JP2014191003A - 光源装置およびこれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体に照射される励起光の光密度を、蛍光体毎に調整することにより、高画質の映像を投写できる投写型表示装置を提供する。
【解決手段】光源装置これを用いた投写型表示装置は、光源と、蛍光体と、蛍光体ホイール２００と、蛍光体層２２０に照射される光源からの励起光のスポットサイズを調整する励起光密度変更部（拡散面２１０）と、を備える。蛍光体層２２０は、第１蛍光体層（赤色蛍光体層２２２）と、第２蛍光体層（緑色蛍光体層２２３）とを有する。光源からの出射光は、第１蛍光体層に第１スポットサイズＳ１で照射され、光源からの出射光は、第２蛍光体層に第２スポットサイズＳ２で照射される。励起光密度変更部は、第１スポットサイズと、第２スポットサイズとが異なるように光源から出射した光を調整する。
【選択図】図３

Description

本開示は、映像を投写する投写型表示装置に関する。

特許文献１は、投写型表示装置を開示する。この投写型表示装置は、カラーホイールと、半導体レーザと、ＬＥＤと、光源制御手段とを有している。カラーホイールは、青色用拡散板と、緑色蛍光体反射板とを有している。半導体レーザおよびＬＥＤは、光源制御手段により、カラーホイールの回転に同期して発光するように制御される。

１フレーム期間中の青、赤、緑の各フィールド期間の時間長は、光源制御手段が、半導体レーザおよびＬＥＤの発光タイミングを制御することにより調整される。

これにより、この投写型表示装置は、各色成分に割り当てる時間長を任意に調整することができる。このため、色バランスや、投写画像の明るさを調整することができる。これにより、画像の質を向上させることができる。

特開２０１２−１２８４３８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている投写型表示装置における蛍光体は、照射される励起光の光密度が大きくなると、波長変換効率が低下してしまう。その結果、画像の質が低下してしまう。

本開示は、蛍光体に照射される励起光の光密度を、蛍光体毎に調整することにより、高画質の映像を投写できる投写型表示装置を提供する。

本開示における投写型表示装置は、励起光を出射する光源と、励起光により励起されて蛍光を発する蛍光体と、蛍光体を含む蛍光体層が設けられた蛍光体ホイールと、蛍光体層に照射される光源からの励起光のスポットサイズを調整する励起光密度変更部と、を備える。蛍光体層は、第１蛍光体層と、第２蛍光体層とを有する。光源からの出射光は、第１蛍光体層に第１スポットサイズで照射される。光源からの出射光は、第２蛍光体層に第２スポットサイズで照射される。励起光密度変更部は、第１スポットサイズと、第２スポットサイズと、が異なるように光源から出射した光を調整する。

本開示における投写型表示装置は、蛍光体に照射される励起光のスポットサイズを、蛍光体毎に調整することにより、高画質の映像を投写できる投写型表示装置を提供する。

実施の形態１におけるプロジェクタの外観斜視図 実施の形態１におけるプロジェクタの構成を示す模式図 実施の形態１における蛍光体ホイール構成図 実施の形態１における蛍光体の効率について説明するための図 実施の形態３におけるプロジェクタの構成を示す模式図 実施の形態２における蛍光体ホイール構成図 実施の形態３における蛍光体ホイール構成図 実施の形態４における蛍光体ホイール構成図 実施の形態５における蛍光体ホイール構成図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
（実施の形態１）
以下、図１〜８を用いて、実施の形態１を説明する。

［１−１］概要
プロジェクタ１００の概要について図１を用いて説明する。

図１は、プロジェクタ１００の外観斜視図である。プロジェクタ１００は、光源装置と、デジタルミラーデバイス（以下、ＤＭＤと称する）、投写光学系とを備える。プロジェクタ１００は、光源装置で発光した光をＤＭＤで反射することで映像を生成する。プロジェクタ１００は、生成した映像を、投写光学系を介してスクリーン１０５に投写する。

