(57)【要約】【課題】蛍光体ホイールを含むシステム全体としての光利用効率の低下を抑制可能とする蛍光体ホイール、光源装置及びプロジェクターを提供すること。【解決手段】ホイール基板３１と、ホイール基板３１に設けられた蛍光体層３６と、蛍光体層３６が有する複数の側面のうち第１の側面３５ａに設けられ、蛍光体層３６の内部をホイール基板３１と平行に進む光をホイール基板３１とは逆方向に反射させる第１の反射３４ａ部と、を備えたことを特徴とする波長変換素子。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一面に設けられた蛍光体層と、
前記蛍光体層が有する複数の側面のうち第１の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板の前記一面と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第１の反射部と、
を備えたことを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
前記第１の側面は、前記基板の回転軸を中心とする円に沿う方向と該円と交差する方向とのうちいずれか一方の方向に沿っていることを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】
前記第１の側面と対向する前記蛍光体層の第２の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第２の反射部をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
前記第１の側面と交差する前記蛍光体層の第３の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第３の反射部と、
前記第３の側面と対向する前記蛍光体層の第４の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第４の反射部と、
をさらに有することを特徴とする請求項２又は３に記載の波長変換素子。
【請求項５】
前記蛍光体層は、前記基板の表面に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項６】
前記蛍光体層は、前記基板に設けられた溝に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項７】
前記第１の反射部の前記蛍光体層とは反対側に設けられた熱伝導部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項８】
前記基板と前記蛍光体層との間に設けられ、前記蛍光体を励起する励起光を透過させ、前記蛍光体から射出される蛍光を反射する波長分離層を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項９】
前記基板と前記蛍光体層との間に設けられ、前記蛍光体を励起する励起光と前記蛍光体から射出される蛍光とを反射する反射層を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１０】
励起光を射出する励起光用光源部と、
前記励起光の照射により蛍光を射出する、請求項１から９のいずれか一項に記載の波長変換素子と、を有することを特徴とする光源装置。
【請求項１１】
前記波長変換素子に形成される前記励起光のスポット径は、前記基板の回転軸を中心とする円の半径方向における前記蛍光体層の幅より小さいことを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の光源装置から射出した光を画像信号に応じて変調して、投写す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、波長変換素子、光源装置、及びプロジェクター、特に、それらに好適に利用できる、蛍光を発生させる蛍光体ホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターに用いられる光源装置の一つとして、レーザー光を励起光として蛍光体に照射し、励起光とは異なる波長の蛍光を発生させる光源装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７７５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の、波長変換素子として機能する蛍光体ホイールの蛍光体層は、励起光の照射領域であるスポットに対して広い範囲に設けられる。蛍光体層に分散されている蛍光体（蛍光体結晶）は、発生した蛍光を等方的に放出する。蛍光体層は所定の厚みを持っているため、蛍光体ホイール基板の面法線に対して大きな角度をなす蛍光成分は、蛍光体層のうち励起光の照射領域の外側にまで伝播することになる。励起光の照射領域の外側に伝播した蛍光は、その先に存在する蛍光体へ入射することによりさらに散乱する。蛍光体層での散乱の繰り返しにより照射領域の外側に向かって蛍光が伝播すると、蛍光体ホイールにおける発光面積が増加する。すなわち、エテンデューが増加する。蛍光体ホイールにおける発光面積の増加は、光源装置より後方の光学系によって取り込まれない光を増加させ、蛍光体ホイールを含むシステム全体としての光利用効率の低下を引き起こすことになる。
