波長変換素子、光源装置、及びプロジェクター
【課題】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。
【解決手段】本発明の蛍光体ホイール１００（波長変換素子）は、基板３１と、基板３１の一面に設けられた蛍光体層３６を少なくとも含む発光素子と、少なくとも蛍光体層３６が有する第１の側面に設けられ、蛍光体層の内部を進む光の進行方向を、発光素子から蛍光が射出される射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第１の反射部３４ａと、を備えている。
【解決手段】本発明の蛍光体ホイール１００（波長変換素子）は、基板３１と、基板３１の一面に設けられた蛍光体層３６を少なくとも含む発光素子と、少なくとも蛍光体層３６が有する第１の側面に設けられ、蛍光体層の内部を進む光の進行方向を、発光素子から蛍光が射出される射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第１の反射部３４ａと、を備えている。
【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
【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】
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、蛍光体ホイール上に形成される励起光の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スポットの外側にまで伝播することになる。励起光のスポット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スポット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捕捉が困難であることから、光利用効率が低下する。
【０００６】
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】
【０００７】
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を少なくとも含む発光素子と、少なくとも前記蛍光体層が有する第１の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を進む光の進行方向を、前記発光素子から蛍光が射出される射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第１の反射部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
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、前記蛍光体層の内部を進む光の進行方向を、前記発光素子から蛍光が射出される射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させることができる。すなわち、発光素子の射出面、すなわち発光素子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、発光素子の射出面における光線角度が小さくなるため、発光素子の射出面における光の全反射が抑制される。また、発光素子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。
【０００９】
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、前記基板は、該基板の一面と交差する回転軸を中心として回転可能とされていることが望ましい。
【００１０】
この構成によれば、基板が回転可能とされているため、基板上に励起光が照射された際に波長変換素子に形成される励起光のスポットが時間的に移動し、単位面積当たりに励起光が照射される時間が短くなる。これにより、蛍光体層に励起光が照射されることによる蛍光体層の温度上昇を抑制できる。その結果、蛍光体層の温度上昇に伴う波長変換効率の低下を抑制できる。
【００１１】
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。
【００１２】
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、発光素子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、発光素子から射出する光の光線角度を小さくすることができる。
【００１３】
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進む光の進行方向を、前記射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第２の反射部をさらに有することが望ましい。
【００１４】
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、小さな光線角度で発光素子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。
【００１５】
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進む光の進行方向を、前記射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第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進む光の進行方向を、前記射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第４の反射部と、をさらに有することが望ましい。
【００１６】
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。
【００１７】
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、前記発光素子は、前記蛍光体層の前記基板とは反対側に設けられた光透過層をさらに有することが望ましい。
【００１８】
この構成によれば、蛍光体層の基板と反対側に光透過層が設けられているため、光透過層が設けられていない場合と比較して、蛍光体層から基板の外に射出される光の量が増加する。それは、蛍光体層と光透過層との界面における臨界角が蛍光体層と空気との界面における臨界角よりも大きくなるからである。
【００１９】
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、前記蛍光体が分散されたバインダーを有し、前記光透過層の屈折率は、前記バインダーの屈折率と同じであることが望ましい。
【００２０】
この構成によれば、蛍光体から射出される蛍光が、蛍光体層と光透過層との界面において反射されて蛍光体層に戻ることがない。そのため、蛍光体層による蛍光の吸収による光の損失や熱の発生を抑制させることができる。
【００２１】
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、前記光透過層の前記蛍光体層とは反対側の表面に設けられた凹凸構造を有することが望ましい。
【００２２】
この構成によれば、凹凸構造を有することで光透過層と空気との界面での光の反射を抑制させ、光透過層から効率良く光を取り出すことができる。
【００２３】
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。
【００２４】
基板の表面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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、基板は、金属から形成されることが望ましい。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、前記基板の一面と交差する回転軸を中心とする円の半径方向の断面において、前記波長変換素子に形成される前記励起光のスポットの大きさは、前記発光素子への前記励起光の入射面の幅と略同一、もしくは前記幅よりも小さいことが望ましい。
【００３８】
これにより、励起光の入射位置、すなわち波長変換素子に形成される励起光のスポットが発光素子への前記励起光の入射面からはみ出さないため、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。
【００３９】
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、前記波長変換素子上において前記スポットが時間的に移動するように前記波長変換素子を駆動する駆動部と、前記駆動部が前記波長変換素子を駆動した際に、前記蛍光体層と前記スポットとの相対的な位置関係と前記スポットの大きさとのうち少なくとも一方を補正する補正部と、をさらに有することが望ましい。
【００４０】
駆動部によって励起光のスポットが波長変換素子上において時間的に移動するように波長変換素子を駆動すれば、蛍光体層の温度上昇を抑制でき、蛍光体層の温度上昇に伴う波長変換効率の低下を抑制できる。ところが、駆動部が波長変換素子を駆動した際に蛍光体層の位置ずれが生じると、蛍光体層に入射する励起光の量が時間的に変動し、蛍光体層から射出される光の量が時間的に変動する。これに対し、上記の構成によれば、蛍光体層の位置ずれを補正する補正部を有しているため、蛍光体層から射出される光の量の時間的な変動を低減することができる。また、蛍光体層に入射する励起光の減少が抑えられ、蛍光体層から射出される光の量を十分に確保できる。また、励起光の利用効率が減少することも低減できる。
【００４１】
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、前記波長変換素子は、前記基板の一面と交差する回転軸を中心として回転可能とされ、前記蛍光体層は、前記基板の一面に前記回転軸を中心とする円に沿って設けられていることが望ましい。
【００４２】
この構成によれば、基板が回転可能とされているため、蛍光体層の上に励起光が照射された際に励起光のスポットが波長変換素子上において時間的に移動する。そのため、単位面積当たりに励起光が照射される時間が短くなる。これにより、蛍光体層に励起光が照射されることによる蛍光体層の温度上昇を抑制でき、蛍光体層の温度上昇に伴う波長変換効率の低下を抑制できる。
【００４３】
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、前記補正部は、前記励起光の光軸方向と垂直な方向における前記蛍光体層の位置ずれを補正する第１の補正部を備えることが望ましい。
【００４４】
この構成によれば、励起光のスポットが発光素子への励起光の入射面の外側にはみ出しにくくなるため、励起光を効率的に利用することができる。そのため、蛍光体層から射出される光の量を十分に確保できる。
【００４５】
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、前記補正部は、前記励起光の光軸方向における前記蛍光体層の位置ずれを補正することによって前記スポットの大きさを補正する第２の補正部を備えることが望ましい。
【００４６】
この構成によれば、励起光のスポットが発光素子への励起光の入射面の外側にはみ出しにくくなるため、励起光を効率的に利用することができる。そのため、蛍光体層から射出される光の量を十分に確保できる。
【００４７】
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、前記蛍光体層の位置ずれの量を検出する検出部をさらに有し、前記補正部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記位置ずれを補正することが望ましい。
【００４８】
この構成によれば、蛍光体層の位置ずれの量を検出する検出部を有しているため、検出部の検出結果に基づいて位置ずれを適切に補正することができる。
【００４９】
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、前記蛍光体層の位置ずれの量を示すデータを記憶するデータ記憶部をさらに有し、前記補正部は、前記データ記憶部に記憶された前記データに基づいて前記位置ずれを補正することが望ましい。
【００５０】
この構成によれば、蛍光体層の位置ずれの量を示すデータを記憶するデータ記憶部を有しているため、データに基づいて簡易な構成でずれを補正することができる。
【００５１】
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、前記基板は該基板の一面と交差する回転軸を中心として回転可能であり、前記第１の側面は、前記回転軸を中心とする円と交差し、前記波長変換素子は、前記第１の側面と対向する前記蛍光体層の第２の側面に設けられるとともに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し、前記励起光用光源部により前記励起光を射出するパルス周波数をＦ（Ｈｚ）、前記波長変換素子の回転数をｍ（ｒｐｓ）、とすると、Ｆはｍの整数倍であることが望ましい。
【００５２】
この構成によれば、励起光用光源部は、円周方向において第１の反射部と第２の反射部との間に設けられている蛍光体層に、励起光を適切に入射させることができる。
【００５３】
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。
【００５４】
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】
【００５５】
【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。
【図１３】図１３は、本発明の実施例４に係るプロジェクターの概略構成図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例５に係るプロジェクターの概略構成図である。
【図１５】図１５は、蛍光体ホイール及びピックアップレンズの構成を示す図である。
【図１６】図１６は、蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図１７】図１７は、実施例５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１８】図１８は、実施例５の変形例２に係る蛍光体ホイールの平面図である。
【図１９】図１９は、蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図２０】図２０は、実施例５の変形例３に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図２１】図２１は、実施例５の変形例４に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施例６に係る蛍光体ホイールの平面図である。
【図２３】図２３は、一つの単位構造体の斜視図である。
【図２４】図２４は、円周方向における蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施例７に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図２６】図２６は、蛍光体ホイールを用いた光源装置の一例を示す図である。
【図２７】図２７は、本発明の実施例８に係るプロジェクターの概略構成図である。
【図２８】図２８は、本発明の実施例９に係るプロジェクターの概略構成図である。
【図２９】図２９は、本発明の実施例１０に係るプロジェクターの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
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。
【００５７】
［実施例１］
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。すなわち、ホイール基板３１は、当該ホイール基板３１の一面と交差する回転軸Ｒを中心として回転可能とされている。
【００６７】
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。蛍光体層３６は発光素子として機能する。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。以下、実施例１乃至４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。
【００６８】
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のスポットの軌跡に対応している。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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と略等しいか、もしくは入射面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、すなわち波長変換素子に形成される励起光のスポットが入射面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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
（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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
（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。
【００８５】
（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。
【００８６】
［実施例２］
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。
【００８７】
実施例１では、一つの環状の構造体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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
［実施例３］
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、実施例１の構造体３２における蛍光体層３６の入射面３６ａに相当する位置に、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の代わりに設けられている。
【００９９】
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。従って、本実施例においては、蛍光体層３６の蛍光射出面３６ｂは、励起光の入射面でもある。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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
［実施例４］
図１３は、本発明の実施例４に係るプロジェクターの概略構成図である。
上記の実施例１乃至３では、波長変換素子として、モーターによって回転可能とされた蛍光体ホイール１００を用いた例を示した。これに対して、本実施例のプロジェクター８００においては、光源装置８１０に用いる波長変換素子として、蛍光体基板８１１を用いている。蛍光体基板８１１は、基板本体８１２と構造体３２Ｆとを有する。
【０１０３】