［１−２］全体構成
プロジェクタ１００の全体構成について図２を用いて説明する。

プロジェクタ１００は、透過型のプロジェクタであり、照明装置１１０と、映像生成部１４０と、投写レンズ１７０とを有する。

照明装置１１０は、光源部１２０と、各種レンズと、蛍光体ホイール２００とを備える。

光源部１２０は、半導体レーザ１２１と、レンズ１２２とを有する光源である。半導体レーザ１２１は、波長約４５０ｎｍの青色の励起光を出射する。半導体レーザ１２１は、５×５のマトリクス状に、２５個配置されている。レンズ１２２は、半導体レーザ１２１から出力された光を、平行な光束に集光する。レンズ１２２は、半導体レーザ１２１から出射された光を受光するように設けられている。

レンズ１２３およびレンズ１２４は、レンズ１２２を出射した光を集光させる。レンズ１２３およびレンズ１２４は、半導体レーザ１２１から出力された光を透過させる位置に設けられる。

拡散板１２５は、半導体レーザ１２１から出力される光の照度を、均一化させる。拡散板１２５は、レンズ１２４を透過した光を透過させる位置に設けられる。

蛍光体ホイール２００は、拡散板１２５を透過した光の光路上に設けられる。蛍光体ホイール２００は、複数の蛍光体領域を有している。蛍光体ホイール２００は、モータ２３０（図３）により、回転駆動する。蛍光体は、励起光により励起されて蛍光を発する。

半導体レーザ１２１から出力された光は、蛍光体ホイール２００の蛍光体領域を透過することにより、励起される。これにより、複数の色光を発する。半導体レーザ１２１および蛍光体ホイール２００は、Ｂ光、Ｒ光、Ｇ光を時分割で生成する。図３を用いて蛍光体ホイール２００の構成について説明を後述する。

レンズ１２６は、入射光を拡散させるレンズである。レンズ１２６は、蛍光体ホイール２００を透過した光を透過させる位置に設けられる。レンズ１２７は、入射した光を、平行な光束になるように揃える。レンズ１２７は、レンズ１２６を透過した光の光路上に設けられる。レンズ１２８は、入射した光を、再び集光させる。レンズ１２８は、レンズ１２７を透過した光の光路上に設けられる。

ロッドインテグレータ１２９は、四角柱状のレンズである。ロッドインテグレータ１２９に入射した光は、ロッドインテグレータ１２９の内部を全反射する。ロッドインテグレータ１２９は、入射光の照度を均一化させる。

ロッドインテグレータ１２９を透過した光は、レンズ１３０およびレンズ１３１を透過して、映像生成部１４０に入射する。

映像生成部１４０は、レンズ１３３と、ＤＭＤ１６０と、プリズム１５０とを有する。

レンズ１３３は、ロッドインテグレータ１２９の出射面の光をＤＭＤ１６０に結像させる。

ＤＭＤ１６０は、映像を生成する素子である。ＤＭＤ１６０は、１９２０×１０８０個のマイクロミラーを有する。ＤＭＤ１６０は、映像信号に応じて、各マイクロミラーを偏向させる。これにより、ＤＭＤ１６０は、投写レンズ１７０に入射させる光と、投写レンズ１７０の有効範囲外へ反射する光とに分ける。ＤＭＤ１６０は、光変調素子である。投写レンズ１７０は、投写光学系の一例である。

プリズム１５０は、プリズム１５１と、プリズム１５２とを有する。プリズム１５１と、プリズム１５２との近接面には、空気層１５３が存在する。空気層１５３は、薄い空気層である。空気層１５３は、臨界角以上の角度で入射する光束を全反射する。

レンズ１３３を介してプリズム１５１に入射した光は、空気層１５３により反射される。空気層１５３により反射された光は、ＤＭＤ１６０へ導かれる。ＤＭＤ１６０により変調された光は、プリズム１５１およびプリズム１５２を透過して投写レンズ１７０へ導かれる。投写レンズ１７０は、時間的に合成された映像光をスクリーン１０５へ投写する。

［１−３］光源周辺の構成
図３は、実施の形態１における蛍光体ホイール構成図である。図３（Ａ）は蛍光体ホイール２００の表面図、図３（Ｂ）は蛍光体ホイール２００の側面図、図３（Ｃ）は蛍光体ホイール２００の裏面図である。

図３（Ｂ）に示すように、蛍光体ホイール２００は、モータ２３０と、基板２４０とを有している。モータ２３０は、基板２４０を回転駆動させる。基板２４０は、光の入射側に拡散面２１０、出射側に蛍光体層２２０を有している。基板２４０は、ガラス製の円盤状の基板である。

