(57)【要約】      （修正有）【課題】高画質な画像をするために光の利用効率を改善できる波長変換部材及びそれを用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】蛍光体層１０４ｄから発した蛍光は、１つの出射点ＥＰに着目すると、出射点ＥＰから光偏向部１０４ｅ内に進入し放射状に広がりながら円錐面１０４ｇに向かって進行する。円錐面１０４ｇに入射した光は、その境界における屈折率差により、屈折して出射する光ＥＪＬと、界面での全反射により蛍光体層１０４ｄ側に戻される戻り光ＰＲＬとに分離される。戻り光ＰＲＬは、再び蛍光体層１０４ｄに入射するが、蛍光体層１０４ｄの散乱や、蛍光体層１０４ｄの下面（光偏向部１０４ｅと蛍光体層１０４ｄを挟んで反対側の面）に隣接して設けられた反射・透過層で反射され、角度を変えて再度蛍光体層１０４ｄから光偏向部１０４ｅへと出射する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の少なくとも一部に蛍光体層と光偏向部とを積層してなる波長変換部材であって、光源から出射した第１の波長の光を、少なくとも一枚の正のパワーを有するレンズまたはミラーを含む集光光学系を介して入射する波長変換部材において、
前記第１の波長の光が前記波長変換部材の前記透明基板を介して前記蛍光体層に入射したときに、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光に変換され、更に散乱された後に、前記光偏向部を介して外部へと出射するようになっており、
前記光偏向部は、前記第２の波長の光の一部を透過し残りを反射する円錐面を有する光学要素を並べて配置している波長変換部材。
【請求項２】
前記波長変換部材は、前記蛍光体層で変換された第２の波長の光を散乱させる散乱部を有する請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項３】
前記蛍光体層と前記散乱部とは一体である請求項２に記載の波長変換部材。
【請求項４】
前記光偏向部の光学要素は、前記第２の波長の光の出射側から見てマトリクス状に配置されている請求項１〜３のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項５】
前記光偏向部の光学要素は、前記円錐面の先端が平面である請求項１〜４のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項６】
前記光偏向部の光学要素は、前記円錐面の先端が曲面である請求項１〜４のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項７】
前記光偏向部は、ガラス転移点（Ｔｇ）が１５０℃以上の材料から形成されている請求項１〜６のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項８】
前記光偏向部は、無機材料から形成されている請求項１〜７のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項９】
前記蛍光体層は、無機蛍光体を含む層からなる請求項１〜８のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項１０】
前記波長変換部材は、前記集光光学系を介して前記第１の波長の光が入射する部位に、前記第１の波長の光は透過するが、前記第２の波長の光は反射する選択的光透過部を設けた請求項１〜９のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項１１】
前記選択的光透過部は、誘電体多層膜を有する請求項１０に記載の波長変換部材。
【請求項１２】
前記第２の波長のうち最も光強度が高い波長は５００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲内である請求項１〜１１のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項１３】
