(57)【要約】【課題】小型の光合成装置を提供する。【解決手段】少なくとも、複数の集光レンズ、反射レンズ、および、蛍光体ホイールを備えた、光合成装置において、各光源から出射された青色光を各集光レンズの一部領域を通して、蛍光体ホイールに照射し、青色光を正規反射させて、各集光レンズに入射させ、各集光レンズの残りの領域から出射させる。更に、各反射レンズは、残りの領域から出射された反射青色光の進行光路上に存在しないように、各集光レンズの光軸からシフトして設置される。更に、シフトミラーを設置して、複数の光を合成レンズに近接して入射させることによって、合成レンズの直径を小さくでき、装置の小型化が実現できる。【選択図】図２
2017142903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合成装置であって、
外部からの青色光（Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３，Ｌｂ４）がそれぞれ入射される複数の集光レンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）と、
少なくとも１つの回転体（ＰＷ，ＰＷ１，ＰＷ２）と、
少なくとも１つの合成レンズ（ＢＬ）と、
を備えた光合成装置において、
前記回転体は、同一面に配置された、青色光を反射する、少なくとも１つの反射領域（ＰＷｂ）と、青色光から波長変換された変換光（Ｌｒ１，Ｌｒ２，Ｌｒ３，Ｌｒ４，Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３，Ｌｇ４）を発光する、少なくとも１つの蛍光体領域（ＰＷｒ、ＰＷｇ）とを備え、
前記各青色光は、前記各集光レンズの一部の領域面を通過して、前記回転体の前記反射領域、または、前記蛍光体領域に、集光されて入射し、
前記各青色光が、前記反射領域に入射された場合は、正規反射して、前記集光レンズの前記一部の面以外の残りの領域面に入射され、
前記各青色光が、前記蛍光体領域に入射された場合は、前記変換光が、ランバーシアン状に発光して、前記集光レンズの全面に入射され
前記各反射された青色光、および、前記各変換光は、前記各集光レンズを通過して、前記合成レンズに入射され、前記合成レンズによって、前記各青色光、および、前記各変換光がそれぞれ合成されて出射される、
ことを特徴とする、光合成装置。
【請求項２】
更に、前記青色光を反射し、前記変換光を通過させる、複数のダイクロイックミラー（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）を備え、
前記各集光レンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）は、前記青色光の進行方向に関して、前記各ダイクロイックミラー（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）と、前記回転体（ＰＷ）との間に設置されており、
前記各ダイクロイックミラー（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）は、前記各集光レンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）の前記残りの領域面から出射される前記各反射された青色光の光路上には存在しないように、前記各集光レンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）の光軸（Ｃ２）に対し、シフトして設置されている、
請求項１記載の光合成装置。
【請求項３】
前記各ダイクロイックミラー（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）は、前記各外部からの青色光（Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３，Ｌｂ４）を、進行方向の角度（９０度）を変えるように反射して、前記各集光レンズの前記一部の領域面に入射させる、
請求項２記載の光合成装置。
【請求項４】
前記回転体は、複数のトラック（ＯＴ，ＩＴ）を有し、
前記各トラックは、青色光を反射する、少なくとも１つの反射領域（ＰＷｂ）と、