図３（Ａ）に示すように、拡散面２１０は、青色用の拡散領域２１１と、赤色用の拡散領域２１２と、緑色用の拡散領域２１３とを有する。拡散面２１０は、励起光密度変更部である。励起光密度変更部は、蛍光体に照射される光源である半導体レーザ１２１からの励起光のスポットサイズを調整する。

図３（Ｃ）に示すように、蛍光体層２２０は、赤色蛍光体層２２２と、緑色蛍光体層２２３とを有する。

赤色蛍光体層２２２は、第１蛍光体層であり、照射された光を赤色光に変換する。赤色蛍光体層２２２は、拡散領域２１２に対応するように設けられている。つまり、光軸との垂直な面に対して、赤色蛍光体層２２２と、拡散領域２１２とは、重なるように設けられており、赤色蛍光体層２２２と、拡散領域２１２とは、実質的に同一の中心角を持つ円弧状になるように構成されている。このため、赤色用拡散領域２１２に照射された光は、赤色蛍光体層２２２に照射される。赤色用拡散板２１２でのレーザ光が照射されるスポットサイズは、拡散領域２１２により、第１スポットサイズＳ１に調整される。

緑色蛍光体層２２３は、第２蛍光体層であり、照射された光を緑色光に変換する。緑色蛍光体層２２３は、拡散領域２１２に対応するように設けられている。つまり、光軸との垂直な面に対して、緑色蛍光体層２２３と、拡散領域２１３とは、重なるように設けられており、緑色蛍光体層２２３と、拡散領域２１３とは、実質的に同一の中心角を持つ円弧状になるように構成されている。このため、緑色用拡散領域２１３に照射された光は、緑色蛍光体層２２３に照射される。緑色蛍光体層２２３でのレーザ光が照射されるスポットサイズは、拡散領域２１３により、第２スポットサイズＳ２に調整される。

切欠部２２１は、蛍光体が設けられていない部分であり、ガラス板等により構成される。切欠部２２１は、拡散領域２１１に対応するように設けられている。このため、拡散領域２１１に照射された青色光は、拡散領域２１１を通過する。

このように構成された蛍光体ホイール２００は、２つの蛍光体領域である赤色蛍光体層２２２と、緑色蛍光体層２２３と、１つの切欠き領域である切欠部２２１とで、１フレーム（例えば、１／６０秒）となるように構成される。すなわち、蛍光体ホイール２００に照射された光は、１フレームの中で、赤色蛍光体層２２２に照射される第１セグメント、緑色蛍光体層２２３に照射される第２セグメント、切欠部２２１に照射される第３セグメントに、時間的に分割される。これにより、蛍光体ホイール２００を透過した光は、複数の色光を出射する。

ここで、拡散領域２１２および拡散領域２１３が、レーザ光により照射されるスポットサイズを調整する構成について説明する。光が拡散板に入射すると、その拡散板の拡散角に依存して光の光路が変化する。拡散角は、入射した光を、何度拡散させるかを示す角度である。赤色用拡散板２１２の拡散角をθ１、緑色用拡散領域２１３の拡散角をθ２とする。この場合、θ１＞θ２とすることで、スポットサイズＳ１＞スポットサイズＳ２となる。拡散板の拡散角が大きいと、スポットサイズが大きくなる。拡散板の拡散角が小さいと、スポットサイズが小さくなるためである。これにより、赤色蛍光体層２２２に照射されるスポットサイズは、緑色蛍光体層２２３の照射されるスポットサイズより大きくすることができる。

［１−４］効果
図４は、実施の形態１における蛍光体の効率について説明するための図である。

図４（Ａ）は、蛍光体に照射される励起光のスポットサイズとロッドインテグレータにおける光利用効率との関係を示す図である。

図４（Ａ）に示すように、蛍光体に照射される励起光のスポットサイズを大きくしていくと、所定の励起光スポットサイズ以降では、ロッドインテグレータ１２９における光利用効率が低下する。これは、励起光スポットサイズを所定のサイズ以上とした場合、投写レンズ１７０への入射光束の断面積が、投写レンズ１７０の断面積より大きくなるためである。

