(57)【要約】【課題】蛍光ホイールの面振れが低減された光源装置、および蛍光ホイールの面振れが低減された光源装置を備えたプロジェクターを実現する。【解決手段】本発明の回転ホイール光学システム７００は、回転ホイール３０の前面に第１の部材としての第１の部材５１を備え、回転ホイール３０の後面に第２の部材としての第２の部材５２を備え、回転ホイール３０を回転ホイール３０の回転軸と平行な方向から見たとき、第１の部材５１と第２の部材５２とは平面視にて互いに重なっている。【選択図】図１
2012181309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転軸の周りに回転可能な回転ホイールと、
前記回転ホイールの第１の面側に配置され、第１の冷却媒を前記第１の面上に導くことが可能なように構成された第１の部材と、
前記回転ホイールの第２の面側に配置され、第２の冷却媒を前記第２の面上に導くことが可能なように構成された第２の部材と、を備え、
前記回転ホイールを前記回転軸と平行な方向から見たとき、前記第１の部材と前記第２の部材とは平面視にて少なくとも部分的に互いに重なることを特徴とする回転ホイール光学システム。
【請求項２】
前記第１の部材と前記第２の部材との中間位置に前記回転ホイールが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転ホイール光学システム。
【請求項３】
前記回転ホイールが回転しているときに光が照射される所定の光照射領域が、前記第１の部材および前記第２の部材が平面視にて前記回転ホイールと重なる領域とは異なる領域に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転ホイール光学システム。
【請求項４】
前記光照射領域の中心を含み、かつ前記回転軸を中心とする円周上において、
前記光照射領域の中心を開始点とし、
前記第１の部材が平面視にて前記ホイールと重なる領域の中心を終了点としたとき、
前記ホイールの回転する角度が１８０度以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転ホイール光学システム。
【請求項５】
前記第１の部材および前記第２の部材は、前記回転軸を避けるよう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回転ホイール光学システム。
【請求項６】
前記第１の冷却媒と前記第２の冷却媒を供給する冷却媒供給手段をさらに備え、
前記第１の部材と前記第１の面との間に形成される第１の流路の内圧と前記第２の部材と前記第２の面との間に形成される第２の流路の内圧とが互いに等しいことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転ホイール光学システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の回転ホイール光学システムと、
前記回転ホイール光学システムの前段に配置された光源と、
前記回転ホイール光学システムを通過した光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子により変調された光を被投射面上に投射する投射光学系と、
を備えた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、回転ホイール光学システム、およびプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターの分野では、従来から、光源として超高圧水銀ランプ等の放電ランプが主に用いられてきた。これに対して、近年、発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下、ＬＥＤと略記する）、レーザー等の固体光源からの光を励起光として蛍光体を蛍光発光させ、その光を利用する光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の光源装置は、ＬＥＤ、レーザー発光器等からなる励起光源と、赤色蛍光体形成領域、緑色蛍光体形成領域および拡散層形成領域の３つの領域を有する回転可能な蛍光ホイールと、を備えている。この光源装置においては、励起光源から青色の波長帯域光を励起光として射出し、その励起光を蛍光ホイールに照射すると同時に蛍光ホイールを回転させると、励起光が赤色蛍光体形成領域に照射されている期間では赤色光が蛍光発光し、励起光が緑色蛍光体形成領域に照射されている期間では緑色光が蛍光発光し、励起光が拡散層形成領域に照射されている期間では励起光である青色光が拡散して射出される。
特許文献１によれば、紫外光よりもエネルギーの低い可視光を励起光として照射するため、励起光が照射される光学部品の経年劣化を抑制し、長期間にわたって性能を維持できる、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７７５１６号公報
【特許文献２】特開２００４−５３６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の光源装置において、蛍光体に照射されるレーザー光がたとえ紫外光よりもエネルギーの低い可視光領域のレーザー光であっても、レーザー光の強度が高ければ、蛍光体での変換損失の一部が熱に変わるため、蛍光体ホイールが発熱する。一方、蛍光ホイールを回転させつつレーザー発光器から蛍光ホイールの所定の位置に光を照射する構成とすることで、蛍光ホイールをある程度冷却することができる。