前記第１の波長は最も光強度が高い波長が４８０ｎｍ以下である請求項１〜１２のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項１４】
前記第１波長の光が前記蛍光体層に入射した際の発光面積は５０ｍｍ2以下である請求項１〜１２のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項１５】
前記蛍光体層及び前記光偏向部は、前記集光光学系を介して前記第１の波長の光が入射する部位の一部に設けられている請求項１〜１４のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項１６】
第１の波長の光を出射する光源と、少なくとも一枚の正のパワーを有するレンズまたはミラーを含む集光光学系と、前記集光光学系を介して集光された前記第１の波長の光を入射する請求項１〜１５のいずれかに記載の波長変換部材と、を有する画像形成装置。
【請求項１７】
前記光源は半導体レーザである請求項１６に記載の画像形成装置。
【請求項１８】
前記波長変換部材を回転させる回転駆動部を有し、前記波長変換部材は、前記回転駆動部によって前記波長変換部材を回転させることによって、前記集光光学系を介して集光された前記第１の波長の光が前記蛍光体層に入射する位置と、それ以外の位置とを選択的にとる請求項１６又は１７に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換部材及び画像形成装置に関し、特に小型の画像投影装置のような画像形成装置に好適に用いられる波長変換部材及びそれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の一種である画像投影装置においては、液晶やミラー偏向型のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等を用いて投影画像を形成しているものがあるが、かかる画像を投影するための光源として、従来から放電ランプが広く利用されている。しかしながら、放電ランプは寿命が短く信頼性が低いという問題点があり、更には環境保護の要請もある。これに対し、近年では半導体レーザや発光ダイオードの固体光源の開発が進み、画像投影装置の光源として用いられるようになってきた。
【０００３】
ここで、投影画像を形成する際には、光の三原色として、赤色、緑色、青色の三色の高強度光が必要になるが、例えば半導体レーザとしては、赤色のレーザと青色のレーザは高輝度のものが実用化されているのに対し、十分に高輝度の緑色のレーザはまだ実用化されていないという問題がある。そこで、青色レーザ光を波長変換して、緑色の高強度光を創成しようとする試みがある。具体的な波長変換の例としては、４５０ｎｍ前後の青色レーザ光を、セリウム賦活イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）などの蛍光体層に集光させると、蛍光体層で励起されることにより緑色の光が発光することとなる。又、青色レーザ光を波長変換して赤色の高強度光を創成することも行われている。特許文献１には、青色レーザ光を赤色蛍光体層に入射させることで赤色光を励起させ、また青色レーザ光を緑色蛍光体層に入射させることで緑色光を励起させる蛍光ホイールが開示されており、これにより用いるレーザを単一色とできるためコスト的に有利である。
【０００４】
一方、画像投影装置の小型化や省エネを推進する上では、光源自体をなるべく小さくしつつ、光の利用効率を高めたいという要請もある。一般に、画像投影装置の光利用効率を高くする手法として、光源の発光面積と光源から出射する光束の立体角との積であるエタンデユを小さくすることが挙げられる。例えばレーザ光を、ガウス分布状のスポット光として蛍光体層に集光させる場合を考えると、スポット光の面積が光源の発光面積となる。ところが、蛍光体層から蛍光発光した光の配光特性は、拡散性が高いという特徴があり、一般的には指向性が一様なランバーシャン分布となる。かかる場合、エタンデユを小さくするには、スポット光を小さくするか、配光特性の指向性を高くして発光光束の立体角を小さくすればよい。