図４（Ｂ）は、蛍光体の励起光のスポットサイズと、蛍光体の変換効率との関係を示す図である。一般的に蛍光体は、温度が上がると蛍光発光量が低下する温度消光特性、励起光密度の増加に対し輝度の出力が飽和する輝度飽和特性を有している。このため、蛍光体に照射する励起光のスポットサイズを小さくすると、蛍光体における蛍光変換効率が低下する。

図４（Ｃ）は、異なる組成を有する蛍光体の励起光のスポットサイズと光量（明るさ）との関係を示す図である。図４（Ｃ）に示す蛍光体ａは、励起光のスポットサイズＡの場合に、光量のピーク強度がＬとなる。蛍光体ｂは、励起光のスポットサイズＢの場合に、光量のピーク強度がＬとなる。このように、組成の異なる蛍光体によって、蛍光体に照射される照射光のスポットサイズの最適値が異なる。これは、各蛍光体により、前記温度消光特性、および前記輝度飽和特性が異なるためである。

このため、２色以上の蛍光体を用いる形態のプロジェクタにおいては、蛍光体に照射される照射光のスポットサイズを、各色蛍光体における最大の明るさを実現するように最適化する必要がある。

本実施の形態のプロジェクタにおいては、蛍光体に照射される照射光のスポットサイズを、赤色用拡散板２１２および緑色用拡散領域２１３を用いることで、各色蛍光体における最大の明るさを実現するように構成する。つまり、照射光のスポットサイズは、蛍光体ホイールに設けられた各色セグメント領域に同期して、調整することができる。

一般的に蛍光スペクトルの主波長を長波長側に有する蛍光体ほど、励起光スポットサイズの最適値が大きくなる。このため、本実施の形態のプロジェクタにおいては、赤色用拡散板２１２の拡散角θ１、緑色用拡散領域２１３の拡散角θ２を、θ１＞θ２とする。これにより、スポットサイズＳ１＞スポットサイズＳ２とし、各色蛍光体に対し、励起光スポットサイズの最適を図ることができる。

なお、このように構成された蛍光体ホイール２００は、重量バランスを考慮して構成される。
（実施の形態２）
［２−１］概要
実施の形態２においては、透過型のプロジェクタに設けられる蛍光体ホイールが、２枚のホイール（ダブルホイール）で構成されている例について説明を行う。実施の形態２におけるプロジェクタは、実施の形態１で説明した透過型のプロジェクタ１００に、蛍光体ホイール４００を用いた構成である。

［２−２］光源周辺の構成
図５は、実施の形態２における蛍光体ホイール構成図である。図５（Ａ）は蛍光体ホイール４００の表面図、図５（Ｂ）は蛍光体ホイール４００の側面図、図５（Ｃ）は蛍光体ホイール４００の裏面図である。

蛍光体ホイール４００は、ホイール４５０およびホイール４６０の２枚のホイールと、モータ４３０とを有している。蛍光体ホイール４００は、ダブルホイール方式である。

ホイール４５０は、拡散面２１０と、基板４４５とを有する。

拡散面２１０は、ガラス製の基板４４５の片面に設けられている。拡散面２１０と、基板４４５とは、一体に構成されている。拡散面２１０は、励起光密度変更部である。励起光密度変更部は、蛍光体に照射される光源である半導体レーザ１２１からの励起光のスポットサイズを調整する。

ホイール４６０は、蛍光体層２２０と、基板４４６とを有する。蛍光体層２２０は、ガラス製の基板４４６の片面に設けられている。蛍光体層２２０と、基板４４６とは、一体に構成されている。

モータ４３０は、ホイール４５０と、ホイール４６０とを接続するように設けられる。

実施の形態１における基板２４０は、本実施の形態において、基板４４５と、基板４４６との２枚のホイールにより構成されている。実施の形態１と同様の構成は、説明を省略する。

［２−３］効果
蛍光体ホイール４００をダブルホイール構成とすることにより、ホイール４５０、ホイール４６０のどちらか一方を交換することができる。これにより、蛍光体ホイールの高寿命化を図ることができる。

なお、励起光スポットサイズと明るさの関係は実施の形態１で示したものと同様である。
（実施の形態３）
［３−１］概要
実施の形態３において、２枚のホイール（ダブルホイール）により蛍光体ホイールが構成されている例について説明を行う。また、実施の形態３は、実施の形態１で説明した透過型の蛍光体ホイールを有するプロジェクタ１００とは異なり、反射型の蛍光体ホイールを有するプロジェクタ５０１を用いた構成である。