青色光から波長変換された変換光（Ｌｒ１，Ｌｒ２，Ｌｒ３，Ｌｒ４，Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３，Ｌｇ４）を発光する、少なくとも１つの蛍光体領域（ＰＷｒ、ＰＷｇ）と
をそれぞれ備えている、請求項１から３いずれか１項記載の光合成装置。
【請求項５】
更に、前記青色光を通過させ、前記変換光を反射する、ダイクロイックミラー（Ｍ１−１，Ｍ２−１，Ｍ３−１，Ｍ４−１）、および、前記青色光を反射する反射ミラー（Ｍ１−２，Ｍ２−２，Ｍ３−２、Ｍ４−２）、および、前記青色光、かつ、前記変換光の両方を反射する全反射ミラー（Ｍ５，Ｍ６）を備え、
前記青色光を反射する反射ミラー（Ｍ１−２，Ｍ２−２，Ｍ３−２、Ｍ４−２）は、前記各集光レンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）の前記残りの領域面から出射される前記各反射された青色光の光路上には存在しないように、前記各集光レンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）の光軸（Ｃ２）に対し、シフトして設置されている、
請求項１記載の光合成装置。
【請求項６】
更に、２の蛍光体ホイール（ＰＷ１，ＰＷ２）を備え、
前記複数の集光レンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）の内のいくつかの集光レンズ（Ｌ１，Ｌ２）から出射された、前記各反射された青色光、および、前記変換光は、直接、前記合成レンズ（ＢＴ）に入射され、
前記複数の集光レンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）の内の残りの集光レンズ（Ｌ３，Ｌ４）から出射された、前記各反射された青色光、および、前記変換光は、前記全反射ミラー（Ｍ５，Ｍ６）で反射されて、前記合成レンズ（ＢＴ）に入射され、
前記いくつかの集光レンズ（Ｌ１，Ｌ２）に入射する前記各反射された青色光、および、前記各変換光は、１つの蛍光体ホイール（ＰＷ１）で反射、および、変換され、
前記残りの集光レンズ（Ｌ３，Ｌ４）に入射する前記各反射された青色光、および、前記各変換光は、別の１つの蛍光体ホイール（ＰＷ２）で反射、および、変換される、
請求項５記載の光合成装置。
【請求項７】
前記集光レンズの一部の領域面とは、前記集光レンズの半分以下の領域面である、
請求項１から６までの１項に記載の光合成装置。
【請求項８】
光合成装置であって、
外部からの青色光（Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３，Ｌｂ４）がそれぞれ入射される複数の集光レンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）と、
少なくとも１つの回転体（ＰＷ，ＰＷ１，ＰＷ２）と、
少なくとも１つの合成レンズ（ＢＬ）と、を備え、
前記回転体は、同一面に配置された、青色光を反射する、少なくとも１つの反射領域（ＰＷｂ）と、青色光から波長変換された変換光（Ｌｒ１，Ｌｒ２，Ｌｒ３，Ｌｒ４，Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３，Ｌｇ４）を発光する、少なくとも１つの蛍光体領域（ＰＷｒ、ＰＷｇ）とを備える、光合成装置において、
更に、少なくとも１対のシフトミラー（ＳＭ１−１，ＳＭ１−２；ＳＭ２−１，ＳＭ２−２）を備え、
前記複数の集光レンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）の内のいくつかの集光レンズ（Ｌ１，Ｌ２）から出射された、いくつかの青色光、および／または、いくつかの変換光（Ｌｒ１，Ｌｒ２）の光路を、前記シフトミラーでシフトさせて、残りの集光レンズ（Ｌ３，Ｌ４）から出射された残りの青色光、および／または、残りの変換光（Ｌｒ３，Ｌｒ４）の光路にそれぞれ近接させて、近接させた前記いくつかの青色光および／または変換光と、前記残りの青色光および／または変換光とを前記合成レンズ（ＢＬ）に入射させる、
ことを特徴とする、光合成装置。
【請求項９】
前記青色光が青色レーザ光である、
請求項１〜８のいずれか１項記載の光合成装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項記載の光合成装置と、
複数の光源と、を備え、
前記複数の光源が、前記青色光を出射する、