なぜならば、レーザー光の照射面積に対して蛍光ホイールの面積が十分に大きいことで熱が拡散する効果と、蛍光ホイールが回転することで照射領域が連続的に変化し一箇所当たりに照射される時間が短くなる効果と、蛍光ホイールが回転することでホイール全体が冷却される効果の３つが期待できるからである。
ここで、光源装置の出力を向上させようとすると、レーザー光の照射量をさらに増やす必要があり、その場合、さらなる冷却性能の向上が望まれる。そこで、蛍光ホイールの回転速度を上昇させることが考えられる。ところが、蛍光ホイールの回転速度が上昇すると、蛍光ホイールの面振れが起こりやすくなる。
ここで、「面振れ」とは、回転面が傾く現象のことである。例えば、回転面が光軸方向に対して垂直な状態を初期状態として、回転面が光軸方向に対して垂直な状態から外れることを「面振れ」という。
【０００６】
また、特許文献２の装置において、ホイールの近傍に冷却ファンを設置し、冷却ファンの冷却風をホイールに吹き付けることで、ホイールの温度上昇を抑えるといった対策が採られている。しかし、片面を覆うようにダクトを形成すると、光路をふさがないようにするために、形状が複雑化する問題がある。また、風量の増減によって、ホイールが面振れする問題がある。
【０００７】
このような蛍光ホイールの面振れは、発光位置の光軸方向へのずれと、発光の配光分布の変動を生じさせる。そのため、光路中での光損失が増加し、明るさが低下する。
【０００８】
そこで本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、蛍光ホイールの面振れが低減された回転ホイール光学システム、および蛍光ホイールの面振れが低減された光源装置を備えたプロジェクターを実現することを目的とし、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の回転ホイール光学システムは、所定の回転軸の周りに回転可能な回転ホイールと、前記回転ホイールの第１の面側に配置され、第１の冷却媒を前記第１の面上に導くことが可能なように構成された第１の部材と、前記回転ホイールの第２の面側に配置され、第２の冷却媒を前記第２の面上に導くことが可能なように構成された第２の部材と、を備え、前記回転ホイールを前記回転軸と平行な方向から見たとき、前記第１の部材と前記第２の部材とは平面視にて少なくとも部分的に互いに重なることを特徴とする。
【００１０】
回転ホイールの第１の面側に第１の部材を配置することにより、第１の部材と回転ホイールの第１の面との間に、第１の冷却媒を流すことが可能な第１の流路が形成される。また、回転ホイールの第２の面側に第２の部材を配置することにより、第２の部材と回転ホイールの第２の面との間に、第２の冷却媒を流すことが可能な第２の流路が形成される。これによれば、第１の流路に第１の冷却媒を流し、第２の流路に第２の冷却媒を流したとき、回転ホイールの両側から力がかかり、面振れを低減することができる。流路にかかる内圧（流路内の壁を押す圧力）は、流路内部にある冷却媒の密度によって決まる。圧力損失を避けるために流路に絞りなど複雑な構造がないとすると、流路内部の冷却媒の密度は、流路の供給口の圧力と、排出口の圧力の差によって決まる。供給口の面積と、排出口の面積と、冷却媒の供給手段の特性と、冷却媒の排出先の特性と、が第１と第２の流路において等しいとすると、第１と第２の流路の内圧は等しい。ここで、供給手段はファンやポンプなどがあり、排出先は外気開放や冷却媒循環の管などがある。第１と第２の流路の内圧が等しいとすると、回転ホイールにかかる力は流路と回転ホイールの重複部分の面積に比例する。よって、第１の部材と第２の部材を平面視にて少なくとも部分的にお互い重なるようにすることで、回転ホイールが第１の部材と第２の部材とによって挟まれている領域に、回転ホイールの両側から同程度の力をかけることができ、高い面振れ低減効果を得ることができる。
【００１１】
上記に記載の回転ホイール光学システムにおいて、前記第１の部材と前記第２の部材との中間位置に前記回転ホイールが配置されていることを特徴とする。
【００１２】
第１の部材と第２の部材との中間位置に回転ホイールが配置されることで、第１の部材と回転ホイールとの距離と、第２の部材と回転ホイールとの距離とがほぼ等しくなる。第１の部材と回転ホイールとの隙間および第２の部材と回転ホイールとの隙間は、冷却媒の漏れがあるため、冷却媒の排出口の一部と考えられる。よって、第１の部材と回転ホイールとの距離と、第２の部材と回転ホイールとの距離とが等しいことで、第１と第２の流路の内圧を互いに等しくすることが簡単になる。そして、第１と第２の流路の内圧を互いに等しくすることで、回転ホイールの両側から互いに同じ力をかけることができ、高い面振れ低減効果を得ることができる。さらに、第１と第２の流路の内圧（冷却媒の密度）が互いに同じであるため、例えば第１の部材と回転ホイールとの距離が縮まり、第２の部材と回転ホイールとの距離が広がると、第１の流路における圧力が上昇し、第２の流路における圧力が低下することで、回転ホイールを元の状態へ戻そうとする力が発生する。よって、第１の部材と第２の部材との中間位置に回転ホイールを配置することで、面振れの大きさを低減するだけでなく、振れた面をもとの位置に戻すことができる。
【００１３】
上記に記載の回転ホイール光学システムにおいて、前記回転ホイールが回転しているときに光が照射される所定の光照射領域が、前記第１の部材および前記第２の部材が平面視にて前記回転ホイールと重なる領域とは異なる領域に設けることができる。
【００１４】