ところが、照射するスポット光を小さくすることは、集光光学系のパワーを大きくすることで可能となるが、励起光のエネルギーに対する蛍光光のエネルギー比である蛍光変換効率は、単位面積当たりの光エネルギーである光密度が高くなると、蛍光体の吸収飽和によって低下するという特性がある。このため、蛍光体層の吸収飽和を生じる一定の光密度以上にスポット光の面積を小さくしても光利用効率は向上しない。したがって、光源の高輝度化、高効率化を図るため、光源の蛍光発光の立体角を小さくする、すなわち光源の配光特性の指向性を高くすることが望まれている。
【０００５】
このような課題に対して、特許文献２では、蛍光体層に近接してプリズムアレイを設けている。このプリズムアレイは微小な四角錐形状のプリズムを平面上に配置してなる。蛍光体層から励起された後にプリズムアレイに入射した蛍光は、プリズム面への入射角に対応して、屈折光と反射光に分離され、屈折光はそのまま出射するのに対して、反射光は蛍光体層で拡散反射し再びプリズムアレイへ入射する。この多重反射により、プリズムアレイを出射する光の配光の配光特性を向上できるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９-２７７５１６号公報
【特許文献２】特開２０１２−２７０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２においては、プリズムアレイの多重反射を利用するため、吸収や導光による効率のロスが発生してしまい、特定の角度範囲ではエタンデュが小さくなり比較的効率がよいものの、全域でみると効率の低下が生じている。従って、光の利用効率を更に高めることが望まれている。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、高画質な画像をするために光の利用効率を改善できる波長変換部材及びそれを用いた画像形成装置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】
【０００９】
本発明の波長変換部材は、透明基板の少なくとも一部に蛍光体層と光偏向部とを積層してなる波長変換部材であって、光源から出射した第１の波長の光を、少なくとも一枚の正のパワーを有するレンズまたはミラーを含む集光光学系を介して入射する波長変換部材において、
前記第１の波長の光が前記波長変換部材の前記透明基板を介して前記蛍光体層に入射したときに、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光に変換され、更に散乱された後に、前記光偏向部を介して外部へと出射するようになっており、
前記光偏向部は、前記第２の波長の光の一部を透過し残りを反射する円錐面を有する光学要素を並べて配置しているものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高画質な画像をするために光の利用効率を改善できる波長変換部材及びそれを用いた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態にかかる画像形成装置としての画像投影装置１００の概略構成図である。
【図２】蛍光体ホイール１０４の斜視図である。
【図３】蛍光体ホイール１０４の断面図である。
【図４】光偏向部１０４ｅを側方から見た図である。
【図５】光偏向部１０４ｅを出射側から見た図である。
【図６】光偏向部１０４ｅの変形例を示す図である。
【図７】光偏向部１０４ｅを拡大して示す断面図である。
【図８】シミュレーション結果を示す図である。
【図９】円錐面１０４ｇの軸線を含む断面図である。
【図１０】シミュレーション結果を示す図である。
【図１１】光偏向部からの配光特性を示す図である。
【図１２】実施例Ａ〜Ｃのシミュレーションに用いた光偏向部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる画像形成装置としての画像投影装置１００の概略構成図である。ここでは、光変調素子として、反射型のミラーアレイ(ＤＭＤ：Digital Mirror Device)を用いた画像投影装置の構成例を示すが、これに限定されず反射・液晶(ＬＣＯＳ：Liquid crystal on silicon)や透過型液晶を用いた光変調素子を採用しても良い。又、複数の光変調素子を組合せて用いても良い。