図１３に示したように、基板本体８１２は板状部材であって、ガラス等の透明部材から構成されている。構造体３２Ｆは、実施例２で説明した構造体３２Ｒまたは３２Ｇと同一の構成である。つまり、構造体３２Ｆは、蛍光体層、第１の反射部、第２の反射部、第３の反射部および第４の反射部を含む。励起光を効率よく利用するためには、蛍光体基板８１１の上に形成される励起光のスポットが蛍光体層３６の入射面３６ａからはみ出さないことが好ましい。さらには、蛍光体層３６の入射面３６ａの面積が励起光のスポットの面積と同じであることがさらに好ましい。基板本体８１２の一面、すなわち、基板本体８１２の励起光６０が入射する面とは反対側の表面に凹部が設けられ、構造体３２Ｆは凹部の内部に設けられている。本実施例の蛍光体基板８１１は、固定されたものであり、上記の実施例１乃至３の蛍光体ホイールのように回転することはない。
【０１０４】
本実施例のプロジェクター８００においても、上記の実施例１〜３と同様、蛍光体層の側面に反射部を設けたことにより、蛍光体層の内部を進行する光が蛍光体層の射出面から空気中に射出しやすくなる。その結果、蛍光体基板を含むプロジェクター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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
［実施例５］
図１４は、本発明の実施例５に係るプロジェクター８２０の概略構成図である。
本実施例のプロジェクター８２０の基本構成は実施例１のプロジェクターと同様であり、蛍光体ホイールの構成が異なるのみである。よって、図１４において、図１と共通な構成要素には同一の符号を付す。
光源装置８２１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８２１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８２２、及びピックアップレンズ６を有する。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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８２２に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８２２は、励起光６０の照射により励起光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８２２から射出した蛍光と蛍光体ホイール８２２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。
【０１０９】
コリメート光学系１１は、光源装置８２１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。
【０１１０】
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を透過した光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。
【０１１１】
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を透過した光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。
【０１１２】
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を透過した光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。
【０１１３】
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。
【０１１４】
図１５（ａ）は、波長変換素子として機能する蛍光体ホイール８２２の平面図であり、図１５（ｂ）は、蛍光体ホイール８２２の断面図である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）においては、蛍光体ホイール８２２にホイールモーター３３が装着されており、図１５（ｂ）においては、蛍光体ホイール８２２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。蛍光体ホイール８２２は、構造体８２３と、回転軸Ｒの周りに回転可能なホイール基板３１とを有する。構造体８２３については後で詳述する。図１５（ａ）に示した蛍光体ホイール８２２の平面図は、蛍光体ホイール８２２を構造体８２３が設けられた側から見た平面図である。また、図１５（ｂ）に示した蛍光体ホイール８２２の断面図は、蛍光体ホイール８２２の中心位置を含む断面である。また、図１６は、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沿う蛍光体ホイール８２２の断面Ａ−Ａ’である。
【０１１５】
図１５（ａ）、（ｂ）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を貫通させる開口が設けられている。開口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。
【０１１６】
図１６に示したように、本実施例では、構造体８２３は、発光素子８２４、第１の反射部３４ａ、及び第２の反射部３４ｂを含む。発光素子８２４は、粒子状の複数の蛍光体１０００を含む蛍光体層３６および光透過層８２５を含む。蛍光体１０００は励起光６０の照射により励起され、蛍光を発生する。蛍光体層３６は、蛍光体１０００の粒子が分散された、透明樹脂からなるバインダーを有する。光透過層８２５は、蛍光体層３６のホイール基板３１とは反対側に設けられており、蛍光体層３６から入射した光を透過させる。
【０１１７】
構造体８２３は、ホイール基板３１が有する複数の面のうち励起光６０が入射する側とは反対側の表面３１ａに設けられている。図１５（ａ）に示したように、構造体８２３に含まれる発光素子８２４は、平面視で一定の幅を持つ環をなしている。発光素子８２４がなす環は、ホイール基板３１が回転することによって得られる励起光６０のスポットの軌跡に対応している。
【０１１８】
蛍光体ホイール８２２は、ホイール基板３１の表面に構造体８２３を設けることで、蛍光体１０００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。
【０１１９】
図１６に示したように、発光素子８２４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する第１の側面３５ａおよび第２の側面３５ｂを備える。第１の側面３５ａと第２の側面３５ｂとは、互いに対向している。第１の側面３５ａは、環状の発光素子８２４のホイールモーター３３側の側面であり、第２の側面３５ｂは、環状の発光素子８２４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。
【０１２０】
第１の反射部３４ａは発光素子８２４の第１の側面３５ａに設けられ、第２の反射部３４ｂは発光素子８２４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において、第１の側面３５ａと第２の側面３５ｂとの間の距離が蛍光体層３６から光透過層８２５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、蛍光体層３６から光透過層８２５に向かって大きくなっている。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は、蛍光体層３６から入射した蛍光及び励起光と、光透過層８２５から入射した蛍光及び励起光とを反射する。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。
【０１２１】
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、すなわち蛍光体層３６が有する複数の面のうち励起光６０の入射面３６ａに設けられている。ダイクロイック膜３８は、レーザーダイオードアレイ２から出射された励起光６０を透過させ、蛍光体１０００から出射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。
【０１２２】
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８２１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。光透過層８２５は、蛍光体層３６のバインダーと同じ屈折率の透明樹脂から構成されている。
【０１２３】
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８２１は、回転軸Ｒを中心とする円の半径方向に測った励起光６０のスポット径ｄ１が、入射面３６ａの半径方向の幅Ｍと略等しい、もしくは入射面３６ａの半径方向の幅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、すなわち波長変換素子に形成される励起光のスポットを入射面３６ａからはみ出させないために許容される、蛍光体ホイール８２２の回転によるぶれの上限値を大きくすることができる。
【０１２４】
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出射される。
【０１２５】
蛍光体層３６から光透過層８２５へ進行した蛍光及び励起光６０のうち、光透過層８２５と空気との界面へ臨界角より小さい角度で入射した成分は、光透過層８２５の蛍光射出面８２５ｂから空気中へ射出する。
【０１２６】
本実施例では、光透過層８２５の屈折率は蛍光体層３６のバインダーの屈折率と同じであるため、蛍光体層３６と光透過層８２５との界面においては光が反射しない。そのため、蛍光体１０００から射出された蛍光や、蛍光体１０００によって散乱された励起光が蛍光体層３６と光透過層８２５との界面において反射されて蛍光体層３６に戻ることはない。その結果、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。なお、光透過層８２５は、バインダーと同じ屈折率とする場合に限られず、例えば、バインダーより低い屈折率の材料で構成することとしても良い。
【０１２７】
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、ダイクロイック膜３８で反射し、光透過層８２５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側へ漏れず、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂから効率良く射出することができる。以下、実施例５乃至１０においては、蛍光出射面(射出面)８２５ｂは、光透過層８２５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光透過層８２５から空気中に射出される面を指す。
【０１２８】
また、テーパ形状の反射部３４によって、ホイール基板３１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、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂにおける光線角度が小さくなり、光透過層８２５と空気との界面における光の全反射が抑制され、その結果、光透過層８２５の内部を進行する光が光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂから空気中に射出しやすくなる。
【０１２９】
さらに、蛍光体層３６の内部をホイール基板３１に対して平行に進行する蛍光成分は、反射部３４での反射により、蛍光体ホイール８２２の半径方向への伝播が阻止される。本実施形態による蛍光体ホイール８２２では、蛍光体層３６での蛍光の伝播が反射部３４によって阻止されるため、蛍光体層３６における発光面積の増加が抑制される。
【０１３０】
また、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂから射出する光の射出角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。これにより、蛍光体ホイール８２２を含むプロジェクター８２０は、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。
【０１３１】
（変形例１）
図１７は、本実施例の変形例１に係る蛍光体ホイール８３０の要部断面図である。実施例５に係る蛍光体ホイール８２２では、構造体８２３は、ホイール基板３１が有する複数の面のうち励起光６０が入射する側とは反対側の表面３１ａに設けられていたが、本変形例に係る蛍光体ホイール８３０では、ホイール基板８３１の表面８３１ａに設けられた溝８３２に構造体８２３が設けられていることを特徴とする。反射部３４は、発光素子８２４の側面３５と溝８３２の壁面とに挟まれている。ダイクロイック膜３８は、溝８３２の底面に設けられている。溝８３２に蛍光体層３６を設けることで、蛍光体層３６の材料の塗布を安定して行うことができる。
【０１３２】
（変形例２）
図１８は、本実施例の変形例２に係る蛍光体ホイール８４０の平面図である。図１９は、蛍光体ホイール８４０の要部断面図である。本変形例に係る蛍光体ホイール８４０は、蛍光体１０００からの熱を伝導する熱伝導部８４１を有する。熱伝導部８４１は、ホイール基板３１の表面３１ａの上に、構造体８２３と接するように設けられている。熱伝導部８４１は、高い熱伝導率の部材、例えば銅やアルミニウムを用いて構成されている。
【０１３３】
励起光６０の照射によって蛍光体１０００で生じた熱は、蛍光体層３６から反射部３４を経て、或いは蛍光体層３６から光透過層８２５及び反射部３４を経て、熱伝導部８４１へ伝導する。蛍光体ホイール８４０は、熱伝導部８４１を設けることで、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。蛍光体ホイール８４０は、効果的な放熱により、高い効率で蛍光を発生させることが可能となる。
【０１３４】
熱伝導部８４１は、ホイール基板３１の表面のうち構造体８２３以外の部分を完全に覆う場合に限られない。熱伝導部８４１は、蛍光体１０００で生じた熱を効果的に放散させるためには、ホイール基板３１の表面３１ａのうち構造体８２３の周囲の少なくとも一部に設けられていれば良いものとする。蛍光体ホイール８４０は、発光素子８２４の側面３５と熱伝導部８４１との間に反射部３４を設ける他、熱伝導部８４１の一部を反射部として機能させることとしても良い。
【０１３５】
（変形例３）
図２０は、本実施例の変形例３に係る蛍光体ホイール８５０の要部断面図である。本変形例に係る蛍光体ホイール８５０は、ホイール基板８３１及び熱伝導部８４１に形成された溝８３２に、構造体８２３が設けられている。本変形例の場合も、蛍光体ホイール８５０は、熱伝導部８４１を設けることで、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。熱伝導部８４１は、ホイール基板８３１の表面のうち溝８３２以外の部分を完全に覆うこととしても良く、構造体８２３の周囲の一部に設けることとしても良い。
【０１３６】
（変形例４）
図２１は、本実施例の変形例４に係る蛍光体ホイール８６０の要部断面図である。本変形例に係る蛍光体ホイール８６０は、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂに設けられた凹凸構造（モスアイ構造）８６１を有する。
【０１３７】
凹凸構造８６１の各々は、例えば、蛍光の波長より短い幅で構成され、二次元的に設けられている。凹凸構造８６１は、光透過層８２５と空気との界面での光の反射を抑制させる。本変形例に係る蛍光体ホイール８６０は、凹凸構造８６１によって光透過層８２５から効率良く光を取り出すことができる。
【０１３８】
（変形例５）
上記の実施例５及び変形例１乃至４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、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阻止される。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、光透過層８２５に進入する。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。
【０１３９】
［実施例６］
図２２は、本発明の実施例６に係る波長変換素子として機能する蛍光体ホイール８７０の平面図である。本実施例では、反射部は、ホイール基板３１の回転軸Ｒを中心とする円の形状に設けられた側面と、円の半径方向に設けられた側面とに設けられている。蛍光体ホイール８７０は、実施例５の光源装置８１０に適用される。実施例５と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。蛍光体層を含む構造体は、円周方向に配列された反射部によって、複数の単位構造体８７１に分割されている。
【０１４０】
図２３は、一つの単位構造体８７１の斜視図である。単位構造体８７１は、発光素子８２４、円周方向に設けられた第１の反射部３４ａ、第２の反射部３４ｂ、半径方向に設けられた第３の反射部８４ａ、及び第４の反射部８４ｂを含む。発光素子８２４は、粒子状の蛍光体１０００を含む蛍光体層３６および光透過層８２５を含む。このように、発光素子８２４は、第１の反射部３４ａと第２の反射部３４ｂと第３の反射部８４ａと第４の反射部８４ｂとによって取り囲まれている。一つの単位構造体８７１について円周方向に設けられた第１の反射部３４ａおよび第２の反射部３４ｂは、実施例５における反射部３４（図１６参照）と同様に、円の半径方向に沿う断面においてテーパ形状を有している。本実施例では、適宜、第１の反射部３４ａと第２の反射部３４ｂとを併せて、反射部３４と呼ぶことがある。同様に、第３の反射部８４ａと第４の反射部８４ｂとを併せて、反射部８４と呼ぶことがある。
【０１４１】
図２４は、図２２において一点鎖線で示す円周方向における蛍光体ホイール８７０の要部断面図である。複数の単位構造体８７１は、反射部８４によって互いに仕切られて、円周方向に並んでいる。波長分離層であるダイクロイック膜３８は、ホイール基板３１と、各単位構造体８７１の蛍光体層３６との間に設けられている。一つの単位構造体８７１について半径方向に設けられた反射部８４は、円周方向に沿う断面においてテーパ形状を有している。
【０１４２】
本実施形態による蛍光体ホイール８７０では、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について、発光領域が制限される。そのため、発光面積の増加を抑制させるとともに、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂにおけ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８７０を含むプロジェクターは、システム全体としての光利用効率をさらに向上させることができる。
【０１４３】
図２４に示したように、互いに隣り合う２つの単位構造体８７１同士の間には、蛍光体１０００が設けられていない領域が存在する。そこで、レーザーダイオードアレイ２（図１４参照）は、蛍光体１０００が設けられていない領域に励起光６０を照射しないように、つまり各単位構造体８７１の蛍光体層３６へ励起光６０が適切に入射するように、蛍光体ホイール８７０の回転に応じたパルス周波数で励起光６０を射出する。光源装置８２１は、蛍光体１０００が設けられていない領域への励起光６０の射出を停止させることで光利用効率を向上させるとともに、光源装置８２１から射出される光の強度を安定化させることができる。さらに、パルス発光とすることでレーザーダイオード３の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１４４】