光照射領域に第１の部材が重ならないようにすることで、第１の部材の材料として無色透明ではない材料を選択することができる。例えば、低コストで、加工性に優れたプラスッチックや、樹脂等の材料は有色のものが多く、透明なものよりも有色な方が比較的安い。さらに、光路上に存在する材料には透明性だけではなく、屈折率均一性や、表面精度が要求される。同様に、第２の部材の材料としても、無色透明ではない材料を選択することができる。
【００１５】
上記に記載の回転ホイール光学システムにおいて、前記光照射領域の中心を含み、かつ前記回転軸を中心とする円周上において、前記光照射領域の中心を開始点とし、前記第１の部材が平面視にて前記ホイールと重なる領域の中心を終了点としたとき、前記ホイールの回転する角度が１８０度以下とすることができる。
【００１６】
光照射領域から回転する角度が１８０度以下、つまり半周以内にすることで、発熱（光照射）後すぐに冷却を開始することができる。強制冷却は、冷却媒の温度と発熱部位の温度差が大きい程、冷却効果が大きい。よって、発熱後すぐに冷却を開始することで、高い冷却効率を実現することができる。
【００１７】
上記に記載の回転ホイール光学システムにおいて、前記第１の部材および前記第２の部材は、前記回転軸を避けるように設けることができる。
【００１８】
第１の部材を、回転ホイールの回転軸を避けずに、回転ホイールの半径方向に設けた場合、回転軸が障害となるため、第１の流路の距離を長くしにくく、また圧力損失も大きくなる欠点がある。対して、第１の部材を、回転軸を避けるように設けることで、第１の流路を長くしやすく、障害による圧力損失もないので、高い冷却効率を実現することができる。第２の部材についても、同様なことが言える。
【００１９】
上記に記載の回転ホイール光学システムにおいて、前記第１の冷却媒と前記第２の冷却媒を供給する冷却媒供給手段をさらに備え、前記第１の部材と前記第１の面との間に形成される第１の流路の内圧と前記第２の部材と前記第２の面との間に形成される第２の流路の内圧とを互いに等しくすることができる。
【００２０】
第１の流路の内圧と第２の流路の内圧とを互いに等しくすることで、回転ホイールが第１の部材と第２の部材とによって挟まれている領域に、回転ホイールの両側から互いに同程度の力をかけることができる。そのため、面振れ低減効果を高めることができる。
【００２１】
本発明のプロジェクターにおいて、上記に記載の回転ホイール光学システムと、前記回転ホイール光学システムの前段に配置された光源と、前記回転ホイール光学システムを通過した光を変調する光変調素子と、前記光変調素子により変調された光を被投射面上に投射する投射光学系と、を備えたことを特徴とする。
【００２２】
本発明の回転ホイール光学システムを用いることで、明るく、長寿命のプロジェクターを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】本プロジェクターに用いる蛍光体ホイールの例を示す概略図であり、（Ａ）は蛍光体ホイールをその回転軸と平行な方向から見た平面図であり、（Ｂ）は蛍光体ホイールの側面図である。
【図３】本プロジェクターに用いる回転ホイール光学システムの例を示す概略図であり、（Ａ）は回転ホイール光学システムを蛍光体ホイールの回転軸と平行な方向から見た平面図であり、（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】本プロジェクターに用いる回転ホイール光学システムの例を示す概略図であり、（Ａ）は回転ホイール光学システムを蛍光体ホイールの回転軸と平行な方向から見た平面図であり、（Ｂ）は図４（Ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る回転ホイール光学システム７００、およびプロジェクターＰＪについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法や比率などを適宜異ならせてある。
【００２５】
図１は、本実施形態の光源装置１００およびプロジェクターＰＪを示す概略構成図である。
プロジェクターＰＪは、図１に示すように、光源装置１００、色分離光学系２００、液晶ライトバルブ（光変調素子）４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂ、ダイクロイックプリズム（色合成素子）５００、投射光学系６００を有している。
【００２６】
プロジェクターＰＪは、概略すると以下のように動作する。光源装置１００から射出された光は、色分離光学系２００により異なる色の複数の色光に分離される。色分離光学系２００により分離された複数の色光は、それぞれ対応する液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂに入射して変調される。液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂにより変調された後の複数の色光は、ダイクロイックプリズム５００に入射して合成される。ダイクロイックプリズム５００により合成された光は、投射光学系６００によりスクリーンＳＣＲの被投射面上に拡大投射され、フルカラーの投射画像が表示される。
【００２７】
以下、プロジェクターＰＪの各構成要素について説明する。
光源装置１００は、レーザー光源１０（励起光用固体光源）、集光レンズ２２、回転ホイール光学システム７００、コリメート光学系６０、レンズアレイ１２０、レンズアレイ１３０、偏光変換素子１４０、重畳レンズ１５０がこの順に配置された構成になっている。
【００２８】
そして、回転ホイール光学システム７００は、蛍光体ホイール（回転ホイール）３０、モーター５０、第１の部材５１、第２の部材５２を備えている。