照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明はビデオプロジェクションの技術分野に関係する。
【背景技術】
【０００２】
従来、そのようなビデオプロジェクションシステムのための光源は、放電ランプ技術、たとえば、所謂、Ｐ−ＶＩＰランプを基礎とするものであった。今から数年前から、レーザを基礎とするシステム、所謂、ＬＡＲＰシステムが利用可能となってきた。そこでは、レーザ光源、たとえば、青色レーザダイオードのアレイが、プロジェクション応用に必要なＲＧＢカラーチャネルを作るために、波長変換蛍光体と組みあわせて使用されている。典型的には、その変換材は反射型の蛍光体ホイールの形で供給され、そこには追加的に透過構造（たとえば、スリット）などを有している。そのホイールを回転させることにより、青色レーザ光をスリットを通過させ、他方、青色レーザ光によって蛍光体を励起させて変換ビームを形成することによって、１チップＤＬＰプロジェクションに必要な連続したＲＧＢカラーのシーケンスを形成させている。
【０００３】
更に、最近では、ＬＡＲＰプロジェクションシステムのマーケットを拡大するために、そして、他のマーケット分野において、例えば、娯楽分野（moving heads, light finger など）において、新しい機会を切り開くために、ＬＡＲＰシステムにおける出力ルーメンを増加させることは必須である。
【０００４】
この出力ルーメンを増加させるために、複数のレーザダイオードアレイ光源のビームを集めて、高エネルギー密度であって低いエティンジュ（etendue）を有する出力ビームを形成することが考えられる。そのためには、レーザ光源自体の小型化のみならず、レーザビームを波長変換し、かつ、複数のレーザビームを集光するための装置も小型化する必要がある。
【０００５】
このような装置の小型化を実現するうえで、上記説明した、青色レーザ光を蛍光体ホイールに配置されたスリットなどを介して透過させるタイプの装置は、装置が大型になるという問題点が存在する。その理由は、以下のような理由によるものである。青色レーザ光によって励起された、蛍光体ホイール上の蛍光体の変換光は、反射され、他方、青色光を得るためには、青色レーザ光を、蛍光体ホイールのスリットを透過させる。しかし、青色レーザ光および変換光の両方とも、最終的に一つの集光レンズに集める必要があるため、反射された変換光のための集光レンズへの光路と、透過した青色レーザ光のための集光レンズへの光路との２つの光路が必要となるために、装置が大型化してしまう問題が発生する（特許文献１の図１において、集光レンズ群１５５，第１光軸変換ミラー１および第３凸レンズ１５３ｃによる、変換光のための光路：集光レンズ１５５，第２光軸変換ミラー２および第２凸レンズ１５３ｂによる、青色光のための光路）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４７１１１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明は、光出力を増加させるために、複数のレーザ光を、蛍光体で波長変換し、かつ、それらの光を集光するための装置の小型化を目的とし、かつ、小型化に付随する、蛍光体の発光変換効率の飽和の問題および蛍光体の熱焼損の問題も解決することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、
外部からの青色光（Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３，Ｌｂ４）がそれぞれ入射される複数の集光レンズ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）と、
少なくとも１つの回転体（ＰＷ，ＰＷ１，ＰＷ２）と、
少なくとも１つの合成レンズ（ＢＬ）と、
を備えた光合成装置であって、
前記回転体は、同一面に配置された、青色光を反射する、少なくとも１つの反射領域（ＰＷｂ）と、青色光から波長変換された変換光（Ｌｒ１，Ｌｒ２，Ｌｒ３，Ｌｒ４，Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３，Ｌｇ４）を発光する、少なくとも１つの蛍光体領域（ＰＷｒ、ＰＷｇ）とを備え、
前記各青色光は、前記各集光レンズの一部の領域面を通過して、前記回転体の前記反射領域、または、前記蛍光体領域に、集光されて入射し、