１パルスの励起光６０を蛍光体ホイール８７０へ入射した場合に、円周方向における照射領域の長さＬは、式（１）により計算される。
Ｌ＝ｄ２＋２πｒｍＤ／Ｆ …（１）
【０１４５】
但し、ｄ２は励起光６０の円周方向のスポット径（単位ｍ）、ｒは発光素子８２４の半径方向の中心と回転中心Ｒとの間の距離（単位ｍ）、ｍは蛍光体ホイール８７０の回転数（単位ｒｐｓ）、Ｄは励起光６０のパルスのデューティー比、Ｆは励起光６０のパルス周波数（単位Ｈｚ）とする。図２３に示すように、蛍光体層３６の入射面３６ａの、円周方向についての長さをＬとすることで、励起光２００を単位構造体５１に適切に照射することが可能となる。
【０１４６】
長さＬがスポット径ｄ２のＴ倍まで許容可能、言い換えると、励起光６０の滲み量がスポット径ｄ２のＴ倍まで許容可能、とした場合、Ｔ＝Ｌ／ｄ２を式（１）に代入して、距離ｒについての式（２）が求められる。
ｒ＝（Ｔ−１）ｄ２Ｆ／（２πｒｍＤ） …（２）
【０１４７】
例えば、パルス周波数Ｆを１００ｋＨｚ、デューティー比Ｄを０．３、スポット径ｄ２を１ｍｍ、回転数ｍを１００００／６０ｒｐｓ（＝１００００ｒｐｍ）、Ｔを１．１、とした場合、式（２）により、距離ｒはおよそ３．２ｃｍと計算される。このとき、一つの単位構造体８７１の円周方向の長さは、およそ１．１ｍｍとなる。光源装置８２１は、このような計算に応じた設計及び駆動により、レーザーダイオードアレイ２による励起光６０の照射と蛍光体ホイール８７０の回転とを同期させる。
【０１４８】
蛍光体ホイール８７０に形成される単位構造体８７１の数Ｓは、Ｓ＝Ｆ／ｍにより求められる。Ｓは整数であることから、Ｆはｍの整数倍となる。これにより、レーザーダイオードアレイ２は、蛍光体１０００が設けられていない領域を避けて、各単位構造体８７１の発光素子８２４へ励起光６０を適切に入射させることができる。
【０１４９】
各実施例の蛍光体ホイールは、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）やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を備えるプロジェクターに適用しても良い。
【０１５０】
［実施例７］
図２５は、本発明の実施例７に係る波長変換素子として機能する蛍光体ホイール８８０の要部断面図である。実施例５に係る蛍光体ホイール８２２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８８０では、実施例５の構造体８２３における蛍光体層３６の入射面３６ａに相当する位置に、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の代わりに設けられている。励起光６０は、ホイール基板３１の構造体８２３が設けられている側から蛍光体１０００に照射される。従って、本実施例においては、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂは、蛍光体層３６への励起光の入射面でもある。
【０１５１】
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で反射され、光透過層８２５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側へ漏れず、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂ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も、同様に反射層７２で反射され、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂから効率良く射出することができる。
【０１５２】
図２６に、蛍光体ホイール８８０を用いた光源装置８８１の一例を示す。励起光６０は、ホイール基板３１の構造体８２３が設けられている側から蛍光体１０００に照射され、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５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８８１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であっても、実施例５で説明した透過型のホイール基板と同様、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。
【０１５３】
反射型の蛍光体ホイール８８０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５の変形例１で示したように、ホイール基板８３１の表面に設けた溝８３２に発光素子８２４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材として機能するため、反射部３４や反射層７２を設ける必要がない。
【０１５４】
［実施例８］
図２７は、本発明の実施例８に係るプロジェクター８９０の概略構成図である。
上記の実施例５乃至７では、波長変換素子として、ホイールモーター３３により回転可能とされた蛍光体ホイールを用いた例を示した。これに対して、本実施例のプロジェクター８９０においては、光源装置８９３に用いる波長変換素子として、蛍光体基板８９１を用いている。蛍光体基板８９１は、基板本体８９２と構造体８２３とを有する。
【０１５５】
図２７に示したように、基板本体８９２は板状部材であって、ガラス等の透明部材から構成されている。本実施例では、構造体８２３Ｆは、実施例６で説明した構造体８７１と同一の構成である。つまり、単位構造体８７１は、発光素子８２４、円周方向に設けられた第１の反射部３４ａ、第２の反射部３４ｂ、半径方向に設けられた第３の反射部８４ａ、及び第４の反射部８４ｂを含む。励起光を効率よく利用するためには、蛍光体基板８９１の上に形成される励起光のスポットが蛍光体層３６の入射面３６ａからはみ出さないことが好ましい。さらには、蛍光体層３６の入射面３６ａの面積が励起光のスポットの面積と同じであることが好ましい。
基板本体８９２の一面、すなわち、基板本体８９２の励起光６０が入射する面とは反対側の表面に構造体８２３が設けられている。本実施例の蛍光体基板８９１は、固定されており、上記の実施例５乃至７の蛍光体ホイールのように回転することはない。
【０１５６】
本実施例のプロジェクター８９０においても、上記の実施例５乃至７と同様、蛍光体層の内部を進行する光が蛍光体層の射出面から空気中に射出しやすくなる。その結果、蛍光体基板を含むプロジェクター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。
【０１５７】
［実施例９］
図２８は、本発明の実施例９に係るプロジェクター９００の概略構成図である。
本実施例のプロジェクター９００のうち、コリメート光学系１１より後段の構成は実施例１のプロジェクターと同一である。本実施例のプロジェクター９００は、コリメート光学系１１よりも前段の光源装置９０１の構成が実施例１のプロジェクターと異なり、発光素子８２４への励起光の入射面の位置ずれを補正する補正部９０２を備えている。さらに言えば、発光素子８２４への励起光の入射面は、第１の反射部３４ａのホイール基板３１とは反対側の端部と、第２の反射部３４ｂのホイール基板３１とは反対側の端部と、の間の領域である。以降、発光素子８２４への励起光の入射面のことを単に発光素子８２４の入射面と呼ぶ。
図２８において、実施例１の図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１５８】
本実施例の光源装置９０１は、図２８に示すように、紫外レーザーダイオード９０３と、蛍光体ホイール９０４と、青色レーザーダイオード９０５と、クロスダイクロイックプリズム９０６と、ダイクロイックミラー９０７と、補正部９０２と、を主に備えている。紫外レーザーダイオード９０３は、励起光である紫外光を射出する励起光用光源部として機能する。蛍光体ホイール９０４は、ホイールモーター３３によって回転するとともに、励起光の照射により蛍光を射出する波長変換素子として機能する。補正部９０２は、蛍光体ホイール９０４の回転により生じる発光素子８２４の入射面の位置ずれを補正する。補正部９０２の構成と機能は後で詳しく説明する。
【０１５９】
蛍光体ホイール９０４は、ホイール基板９０８と、ホイール基板９０８の一つの主面に形成された溝に設けられた構造体８２３を有している。実施例５と同様、構造体８２３は、蛍光体層３６と反射部とを含み、発光素子８２４は、蛍光体層３６と光透過層８２５とを含む。構造体８２３の構成は実施例５で説明したので、構造体８２３に関する詳細な説明は省略する。また、本実施例においては、実施例７による蛍光体ホイール８８０と同様に、励起光はホイール基板９０８の構造体８２３が設けられている側から蛍光体１０００に照射される。従って、本実施例においては、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂが、発光素子８２４の入射面に相当する。本実施例のホイール基板９０８は、円形状の板状部材であって、アルミニウム等の金属材料から構成されている。ホイール基板９０８の中心には回転軸Ｒが設けられ、回転軸Ｒはホイールモーター３３に連結されている。ホイール基板９０８は、ホイールモーター３３の駆動によって回転軸Ｒを中心として例えば毎分７２００回転の速度で回転する。蛍光体ホイール９０４は、ホイール基板９０８の一面と交差する回転軸Ｒを中心として回転可能とされている。そのため、蛍光体ホイール９０４の上に形成される励起光のスポットは、蛍光体ホイール９０４の上を時間的に移動する、と言うことができる。また、蛍光体層３６は、ホイール基板９０８の一面に回転軸Ｒを中心とする円に沿って設けられている。
【０１６０】
本実施例において、ホイール基板９０８は、例えば直径が４０ｍｍのアルミニウム円板で構成され、アルミニウム円板の一面に例えば内径が３７ｍｍ、外径が３８．３ｍｍ、幅（ホイール基板９０８の径方向の寸法）が１．３ｍｍ、深さが０．１５ｍｍの溝が形成されている。つまり、構造体８２３の蛍光出射面８２５ｂの幅は１．３ｍｍである。また、実施例７による蛍光体ホイール８８０における励起光の入射面３６ａに相当する構造体８２３の底面の幅は、１ｍｍである。また、後述する位置ずれの補正を容易にするため、ホイール基板９０８の径方向における構造体８２３の断面において、ホイール基板９０８のひとつの主面に対する第１の側面３５ａの傾斜角をホイール基板９０８のひとつの主面に対する第２の側面３５ｂの傾斜角と等しくすることが好ましい。
溝の内面には反射膜として銀膜が成膜されている。また、銀膜の表面には、酸化シリコンからなる保護膜が形成されている。溝の内部には、例えば波長４０５ｎｍの紫外光によって励起され、波長５００〜７００ｎｍの黄色光を発する蛍光体粒子が分散、内包されたシリコーン樹脂が埋め込まれている。多数の蛍光体粒子が分散、内包されたシリコーン樹脂によって蛍光体層３６が構成されている。溝の内面に銀膜が成膜されたことにより、蛍光体層３６で発せられた黄色光は効率良く蛍光体ホイール９０４から取り出される。
【０１６１】
紫外レーザーダイオード９０３は、蛍光体層３６を励起させる励起光として、例えば波長４０５ｎｍの紫外光を射出する。紫外レーザーダイオード９０３から射出された紫外光は、第１のコリメータレンズ９０９によって平行化され、計算機合成ホログラム９１０（ＣＧＨ ：Computer Generated Hologram、以下ＣＧＨと称す）によってビームが成形された後、クロスダイクロイックプリズム９０６に入射する。紫外レーザーダイオード９０３から射出された光の光軸であって、第１のコリメータレンズ９０９、ＣＧＨ９１０、クロスダイクロイックプリズム９０６を通る光軸を、光軸ＬＡと称する。
【０１６２】
クロスダイクロイックプリズム９０６は、波長５００ｎｍ未満の光を反射し、波長５００ｎｍ以上の光を透過させる第１の波長分離膜９１１と、波長７００ｎｍ以上の光を反射し、波長７００ｎｍ未満の光を透過させる第２の波長分離膜９１２と、を有している。クロスダイクロイックプリズム９０６に入射した紫外光は、第１の波長分離膜９１１で反射して光軸を９０度折り曲げ、蛍光体ホイール９０４に向かう。第１の波長分離膜９１１で反射して９０度折り曲げられた紫外光（励起光）の光軸を、光軸ＬＣと称する。
【０１６３】
クロスダイクロイックプリズム９０６と蛍光体ホイール９０４との間には、ピックアップレンズ９１３が設けられている。紫外レーザーダイオード９０３から射出された紫外光は、第１のコリメータレンズ９０９、ＣＧＨ９１０、ピックアップレンズ９１３を経て、蛍光体ホイール９０４の蛍光体層３６上に集光される。このとき、後述する第２のアクチュエーターによって光軸ＬＣ上でのピックアップレンズ９１３の位置が最適化されることにより、紫外光はホイール基板９０８上に１．２ｍｍ角の矩形状のスポット（光源像）として結像される。紫外光のスポットの大きさは１．２ｍｍ角であり、矩形状のスポットの一の辺はホイール基板９０８の径方向と略一致している。つまり、ホイール基板９０８の半径方向の断面におけるスポットの大きさＷ１は１．２ｍｍである。また、ホイール基板９０８の半径方向の断面における発光素子８２４の入射面の幅Ｗ２は１．３ｍｍである。そのため、励起光の集光位置と蛍光体層３６とが適正な位置関係にある場合、励起光の集光位置は発光素子８２４の入射面、すなわち光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂ上に位置し、しかも、ホイール基板９０８の上に形成される励起光のスポットが発光素子８２４の入射面の外側へはみ出すことはない。本実施例では、スポットの大きさＷ１を発光素子８２４の入射面の幅Ｗ２よりわずかに小さくしたが、蛍光体層３６と励起光双方を有効に利用するためには、スポットの大きさＷ１を発光素子８２４の入射面の幅Ｗ２と等しくすることが好ましい。
【０１６４】
紫外光が蛍光体層３６に入射したとき、蛍光体は紫外光によって励起され、波長５００〜７００ｎｍの黄色光を発する。蛍光体から発せられた黄色光は、ピックアップレンズ９１３を経てクロスダイクロイックプリズム９０６に入射し、第１の波長分離膜９１１および第２の波長分離膜９１２を透過して、後段のコリメート光学系１１に向かう。一方、光軸ＬＡ上において、クロスダイクロイックプリズム９０６を挟んで紫外レーザーダイオード９０３が設けられた側と反対側には、波長５００ｎｍ未満の光を反射し、波長５００ｎｍ以上の光を透過させるダイクロイックミラー９０７が設けられている。
【０１６５】
ダイクロイックミラー９０７を通り、光軸ＬＡと直交する光軸を光軸ＬＢとすると、光軸ＬＢ上に、例えば波長４６０ｎｍの青色光を射出する青色レーザーダイオード９０５が設けられている。ダイクロイックミラー９０７と青色レーザーダイオード９０５との間には、第２のコリメータレンズ９１４が設けられている。青色レーザーダイオード９０５から射出された青色光は、第２のコリメータレンズ９１４によって平行化された後、ダイクロイックミラー９０７に入射する。青色光は、ダイクロイックミラー９０７で反射してダイクロイックプリズム９０６に入射する。ダイクロイックプリズム９０６に入射した青色光は、第１の波長分離膜９１１で反射して、後段のコリメート光学系１１に向かう。このようにして、蛍光体層３６から発せられた黄色光と青色レーザーダイオード９０５から射出された青色光とが合成されて白色光となり、白色光がコリメート光学系１１に入射する。
【０１６６】
補正部９０２は、第１のアクチュエーター９１５と、第２のアクチュエーター９１６と、赤外レーザーダイオード９１７と、回折格子９１８と、光検出器９１９と、円筒レンズ９２０と、偏光ビームスプリッター９２１（Polarized Beam Splitter, 以下、ＰＢＳと略記する）と、１／４波長板９２２と、第３のコリメータレンズ９２３と、制御部９２４と、を備えている。蛍光体ホイール９０４のホイールモーター３３には第１のアクチュエーター９１５が設置されている。第１のアクチュエーター９１５は、励起光の光軸ＬＣ方向と垂直な方向における発光素子８２４の入射面の位置ずれを補正する第１の補正部に相当する。この補正は、蛍光体層３６と励起光のスポットとの相対的な位置関係を補正することと等価である。第１のアクチュエーター９１５の駆動により、蛍光体ホイール９０４はホイール基板９０８の主面に平行な方向に平行移動する。また、ピックアップレンズ９１３には、第２のアクチュエーター９１６が設置されている。第２のアクチュエーター９１６は、励起光の光軸ＬＣ方向における発光素子８２４の入射面の位置ずれを補正する第２の補正部に相当する。この補正は、励起光が平行光でない場合において、励起光のスポットの大きさを補正することと等価である。第２のアクチュエーター９１６の駆動により、ピックアップレンズ９１３は光軸ＬＣと平行な方向に平行移動する。
【０１６７】
光軸ＬＡ上において、ダイクロイックミラー９０７を挟んでダイクロイックプリズム９０６が設けられた側と反対側には、ダイクロイックミラー９０７側から順に、１／４波長板９２２、第３のコリメータレンズ９２３、ＰＢＳ９２１、回折格子９１８、赤外レーザーダイオード９１７が配置されている。ＰＢＳ９２１は、当該ＰＢＳ９２１の透過軸が赤外レーザーダイオード９１７から射出された赤外光の偏光軸と一致するように配置されている。ダイクロイックミラー９０７の後段側に配置された１／４波長板９２２、第３のコリメータレンズ９２３、ＰＢＳ９２１、回折格子９１８、赤外レーザーダイオード９１７は、発光素子８２４の入射面の位置ずれの量を検出する検出部として機能する。
【０１６８】
赤外レーザーダイオード９１７は、ピックアップレンズ９１３および発光素子８２４の入射面が適正な位置にあるか否かを検出するための検出光として、例えば波長７８０ｎｍの赤外光を射出する。赤外レーザーダイオード９１７から射出された赤外光は、回折格子９１８によって３つのビームに分割された後、ＰＢＳ９２１、第３のコリメータレンズ９２３、１／４波長板９２２、ダイクロイックミラー９０７を順に透過し、クロスダイクロイックプリズム９０６に入射する。クロスダイクロイックプリズム９０６に入射した赤外光は、第２の波長分離膜９１２で反射し、ピックアップレンズ９１３を経て蛍光体ホイール９０４に入射し、蛍光体ホイール９０４で反射する。
【０１６９】
蛍光体ホイール９０４で反射した赤外光は、ピックアップレンズ９１３を透過してクロスダイクロイックプリズム９０６の第２の波長分離膜９１２で反射し、ダイクロイックミラー９０７、１／４波長板９２２、第３のコリメータレンズ９２３を順に透過し、ＰＢＳ９２１に入射する。このとき、赤外光は往路と復路とで１／４波長板９２２を２回透過したため、ＰＢＳ９２１に入射する赤外光の偏光軸は、赤外レーザーダイオード９１７から射出された直後の赤外光の偏光軸に対して９０°回転した状態となる。よって、赤外光は、ＰＢＳ９２１で反射し、円筒レンズ９２０を介して光検出器９１９に入射する。
【０１７０】
光検出器９１９は、入射した赤外光に基づいて、光軸ＬＣに平行な方向における適正な位置からの、発光素子８２４の入射面の位置ずれ、いわゆるフォーカスずれを検出する。光検出器９１９はさらに、光軸ＬＣに垂直な方向における適正な位置からの、発光素子８２４の入射面の位置ずれ、いわゆるトラッキングずれを検出する。ここで、光軸ＬＣに平行な方向における、発光素子８２４の入射面の適正な位置とは、例えば励起光の集光点とすることができる。また、光軸ＬＣに垂直な方向における発光素子８２４の入射面の適正な位置とは、紫外光（励起光）のスポットが蛍光体層３６への励起光の入射面の外側にはみ出さないような位置である。フォーカスずれの検出には、ピックアップレンズ９１３の位置がベストフォーカス状態にあるか、ベストフォーカスよりも前で結像しているか、後で結像しているかによって、円筒レンズ９２０を透過した後の赤外光のビーム形状が変化することを利用している。すなわち、フォーカスずれの検出には、公知の非点収差法が用いられる。また、トラッキングずれの検出には、主ビームと２つの副ビームを用い、トラッキングずれの方向によって、２つの副ビームの光量の差が変化することを利用している。すなわち、トラッキングずれの検出には、公知の３ビーム法が用いられる。なお、フォーカスずれやトラッキングずれの検出方法は上記の方法に限るものではない。例えば、フォーカスずれの検出にフーコー法を用いたり、トラッキングずれの検出にプッシュプル法を用いたりしても良い。