【０００５】
蛍光体層から射出する光は、ランバート放射に近い角度分布を示す。蛍光体層の蛍光射出面の法線に対して大きな角度をなして蛍光体層から射出した光は、蛍光体層の射出側に設けられたピックアップレンズや導光手段による充分な補足が困難であることから、光利用効率が低下する。
本発明は、上記の課題のうち少なくとも１つを解決し、波長変換素子を含むシステム全体としての光利用効率を向上させることが可能な波長変換素子、光源装置及び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】
本発明に係る波長変換素子は、基板と、前記基板の一面に設けられた蛍光体層と、前記蛍光体層が有する複数の側面のうち第１の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板の前記一面と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第１の反射部と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
このような構成によると、第１の反射部は、蛍光体層の内部を基板の一面と平行に進む光を反射させることで、発光領域を制限し、蛍光体層における発光面積の増加を抑制させることができる。つまり、発光領域は、第１の反射部を越えて広がることはない。
さらに、第１の反射部は、蛍光体層の内部を基板の一面と平行に進む光を基板とは逆方向に反射させることができる。すなわち、蛍光体層の射出面、すなわち蛍光体層と空気との界面の面法線に対する光線角度が小さくなるように光の進行方向を変化させることができる。このように、蛍光体層の射出面における光線角度が小さくなるため、蛍光体層の射出面における光の全反射が抑制される。また、蛍光体層から射出する光の射出角が小さくなることで、ピックアップレンズや導光手段で取り込まれる光の量が増加する。これにより、波長変換素子を含むシステム全体としての光利用効率の低下を抑制することができる。
【０００８】
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記第１の側面は、前記基板の回転軸を中心とする円に沿う方向と該円と交差する方向とのうちいずれか一方の方向に沿っていることが望ましい。
【０００９】
第１の側面が基板の回転軸を中心とする円に沿う方向に沿っている場合は、該円の半径方向について発光面積の増加を抑制させるとともに、蛍光体層から射出する光の光線角度を小さくすることができる。また、第１の側面が基板の回転軸を中心とする円と交差する方向に沿っている場合は、該円の円周方向について発光面積の増加を抑制させるとともに、蛍光体層から射出する光の光線角度を小さくすることができる。
【００１０】
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記第１の側面と対向する前記蛍光体層の第２の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第２の反射部をさらに有することが望ましい。
【００１１】
これにより、発光面積の増加をさらに抑制させることができる。さらに、小さな光線角度で蛍光体層から射出する光の量を増加させることができるため、ピックアップレンズや導光手段で取り込まれる光の量をさらに増加させることができる。
【００１２】
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記第１の側面と交差する前記蛍光体層の第３の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第３の反射部と、前記第３の側面と対向する前記蛍光体層の第４の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を前記基板と平行に進む光を前記基板とは逆方向に向かって反射させる第４の反射部と、をさらに有することが望ましい。
【００１３】
これにより、波長変換素子を所定の回転軸のまわりに回転させながら蛍光体層に励起光を照射する場合、回転軸を中心とする円の半径方向と円周方向の両方について発光領域を制限することができるため、発光面積の増加をさらに抑制させることができる。また、ピックアップレンズや導光手段で取り込まれる光の量をさらに増加させることができる。
【００１４】
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記蛍光体層は、前記基板の表面に設けられていることが望ましい。
【００１５】
基板上に蛍光体層を設けることで、蛍光体層で発生した熱を外部へ効果的に放散させることができる。
【００１６】
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記蛍光体層は、前記基板に設けられた溝に設けられていることが望ましい。
【００１７】
基板の溝に蛍光体層を設けることで、蛍光体層の材料の塗布を安定して行うことができる。
【００１８】
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記第１の反射部の前記蛍光体層とは反対側に設けられた熱伝導部材をさらに備えることが望ましい。
【００１９】
これにより、蛍光体層で生じた熱を効果的に放散させることができる。
