(57)【要約】【課題】蛍光体層の表面への埃の付着を抑えて、光の利用効率の向上を図ることのできる光源装置を提供すること。【解決手段】本発明の光源装置は、所定の回転軸を中心に回転可能とされた基板２と、基板に設けられた、蛍光体を含む蛍光体層３と、光源と、光源から射出された励起光を蛍光体層に集光するように照射させる集光光学系と、少なくとも励起光を透過させる部材で構成され、蛍光体層のうち励起光が照射される領域を覆う覆い部１６と、を備える。【選択図】図４
2012018209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転軸を中心に回転可能とされた基板と、
前記基板に設けられた、蛍光体を含む蛍光体層と、
光源と、
前記光源から射出された励起光を前記蛍光体層に集光するように照射させる集光光学系と、
少なくとも前記励起光を透過させる部材で構成され、前記蛍光体層のうち前記励起光が照射される領域を覆う覆い部と、を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記基板は、少なくとも前記蛍光体から射出される蛍光を透過させる部材で構成され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】
前記基板は、少なくとも前記蛍光体から射出される蛍光を反射させる部材で構成され、
前記励起光は、前記覆い部側から前記蛍光体層に照射され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】
前記蛍光体層と前記覆い部との間には空間が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を備えることを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置およびプロジェクター、特にレーザー光によって蛍光体を励起させて得た蛍光を用いる光源装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクターの高性能化に関して、広色域かつ高効率な光源としてレーザーが注目されている。例えば特許文献１や特許文献２には、青色光用のレーザーと、蛍光体層に含まれる蛍光体をレーザー光によって励起させることで緑色光及び赤色光を蛍光として発生させるカラーホイールとにより、赤と青と緑の照明光を得る技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７７５１６号公報
【特許文献２】特開２０１０−８６８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、カラーホイールの蛍光体層の表面に直接埃などが付着すると、蛍光体層に入射するレーザー光あるいは蛍光体層から出射する光が埃に吸収されたり散乱されたりするため、光の利用効率が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述の問題の少なくとも一部を解決し、光の利用効率の向上を図ることのできる光源装置、およびその光源装置を用いたプロジェクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、所定の回転軸を中心に回転可能とされた基板と、基板に設けられた、蛍光体を含む蛍光体層と、光源と、光源から射出された励起光を蛍光体層に集光するように照射させる集光光学系と、少なくとも励起光を透過させる部材で構成され、蛍光体層のうち励起光が照射される領域を覆う覆い部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、蛍光体層のうち励起光が照射される領域が覆い部によって覆われる。励起光が覆い部側から蛍光体層に入射する場合には、蛍光体層の表面のうち励起光が照射される領域に埃が直接付着するのを防ぐことができるため、励起光の利用効率の低下を抑えることができる。ここで、光源から射出された励起光は、蛍光体層に集光するように集光光学系によって集光されるため、覆い部の表面における励起光の集光の程度は蛍光体層の表面における励起光の集光の程度よりも低い。すなわち、覆い部の表面において励起光が照射される領域の面積は蛍光体層の表面において励起光が照射される領域の面積よりも大きい。そのため、覆い部の表面に埃が付着したとしても、励起光の利用効率の低下を抑えることができる。
【０００８】