【０１７１】
光検出器９１９の出力信号は制御部９２４に送られる。制御部９２４は、光検出器９１９の出力信号に基づいて、フォーカスずれの方向とずれ量に応じてピックアップレンズ９１３を光軸ＬＣと平行な方向に移動させるための駆動信号を第２のアクチュエーター９１６に送信する。また、制御部９２４は、光検出器９１９の出力信号に基づいて、トラッキングずれの方向とずれ量に応じて蛍光体ホイール９０４を光軸ＬＣと垂直な方向に移動させるための駆動信号を第１のアクチュエーター９１５に送信する。第２のアクチュエーター９１６は、ピックアップレンズ９１３で集光された光が発光素子８２４の入射面上に常時ベストフォーカスで結像するように、ピックアップレンズ９１３を光軸ＬＣと平行な方向に駆動する。この補正は、フォーカスずれによってスポットの大きさが変動することを補正することに対応する。これにより、フォーカスずれによってスポットが大きくなることに起因してスポットが発光素子８２４の入射面からはみ出し、励起光の利用効率が低下する、ということを低減することができる。また、光源装置から射出される光の強度の変動を小さくすることができる。第１のアクチュエーター９１５は、ピックアップレンズ９１３で集光された光、すなわち励起光のスポットが発光素子８２４の入射面上から常時はみ出さないように、蛍光体ホイール９０４を光軸ＬＣと垂直な方向に駆動する。この補正は、蛍光体層３６とスポットとの相対的な位置関係を補正することに対応する。これにより、スポットが発光素子８２４の入射面からはみ出すことで励起光の利用効率が低下する、ということを低減することができる。また、光源装置から射出される光の強度の変動を小さくすることができる。
【０１７２】
本実施例のプロジェクター９００においても、上記の実施例１〜８と同様、蛍光体層３６の側面に反射部を設けたことにより、蛍光体層の内部を進行する光が蛍光体層の射出面から空気中に射出しやすくなる。その結果、プロジェクター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。
【０１７３】
ところが、プロジェクター９００を停止した状態で各種光学部品を適正な位置にアライメントしたとしても、プロジェクター９００を起動させ、蛍光体ホイール９０４が高速で回転した状態においては、ホイール基板９０８の偏心や面ぶれ等に起因して、すなわち発光素子８２４の入射面の位置ずれに起因して励起光のフォーカスずれやトラッキングずれを生じる虞がある。これに対し、本実施例の場合、励起光のフォーカスずれやトラッキングずれを補正する補正部９０２が備えられているため、フォーカスずれやトラッキングずれが確実に補正され、光源装置９０１から射出される光の強度の変動を抑えることができる。
【０１７４】
［実施例１０］
図２９は、本発明の実施例１０に係るプロジェクター９３０の概略構成図である。本実施例のプロジェクター９３０は、補正部９３１を備えた点では実施例９と同様であるが、補正部９３１の構成が実施例９と異なる。
図２９において、実施例９の図２８と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例においても、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂが、発光素子８２４の入射面に相当する。
【０１７５】
本実施例のプロジェクター９３０は、図２９に示すように、補正部９３１として、第１のアクチュエーター９１５と、第２のアクチュエーター９１４と、データ記憶部９３２と、制御部９３３と、を備えている。図２８に示した実施例９のプロジェクター９００と比較すると、本実施例のプロジェクター９３０の光源装置９３４は、赤外レーザーダイオードおよび光検出器等を含む、励起光のフォーカスずれやトラッキングずれを検出するための機構を備えていない。そのため、本実施例のプロジェクター９３０では、ダイクロイックミラー９０７に代えて、単なる反射ミラーを用いても良い。
【０１７６】
蛍光体ホイール９０４を回転させた際に生じる発光素子８２４の入射面の位置ずれ、すなわち励起光のフォーカスずれやトラッキングずれは、光源装置９３４を組み立てた際に予め測定されている。測定によって得られた蛍光体ホイール９０４の回転角度とフォーカスずれの方向とずれ量との関係、および蛍光体ホイール９０４の回転角度とトラッキングずれの方向とずれ量との関係がマッピングデータとしてデータ記憶部９３２に記憶されている。
【０１７７】
プロジェクター９３０を起動した際には、制御部９３３は、データ記憶部９３２のマッピングデータに基づいて、ピックアップレンズ９１３を光軸ＬＣと平行な方向に移動させるための駆動信号を第２のアクチュエーター９１６に送信する。また、制御部９３３は、データ記憶部９３２のマッピングデータに基づいて、トラッキングずれの方向とずれ量に応じて蛍光体ホイール９０４を光軸ＬＣと垂直な方向に移動させるための駆動信号を第１のアクチュエーター９１５に送信する。第２のアクチュエーター９１６は、ピックアップレンズ９１３で集光された光が発光素子８２４の入射面上に常時ベストフォーカスで結像するように、ピックアップレンズ９１３を光軸ＬＣと平行な方向に駆動する。第１のアクチュエーター９１５は、ピックアップレンズ９１３で集光された光、すなわち励起光のスポットが発光素子８２４の入射面上から常時はみ出さないように、蛍光体ホイール９０４を光軸ＬＣと垂直な方向に駆動する。
【０１７８】
本実施例のプロジェクター９３０においても、上記の実施例１〜９と同様、蛍光体層３６の側面に反射部を設けたことにより、蛍光体層３６の内部を進行する光が蛍光体層の射出面から空気中に射出しやすくなる。その結果、プロジェクター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。また、補正部９３１によってフォーカスずれやトラッキングずれが確実に補正され、光源装置９０１から射出される光の強度の変動を抑えることができる。実施例９のプロジェクターと比較すると、フォーカスずれやトラッキングずれを検出するための機構を備えていない分、補正部９３１の構成が簡略化できる。
【０１７９】
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、実施例４では、実施例１で用いた蛍光体ホイール１００と同じ態様で、基板本体８１２の一面に形成された溝に蛍光体層３６が設けられた蛍光体基板８１１を用いたが、これに限られない。実施例４において、実施例１の変形例１乃至３及び実施例３で用いたいずれの態様で蛍光体層３６が基板本体８１２に設けられた蛍光体基板を用いてもよい。
同様に、実施例８では、実施例５で用いた蛍光体ホイール８２２と同じ態様で蛍光体層３６が基板本体８９２の一面に設けられた蛍光体基板８９１を用いたが、これに限られない。実施例８において、実施例５の変形例１乃至５及び実施例７で用いたいずれの態様で蛍光体層３６が基板本体８９２に設けられた蛍光体基板を用いてもよい。
【０１８０】
また、実施例９および実施例１０では、構造体として実施例５で説明した構造体８２３を用いたが、これに限られない。実施例９または実施例１０において、実施例１ないし８で用いたいずれの構造体を用いてもよい。また、実施例９および実施例１０では、蛍光体ホイールとして、ホイール基板９０８の一つの主面に形成された溝に構造体８２３が設けられた蛍光体ホイール９０４を用いたが、これに限られない。実施例９または実施例１０において、実施例１乃至３および実施例５乃至７で用いたいずれの蛍光体ホイールを用いてもよい。
【０１８１】
また、実施例９および実施例１０では、スポットが発光素子８２４の入射面からはみ出すことを低減するように、蛍光体層３６と励起光のスポットとの相対的な位置関係、あるいは励起光のスポットの大きさを補正していた。言い換えれば、発光素子８２４の入射面を補正の対象としていた。しかし、本発明はこれに限られない。蛍光体層３６と光透過層８２５との界面を補正の対象として、スポットが当該界面からはみ出すことを低減するように、蛍光体層３６と励起光のスポットとの相対的な位置関係、あるいは励起光のスポットの大きさを補正してもよい。これによれば、光源装置から射出される光の強度の変動をさらに小さくすることができる。
【０１８２】
また、実施例１のように、構造体３２の励起光の入射面３６ａから励起光が蛍光体層３６へ入射する場合、構造体３２の励起光の入射面３６ａを補正の対象とする。そして、スポットが入射面３６ａからはみ出すことを低減するように、蛍光体層３６と励起光のスポットとの相対的な位置関係、あるいは励起光のスポットの大きさを補正すれば、光源装置から射出される光の強度の変動をさらに小さくすることができる。
【０１８３】
また、実施例３のように、発光素子が光透過層を有しておらず、構造体３２の蛍光の射出面３６ｂから励起光が蛍光体層３６へ入射する場合、射出面３６ｂを補正の対象とする。
【０１８４】
また、実施例１の変形例１に示したような形態で、蛍光体層３６の射出面３６ｂがホイール基板９０８の一つの主面に形成された溝の内部に埋め込まれている場合は、次のように補正の対象を設定する。つまり、ホイール基板９０８の径方向における構造体８２３の断面において、第１の反射部３４ａのホイール基板９０８側の端部を一端とし、第２の反射部３４ｂのホイール基板９０８側の端部を一端とする領域を発光素子の入射面として定義する。そして、当該入射面を補正の対象とする。
また、実施例９および実施例１０では、励起光を発光素子８２４の入射面に対して集光させていたが、これに限られない。励起光の集光面と発光素子８２４の入射面との励起光の光軸方向での位置関係にかかわらず、上記したように、励起光のスポットが補正対象物からはみ出さないように補正対象物を補正すればよい。
また、必ずしも励起光を蛍光体層３６に向かって集光させる必要はない。平行化した励起光を用いる場合、第２の補正部を省略することができる。
【０１８５】
また、実施例９および実施例１０では、励起光を効率よく利用するために、励起光のスポットが発光素子８２４の入射面からはみ出さないように蛍光体層３６の位置ずれを補正していたが、これに限られない。要は、発光素子８２４の入射面等の補正対象物と励起光のスポットとが互いに重なっている領域の面積の変動が小さくなるように、蛍光体層と励起光のスポットとの相対的な位置関係およびスポットの大きさのうち少なくとも一方を補正すればよい。これにより、光源装置から射出される光の強度の変動を小さくすることができる。
【０１８６】
また第１のアクチュエーター９１５をピックアップレンズ９１３に設けて、ピックアップレンズ９１３をホイール基板９０８の主面に平行な方向に平行移動させてもよい。また、第２のアクチュエーター９１６をホイールモーター３３に設けて、ホイール基板９０８を光軸ＬＣと平行な方向に平行移動させてもよい。
【０１８７】
例えば上記実施例では、青色光もしくは紫外光を励起光として黄色光を蛍光発光させる構成の例を示した。この構成に代えて、紫外光を励起光として赤色光、緑色光、青色光を蛍光発光させ、これら３色の光を時分割で射出させる構成としても良い。または、青色光を励起光として赤色光、緑色光を蛍光発光させるとともに青色光をそのまま射出させ、これら３色の光を時分割で射出させる構成としても良い。その他、上記実施形態で例示したプロジェクターおよび光源装置の各構成要素の形状、数、配置、材料等に関しては、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【０１８８】
１，６００，８００，８２０，８９０，９００，９３０…プロジェクター、２…レーザーダイオードアレイ（励起光用光源部）、１０，６１０，７１０，８１０，８２１，８８１，８９３，９０１，９３４…光源装置、３１，８３１…ホイール基板、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、３６，３６Ｒ，３６Ｇ…蛍光体層、３８…ダイクロイック膜（波長分離層）、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、１００，２００，３００，４００，７００，８２２，８３０，８４０，８５０，８６０，８７０，８８０，９０４…蛍光体ホイール（波長変換素子）、８１１，８９１…蛍光体基板（波長変換素子）、８２５…光透過層、８３２…溝、８４１…熱伝導部、８６１…凹凸構造、９０２，９３１…補正部、９０３…紫外レーザーダイオード（励起光用光源部）、９３２…データ記憶部。
【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
【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】
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、蛍光体ホイール上に形成される励起光の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スポットの外側にまで伝播することになる。励起光のスポット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スポット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捕捉が困難であることから、光利用効率が低下する。
【０００６】
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】
【０００７】
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を少なくとも含む発光素子と、少なくとも前記蛍光体層が有する第１の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を進む光の進行方向を、前記発光素子から蛍光が射出される射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第１の反射部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
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、前記蛍光体層の内部を進む光の進行方向を、前記発光素子から蛍光が射出される射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させることができる。すなわち、発光素子の射出面、すなわち発光素子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、発光素子の射出面における光線角度が小さくなるため、発光素子の射出面における光の全反射が抑制される。また、発光素子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。
【０００９】
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、前記基板は、該基板の一面と交差する回転軸を中心として回転可能とされていることが望ましい。
【００１０】
この構成によれば、基板が回転可能とされているため、基板上に励起光が照射された際に波長変換素子に形成される励起光のスポットが時間的に移動し、単位面積当たりに励起光が照射される時間が短くなる。これにより、蛍光体層に励起光が照射されることによる蛍光体層の温度上昇を抑制できる。その結果、蛍光体層の温度上昇に伴う波長変換効率の低下を抑制できる。
【００１１】
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。
【００１２】
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、発光素子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、発光素子から射出する光の光線角度を小さくすることができる。
【００１３】
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進む光の進行方向を、前記射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第２の反射部をさらに有することが望ましい。
【００１４】
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、小さな光線角度で発光素子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。
【００１５】
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進む光の進行方向を、前記射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第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進む光の進行方向を、前記射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第４の反射部と、をさらに有することが望ましい。
【００１６】
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。
【００１７】
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、前記発光素子は、前記蛍光体層の前記基板とは反対側に設けられた光透過層をさらに有することが望ましい。
【００１８】
この構成によれば、蛍光体層の基板と反対側に光透過層が設けられているため、光透過層が設けられていない場合と比較して、蛍光体層から基板の外に射出される光の量が増加する。それは、蛍光体層と光透過層との界面における臨界角が蛍光体層と空気との界面における臨界角よりも大きくなるからである。
【００１９】
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、前記蛍光体が分散されたバインダーを有し、前記光透過層の屈折率は、前記バインダーの屈折率と同じであることが望ましい。
【００２０】
この構成によれば、蛍光体から射出される蛍光が、蛍光体層と光透過層との界面において反射されて蛍光体層に戻ることがない。そのため、蛍光体層による蛍光の吸収による光の損失や熱の発生を抑制させることができる。
【００２１】
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、前記光透過層の前記蛍光体層とは反対側の表面に設けられた凹凸構造を有することが望ましい。
【００２２】
この構成によれば、凹凸構造を有することで光透過層と空気との界面での光の反射を抑制させ、光透過層から効率良く光を取り出すことができる。
【００２３】
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。
【００２４】
基板の表面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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、基板は、金属から形成されることが望ましい。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、前記基板の一面と交差する回転軸を中心とする円の半径方向の断面において、前記波長変換素子に形成される前記励起光のスポットの大きさは、前記発光素子への前記励起光の入射面の幅と略同一、もしくは前記幅よりも小さいことが望ましい。