【００２０】
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記基板と前記蛍光体層との間に設けられ、前記蛍光体を励起する励起光を透過させ、前記蛍光体から射出される蛍光を反射する波長分離層を有することが望ましい。
【００２１】
波長分離層は、蛍光体層の内部を励起光の入射面に向かって進行する蛍光を反射する。これにより、基板の蛍光体層が設けられている面とは反対側から励起光を照射した際、波長変換素子は、効率良く蛍光を射出することができる。
【００２２】
また、上記に記載された波長変換素子の好ましい態様としては、前記基板と前記蛍光体層との間に設けられ、前記蛍光体を励起する励起光と前記蛍光体から射出される蛍光とを反射する反射層を有することが望ましい。
【００２３】
これにより、前記基板とは反対側から励起光を蛍光体に照射した際、波長変換素子は、蛍光と励起光の一部とを効率良く射出することができる。
【００２４】
さらに、本発明に係る光源装置は、励起光を射出する励起光用光源部と、前記励起光の照射により蛍光を射出する上記の波長変換素子と、を有することを特徴とする。
【００２５】
これにより、光源装置を含むシステム全体としての光利用効率が高く、かつ所望の色光を得られる光源装置を提供できる。
【００２６】
また、上記に記載された光源装置の好ましい態様としては、前記波長変換素子に形成される前記励起光のスポット径は、前記基板の回転軸を中心とする円の半径方向における前記蛍光体層の幅より小さいことが望ましい。
【００２７】
これにより、励起光の入射位置が蛍光体層からはみ出さないための、波長変換素子の回転によるぶれの許容範囲を大きくすることができる。
【００２８】
さらに、本発明に係るプロジェクターは、上記の光源装置から射出した光を画像信号に応じて変調して、投写することを特徴とする。
【００２９】
これにより、プロジェクターは、システム全体としての光利用効率の低下を抑制させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクターの概略構成図である。
【図２】図２は、蛍光体ホイールの構成を示す図である。
【図３】図３は、蛍光体ホイールの断面図である。
【図４】図４は、実施例１の変形例１に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図５】図５は、実施例１の変形例２に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例２に係るプロジェクターの概略構成図である。
【図７】図７は、蛍光体ホイールの平面図である。
【図８】図８は、蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図９】図９は、蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図１０】図１０は、フィルターの平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例３に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例３に係る照明装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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】
【００３２】
図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクター１の概略構成図である。光源装置１０は、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光を含む照明光を射出する。光源装置１０は、レーザーダイオードアレイ２、集光レンズ４、波長変換素子として機能する蛍光体ホイール１００、及びピックアップレンズ６を有する。
【００３３】
レーザーダイオードアレイ２は、アレイ状に配置された複数のレーザーダイオード３から構成されている。レーザーダイオードアレイ２は、励起光６０を射出する励起光用光源部として機能する。励起光６０は、例えば、４５０ｎｍ付近の波長のＢ光である。集光レンズ４は、レーザーダイオードアレイ２から射出された励起光６０を蛍光体ホイール１００において集光させる集光光学系として機能する。
蛍光体ホイール１００は、励起光６０が照射されることにより励起光６０とは異なる波長の蛍光を射出する。ピックアップレンズ６は、励起光６０の光路上に設けられている。ピックアップレンズ６は、蛍光体ホイール１００から射出した蛍光と蛍光体ホイール１００を透過した励起光６０とを捕捉し、コリメート光学系１１へ進行させる。
【００３４】
コリメート光学系１１は、光源装置１０からの光をロッドインテグレーター１２に集光する。ロッドインテグレーター１２は、入射した光を内部にて多重反射させて均一化し、均一化された光を重畳レンズ１３に向けて射出する。重畳レンズ１３は、ロッドインテグレーター１２にて複数に分割された光束を空間光変調装置にて重畳させる。
【００３５】
