蛍光体デバイス、照明装置及びプロジェクタ装置
【課題】発光体から発光光を発光させるために適した構造を有し、発光体から発光された発光光を効率高く出射すること。
【解決手段】蛍光体デバイスは、少なくとも蛍光体を含有して錐体状に形成され、かつ前記錐体状の斜面を交差して互いに対向するそれぞれ面積の異なる第１と第２の面を形成し、前記第１と前記第２の面とのうち前記面積の小さい前記第１の面と前記斜面とに反射層を形成し、前記面積の大きい前記第２の面に反射防止層を形成し、前記第２の面を励起光の入射口とすると共に前記蛍光体から発光された発光光の出射口とする。
【解決手段】蛍光体デバイスは、少なくとも蛍光体を含有して錐体状に形成され、かつ前記錐体状の斜面を交差して互いに対向するそれぞれ面積の異なる第１と第２の面を形成し、前記第１と前記第２の面とのうち前記面積の小さい前記第１の面と前記斜面とに反射層を形成し、前記面積の大きい前記第２の面に反射防止層を形成し、前記第２の面を励起光の入射口とすると共に前記蛍光体から発光された発光光の出射口とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体に励起光を照射して発光された発光光を出射させる蛍光体デバイス、この蛍光体デバイスを用いて各色の照明光を出力する照明装置、及びこの照明装置から出力される照明光を用いてカラー画像として投影するプロジェクタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源装置には、光源から出力された励起光を照射することにより当該励起光の波長と異なる波長の光を発光する発光体を用いたものがある。この光源装置は、例えば照明装置や画像表示装置等の種々の光源として利用されている。
このような光源装置は、一般的に光源として例えば半導体光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）が多く用いられている。蛍光体は、例えば透明なシリコーン又はエポキシ樹脂等を樹脂性バインダとし、この樹脂性バインダ中に複数散在させることにより発光層を形成している。
【０００３】
この樹脂性バインダは、半導体光源からの励起光によって劣化、或いは特に励起光の強度が強い場合にダメージが加わる。又、蛍光体を散在するシリコーン又はエポキシ樹脂等の樹脂は、熱伝導率が低いので、蛍光体の温度上昇が起こり、この温度上昇によって蛍光体から発光される発光波長にシフトが生たり或いは発光強度が低下する温度消光等の現象が発生する。このため、光源装置としての輝度が低下してしまう。
【０００４】
このような樹脂性バインダの例えば透明なシリコーン又はエポキシ樹脂に代わる部材として例えば特許文献１は、透光性の無機材料、例えばガラスを用いることを開示し、特許文献２、３は、それぞれ熱伝導の高いセラミクスを用いることを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２５８３０８号公報
【特許文献２】特開２００６−２８２４４７号公報
【特許文献３】特開２０１０−０２４２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記透光性のセラミクスを用いたバインダ（透光性セラミクスバインダ）を用いて形成した蛍光体の発光層は、先の樹脂性バインダを用いて形成した蛍光体の発光層の置き換えで使用されることが多い。このため、透光性セラミクスバインダは、発光体から発光光を発光させる光源装置として適した構造になっていない。
【０００７】
本発明の目的は、発光体から発光光を発光させるために適した構造を有し、発光体から発光された発光光を効率高く出射できる蛍光体デバイス、照明装置及びプロジェクタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の主要な局面に係る蛍光体デバイスは、少なくとも蛍光体を含有して錐体状に形成され、かつ前記錐体状の斜面を交差して互いに対向するそれぞれ面積の異なる第１と第２の面を形成し、前記第１と前記第２の面とのうち前記面積の小さい前記第１の面と前記斜面とに反射層を形成し、前記面積の大きい前記第２の面に反射防止層を形成し、前記第２の面を励起光の入射口とすると共に前記蛍光体から発光された発光光の出射口とする。
【０００９】
本発明の主要な局面に係る照明装置は、請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の蛍光体デバイスと、励起光を出力する励起光源と、前記励起光源から出力された前記励起光を前記蛍光体デバイスに照射する照射光学系と、前記蛍光体デバイスから発光された前記発光光を照明光として取り出す発光光取出光学系とを具備する。
【００１０】
本発明の主要な局面に係るプロジェクタ装置は、上記照明装置と、前記照明装置から出力された前記照明光を含む各色の光をカラー画像として投影する投影光学系とを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発光体から発光光を発光させるために適した構造を有し、発光体から発光された発光光を効率高く出射できる蛍光体デバイス、照明装置及びプロジェクタ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る蛍光体デバイスを示す構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る蛍光体デバイスを用いた照明装置を示す構成図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る２つの蛍光体デバイスを用いた照明装置を示す構成図。
【図４】本発明に係る蛍光体デバイスの先行技術を示す構成図。
【図５】同先行技術における励起スペクトルの長波長側の波長と発光体の発光スペクトルの短波長側の波長との一部重なり合いを示す図。
【図６】同先行技術における発光の自己吸収という現象を説明するための模式図。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る複数の蛍光体デバイスを用いた照明装置を示す構成図。
【図８】同装置における複数の蛍光体デバイスを示す構成図。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る照明装置を用いたプロジェクタ装置を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１（ａ）（ｂ）は蛍光体デバイスの構造図を示し、同図（ａ）は外観図、同図（ｂ）は断面構造図を示す。この蛍光体デバイス１は、例えばＡｌ203等の透光性無機材料（以下、無機バインダと称する）２と、ＹＡＧ：Ｃｅ等の複数の蛍光体３とを焼結して形成されている。複数の蛍光体３は、無機バインダ２中に例えば一様な間隔で散在している。これら蛍光体３は、例えば青色（波長４５５〜４９２ｎｍ内の波長値）の励起光Ｅの照射により緑色（波長４９２〜５７７ｎｍ内の波長値）の発光光を発光する。
【００１４】
この蛍光体デバイス１は、無機バインダ２と各蛍光体３とを焼結して例えば四角錐台形状等の錐体状に形成されている。なお、蛍光体デバイス１は、錐体状として四角錐台形状に限らず、六角錐体状、四角錐台形状又は円錐状でもよい。
具体的に蛍光体デバイス１は、錐体状を形成するための４つの側面４−１〜４−４と、互いに平行に対向する第１と第２の面４−５、４−６とから成る。
４つの側面４−１〜４−４は、それぞれ四角錐の形状を形成するための斜面を形成する。これら側面４−１〜４−４の傾斜角θ、例えば側面４−１と第１の面４−５との成す角度θは、図１（ｂ）に示すように例えば４５°に形成されている。他の各側面４−２〜４−４と第１の面４−５との成す各傾斜角θも例えば４５°に形成されている。
【００１５】
第１の面４−５と第２の面４−６とは、それぞれ錐体状の斜面である各側面４−１〜４−４と交差するように設けられている。このうち第１の面４−５は、面積Ｓ１を有する。第２の面４−６は、面積Ｓ２を有する。第１の面４−５の面積Ｓ１は、第２の面４−６の面積Ｓ２よりも小さく形成されている。
【００１６】
第１の面４−５及び各側面４−１〜４−４の全面上には、反射層５が成膜されている。この反射層５は、例えば銀、アルミニウム等の金属反射膜、又は金属酸化物や弗化物を積層して成る多層光学反射膜により形成されている。この反射層５は、例えば波長４５５ｎｍ〜５７７ｎｍの可視領域の波長、すなわち青色の波長領域（４５５ｎｍ〜４９２ｎｍ）の光及び緑色の波長領域（４９２ｎｍ〜５７７ｎｍ）の光を反射する。これにより、第１の面４−５及び各側面４−１〜４−４は、反射層５の形成により可視光領域の波長を有する蛍光光、すなわち各蛍光体３により発光した発光光を反射する反射面となる。以下、第１の面４−５を平面反射面４−５と称し、各側面４−１〜４−４を斜面反射面４−１〜４−４と称する。
【００１７】
第２の面４−６は、当該蛍光体デバイス１の外部からの励起光Ｅを入射すると共に、各蛍光体３により発光した発光光を当該蛍光体デバイス１の外部に出射する。この第２の面４−６は、以下、入射・出射面４−６と称する。この入射・出射面４−６上には、薄膜の反射防止膜６が形成されている。この反射防止膜６は、例えば波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視領域以外の波長の光の反射を防止する。この反射防止膜６は、例えば金属酸化物、弗化物等から成る。これら金属酸化物、弗化物の代表的なものには、例えばＴｉＯ２、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などがある。この反射防止膜６は、例えば可視光線の波長よりも小さい波長のピッチの微細な凹凸形状の反射防止構造に形成してもよい。この反射防止膜６は、例えば、蛍光体デバイス１を製造するときの焼結時に型から転写して形成したり、エッチングにより形成される。