【００３８】
これにより、励起光の入射位置、すなわち波長変換素子に形成される励起光のスポットが発光素子への前記励起光の入射面からはみ出さないため、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。
【００３９】
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、前記波長変換素子上において前記スポットが時間的に移動するように前記波長変換素子を駆動する駆動部と、前記駆動部が前記波長変換素子を駆動した際に、前記蛍光体層と前記スポットとの相対的な位置関係と前記スポットの大きさとのうち少なくとも一方を補正する補正部と、をさらに有することが望ましい。
【００４０】
駆動部によって励起光のスポットが波長変換素子上において時間的に移動するように波長変換素子を駆動すれば、蛍光体層の温度上昇を抑制でき、蛍光体層の温度上昇に伴う波長変換効率の低下を抑制できる。ところが、駆動部が波長変換素子を駆動した際に蛍光体層の位置ずれが生じると、蛍光体層に入射する励起光の量が時間的に変動し、蛍光体層から射出される光の量が時間的に変動する。これに対し、上記の構成によれば、蛍光体層の位置ずれを補正する補正部を有しているため、蛍光体層から射出される光の量の時間的な変動を低減することができる。また、蛍光体層に入射する励起光の減少が抑えられ、蛍光体層から射出される光の量を十分に確保できる。また、励起光の利用効率が減少することも低減できる。
【００４１】
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、前記波長変換素子は、前記基板の一面と交差する回転軸を中心として回転可能とされ、前記蛍光体層は、前記基板の一面に前記回転軸を中心とする円に沿って設けられていることが望ましい。
【００４２】
この構成によれば、基板が回転可能とされているため、蛍光体層の上に励起光が照射された際に励起光のスポットが波長変換素子上において時間的に移動する。そのため、単位面積当たりに励起光が照射される時間が短くなる。これにより、蛍光体層に励起光が照射されることによる蛍光体層の温度上昇を抑制でき、蛍光体層の温度上昇に伴う波長変換効率の低下を抑制できる。
【００４３】
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、前記補正部は、前記励起光の光軸方向と垂直な方向における前記蛍光体層の位置ずれを補正する第１の補正部を備えることが望ましい。
【００４４】
この構成によれば、励起光のスポットが発光素子への励起光の入射面の外側にはみ出しにくくなるため、励起光を効率的に利用することができる。そのため、蛍光体層から射出される光の量を十分に確保できる。
【００４５】
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、前記補正部は、前記励起光の光軸方向における前記蛍光体層の位置ずれを補正することによって前記スポットの大きさを補正する第２の補正部を備えることが望ましい。
【００４６】
この構成によれば、励起光のスポットが発光素子への励起光の入射面の外側にはみ出しにくくなるため、励起光を効率的に利用することができる。そのため、蛍光体層から射出される光の量を十分に確保できる。
【００４７】
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、前記蛍光体層の位置ずれの量を検出する検出部をさらに有し、前記補正部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記位置ずれを補正することが望ましい。
【００４８】
この構成によれば、蛍光体層の位置ずれの量を検出する検出部を有しているため、検出部の検出結果に基づいて位置ずれを適切に補正することができる。
【００４９】
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、前記蛍光体層の位置ずれの量を示すデータを記憶するデータ記憶部をさらに有し、前記補正部は、前記データ記憶部に記憶された前記データに基づいて前記位置ずれを補正することが望ましい。
【００５０】
この構成によれば、蛍光体層の位置ずれの量を示すデータを記憶するデータ記憶部を有しているため、データに基づいて簡易な構成でずれを補正することができる。
【００５１】
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、前記基板は該基板の一面と交差する回転軸を中心として回転可能であり、前記第１の側面は、前記回転軸を中心とする円と交差し、前記波長変換素子は、前記第１の側面と対向する前記蛍光体層の第２の側面に設けられるとともに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し、前記励起光用光源部により前記励起光を射出するパルス周波数をＦ（Ｈｚ）、前記波長変換素子の回転数をｍ（ｒｐｓ）、とすると、Ｆはｍの整数倍であることが望ましい。
【００５２】
この構成によれば、励起光用光源部は、円周方向において第１の反射部と第２の反射部との間に設けられている蛍光体層に、励起光を適切に入射させることができる。
【００５３】
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。
【００５４】
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】
【００５５】
【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。
【図１３】図１３は、本発明の実施例４に係るプロジェクターの概略構成図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例５に係るプロジェクターの概略構成図である。
【図１５】図１５は、蛍光体ホイール及びピックアップレンズの構成を示す図である。
【図１６】図１６は、蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図１７】図１７は、実施例５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１８】図１８は、実施例５の変形例２に係る蛍光体ホイールの平面図である。
【図１９】図１９は、蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図２０】図２０は、実施例５の変形例３に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図２１】図２１は、実施例５の変形例４に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施例６に係る蛍光体ホイールの平面図である。
【図２３】図２３は、一つの単位構造体の斜視図である。
【図２４】図２４は、円周方向における蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施例７に係る蛍光体ホイールの要部断面図である。
【図２６】図２６は、蛍光体ホイールを用いた光源装置の一例を示す図である。
【図２７】図２７は、本発明の実施例８に係るプロジェクターの概略構成図である。
【図２８】図２８は、本発明の実施例９に係るプロジェクターの概略構成図である。
【図２９】図２９は、本発明の実施例１０に係るプロジェクターの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
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。
【００５７】
［実施例１］
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。すなわち、ホイール基板３１は、当該ホイール基板３１の一面と交差する回転軸Ｒを中心として回転可能とされている。
【００６７】
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。蛍光体層３６は発光素子として機能する。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。以下、実施例１乃至４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。
【００６８】
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のスポットの軌跡に対応している。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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と略等しいか、もしくは入射面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、すなわち波長変換素子に形成される励起光のスポットが入射面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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
（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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
（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。
【００８５】
（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。
【００８６】
［実施例２］
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。
【００８７】
実施例１では、一つの環状の構造体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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
［実施例３］
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、実施例１の構造体３２における蛍光体層３６の入射面３６ａに相当する位置に、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の代わりに設けられている。
【００９９】
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。従って、本実施例においては、蛍光体層３６の蛍光射出面３６ｂは、励起光の入射面でもある。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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
［実施例４］
図１３は、本発明の実施例４に係るプロジェクターの概略構成図である。
上記の実施例１乃至３では、波長変換素子として、モーターによって回転可能とされた蛍光体ホイール１００を用いた例を示した。これに対して、本実施例のプロジェクター８００においては、光源装置８１０に用いる波長変換素子として、蛍光体基板８１１を用いている。蛍光体基板８１１は、基板本体８１２と構造体３２Ｆとを有する。
【０１０３】
図１３に示したように、基板本体８１２は板状部材であって、ガラス等の透明部材から構成されている。構造体３２Ｆは、実施例２で説明した構造体３２Ｒまたは３２Ｇと同一の構成である。つまり、構造体３２Ｆは、蛍光体層、第１の反射部、第２の反射部、第３の反射部および第４の反射部を含む。励起光を効率よく利用するためには、蛍光体基板８１１の上に形成される励起光のスポットが蛍光体層３６の入射面３６ａからはみ出さないことが好ましい。さらには、蛍光体層３６の入射面３６ａの面積が励起光のスポットの面積と同じであることがさらに好ましい。基板本体８１２の一面、すなわち、基板本体８１２の励起光６０が入射する面とは反対側の表面に凹部が設けられ、構造体３２Ｆは凹部の内部に設けられている。本実施例の蛍光体基板８１１は、固定されたものであり、上記の実施例１乃至３の蛍光体ホイールのように回転することはない。
【０１０４】
本実施例のプロジェクター８００においても、上記の実施例１〜３と同様、蛍光体層の側面に反射部を設けたことにより、蛍光体層の内部を進行する光が蛍光体層の射出面から空気中に射出しやすくなる。その結果、蛍光体基板を含むプロジェクター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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
［実施例５］
図１４は、本発明の実施例５に係るプロジェクター８２０の概略構成図である。
本実施例のプロジェクター８２０の基本構成は実施例１のプロジェクターと同様であり、蛍光体ホイールの構成が異なるのみである。よって、図１４において、図１と共通な構成要素には同一の符号を付す。
光源装置８２１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８２１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８２２、及びピックアップレンズ６を有する。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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８２２に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８２２は、励起光６０の照射により励起光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８２２から射出した蛍光と蛍光体ホイール８２２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。
【０１０９】
コリメート光学系１１は、光源装置８２１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。
【０１１０】
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を透過した光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。
【０１１１】
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を透過した光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。
【０１１２】
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を透過した光は、クロスダイクロイックプリズム２３へ入射する。
【０１１３】
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。
【０１１４】
図１５（ａ）は、波長変換素子として機能する蛍光体ホイール８２２の平面図であり、図１５（ｂ）は、蛍光体ホイール８２２の断面図である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）においては、蛍光体ホイール８２２にホイールモーター３３が装着されており、図１５（ｂ）においては、蛍光体ホイール８２２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。蛍光体ホイール８２２は、構造体８２３と、回転軸Ｒの周りに回転可能なホイール基板３１とを有する。構造体８２３については後で詳述する。図１５（ａ）に示した蛍光体ホイール８２２の平面図は、蛍光体ホイール８２２を構造体８２３が設けられた側から見た平面図である。また、図１５（ｂ）に示した蛍光体ホイール８２２の断面図は、蛍光体ホイール８２２の中心位置を含む断面である。また、図１６は、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沿う蛍光体ホイール８２２の断面Ａ−Ａ’である。
【０１１５】
図１５（ａ）、（ｂ）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を貫通させる開口が設けられている。開口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。
【０１１６】
図１６に示したように、本実施例では、構造体８２３は、発光素子８２４、第１の反射部３４ａ、及び第２の反射部３４ｂを含む。発光素子８２４は、粒子状の複数の蛍光体１０００を含む蛍光体層３６および光透過層８２５を含む。蛍光体１０００は励起光６０の照射により励起され、蛍光を発生する。蛍光体層３６は、蛍光体１０００の粒子が分散された、透明樹脂からなるバインダーを有する。光透過層８２５は、蛍光体層３６のホイール基板３１とは反対側に設けられており、蛍光体層３６から入射した光を透過させる。
【０１１７】
構造体８２３は、ホイール基板３１が有する複数の面のうち励起光６０が入射する側とは反対側の表面３１ａに設けられている。図１５（ａ）に示したように、構造体８２３に含まれる発光素子８２４は、平面視で一定の幅を持つ環をなしている。発光素子８２４がなす環は、ホイール基板３１が回転することによって得られる励起光６０のスポットの軌跡に対応している。
【０１１８】
蛍光体ホイール８２２は、ホイール基板３１の表面に構造体８２３を設けることで、蛍光体１０００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。
【０１１９】
図１６に示したように、発光素子８２４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する第１の側面３５ａおよび第２の側面３５ｂを備える。第１の側面３５ａと第２の側面３５ｂとは、互いに対向している。第１の側面３５ａは、環状の発光素子８２４のホイールモーター３３側の側面であり、第２の側面３５ｂは、環状の発光素子８２４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。
【０１２０】
第１の反射部３４ａは発光素子８２４の第１の側面３５ａに設けられ、第２の反射部３４ｂは発光素子８２４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において、第１の側面３５ａと第２の側面３５ｂとの間の距離が蛍光体層３６から光透過層８２５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、蛍光体層３６から光透過層８２５に向かって大きくなっている。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は、蛍光体層３６から入射した蛍光及び励起光と、光透過層８２５から入射した蛍光及び励起光とを反射する。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。
【０１２１】