前記各青色光が、前記反射領域に入射された場合は、正規反射して、前記集光レンズの前記一部の面以外の残りの領域面に入射され、
前記各青色光が、前記蛍光体領域に入射された場合は、前記変換光が、ランバーシアン状に発光して、前記集光レンズの全面に入射され
前記各反射された青色光、および、前記各変換光は、前記各集光レンズを通過して、前記合成レンズに入射され、前記合成レンズによって、前記各青色光、および、前記各変換光がそれぞれ合成されて出射される、
光合成装置によって解決される。
【０００９】
また、蛍光体の発光変換効率の飽和の問題および蛍光体の熱焼損の問題に関する課題は、蛍光体ホイールに複数のトラックを設け、蛍光体の配置領域を分散させることによって解決される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】出力ルーメンを増加させるために、複数のレーザ光源からのレーザ光を波長変換し、かつ、合成する装置の概念図
【図２】４つの青色レーザ光を反射または波長変換し、かつ、合成するための装置の第１実施例を示す図
【図３】第１実施例の一部を示し、１つの青色レーザ光の反射または波長変換を示す図
【図４】蛍光体ホイールに複数のトラックを配置した構成を示す図
【図５】本願発明の第２実施例を示す図
【図６】本願発明の第３実施例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本願発明では、青色レーザ光と青色レーザ光で励起された蛍光体の変換光との両方を、蛍光体を備えた蛍光体ホイールにおいて反射させるので、それらの光を集光させるための光路が反射する光のみに対し設置すればよく、従来のように、蛍光体ホイールで反射する光のための光路と、蛍光体ホイールを透過する光のための光路の両方の光路を設置する必要がない。その結果、本願発明の装置は、透過する光のための光路の光学部品およびスペースが必要なく、小型化できる。
【００１２】
そのためには、重要な工夫が２つある。第１の工夫は、青色レーザ光を、蛍光体ホイールの前に設置される集光レンズの、例えばレンズの光軸から半円の領域を通過させて、かつ、蛍光体ホイールの蛍光体が配置されない反射領域に入射させ、この反射領域で反射された青色レーザ光が、前記集光レンズの残りの半円の領域を通過させることである。第２の工夫は、この集光レンズの前に設置されるダイクロイックミラーまたは反射ミラーが、この集光レンズの、例えば、半円の領域しかカバーしない、言い換えれば、青色光を反射するダイクロイックミラーがこの集光レンズの光軸からシフトされた位置に設置されることである。この結果、青色レーザ光が、その光源に反射によって逆戻りすることを防止することができる。
【００１３】
本願発明には上記飽和および上記熱焼損の防止に関する更なる発明がある。それは、複数の光源からの光、例えば、青色レーザ光を、蛍光体ホイール上に配置された蛍光体で波長変換すると、狭い領域で複数の光を波長変換するために、その領域の蛍光体が過熱する問題がある。本願発明では、蛍光体の上記飽和および上記熱焼損の防止するための、新しい蛍光体ホイールの構造を提供している。
【００１４】
本願発明には、更に、合成レンズの直径を小さくすることによって光合成装置を小型化するために、蛍光体ホイールから反射された複数の青色光、および／または、蛍光体ホイールで変換された複数の変換光の一部の青色光および／または変換光の光路を、シフトミラーなどでシフトさせて、残りの青色光および／または変換光の光路に近接させ、相互に近接した複数の青色光および／または変換光を、１つの合成レンズに入射させることによって解決される。
【実施例】
【００１５】
図１は、複数のレーザ光を集光して、および、前記レーザ光を波長変換した後で集光して、全体として、出力ルーメンを増加させる場合の装置概念図の一例である。４つの青色レーザダイオードユニット１−１，１−２，１−３，１−４から放出された４つの青色レーザ光、および、その変換光が光合成装置２によって合成され、出力ルーメンの増加した合成後の出力光３が放出される。
【００１６】