【００２９】
レーザー光源１０は、後述する蛍光体ホイール３０に備えられた蛍光体層を励起させる励起光として、発光強度のピークが例えば４４５ｎｍの青色のレーザー光を射出する青色レーザー光源である。ここでは、レーザー光源１０として、単一のレーザー光源を備えているが、複数備えても良い。また、後述する蛍光体層を励起させることができる波長の光であれば、４４５ｎｍ以外のピーク波長を有する色光を射出するレーザー光源であっても構わない。
【００３０】
集光レンズ２２は、凸レンズで構成されている。レーザー光源１０が複数備えられている場合には、集光レンズを各レーザー光源１０に対応させて一つずつ配置し、その後段に全てのレーザー光源に共通の凸レンズを一つ配置した構成としても良い。集光レンズ２２は、レーザー光源１０から射出されるレーザー光の光軸上に配置され、レーザー光源１０から射出された励起光を集光する。
【００３１】
蛍光体ホイール３０は、レーザー光源１０から射出される励起光（青色レーザー光）の一部を透過させるとともに、残りを蛍光体が吸収して、発光強度のピークが例えば約５５０ｎｍの黄色の蛍光に変換する機能を有している。したがって、蛍光体ホイール３０からは、励起光である青色光の一部と蛍光体から発光する黄色光とが合成された結果として白色光が射出されることになる。
【００３２】
図２は、本実施形態の蛍光体ホイール３０を示す概略図である。図２（Ａ）は、蛍光体ホイール３０をその回転軸と平行な方向から見た平面図であり、図２（Ｂ）は蛍光体ホイール３０の側面図である。
蛍光体ホイール３０は、図２に示すように、平面形状が円形の基体４０と、基体４０上において周方向に沿って設けられた蛍光体層４２とを有している。蛍光体ホイール３０は、基体４０の２つの主面のうち、蛍光体層４２が形成されている側の第１の面４０ａが集光レンズ２２に面するように配置され、また、集光レンズ２２により集光される励起光の焦点位置が蛍光体層４２の位置と一致するように配置されている。例えば、円形の蛍光体ホイール３０の直径は５０ｍｍであり、平面視で蛍光体ホイール３０の中心から約２２．５ｍｍ離れた位置に励起光が入射するように蛍光体ホイール３０が設けられている。そして、蛍光体層４２が発する蛍光は、基体４０の２つの主面のうち、蛍光体層４２が形成されていない側の第２の面４０ｂから射出される。本明細書においては、基体４０の第１の面４０ａを蛍光体ホイール３０の第１の面４０ａと称し、基体４０の第２の面４０ｂを蛍光体ホイール３０の第２の面４０ｂと称する。
【００３３】
図２に示すように、基体４０の中心には、シャフト４４を介してモーター５０が接続されている。そのため、蛍光体ホイール３０は、シャフト４４の中心すなわち蛍光体ホイール３０の中心を通る法線を回転軸として回転可能である。モーター５０は、蛍光体ホイール３０を例えば７５００ｒｐｍで回転させる。この場合、蛍光体ホイール３０上の励起光の照射領域（ビームスポット）は、約１８ｍ／秒で移動する。すなわち、モーター５０は、蛍光体ホイール３０上におけるビームスポットの位置を変位させる位置変位手段として機能する。これにより、励起光が蛍光体ホイール３０上の同一の位置を照射し続けないため、照射領域の熱劣化を防止し、回転光学ホイールシステムを長寿命化することができる。また、第１の部材５１、第２の部材５２の機能については、回転ホイール光学システム７００の説明として、後述する。
【００３４】
蛍光体層４２は、上述したように、レーザー光源１０から射出される励起光（青色レーザー光）の一部を透過させるとともに、残りを吸収して黄色（発光強度のピーク：約５５０ｎｍ）の蛍光を発光する。蛍光体層４２から射出される光は、青色の励起光の一部と黄色の蛍光とが混色することで白色光を形成している。
さらに、蛍光体層４２は、光透過性を有する基材と、蛍光を発する複数の蛍光体粒子と、光透過性を有する粒子状の物質である複数のフィラー粒子と、を有している。基材の内部には、複数の蛍光体粒子および複数のフィラー粒子が含まれている。基材の形成材料としては、光透過性を有する樹脂材料を用いることができ、例えば高い耐熱性を有するシリコーン樹脂（屈折率：約１．４）を好適に用いることができる。
【００３５】
蛍光体粒子は、図１に示すレーザー光源１０から射出される励起光を吸収し、蛍光を発する粒子状の蛍光物質である。例えば、蛍光体粒子には、波長が約４４５ｎｍの青色レーザー光によって励起されて蛍光を発する物質が含まれており、レーザー光源１０が射出する励起光の一部を、赤色の波長帯域から緑色の波長帯域までを含む光、すなわち黄色光に変換して射出する。
このような蛍光体粒子として、平均粒径が１μｍから数十μｍ程度のものが高い発光効率を示すことが知られている。蛍光体粒子としては、公知のＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。例えば、平均粒径が１０μｍの（Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅで示される組成のＹＡＧ系蛍光体（屈折率：約１．８）を用いることができる。なお、蛍光体粒子の構成材料は、１種類であっても良いし、２種類以上の構成材料からなる粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いても良い。
【００３６】
フィラー粒子は、蛍光体層４２に入射する励起光および蛍光体粒子から発せられる蛍光を拡散させる機能を有している。フィラー粒子の構成材料としては、光透過性を有する粒子状物質であれば、樹脂材料や無機材料など広範な種類の材料を用いることができる。中でも、高い耐熱性を有する無機材料を好適に用いることができ、例えば平均粒径が１０μｍのＡｌ2Ｏ3（屈折率：約１．８）を用いることができる。