第１ダイクロイックミラー１４は、重畳レンズ１３から入射したＲ光及びＧ光を反射し、Ｂ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー１４を透過したＢ光は、反射ミラー１６での反射により光路が折り曲げられ、入射側偏光板２０Ｂへ入射する。入射側偏光板２０Ｂを透過した光は、液晶パネル２１Ｂへ入射する。液晶パネル２１Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置を構成する。液晶パネル２１Ｂを透過した光は、射出側偏光板２２Ｂへ入射する。射出側偏光板２２Ｂを透過したＢ光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。
【００３６】
第１ダイクロイックミラー１４で反射したＲ光およびＧ光は、第２ダイクロイックミラー１５へ入射する。第２ダイクロイックミラー１５は、Ｇ光を反射し、Ｒ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー１５での反射により光路が折り曲げられたＧ光は、入射側偏光板２０Ｇへ入射する。入射側偏光板２０Ｇを透過したＧ光は、液晶パネル２１Ｇへ入射する。液晶パネル２１Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置を構成する。液晶パネル２１Ｇを透過した光は、射出側偏光板２２Ｇへ入射する。射出側偏光板２２Ｇを透過したＧ光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。
【００３７】
第２ダイクロイックミラー１５を透過したＲ光は、反射ミラー１７での反射により光路が折り曲げられ、リレーレンズ１８に入射する。リレーレンズ１８を透過したＲ光は、反射ミラー１９での反射により光路が折り曲げられ、入射側偏光板２０Ｒへ入射する。入射側偏光板２０Ｒを透過したＲ光は、液晶パネル２１Ｒへ入射する。液晶パネル２１Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置を構成する。液晶パネル２１Ｒを透過した光は、射出側偏光板２２Ｒへ入射する。射出側偏光板２２Ｒを透過したＲ光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。
【００３８】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２３は、各空間光変調装置で変調された光を合成して映像光とし、投写光学系２４へ進行させる。投写光学系２４は、クロスダイクロイックプリズム２３で合成された映像光を不図示のスクリーンへ投写する。
【００３９】
図２（ａ）は、波長変換素子として機能する蛍光体ホイール１００の平面図であり、蛍光体ホイール１００を構造体３２が設けられた側から見た平面図である。図２（ｂ）は、蛍光体ホイール１００の断面図であり、蛍光体ホイール１００の中心位置を含む断面である。図２（ａ）および図２（ｂ）においては、蛍光体ホイール１００にホイールモーター３３が装着されており、図２（ｂ）においては、蛍光体ホイール１００にピックアップレンズ６がさらに組み合わせられている。
また、図３は、図１（ａ）において蛍光体ホイール１００の回転軸Ｒを中心とする円の半径方向に沿うＡ−Ａ’断面図である。
【００４０】
蛍光体ホイール１００は、回転軸Ｒの周りに回転可能なホイール基板３１と、構造体３２と、を有する。
【００４１】
図２に示したように、ホイール基板３１は、円形状の板状部材であって、ガラス等の透明部材から構成されている。ホイール基板３１の中心には、円柱状のホイールモーター３３を貫通させる開口部が設けられている。開口部において、ホイール基板３１がホイールモーター３３に装着されることで、ホイール基板３１はホイールモーター３３と一体とされている。ホイール基板３１は、ホイールモーター３３の駆動によって、円形状の中心位置を回転軸Ｒとして回転する。
【００４２】
図３に示したように本実施例では、構造体３２は、蛍光体層３６、第１の反射部３４ａ、及び第２の反射部３４ｂを含む。蛍光体層３６には、粒子状の複数の蛍光体１０００が含まれている。励起光６０は蛍光体層３６の入射面３６ａ側から蛍光体層３６に入射し、蛍光体１０００を励起させる。励起された蛍光体１０００は、蛍光を発生する。蛍光体１０００が発した蛍光および蛍光体層３６を透過した一部の励起光６０は、蛍光体層３６の射出面３６ｂから射出する。本明細書においては、射出面３６ｂは、蛍光体層３６が有する複数の面のうち、蛍光体１０００から発せられた蛍光が蛍光体層３６から空気中に射出される面を指す。
【００４３】
ホイール基板３１の一面、すなわち、励起光６０がホイール基板３１に入射する面３１ｂとは反対側のホイール基板３１の表面３１ａには、凹部３７が設けられており、構造体３２は該凹部３７に設けられている。蛍光体層３６の射出面３６ｂとホイール基板３１の表面３１ａとは互いに連続している。
図２（ａ）に示したように、蛍光体層３６を含む構造体３２は、平面視で一定の幅を持つ環をなしている。蛍光体層３６（構造体３２）がなす環は、ホイール基板３１が回転軸Ｒを中心に回転することによって得られる励起光６０の照射領域の軌跡に対応している。
【００４４】
図３において、蛍光体層３６は、第１の側面３５ａおよび第２の側面３５ｂを備える。第１の側面３５ａおよび第２の側面３５ｂは、平面視で回転軸Ｒを中心とする円の形状を有しており、互いに対向している。第１の側面３５ａは、環状の蛍光体層３６のホイールモーター３３側の側面であり、第２の側面３５ｂは、環状の蛍光体層３６のホイール基板３１の外縁側の側面である。本実施例では、適宜、第１の側面３５ａと第２の側面３５ｂを併せて側面３５と呼ぶことがある。