【００１８】
このような蛍光体デバイス１であれば、例えば青色（波長４５５〜４９２ｎｍ内の波長値）の励起光Ｅが入射・出射面４−６から蛍光体デバイス１内に入射すると、この励起光Ｅは、無機バインダ２中に散在している複数の蛍光体３に照射される。これら蛍光体３は、それぞれ励起光Ｅの照射により励起されて任意の波長分布を持って発光する。例えば各蛍光体３は、例えば緑色（波長４９２〜５７７ｎｍ内の波長値）の発光光を発光する。これら蛍光体３は、それぞれ四方に均等な光量で発光するので、各蛍光体３から発光される各発光光は、それぞれ無機バインダ２中の全方向に放射される。
【００１９】
このうち各蛍光体３から入射・出射面４−６に向かった各発光光は、当該入射・出射面４−６を透過して蛍光体デバイス１の外部に向けて出射する。
各蛍光体３から平面反射面４−５に向かって放射された各発光光は、当該平面反射面４−５に形成されている反射層５で反射して入射・出射面４−６に向かい、この入射・出射面４−６を透過して蛍光体デバイス１の外部に向けて出射する。
各蛍光体３から各斜面反射面４−１〜４−４に向かって放射された各発光光は、それぞれ各斜面反射面４−１〜４−４に形成されている反射層５で反射して入射・出射面４−６に向かう。
又、各蛍光体３から放射された各発光光の中には、平面反射面４−５に形成されている反射層５で反射し、続いて斜面反射面４−１〜４−４に形成されている反射層５で反射して入射・出射面４−６に向かい、この入射・出射面４−６を透過して蛍光体デバイス１の外部に向けて出射する発光光もある。
これら斜面反射面４−１〜４−４は、それぞれ四角錐の各側面で例えば４５°の斜面に形成されているので、これら斜面反射面４−１〜４−４で反射した各発光光は、それぞれ入射・出射面４−６に効率よく導かれ、入射・出射面４−６を透過して蛍光体デバイス１の外部に向けて出射する。
【００２０】
このように上記第１の実施の形態によれば、複数の蛍光体３が散在する無機バインダ２を四角錐台形状に形成し、この四角錐台形状に４つの斜面反射面４−１〜４−４と、互いに平行な平面反射面４−５と入射・出射面４−６とを設け、これら斜面反射面４−１〜４−４と平面反射面４−５とに反射層５を形成したので、各蛍光体３から全方向に発光された発光光は、直接入射・出射面４−６から蛍光体デバイス１の外部に向けて出射されたり、平面反射面４−５や各斜面反射面４−１〜４−４に形成されている反射層５でそれぞれ反射してから入射・出射面４−６を通って蛍光体デバイス１の外部に向けて出射されるものとなり、各蛍光体３から発光された発光光を効率良く蛍光体デバイス１の外部に出射できる。
蛍光体デバイス１は、錐体状として四角錐台形状に限らず、六角錐体状、四角錐台形状又は円錐状であっても、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することが出来る。
【００２１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。
図２は蛍光体デバイス１を用いた照明装置１０の構成図を示す。なお、図１（ａ）（ｂ）と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
励起光源としての半導体レーザ１１が設けられている。この半導体レーザ１１は、励起光Ｅとして例えば青色の波長領域（４５５〜４９２ｎｍ）内の波長値の励起レーザ光（以下、励起レーザ光Ｅと称する）を出力する。
【００２２】
この半導体レーザ１１から出力される励起レーザ光Ｅの光路上には、コリメータレンズ１２と、発光光取出光学系としてのダイクロイックミラー１３と、照射光学系としての集光光学系１４とが設けられている。
コリメータレンズ１２は、半導体レーザ１１から出力される励起レーザ光Ｅをコリメートする。
集光光学系１４は、半導体レーザ１１から出力された励起レーザ光Ｅを蛍光体デバイス１２に向けて集光して照射する。
【００２３】
ダイクロイックミラー１３は、コリメータレンズ１２によりコリメートされた励起レーザ光Ｅを透過すると共に、蛍光体デバイス１で発光して当該蛍光体デバイス１の外部に出射され、集光光学系１４を通って入射する発光光Ｈを反射して照明光として取り出す。すなわち、ダイクロイックミラー１３は、青色の波長領域（４５５〜４９２ｎｍ）内の波長値の励起レーザ光Ｅを透過すると共に、蛍光体デバイス１で発光した緑色の波長領域（４９２〜５７７ｎｍ）内の波長値の発光光を反射する。
【００２４】
このような照明装置であれば、半導体レーザ１１から青色の波長値の励起レーザ光Ｅが出力されると、この励起レーザ光Ｅは、コリメータレンズ１２によりコリメートされてダイクロイックミラー１３に入射する。この励起レーザ光Ｅは、ダイクロイックミラー１３を透過し、集光光学系１４により集光された蛍光体デバイス１に照射される。
【００２５】
この蛍光体デバイス１では、上記同様に、励起光Ｅが入射・出射面４−６から蛍光体デバイス１内に入射すると、無機バインダ２中に散在している複数の蛍光体３は、それぞれ例えば緑色の波長値の発光光を発光する。これら発光光は、直接入射・出射面４−６から蛍光体デバイス１の外部に向けて出射されたり、平面反射面４−５や各斜面反射面４−１〜４−４に形成されている反射層５でそれぞれ反射してから入射・出射面４−６を通ってされる。
蛍光体デバイス１から出射された緑色の波長値の発光光は、集光光学系１４を通ってダイクロイックミラー１３に入射し、このダイクロイックミラー１３で反射して照明光として取り出す。
【００２６】
このように上記第２の実施の形態によれば、蛍光体デバイス１を備え、半導体レーザ１１から出力された青色の波長値の励起レーザ光Ｅをコリメータレンズ１２、ダイクロイックミラー１３、集光光学系１４を通して蛍光体デバイス１に照射し、この蛍光体デバイス１から出射された緑色の波長値の発光光Ｈを集光光学系１４を通してダイクロイックミラー１３により取り出すので、蛍光体デバイス１から効率良く取り出された各蛍光体３から例えば緑色の波長値の発光光を照明光として出力できる。
【００２７】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。
図３は蛍光体デバイス１を用いた照明装置２０の構成図を示す。なお、図１（ａ）（ｂ）及び図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
基板２１上には、２つの蛍光体デバイス１、１が一体的に配置されている固定されている。これら蛍光体デバイス１、１は、第２の面である各入射・出射面４−６を同一平面上に配置し、かつ一体的に形成されている。これら蛍光体デバイス１、１は、励起レーザ光Ｅの照射範囲内に配置されている。
【００２８】
このような照明装置であれば、半導体レーザ１１から青色の波長値の励起レーザ光Ｅが出力されると、この励起レーザ光Ｅは、コリメータレンズ１２によりコリメートされてダイクロイックミラー１３に入射する。この励起レーザ光Ｅは、ダイクロイックミラー１３を透過し、集光光学系１４により集光された２つの蛍光体デバイス１、１に照射される。
【００２９】
これら蛍光体デバイス１、１では、それぞれ上記同様に、励起レーザ光Ｅが入射・出射面４−６から各蛍光体デバイス１、１内に入射すると、各蛍光体デバイス１、１の各無機バインダ２中に散在している複数の蛍光体３は、それぞれ例えば緑色の波長値の発光光を発光する。これら発光光は、それぞれ直接入射・出射面４−６から蛍光体デバイス１、１の外部に向けて出射されたり、各平面反射面４−５や各斜面反射面４−１〜４−４でそれぞれ反射してから各入射・出射面４−６を通って効率高く出射される。
各蛍光体デバイス１、１から出射された緑色の波長値の各発光光は、集光光学系１４を通ってダイクロイックミラー１３に入射し、このダイクロイックミラー１３で反射して照明光として取り出す。
【００３０】
このように上記第３の実施の形態によれば、２つの蛍光体デバイス１、１を一体的に配置し、かつ励起レーザ光Ｅの照射範囲内に配置したので、２つの蛍光体デバイス１、１から効率良く取り出された各蛍光体３からの発光光を照明光として出力でき、かつ２つの蛍光体デバイス１、１から効率良く取り出された各蛍光体３からの発光光を照明光として出力することで、１つの蛍光体デバイス１から取り出された照明光よりも多くの照明光量の照明光を取り出すことができる。
【００３１】
ところで、照明装置では、励起光源としての半導体レーザ１１は、例えば図４（ａ）に示すように蛍光体３を含む無機バインダ３０の外部に設けたり、同図（ｂ）に示すように無機バインダ３０の内部に設けたものがある。なお、同図（ａ）において無機バインダ３０は、基板３１上に反射膜３２を介して設けられている。又、同図（ｂ）において無機バインダ３０は、基板３３に形成された傾斜面を有する穴部３４内に設けられている。基板３３に形成された傾斜面には、反射膜３５が形成されている。