【００１３】
画像投影装置１００は、光源１０１からミラーアレイ素子１１５の手前までの照明部ＩＬと、ミラーアレイ素子１１５から投影レンズ１１６までの光学エンジン部ＯＥとを備える。光学エンジン部ＯＥは、照明部ＩＬから射出された光を光学的に処理して画像光を生成し、その画像光を外部の物体面に拡大投影する機能を有する。物体面とは、壁、スクリーン、ホワイトボードや、立体物などである。光学エンジン部ＯＥは、ミラーアレイ素子１１５と、照明光と投影光の分岐素子となるＴＩＲプリズム１１４と、ミラーアレイ素子１１５で生成された像を拡大投影する投影レンズ１１６で構成される。ＴＩＲプリズム１１４は、後に述べる照明部ＩＬでも共用される。
【００１４】
光学エンジン部ＯＥの構成は、最小構成として上述の３要素を備え、ミラーアレイ素子１１５と投影レンズ１１６の光路中に分岐素子が入る構成であれば良い。また、必要に応じて、光路上にその他の光学素子を加えても良い。そのような光学素子としては、例えば、偏光状態を変化させる波長板や、偏光フィルタ、色味を補正するフィルタ等がある。
【００１５】
ミラーアレイ素子１１５は、制御部ＣＯＮＴからの画像に対応してＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分に分解された信号に対し、微小なミラー素子の傾きを独立して変化させ、各ミラー素子毎に反射光が投影レンズ１１６の有効Ｆナンバーの角度範囲となる時間を変えることで変調された画像を生成する。
【００１６】
また、その際に、ミラーアレイ素子１１５を、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分についてそれぞれ時間的に分割されたいわゆるカラーフィールドシーケンシャル方式で画像を生成し、フルカラーの映像を投影することができる。このとき、ミラーアレイ素子１１５のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の画像を形成するためのミラー素子の傾き（フィールド）と、照明部ＩＬのＲ（赤外光）、Ｇ（緑色光）、Ｂ（青色光）の発光タイミングとを同期させている。
【００１７】
一方、照明部ＩＬは、第１光源１０１と、少なくとも１枚の正レンズ又はミラーを含むビーム縮小光学系１０２と、ビームエキスパンダ１０３と、波長変換部材である蛍光体ホイール１０４と、回転駆動部としてのモータ１０５と、第１コリメートレンズ１０６と、第２光源１０７と、第２コリメートレンズ１０８と、ダイクロイックミラー１０９と、第１リレー光学系１１０と、ライトパイプ１１１と、第２リレー光学系１１２と、ＴＩＲプリズム１１４とを有する。第１光源１０１と第２光源１０７は、光源用ドライバＤＲによって発光駆動される。ビーム縮小光学系１０２とビームエキスパンダ１０３とで集光光学系を構成する。
【００１８】
図２は、蛍光体ホイール１０４の斜視図であり、図３は、蛍光体ホイール１０４の概略断面図である。図２において、蛍光体ホイール１０４は、透明な円盤状のガラス基板１０４ａの上面外周近傍において、周方向に沿って帯状に光変換部１０４ｂを形成したものである。但し、光変換部１０４ｂは、ガラス基板１０４ａの半周分しか形成されておらず、残りはガラス基板１０４ａのままである。尚、ガラス基板１０４ａの中央には、モータ１０５の回転軸と連結するための孔１０４ｐが形成されている。
【００１９】