【００４５】
第１の反射部３４ａは蛍光体層３６の第１の側面３５ａに設けられ、第２の反射部３４ｂは蛍光体層３６の第２の側面３５ｂに設けられている。第１の側面３５ａに交差する断面、たとえば回転軸Ｒを中心とする円の半径方向に沿った断面Ａ−Ａ’において、第１の側面３５ａと第２の側面３５ｂとの間の距離は、励起光６０の入射面３６ａから蛍光の射出面３６ｂに向かって大きくなっている。したがって、第１の反射部３４ａと第２の反射部３４ｂとの間の距離も、励起光６０の入射面３６ａから蛍光の射出面３６ｂに向かって大きくなっている。
【００４６】
本実施例では、適宜、第１の反射部３４ａと第２の反射部３４ｂを併せて反射部３４と呼ぶことがある。また、本明細書では便宜上、上記のような形態にて設けられた反射部３４を、テーパ形状の反射部３４、と呼ぶ。あるいは、反射部３４がテーパ形状を有している、という。反射部３４は、蛍光体層３６から射出された蛍光及び励起光６０を反射する。反射部３４としては、高反射性部材、例えば金属部材からなる膜を用いる。
【００４７】
ダイクロイック膜３８は、ホイール基板３１と蛍光体層３６との間にある入射面３６ａに設けられ、平面視で回転軸Ｒを中心とする円の形状を有している。ダイクロイック膜３８は、レーザーダイオードアレイ２から射出された励起光６０を透過させ、蛍光体１０００から射出された蛍光を反射する波長特性を持つ波長分離層として機能する。
【００４８】
蛍光体１０００は、励起光６０の照射により、Ｇ光及びＲ光を含む蛍光を発生させる。蛍光体層３６へ入射した励起光６０のうちの一部は、蛍光とともに蛍光体層３６の射出面３６ｂからピックアップレンズ６に向かって射出する。このように、光源装置１０は、Ｇ光およびＲ光を含む蛍光と、Ｂ光を含む励起光６０とを混合させることにより、白色の照明光を射出する。
蛍光体としては、例えば、ＹＡＧ蛍光体を用いる。蛍光体層３６は、例えば、粉末状の蛍光体１０００とバインダーとの混合物をホイール基板３１に塗布し、熱硬化させることにより得られる。  
【００４９】
蛍光体層３６の入射面３６ａには、励起光６０のスポットが形成される。光源装置１０は、回転軸Ｒを中心とする円の半径方向に沿った励起光６０のスポット径ｄ１が、入射面３６ａの幅Ｍより小さくなるように調整される。これにより、励起光６０の入射位置が入射面３６ａからはみ出さないための、波長変換素子の回転によるぶれの許容範囲を大きくすることができる。
【００５０】
ホイール基板３１へ入射した励起光６０は、ホイール基板３１及びダイクロイック膜３８を透過して、蛍光体層３６へ入射する。蛍光体層３６へ入射した励起光６０の一部は、蛍光体１０００を励起し、励起された蛍光体１０００は蛍光を発する。蛍光体１０００で発生した蛍光は、発光位置を中心としてほぼ等方的に射出する。
【００５１】
蛍光体層３６の内部を、ホイール基板３１の表面３１ａと平行に、あるいは蛍光体層３６の射出面３６ｂの法線Ｎに対して大きな角度をなして進む光は、反射部３４によって反射される。そのため、回転軸Ｒを中心とする円の半径方向への蛍光の伝播が制限され、発光領域が第１の反射部３４ａと第２の反射部３４ｂとの間の領域に制限される。つまり、発光領域は、第１の反射部３４ａを越えて広がることはない。また、発光領域は、第２の反射部３４ｂを越えて広がることはない。したがって、発光面積の増加を抑制させることができる。
【００５２】
蛍光体層３６の内部をホイール基板３１の入射面３６ａ側へ向かって進行した蛍光は、ダイクロイック膜３８で反射され、蛍光体層３６の射出面３６ｂの方向へ進行する。そのため、蛍光体１０００から発せられた蛍光は、ホイール基板３１の入射面３６ａ側へ漏れず、蛍光体層３６の射出面３６ｂから効率良く射出することができる。
また、蛍光体層３６を透過した一部の励起光６０および蛍光体１０００が発した蛍光のうち、蛍光体層３６の射出面３６ｂに対して臨界角より小さい角度で入射した成分は、蛍光体層３６から空気中へ射出する。
【００５３】
テーパ形状の反射部３４によって光をホイール基板３１の入射面３６ａ側とは逆方向に反射させることで、射出面３６ｂの法線Ｎに対する光線角度が小さくなるように光の進行方向を変化させることができる。したがって、蛍光体層３６の射出面３６ｂにおける光線角度が小さくなり、射出面３６ｂにおける光の全反射が抑制され、蛍光体層３６の内部を進行する光が蛍光体層３６の射出面３６ｂから空気中に射出しやすくなる。
そして、蛍光体層３６の射出面３６ｂによって反射されて蛍光体層３６に戻ってくる光の量が少なくなるため、蛍光が蛍光体層３６によって吸収されることによる光の損失や熱の発生が抑制される。
【００５４】
また、蛍光体層３６の射出面３６ｂから射出する光の射出角（光線角度）を小さくすることで、ピックアップレンズ６等で取り込まれる光の量を増大させることが可能となる。
このように、蛍光体ホイール１００を含むプロジェクター１のシステム全体としての光利用効率を向上させることができる。
【００５５】
（変形例１）
図４は、本実施例の変形例１に係る蛍光体ホイールの要部断面図であり、図３の断面図に対応している。実施例１に係る蛍光体ホイール１００では、蛍光体層３６の射出面３６ｂとホイール基板３１の表面３１ａとが互いに連続するように設けられていたが、本変形例に係る蛍光体ホイール２００では、蛍光体層３６の射出面３６ｂはホイール基板３１に設けられた凹部３７の内部に埋め込まれている。