【００３７】
コリメート光学系６０は、図１に示すように、蛍光体ホイール３０からの光の広がりを抑える第１レンズ６２と、第１レンズ６２から入射される光を略平行化する第２レンズ６４とを備え、全体として蛍光体ホイール３０から射出された光を平行化するものである。第１レンズ６２と第２レンズ６４とは凸レンズで構成されている。
【００３８】
レンズアレイ１２０およびレンズアレイ１３０は、コリメート光学系６０から射出された光の輝度分布を均一化するものである。レンズアレイ１２０は、複数の第１マイクロレンズ１２２を含んでおり、レンズアレイ１３０は複数の第２マイクロレンズ１３２を含んでいる。第１マイクロレンズ１２２は、第２マイクロレンズ１３２と１対１で対応している。
コリメート光学系６０から射出された光は、複数の第１マイクロレンズ１２２に空間的に分かれて入射する。第１マイクロレンズ１２２は、入射した光を対応する第２マイクロレンズ１３２に結像させる。これにより、複数の第２マイクロレンズ１３２の各々に、二次光源像が形成される。なお、第１マイクロレンズ１２２、第２マイクロレンズ１３２の外形形状は、液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂ各々の画像形成領域の外形形状と略相似形となっている。
【００３９】
偏光変換素子１４０は、レンズアレイ１２０、およびレンズアレイ１３０から射出された光Ｌの偏光状態を揃えるものである。偏光変換素子１４０は、蛍光体ホイール３０からの光Ｌが入射され、入射された光Ｌに含まれる偏光方向が互いに異なる２つの光、例えばＰ偏光とＳ偏光とを分離する偏光分離素子と、偏光方向が互いに異なる２つの光のうちの一方の光の偏光方向を他方の光の偏光方向に変換する位相差板と、を有している。さらに、偏光分離素子は、レンズアレイ１３０の各第２マイクロレンズ１３２からの光Ｌの入射位置に応じて偏光分離膜（以下、ＰＢＳ膜と称する）とミラーとを有している。
各入射領域に入射した光Ｌは、ＰＢＳ膜によりＰ偏光（ＰＢＳ膜に対するＰ偏光）とＳ偏光（ＰＢＳ膜に対するＰ偏光）とに分離される。Ｐ偏光、Ｓ偏光のうち一方の偏光（例えばＳ偏光）は、ミラーで反射した後、位相差板に入射する。位相差板に入射したＳ偏光は、位相差板により偏光状態が他方の偏光（ここではＰ偏光）の偏光状態に変換されてＰ偏光、Ｓ偏光のうち一方の偏光（ここではＰ偏光）になり、射出される。
【００４０】
重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された光を液晶ライトバルブ（被照明領域）４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにて重畳させるものである。光源装置１００から射出された光は、空間的に分割された後、重畳されることにより輝度分布が均一化されて光線軸１００ａｘ周りの軸対称性が高められる。
【００４１】
色分離光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０、ミラー２３０、ミラー２４０、ミラー２５０、リレーレンズ２６０、リレーレンズ２７０を含んでいる。
ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０は、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる特性を有している。ここでは、ダイクロイックミラー２１０は、緑色光と青色光とを反射させ、赤色光を透過させる特性を有している。ダイクロイックミラー２２０は、ダイクロイックミラー２１０を透過した緑色光と青色光のうち、緑色光を反射させ、青色光を透過させる特性を有している。
【００４２】
光源装置１００から射出された光Ｌは、ダイクロイックミラー２１０に入射する。光Ｌのうちの赤色光Ｒは、ダイクロイックミラー２１０を通ってミラー２３０に入射し、ミラー２３０で反射してフィールドレンズ３００Ｒに入射する。赤色光Ｒは、フィールドレンズ３００Ｒにより平行化された後に、赤色光変調用の液晶ライトバルブ４００Ｒに入射する。
【００４３】
光Ｌのうちの緑色光Ｇと青色光Ｂとは、ダイクロイックミラー２１０で反射して、ダイクロイックミラー２２０に入射する。緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー２２０で反射してフィールドレンズ３００Ｇに入射する。緑色光Ｇは、フィールドレンズ３００Ｇにより平行化された後に、緑色光変調用の液晶ライトバルブ４００Ｇに入射する。
【００４４】
一方、ダイクロイックミラー２２０を通った青色光Ｂは、リレーレンズ２６０を通りミラー２４０で反射した後、リレーレンズ２７０を通りミラー２５０で反射してフィールドレンズ３００Ｂに入射する。青色光Ｂは、フィールドレンズ３００Ｂにより平行化された後に、青色光変調用の液晶ライトバルブ４００Ｂに入射する。
【００４５】
液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂは、例えば透過型の液晶ライトバルブ等の光変調装置により構成されている。液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給するパーソナルコンピューター等の信号源（図示略）と電気的に接続されている。