図２は、４つの青色レーザ光を波長変換し、かつ、集光するための第１実施例を示す図である。各光源から出射された青色レーザ光Ｌｂ１およびＬｂ２は、左方向からダイクロイックミラーＭ１およびＭ２にそれぞれ入射され、そこで反射されて集光レンズＬ１およびＬ２に入射される。同じように、各光源から出射された青色レーザ光Ｌｂ３、Ｌｂ４は、右方向からダイクロイックミラーＭ３およびＭ４にそれぞれ入射し、そこで反射されて集光レンズＬ３およびＬ４にそれぞれ入射する。ここで、ダイクロイックミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４および集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が配置される位置について説明すると、ダイクロイックミラーＭ１，Ｍ２および集光レンズＬ１、Ｌ２は紙面に対し前側に設置され、ダイクロイックミラーＭ３，Ｍ４および集光レンズＬ３、Ｌ４は紙面に対し後ろ側に設置される。青色レーザ光Ｌｂ１およびＬｂ２は紙面の前側の空間を伝わりことになり、実線でその軌跡を示す。他方、青色レーザ光Ｌｂ３，Ｌｂ４は紙面に対し後ろ側の空間を伝わることになり、点線でその軌跡を示す。
【００１７】
青色レーザ光Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３，Ｌｂ４は、それぞれダイクロイックミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４で反射され、集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４にそれぞれ入射し、集光されて、モータＭＴ１によって回転駆動される蛍光体ホイールＰＷの蛍光体配置領域ＰＷｒ、ＰＷｇに入射され、あるいは、青色レーザ光の反射領域ＰＷｂに入射され、その結果、例えば、青色レーザ光Ｌｂ２は、赤色光発光蛍光体配置領域ＰＷｒ、緑色光発光蛍光体配置領域ＰＷｇで赤色光Ｌｒ２、緑色光Ｌｇ２に波長変換され、あるいは、反射領域ＰＷｂで青色光Ｌｂ２のままで反射される。波長変換された赤色光Ｌｒ２，緑色光Ｌｇ２，および反射された青色光Ｌｂ２は、再び集光レンズＬ２に入射され、赤色光Ｌｒ２，緑色光Ｌｇ２および青色光Ｌｂ２は、集光レンズＬ２およびダイクロイックミラーＭ２を通過して、合成レンズＢＬに入射される。上記動作については、図３を用いて後で詳しく説明する。
【００１８】
同じように、青色レーザ光Ｌｂ１，Ｌｂ３，Ｌｂ４に対しても同じような動作が実施され、青色レーザ光Ｌｂ１，Ｌｂ３，Ｌｂ４の波長変換光である赤色光Ｌｒ１，Ｌｒ３，Ｌｒ４および緑色光Ｌｇ１、Ｌｇ３，Ｌｇ４、かつ、反射光である青色光Ｌｂ１，Ｌｂ３，Ｌｂ４は、合成レンズＢＬに入射される。合成レンズＢＬは、図２の左上のような構成をしており、各光を合成して、その結果、出力ルーメンが増加した出力光Ｌｒ，Ｌｇ，ＬｂがライトトンネルＬＴに入力される。なお、オプションとして、モータＭＴ２によって回転駆動される光学フィルターホイールＦＷを、ライトトンネルＬＴの前に設置しても良い。この光学フィルターによって、出力光の演色性を向上させている。その場合、モータＭＴ１とモータＭＴ２とは同期をとっている。
【００１９】
図３は、本願発明の重要な動作原理を説明する図であって、上で概略的に説明した、１つの青色レーザ光Ｌｂ２が、蛍光体ホイールＰＷで反射される、または、波長変換される際の動作について詳しく説明する。
【００２０】
図３（Ａ）は、青色レーザ光Ｌｂ２が蛍光体ホイールＰＷで反射される際の動作を説明したものである。ここで、重要なことは、集光レンズＬ２とダイクロイックミラーＭ２との位置関係である。青色光を反射するダイクロイックミラーＭ２は、紙面左から入射された青色レーザ光Ｌｂを、集光レンズＬ２の一部、好ましくは、集光レンズＬ２の半分以下、更に好ましくは、集光レンズＬ２の半分の領域に入射させる位置に配置される。図３においては、ダイクロイックミラーＭ２で反射された青色光Ｌｂ２の光束が、集光レンズＬ２の左半分に入射される。集光レンズＬ２に入射された青色光Ｌｂ２は、集光レンズＬ２で収束して、蛍光体ホイールＰＷを照射する。集光レンズＬ２から出射された青色光Ｌｂ２が、回転している蛍光体ホイールＰＷの青色光反射領域ＰＷｂを照射すると、青色光Ｌｂ２は正規反射される。正規反射とは、光軸Ｃ２に対し、青色光Ｌｂ２の光束の入射角と反射角とが略等しい反射である。つまり、集光レンズＬ２の左半分から出射された青色光Ｌｂ２の光束が反射されて、集光レンズＬ２の右半分に入射する。集光レンズＬ２に入射した青色光Ｌｂ２の光束は、平行光に広がって集光レンズＬ２の右半分から出射される。ここで、重要なことは、ダイクロイックミラーＭ２は、集光レンズＬ２から平行に広がって出射された青色光Ｌｂ２の光束の光路上には存在しないことである。特許文献１に開示されている装置のように、ダイクロイックミラーＭ２がこの光路上に存在すると、青色光はそこで反射されて、光源へと逆戻りしてしまうからである。本願発明では、ダイクロイックミラーＭ２が光軸Ｃ２に対してシフトされて配置されているために、ダイクロイックミラーＭ２はこの光路上に存在しないので、集光レンズＬ２から平行に広がって出射された青色光Ｌｂ２の光束は、光源に戻ることなく、図２の合成レンズＢＬへ入射される。