【００５６】
反射部３４は、蛍光体層３６の側面３５と凹部３７の壁面とに挟まれている。また、反射部３４は、蛍光体層３６の側面３５だけに設けられているのではなく、凹部３７の壁面に沿って、蛍光体層３６の射出面３６ｂからホイール基板３１の表面３１ａ近傍まで延在している。本変形例では、反射部３４は蛍光体層３６の射出面３６ｂからホイール基板３１の表面３１ａまで延在している。
【００５７】
本変形例に係る蛍光体ホイール２００によれば、実施例１に係る蛍光体ホイール１００において得られる効果の他に、以下のような効果も得られる。
【００５８】
蛍光体層３６の射出面３６ｂから射出した光のうち、法線Ｎに対して大きな角度で射出した光が反射部３４によってピックアップレンズ６の方向に反射されるため、ピックアップレンズ６で取り込まれる光の量を増大させることが可能となる。これにより、蛍光体ホイール２００を含むプロジェクター１のシステム全体としての光利用効率を更に向上させることができる。
【００５９】
（変形例２）
図５は、本実施例の変形例２に係る蛍光体ホイールの要部断面図であり、図３の断面図に対応している。実施例１に係る蛍光体ホイール１００では、構造体３２はホイール基板３１に設けられた凹部３７に埋め込まれていたが、変形例２に係る蛍光体ホイール３００では、構造体３２はホイール基板３１の表面３１ａに設けられている。
本変形例に係る蛍光体ホイール３００によれば、実施例１に係る蛍光体ホイール１００において得られる効果の他に、蛍光体層３６で発生した熱を外部へ効果的に放散させることができるという効果も得られる。
【００６０】
（変形例３）
上記の実施例１及び変形例１、２に係る蛍光体ホイールでは、第１の反射部３４ａと第２の反射部３４ｂとが設けられていたが、いずれか一方のみを設けてもよい。たとえば、第２の反射部３４ｂのみを設けた場合、蛍光体層３６の射出面３６ｂの法線Ｎに対して大きな角度をなして進行する蛍光成分は、第２の反射部３４ｂでの反射により、ホイール基板３１の外側方向への伝播が制限される。第２の反射部３４ｂによって反射された光は、蛍光体層３６の内部を蛍光体１０００によって散乱されながら進行し、やがて射出面３６ｂから空気中に射出する。従って、第１の反射部３４ａと第２の反射部３４ｂのうちいずれか一方のみを設けた場合であっても、システム全体としての光利用効率を向上させる効果が得られる。
【実施例２】
【００６１】
図６乃至図１０を用いて、実施例２に係るプロジェクターについて説明する。図６は、本発明の実施例２に係るプロジェクター６００の概略構成図である。図７は、蛍光体ホイール４００の平面図である。図８は蛍光体ホイール４００の断面Ｃ−Ｃ’を示す図であり、図９は蛍光体ホイール４００の断面Ｂ−Ｂ’を示す図である。図１０は、フィルター６２０の平面図である。
【００６２】
実施例１では、一の環状の構造体３２がホイール基板３１に設けられていたが、本実施例に係る蛍光体ホイール４００では、図７に示したように、複数の構造体３２Ｒと複数の構造体３２Ｇとがホイール基板３１の回転軸Ｒを囲むように環状に配置されている。また、円柱状のホイールモーター３３を貫通させる開口部４３３が設けられている。構造体３２Ｒは、励起光６０によって励起されることで赤色の蛍光を発する蛍光体１０００Ｒを含む蛍光体層３６Ｒを備え、構造体３２Ｇは、励起光６０によって励起されることで緑色の蛍光を発する蛍光体１０００Ｇを含む蛍光体層３６Ｇを備える。励起光６０は、実施例１と同様、４５０ｎｍ付近の波長の青色光である。
【００６３】
図８と図９を用いて、構造体３２Ｒについて説明する。構造体３２Ｇは構造体３２Ｒと同様な構造を備えているため、構造体３２Ｇの説明は省略する。構造体３２Ｒは、蛍光体層３６Ｒ、第１の反射部３４ａ、第２の反射部３４ｂ、第３の反射部８４ａおよび第４の反射部８４ｂを含む。蛍光体層３６Ｒには、粒子状の蛍光体１０００Ｒが分散されている。励起光６０は蛍光体層３６Ｒの入射面３６ａ側から蛍光体層３６Ｒに入射し、蛍光体１０００Ｒを励起させる。励起された蛍光体１０００Ｒは、赤色の蛍光を発する。蛍光体層３６Ｒを透過した一部の励起光６０および蛍光体１０００Ｒが発した蛍光は、蛍光体層３６Ｒの射出面３６ｂから射出する。
【００６４】
図８に示したように、蛍光体層３６Ｒは、第１の側面３５ａおよび第２の側面３５ｂを備える。第１の側面３５ａおよび第２の側面３５ｂは、平面視でホイール基板３１の回転軸Ｒを中心とする円の形状を有し、円の半径方向に互いに対向している。第１の側面３５ａは、蛍光体層３６のホイールモーター３３側の側面であり、第２の側面３５ｂは、蛍光体層３６のホイール基板３１の外縁側の側面である。第１の反射部３４ａは蛍光体層３６Ｒの第１の側面３５ａに設けられ、第２の反射部３４ｂは蛍光体層３６Ｒの第２の側面３５ｂに設けられている。実施例１による蛍光体ホイール１００と同様、第１の側面３５ａに交差する断面、たとえば回転軸Ｒを中心とする円の半径方向に沿った断面Ｃ−Ｃ’において、第１の側面３５ａと第２の側面３５ｂとの間の距離は、入射面３６ａから射出面３６ｂに向かって大きくなっている。したがって、第１の反射部３４ａと第２の反射部３４ｂとの間の距離も、入射面３６ａから射出面３６ｂに向かって大きくなっている。
【００６５】