また、励起光が基板側から蛍光体層に入射する場合には、蛍光体層の表面のうち蛍光体層から光が出射する領域に埃が直接付着するのを防ぐことができるため、蛍光体層から出射する光の利用効率の低下を抑えることができる。ここで、蛍光体層を透過する励起光と蛍光体から発生した蛍光は蛍光体によってある程度散乱された後、蛍光体層から出射するが、蛍光体層から出射する光の出射直後の光束の断面積は比較的小さい。しかし、蛍光体層からの出射光が覆い部の表面に到達したときには、出射光の光束は広がり、光束の断面積が大きくなっている。そのため、覆い部の表面に埃が付着したとしても、蛍光体層からの出射光の利用効率の低下を抑えることができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、基板は、少なくとも蛍光体から射出される蛍光を透過させる部材で構成されることが望ましい。少なくとも蛍光体から射出される蛍光を透過させる部材で基板が構成されるので、蛍光体から発する蛍光を透過させる透過型の波長変換部材とすることができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、基板は、少なくとも蛍光体から射出される蛍光を反射させる部材で構成され、励起光は、覆い部側から蛍光体層に照射されることが望ましい。少なくとも蛍光体から射出される蛍光を反射させる部材で基板が構成されるので、蛍光体から発する蛍光を反射させる反射型の波長変換部材とすることができる。また、少なくとも蛍光体から射出される蛍光を反射させる部材として熱伝導性の高い金属板などを用いることで、光の照射によって蛍光体層で発生した熱の放熱効率を向上させることができる。これにより、蛍光体層の温度上昇を抑えて蛍光体の劣化を抑えることができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、蛍光体層と覆い部との間には空間が設けられることが望ましい。蛍光体層と覆い部との間に空間が設けられるので、覆い部に用いられる材料の削減を図ることができる。また、覆い部の軽量化を図ることができ、結果として基板を回転させるモーターなどの駆動部にかかる負担を軽減することができる。また、駆動部にかかる負担を軽減することで、駆動部の小型化を図ることもでき、光源装置の小型化に寄与することができる。
【００１２】
また、本発明のプロジェクターは、上記光源装置と、光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を備えることを特徴とする。プロジェクターは、蛍光体層への埃の付着を抑えて光の利用効率の低下を抑えた上記光源装置を備えるので、信頼性を向上させて、高品質な画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る光源装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す光源装置の分解斜視図である。
【図３】図３は、蛍光体ホイールの正面図である。
【図４】図４は、蛍光体ホイールの横断面図である。
【図５】図５は、実施例１の変形例１に係る蛍光体ホイールの横断面図である。
【図６】図６は、実施例１の変形例２に係る蛍光体ホイールの横断面図である。
【図７】図７は、実施例１の変形例３に係る蛍光体ホイールの横断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施例２に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る光源装置の概略構成を示す図である。図２は、図１に示す光源装置の分解斜視図である。光源装置１０は、光源１１、コリメートレンズ１２、集光レンズ１３、蛍光体ホイール（波長変換部材）１、ピックアップレンズ１４、駆動部１５を有して構成される。
【００１６】
光源１１は、コリメートレンズ１２に向けて励起光を射出する。光源１１は、例えばレーザー光を射出する半導体レーザーを複数並べて構成される。なお、ＬＥＤを複数並べて光源１１を構成してもよい。
【００１７】
コリメートレンズ１２と集光レンズ１３は、光源１１から射出されたレーザー光を蛍光体ホイール１に設けられた蛍光体層３に集光するように照射させる集光光学系として機能する。なお、本実施例では、蛍光体層３と後述する透明板１６との間の界面にレーザー光が最も集光されるように構成されているが、レーザー光が最も集光される位置は、当該界面に限定されない。コリメートレンズ１２は、光源１１から射出されたレーザー光を平行化させ、集光レンズ１３に向けて射出させる。集光レンズ１３は、コリメートレンズ１２から射出されたレーザー光を、蛍光体層３のごく一部（例えば、１ｍｍ２程度）の領域に向けてレーザー光を集光させる。
【００１８】