このような照明装置において一般的に用いられる蛍光体３は、図５に示すように励起スペクトルＳ１の長波長側の波長と、発光体３の発光スペクトルＳ２の短波長側の波長との一部が重なり合っている。すなわち、発光体３は、発光光３ａを発光するが、この発光光３ａは、図６に示すように無機バインダ３０内を伝播して他の発光体３に照射されて当該他の発光体３を励起、すなわち別の賦活原子を励起して蛍光体３の発光強度が低下するという発光の自己吸収という現象が発生するおそれがある。
【００３２】
これに対して上記第３の実施の形態においては、２つの蛍光体デバイス１、１の各無機バインダ２中に散在している複数の蛍光体３から発光される例えば緑色の波長値の発光光は、それぞれ直接各入射・出射面４−６から各蛍光体デバイス１、１の外部に向けて出射されたり、各平面反射面４−５や各斜面反射面４−１〜４−４でそれぞれ反射してから各入射・出射面４−６を通って効率高く出射されるので、別の賦活原子を励起して蛍光体３の発光強度が低下するという発光の自己吸収という現象が発生するおそれがない。なお、上記第１、２の実施の形態においても発光の自己吸収という現象が発生するおそれがない。
【００３３】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について図面を参照して説明する。
上記第３の実施の形態では、基板２１上に２つの蛍光体デバイス１を配置しているが、これに限らず、２つ以上の複数の蛍光体デバイス１、１、…、１、例えば図７の外観図に示すように４つの蛍光体デバイス１を格子状（マトリクス状）に配置されている固定してもよい。これら蛍光体デバイス１、１、…、１は、図８に示すように第２の面である各入射・出射面４−６を同一平面上に配置し、かつ一体的に形成されている。これら蛍光体デバイス１、１、…、１は、励起レーザ光Ｅの照射範囲内に配置されている。
なお、複数の蛍光体デバイス１、１、…、１は、４つに限らず、４つ以上を格子状（マトリクス状）に配置してもよい。又、複数の蛍光体デバイス１、１、…、１は、格子状（マトリクス状）に配置するに限らず、一定の間隔毎に縦横方向に配置してもよいし、同心円状に配置しても良いし、ランダムな位置に配置してもよい。
【００３４】
このような照明装置であれば、半導体レーザ１１から青色の波長値の励起レーザ光Ｅが出力されると、この励起レーザ光Ｅは、コリメータレンズ１２によりコリメートされてダイクロイックミラー１３に入射する。この励起レーザ光Ｅは、ダイクロイックミラー１３を透過し、集光光学系１４により集光された複数の蛍光体デバイス１、１、…、１、例えば４つの蛍光体デバイス１、１、…、１に照射される。
【００３５】
これら蛍光体デバイス１、１、…、１では、それぞれ上記同様に、励起レーザ光Ｅが入射・出射面４−６から各蛍光体デバイス１内に入射すると、各蛍光体デバイス１、１、…、１の各無機バインダ２中に散在している複数の蛍光体３は、それぞれ例えば緑色の波長値の発光光を発光する。これら発光光は、それぞれ直接入射・出射面４−６から蛍光体デバイス１の外部に向けて出射されたり、各平面反射面４−５や各斜面反射面４−１〜４−４に形成されている反射膜５でそれぞれ反射してから各入射・出射面４−６を通って出射される。
各蛍光体デバイス１、１、…、１から出射された緑色の波長値の各発光光は、集光光学系１４を通ってダイクロイックミラー１３に入射し、このダイクロイックミラー１３で反射して照明光として取り出す。
【００３６】
このように上記第４の実施の形態によれば、複数、例えば４つの蛍光体デバイス１、１、…、１を一体的に配置し、かつ励起レーザ光Ｅの照射範囲内に配置したので、複数の蛍光体デバイス１、１、…、１から効率良く取り出された各蛍光体３からの発光光を照明光として出力でき、かつ４つの蛍光体デバイス１、１、…、１から効率良く取り出された各蛍光体３からの発光光を照明光として出力することで、１つの蛍光体デバイス１から取り出された照明光よりも多くの照明光量の照明光を取り出すことができる。
【００３７】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について図面を参照して説明する。
図９は上記図２に示す照明装置１０等を用いたプロジェクタ装置４０の構成図を示す。このプロジェクタ装置４０は、例えば半導体発光素子を用いたＤＬＰ（Ｄigital Ｌight Ｐrocessing：登録商標）方式を適用している。このプロジェクタ装置４０は、ＣＰＵ４１を搭載する。このＣＰＵ４１には、操作部４２と、メインメモリ４３と、プログラムメモリ４４とが接続されている。又、ＣＰＵ４１には、システムバス４５を介して入力部４６と、画像変換部４７と、投影処理部４８と、音声処理部４９とが接続されている。このうち投影処理部４８には、光源部５０と、マイクロミラー素子５１とが接続されている。光源部５０から出力される照明光の光路上には、ミラー５２が配置され、このミラー５２の反射光路上にマイクロミラー素子５１が配置されている。このマイクロミラー素子５１の反射光路上に投影レンズ部５３が配置されている。音声処理部４９には、スピーカ部５４が接続されている。
【００３８】
入力部４６は、各種規格のアナログ画像信号を入力し、このアナログ画像信号をデジタル化した画像データとしてシステムバス４５を通して画像変換部４７に送る。
画像変換部４７は、スケーラとも称し、入力部４６から入力される画像データを投影に適した所定のフォーマットの画像データに統一処理して投影処理部４８に送る。この際、画像変換部４７は、ＯＳＤ(Ｏn Ｓcreen Ｄisplay）用の各種動作状態を示すシンボル等のデータも必要に応じて画像データに重畳加工し、この加工後の画像データを投影処理部４８に送る。
【００３９】
投影処理部４８は、画像変換部４７から送られてきた画像データに応じて所定のフォーマットに従ったフレームレート、例えば６０［フレーム／秒」と色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した高速な時分割駆動により空間的光変調素子であるマイクロミラー素子５１を駆動する。
音声処理部４９は、ＰＣＭ（Ｐulse-Ｃode Ｍodulation）音源等の音源回路を備え、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ部５４を駆動して拡声放音させる、或いは必要によりビープ音等を発生させる。
【００４０】
マイクロミラー素子５１は、例えばＷＸＧＡ(Ｗide eＸtended Ｇraphic Ａrray)であり、複数の微小ミラーをアレイ状に配列、例えば横×縦（１２５０×８００画素）で複数の微小ミラーを配列して成るもので、これら微小ミラーの各傾斜角度をそれぞれ高速にオン・オフ動作して画像を表示することで、その反射光により光像を形成する。
光源部５０は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の原色光を含む複数色の照明光を循環的に時分割で順次出射する。この光源部５０から順次出射されるＲＧＢの各光は、ミラー５２で全反射してマイクロミラー素子５１に照射される。このマイクロミラー素子５１での反射光で光像が形成され、この形成された光像が投影光学系としての投影レンズ部５３を通してカラー画像として投影対象となるスクリーンに投影表示される。
【００４１】
この光源部５０は、例えば上記図２に示す照明装置１０等を用いてなる。この光源部５０は、例えば赤（Ｒ）の波長領域（６２２〜７７７ｎｍ）内の波長値のレーザ光を出力する半導体レーザと、青（Ｂ）の波長領域（４５５〜４９２ｎｍ）内の波長値のレーザ光を出力する半導体レーザ１１と、この半導体レーザ１１から出力されるレーザ光を励起光として用い、緑（Ｇ）の波長値の発光光を照明光として出力する上記図２に示す照明装置１０とを有し、これら赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の照明光を時分割で順次出射する。
なお、この光源部５０は、上記図２に示す照明装置１０に限らず、上記図３に示す照明装置２０や、図７に示す複数の蛍光体デバイス１を用いた照明装置を用いてもよい。
【００４２】
ＣＰＵ４１は、操作部４２からの操作指示を受け、又、メインメモリ４３に対してデータの読み取り・書き込みを行い、かつプログラムメモリ４４に記憶されているプログラムを実行する。又、ＣＰＵ４１は、システムバス４５を介して入力部４６と、画像変換部４７と、投影処理部４８と、音声処理部４９とをそれぞれ制御する。すなわち、ＣＰＵ４１は、メインメモリ４３及びプログラムメモリ４４を用いて本プロジェクタ装置４０内の制御動作を実行する。
メインメモリ４３は、例えばＳＲＡＭで構成され、ＣＰＵ４１のワークメモリとして機能する。プログラムメモリ４４は、電気的に書換可能な不揮発性メモリで構成され、ＣＰＵ４１が実行する動作プログラムや各種定型データ等を記憶する。
【００４３】
ＣＰＵ４１は、操作部４２からのキー操作信号に応じて各種投影動作を実行する。この操作部４２は、本プロジェクタ装置４０の本体に設けられるキー操作部と、本プロジェクタ装置４０の専用のリモートコントローラからの赤外光を受光する赤外線受光部とを含み、ユーザが本体のキー操作部又はリモートコントローラで操作したキーに基づくキー操作信号をＣＰＵ４１に直接送る。
【００４４】
このような構成であれば、各種規格のアナログ画像信号が入力部４６に入力すると、この入力部４６は、アナログ画像信号をデジタル化した画像データとしてシステムバス４５を通して画像変換部４７に送る。