図９に示したように、蛍光体層３６Ｒは、さらに、ホイール基板３１の回転軸Ｒを中心とする円の半径方向に延在する第３の側面８５ａおよび第４の側面８５ｂを備える。第３の側面８５ａと第４の側面８５ｂとは、円の円周方向に互いに対向している。第３の反射部８４ａは蛍光体層３６Ｒの第３の側面８５ａに設けられ、第４の反射部８４ｂは蛍光体層３６Ｒの第４の側面８５ｂに設けられている。第３の側面８５ａに交差する断面、たとえば回転軸Ｒを中心とする円の円周方向に沿った断面Ｂ−Ｂ’において、第３の側面８５ａと第４の側面８５ｂとの間の距離は、入射面３６ａから射出面３６ｂに向かって大きくなっている。したがって、第３の反射部８４ａと第４の反射部８４ｂとの間の距離も、入射面３６ａから射出面３６ｂに向かって大きくなっている。
【００６６】
本実施例では、適宜、第１の側面３５ａと第２の側面３５ｂを併せて側面３５と呼び、第３の側面８５ａと第４の側面８５ｂを併せて側面８５と呼ぶことがある。また、適宜、第１の反射部３４ａと第２の反射部３４ｂを併せて反射部３４と呼び、第３の反射部８４ａと第４の反射部８４ｂを併せて反射部８４と呼ぶことがある。さらに、実施例１と同様、上記のような形態にて設けられた反射部３４および反射部８４を、テーパ形状の反射部、と呼ぶ。あるいは、反射部がテーパ形状を有している、という。反射部３４及び反射部８４はテーパ形状を有しているため、蛍光体層３６Ｒから入射した蛍光及び励起光６０を射出面３６ｂに向かって反射する。反射部３４および反射部８４としては、高反射性部材、例えば金属部材からなる膜を用いる。
【００６７】
図７に示したように、一対の構造体３２Ｒと構造体３２Ｇと他の一対の構造体３２Ｒと構造体３２Ｇとの間には、蛍光体が設けられていない領域４２４が備えられている。一対の構造体３２Ｒと構造体３２Ｇと蛍光体が設けられていない領域４２４とは、ホイール基板３１の回転軸Ｒを中心とする円の円周方向に、交互に設けられている。励起光６０は蛍光体が設けられていない領域４２４を透過することができる。そのため、ホイール基板３１の回転に伴って、ホイール基板３１からは、青色の励起光と赤色の蛍光が混合された光と、青色の励起光と緑色の蛍光が混合された光と、青色の励起光とが、順次射出される。
【００６８】
次に、蛍光体ホイール４００を用いたプロジェクター６００について、図６を用いて説明する。実施例１に係るプロジェクター１と共通する部材については、説明を省略する。
光源装置６１０はレーザーダイオードアレイ２、集光レンズ４、蛍光体ホイール４００、フィルター６２０及びピックアップレンズ６を有する。
【００６９】
図１０に示したように、フィルター６２０には、蛍光体ホイール４００側から入射した励起光６０を反射し、蛍光体ホイール４００から発せられた赤色の蛍光と緑色の蛍光とを透過させるダイクロイック膜６２２が複数設けられている。また、互いに隣り合う２つのダイクロイック膜６２２の間には、ダイクロイック膜６２２が設けられていない領域６２４が設けられている。ダイクロイック膜６２２が設けられていない領域６２４とダイクロイック膜６２２が設けられている領域とは、フィルター６２０の回転軸Ｒを中心とする円の円周方向に、交互に設けられている。ダイクロイック膜６２２が設けられていない領域６２４は、励起光６０が透過することができる。また、ダイクロイック膜６２２が設けられていない領域６２４には、励起光６０を拡散させるような処理が施されている。たとえば、ダイクロイック膜６２２が設けられていない領域６２４においては、フィルター６２０の表面を粗くすることによって、励起光６０を拡散させることができる。
【００７０】
フィルター６２０にも、円柱状のホイールモーター３３を貫通させる開口部６３３が設けられている。フィルター６２０と蛍光体ホイール４００とは、フィルター６２０に設けられたダイクロイック膜６２２が蛍光体ホイール４００に設けられた一対の構造体３２Ｒと構造体３２Ｇとに平面視で重なり、且つフィルター６２０のダイクロイック膜６２２が設けられていない領域６２４が蛍光体ホイール４００の蛍光体が設けられていない領域４２４と平面視で重なるように、ホイールモーター３３に装着される。このようにフィルター６２０と蛍光体ホイール４００とをホイールモーター３３に装着することにより、フィルター６２０と蛍光体ホイール４００の回転に伴って、光源装置６１０から、照明光として赤色光と青色光と緑色光とが順次射出される。
【００７１】
光源装置６１０から射出された照明光は、他の部材を通過しミラーデバイス６３０に入射する。ミラーデバイス６３０としては、たとえばテキサスインスツルメンツ社のＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）素子などを用いることができる。照明光としてミラーデバイス６３０に入射した各色光はミラーデバイス６３０によって変調される。変調された光はプリズム６５０に入射し、プリズム６５０内のミラー面に反射されて反射板６５１に入射する。反射板６５１に入射した光は投写光学系２４に向けて反射される。投写光学系２４の方向に反射された光は投写光学系２４によって不図示のスクリーン上に拡大投写される。このようにして、スクリーン上には赤色の画像と青色の画像と緑色の画像が順次投写され、カラー画像が表示される。
【００７２】