図３において、光変換部１０４ｂは、ガラス基板１０４ａ側から、反射・透過層１０４ｃ、蛍光体層１０４ｄ、光偏向部１０４ｅとを積層して形成されている。選択的光透過部としての反射・透過層１０４ｃは誘電体多層膜からなり、第１の波長の光を透過するが、第２の波長の光は反射するようになっている。蛍光体層１０４ｄとしては、セリウム賦活イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）（この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組織はＹ3（Ａｌ,Ｇａ）5Ｏ12である）、Ｃｅ又はセリウム賦活ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬｕＡＧ：Ｃｅ）、またはβサイアロン蛍光体等を用いることができるが、第１の波長の光を入射したときに、第２の波長の光として５００ｎｍから５６０ｎｍにピーク波長がある蛍光発光を行える蛍光体であれば良い。本実施の形態では、無機蛍光体を含む蛍光体層１０４ｄは５μｍから４０μｍ程度の微粒子となっており、これに入射光、蛍光光が当たって散乱するようになっている。すなわち、蛍光体層１０４ｄは散乱部と一体化している。但し、蛍光体層１０４ｄと光偏向部１０４ｅとの間に、別の散乱部を設けても良いし、蛍光体層１０４ｄに蛍光体とは異なる散乱粒子を混ぜても良い。
【００２０】
図４は、光偏向部１０４ｅを側方から見た図であり、図５は、光偏向部１０４ｅを出射側から見た図である。図に示すように、光偏向部１０４ｅは、同一形状である複数の微小な光学要素１０４ｈの集合体である。より具体的には、個々の光学要素１０４ｈは、図４に示すように、蛍光体層１０４ｄに接するベースの厚みを有する基部１０４ｆと、その上に連結され空気に接している円錐面１０４ｇとから一体的に形成されたものであり、この光学要素１０４ｈをマトリクス状に並べている。「マトリクス状」とは、図５に示すように１つの基部１０４ｈの辺を、隣接する３つの基部１０４ｈの辺と突き合わせて配置した格子形状の他、図６（ａ）に示すように、１つの基部１０４ｈの辺を、隣接する１つの基部１０４ｈの辺のみと突き合わせて配置した形状も含む。例えば基部１０４ｈを六角形状として、六方最密充填、所謂ハニカム状に隙間なく配置することもできるが、正方形状の基部１０４ｈをマトリクス状に隙間なく配置することで、全反射のロスが少なく光の利用効率をより向上できる。その際、基部１０４ｆは可能なだけ薄くすることが好ましい。尚、図６（ｂ）に示すように、円錐面１０４ｇの底面の四隅を円弧でカットするようにして、隣接する円錐面１０４ｇの間に隙間ＣＬを形成するようにしても良い。隙間ＣＬから基部１０４ｆが露出している。
【００２１】
尚、隣接する基部１０４ｆ同士を接合して、一体の板状物としていると好ましい。円錐面１０４ｇの先端は尖っていることが望ましいが、尖った先端の形成上比較的困難であるから、曲面もしくは平面（図３に点線で図示）であっても良い。但し、曲面もしくは平面の面積は、基部１０４ｆの面積の１／２５好ましくは１／５０以下であるのが良い。これは誤差範囲として影響を受けにくい許容範囲として４％以下、好ましくは誤差範囲が２％以下であることを示している。
【００２２】
光偏向部１０４ｅは、ガラス転移点（Ｔｇ）が１５０℃以上の樹脂またはガラス材（無機材料）から金型の転写によって形成され、特に樹脂の場合は耐熱性が１００℃以上で、４５０ｎｍ近傍の吸収が少ない材料が好ましく、熱可塑性樹脂では日本ゼオン株式会社の製品名「ゼオネックス」等のＣＯＰ材などを用いることが出来る。又、条件を満たせばアクリル系の光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を用いてもよい。
【００２３】
第１光源１０１は、第１の波長の光を出射する固体発光素子１０１ａと、コリメートレンズアレイ１０１ｂとで構成されている。固体発光素子１０１ａは、合波によって所定出力を得るために、ここでは波長４５０ｎｍの青色光を複数本同時に出射できる青色半導体レーザアレイを用いる。固体発光素子１０１ａからは、偏光状態のそろった直線偏光の青色光を複数本射出する。なお、第１の波長としては、後述する蛍光体層で蛍光発光する光の波長（第２の波長：）より短く、青色と認識できる波長帯域のものであれば良いが、好ましくは４８０ｎｍ以下である。又、第２光源１０７は、赤色光を出射する赤色ＬＥＤである。
【００２４】