この画像変換部４７は、入力部４６から入力される画像データを投影に適した所定のフォーマットの画像データに統一処理すると共に、ＯＳＤ用の各種動作状態を示すシンボル等のデータも必要に応じて画像データに重畳加工し、この加工後の画像データを投影処理部４８に送る。
【００４５】
この投影処理部４８は、画像変換部４７から送られてきた画像データに応じて所定のフォーマットに従ったフレームレート、例えば６０［フレーム／秒」と色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した高速な時分割駆動により空間的光変調素子であるマイクロミラー素子５１を駆動する。
このマイクロミラー素子５１は、投影処理部４８の駆動によって複数の微小ミラーの各傾斜角度をそれぞれ高速にオン・オフ動作して画像を表示することで、その反射光により光像を形成する。
【００４６】
一方、光源部５０は、例えば上記図２に示す照明装置１０から出力される緑（Ｇ）の照明光と、半導体レーザ１１から出力される青（Ｂ）の波長値のレーザ光と、別の半導体レーザから出力される赤（Ｒ）の波長値のレーザ光とを循環的に時分割で照明光として順次出射する。この光源部５０から順次出射されるＲＧＢの照明光は、ミラー５２で全反射してマイクロミラー素子５１に照射される。このマイクロミラー素子５１での反射光で光像が形成され、この形成された光像が投影光学系としての投影レンズ部５３を通してカラー画像として投影対象となるスクリーンに投影表示される。
これと共に音声処理部４９は、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ部５４を駆動して拡声放音させる、或いは必要によりビープ音等を発生させる。
【００４７】
このように上記第５の実施の形態によれば、光源部５０として上記図２に示す照明装置１０や、上記図３に示す照明装置２０、図７に示す複数の蛍光体デバイス１を用いた照明装置を用いてプロジェクタ装置４０を構成したので、蛍光体デバイス１から効率良く取り出された各蛍光体３からの発光光を照明光としてカラー画像をスクリーンに投影表示できる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４９】
以下、本発明の出願当初の特徴点について説明する。
請求項１に対応する発明は、少なくとも蛍光体を含有して錐体状に形成され、かつ前記錐体状の斜面を交差して互いに対向するそれぞれ面積の異なる第１と第２の面を形成し、前記第１と前記第２の面とのうち前記面積の小さい前記第１の面と前記斜面とに反射層を形成し、前記面積の大きい前記第２の面に反射防止層を形成し、前記第２の面を励起光の入射口とすると共に前記蛍光体から発光された発光光の出射口とすることを特徴とする蛍光体デバイスである。
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記錐体状として四角錐体状、六角錐体状、四角錐台形状又は円錐状を含むことを特徴とする。
【００５０】
請求項３に対応する発明は、請求項１又は２に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記蛍光体を含有する無機材料を焼結して前記錐体状に形成することを特徴とする。
【００５１】
請求項４に対応する発明は、請求項１乃至３のうちいずれか１項に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記反射層は、可視光領域の波長を有する前記蛍光体から発光された前記発光光を反射し、前記反射防止層は、前記発光光を透過することを特徴とする。
【００５２】
請求項５に対応する発明は、請求項１乃至４のうちいずれか１項に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記反射防止層は、反射防止膜により形成、又は可視光領域の波長の長さよりも小さい長さのピッチを有する凹凸形状に形成されていることを特徴とする。
【００５３】
請求項６に対応する発明は、請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の蛍光体デバイスを複数配置してなることを特徴とする。
請求項７に対応する発明は、請求項６に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記複数の蛍光体デバイスは、格子状に配置されていることを特徴とする。
【００５４】
請求項８に対応する発明は、請求項６又は７に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記複数の蛍光体デバイスは、前記各第２の面を同一平面上に配置して一体的に形成されていることを特徴とする。
【００５５】
請求項９に対応する発明は、請求項６、７又は８に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記複数の蛍光体デバイスは、前記励起光の照射範囲内に配置されることを特徴とする。
【００５６】
請求項１０に対応する発明は、請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の蛍光体デバイスと、励起光を出力する励起光源と、前記励起光源から出力された前記励起光を前記蛍光体デバイスに照射する照射光学系と、前記蛍光体デバイスから発光された前記発光光を照明光として取り出す発光光取出光学系とを具備することを特徴とする照明装置である。
請求項１１に対応する発明は、請求項１０に対応する照明装置において、前記発光光取出光学系は、前記励起光を透過し、かつ前記蛍光体デバイスから発光された前記発光光を反射するダイクロイックミラーを有することを特徴とする。
【００５７】
請求項１２に対応する発明は、請求項１０、１１のうちいずれか１項に対応する照明装置と、前記照明装置から出力された前記照明光を含む各色の光をカラー画像として投影する投影光学系とを有することを特徴とするプロジェクタ装置である。
【符号の説明】
【００５８】
１：蛍光体デバイス、２：透光性無機材料（無機バインダ）、３：蛍光体、４−１〜４−４：側面、４−５：第１の面（平面反射面）、４−６：第２の面（入射・出射面）、５：反射層、６：反射防止膜、１１：半導体レーザ、１２：コリメータレンズ、１３：ダイクロイックミラー、１４：集光光学系、２０：照明装置、２１：基板、４０：プロジェクタ装置、４１：ＣＰＵ、４２：操作部、４３：メインメモリ、４４：プログラムメモリ、４５：システムバス、４６：入力部、４７：画像変換部、４８：投影処理部、４９：音声処理部、５０：光源部、５１：マイクロミラー素子、５２：ミラー、５３：投影レンズ部、５４：スピーカ部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体に励起光を照射して発光された発光光を出射させる蛍光体デバイス、この蛍光体デバイスを用いて各色の照明光を出力する照明装置、及びこの照明装置から出力される照明光を用いてカラー画像として投影するプロジェクタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源装置には、光源から出力された励起光を照射することにより当該励起光の波長と異なる波長の光を発光する発光体を用いたものがある。この光源装置は、例えば照明装置や画像表示装置等の種々の光源として利用されている。
このような光源装置は、一般的に光源として例えば半導体光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）が多く用いられている。蛍光体は、例えば透明なシリコーン又はエポキシ樹脂等を樹脂性バインダとし、この樹脂性バインダ中に複数散在させることにより発光層を形成している。
【０００３】
この樹脂性バインダは、半導体光源からの励起光によって劣化、或いは特に励起光の強度が強い場合にダメージが加わる。又、蛍光体を散在するシリコーン又はエポキシ樹脂等の樹脂は、熱伝導率が低いので、蛍光体の温度上昇が起こり、この温度上昇によって蛍光体から発光される発光波長にシフトが生たり或いは発光強度が低下する温度消光等の現象が発生する。このため、光源装置としての輝度が低下してしまう。
【０００４】
このような樹脂性バインダの例えば透明なシリコーン又はエポキシ樹脂に代わる部材として例えば特許文献１は、透光性の無機材料、例えばガラスを用いることを開示し、特許文献２、３は、それぞれ熱伝導の高いセラミクスを用いることを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２５８３０８号公報
【特許文献２】特開２００６−２８２４４７号公報
【特許文献３】特開２０１０−０２４２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記透光性のセラミクスを用いたバインダ（透光性セラミクスバインダ）を用いて形成した蛍光体の発光層は、先の樹脂性バインダを用いて形成した蛍光体の発光層の置き換えで使用されることが多い。このため、透光性セラミクスバインダは、発光体から発光光を発光させる光源装置として適した構造になっていない。
【０００７】