蛍光体ホイール４００は、テーパ形状を有する反射部３４を円周方向に設け、テーパ形状を有する反射部８４を半径方向に設けることで、円周方向と半径方向の両方について、発光領域を制限し、発光面積の増加を抑制させることができる。さらに、射出面３６ｂにおいて、射出面３６ｂの法線に対する光線角度を小さくすることが可能となる。これにより、蛍光体ホイール４００を含むプロジェクター６００のシステム全体としての光利用効率をさらに高めることができる。
【実施例３】
【００７３】
図１１は、本発明の実施例３に係る波長変換素子として機能する蛍光体ホイール７００の要部断面図である。実施例１に係る蛍光体ホイール１００と異なる点について説明する。本実施例に係る蛍光体ホイール７００では、蛍光体層３６の入射面３６ａに、励起光６０と蛍光とを反射させる反射層７２がダイクロイック膜３８のかわりに設けられている。
【００７４】
励起光６０は、ホイール基板３１の構造体３２が設けられている側から図示しない蛍光体１０００に照射され、蛍光体１０００から蛍光が発せられる。蛍光体層３６の内部をホイール基板３１へ向かって進行した蛍光は、反射層７２で反射する。そのため、蛍光体１０００から発せられた蛍光は、ホイール基板３１側へ漏れず、蛍光体層３６の射出面３６ｂから効率良く射出することができる。また、蛍光体層３６の内部をホイール基板３１へ向かって進行する励起光６０も、同様に反射層７２で反射し、蛍光体層３６の射出面３６ｂから効率良く射出することができる。
【００７５】
図１２に、蛍光体ホイール７００を用いた光源装置７１０を示す。励起光６０は、ホイール基板３１の構造体３２が設けられている側から蛍光体１０００へと照射され、励起光６０の一部と蛍光体１０００が発した蛍光とは、ピックアップレンズ６によって捕捉される。ピックアップレンズ６によって捕捉された光は、実施例１で説明したコリメート光学系１１へ進行する。このようにして、光源装置７１０はプロジェクターの光源として利用される。このような反射型のホイール基板３１であっても、実施例１で説明した透過型のホイール基板３１と同様、システム全体としての光利用効率を向上させる効果が得られる。
【００７６】
反射型の蛍光体ホイール７００の場合、ホイール基板３１として透明部材を用いる必要はない。ホイール基板３１として金属を用いれば、蛍光体１０００で生じた熱を効果的に放散させることができる。この場合、実施例１や変形例１で示したように、ホイール基板の表面に設けた溝に蛍光体層３６を設けることが好ましい。この構成によれば、蛍光体１０００で生じた熱を、さらに効率的に放散させることができる。さらに、アルミ等の光反射率が高い金属を用いれば、ホイール基板自体が反射部３４や反射部８４、反射層７２として機能するため、反射部３４や反射層７２を別個に設ける必要がない。
【００７７】
各実施例の蛍光体ホイール３１は、空間光変調装置として透過型の液晶パネルを用いるプロジェクター１や、空間光変調装置としてミラーデバイスを用いるプロジェクター６００に適用される場合に限られない。蛍光体ホイールは、反射型のＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）を備えるプロジェクターに適用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明に係る蛍光体ホイール、光源装置及びプロジェクターは、レーザー光を用いて画像を表示する場合に有用である。
【符号の説明】
【００７９】
１，６００…プロジェクター、２…レーザーダイオードアレイ、３…レーザーダイオード、４…集光レンズ、６…ピックアップレンズ、１０，６１０，７１０…光源装置、１１…コリメート光学系、１２…ロッドインテグレーター、１３…重畳レンズ、１４…第１ダイクロイックミラー、１５…第２ダイクロイックミラー、１６，１７，１９…反射ミラー、１８…リレーレンズ、２０Ｂ，２０Ｇ，２０Ｒ…入射側偏光板、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ…液晶パネル、２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ…射出側偏光板、２３…クロスダイクロイックプリズム、２４…投写光学系、３１…ホイール基板、３１ａ…表面、３１ｂ…励起光が入射する面、３２，３２Ｇ，３２Ｒ…構造体、３３…ホイールモーター、３４ａ…第１の反射部、３４ｂ…第２の反射部、３５ａ…第１の側面、３５ｂ…第２の側面、３６…蛍光体層、３６ａ…入射面、３６ｂ…射出面、３７…凹部、３８，６２２…ダイクロイック膜、６０…励起光、７２…反射層、８４ａ…第３の反射部、８４ｂ…第４の反射部、８５ａ…第３の側面、８５ｂ…第４の側面、１００，２００，３００，４００，７００…蛍光体ホイール、４２４…蛍光体が設けられていない領域、４３３，６３３…開口、６２０…フィルター、６２４…ダイクロイック膜が設けられていない領域、６３０…ミラーデバイス、６５０…プリズム、６５１…反射板、１０００…蛍光体、Ｒ…回転軸。
【図１】
2012098442.tif 000003
【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】
2012098442.tif 000009
【図８】
2012098442.tif 000010
【図９】
2012098442.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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