本実施の形態の動作について説明する。ここで、蛍光体ホイール１０４は、ミラーアレイ素子１１５のフィールドに同期して回転し、また第２光源１０７が同期して点灯し、すなわち各カラーフィールドとセグメントが同期するよう制御されている。具体的には、ミラーアレイ素子１１５における青のカラーフィールドでは青色光がミラーアレイ素子１１５に入射し、縁のカラーフィールドでは、緑色光が入射し、赤のカラーフィールドでは赤色光が入射するようになっている。
【００２５】
まず、第１光源１０１の固体発光素子１０１ａ出射された青色光は、コリメートレンズアレイ１０１ｂを通過して複数の平行光束とされ、その複数の平行光束は、ビーム縮小光学系１０２で光束径を絞り込まれ、更にビームエキスパンダ１０３により、蛍光体ホイール１０４のガラス基板１０４ａの裏面側（光変換部１０４ｂとは反対側）からスポット光として集光する。
【００２６】
モータ１０５の回転軸に連結された蛍光体ホイール１０４は所定の速度で回転駆動されており、青色光を出射すべき時は、集光された青色光がガラス基板１０４ａを素通しする回転位置となり、緑色光を出射すべき時は、ガラス基板１０４ａを介して光変換部１０４ｂに集光する回転位置となる。
【００２７】
ガラス基板１０４ａを介して光変換部１０４ｂに入射した青色光は、反射・透過層１０４ｃを通過して、蛍光体層１０４ｄに入射したときは緑色（第２の波長）の蛍光を発する。青色光が蛍光体層１０４ｄに入射した際の発光面積は、ミラーアレイ素子１１５の有効面積の１／４以下であることが好ましい。対角が０．６５インチ、アスペクト比１６：１０のミラーアレイ素子１１５に対しては、４０ｍｍ2以下、更に好ましくは１／８以下となる２０ｍｍ2以下にすることで、エタンデュが更に良好となるので好ましい。この緑色の蛍光は、いわゆるランバーシャンの配光を持って蛍光体層１０４ｄから光偏向部１０４ｅへと出射する。このようなランバーシャンの配光のままであると光の利用効率が悪いので、光偏向部１０４ｅにて配光特性を変更する。その原理を以下に説明する。
【００２８】
図７は、光偏向部１０４ｅを拡大して示す断面図であり、蛍光体層１０４ｄの１点ＥＰから出射した緑色の蛍光の一部を実線で示している。蛍光体層１０４ｄから発した蛍光は、１つの出射点ＥＰに着目すると、出射点ＥＰから光偏向部１０４ｅ内に進入し放射状に広がりながら円錐面１０４ｇに向かって進行する。光偏向部１０４ｅと蛍光体層１０４ｄの間は屈折率ｎ＝１．４から１．６程度の媒質（接着剤等）で満たされており、光偏向部１０４ｅの外側（出射面側）は空気（屈折率ｎ＝１）となっている。そのため円錐面１０４ｇに入射した光は、その境界における屈折率差により、屈折して発散角の小さな光束として出射する光ＥＪＬと、界面での全反射（少なくとも２回）により蛍光体層１０４ｄ側に戻される戻り光ＰＲＬとに分離される。
【００２９】
戻り光ＰＲＬは、再び蛍光体層１０４ｄに入射するが、蛍光体層１０４ｄの散乱や、蛍光体層１０４ｄの下面（光偏向部１０４ｅと蛍光体層１０４ｄを挟んで反対側の面）に隣接して設けられた反射・透過層１０４ｃ（図２参照）で反射され、角度を変えて再度蛍光体層１０４ｄから光偏向部１０４ｅへと出射する。この出射光は、上述と同様に円錐面１０４ｇから屈折して出射する光と、反射して戻る光とに分離される。以上を繰り返すことで、殆どの光が円錐面１０４ｇから出射されることとなる。更に、円錐面１０４ｇにおいては回転対称構造のため、レンズ効果の有効性が高いことと、全反射による光束のロスが出にくいことから従来例にくらべて高い効率を実現することが可能となる。
【００３０】
更に図１において、蛍光体ホイール１０４を通過した青色光又は緑色光は、第１コリメートレンズ１０６を通過して平行光束となり、ダイクロイックミラー１０９で反射される。一方、第２光源１０７から出射された赤色光は、第２コリメートレンズ１０８で平行光束となり、ダイクロイックミラー１０９を通過する。赤色光が出射するタイミングでは、第１光源１０１は非発光状態となるように制御される。
【００３１】
ダイクロイックミラー１０９を通過した青色光、緑色光、赤色光が順次入れ替わる照明光は、第１リレー光学系１１０を介してライトパイプ１１１内に入射し、ここで多重反射した後、第２リレー光学系１１２を通過して、ＴＩＲプリズム１１４で全反射して、ミラーアレイ素子１１５に入射する。ライトパイプ１１１と第２リレー光学系１１２を通ることにより、照明光は光源や蛍光体層による輝度ムラが緩和された状態でミラーアレイ素子１１５に導かれるので、輝度ムラの小さな照明となっている。