［３−２］全体構成
図６は、実施の形態３におけるプロジェクタの構成を示す模式図である。以下、実施の形態１で説明した、透過型の蛍光体ホイールを有するプロジェクタ１００との相違点を中心に説明する。

図６において、プロジェクタ５０１は、光源部１２０、蛍光体ホイール３００、フィルターホイール５８０を含む照明装置５０２と、映像生成部１４０と、映像生成部１４０によって生成された映像光を、スクリーン１０５（図１）へ投写する投写レンズ１７０とを有する。

光源部１２０より出射された光は、レンズ１２３によって集光されながら、重畳される。レンズ１２３によって集光された光は、ダイクロイックミラー５５２に入射する前に、拡散板５５０とレンズ５３２とを透過する。拡散板５５０は、半導体レーザ１２１からの光の干渉性を低減させる機能を有している。レンズ５３２は、レンズ１２３によって集光された光を、再び平行な光束に戻す機能を有している。

ダイクロイックミラー５５２は、カットオフ波長を約４９０ｎｍに設定した色合成素子である。従って、レンズ１２３によって平行光化された光は、ダイクロイックミラー５５２によって反射され、蛍光体ホイール３００へ照射される。

レンズ５３４、５３６は、蛍光体ホイール３００に照射する光を集光する。蛍光体ホイール３００へ集光する光のスポットサイズを小さくして、光利用効率を向上させるためである。本実施形態において、蛍光体ホイール３００に照射される光の直径は、約２．０ｍｍである。

蛍光体ホイール３００に照射される光は、蛍光体ホイール３００の蛍光体領域を透過することにより、励起される。半導体レーザ１２１および蛍光体ホイール３００は、Ｂ光、Ｒ光、Ｇ光を時分割で生成する。これにより、蛍光体ホイール３００は、複数の色光を発する。図７を用いて蛍光体ホイール３００の構成について説明を後述する。

蛍光体ホイール３００により生成された色光は、２つの光路を通ってダイクロイックミラー５５２に到達する。

一方の光路は、蛍光体ホイール３００を透過する光路である。蛍光体ホイール３００を透過して、光路をリレーされた後に、ダイクロイックミラー５５２に到達する。ダイクロイックミラー５５２に到達した光は、ダイクロイックミラー５５２を透過する。

他方の光路は、蛍光体ホイール３００により反射される光路である。蛍光体ホイール３００により反射されて、ダイクロイックミラー５５２に到達する。ダイクロイックミラー５５２に到達した光は、ダイクロイックミラー５５２を透過する。

このようにして、蛍光体ホイール３００を透過した光の光路（一方の光路）と、反射した光の光路（他方の光路）とは、ダイクロイックミラー５５２によって合成される。

ダイクロイックミラー５５２によって合成された光は、レンズ５４４によって集光され、フィルターホイール５８０を通過した後、ロッドインテグレータ５６０に入射する。

ロッドインテグレータ５６０に入射した光は、各種光学系を通じて、投写レンズ１７０からスクリーン１０５へ投写される。

［３−３］光源周辺の構成
図７は、実施の形態３における蛍光体ホイール３００の構成図である。図７（Ａ）は蛍光体ホイール３００の側面図、図７（Ｂ）は基板３１０を表した図、図７（Ｃ）は蛍光体層２２０を表した図、図７（Ｄ）は基板３２５を表した図である。

蛍光体ホイール３００は、基板３１０と、蛍光体層２２０と、基板３２５と、モータ３３０とを有している。

基板３１０は、蛍光体ホイール３００の光の出射側に設けられる。基板３１０は、一部に透過領域３６０を有する、アルミ製の基板である。

蛍光体層２２０は、赤色蛍光体層２２２と、緑色蛍光体層２２３と、切欠部２２１とを有する。蛍光体層２２０は、円盤状の基板である。切欠部２２１は、基板３１０の円盤状の基板の一部を切り欠いて設けられる。切欠部２２１は、入射光をそのまま透過する。

