散乱体層３２Ｂの散乱の強さをＳ（Ｂ）とすると、
赤の散乱の強さＳ（Ｒ）＞  青の散乱の強さＳ（Ｂ）＞  緑の散乱の強さＳ（Ｇ）
の関係を有する。
このような散乱の強さの設定は、最も高密度の光に対する影響を受けやすい赤色光を含む波長帯域の赤蛍光体層３４Ｒを保護する必要があるため、赤の散乱が最も強く、青色光は、蛍光体層で減衰されることないので、散乱体層３２Ｂによる所定の減衰が必要であり、青の散乱が２番目に強くなっている。
なお、緑色光は、最も視感度が高い光なので、赤色光を含む波長帯域より短い波長帯域の蛍光体層に対応する散乱体層どうしの比較においては、緑蛍光体層に対応する散乱体層の散乱を、他の波長帯域の蛍光体層に対応する散乱体層の散乱よりも強くすることが好ましい。
【００６０】
蛍光体ホイール３０における、赤・緑蛍光体領域及び青色透過領域の割合は、任意に決定することができる。例えば、プロジェクタとして要求される白色の色度及び各蛍光体等の効率などから算出することができる。ここでは緑及び赤蛍光体領域緑をそれぞれ１５０度、青透過領域を６０度としている。また、本実施形態では、緑・赤・青の３領域としているが、４つ以上の領域としてもよい。青色と黄色による白色光領域や、緑・赤・青の領域を増やしてそれぞれ２つずつとしてもよい
【００６１】
（本発明のプロジェクタの説明）
次に、図８を用いて、上述の実施形態で示した光源装置２を、いわゆる１チップ方式のＤＬＰプロジェクタにおける光源装置として用いる場合を説明する。なお、図８は、上述の実施形態で示した光源装置２を備えたプロジェクタ４の構成を示すための模式図であって、光源装置２やプロジェクタ４を上から見た模式的な平面図である。
図８において、光源装置２から出射された光は、光空間変調器であるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子７０で反射され、投射手段である投射レンズ８０によって集光されて、スクリーンＳＣに投影される。ＤＭＤ素子７０は、スクリーンに投影された画像の各画素に相当する微細なミラーをマトリックス状に配列したものであり、各ミラーの角度を変化させてスクリーンへ出射する光を、マイクロ秒単位でオン／オフすることができる。
また、各ミラーをオンにしている時間とオフにしている時間の比率によって、投射レンズへ入射する光の階調を変化させることにより、投影する画像の画像データに基づいた階調表示が可能になる。
【００６２】
なお、本実施形態では、光変調手段としてＤＭＤ素子を用いているが、これに限られるものではなく、用途に応じて、その他任意の光変調素子を用いることができる。また、本発明に係る光源装置２及びこの光源装置２を用いたプロジェクタ４は、上述した実施形態に限られるものではなく、その他の様々な実施形態が本発明に含まれる。
【００６３】
以上のように、本実施形態におけるプロジェクタ４は、上述の実施形態に示す光源装置２と、画像データに基づいて、光源装置２から出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段７０と、画像を拡大して投射する投射手段８０とを備えている。
よって、本実施形態によれば、光源１０に用いられる蛍光体層の発光効率低下を効果的に抑制することができ、かつ低コストで製造可能なコンパクトなプロジェクタ４を提供できる。更に、出射される光の色ムラ、輝度ムラ及びスペックルノイズを抑制することもできる。
【００６４】
本発明の実施の形態を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【符号の説明】
【００６５】
２      光源装置
４      プロジェクタ
１０    光源
１２    半導体レーザ
１４    コリメートレンズ
１６    筐体
２０    集光レンズ
３０    蛍光体ホイール
３２    散乱体層
３４    蛍光体層
３６    基板
４０    受光レンズ
５０    駆動モータ
５２    回転軸
６０    誘電体多層膜
６２    フィルタ（誘電体多層膜）
７０    ＤＭＤ素子
８０    投射レンズ
１３０  蛍光体ホイール
１３４  蛍光体層
１３６  基板
ＳＣ    スクリーン
【図１】
0006492649.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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