本発明の目的は、発光体から発光光を発光させるために適した構造を有し、発光体から発光された発光光を効率高く出射できる蛍光体デバイス、照明装置及びプロジェクタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の主要な局面に係る蛍光体デバイスは、少なくとも蛍光体を含有して錐体状に形成され、かつ前記錐体状の斜面を交差して互いに対向するそれぞれ面積の異なる第１と第２の面を形成し、前記第１と前記第２の面とのうち前記面積の小さい前記第１の面と前記斜面とに反射層を形成し、前記面積の大きい前記第２の面に反射防止層を形成し、前記第２の面を励起光の入射口とすると共に前記蛍光体から発光された発光光の出射口とする。
【０００９】
本発明の主要な局面に係る照明装置は、請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の蛍光体デバイスと、励起光を出力する励起光源と、前記励起光源から出力された前記励起光を前記蛍光体デバイスに照射する照射光学系と、前記蛍光体デバイスから発光された前記発光光を照明光として取り出す発光光取出光学系とを具備する。
【００１０】
本発明の主要な局面に係るプロジェクタ装置は、上記照明装置と、前記照明装置から出力された前記照明光を含む各色の光をカラー画像として投影する投影光学系とを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発光体から発光光を発光させるために適した構造を有し、発光体から発光された発光光を効率高く出射できる蛍光体デバイス、照明装置及びプロジェクタ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る蛍光体デバイスを示す構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る蛍光体デバイスを用いた照明装置を示す構成図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る２つの蛍光体デバイスを用いた照明装置を示す構成図。
【図４】本発明に係る蛍光体デバイスの先行技術を示す構成図。
【図５】同先行技術における励起スペクトルの長波長側の波長と発光体の発光スペクトルの短波長側の波長との一部重なり合いを示す図。
【図６】同先行技術における発光の自己吸収という現象を説明するための模式図。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る複数の蛍光体デバイスを用いた照明装置を示す構成図。
【図８】同装置における複数の蛍光体デバイスを示す構成図。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る照明装置を用いたプロジェクタ装置を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１（ａ）（ｂ）は蛍光体デバイスの構造図を示し、同図（ａ）は外観図、同図（ｂ）は断面構造図を示す。この蛍光体デバイス１は、例えばＡｌ203等の透光性無機材料（以下、無機バインダと称する）２と、ＹＡＧ：Ｃｅ等の複数の蛍光体３とを焼結して形成されている。複数の蛍光体３は、無機バインダ２中に例えば一様な間隔で散在している。これら蛍光体３は、例えば青色（波長４５５〜４９２ｎｍ内の波長値）の励起光Ｅの照射により緑色（波長４９２〜５７７ｎｍ内の波長値）の発光光を発光する。
【００１４】
この蛍光体デバイス１は、無機バインダ２と各蛍光体３とを焼結して例えば四角錐台形状等の錐体状に形成されている。なお、蛍光体デバイス１は、錐体状として四角錐台形状に限らず、六角錐体状、四角錐台形状又は円錐状でもよい。
具体的に蛍光体デバイス１は、錐体状を形成するための４つの側面４−１〜４−４と、互いに平行に対向する第１と第２の面４−５、４−６とから成る。
４つの側面４−１〜４−４は、それぞれ四角錐の形状を形成するための斜面を形成する。これら側面４−１〜４−４の傾斜角θ、例えば側面４−１と第１の面４−５との成す角度θは、図１（ｂ）に示すように例えば４５°に形成されている。他の各側面４−２〜４−４と第１の面４−５との成す各傾斜角θも例えば４５°に形成されている。
【００１５】
第１の面４−５と第２の面４−６とは、それぞれ錐体状の斜面である各側面４−１〜４−４と交差するように設けられている。このうち第１の面４−５は、面積Ｓ１を有する。第２の面４−６は、面積Ｓ２を有する。第１の面４−５の面積Ｓ１は、第２の面４−６の面積Ｓ２よりも小さく形成されている。
【００１６】
第１の面４−５及び各側面４−１〜４−４の全面上には、反射層５が成膜されている。この反射層５は、例えば銀、アルミニウム等の金属反射膜、又は金属酸化物や弗化物を積層して成る多層光学反射膜により形成されている。この反射層５は、例えば波長４５５ｎｍ〜５７７ｎｍの可視領域の波長、すなわち青色の波長領域（４５５ｎｍ〜４９２ｎｍ）の光及び緑色の波長領域（４９２ｎｍ〜５７７ｎｍ）の光を反射する。これにより、第１の面４−５及び各側面４−１〜４−４は、反射層５の形成により可視光領域の波長を有する蛍光光、すなわち各蛍光体３により発光した発光光を反射する反射面となる。以下、第１の面４−５を平面反射面４−５と称し、各側面４−１〜４−４を斜面反射面４−１〜４−４と称する。
【００１７】
第２の面４−６は、当該蛍光体デバイス１の外部からの励起光Ｅを入射すると共に、各蛍光体３により発光した発光光を当該蛍光体デバイス１の外部に出射する。この第２の面４−６は、以下、入射・出射面４−６と称する。この入射・出射面４−６上には、薄膜の反射防止膜６が形成されている。この反射防止膜６は、例えば波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視領域以外の波長の光の反射を防止する。この反射防止膜６は、例えば金属酸化物、弗化物等から成る。これら金属酸化物、弗化物の代表的なものには、例えばＴｉＯ２、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などがある。この反射防止膜６は、例えば可視光線の波長よりも小さい波長のピッチの微細な凹凸形状の反射防止構造に形成してもよい。この反射防止膜６は、例えば、蛍光体デバイス１を製造するときの焼結時に型から転写して形成したり、エッチングにより形成される。
【００１８】
このような蛍光体デバイス１であれば、例えば青色（波長４５５〜４９２ｎｍ内の波長値）の励起光Ｅが入射・出射面４−６から蛍光体デバイス１内に入射すると、この励起光Ｅは、無機バインダ２中に散在している複数の蛍光体３に照射される。これら蛍光体３は、それぞれ励起光Ｅの照射により励起されて任意の波長分布を持って発光する。例えば各蛍光体３は、例えば緑色（波長４９２〜５７７ｎｍ内の波長値）の発光光を発光する。これら蛍光体３は、それぞれ四方に均等な光量で発光するので、各蛍光体３から発光される各発光光は、それぞれ無機バインダ２中の全方向に放射される。
【００１９】
このうち各蛍光体３から入射・出射面４−６に向かった各発光光は、当該入射・出射面４−６を透過して蛍光体デバイス１の外部に向けて出射する。
各蛍光体３から平面反射面４−５に向かって放射された各発光光は、当該平面反射面４−５に形成されている反射層５で反射して入射・出射面４−６に向かい、この入射・出射面４−６を透過して蛍光体デバイス１の外部に向けて出射する。
各蛍光体３から各斜面反射面４−１〜４−４に向かって放射された各発光光は、それぞれ各斜面反射面４−１〜４−４に形成されている反射層５で反射して入射・出射面４−６に向かう。
又、各蛍光体３から放射された各発光光の中には、平面反射面４−５に形成されている反射層５で反射し、続いて斜面反射面４−１〜４−４に形成されている反射層５で反射して入射・出射面４−６に向かい、この入射・出射面４−６を透過して蛍光体デバイス１の外部に向けて出射する発光光もある。
これら斜面反射面４−１〜４−４は、それぞれ四角錐の各側面で例えば４５°の斜面に形成されているので、これら斜面反射面４−１〜４−４で反射した各発光光は、それぞれ入射・出射面４−６に効率よく導かれ、入射・出射面４−６を透過して蛍光体デバイス１の外部に向けて出射する。
【００２０】
このように上記第１の実施の形態によれば、複数の蛍光体３が散在する無機バインダ２を四角錐台形状に形成し、この四角錐台形状に４つの斜面反射面４−１〜４−４と、互いに平行な平面反射面４−５と入射・出射面４−６とを設け、これら斜面反射面４−１〜４−４と平面反射面４−５とに反射層５を形成したので、各蛍光体３から全方向に発光された発光光は、直接入射・出射面４−６から蛍光体デバイス１の外部に向けて出射されたり、平面反射面４−５や各斜面反射面４−１〜４−４に形成されている反射層５でそれぞれ反射してから入射・出射面４−６を通って蛍光体デバイス１の外部に向けて出射されるものとなり、各蛍光体３から発光された発光光を効率良く蛍光体デバイス１の外部に出射できる。
蛍光体デバイス１は、錐体状として四角錐台形状に限らず、六角錐体状、四角錐台形状又は円錐状であっても、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することが出来る。
【００２１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。
図２は蛍光体デバイス１を用いた照明装置１０の構成図を示す。なお、図１（ａ）（ｂ）と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