図３は、蛍光体ホイール１の正面図である。図４は、蛍光体ホイール１の横断面図である。蛍光体ホイール１は、基板２、図示しない蛍光体を含む蛍光体層３、透明板（覆い部）１６を有する。蛍光体ホイール１は、透明板１６側からレーザー光が蛍光体層３に入射するように配置されている。基板２は、円形の薄板形状を呈する。基板２は、透明部材で構成されており、光を透過する性質を有する。基板２には、例えば、ガラス、白板、石英、水晶、サファイア、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）などが用いられる。
【００１９】
基板２の中心には、円形の開口２ａが形成されている。開口２ａには、蛍光体ホイール１を回転させるための駆動部１５の駆動軸が挿入される。駆動部１５は、例えばモーターである。これにより、基板２の中心を通る回転軸５を中心に、基板２は回転可能とされる。
【００２０】
蛍光体層３は、基板２の中心と同じ中心の環状形状で、基板２の表面に塗布されている。蛍光体層３は、例えば、蛍光体をバインダー（樹脂材料）に混合させたものを、基板２の表面に塗布することで形成される。蛍光体層３に照射されたレーザー光の一部は蛍光体に吸収される。レーザー光を吸収した蛍光体は励起され、蛍光を発生させる。本実施例では、青色のレーザー光を吸収することによって黄色の蛍光を発生する蛍光体を用いているため、蛍光体ホイール１は波長変換部材として機能する。
【００２１】
透明板１６は、蛍光体層３の表面のうちレーザー光が照射される領域を覆う覆い部として機能する。透明板１６は、レーザー光を透過する性質を有する部材で構成されてている。透明板１６には、例えば、ガラス、白板、石英、水晶、サファイア、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）などが用いられる。なお、本明細書では、便宜上、蛍光体層３の基板２とは反対側の面を蛍光体層３の表面と呼び、また、透明板１６の蛍光体層３とは反対側の面を透明板１６の表面と呼ぶ。
【００２２】
透明板１６は、蛍光体層３のうち少なくとも、集光レンズ１３で集光されたレーザー光が照射される領域を覆うように設けられている。ここで、光源装置１０から光を射出させる時には、回転軸５を中心に蛍光体ホイール１を回転させながら、蛍光体層３の一部にレーザー光を集光させて照射させる。
【００２３】
したがって、レーザー光が照射される領域は蛍光体層３上を常に移動することとなる。すなわち、蛍光体層３のうち集光されたレーザー光が照射される領域は、蛍光体層３と同様に環状形状を呈する。そこで、透明板１６も環状形状を有している。
【００２４】
なお、透明板１６は、蛍光体層３のうちレーザー光が照射される領域のみを覆うように設けてもよいし、レーザー光が照射される領域も含む蛍光体層３全体を覆うように設けてもよい。また、蛍光体層３および基板２を覆うように設けてもよい。
【００２５】
また、図示は省略するが、透明板１６と蛍光体層３との間には、透明板１６側から入射するレーザー光は透過させるが、蛍光体層３で散乱されたレーザー光は反射させるダイクロイックミラーが設けられている。透明板１６と蛍光体層３との間にダイクロイックミラーを設けることで、蛍光体層３で散乱されたレーザー光のうち透明板１６側に進行する光を反射させて、後述するピックアップレンズ１４側に進行させることができるので、光の利用効率の向上を図ることができる。
【００２６】
ピックアップレンズ１４は、蛍光体層３から射出された光を集光させる。蛍光体層３に入射したレーザー光と蛍光体から発生した蛍光は、蛍光体層３を透過する際に散乱され、ランバード放射となって様々な方向に進行する。そこで、蛍光体層３から射出されたレーザー光と蛍光とをピックアップレンズ１４で集光して照明光などとして利用することで、光の利用効率の向上を図る。
【００２７】
以上説明したように、蛍光体層３の表面のうち集光レンズ１３で集光されたレーザー光が照射される領域が透明板１６によって覆われているので、蛍光体層３の表面のうちレーザー光が照射される領域に埃が直接付着するのを防ぐことができる。上述したように、蛍光体層３のごく一部の領域に向けてレーザー光が集光されるので、蛍光体層３の表面に埃が直接付着するとレーザー光の進行を妨げやすく、レーザー光の利用効率が低下しやすくなる。
【００２８】
一方、本実施例では、蛍光体層３の表面のうちレーザー光が照射される領域に埃が直接付着するのを防ぐことができるので、光の利用効率の低下を抑えることができる。また、図１や図４に示すように、透明板１６は所定の厚さを有しており、透明板１６の表面ではレーザー光が完全に集光していない。言い換えれば、透明板１６の表面におけるレーザー光の集光の程度は蛍光体層３の表面におけるレーザー光の集光の程度よりも低い。すなわち、透明板１６の表面において光が照射される領域の面積が、蛍光体層３の表面において光が照射される領域の面積よりも大きくなるように、透明板１６の厚さが決定されている。したがって、透明板１６表面のレーザー光の照射部分に埃が付着した場合であっても、レーザー光の利用効率の低下を抑えることができる。