【００３２】
更に、ミラーアレイ素子１１５は、青色光を入射するときは青のカラーフィールドとなり、緑色光を入射するときは緑のカラーフィールドとなり、赤色光を入射するときは赤のカラーフィールドとなり、それぞれ時間的に分割された画像を形成し、光学エンジン部ＯＥの投影レンズ１１６を介して投影することができる。投影された各画像を観察する者は、目の残像効果によって各成分を足し合わせたフルカラーの画像を視認することができる。
【００３３】
尚、以上の実施の形態では、蛍光体ホイール１０４は、青色光を入射したときに緑色蛍光を発する光変換部のみを有しているが、これ以外に青色光を入射したときに赤色蛍光を発する光変換部を設けるようにしても良い。それにより赤色光を出射する第２光源１０７が不要となって、画像投影装置１００の構成が簡素化される。その際の赤色の蛍光体としては６００ｎｍから６５０ｎｍに発光のピーク波長がある蛍光体であれば良い。例えばＳｒサイアロン蛍光体（Ｓｒ2Ｓｉ7Ａｌ3ＯＮ13：Ｅｕ）等を好適に用いることができる。
【００３４】
又、以上の実施の形態では、ガラス基板１０４ａと蛍光体層１０４ｄとの間に反射・透過層１０４ｃを設けたが、その代わりにもしくはこれに加えて蛍光体層１０４ｄと光偏向部１０４ｅとの間に、別の反射・透過層を設けても良い。但し、蛍光体層１０４ｄと光偏向部１０４ｅとの間に設ける反射・透過層は、第１の波長の光は透過せず、第２の波長の光を透過する特性を有するものとする。
【００３５】
以下、本発明者らの行った検討結果について説明する。図８にシミュレーション結果を示す。図８において、横軸は、蛍光体層の出射面法線を０度とした時に、それに対する角度（θ）を示し、縦軸は、横軸の角度を半頂角とした所定の立体角に内包される光束の密度（光のエネルギー量という）である。その時の立体角は横軸の角度θを用いて、２π（１−ｃｏｓθ）で表される。ここでは、光偏向部がない第１比較例と、光偏向部の光学素子として四角錐を形成した第２比較例（公知文献２に開示されたものに相当）と、光偏向部の光学素子として円錐を形成した実施例とを比較して図示している。尚、第２比較例と本実施例の立ち上がり角（図９参照）θｃを、それぞれ４５度とした。
【００３６】
図８のシミュレーション結果によれば、光偏向部がない第１比較例では、角度θが５０度以上の範囲で光のエネルギー量が急激に増大しているが、これは蛍光体層の出射面法線方向近傍で光のエネルギー量が低くなり、すなわち照明光として有効に用いられる光の量が少ないことを意味している。一方、光偏向部の光学素子として四角錐を形成した第２比較例では、第１比較例に対して角度θが５０度以下の範囲で光のエネルギー量が増大しているものの、それ以上の範囲では低く十分とはいえない。これに対し、光偏向部の光学素子として円錐を形成した実施例では、第２比較例に対して角度θが４０度以下の範囲ではほぼ変わらず、更に角度θが４０度以上の範囲で光のエネルギー量が大きく上回っており、光利用効率を向上できることが分かる。本発明者らの検討結果によれば、光偏向部がない第１比較例を１００％とした時、四角錐を形成した第２比較例では、角度θが５０度以内の範囲におけるエネルギー量が約７０％であるのに対し、本実施例では同範囲で約８０％となり十分な改善効果がある。
【００３７】
更に、光偏向部１０４ｅの円錐面１０４ｇの形状について考察する。図９に示すように円錐面１０４ｇの軸線を含む断面をとったとき、基部１０４ｆに対する円錐面１０４ｇの傾き角度θｃ（立ち上がり角）を変えて、光の利用効率をシミュレーションした。図１０は、かかるシミュレーション結果を示すグラフであり、縦軸は光のエネルギー量（相対値）、横軸は蛍光体層の出射面法線を０度とした時に、それに対する角度（θ）を示している。図１０において、立ち上がり角θｃが４５度の場合と比較すると、立ち上がり角θｃが６０度の場合、角度θが５０度以上の範囲でエネルギー量が増大する傾向がある。一方、立ち上がり角θｃが４５度の場合と比較すると、立ち上がり角θｃが３０度の場合、角度θが２０度〜８０度の範囲でエネルギー量が減少している。以上より、立ち上がり角θｃは４５度±１０度が好ましい。