励起光源としての半導体レーザ１１が設けられている。この半導体レーザ１１は、励起光Ｅとして例えば青色の波長領域（４５５〜４９２ｎｍ）内の波長値の励起レーザ光（以下、励起レーザ光Ｅと称する）を出力する。
【００２２】
この半導体レーザ１１から出力される励起レーザ光Ｅの光路上には、コリメータレンズ１２と、発光光取出光学系としてのダイクロイックミラー１３と、照射光学系としての集光光学系１４とが設けられている。
コリメータレンズ１２は、半導体レーザ１１から出力される励起レーザ光Ｅをコリメートする。
集光光学系１４は、半導体レーザ１１から出力された励起レーザ光Ｅを蛍光体デバイス１２に向けて集光して照射する。
【００２３】
ダイクロイックミラー１３は、コリメータレンズ１２によりコリメートされた励起レーザ光Ｅを透過すると共に、蛍光体デバイス１で発光して当該蛍光体デバイス１の外部に出射され、集光光学系１４を通って入射する発光光Ｈを反射して照明光として取り出す。すなわち、ダイクロイックミラー１３は、青色の波長領域（４５５〜４９２ｎｍ）内の波長値の励起レーザ光Ｅを透過すると共に、蛍光体デバイス１で発光した緑色の波長領域（４９２〜５７７ｎｍ）内の波長値の発光光を反射する。
【００２４】
このような照明装置であれば、半導体レーザ１１から青色の波長値の励起レーザ光Ｅが出力されると、この励起レーザ光Ｅは、コリメータレンズ１２によりコリメートされてダイクロイックミラー１３に入射する。この励起レーザ光Ｅは、ダイクロイックミラー１３を透過し、集光光学系１４により集光された蛍光体デバイス１に照射される。
【００２５】
この蛍光体デバイス１では、上記同様に、励起光Ｅが入射・出射面４−６から蛍光体デバイス１内に入射すると、無機バインダ２中に散在している複数の蛍光体３は、それぞれ例えば緑色の波長値の発光光を発光する。これら発光光は、直接入射・出射面４−６から蛍光体デバイス１の外部に向けて出射されたり、平面反射面４−５や各斜面反射面４−１〜４−４に形成されている反射層５でそれぞれ反射してから入射・出射面４−６を通ってされる。
蛍光体デバイス１から出射された緑色の波長値の発光光は、集光光学系１４を通ってダイクロイックミラー１３に入射し、このダイクロイックミラー１３で反射して照明光として取り出す。
【００２６】
このように上記第２の実施の形態によれば、蛍光体デバイス１を備え、半導体レーザ１１から出力された青色の波長値の励起レーザ光Ｅをコリメータレンズ１２、ダイクロイックミラー１３、集光光学系１４を通して蛍光体デバイス１に照射し、この蛍光体デバイス１から出射された緑色の波長値の発光光Ｈを集光光学系１４を通してダイクロイックミラー１３により取り出すので、蛍光体デバイス１から効率良く取り出された各蛍光体３から例えば緑色の波長値の発光光を照明光として出力できる。
【００２７】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。
図３は蛍光体デバイス１を用いた照明装置２０の構成図を示す。なお、図１（ａ）（ｂ）及び図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
基板２１上には、２つの蛍光体デバイス１、１が一体的に配置されている固定されている。これら蛍光体デバイス１、１は、第２の面である各入射・出射面４−６を同一平面上に配置し、かつ一体的に形成されている。これら蛍光体デバイス１、１は、励起レーザ光Ｅの照射範囲内に配置されている。
【００２８】
このような照明装置であれば、半導体レーザ１１から青色の波長値の励起レーザ光Ｅが出力されると、この励起レーザ光Ｅは、コリメータレンズ１２によりコリメートされてダイクロイックミラー１３に入射する。この励起レーザ光Ｅは、ダイクロイックミラー１３を透過し、集光光学系１４により集光された２つの蛍光体デバイス１、１に照射される。
【００２９】
これら蛍光体デバイス１、１では、それぞれ上記同様に、励起レーザ光Ｅが入射・出射面４−６から各蛍光体デバイス１、１内に入射すると、各蛍光体デバイス１、１の各無機バインダ２中に散在している複数の蛍光体３は、それぞれ例えば緑色の波長値の発光光を発光する。これら発光光は、それぞれ直接入射・出射面４−６から蛍光体デバイス１、１の外部に向けて出射されたり、各平面反射面４−５や各斜面反射面４−１〜４−４でそれぞれ反射してから各入射・出射面４−６を通って効率高く出射される。
各蛍光体デバイス１、１から出射された緑色の波長値の各発光光は、集光光学系１４を通ってダイクロイックミラー１３に入射し、このダイクロイックミラー１３で反射して照明光として取り出す。
【００３０】
このように上記第３の実施の形態によれば、２つの蛍光体デバイス１、１を一体的に配置し、かつ励起レーザ光Ｅの照射範囲内に配置したので、２つの蛍光体デバイス１、１から効率良く取り出された各蛍光体３からの発光光を照明光として出力でき、かつ２つの蛍光体デバイス１、１から効率良く取り出された各蛍光体３からの発光光を照明光として出力することで、１つの蛍光体デバイス１から取り出された照明光よりも多くの照明光量の照明光を取り出すことができる。
【００３１】
ところで、照明装置では、励起光源としての半導体レーザ１１は、例えば図４（ａ）に示すように蛍光体３を含む無機バインダ３０の外部に設けたり、同図（ｂ）に示すように無機バインダ３０の内部に設けたものがある。なお、同図（ａ）において無機バインダ３０は、基板３１上に反射膜３２を介して設けられている。又、同図（ｂ）において無機バインダ３０は、基板３３に形成された傾斜面を有する穴部３４内に設けられている。基板３３に形成された傾斜面には、反射膜３５が形成されている。
このような照明装置において一般的に用いられる蛍光体３は、図５に示すように励起スペクトルＳ１の長波長側の波長と、発光体３の発光スペクトルＳ２の短波長側の波長との一部が重なり合っている。すなわち、発光体３は、発光光３ａを発光するが、この発光光３ａは、図６に示すように無機バインダ３０内を伝播して他の発光体３に照射されて当該他の発光体３を励起、すなわち別の賦活原子を励起して蛍光体３の発光強度が低下するという発光の自己吸収という現象が発生するおそれがある。
【００３２】
これに対して上記第３の実施の形態においては、２つの蛍光体デバイス１、１の各無機バインダ２中に散在している複数の蛍光体３から発光される例えば緑色の波長値の発光光は、それぞれ直接各入射・出射面４−６から各蛍光体デバイス１、１の外部に向けて出射されたり、各平面反射面４−５や各斜面反射面４−１〜４−４でそれぞれ反射してから各入射・出射面４−６を通って効率高く出射されるので、別の賦活原子を励起して蛍光体３の発光強度が低下するという発光の自己吸収という現象が発生するおそれがない。なお、上記第１、２の実施の形態においても発光の自己吸収という現象が発生するおそれがない。
【００３３】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について図面を参照して説明する。
上記第３の実施の形態では、基板２１上に２つの蛍光体デバイス１を配置しているが、これに限らず、２つ以上の複数の蛍光体デバイス１、１、…、１、例えば図７の外観図に示すように４つの蛍光体デバイス１を格子状（マトリクス状）に配置されている固定してもよい。これら蛍光体デバイス１、１、…、１は、図８に示すように第２の面である各入射・出射面４−６を同一平面上に配置し、かつ一体的に形成されている。これら蛍光体デバイス１、１、…、１は、励起レーザ光Ｅの照射範囲内に配置されている。
なお、複数の蛍光体デバイス１、１、…、１は、４つに限らず、４つ以上を格子状（マトリクス状）に配置してもよい。又、複数の蛍光体デバイス１、１、…、１は、格子状（マトリクス状）に配置するに限らず、一定の間隔毎に縦横方向に配置してもよいし、同心円状に配置しても良いし、ランダムな位置に配置してもよい。
【００３４】
このような照明装置であれば、半導体レーザ１１から青色の波長値の励起レーザ光Ｅが出力されると、この励起レーザ光Ｅは、コリメータレンズ１２によりコリメートされてダイクロイックミラー１３に入射する。この励起レーザ光Ｅは、ダイクロイックミラー１３を透過し、集光光学系１４により集光された複数の蛍光体デバイス１、１、…、１、例えば４つの蛍光体デバイス１、１、…、１に照射される。
【００３５】
これら蛍光体デバイス１、１、…、１では、それぞれ上記同様に、励起レーザ光Ｅが入射・出射面４−６から各蛍光体デバイス１内に入射すると、各蛍光体デバイス１、１、…、１の各無機バインダ２中に散在している複数の蛍光体３は、それぞれ例えば緑色の波長値の発光光を発光する。これら発光光は、それぞれ直接入射・出射面４−６から蛍光体デバイス１の外部に向けて出射されたり、各平面反射面４−５や各斜面反射面４−１〜４−４に形成されている反射膜５でそれぞれ反射してから各入射・出射面４−６を通って出射される。
各蛍光体デバイス１、１、…、１から出射された緑色の波長値の各発光光は、集光光学系１４を通ってダイクロイックミラー１３に入射し、このダイクロイックミラー１３で反射して照明光として取り出す。
【００３６】
このように上記第４の実施の形態によれば、複数、例えば４つの蛍光体デバイス１、１、…、１を一体的に配置し、かつ励起レーザ光Ｅの照射範囲内に配置したので、複数の蛍光体デバイス１、１、…、１から効率良く取り出された各蛍光体３からの発光光を照明光として出力でき、かつ４つの蛍光体デバイス１、１、…、１から効率良く取り出された各蛍光体３からの発光光を照明光として出力することで、１つの蛍光体デバイス１から取り出された照明光よりも多くの照明光量の照明光を取り出すことができる。