【００２９】
また、蛍光体層３を透過する光のエネルギーの一部が熱に変換されるとともに、その照射領域がごく一部の領域であるため、蛍光体層３の光の照射領域は非常に高温になりやすい。したがって、高温になりやすい蛍光体層３の表面への埃の付着を防ぐことによる不具合の発生、例えば、付着した埃の焦げ付きによる光の利用効率の低下などを抑えることができる。なお、上述したように、透明板１６の表面ではレーザー光が完全に集光していないため、透明板１６の表面は蛍光体層３よりも高温になりにくい。
【００３０】
［変形例１］
図５は、実施例１の変形例１に係る蛍光体ホイール１の横断面図である。蛍光体層３を透過するレーザー光と蛍光体から発生した蛍光は蛍光体によってある程度散乱された後、蛍光体層３から出射するが、蛍光体層３から出射する光の出射直後の光束の断面積は比較的小さい。そのため、蛍光体層の出射面に埃が直接付着すると、蛍光体層３からの出射光の利用効率が低下する。
【００３１】
しかし、本変形例１では、蛍光体層３から出射する光を透過させる透明板１６は蛍光体層３の出射面側に設けられている。そして、蛍光体層３からの出射光が透明板１６の表面に到達したときには、出射光の光束は広がり、光束の断面積が大きくなっている。そのため、透明板１６の表面に埃が付着したとしても、蛍光体層３からの出射光の利用効率の低下を抑えることができる。
【００３２】
なお、図示は省略するが、基板２と蛍光体層３との間には、基板２側から入射するレーザー光は透過させるが、蛍光体層３で散乱されたレーザー光は反射させるダイクロイックミラーが設けられている。基板２と蛍光体層３との間にダイクロイックミラーを設けることで、蛍光体層３で散乱されたレーザー光のうち基板２側に進行する光を反射させて、後述するピックアップレンズ１４側に進行させることができるので、光の利用効率の向上を図ることができる。
【００３３】
［変形例２］
図６は、実施例１の変形例２に係る蛍光体ホイールの横断面図である。本変形例２では、蛍光体層３と透明板１６との間に空間が設けられている。すなわち、透明板１６のうち蛍光体層３と対向する面には凹み部が設けられている。
【００３４】
透明板１６に凹み部が設けられているので、透明板１６に用いられる材料の削減を図ることができる。また、透明板１６の軽量化を図ることができ、結果として蛍光体ホイール１を回転させる駆動部１５にかかる負担を軽減することができる。また、駆動部１５にかかる負担を軽減することで、駆動部１５の小型化を図ることもでき、光源装置１０の小型化に寄与することができる。
【００３５】
また、透明板１６の表面とレーザー光の集光対象である蛍光体層３との間の距離が大きければ大きいほど透明板１６の表面でのレーザー光の照射範囲が広がることとなる。レーザー光の照射範囲が広がれば、透明板１６の表面に付着した埃による光の利用効率の低下が起きにくくなる。そこで、透明板１６の表面と蛍光体層３との間の距離を大きくするために透明板１６を厚くすると、透明板１６の重量が増加し、結果として蛍光体ホイール１を回転させる駆動部１５にかかる負担が増加する。
【００３６】
一方、本変形例２では、透明板１６に凹み部が設けられているので、透明板１６を厚くした場合であっても、透明板１６に用いられる材料の削減を図ることができ、透明板１６の軽量化を図ることができる。
【００３７】
したがって、本変形例２では、透明板１６の重量の増加を低く抑えながら、透明板１６の表面と蛍光体層３との距離を大きくすることができるため、光の利用効率の低下の抑制を図りやすくなる。
【００３８】
［変形例３］
図７は、実施例１の変形例３に係る蛍光体ホイール１の横断面図である。本変形例３では、図１に示したものと同様に、蛍光体ホイール１は、透明板１６側からレーザー光が蛍光体層３に入射し、蛍光体から蛍光が発生するように配置されている。ただし、基板２は、少なくとも蛍光を反射させる反射部材で構成され、反射型の波長変換部材とされている。基板２としては、例えば金属板が用いられる。
【００３９】
このように構成した場合であっても、図７に示すように、レーザー光が集光する部分に埃が付着するのを防ぐことができ、光の利用効率の低下を抑えることができる。また、基板２として熱伝導性の高い金属板などを用いることができる。したがって、レーザー光の照射によって蛍光体層３で発生した熱の放熱効率を向上させることができ、蛍光体層３の温度上昇を抑えて蛍光体層３の劣化を抑えやすくなる。なお、反射部材で基板２を構成した場合であっても、上記変形例２と同様に、蛍光体層３と透明板１６との間に空間を設けるように構成してもよい。