【００３８】
更に、光偏向部１０４ｅの円錐面１０４ｇのピッチについて考察する。図１１は、光偏向部からの配光特性を示す図であり、縦軸に出射光の輝度値をとり、横軸に蛍光体層の出射面法線を０度とした時に、それに対する放射角度を示し、第１比較例として光偏向部なしと、光偏向部の円錐面のピッチを変えた実施例Ａ〜Ｃとを比較して示す。図１２は、実施例Ａ〜Ｃのシミュレーションで用いた光偏向部の斜視図である。図１２を参照して、実施例Ａとしての円錐面形状は、頂部に半径０．０１ｍｍの円形平面を有し、底面が半径Ｒ＝０．１ｍｍ，立上り角θｃ＝４５度、高さＨ＝０．０９ｍｍを、厚さｔ＝０．１２５ｍｍの平行平板状の基部上にアレイ状に並べたものである。隣接する円錐面の軸線間隔をピッチｐとしたときに、ｐ＝０．１ｍｍ（実施例Ａ），ｐ＝０．１４（実施例Ｂ），ｐ＝０．２ｍｍ（実施例Ｃ）と、３種類に変えた実施例の配光特性を比較例と比較してシミュレーションした。この時の頂部の面積と基部１０４ｆと接する面の面積比はそれぞれ１／３２（実施例Ａ）、１／６３（実施例Ｂ）、１／１００（実施例Ｃ）となっている。実施例Ｃにおいては基部１０４Ｈの平面部の面積が１／３．７の広範囲で露出しているが、その影響は小さく実施例Ｂと同等の特性を得ることができている。
【００３９】
図１１に示すように、光偏向部なしの比較例と比較すると、実施例Ａ〜Ｃはいずれも放射角度±３５度以内で出射光の輝度が高くなっており、指向性の高い出射光となることができることが分かる。一方、実施例Ａ〜Ｃ同士を比較すると、ピッチｐが狭くなるにつれて中心輝度が低くなることがわかる。これは、ピッチｐを狭くすることで隣接する円錐面同士の重なりが大きくなり、それにより全反射した光が遠くまで伝搬してしまい、結果的に所定面積あたりから出射される光束が減るためであると推察される。一方、ピッチｐを広げすぎると、単位面積当たりの円錐面の数が少なくなり、光偏向部の効果が薄れる。そこで半径Ｒのとき、円錐面のピッチｐ＝Ｒ〜２Ｒの範囲とするのが好ましく、更には基部の厚みが、厚みの最少値となるピッチ、すなわち半径Ｒのとき、ピッチｐ＝Ｒ×√２程度前後とすることがより好ましい。
【符号の説明】
【００４０】
１００            画像投影装置
１０１            光源
１０１ａ          固体発光素子
１０１ｂ          コリメートレンズアレイ
１０２            ビーム縮小光学系
１０３            ビームエキスパンダ
１０４            蛍光体ホイール
１０４ａ          ガラス基板
１０４ｂ          光変換部
１０４ｃ          反射・透過層
１０４ｄ          蛍光体層
１０４ｅ          光偏向部
１０４ｆ          基部
１０４ｇ          円錐面
１０４ｈ          光学要素
１０４ｐ          孔
１０５            モータ
１０６            第１コリメートレンズ
１０７            光源
１０８            第２コリメートレンズ
１０９            ダイクロイックミラー
１１０            第１リレー光学系
１１１            ライトパイプ
１１２            第２リレー光学系
１１４            ＴＩＲプリズム
１１５            ミラーアレイ素子
１１６            投影レンズ
ＣＯＮＴ          制御部
ＤＲ            レーザドライバ
ＩＬ            照明部
ＬＨ            レンズユニット
ＯＥ            光学エンジン部
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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