液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂは、供給された画像信号に基づいて、入射光を画素毎に変調して画像を形成する。液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂは、それぞれ赤色画像、緑色画像、青色画像を形成する。液晶ライトバルブ４００Ｒ、液晶ライトバルブ４００Ｇ、液晶ライトバルブ４００Ｂにより変調された光（形成された画像）は、ダイクロイックプリズム５００に入射する。
【００４６】
ダイクロイックプリズム５００は、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズム５００の内面になる。ダイクロイックプリズム５００の内面に、赤色光が反射し緑色光が透過するミラー面と、青色光が反射し緑色光が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。
ダイクロイックプリズム５００に入射した緑色光は、ミラー面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズム５００に入射した赤色光、青色光は、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。このようにして３つの色光（画像）が重ね合わされて合成され、合成された色光が投射光学系６００によってスクリーンＳＣＲに拡大投射される。
【００４７】
図３は、本実施形態の回転ホイール光学システム７００を示す概略図である。図３（Ａ）は、回転ホイール光学システム７００を蛍光体ホイール３０の回転軸と平行な方向から見た平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
図３のように、回転ホイール光学システム７００は、蛍光体ホイール３０（回転ホイール）、モーター５０、第１の部材５１、第２の部材５２、ファン５３を備えている。第１の部材５１は蛍光体ホイール３０の第１の面４０ａ側に設けられ、第２の部材５２は蛍光体ホイール３０の第２の面４０ｂ側に設けられている。蛍光体ホイール３０の光学的な構成と、発光の原理とは、前述のとおりである。また、後述する光照射領域Ａの熱劣化防止のために、蛍光体ホイール３０が回転軸の周りに回転可能である点も前述のとおりである。
【００４８】
図３（Ａ）において符号Ａで示した領域は、蛍光体ホイール３０に励起光が照射される光照射領域である。光照射領域Ａの第１の部材５１との相対的な位置関係および光照射領域Ａの第２の部材５２との相対的な位置関係は固定されているが、蛍光体ホイール３０は回転軸の周りに回転しているため、実際には、蛍光体ホイール３０上での光照射領域Ａは回転軸の周りを移動する。
【００４９】
ここでは、第１の部材５１、第２の部材５２の機能について説明する。図３（Ｂ）に示したように、第１の部材５１の断面は、筒状ではなく、蛍光体ホイール３０の第１の面４０ａに向かって開口した形状を有している。図３（Ｂ）では、矩形の形状を有しているが、例えばＵ字型の断面形状を有していてもよい。これにより、第１の部材５１と蛍光体ホイール３０の第１の面４０ａとの間に、第１の冷却媒が導かれる第１の流路Ｘが形成される。第２の部材５２の断面も、筒状ではなく、蛍光体ホイール３０の第２の面４０ｂに向かって開口した形状を有している。これにより、第２の部材５２と蛍光体ホイール３０の第２の面４０ｂとの間に、第２の冷却媒が導かれる第２の流路Ｙが形成される。
【００５０】
図３（Ａ）のように、冷却媒供給手段の一例であるファン５３から供給された第１の冷却媒は第１の流路Ｘに沿って第１の面４０ａの上を流れることで、蛍光体ホイール３０を冷却する。また、ファン５３から供給された第２の冷却媒は第２の流路Ｙに沿って第２の面４０ｂの上を流れることで、蛍光体ホイール３０を冷却する。なお、本実施形態では、冷却媒として空気を用いた。
蛍光体ホイール３０を回転軸と平行な方向から見たとき、第１の部材５１と第２の部材５２とは平面視にて互いに重なる。さらに、図３（Ｂ）に示したように、蛍光体ホイール３０が回転していない状態において、蛍光体ホイール３０は、第１の部材５１と第２の部材５２との中間位置に配置されている。
つまり、蛍光体ホイール３０が回転していない状態において、蛍光体ホイール３０の第１の面４０ａと第１の部材５１との間に形成される第１の流路Ｘ（冷却路）の断面積が、蛍光体ホイール３０の第２の面４０ｂと第２の部材５２との間に形成される第２の流路Ｙ（冷却路）の断面積と等しくなるように、第１の部材５１と第２の部材５２とが構成されている。また、一つのファン５３から供給される冷却媒を第１の冷却媒と第２の冷却媒とに分配することで、第１の流路Ｘに供給される第１の冷却媒の流量は第２の流路Ｙに供給される第２の冷却媒の流量と等しく、第１の流路Ｘに供給される第１の冷却媒の流速は第２の流路Ｙに供給される第２の冷却媒の流速と等しい。つまり、第１の流路の内圧と第２の流路の内圧とは互いに等しい。第１の部材５１と第２の部材５２は、光照射領域Ａから半周（１８０度）以内である９０度に配置されている。第１の部材５１は蛍光体ホイール３０の周方向に第１の冷却媒が流れるように配置され、第２の部材５２は、蛍光体ホイール３０の周方向に第２の冷却媒が流れるように配置されている。つまり、第１の冷却媒が流れる方向および第２の冷却媒が流れる方向は蛍光体ホイール３０の回転方向と一致する。
【００５１】
本実施形態による蛍光体ホイール３０では、蛍光体ホイール３０を回転軸と平行な方向から見たとき、第１の部材５１と第２の部材５２とは平面視にて互いに重なる構成となっている。第１の流路Ｘの内圧に応じた力が蛍光体ホイール３０に第１の部材５１側からかかり、第２の流路Ｙの内圧に応じた力が蛍光体ホイール３０に第２の部材５２側からかかる。