【００３７】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について図面を参照して説明する。
図９は上記図２に示す照明装置１０等を用いたプロジェクタ装置４０の構成図を示す。このプロジェクタ装置４０は、例えば半導体発光素子を用いたＤＬＰ（Ｄigital Ｌight Ｐrocessing：登録商標）方式を適用している。このプロジェクタ装置４０は、ＣＰＵ４１を搭載する。このＣＰＵ４１には、操作部４２と、メインメモリ４３と、プログラムメモリ４４とが接続されている。又、ＣＰＵ４１には、システムバス４５を介して入力部４６と、画像変換部４７と、投影処理部４８と、音声処理部４９とが接続されている。このうち投影処理部４８には、光源部５０と、マイクロミラー素子５１とが接続されている。光源部５０から出力される照明光の光路上には、ミラー５２が配置され、このミラー５２の反射光路上にマイクロミラー素子５１が配置されている。このマイクロミラー素子５１の反射光路上に投影レンズ部５３が配置されている。音声処理部４９には、スピーカ部５４が接続されている。
【００３８】
入力部４６は、各種規格のアナログ画像信号を入力し、このアナログ画像信号をデジタル化した画像データとしてシステムバス４５を通して画像変換部４７に送る。
画像変換部４７は、スケーラとも称し、入力部４６から入力される画像データを投影に適した所定のフォーマットの画像データに統一処理して投影処理部４８に送る。この際、画像変換部４７は、ＯＳＤ(Ｏn Ｓcreen Ｄisplay）用の各種動作状態を示すシンボル等のデータも必要に応じて画像データに重畳加工し、この加工後の画像データを投影処理部４８に送る。
【００３９】
投影処理部４８は、画像変換部４７から送られてきた画像データに応じて所定のフォーマットに従ったフレームレート、例えば６０［フレーム／秒」と色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した高速な時分割駆動により空間的光変調素子であるマイクロミラー素子５１を駆動する。
音声処理部４９は、ＰＣＭ（Ｐulse-Ｃode Ｍodulation）音源等の音源回路を備え、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ部５４を駆動して拡声放音させる、或いは必要によりビープ音等を発生させる。
【００４０】
マイクロミラー素子５１は、例えばＷＸＧＡ(Ｗide eＸtended Ｇraphic Ａrray)であり、複数の微小ミラーをアレイ状に配列、例えば横×縦（１２５０×８００画素）で複数の微小ミラーを配列して成るもので、これら微小ミラーの各傾斜角度をそれぞれ高速にオン・オフ動作して画像を表示することで、その反射光により光像を形成する。
光源部５０は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の原色光を含む複数色の照明光を循環的に時分割で順次出射する。この光源部５０から順次出射されるＲＧＢの各光は、ミラー５２で全反射してマイクロミラー素子５１に照射される。このマイクロミラー素子５１での反射光で光像が形成され、この形成された光像が投影光学系としての投影レンズ部５３を通してカラー画像として投影対象となるスクリーンに投影表示される。
【００４１】
この光源部５０は、例えば上記図２に示す照明装置１０等を用いてなる。この光源部５０は、例えば赤（Ｒ）の波長領域（６２２〜７７７ｎｍ）内の波長値のレーザ光を出力する半導体レーザと、青（Ｂ）の波長領域（４５５〜４９２ｎｍ）内の波長値のレーザ光を出力する半導体レーザ１１と、この半導体レーザ１１から出力されるレーザ光を励起光として用い、緑（Ｇ）の波長値の発光光を照明光として出力する上記図２に示す照明装置１０とを有し、これら赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の照明光を時分割で順次出射する。
なお、この光源部５０は、上記図２に示す照明装置１０に限らず、上記図３に示す照明装置２０や、図７に示す複数の蛍光体デバイス１を用いた照明装置を用いてもよい。
【００４２】
ＣＰＵ４１は、操作部４２からの操作指示を受け、又、メインメモリ４３に対してデータの読み取り・書き込みを行い、かつプログラムメモリ４４に記憶されているプログラムを実行する。又、ＣＰＵ４１は、システムバス４５を介して入力部４６と、画像変換部４７と、投影処理部４８と、音声処理部４９とをそれぞれ制御する。すなわち、ＣＰＵ４１は、メインメモリ４３及びプログラムメモリ４４を用いて本プロジェクタ装置４０内の制御動作を実行する。
メインメモリ４３は、例えばＳＲＡＭで構成され、ＣＰＵ４１のワークメモリとして機能する。プログラムメモリ４４は、電気的に書換可能な不揮発性メモリで構成され、ＣＰＵ４１が実行する動作プログラムや各種定型データ等を記憶する。
【００４３】
ＣＰＵ４１は、操作部４２からのキー操作信号に応じて各種投影動作を実行する。この操作部４２は、本プロジェクタ装置４０の本体に設けられるキー操作部と、本プロジェクタ装置４０の専用のリモートコントローラからの赤外光を受光する赤外線受光部とを含み、ユーザが本体のキー操作部又はリモートコントローラで操作したキーに基づくキー操作信号をＣＰＵ４１に直接送る。
【００４４】
このような構成であれば、各種規格のアナログ画像信号が入力部４６に入力すると、この入力部４６は、アナログ画像信号をデジタル化した画像データとしてシステムバス４５を通して画像変換部４７に送る。
この画像変換部４７は、入力部４６から入力される画像データを投影に適した所定のフォーマットの画像データに統一処理すると共に、ＯＳＤ用の各種動作状態を示すシンボル等のデータも必要に応じて画像データに重畳加工し、この加工後の画像データを投影処理部４８に送る。
【００４５】
この投影処理部４８は、画像変換部４７から送られてきた画像データに応じて所定のフォーマットに従ったフレームレート、例えば６０［フレーム／秒」と色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した高速な時分割駆動により空間的光変調素子であるマイクロミラー素子５１を駆動する。
このマイクロミラー素子５１は、投影処理部４８の駆動によって複数の微小ミラーの各傾斜角度をそれぞれ高速にオン・オフ動作して画像を表示することで、その反射光により光像を形成する。
【００４６】
一方、光源部５０は、例えば上記図２に示す照明装置１０から出力される緑（Ｇ）の照明光と、半導体レーザ１１から出力される青（Ｂ）の波長値のレーザ光と、別の半導体レーザから出力される赤（Ｒ）の波長値のレーザ光とを循環的に時分割で照明光として順次出射する。この光源部５０から順次出射されるＲＧＢの照明光は、ミラー５２で全反射してマイクロミラー素子５１に照射される。このマイクロミラー素子５１での反射光で光像が形成され、この形成された光像が投影光学系としての投影レンズ部５３を通してカラー画像として投影対象となるスクリーンに投影表示される。
これと共に音声処理部４９は、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ部５４を駆動して拡声放音させる、或いは必要によりビープ音等を発生させる。
【００４７】
このように上記第５の実施の形態によれば、光源部５０として上記図２に示す照明装置１０や、上記図３に示す照明装置２０、図７に示す複数の蛍光体デバイス１を用いた照明装置を用いてプロジェクタ装置４０を構成したので、蛍光体デバイス１から効率良く取り出された各蛍光体３からの発光光を照明光としてカラー画像をスクリーンに投影表示できる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４９】
以下、本発明の出願当初の特徴点について説明する。
請求項１に対応する発明は、少なくとも蛍光体を含有して錐体状に形成され、かつ前記錐体状の斜面を交差して互いに対向するそれぞれ面積の異なる第１と第２の面を形成し、前記第１と前記第２の面とのうち前記面積の小さい前記第１の面と前記斜面とに反射層を形成し、前記面積の大きい前記第２の面に反射防止層を形成し、前記第２の面を励起光の入射口とすると共に前記蛍光体から発光された発光光の出射口とすることを特徴とする蛍光体デバイスである。
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記錐体状として四角錐体状、六角錐体状、四角錐台形状又は円錐状を含むことを特徴とする。
【００５０】
請求項３に対応する発明は、請求項１又は２に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記蛍光体を含有する無機材料を焼結して前記錐体状に形成することを特徴とする。
【００５１】
請求項４に対応する発明は、請求項１乃至３のうちいずれか１項に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記反射層は、可視光領域の波長を有する前記蛍光体から発光された前記発光光を反射し、前記反射防止層は、前記発光光を透過することを特徴とする。
【００５２】