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、すなわち蛍光体層３６が有する複数の面のうち励起光６０の入射面３６ａに設けられている。ダイクロイック膜３８は、レーザーダイオードアレイ２から出射された励起光６０を透過させ、蛍光体１０００から出射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。
【０１２２】
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８２１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。光透過層８２５は、蛍光体層３６のバインダーと同じ屈折率の透明樹脂から構成されている。
【０１２３】
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８２１は、回転軸Ｒを中心とする円の半径方向に測った励起光６０のスポット径ｄ１が、入射面３６ａの半径方向の幅Ｍと略等しい、もしくは入射面３６ａの半径方向の幅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、すなわち波長変換素子に形成される励起光のスポットを入射面３６ａからはみ出させないために許容される、蛍光体ホイール８２２の回転によるぶれの上限値を大きくすることができる。
【０１２４】
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出射される。
【０１２５】
蛍光体層３６から光透過層８２５へ進行した蛍光及び励起光６０のうち、光透過層８２５と空気との界面へ臨界角より小さい角度で入射した成分は、光透過層８２５の蛍光射出面８２５ｂから空気中へ射出する。
【０１２６】
本実施例では、光透過層８２５の屈折率は蛍光体層３６のバインダーの屈折率と同じであるため、蛍光体層３６と光透過層８２５との界面においては光が反射しない。そのため、蛍光体１０００から射出された蛍光や、蛍光体１０００によって散乱された励起光が蛍光体層３６と光透過層８２５との界面において反射されて蛍光体層３６に戻ることはない。その結果、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。なお、光透過層８２５は、バインダーと同じ屈折率とする場合に限られず、例えば、バインダーより低い屈折率の材料で構成することとしても良い。
【０１２７】
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、ダイクロイック膜３８で反射し、光透過層８２５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側へ漏れず、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂから効率良く射出することができる。以下、実施例５乃至１０においては、蛍光出射面(射出面)８２５ｂは、光透過層８２５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光透過層８２５から空気中に射出される面を指す。
【０１２８】
また、テーパ形状の反射部３４によって、ホイール基板３１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、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂにおける光線角度が小さくなり、光透過層８２５と空気との界面における光の全反射が抑制され、その結果、光透過層８２５の内部を進行する光が光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂから空気中に射出しやすくなる。
【０１２９】
さらに、蛍光体層３６の内部をホイール基板３１に対して平行に進行する蛍光成分は、反射部３４での反射により、蛍光体ホイール８２２の半径方向への伝播が阻止される。本実施形態による蛍光体ホイール８２２では、蛍光体層３６での蛍光の伝播が反射部３４によって阻止されるため、蛍光体層３６における発光面積の増加が抑制される。
【０１３０】
また、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂから射出する光の射出角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。これにより、蛍光体ホイール８２２を含むプロジェクター８２０は、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。
【０１３１】
（変形例１）
図１７は、本実施例の変形例１に係る蛍光体ホイール８３０の要部断面図である。実施例５に係る蛍光体ホイール８２２では、構造体８２３は、ホイール基板３１が有する複数の面のうち励起光６０が入射する側とは反対側の表面３１ａに設けられていたが、本変形例に係る蛍光体ホイール８３０では、ホイール基板８３１の表面８３１ａに設けられた溝８３２に構造体８２３が設けられていることを特徴とする。反射部３４は、発光素子８２４の側面３５と溝８３２の壁面とに挟まれている。ダイクロイック膜３８は、溝８３２の底面に設けられている。溝８３２に蛍光体層３６を設けることで、蛍光体層３６の材料の塗布を安定して行うことができる。
【０１３２】
（変形例２）
図１８は、本実施例の変形例２に係る蛍光体ホイール８４０の平面図である。図１９は、蛍光体ホイール８４０の要部断面図である。本変形例に係る蛍光体ホイール８４０は、蛍光体１０００からの熱を伝導する熱伝導部８４１を有する。熱伝導部８４１は、ホイール基板３１の表面３１ａの上に、構造体８２３と接するように設けられている。熱伝導部８４１は、高い熱伝導率の部材、例えば銅やアルミニウムを用いて構成されている。
【０１３３】
励起光６０の照射によって蛍光体１０００で生じた熱は、蛍光体層３６から反射部３４を経て、或いは蛍光体層３６から光透過層８２５及び反射部３４を経て、熱伝導部８４１へ伝導する。蛍光体ホイール８４０は、熱伝導部８４１を設けることで、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。蛍光体ホイール８４０は、効果的な放熱により、高い効率で蛍光を発生させることが可能となる。
【０１３４】
熱伝導部８４１は、ホイール基板３１の表面のうち構造体８２３以外の部分を完全に覆う場合に限られない。熱伝導部８４１は、蛍光体１０００で生じた熱を効果的に放散させるためには、ホイール基板３１の表面３１ａのうち構造体８２３の周囲の少なくとも一部に設けられていれば良いものとする。蛍光体ホイール８４０は、発光素子８２４の側面３５と熱伝導部８４１との間に反射部３４を設ける他、熱伝導部８４１の一部を反射部として機能させることとしても良い。
【０１３５】
（変形例３）
図２０は、本実施例の変形例３に係る蛍光体ホイール８５０の要部断面図である。本変形例に係る蛍光体ホイール８５０は、ホイール基板８３１及び熱伝導部８４１に形成された溝８３２に、構造体８２３が設けられている。本変形例の場合も、蛍光体ホイール８５０は、熱伝導部８４１を設けることで、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。熱伝導部８４１は、ホイール基板８３１の表面のうち溝８３２以外の部分を完全に覆うこととしても良く、構造体８２３の周囲の一部に設けることとしても良い。
【０１３６】
（変形例４）
図２１は、本実施例の変形例４に係る蛍光体ホイール８６０の要部断面図である。本変形例に係る蛍光体ホイール８６０は、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂに設けられた凹凸構造（モスアイ構造）８６１を有する。
【０１３７】
凹凸構造８６１の各々は、例えば、蛍光の波長より短い幅で構成され、二次元的に設けられている。凹凸構造８６１は、光透過層８２５と空気との界面での光の反射を抑制させる。本変形例に係る蛍光体ホイール８６０は、凹凸構造８６１によって光透過層８２５から効率良く光を取り出すことができる。
【０１３８】
（変形例５）
上記の実施例５及び変形例１乃至４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、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阻止される。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、光透過層８２５に進入する。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。
【０１３９】
［実施例６］
図２２は、本発明の実施例６に係る波長変換素子として機能する蛍光体ホイール８７０の平面図である。本実施例では、反射部は、ホイール基板３１の回転軸Ｒを中心とする円の形状に設けられた側面と、円の半径方向に設けられた側面とに設けられている。蛍光体ホイール８７０は、実施例５の光源装置８１０に適用される。実施例５と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。蛍光体層を含む構造体は、円周方向に配列された反射部によって、複数の単位構造体８７１に分割されている。
【０１４０】
図２３は、一つの単位構造体８７１の斜視図である。単位構造体８７１は、発光素子８２４、円周方向に設けられた第１の反射部３４ａ、第２の反射部３４ｂ、半径方向に設けられた第３の反射部８４ａ、及び第４の反射部８４ｂを含む。発光素子８２４は、粒子状の蛍光体１０００を含む蛍光体層３６および光透過層８２５を含む。このように、発光素子８２４は、第１の反射部３４ａと第２の反射部３４ｂと第３の反射部８４ａと第４の反射部８４ｂとによって取り囲まれている。一つの単位構造体８７１について円周方向に設けられた第１の反射部３４ａおよび第２の反射部３４ｂは、実施例５における反射部３４（図１６参照）と同様に、円の半径方向に沿う断面においてテーパ形状を有している。本実施例では、適宜、第１の反射部３４ａと第２の反射部３４ｂとを併せて、反射部３４と呼ぶことがある。同様に、第３の反射部８４ａと第４の反射部８４ｂとを併せて、反射部８４と呼ぶことがある。
【０１４１】
図２４は、図２２において一点鎖線で示す円周方向における蛍光体ホイール８７０の要部断面図である。複数の単位構造体８７１は、反射部８４によって互いに仕切られて、円周方向に並んでいる。波長分離層であるダイクロイック膜３８は、ホイール基板３１と、各単位構造体８７１の蛍光体層３６との間に設けられている。一つの単位構造体８７１について半径方向に設けられた反射部８４は、円周方向に沿う断面においてテーパ形状を有している。
【０１４２】
本実施形態による蛍光体ホイール８７０では、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について、発光領域が制限される。そのため、発光面積の増加を抑制させるとともに、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂにおけ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８７０を含むプロジェクターは、システム全体としての光利用効率をさらに向上させることができる。
【０１４３】
図２４に示したように、互いに隣り合う２つの単位構造体８７１同士の間には、蛍光体１０００が設けられていない領域が存在する。そこで、レーザーダイオードアレイ２（図１４参照）は、蛍光体１０００が設けられていない領域に励起光６０を照射しないように、つまり各単位構造体８７１の蛍光体層３６へ励起光６０が適切に入射するように、蛍光体ホイール８７０の回転に応じたパルス周波数で励起光６０を射出する。光源装置８２１は、蛍光体１０００が設けられていない領域への励起光６０の射出を停止させることで光利用効率を向上させるとともに、光源装置８２１から射出される光の強度を安定化させることができる。さらに、パルス発光とすることでレーザーダイオード３の寿命を延ばすことが可能となる。
【０１４４】
１パルスの励起光６０を蛍光体ホイール８７０へ入射した場合に、円周方向における照射領域の長さＬは、式（１）により計算される。
Ｌ＝ｄ２＋２πｒｍＤ／Ｆ …（１）
【０１４５】
但し、ｄ２は励起光６０の円周方向のスポット径（単位ｍ）、ｒは発光素子８２４の半径方向の中心と回転中心Ｒとの間の距離（単位ｍ）、ｍは蛍光体ホイール８７０の回転数（単位ｒｐｓ）、Ｄは励起光６０のパルスのデューティー比、Ｆは励起光６０のパルス周波数（単位Ｈｚ）とする。図２３に示すように、蛍光体層３６の入射面３６ａの、円周方向についての長さをＬとすることで、励起光２００を単位構造体５１に適切に照射することが可能となる。
【０１４６】
長さＬがスポット径ｄ２のＴ倍まで許容可能、言い換えると、励起光６０の滲み量がスポット径ｄ２のＴ倍まで許容可能、とした場合、Ｔ＝Ｌ／ｄ２を式（１）に代入して、距離ｒについての式（２）が求められる。
ｒ＝（Ｔ−１）ｄ２Ｆ／（２πｒｍＤ） …（２）
【０１４７】
例えば、パルス周波数Ｆを１００ｋＨｚ、デューティー比Ｄを０．３、スポット径ｄ２を１ｍｍ、回転数ｍを１００００／６０ｒｐｓ（＝１００００ｒｐｍ）、Ｔを１．１、とした場合、式（２）により、距離ｒはおよそ３．２ｃｍと計算される。このとき、一つの単位構造体８７１の円周方向の長さは、およそ１．１ｍｍとなる。光源装置８２１は、このような計算に応じた設計及び駆動により、レーザーダイオードアレイ２による励起光６０の照射と蛍光体ホイール８７０の回転とを同期させる。
【０１４８】
蛍光体ホイール８７０に形成される単位構造体８７１の数Ｓは、Ｓ＝Ｆ／ｍにより求められる。Ｓは整数であることから、Ｆはｍの整数倍となる。これにより、レーザーダイオードアレイ２は、蛍光体１０００が設けられていない領域を避けて、各単位構造体８７１の発光素子８２４へ励起光６０を適切に入射させることができる。
【０１４９】
各実施例の蛍光体ホイールは、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）やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を備えるプロジェクターに適用しても良い。
【０１５０】
［実施例７］
図２５は、本発明の実施例７に係る波長変換素子として機能する蛍光体ホイール８８０の要部断面図である。実施例５に係る蛍光体ホイール８２２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８８０では、実施例５の構造体８２３における蛍光体層３６の入射面３６ａに相当する位置に、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の代わりに設けられている。励起光６０は、ホイール基板３１の構造体８２３が設けられている側から蛍光体１０００に照射される。従って、本実施例においては、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂは、蛍光体層３６への励起光の入射面でもある。
【０１５１】
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で反射され、光透過層８２５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側へ漏れず、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂ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も、同様に反射層７２で反射され、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂから効率良く射出することができる。
【０１５２】
図２６に、蛍光体ホイール８８０を用いた光源装置８８１の一例を示す。励起光６０は、ホイール基板３１の構造体８２３が設けられている側から蛍光体１０００に照射され、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５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８８１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であっても、実施例５で説明した透過型のホイール基板と同様、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。
【０１５３】
反射型の蛍光体ホイール８８０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５の変形例１で示したように、ホイール基板８３１の表面に設けた溝８３２に発光素子８２４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材として機能するため、反射部３４や反射層７２を設ける必要がない。
【０１５４】
［実施例８］
図２７は、本発明の実施例８に係るプロジェクター８９０の概略構成図である。
上記の実施例５乃至７では、波長変換素子として、ホイールモーター３３により回転可能とされた蛍光体ホイールを用いた例を示した。これに対して、本実施例のプロジェクター８９０においては、光源装置８９３に用いる波長変換素子として、蛍光体基板８９１を用いている。蛍光体基板８９１は、基板本体８９２と構造体８２３とを有する。
【０１５５】
図２７に示したように、基板本体８９２は板状部材であって、ガラス等の透明部材から構成されている。本実施例では、構造体８２３Ｆは、実施例６で説明した構造体８７１と同一の構成である。つまり、単位構造体８７１は、発光素子８２４、円周方向に設けられた第１の反射部３４ａ、第２の反射部３４ｂ、半径方向に設けられた第３の反射部８４ａ、及び第４の反射部８４ｂを含む。励起光を効率よく利用するためには、蛍光体基板８９１の上に形成される励起光のスポットが蛍光体層３６の入射面３６ａからはみ出さないことが好ましい。さらには、蛍光体層３６の入射面３６ａの面積が励起光のスポットの面積と同じであることが好ましい。
基板本体８９２の一面、すなわち、基板本体８９２の励起光６０が入射する面とは反対側の表面に構造体８２３が設けられている。本実施例の蛍光体基板８９１は、固定されており、上記の実施例５乃至７の蛍光体ホイールのように回転することはない。
【０１５６】
本実施例のプロジェクター８９０においても、上記の実施例５乃至７と同様、蛍光体層の内部を進行する光が蛍光体層の射出面から空気中に射出しやすくなる。その結果、蛍光体基板を含むプロジェクター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。
【０１５７】
［実施例９］
図２８は、本発明の実施例９に係るプロジェクター９００の概略構成図である。
本実施例のプロジェクター９００のうち、コリメート光学系１１より後段の構成は実施例１のプロジェクターと同一である。本実施例のプロジェクター９００は、コリメート光学系１１よりも前段の光源装置９０１の構成が実施例１のプロジェクターと異なり、発光素子８２４への励起光の入射面の位置ずれを補正する補正部９０２を備えている。さらに言えば、発光素子８２４への励起光の入射面は、第１の反射部３４ａのホイール基板３１とは反対側の端部と、第２の反射部３４ｂのホイール基板３１とは反対側の端部と、の間の領域である。以降、発光素子８２４への励起光の入射面のことを単に発光素子８２４の入射面と呼ぶ。
図２８において、実施例１の図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１５８】
本実施例の光源装置９０１は、図２８に示すように、紫外レーザーダイオード９０３と、蛍光体ホイール９０４と、青色レーザーダイオード９０５と、クロスダイクロイックプリズム９０６と、ダイクロイックミラー９０７と、補正部９０２と、を主に備えている。紫外レーザーダイオード９０３は、励起光である紫外光を射出する励起光用光源部として機能する。蛍光体ホイール９０４は、ホイールモーター３３によって回転するとともに、励起光の照射により蛍光を射出する波長変換素子として機能する。補正部９０２は、蛍光体ホイール９０４の回転により生じる発光素子８２４の入射面の位置ずれを補正する。補正部９０２の構成と機能は後で詳しく説明する。