このように、第１の流路Ｘに第１の冷却媒を流し、第２の流路Ｙに第２の冷却媒を流すことによって、蛍光体ホイール３０が第１の部材５１と第２の部材５２とによって挟まれている領域に、蛍光体ホイール３０の両側から力をかけることができる。このため、蛍光体ホイール３０の面振れを低減することができる。
【００５２】
また、蛍光体ホイール３０に第１の部材５１側からかかる力は、蛍光体ホイール３０と第１の部材５１とが互いに重なる面積に比例し、蛍光体ホイール３０に第２の部材５２側からかかる力は、蛍光体ホイール３０と第２の部材５２とが互いに重なる面積に比例する。そこで、第１の流路Ｘの内圧を第２の流路Ｙの内圧と等しくすれば、蛍光体ホイール３０が第１の部材５１と第２の部材５２とによって挟まれている領域に、蛍光体ホイール３０の両側から互いに同程度の力をかけることができる。そのため、さらなる面振れ低減を実現することができる。
【００５３】
また、本実施形態による蛍光体ホイール３０では、第１の部材５１と第２の部材５２との中間位置に蛍光体ホイール３０を配置しているため、第１の部材５１と蛍光体ホイール３０の第１の面４０ａとの距離と、第２の部材５２と蛍光体ホイール３０の第２の面４０ｂとの距離がほぼ等しい。つまり、蛍光体ホイール３０が回転していない状態において、第１の流路Ｘの断面積が、第２の流路Ｙの断面積と等しくなるように、第１の部材５１と第２の部材５２とが構成されている。
【００５４】
互いに同面積の断面を持つ第１の流路Ｘと第２の流路Ｙそれぞれに、互いに同じ流量（単位時間当たりに流れる冷却媒の量）の第１の冷却媒と第２の冷却媒を供給することで、蛍光体ホイール３０の第１の面４０ａと第２の面４０ｂとに互いに同じ力をかけることができ、面振れ低減を実現することができる。さらに、例えば第１の部材５１と回転ホイール３０との距離が縮まり、第２の部材５２と回転ホイール３０との距離が広がると、第１の流路Ｘにおける流路面積当たりの流量が増加して圧力が上昇し、第２の流路Ｙにおける流路面積当たりの流量が減少して圧力が低下することで、回転ホイールを元の状態へ戻そうとする力が発生する。
よって、第１の部材５１と第２の部材５２との中間位置に蛍光体ホイール３０を配置することで、面振れの低減だけでなく、面振れが発生したときに振れた面を元の位置に戻す面振れ補正効果も得ることができる。
【００５５】
また、本実施形態による蛍光体ホイール３０では、蛍光体ホイール３０が回転しているときに光が照射される光照射領域Ａが、第１の部材５１および第２の部材５２が平面視にて蛍光体ホイール３０と重なる領域とは異なる領域に設けられている。
光照射領域Ａに第１の部材５１が重ならないようにすることで、第１の部材５１の材料として無色透明ではない材料を選択することができる。例えば、低コストで、加工性に優れたプラスッチックや、樹脂等の材料は有色のものが多く、透明なものよりも有色な方が比較的安い。さらに、屈折率均一性や、表面精度を考慮する必要がなく、低コスト化が可能となる。同様に、光照射領域Ａに第２の部材５２が重ならないようにすることで、第２の部材の材料としても、無色透明ではない材料を選択することができる。
【００５６】
また、本実施形態による蛍光体ホイール３０では、光照射領域Ａの中心を含み、かつ蛍光体ホイール３０の回転軸を中心とする円周上において、光照射領域Ａの中心を開始点とし、第１の部材５１が平面視にて蛍光体ホイール３０と重なる領域の中心を終了点としたとき、蛍光体ホイール３０の回転する角度が９０度に設定されている。
光照射領域Ａから回転する角度が９０度以下にすることで、発熱（光照射）後すぐに冷却を開始することができる。強制冷却は、冷却媒の温度と発熱部位の温度差が大きい程、冷却効果が大きい。よって、発熱後すぐに冷却を開始することで、高い冷却効率を実現することができる。逆に、光照射領域Ａと第１の部材５１および第２の部材５２とが離れている方が、第１の部材５１の配置および第２の部材５２の配置が容易になり、第１の部材５１の形状の制約および第２の部材５２の形状の制約が小さくなる。本実施形態では、冷却効果の大きさと、配置の容易さを考慮し、光照射領域Ａから回転する角度を９０度とした。冷却効果のみを考えると、回転する角度を１８０度以下（半周以内）にすることで、１８０度よりも大きい場合に比べて発熱部位の温度が高いため、冷却効率を高めることができる。
【００５７】
また、本実施形態による蛍光体ホイール３０では、蛍光体ホイール３０の第１の面４０ａと第１の部材５１との間に形成される第１の流路Ｘは、蛍光体ホイール３０の回転軸と交差しない。より具体的には、第１の部材５１は、モーター５０のシャフト４４を避けるように設けられている。第１の部材５１が蛍光体ホイール３０の半径方向に設けられた場合、回転軸が障害となるため、第１の流路Ｘ（冷却路）を長くしにくく、また圧力損失も大きくなる欠点がある。対して、第１の部材５１を、モーター５０のシャフト４４を避けるように設けることで、第１の流路Ｘ（冷却路）を長くしやすく、障害による圧力損失もないので、冷却効率をさらに高めることができる。第２の部材５２も第１の部材５１と同様な形態で配置することにより、冷却効率をさらに高めることができる。
【００５８】
また、本実施形態による蛍光体ホイール３０では、冷却媒が流れる方向は蛍光体ホイール３０の回転方向と一致する。冷却媒は、冷却の過程で温度が上昇していく。冷却媒の流れる方向と蛍光体ホイール３０の回転方向を一致させることで、冷却媒が最も低温で、発熱部位が最も高温の状態から強制冷却（空冷）を開始することができる。冷却媒の温度と発熱部位の温度差が大きい程、冷却効果が大きいので、冷却効率をさらに高めることができる。
【００５９】