【実施例２】
【００４０】
図８は、本発明の実施例２に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。本実施例２に係るプロジェクター６０は、実施例１に係る光源装置１０を備える。蛍光体ホイール１には、光源１１から射出されたレーザー光が励起光として入射する。蛍光体ホイール１に入射したレーザー光は蛍光体（図示を省略）を励起させ、蛍光体から蛍光が射出される。蛍光体を透過したレーザー光と、蛍光体から射出された蛍光とにより、光源装置１０からは、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光を含む照明光が射出される。例えば、光源として青色レーザーと、赤色と緑色の帯域を発光する蛍光体を含んだ蛍光体層とを用いれば、少ない構成で光の３原色を再現できる。
【００４１】
均一化光学系６４は、光源装置１０から入射した光の強度分布を均一化させる光学系であって、例えばロッドインテグレーターを有する。ダイクロイックミラー６５は、均一化光学系６４からの光のうちＢ光を透過させ、Ｒ光及びＧ光を反射する。ダイクロイックミラー６６は、Ｒ光を透過させ、Ｇ光を反射する。ダイクロイックミラー６５、６６は、光源装置１０からの光を色ごとに分離する色分離光学系として機能する。
【００４２】
ダイクロイックミラー６６を透過したＲ光は、反射ミラー６７、６８で反射した後、Ｒ光用の空間光変調装置７０Ｒへ入射する。空間光変調装置７０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する。ダイクロイックミラー６６で反射したＧ光は、Ｇ光用の空間光変調装置７０Ｇへ入射する。空間光変調装置７０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する。ダイクロイックミラー６５を透過したＢ光は、反射ミラー６９で反射した後、Ｂ光用の空間光変調装置７０Ｂへ入射する。空間光変調装置７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂは、例えば、透過型の液晶表示装置である。
【００４３】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム７１は、空間光変調装置７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂでそれぞれ変調された各色光を合成する。投写光学系７２は、クロスダイクロイックプリズム７１で合成された各色光をスクリーン７３へ投写する。
【００４４】
プロジェクター６０は、蛍光体層の表面への埃の付着を抑えて光の利用効率の低下を抑えた光源装置１０を備えるので、信頼性を向上させて、高品質な画像を得ることが可能となる。なお、プロジェクター６０は、実施例１で説明した変形例１、変形例２および変形例３に係る光源装置１０を備えるように構成してもよい。
【００４５】
また、プロジェクター６０は、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置（Liquid  Crystal  On  Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）、ＧＬＶ（Grating  Light  Valve）等を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明に係る光源装置は、プロジェクターに用いる場合に適している。
【符号の説明】
【００４７】
１  蛍光体ホイール（波長変換部材）、２  基板、２ａ  開口、３  蛍光体層、５  回転軸、１０  光源装置、１１  光源、１２  コリメートレンズ、１３  集光レンズ、１４  ピックアップレンズ、１５  駆動部、  １６  透明板（覆い部）、６０  プロジェクター、６４  均一化光学系、６５  ダイクロイックミラー、６６  ダイクロイックミラー、６７  反射ミラー、６９  反射ミラー、７０Ｒ  空間光変調装置、７０Ｇ  空間光変調装置、７０Ｂ  空間光変調装置、７１  クロスダイクロイックプリズム、７２  投写光学系、７３  スクリーン
【図１】
2012018209.tif 000003
【図２】
2012018209.tif 000004
【図３】
2012018209.tif 000005
【図４】
2012018209.tif 000006
【図５】
2012018209.tif 000007
【図６】
2012018209.tif 000008
【図７】
2012018209.tif 000009
【図８】
2012018209.tif 000010