【０１５９】
蛍光体ホイール９０４は、ホイール基板９０８と、ホイール基板９０８の一つの主面に形成された溝に設けられた構造体８２３を有している。実施例５と同様、構造体８２３は、蛍光体層３６と反射部とを含み、発光素子８２４は、蛍光体層３６と光透過層８２５とを含む。構造体８２３の構成は実施例５で説明したので、構造体８２３に関する詳細な説明は省略する。また、本実施例においては、実施例７による蛍光体ホイール８８０と同様に、励起光はホイール基板９０８の構造体８２３が設けられている側から蛍光体１０００に照射される。従って、本実施例においては、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂが、発光素子８２４の入射面に相当する。本実施例のホイール基板９０８は、円形状の板状部材であって、アルミニウム等の金属材料から構成されている。ホイール基板９０８の中心には回転軸Ｒが設けられ、回転軸Ｒはホイールモーター３３に連結されている。ホイール基板９０８は、ホイールモーター３３の駆動によって回転軸Ｒを中心として例えば毎分７２００回転の速度で回転する。蛍光体ホイール９０４は、ホイール基板９０８の一面と交差する回転軸Ｒを中心として回転可能とされている。そのため、蛍光体ホイール９０４の上に形成される励起光のスポットは、蛍光体ホイール９０４の上を時間的に移動する、と言うことができる。また、蛍光体層３６は、ホイール基板９０８の一面に回転軸Ｒを中心とする円に沿って設けられている。
【０１６０】
本実施例において、ホイール基板９０８は、例えば直径が４０ｍｍのアルミニウム円板で構成され、アルミニウム円板の一面に例えば内径が３７ｍｍ、外径が３８．３ｍｍ、幅（ホイール基板９０８の径方向の寸法）が１．３ｍｍ、深さが０．１５ｍｍの溝が形成されている。つまり、構造体８２３の蛍光出射面８２５ｂの幅は１．３ｍｍである。また、実施例７による蛍光体ホイール８８０における励起光の入射面３６ａに相当する構造体８２３の底面の幅は、１ｍｍである。また、後述する位置ずれの補正を容易にするため、ホイール基板９０８の径方向における構造体８２３の断面において、ホイール基板９０８のひとつの主面に対する第１の側面３５ａの傾斜角をホイール基板９０８のひとつの主面に対する第２の側面３５ｂの傾斜角と等しくすることが好ましい。
溝の内面には反射膜として銀膜が成膜されている。また、銀膜の表面には、酸化シリコンからなる保護膜が形成されている。溝の内部には、例えば波長４０５ｎｍの紫外光によって励起され、波長５００〜７００ｎｍの黄色光を発する蛍光体粒子が分散、内包されたシリコーン樹脂が埋め込まれている。多数の蛍光体粒子が分散、内包されたシリコーン樹脂によって蛍光体層３６が構成されている。溝の内面に銀膜が成膜されたことにより、蛍光体層３６で発せられた黄色光は効率良く蛍光体ホイール９０４から取り出される。
【０１６１】
紫外レーザーダイオード９０３は、蛍光体層３６を励起させる励起光として、例えば波長４０５ｎｍの紫外光を射出する。紫外レーザーダイオード９０３から射出された紫外光は、第１のコリメータレンズ９０９によって平行化され、計算機合成ホログラム９１０（ＣＧＨ ：Computer Generated Hologram、以下ＣＧＨと称す）によってビームが成形された後、クロスダイクロイックプリズム９０６に入射する。紫外レーザーダイオード９０３から射出された光の光軸であって、第１のコリメータレンズ９０９、ＣＧＨ９１０、クロスダイクロイックプリズム９０６を通る光軸を、光軸ＬＡと称する。
【０１６２】
クロスダイクロイックプリズム９０６は、波長５００ｎｍ未満の光を反射し、波長５００ｎｍ以上の光を透過させる第１の波長分離膜９１１と、波長７００ｎｍ以上の光を反射し、波長７００ｎｍ未満の光を透過させる第２の波長分離膜９１２と、を有している。クロスダイクロイックプリズム９０６に入射した紫外光は、第１の波長分離膜９１１で反射して光軸を９０度折り曲げ、蛍光体ホイール９０４に向かう。第１の波長分離膜９１１で反射して９０度折り曲げられた紫外光（励起光）の光軸を、光軸ＬＣと称する。
【０１６３】
クロスダイクロイックプリズム９０６と蛍光体ホイール９０４との間には、ピックアップレンズ９１３が設けられている。紫外レーザーダイオード９０３から射出された紫外光は、第１のコリメータレンズ９０９、ＣＧＨ９１０、ピックアップレンズ９１３を経て、蛍光体ホイール９０４の蛍光体層３６上に集光される。このとき、後述する第２のアクチュエーターによって光軸ＬＣ上でのピックアップレンズ９１３の位置が最適化されることにより、紫外光はホイール基板９０８上に１．２ｍｍ角の矩形状のスポット（光源像）として結像される。紫外光のスポットの大きさは１．２ｍｍ角であり、矩形状のスポットの一の辺はホイール基板９０８の径方向と略一致している。つまり、ホイール基板９０８の半径方向の断面におけるスポットの大きさＷ１は１．２ｍｍである。また、ホイール基板９０８の半径方向の断面における発光素子８２４の入射面の幅Ｗ２は１．３ｍｍである。そのため、励起光の集光位置と蛍光体層３６とが適正な位置関係にある場合、励起光の集光位置は発光素子８２４の入射面、すなわち光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂ上に位置し、しかも、ホイール基板９０８の上に形成される励起光のスポットが発光素子８２４の入射面の外側へはみ出すことはない。本実施例では、スポットの大きさＷ１を発光素子８２４の入射面の幅Ｗ２よりわずかに小さくしたが、蛍光体層３６と励起光双方を有効に利用するためには、スポットの大きさＷ１を発光素子８２４の入射面の幅Ｗ２と等しくすることが好ましい。
【０１６４】
紫外光が蛍光体層３６に入射したとき、蛍光体は紫外光によって励起され、波長５００〜７００ｎｍの黄色光を発する。蛍光体から発せられた黄色光は、ピックアップレンズ９１３を経てクロスダイクロイックプリズム９０６に入射し、第１の波長分離膜９１１および第２の波長分離膜９１２を透過して、後段のコリメート光学系１１に向かう。一方、光軸ＬＡ上において、クロスダイクロイックプリズム９０６を挟んで紫外レーザーダイオード９０３が設けられた側と反対側には、波長５００ｎｍ未満の光を反射し、波長５００ｎｍ以上の光を透過させるダイクロイックミラー９０７が設けられている。
【０１６５】
ダイクロイックミラー９０７を通り、光軸ＬＡと直交する光軸を光軸ＬＢとすると、光軸ＬＢ上に、例えば波長４６０ｎｍの青色光を射出する青色レーザーダイオード９０５が設けられている。ダイクロイックミラー９０７と青色レーザーダイオード９０５との間には、第２のコリメータレンズ９１４が設けられている。青色レーザーダイオード９０５から射出された青色光は、第２のコリメータレンズ９１４によって平行化された後、ダイクロイックミラー９０７に入射する。青色光は、ダイクロイックミラー９０７で反射してダイクロイックプリズム９０６に入射する。ダイクロイックプリズム９０６に入射した青色光は、第１の波長分離膜９１１で反射して、後段のコリメート光学系１１に向かう。このようにして、蛍光体層３６から発せられた黄色光と青色レーザーダイオード９０５から射出された青色光とが合成されて白色光となり、白色光がコリメート光学系１１に入射する。
【０１６６】
補正部９０２は、第１のアクチュエーター９１５と、第２のアクチュエーター９１６と、赤外レーザーダイオード９１７と、回折格子９１８と、光検出器９１９と、円筒レンズ９２０と、偏光ビームスプリッター９２１（Polarized Beam Splitter, 以下、ＰＢＳと略記する）と、１／４波長板９２２と、第３のコリメータレンズ９２３と、制御部９２４と、を備えている。蛍光体ホイール９０４のホイールモーター３３には第１のアクチュエーター９１５が設置されている。第１のアクチュエーター９１５は、励起光の光軸ＬＣ方向と垂直な方向における発光素子８２４の入射面の位置ずれを補正する第１の補正部に相当する。この補正は、蛍光体層３６と励起光のスポットとの相対的な位置関係を補正することと等価である。第１のアクチュエーター９１５の駆動により、蛍光体ホイール９０４はホイール基板９０８の主面に平行な方向に平行移動する。また、ピックアップレンズ９１３には、第２のアクチュエーター９１６が設置されている。第２のアクチュエーター９１６は、励起光の光軸ＬＣ方向における発光素子８２４の入射面の位置ずれを補正する第２の補正部に相当する。この補正は、励起光が平行光でない場合において、励起光のスポットの大きさを補正することと等価である。第２のアクチュエーター９１６の駆動により、ピックアップレンズ９１３は光軸ＬＣと平行な方向に平行移動する。
【０１６７】
光軸ＬＡ上において、ダイクロイックミラー９０７を挟んでダイクロイックプリズム９０６が設けられた側と反対側には、ダイクロイックミラー９０７側から順に、１／４波長板９２２、第３のコリメータレンズ９２３、ＰＢＳ９２１、回折格子９１８、赤外レーザーダイオード９１７が配置されている。ＰＢＳ９２１は、当該ＰＢＳ９２１の透過軸が赤外レーザーダイオード９１７から射出された赤外光の偏光軸と一致するように配置されている。ダイクロイックミラー９０７の後段側に配置された１／４波長板９２２、第３のコリメータレンズ９２３、ＰＢＳ９２１、回折格子９１８、赤外レーザーダイオード９１７は、発光素子８２４の入射面の位置ずれの量を検出する検出部として機能する。
【０１６８】
赤外レーザーダイオード９１７は、ピックアップレンズ９１３および発光素子８２４の入射面が適正な位置にあるか否かを検出するための検出光として、例えば波長７８０ｎｍの赤外光を射出する。赤外レーザーダイオード９１７から射出された赤外光は、回折格子９１８によって３つのビームに分割された後、ＰＢＳ９２１、第３のコリメータレンズ９２３、１／４波長板９２２、ダイクロイックミラー９０７を順に透過し、クロスダイクロイックプリズム９０６に入射する。クロスダイクロイックプリズム９０６に入射した赤外光は、第２の波長分離膜９１２で反射し、ピックアップレンズ９１３を経て蛍光体ホイール９０４に入射し、蛍光体ホイール９０４で反射する。
【０１６９】
蛍光体ホイール９０４で反射した赤外光は、ピックアップレンズ９１３を透過してクロスダイクロイックプリズム９０６の第２の波長分離膜９１２で反射し、ダイクロイックミラー９０７、１／４波長板９２２、第３のコリメータレンズ９２３を順に透過し、ＰＢＳ９２１に入射する。このとき、赤外光は往路と復路とで１／４波長板９２２を２回透過したため、ＰＢＳ９２１に入射する赤外光の偏光軸は、赤外レーザーダイオード９１７から射出された直後の赤外光の偏光軸に対して９０°回転した状態となる。よって、赤外光は、ＰＢＳ９２１で反射し、円筒レンズ９２０を介して光検出器９１９に入射する。
【０１７０】
光検出器９１９は、入射した赤外光に基づいて、光軸ＬＣに平行な方向における適正な位置からの、発光素子８２４の入射面の位置ずれ、いわゆるフォーカスずれを検出する。光検出器９１９はさらに、光軸ＬＣに垂直な方向における適正な位置からの、発光素子８２４の入射面の位置ずれ、いわゆるトラッキングずれを検出する。ここで、光軸ＬＣに平行な方向における、発光素子８２４の入射面の適正な位置とは、例えば励起光の集光点とすることができる。また、光軸ＬＣに垂直な方向における発光素子８２４の入射面の適正な位置とは、紫外光（励起光）のスポットが蛍光体層３６への励起光の入射面の外側にはみ出さないような位置である。フォーカスずれの検出には、ピックアップレンズ９１３の位置がベストフォーカス状態にあるか、ベストフォーカスよりも前で結像しているか、後で結像しているかによって、円筒レンズ９２０を透過した後の赤外光のビーム形状が変化することを利用している。すなわち、フォーカスずれの検出には、公知の非点収差法が用いられる。また、トラッキングずれの検出には、主ビームと２つの副ビームを用い、トラッキングずれの方向によって、２つの副ビームの光量の差が変化することを利用している。すなわち、トラッキングずれの検出には、公知の３ビーム法が用いられる。なお、フォーカスずれやトラッキングずれの検出方法は上記の方法に限るものではない。例えば、フォーカスずれの検出にフーコー法を用いたり、トラッキングずれの検出にプッシュプル法を用いたりしても良い。
【０１７１】
光検出器９１９の出力信号は制御部９２４に送られる。制御部９２４は、光検出器９１９の出力信号に基づいて、フォーカスずれの方向とずれ量に応じてピックアップレンズ９１３を光軸ＬＣと平行な方向に移動させるための駆動信号を第２のアクチュエーター９１６に送信する。また、制御部９２４は、光検出器９１９の出力信号に基づいて、トラッキングずれの方向とずれ量に応じて蛍光体ホイール９０４を光軸ＬＣと垂直な方向に移動させるための駆動信号を第１のアクチュエーター９１５に送信する。第２のアクチュエーター９１６は、ピックアップレンズ９１３で集光された光が発光素子８２４の入射面上に常時ベストフォーカスで結像するように、ピックアップレンズ９１３を光軸ＬＣと平行な方向に駆動する。この補正は、フォーカスずれによってスポットの大きさが変動することを補正することに対応する。これにより、フォーカスずれによってスポットが大きくなることに起因してスポットが発光素子８２４の入射面からはみ出し、励起光の利用効率が低下する、ということを低減することができる。また、光源装置から射出される光の強度の変動を小さくすることができる。第１のアクチュエーター９１５は、ピックアップレンズ９１３で集光された光、すなわち励起光のスポットが発光素子８２４の入射面上から常時はみ出さないように、蛍光体ホイール９０４を光軸ＬＣと垂直な方向に駆動する。この補正は、蛍光体層３６とスポットとの相対的な位置関係を補正することに対応する。これにより、スポットが発光素子８２４の入射面からはみ出すことで励起光の利用効率が低下する、ということを低減することができる。また、光源装置から射出される光の強度の変動を小さくすることができる。
【０１７２】
本実施例のプロジェクター９００においても、上記の実施例１〜８と同様、蛍光体層３６の側面に反射部を設けたことにより、蛍光体層の内部を進行する光が蛍光体層の射出面から空気中に射出しやすくなる。その結果、プロジェクター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。
【０１７３】
ところが、プロジェクター９００を停止した状態で各種光学部品を適正な位置にアライメントしたとしても、プロジェクター９００を起動させ、蛍光体ホイール９０４が高速で回転した状態においては、ホイール基板９０８の偏心や面ぶれ等に起因して、すなわち発光素子８２４の入射面の位置ずれに起因して励起光のフォーカスずれやトラッキングずれを生じる虞がある。これに対し、本実施例の場合、励起光のフォーカスずれやトラッキングずれを補正する補正部９０２が備えられているため、フォーカスずれやトラッキングずれが確実に補正され、光源装置９０１から射出される光の強度の変動を抑えることができる。
【０１７４】
［実施例１０］
図２９は、本発明の実施例１０に係るプロジェクター９３０の概略構成図である。本実施例のプロジェクター９３０は、補正部９３１を備えた点では実施例９と同様であるが、補正部９３１の構成が実施例９と異なる。
図２９において、実施例９の図２８と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例においても、光透過層８２５の蛍光出射面８２５ｂが、発光素子８２４の入射面に相当する。
【０１７５】
本実施例のプロジェクター９３０は、図２９に示すように、補正部９３１として、第１のアクチュエーター９１５と、第２のアクチュエーター９１４と、データ記憶部９３２と、制御部９３３と、を備えている。図２８に示した実施例９のプロジェクター９００と比較すると、本実施例のプロジェクター９３０の光源装置９３４は、赤外レーザーダイオードおよび光検出器等を含む、励起光のフォーカスずれやトラッキングずれを検出するための機構を備えていない。そのため、本実施例のプロジェクター９３０では、ダイクロイックミラー９０７に代えて、単なる反射ミラーを用いても良い。
【０１７６】
蛍光体ホイール９０４を回転させた際に生じる発光素子８２４の入射面の位置ずれ、すなわち励起光のフォーカスずれやトラッキングずれは、光源装置９３４を組み立てた際に予め測定されている。測定によって得られた蛍光体ホイール９０４の回転角度とフォーカスずれの方向とずれ量との関係、および蛍光体ホイール９０４の回転角度とトラッキングずれの方向とずれ量との関係がマッピングデータとしてデータ記憶部９３２に記憶されている。
【０１７７】
プロジェクター９３０を起動した際には、制御部９３３は、データ記憶部９３２のマッピングデータに基づいて、ピックアップレンズ９１３を光軸ＬＣと平行な方向に移動させるための駆動信号を第２のアクチュエーター９１６に送信する。また、制御部９３３は、データ記憶部９３２のマッピングデータに基づいて、トラッキングずれの方向とずれ量に応じて蛍光体ホイール９０４を光軸ＬＣと垂直な方向に移動させるための駆動信号を第１のアクチュエーター９１５に送信する。第２のアクチュエーター９１６は、ピックアップレンズ９１３で集光された光が発光素子８２４の入射面上に常時ベストフォーカスで結像するように、ピックアップレンズ９１３を光軸ＬＣと平行な方向に駆動する。第１のアクチュエーター９１５は、ピックアップレンズ９１３で集光された光、すなわち励起光のスポットが発光素子８２４の入射面上から常時はみ出さないように、蛍光体ホイール９０４を光軸ＬＣと垂直な方向に駆動する。
【０１７８】
本実施例のプロジェクター９３０においても、上記の実施例１〜９と同様、蛍光体層３６の側面に反射部を設けたことにより、蛍光体層３６の内部を進行する光が蛍光体層の射出面から空気中に射出しやすくなる。その結果、プロジェクター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。また、補正部９３１によってフォーカスずれやトラッキングずれが確実に補正され、光源装置９０１から射出される光の強度の変動を抑えることができる。実施例９のプロジェクターと比較すると、フォーカスずれやトラッキングずれを検出するための機構を備えていない分、補正部９３１の構成が簡略化できる。
【０１７９】
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、実施例４では、実施例１で用いた蛍光体ホイール１００と同じ態様で、基板本体８１２の一面に形成された溝に蛍光体層３６が設けられた蛍光体基板８１１を用いたが、これに限られない。実施例４において、実施例１の変形例１乃至３及び実施例３で用いたいずれの態様で蛍光体層３６が基板本体８１２に設けられた蛍光体基板を用いてもよい。
同様に、実施例８では、実施例５で用いた蛍光体ホイール８２２と同じ態様で蛍光体層３６が基板本体８９２の一面に設けられた蛍光体基板８９１を用いたが、これに限られない。実施例８において、実施例５の変形例１乃至５及び実施例７で用いたいずれの態様で蛍光体層３６が基板本体８９２に設けられた蛍光体基板を用いてもよい。
【０１８０】
また、実施例９および実施例１０では、構造体として実施例５で説明した構造体８２３を用いたが、これに限られない。実施例９または実施例１０において、実施例１ないし８で用いたいずれの構造体を用いてもよい。また、実施例９および実施例１０では、蛍光体ホイールとして、ホイール基板９０８の一つの主面に形成された溝に構造体８２３が設けられた蛍光体ホイール９０４を用いたが、これに限られない。実施例９または実施例１０において、実施例１乃至３および実施例５乃至７で用いたいずれの蛍光体ホイールを用いてもよい。
【０１８１】