【００２１】
図３（Ｂ）は、青色光Ｌｂ２が、蛍光体ホイールＰＷで波長変換される場合の動作を示す図である。図３においては、ダイクロイックミラーＭ２で反射された青色光Ｌｂ２の光束が、集光レンズＬ２の左半分に入射される。集光レンズＬ２に入射された青色光Ｌｂ２は、集光レンズＬ２で収束して、蛍光体ホイールＰＷを照射する。集光レンズＬ２から出射された青色光Ｌｂ２が、回転している蛍光体ホイールＰＷの蛍光体領域ＰＷｒ／ＰＷｇを照射すると、青色光は波長変換され赤色光Ｌｒ／緑色光Ｌｇを発光する。この発光は、ランバーシアン状（均一拡散：Lambertian distribution）に広がる光となる。したがって、波長変換された赤色光Ｌｒ／緑色光Ｌｇは、集光レンズＬ２の下側の全体領域へ入射され、集光レンズＬ２の上側全体から出射される。出射された赤色光Ｌｒ／緑色光Ｌｇの光路上に、ダイクロイックミラーＭ２が存在するが、赤色光Ｌｒ／緑色光Ｌｇは、そこを通過するので、光源へ後戻りすることなく、合成レンズＢＬへ入射される。上記では、一例として青色光Ｌｂ２に関して説明したが、残りの青色光Ｌｂ１，Ｌｂ３，Ｌｂ４においても同様の動作が実現される。
【００２２】
以上説明したように、本願発明においては、ダイクロイックミラーＭ２と集光レンズＬ２の特殊な位置関係によって、蛍光体ホイールＰＷで反射された青色光Ｌｂ２と変換光Ｌｒ２／Ｌｇ２とが同じ方向に伝わり、共に合成レンズＢＬへ入射されるので、一方向のみの光路を設ければ良く、装置の小型化が実現できる。
【００２３】
図４は、蛍光体ホイールに関する本願発明の一実施例である。図３の実施例において、装置が小型化することにより、小さなスペースで装置の各部品が動作するために、各部品において、特に蛍光体において、蛍光体の発光変換効率の飽和の問題および蛍光体の熱焼損の問題が発生する。つまり、図３において、集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４で収束された青色レーザ光によって、蛍光体の狭い領域で、青色光の波長変換が行われるため、上記飽和および熱焼損の問題が発生する。そこで、図４に示す、本願発明では、蛍光体ホイールＰＷにおいて、蛍光体を分散して配置する構造を提案している。蛍光体を分散配置することによって、特定の狭い領域で波長変換されることを防止でき、それによって上記飽和および熱焼損も防止できる。
【００２４】
図４において示す本願発明の蛍光体ホイールＰＷは、１つの蛍光体ホイール内に、外周側のトラックＯＴと、内周側のトラックＩＴが配置され、それぞれのトラックＯＴ，ＩＴに蛍光体および反射領域を分散配置している。例えば、青色レーザ光Ｌｂ１と、Ｌｂ３とが、内周側トラックＩＴに照射され、青色レーザ光Ｌｂ２と、Ｌｂ４とが、外周側トラックに照射される。この構成によって、１つの蛍光体ホイールに１つのトラックを配置した場合と比較して、１つの蛍光体ホイールに２つのトラックを配置した場合、蛍光体の負荷はほぼ半分となり、蛍光体の発光変換効率の飽和および蛍光体の熱焼損を防ぐことに寄与する。また、トラックの数は２つに限定されるものではなく、例えば、トラックを４つ設置して、青色レーザ光Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３，Ｌｂ４をそれぞれ１つのトラックに照射すれば、蛍光体の上記飽和および熱焼損は更に抑制できる。
【００２５】
図５は、本願発明の第２の実施例を示す図である。第２の実施例のダイクロイックミラーＭ１−１，Ｍ２−１，Ｍ３−１，Ｍ４−１は、青色光を透過し、赤色光および緑色光を反射するミラーである。また、反射ミラーＭ１−２，Ｍ２−２，Ｍ３−２，Ｍ４−２は、青色光を反射するミラーである。反射ミラーＭ５，Ｍ６は、青色光、赤色光、緑色光の全てを反射する全反射折り返しミラーである。第２実施例では、２つの蛍光体ホイールＰＷ１、ＰＷ２が配置されている。そして、各蛍光体ホイールＰＷ１，ＰＷ２には、それぞれ、外周側トラックＯＴと内周側トラックＩＴとが配置されている。例えば、青色光Ｌｂ１は、蛍光体ホイールＰＷ１の内周側トラックＩＴ１に照射され、青色光Ｌｂ２は、蛍光体ホイールＰＷ１の外周側トラックＯＴ１に照射され、青色光Ｌｂ３は、蛍光体ホイールＰＷ２の内周側トラックＩＴ２に照射され、青色光Ｌｂ４は、蛍光体ホイールＰＷ２の外周側トラックＯＴ２に照射される。