また、本実施形態による蛍光体ホイール３０では、冷却媒の流速が速い場合を想定しているが、冷却媒の流速が遅い場合は、蛍光体ホイール３０の回転方向と逆方向へ冷却媒を流すことで、蛍光体ホイール３０に対する相対的な流速を上げることができる。
これにより、冷却媒の流速が遅いときは、相対的な流速を上げることで、冷却効率を大きく向上させることができる。冷却媒の流速が速い場合は、流速の上昇が冷却効率に与える影響が小さくなるので、本実施形態で説明したように、蛍光体ホイール３０の回転方向と冷却媒の方向を一致させた方が好ましい。  
【００６０】
〔第２実施形態〕
図４は、第２実施形態の回転ホイール光学システム８００を示す概略図である。図４（Ａ）は、回転ホイール光学システム８００を蛍光体ホイール３０の回転軸と平行な方向から見た平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
回転ホイール光学システム８００は、第１実施形態の回転ホイール光学システム７００とは、第１の部材の形状および第２の部材の形状において異なっている。図４のように、第１の部材５４と第２の部材５５はいずれも、平面視において円弧状に湾曲した部位を有しており、回転軸の周りに設けられている。
【００６１】
冷却風供給手段の一例であるファン５３から供給された第１の冷却媒は第１の流路Ｘに沿って第１の面４０ａの上を流れることで、蛍光体ホイール３０を冷却する。また、ファン５３から供給された第２の冷却媒は第２の流路Ｙに沿って第２の面４０ｂの上を流れることで、蛍光体ホイール３０を冷却する。なお、本実施形態では、冷却媒として空気を用いた。
蛍光体ホイール３０を回転軸と平行な方向から見て、第１の部材５４と第２の部材５５とは平面視にて互いに重なり、さらに、図４（Ｂ）に示したように、蛍光体ホイール３０は第１の部材５４と第２の部材５５の中間位置に配置されている。
また、第１の部材５４と第２の部材５５はいずれも、蛍光体ホイール３０の形状に合わせて円弧状の形状を持ち、モーター５０のシャフト４４を避けるように設けられている。第１の部材５４を円弧状とすることで、蛍光体ホイール３０の第１の面４０ａと第１の部材５４とによって形成される第１の流路Ｘを長くすることができる。また、第２の部材５５を円弧状とすることで、蛍光体ホイール３０の第２の面４０ｂと第２の部材５５とによって形成される第２の流路を長くすることができる。そのため、第１実施形態の回転ホイール光学システム７００と比較して、蛍光体ホイール３０に力がかかる領域の面積を大きくすることができる。そのため、面振れの低減効果と、面振れ補正効果と、冷却効果をさらに高めることができる。また、第１の流路および第２の流路が鋭角に折れ曲がらないため、圧力損失を低減することができる。
【００６２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば蛍光体ホイール３０として、基体４０上に蛍光体層４２を形成する例を示したが、基体４０中に蛍光体を分散させる構成としても良い。また、蛍光体ホイール（回転ホイール）３０の形状は円形に限らず、四角形や多角形などを用いても良い。回転ホイール３０として多角形を用いた場合でもレーザー照射領域が回転ホイール３０の内側であれば、レーザー照射スポットの軌跡は円となる。したがって、回転ホイール３０として多角形を用いた場合でも、レーザー照射スポットの軌跡は円形となる。
【００６３】
また、基体４０は複数の部品（例えば扇形の部品）を組み合わせた構成としても良い。また、基体４０に複数の蛍光体層４２を設けても良い。例えば、一つの基体４０上に複数の領域を設定し、領域毎に、蛍光体種類、蛍光体層の厚み、蛍光体層のありなしを選択し、時分割で発光色が変化する回転ホイールを製造することもできる。
基体４０が複数の部品（例えば扇形）で構成される場合も、部品毎に蛍光体種類、蛍光体層の厚み、蛍光体層のありなしを選択し、時分割で発光色が変化する回転ホイールを製造することもできる。
【００６４】
また、光源から射出される光の波長域と蛍光体材料との組み合わせについては、適宜変更が可能である。第１の部材の形状、第２の部材の形状、第１の部材の配置、第２の部材の配置、冷却風供給手段、流量、流速についても、適宜変更可能である。
【００６５】
また、蛍光体ホイール３０を密閉容器に収納して、冷却媒として液体を用いても良い。
【００６６】
また、上記の第１実施形態と第２実施形態では、第１の部材と第２の部材とが平面視で互いに完全に重なっている例を示したが、それは必須ではない。
【００６７】
プロジェクターＰＪの各光学要素の具体的な構成、配置、形状、数等についても、上記実施形態に限ることなく、適宜変更が可能である。例えば、回転ホイールは必ずしも蛍光体ホイール３０である必要はなく、白色光源の光を時分割で色分離する色分離素子であってもよい。色分離素子は、たとえばダイクロイックミラーを組み合わせて製造されるカラーホイールである。
【符号の説明】
【００６８】
１０…レーザー光源（励起光用光源）、３０…蛍光体ホイール（回転ホイール）、４４…シャフト（回転軸）、５０…モーター、５１…第１の部材、５２…第２の部材、５４…第１の部材、５５…第２の部材、１００…光源装置、１４０…偏光変換素子、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶ライトバルブ（光変調素子）、６００…投射光学系、７００，８００…回転ホイール光学システム、ＰＪ…プロジェクター。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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