また、実施例９および実施例１０では、スポットが発光素子８２４の入射面からはみ出すことを低減するように、蛍光体層３６と励起光のスポットとの相対的な位置関係、あるいは励起光のスポットの大きさを補正していた。言い換えれば、発光素子８２４の入射面を補正の対象としていた。しかし、本発明はこれに限られない。蛍光体層３６と光透過層８２５との界面を補正の対象として、スポットが当該界面からはみ出すことを低減するように、蛍光体層３６と励起光のスポットとの相対的な位置関係、あるいは励起光のスポットの大きさを補正してもよい。これによれば、光源装置から射出される光の強度の変動をさらに小さくすることができる。
【０１８２】
また、実施例１のように、構造体３２の励起光の入射面３６ａから励起光が蛍光体層３６へ入射する場合、構造体３２の励起光の入射面３６ａを補正の対象とする。そして、スポットが入射面３６ａからはみ出すことを低減するように、蛍光体層３６と励起光のスポットとの相対的な位置関係、あるいは励起光のスポットの大きさを補正すれば、光源装置から射出される光の強度の変動をさらに小さくすることができる。
【０１８３】
また、実施例３のように、発光素子が光透過層を有しておらず、構造体３２の蛍光の射出面３６ｂから励起光が蛍光体層３６へ入射する場合、射出面３６ｂを補正の対象とする。
【０１８４】
また、実施例１の変形例１に示したような形態で、蛍光体層３６の射出面３６ｂがホイール基板９０８の一つの主面に形成された溝の内部に埋め込まれている場合は、次のように補正の対象を設定する。つまり、ホイール基板９０８の径方向における構造体８２３の断面において、第１の反射部３４ａのホイール基板９０８側の端部を一端とし、第２の反射部３４ｂのホイール基板９０８側の端部を一端とする領域を発光素子の入射面として定義する。そして、当該入射面を補正の対象とする。
また、実施例９および実施例１０では、励起光を発光素子８２４の入射面に対して集光させていたが、これに限られない。励起光の集光面と発光素子８２４の入射面との励起光の光軸方向での位置関係にかかわらず、上記したように、励起光のスポットが補正対象物からはみ出さないように補正対象物を補正すればよい。
また、必ずしも励起光を蛍光体層３６に向かって集光させる必要はない。平行化した励起光を用いる場合、第２の補正部を省略することができる。
【０１８５】
また、実施例９および実施例１０では、励起光を効率よく利用するために、励起光のスポットが発光素子８２４の入射面からはみ出さないように蛍光体層３６の位置ずれを補正していたが、これに限られない。要は、発光素子８２４の入射面等の補正対象物と励起光のスポットとが互いに重なっている領域の面積の変動が小さくなるように、蛍光体層と励起光のスポットとの相対的な位置関係およびスポットの大きさのうち少なくとも一方を補正すればよい。これにより、光源装置から射出される光の強度の変動を小さくすることができる。
【０１８６】
また第１のアクチュエーター９１５をピックアップレンズ９１３に設けて、ピックアップレンズ９１３をホイール基板９０８の主面に平行な方向に平行移動させてもよい。また、第２のアクチュエーター９１６をホイールモーター３３に設けて、ホイール基板９０８を光軸ＬＣと平行な方向に平行移動させてもよい。
【０１８７】
例えば上記実施例では、青色光もしくは紫外光を励起光として黄色光を蛍光発光させる構成の例を示した。この構成に代えて、紫外光を励起光として赤色光、緑色光、青色光を蛍光発光させ、これら３色の光を時分割で射出させる構成としても良い。または、青色光を励起光として赤色光、緑色光を蛍光発光させるとともに青色光をそのまま射出させ、これら３色の光を時分割で射出させる構成としても良い。その他、上記実施形態で例示したプロジェクターおよび光源装置の各構成要素の形状、数、配置、材料等に関しては、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【０１８８】
１，６００，８００，８２０，８９０，９００，９３０…プロジェクター、２…レーザーダイオードアレイ（励起光用光源部）、１０，６１０，７１０，８１０，８２１，８８１，８９３，９０１，９３４…光源装置、３１，８３１…ホイール基板、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、３６，３６Ｒ，３６Ｇ…蛍光体層、３８…ダイクロイック膜（波長分離層）、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、１００，２００，３００，４００，７００，８２２，８３０，８４０，８５０，８６０，８７０，８８０，９０４…蛍光体ホイール（波長変換素子）、８１１，８９１…蛍光体基板（波長変換素子）、８２５…光透過層、８３２…溝、８４１…熱伝導部、８６１…凹凸構造、９０２，９３１…補正部、９０３…紫外レーザーダイオード（励起光用光源部）、９３２…データ記憶部。
【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を少なくとも含む発光素子と、
少なくとも前記蛍光体層が有する第１の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を進む光の進行方向を、前記発光素子から蛍光が射出される射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第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】
前記基板は、該基板の一面と交差する回転軸を中心として回転可能とされ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の側面は、前記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２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
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進む光の進行方向を、前記射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第２の反射部をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の波長変換素子。
【請求項５】
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進む光の進行方向を、前記射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第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進む光の進行方向を、前記射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第４の反射部と、
をさらに有することを特徴とする請求項３又は４に記載の波長変換素子。
【請求項６】
前記発光素子は、前記蛍光体層の前記基板とは反対側に設けられた光透過層をさらに有する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波長変換素子。
【請求項７】
前記蛍光体層は、前記蛍光体が分散されたバインダーを有し、
前記光透過層の屈折率は、前記バインダーの屈折率と同じであることを特徴とする請求項６に記載の波長変換素子。
【請求項８】
前記光透過層の前記蛍光体層とは反対側の表面に設けられた凹凸構造を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の波長変換素子。
【請求項９】
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８のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１０】
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８のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１１】
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１０のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１２】
前記基板は、金属からなることを特徴とする請求項１１に記載の波長変換素子。
【請求項１３】
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１２のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１４】
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１２のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１５】
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１４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１６】
前記基板の一面と交差する回転軸を中心とする円の半径方向の断面において、前記波長変換素子に形成される前記励起光のスポットの大きさは、前記発光素子への前記励起光の入射面の幅と略同一、もしくは前記幅よりも小さいことを特徴とする請求項１５に記載の光源装置。
【請求項１７】
前記波長変換素子上において前記スポットが時間的に移動するように前記波長変換素子を駆動する駆動部と、
前記駆動部が前記波長変換素子を駆動した際に、前記蛍光体層と前記スポットとの相対的な位置関係と前記スポットの大きさとのうち少なくとも一方を補正する補正部と、
をさらに有する請求項１５又は１６に記載の光源装置。
【請求項１８】
前記波長変換素子は、前記基板の一面と交差する回転軸を中心として回転可能とされ、
前記蛍光体層は、前記基板の一面に前記回転軸を中心とする円に沿って設けられたことを特徴とする請求項１７に記載の光源装置。
【請求項１９】
前記補正部は、前記励起光の光軸方向と垂直な方向における前記蛍光体層の位置ずれを補正する第１の補正部を備えることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の光源装置。
【請求項２０】
前記補正部は、前記励起光の光軸方向における前記蛍光体層の位置ずれを補正することによって前記スポットの大きさを補正する第２の補正部を備えることを特徴とする請求項１７から１９のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項２１】
前記蛍光体層の位置ずれの量を検出する検出部をさらに有し、
前記補正部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記位置ずれを補正することを特徴とする請求項１７から２０のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項２２】
前記蛍光体層の位置ずれの量を示すデータを記憶するデータ記憶部をさらに有し、
前記補正部は、前記データ記憶部に記憶された前記データに基づいて前記位置ずれを補正することを特徴とする請求項１７から２０のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項２３】
前記基板は、該基板の一面と交差する回転軸を中心として回転可能であり、
前記第１の側面は、前記回転軸を中心とする円と交差し、
前記波長変換素子は、前記第１の側面と対向する前記蛍光体層の第２の側面に設けられるとともに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し、
前記励起光用光源部により前記励起光を射出するパルス周波数をＦ（Ｈｚ）、前記波長変換素子の回転数をｍ（ｒｐｓ）、とすると、Ｆはｍの整数倍であることを特徴とする請求項１５から２２のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項２４】
請求項１５から２３のいずれか一項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。
【請求項１】
基板と、
前記基板の一面に設けられた蛍光体層を少なくとも含む発光素子と、
少なくとも前記蛍光体層が有する第１の側面に設けられ、前記蛍光体層の内部を進む光の進行方向を、前記発光素子から蛍光が射出される射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第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】
前記基板は、該基板の一面と交差する回転軸を中心として回転可能とされ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の側面は、前記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２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
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進む光の進行方向を、前記射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第２の反射部をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の波長変換素子。
【請求項５】
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進む光の進行方向を、前記射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第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進む光の進行方向を、前記射出面の法線に対する角度が小さくなるように変化させる第４の反射部と、
をさらに有することを特徴とする請求項３又は４に記載の波長変換素子。
【請求項６】
前記発光素子は、前記蛍光体層の前記基板とは反対側に設けられた光透過層をさらに有する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波長変換素子。
【請求項７】
前記蛍光体層は、前記蛍光体が分散されたバインダーを有し、
前記光透過層の屈折率は、前記バインダーの屈折率と同じであることを特徴とする請求項６に記載の波長変換素子。
【請求項８】
前記光透過層の前記蛍光体層とは反対側の表面に設けられた凹凸構造を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の波長変換素子。
【請求項９】
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８のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１０】
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８のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１１】
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１０のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１２】
前記基板は、金属からなることを特徴とする請求項１１に記載の波長変換素子。
【請求項１３】
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１２のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１４】
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１２のいずれか一項に記載の波長変換素子。
【請求項１５】
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１４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１６】
前記基板の一面と交差する回転軸を中心とする円の半径方向の断面において、前記波長変換素子に形成される前記励起光のスポットの大きさは、前記発光素子への前記励起光の入射面の幅と略同一、もしくは前記幅よりも小さいことを特徴とする請求項１５に記載の光源装置。
【請求項１７】
前記波長変換素子上において前記スポットが時間的に移動するように前記波長変換素子を駆動する駆動部と、
前記駆動部が前記波長変換素子を駆動した際に、前記蛍光体層と前記スポットとの相対的な位置関係と前記スポットの大きさとのうち少なくとも一方を補正する補正部と、
をさらに有する請求項１５又は１６に記載の光源装置。
【請求項１８】
前記波長変換素子は、前記基板の一面と交差する回転軸を中心として回転可能とされ、
前記蛍光体層は、前記基板の一面に前記回転軸を中心とする円に沿って設けられたことを特徴とする請求項１７に記載の光源装置。
【請求項１９】
前記補正部は、前記励起光の光軸方向と垂直な方向における前記蛍光体層の位置ずれを補正する第１の補正部を備えることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の光源装置。
【請求項２０】
前記補正部は、前記励起光の光軸方向における前記蛍光体層の位置ずれを補正することによって前記スポットの大きさを補正する第２の補正部を備えることを特徴とする請求項１７から１９のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項２１】
前記蛍光体層の位置ずれの量を検出する検出部をさらに有し、
前記補正部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記位置ずれを補正することを特徴とする請求項１７から２０のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項２２】
前記蛍光体層の位置ずれの量を示すデータを記憶するデータ記憶部をさらに有し、
前記補正部は、前記データ記憶部に記憶された前記データに基づいて前記位置ずれを補正することを特徴とする請求項１７から２０のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項２３】
前記基板は、該基板の一面と交差する回転軸を中心として回転可能であり、
前記第１の側面は、前記回転軸を中心とする円と交差し、
前記波長変換素子は、前記第１の側面と対向する前記蛍光体層の第２の側面に設けられるとともに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し、
前記励起光用光源部により前記励起光を射出するパルス周波数をＦ（Ｈｚ）、前記波長変換素子の回転数をｍ（ｒｐｓ）、とすると、Ｆはｍの整数倍であることを特徴とする請求項１５から２２のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項２４】
請求項１５から２３のいずれか一項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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２０１３−５７８５０（Ｐ２０１３−５７８５０Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６８８８（Ｐ２０１１−１９６８８８）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]