【００２６】
このような構成において、例えば、光源から出射された青色光Ｌｂ１の光束は、ダイクロイックミラーＭ１−１を通過して、集光レンズＬ１の半分の領域に入射し、集光レンズＬ１で収束された青色光Ｌｂ１は、蛍光体ホイールＰＷ１の内周側トラックＩＴ１に照射される。
【００２７】
仮に、青色光Ｌｂ１が、内周側トラックＩＴ１の反射領域ＰＷｂを照射した場合、青色光Ｌｂ１は正規反射されて、拡大した青色光Ｌｂ１の光束は、集光レンズＬ１の残りの半分の領域を通過して、反射ミラーＭ１−２に入射される。反射ミラーＭ１−２で９０度角度を変えて反射された青色光Ｌｂ１は合成レンズＢＬに入射される。
【００２８】
他方、青色光Ｌｂ１が、内周側トラックＩＴ１の蛍光体領域ＰＷｒ／ＰＷｇを照射した場合、その蛍光体は、赤色光Ｌｒ１または緑色光Ｌｇ１を、ランバーシアン状に発光する。発光された赤色光Ｌｒ１または緑色光Ｌｇ１は、集光レンズＬ１の全領域に入射され、集光レンズ１から出射された赤色光Ｌｒ１または緑色光Ｌｇ１は、反射ミラーＭ１−２を通過し、ダイクロイックミラーＭ１−１に入射され、ダイクロイックミラーＭ１−１で９０度角度を変えて出射されて、合成レンズＢＬに入射される。
【００２９】
青色光Ｌｂ２は、ダイクロイックミラーＭ２−１、反射ミラーＭ２−２，集光レンズＬ２，および、蛍光体ホイールＰＷ１の外周側トラックＯＴ１を使用して、青色光Ｌｂ１と同じような動作をする。
【００３０】
青色光Ｌｂ３の場合は、ダイクロイックミラーＭ３−１、反射ミラーＭ３−２，集光レンズＬ３，および、蛍光体ホイールＰＷ２の内周側トラックＩＴ２を使用して、青色光Ｌｂ１と同じような動作をするが、ダイクロイックミラーＭ３−１、または、反射ミラーＭ３−２で９０度角度を変えて出射された青色光Ｌｂ３または赤色光Ｌｒ３または緑色光Ｌｇ３は、直接、合成レンズＢＬに入射されるのではなく、全反射ミラーＭ５および全反射ミラーＭ６で、それぞれ９０度角度を変えて反射されて、その後、合成レンズＢＬに入射される。
【００３１】
青色光Ｌｂ４は、ダイクロイックミラーＭ４−１、反射ミラーＭ４−２，集光レンズＬ４，蛍光体ホイールＰＷ２の外周側トラックＯＴ２、全反射ミラーＭ５，および全反射ミラーＭ６を使用して、青色光Ｌｂ３と同じように動作する。
【００３２】
青色光Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３，Ｌｂ４および赤色光Ｌｒ１，Ｌｒ２，Ｌｒ３，Ｌｒ４，および、緑色光Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３，Ｌｇ４は、合成レンズＢＬでそれぞれ合成され、その結果、出力ルーメンが増加した青色光Ｌｂ，赤色光Ｌｒ，および、緑色光Ｌｇが、合成レンズＢＬから出射され、ライトトンネルＬＴに入射される。ここでも、択一的に、合成レンズＢＴとライトトンネルＬＴとの間に、光学フィルターホイールＦＷ２を設置しても良い。
以上の図５の説明では、２つの蛍光体ホイールＰＷ１，ＰＷ２のそれぞれに内周側トラックＩＴおよび外周側トラックＯＴと２つのトラックを設けたが、２つの蛍光体ホイールＰＷ１，ＰＷ２にそれぞれ１つのトラックを設けてもよい。その場合、青色レーザ光のビームが狭い範囲に集中して照射されないように、トラックの幅を太くして、青色光Ｌｂ１を太いトラックの外側に、青色光Ｌｂ２を同じ太いトラックの内側に照射するようにしてもよい。また、合成レンズＢＬに入射する各集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４からの光が互いに近接することによって合成レンズＢＬの直径を小さくするために、蛍光体ホイールの直径を小さくし、かつ、各集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の直径を小さくすることが好ましい。
【００３３】