基板３２５は、蛍光体ホイール３００の光の入射側に設けられる。基板３２５は、赤色用の光学ガラス板（Ｒ光学ガラス板）３２２と、緑色用の光学ガラス板（Ｇ光学ガラス板）３２３と、切欠部３２１とを有する。基板３２５は、円盤状の基板である。切欠部３２１は、円盤状の基板の一部を切り欠いて設けられ、入射光をそのまま透過する。基板３２５は、励起光密度変更部である。励起光密度変更部は、蛍光体に照射される光源である半導体レーザ１２１からの励起光のスポットサイズを調整する。

基板３１０と、蛍光体層２２０と、基板３２５とは、一体に構成される。モータ３３０は、一体に構成された基板３１０と、蛍光体層２２０と、基板３２５とを回転駆動させる。

このように構成された蛍光体ホイール３００は、重量バランスを考慮して構成される。モータ３３０は、図示しない制御部によって制御される。

赤色蛍光体層２２２は、第１蛍光体層であり、照射された光を赤色光に変換する。赤色蛍光体層２２２は、光学ガラス板３２２に対応するように設けられている。つまり、光軸との垂直な面に対して、赤色蛍光体層２２２と、光学ガラス板３２２とは、重なるように設けられており、赤色蛍光体層２２２と、光学ガラス板３２２とは、実質的に同一の中心角を持つ円弧状になるように構成されている。このため、光学ガラス板３２２に照射された光は、赤色蛍光体層２２２に照射される。赤色蛍光体層２２２でのレーザ光が照射されるスポットサイズは、光学ガラス板３２２により、第１スポットサイズＳ１に調整される。

緑色蛍光体層２２３は、第２蛍光体層であり、照射された光を緑色光に変換する。緑色蛍光体層２２３は、光学ガラス板３２３に対応するように設けられている。つまり、光軸との垂直な面に対して、緑色蛍光体層２２３と、光学ガラス板３２３とは、重なるように設けられており、緑色蛍光体層２２３と、光学ガラス板３２３とは、実質的に同一の中心角を持つ円弧状になるように構成されている。このため、緑色用光学ガラス板３２３に照射された光は、緑色蛍光体層２２３に照射される。緑色蛍光体層２２３でのレーザ光の照射されるスポットサイズは、光学ガラス板３２３により、第１スポットサイズＳ２に調整される。

図７において、Ｒ光学ガラス板３２２に照射された光は、赤色蛍光体層２２２をスポットサイズＳ１にて照射する。さらに、Ｇ光学ガラス板３２３に照射された光は、緑色蛍光体層２２３をスポットサイズＳ２にて照射する。

図６に戻り、蛍光体ホイール３００に照射された光の光路について詳細に説明する。蛍光体ホイール３００を透過した光の光路（一方の光路）について説明する。レンズ５３４、５３６によって集光された光のうち、蛍光体ホイール３００の切欠部２２１に照射された光は、蛍光体ホイール３００を透過する。蛍光体ホイール３００を透過した光は、レンズ５３８、５４０によって平行光化される。基板３１０の透過領域３６０に照射された光は、蛍光体ホイール３００を透過する。ミラー５５４、５５６、５５８は、蛍光体ホイール３００を透過した光の光路上に設けられる。ミラー５５４、５５６、５５８は、蛍光体ホイール３００を透過した光を、再びダイクロイックミラー５５２に戻すように配置される。レンズ５４２は、蛍光体ホイール３００と、ダイクロイックミラー５５２との間に設けられる。レンズ５４２は、延長された光路分をリレーする。蛍光体ホイール３００を透過し、光路をリレーされてダイクロイックミラー５５２に戻った光は、ダイクロイックミラー５５２によって反射される。

蛍光体ホイール３００を反射した光の光路（他方の光路）について説明する。レンズ５３４、５３６によって集光された光のうち、蛍光体ホイール３００の赤色蛍光体層２２２、緑色蛍光体層２２３に照射された光は、それぞれ緑色光および赤色光に変換される。蛍光体ホイール３００により反射される。蛍光体ホイール３００により反射された緑色光および赤色光は、レンズ５３４、５３６によって平行光化される。レンズ５３４、５３６によって平行光化された光は、ダイクロイックミラー５５２に戻り、ダイクロイックミラー５５２を透過する。

このようにして、蛍光体ホイール３００を透過した光の光路（一方の光路）と、蛍光体ホイール３００を反射した光の光路（他方の光路）とは、ダイクロイックミラー５５２によって合成される。ダイクロイックミラー５５２によって合成された光は、レンズ５４４によって集光され、ロッドインテグレータ５６０に入射する。