請求項５に対応する発明は、請求項１乃至４のうちいずれか１項に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記反射防止層は、反射防止膜により形成、又は可視光領域の波長の長さよりも小さい長さのピッチを有する凹凸形状に形成されていることを特徴とする。
【００５３】
請求項６に対応する発明は、請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の蛍光体デバイスを複数配置してなることを特徴とする。
請求項７に対応する発明は、請求項６に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記複数の蛍光体デバイスは、格子状に配置されていることを特徴とする。
【００５４】
請求項８に対応する発明は、請求項６又は７に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記複数の蛍光体デバイスは、前記各第２の面を同一平面上に配置して一体的に形成されていることを特徴とする。
【００５５】
請求項９に対応する発明は、請求項６、７又は８に対応する蛍光体デバイスにおいて、前記複数の蛍光体デバイスは、前記励起光の照射範囲内に配置されることを特徴とする。
【００５６】
請求項１０に対応する発明は、請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の蛍光体デバイスと、励起光を出力する励起光源と、前記励起光源から出力された前記励起光を前記蛍光体デバイスに照射する照射光学系と、前記蛍光体デバイスから発光された前記発光光を照明光として取り出す発光光取出光学系とを具備することを特徴とする照明装置である。
請求項１１に対応する発明は、請求項１０に対応する照明装置において、前記発光光取出光学系は、前記励起光を透過し、かつ前記蛍光体デバイスから発光された前記発光光を反射するダイクロイックミラーを有することを特徴とする。
【００５７】
請求項１２に対応する発明は、請求項１０、１１のうちいずれか１項に対応する照明装置と、前記照明装置から出力された前記照明光を含む各色の光をカラー画像として投影する投影光学系とを有することを特徴とするプロジェクタ装置である。
【符号の説明】
【００５８】
１：蛍光体デバイス、２：透光性無機材料（無機バインダ）、３：蛍光体、４−１〜４−４：側面、４−５：第１の面（平面反射面）、４−６：第２の面（入射・出射面）、５：反射層、６：反射防止膜、１１：半導体レーザ、１２：コリメータレンズ、１３：ダイクロイックミラー、１４：集光光学系、２０：照明装置、２１：基板、４０：プロジェクタ装置、４１：ＣＰＵ、４２：操作部、４３：メインメモリ、４４：プログラムメモリ、４５：システムバス、４６：入力部、４７：画像変換部、４８：投影処理部、４９：音声処理部、５０：光源部、５１：マイクロミラー素子、５２：ミラー、５３：投影レンズ部、５４：スピーカ部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも蛍光体を含有して錐体状に形成され、かつ前記錐体状の斜面を交差して互いに対向するそれぞれ面積の異なる第１と第２の面を形成し、前記第１と前記第２の面とのうち前記面積の小さい前記第１の面と前記斜面とに反射層を形成し、前記面積の大きい前記第２の面に反射防止層を形成し、前記第２の面を励起光の入射口とすると共に前記蛍光体から発光された発光光の出射口とすることを特徴とする蛍光体デバイス。
【請求項２】
前記錐体状として四角錐体状、六角錐体状、四角錐台形状又は円錐状を含むことを特徴とする請求項１記載の蛍光体デバイス。
【請求項３】
前記蛍光体を含有する無機材料を焼結して前記錐体状に形成することを特徴とする請求項１又は２記載の蛍光体デバイス。
【請求項４】
前記反射層は、可視光領域の波長を有する前記蛍光体から発光された前記発光光を反射し、
前記反射防止層は、前記発光光を透過することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の蛍光体デバイス。
【請求項５】
前記反射防止層は、反射防止膜により形成、又は可視光領域の波長の長さよりも小さい長さのピッチを有する凹凸形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の蛍光体デバイス。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の蛍光体デバイスを複数配置してなることを特徴とする蛍光体デバイス。
【請求項７】
前記複数の蛍光体デバイスは、格子状に配置されていることを特徴とする請求項６記載の蛍光体デバイス。
【請求項８】
前記複数の蛍光体デバイスは、前記各第２の面を同一平面上に配置して一体的に形成されていることを特徴とする請求項６又は７記載の蛍光体デバイス。
【請求項９】
前記複数の蛍光体デバイスは、前記励起光の照射範囲内に配置されることを特徴とする請求項６、７又は８記載の蛍光体デバイス。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の蛍光体デバイスと、
励起光を出力する励起光源と、
前記励起光源から出力された前記励起光を前記蛍光体デバイスに照射する照射光学系と、
前記蛍光体デバイスから発光された前記発光光を照明光として取り出す発光光取出光学系と、
を具備することを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
前記発光光取出光学系は、前記励起光を透過し、かつ前記蛍光体デバイスから発光された前記発光光を反射するダイクロイックミラーを有することを特徴とする請求項１０記載の照明装置。
【請求項１２】
請求項１０、１１のうちいずれか１項に記載の照明装置と、
前記照明装置から出力された前記照明光を含む各色の光をカラー画像として投影する投影光学系と、
を有することを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項１】
少なくとも蛍光体を含有して錐体状に形成され、かつ前記錐体状の斜面を交差して互いに対向するそれぞれ面積の異なる第１と第２の面を形成し、前記第１と前記第２の面とのうち前記面積の小さい前記第１の面と前記斜面とに反射層を形成し、前記面積の大きい前記第２の面に反射防止層を形成し、前記第２の面を励起光の入射口とすると共に前記蛍光体から発光された発光光の出射口とすることを特徴とする蛍光体デバイス。
【請求項２】
前記錐体状として四角錐体状、六角錐体状、四角錐台形状又は円錐状を含むことを特徴とする請求項１記載の蛍光体デバイス。
【請求項３】
前記蛍光体を含有する無機材料を焼結して前記錐体状に形成することを特徴とする請求項１又は２記載の蛍光体デバイス。
【請求項４】
前記反射層は、可視光領域の波長を有する前記蛍光体から発光された前記発光光を反射し、
前記反射防止層は、前記発光光を透過することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の蛍光体デバイス。
【請求項５】
前記反射防止層は、反射防止膜により形成、又は可視光領域の波長の長さよりも小さい長さのピッチを有する凹凸形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の蛍光体デバイス。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の蛍光体デバイスを複数配置してなることを特徴とする蛍光体デバイス。
【請求項７】
前記複数の蛍光体デバイスは、格子状に配置されていることを特徴とする請求項６記載の蛍光体デバイス。
【請求項８】
前記複数の蛍光体デバイスは、前記各第２の面を同一平面上に配置して一体的に形成されていることを特徴とする請求項６又は７記載の蛍光体デバイス。
【請求項９】
前記複数の蛍光体デバイスは、前記励起光の照射範囲内に配置されることを特徴とする請求項６、７又は８記載の蛍光体デバイス。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の蛍光体デバイスと、
励起光を出力する励起光源と、
前記励起光源から出力された前記励起光を前記蛍光体デバイスに照射する照射光学系と、
前記蛍光体デバイスから発光された前記発光光を照明光として取り出す発光光取出光学系と、
を具備することを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
前記発光光取出光学系は、前記励起光を透過し、かつ前記蛍光体デバイスから発光された前記発光光を反射するダイクロイックミラーを有することを特徴とする請求項１０記載の照明装置。
【請求項１２】
請求項１０、１１のうちいずれか１項に記載の照明装置と、
前記照明装置から出力された前記照明光を含む各色の光をカラー画像として投影する投影光学系と、
を有することを特徴とするプロジェクタ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７３２１７（Ｐ２０１３−７３２１７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１４６２０（Ｐ２０１１−２１４６２０）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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