第２実施例の効果としては、蛍光体の発光変換効率の飽和の問題および蛍光体の熱焼損の問題が、第１実施例と比較して、更に改善される。なお、この実施例で、２つの蛍光体ホイールＰＷ１、ＰＷ２を設けたが、１つの蛍光体ホイールＰＷ１の表面に、前記内周側トラックＩＴ１および前記外周側トラックＯＴ１を設置し、蛍光体ホイールＰＷ１の裏面に、前記内周側トラックＩＴ２および前記外周側トラックＯＴ２を設置してもよい。
【００３４】
本願発明の第３の実施例を図６に示す。図６Ａは、従来の光合成を示した図であり、図６Ｂはシフトミラーを設置して合成レンズの直径を小さくできる本願発明を示す図である。
【００３５】
図６Ａは、１つの蛍光体ホイールＰＷに２つのトラック（ＯＴ，ＩＴ）を設置し、４つの光源から出射された青色光を、蛍光体ＰＷｒで赤色光に変換して発光させ、集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を通過した４つの赤色光を、合成レンズＢＬで合成する従来の合成に関する図である。内周側トラックＩＴからの赤色光Ｌｒ１，Ｌｒ４が、集光レンズＬ１およびＬ４を通過し、外周側トラックＯＴからの赤色光Ｌｒ２，Ｌｒ３が集光レンズＬ２，Ｌ３を通過する。図６Ａにおいて、集光レンズＬ１とＬ２の通過した赤色光Ｌｒ１，Ｌｒ２と、集光レンズＬ３，Ｌ４を通過した赤色光Ｌｒ３，Ｌｒ４とは、相互に離れて合成レンズＢＬに入射するために、合成レンズＢＬの直径を大きくする必要がある。
【００３６】
図６Ｂは、集光レンズＬ１，Ｌ２を通過した、変換光Ｌｒ１をシフトミラーＳＭ１−１，ＳＭ１−２でシフトさせ、変換光Ｌｒ２をシフトミラーＳＭ２−１，ＳＭ２−１でシフトさせることにより、変換光Ｌｒ１およびＬｒ２を、変換光Ｌｒ３およびＬｒ４に近接させている。変換光Ｌｒ１，Ｌｒ２を変換光Ｌｒ３，Ｌｒ４に近接させて、即ち、全変換光Ｌｒ１，Ｌｒ２，Ｌｒ３，Ｌｒ４が近接して合成レンズＢＬに入射するので、図６Ａに示す従来の方法の合成レンズの直径に比べ、本願発明の図６Ｂに示す本願発明の方の合成レンズの直径の方が、遥かに小さくなっている。すなわち、集光レンズＬ１〜Ｌ４からの光Ｌｇ１−４，Ｌｒ１−４，Ｌｇ１−４が近接するため、合成レンズＢＬの直径が小さくなり、かつプロジェクター光源として重要なエテンデューが低くなり、効率の良い合成が可能となる。
【００３７】
図６では、１つの蛍光体ホイールを使用した場合のシフトミラーの設置について説明したが、２つの蛍光体ホイールを使用した場合でも、シフトミラーを設置することにより、合成レンズの直径を小さくすることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１−１，１−２，１−３，１−４    青色レーザダイオードユニット
２      光合成装置
３      出力光
Ｌｂ１，Ｌｂ２，Ｌｂ３，Ｌｂ４      青色レーザ光（青色光）
Ｌｒ１，Ｌｒ２，Ｌｒ３，Ｌｒ４      赤色光
Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３，Ｌｇ４      緑色光
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４              ダイクロイックミラー
Ｍ１−１，Ｍ２−１，Ｍ３−１，Ｍ４−１      ダイクロイックミラー
Ｍ１−２，Ｍ２−２，Ｍ３−２，Ｍ４−２      反射ミラー
Ｍ５，Ｍ６      全反射ミラー
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４              集光レンズ
ＢＬ      合成レンズ
ＰＷ、ＰＷ１，ＰＷ２      蛍光体ホイール
ＦＷ      光学フィルターホイール
ＰＷｒ      赤色発光蛍光体配置領域
ＰＷｇ      緑色発光蛍光体配置領域
ＰＷｂ      反射領域
ＩＴ      蛍光体ホイールの内周側トラック
ＯＴ      蛍光体ホイールの外周側トラック
ＭＴ，ＭＴ１，ＭＴ２      モータ
ＬＴ      ライトトンネル
ＳＭ１−１，ＳＭ１−２，ＳＭ２−１，ＳＭ２−１    シフトミラー
【図１】
2017142903.tif 000003
【図２】
2017142903.tif 000004
【図３】
2017142903.tif 000005
【図４】
2017142903.tif 000006
【図５】
2017142903.tif 000007
【図６】
2017142903.tif 000008