ロッドインテグレータ５６０を出射した光は、レンズ５４６、５４８にリレーされ、映像生成部１４０に入射する。

映像生成部１４０に入射した光は、各種光学系を通じて、投写レンズ１７０から照明装置１１０へ投写される。

［３−４］効果
本実施の形態における効果について説明する。Ｒ光学ガラス板３２２の厚みをｔ１、Ｇ光学ガラス板３２３の厚みをｔ２とする。光路長は、ガラス板の厚みがｔ１の場合、Ｔ１と表すことができる。光路長は、ガラス板の厚みがｔ２の場合、Ｔ２と表すことができる。光路長は、ガラス板の厚みに対応した長さとなる。ガラス板の厚みが厚いと、光路長は長くなり、蛍光体層に照射される励起光のスポットサイズは小さくなる。ガラス板の厚みが薄いと、光路長は短くなり、蛍光体層に照射される励起光のスポットサイズは大きくなる。

ガラス板の厚みをｔ１＜ｔ２とすることで、赤色蛍光体層２２２に照射される励起光のスポットサイズＳ１＞緑色蛍光体層２２３に照射される励起光のスポットサイズＳ２となる。これにより、緑色、赤色蛍光体それぞれに対して照射スポットサイズの最適化を可能とする。これにより、プロジェクタ１００の明るさが向上する。

なお、励起光スポットサイズと明るさの関係は実施例１で示したものと同様である。
（実施の形態４）
［４−１］概要
実施の形態４において、蛍光体ホイール５００は、光の入射側にトロイダルレンズ５１０、出射側に蛍光体層２２０を設けた構成について説明する。

［４−２］光源周辺の構成
図８は、実施の形態４における蛍光体ホイール構成図である。

トロイダルレンズ５１０は、赤色用のトロイダルレンズ（Ｒトロイダルレンズ）５１１、緑色用のトロイダルレンズ（Ｇトロイダルレンズ）５１２を有する。トロイダルレンズは、円環状のレンズであり、レンズ表面の縦横における曲率が異なるように構成されている。トロイダルレンズ５１０は、励起光密度変更部である。励起光密度変更部は、蛍光体に照射される光源である半導体レーザ１２１からの励起光のスポットサイズを調整する。

蛍光体ホイール５００以外の構成は、実施の形態１と同様である。

［４−３］効果
本実施の形態における効果について説明する。Ｒトロイダルレンズ５１１の曲率半径をｒ１、Ｇトロイダルレンズの曲率半径をｒ２とする。トロイダルレンズの曲率半径が大きいと、蛍光体層に照射される照射スポットサイズは大きくなる。トロイダルレンズの曲率半径が小さいと、蛍光体層に照射される照射スポットサイズは小さくなる。

トロイダルレンズの曲率半径をｒ１＞ｒ２とすることで、赤色蛍光体層２２２の照射スポットサイズＳ１＞緑色蛍光体層２２３の照射スポットサイズＳ２となる。これにより、緑色、赤色蛍光体それぞれに対して照射スポットサイズの最適化を可能とする。

これにより、プロジェクタの明るさが向上する。

なお、励起光スポットサイズと明るさの関係は実施の形態１で示したものと同様である。
（実施の形態５）
［５−１］概要
実施の形態５において、蛍光体ホイール６００に用いる基板を変形させた構成について説明する。

［５−２］光源周辺の構成
図９は、実施の形態５における蛍光体ホイールの構成図である。

本実施形態では、蛍光体ホイール６００に部分的に変形したアルミ製の基板（変形基板）６０５を用い、この基板上に蛍光体層６２０を設ける。

蛍光体ホイール６００は、基板６０５と、モータ６３０とを有する。基板６０５は、モータ６３０により回転駆動される。

基板６０５は、励起光密度変更部である。励起光密度変更部は、蛍光体に照射される光源である半導体レーザ１２１からの励起光のスポットサイズを調整する。基板６０５の表面には、蛍光体層６２０が塗布されている。基板６０５は、光が入射するスポットサイズが異なるように変形している。つまり、基板６０５は、励起光源と、基板６０５上の蛍光体の塗布領域との距離が、蛍光体の特性に合わせて好適な値になるように構成されている。具体的には、光軸上において、特定領域、例えば赤色蛍光体層６２２の塗布領域と光源との距離は、緑色蛍光体層６２３の塗布領域と光源との距離よりも相対的に小さくなるように構成されている。このため、赤色蛍光体層６２２に照射されるスポット光は、緑色蛍光体層６２３に照射されるスポット光より大きくなる。

蛍光体層６２０は、第１蛍光体層である赤色蛍光体層６２２と、第２蛍光体層である緑色蛍光体層６２３とを有する。また、基板６０５は、透過領域６２１を有する。

蛍光体ホイール６００以外の構成は、実施の形態２と同様である。

［５−３］効果
本実施の形態における効果について説明する。上述の構成により、赤色蛍光体層６２２に照射される励起光のスポットサイズＳ１＞緑色蛍光体層６２３に照射される励起光のスポットサイズＳ２となる。これにより、緑色、赤色蛍光体それぞれに対して照射スポットサイズの最適化を図ることができる。

これにより、プロジェクタの明るさが向上する。

なお、励起光スポットサイズと明るさとの関係は実施の形態１で示したものと同様である。

以上のように、添付図面および詳細な説明によって、ベストモードと考える実施の形態と他の実施の形態とを提供した。これらは、特定の実施の形態を参照することにより、当業者に対して、特許請求の範囲に記載の主題を例証するために提供されるものである。したがって、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、上述の実施の形態に対して、種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、プロジェクタ等の映像投写装置に適用できる。

１００、５０１ プロジェクタ
１０５ スクリーン
１１０、５０２ 照明装置
１２０ 光源部
１２１ 半導体レーザ
１２２、１２３、１２４、１２６、１２７、１２８、１３０、１３１、１３３ レンズ
１２５、５５０ 拡散板
１２９、５６０ ロッドインテグレータ
１４０ 映像生成部
１５０、１５１、１５２ プリズム
１５３ 空気層
１６０ ＤＭＤ
１７０ 投写レンズ
２００、３００、４００、５００、６００ 蛍光体ホイール
２１０ 拡散面
２１１、２１２、２１３ 拡散領域
２２０、６２０ 蛍光体層
２２１、３２１ 切欠部
２２２、６２２ 赤色蛍光体層
２２３、６２３ 緑色蛍光体層
２３０、３３０、４３０、５３０、６３０ モータ
２４０、３１０、３２５、４４５、４４６、５０５、６０５ 基板
３２２、３２３ 光学ガラス板
３６０、６２１ 透過領域
４５０、４６０ ホイール
５３２、５３４、５３６、５３８、５４０、５４２、５４４、５４６、５４８ レンズ
５１０ トロイダルレンズ
５１１ 赤色用のトロイダルレンズ
５１２ 緑色用のトロイダルレンズ

Claims (4)

1. 励起光を出射する光源と、
   前記励起光により励起されて蛍光を発する蛍光体と、
   前記蛍光体を含む蛍光体層が設けられた蛍光体ホイールと、
   前記蛍光体層に照射される前記光源からの前記励起光のスポットサイズを調整する励起光密度変更部と、を備え、
   前記蛍光体層は、第１蛍光体層と、第２蛍光体層とを有し、
   前記光源からの出射光は、前記第１蛍光体層に第１スポットサイズで照射され、
   前記光源からの出射光は、前記第２蛍光体層に第２スポットサイズで照射され、
   前記励起光密度変更部は、前記第１スポットサイズと、前記第２スポットサイズとが異なるように前記光源から出射した光を調整する光源装置。
2. 前記第１蛍光体層から出射される蛍光スペクトルの主波長は、
   前記第２蛍光体層から出射される蛍光スペクトルの主波長よりも長波長であり、
   前記励起光密度変更部は、前記第１スポットサイズが前記第２スポットサイズより大きくなるように前記光源から出射した光を調整する請求項１に記載の光源装置。
3. 前記起光密度変更部は、拡散板、光学ガラス板、シリンドリカルレンズのうち少なくともいずれか一つを有する請求項１〜２のいずれか１項に記載の光源装置。
4. 光源装置と、
   前記光源装置からの出射光を変調する光変調素子と、
   前記光変調素子からの出射光を所定の光路に従って投写する投写光学系と、を備え、
   前記光源装置が、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置である投写型表示装置。

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