JP2016033553A - 光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体層における励起効率の低下を回避し、蛍光体層で発生した光を効率良く利用できる光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタを提供する。【解決手段】第１の波長帯域の光を出射する光源１０と、光を透過させる第１，第２の透過領域を含む複数の透過領域を有する透過部材３０と、第１の透過領域に設けられ、光源から出射された光を、第１の波長帯域と異なる波長帯域の光に波長変換する蛍光体層３２Ｒ，３２Ｇと、蛍光体層から出射された光を集光する光学部材５０ａ，５０ｂと、光学部材から出射された光を第２の透過領域へ入射させる導光部材６０ａ，６０ｂと、第２の透過領域に設けられ、導光部材によって入射された第１の波長帯域と異なる波長帯域の光のうち、所望の波長帯域の光のみを透過させる光学フィルタ３３Ｒ，３３Ｇと、を備える光源装置１及び光源装置１を備えたプロジェクタを提供する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタに関する。

近年、時分割で複数の波長の光を取り出し、取り出された複数の波長の光を順次変調することで画像を形成して投影する時分割式のプロジェクタが普及している。このような時分割式のプロジェクタに用いる光源装置として、例えば、白色光を出力する光源と、複数のカラーフィルタが貼られた回転ホイールとを備えて、光源から出射された白色光を、一定速度で回転する回転ホイールに入射させて、時分割で複数の波長の光（例えば、青、緑、赤色光）を取り出すものが知られている。また、カラーフィルタの代わりに蛍光体層を有する回転ホイールを用いて、これにレーザダイオード等の光源から出射された単波長の光を入射させることで、時分割で複数の波長の光を取り出す光源装置も提案されている。

このような光源装置の中には、例えば特許文献１に示すように、一方の面に蛍光体層を形成し、他方の面にダイクロイックフィルタを形成した円形状の金属平板からなるホイールを、回転制御部によって回転させるものがある。この光源装置では、集光レンズによって集光されたレーザ光源からの励起光が、ホイールの蛍光体層に照射されると蛍光が発生して、上述した集光レンズを通過する。そして、集光レンズを通過した蛍光体層の光は、ミラーによって反射され、上述した金属平板に形成されたダイクロイックフィルタに入射し、通過した後、ロッドインテグレータに結像されて光源装置の出力光とされる。

このように、特許文献１に記載された光源装置は、蛍光体層で発生した蛍光がダイクロイックフィルタを通過することによって不要な残留励起光が除去されるとともに、ホイールを１つしか用いないため、簡便な方法によって高演色性かつ高輝度の光源装置を提供することができる。

特開２０１２−２１２１２９号

本発明の実施形態にかかる課題は、蛍光体層における励起効率の低下を回避しつつ、蛍光体層で発生した光を効率良く利用することができる光源装置およびこの光源装置を備えたプロジェクタを提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明に係る光源装置の１つの実施態様では、
第１の波長帯域の光を出射する光源と、
光を透過させる第１および第２の透過領域を含む複数の透過領域を有する透過部材と、
前記第１の透過領域に設けられ、前記光源から出射された光を、前記第１の波長帯域と異なる波長帯域の光に波長変換する蛍光体層と、
前記蛍光体層から出射された光を集光する光学部材と、
前記光学部材から出射された光を前記第２の透過領域へ入射させる導光部材と、
前記第２の透過領域に設けられ、前記導光部材によって入射された前記第１の波長帯域と異なる波長帯域の光のうち、所望の波長帯域の光を透過させる光学フィルタと、
を備える。

以上のように、本発明の実施形態にかかる光源装置およびこの光源装置を備えたプロジェクタによれば、蛍光体層における励起効率の低下を回避しつつ、蛍光体層で発生した光を効率良く利用することができる。

本発明に係る光源装置の第１の実施形態を示す模式図である。 同光源装置が備える回転ホイールの構成を示す模式図である。 本発明に係る光源装置の第２の実施形態を示す模式図である。 同光源装置が備える回転ホイールの構成を示す模式図である。 同光源装置の回転ホイールが有する誘電体膜および蛍光体層の形成に関する他の実施形態を示す模式図である。 同光源装置の回転ホイールが有する蛍光体層の種類に関する他の実施形態を示す模式図である。 本発明のプロジェクタの１つの実施形態を示す模式図である。

本発明の実施形態にかかる光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタについて、以下に図面を用いながら詳細に説明する。
［第１の実施形態］
まず、図１および図２を参照して本発明の第１の実施形態に係る光源装置について説明する。この図に示すように、本実施形態の光源装置１は、大別して光源１０、ミラー２０および２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、透過部材である回転ホイール３０、モータ４０、光学部材である受光レンズ５０ａ，５０ｂおよび導光部材であるミラー６０ａ，６０ｂによって構成されている。

光源１０は、複数のレーザダイオード１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄからなり、波長帯域は４２０〜５００ｎｍ内の青色光を出射する。なお、本実施形態では光源としてレーザダイオードを用いたが、同等の波長帯域の光を出射するＬＥＤを用いてもよい。また、レーザダイオード１１ａ〜１１ｄから出射された光を平行光にするために、各レーザダイオードに対応してコリメートレンズを設けてもよい。

ミラー２０および２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、光源１０から出射された光を集光する集光部材である。ここで、ミラー２０はレーザダイオード１１ａおよび１１ｄから出射された光を、レーザダイオード１１ｂおよび１１ｃから出射された光に接近させる機能を有する。また、ミラー２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、それぞれに対応するレーザダイオード１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄから出射された光を、回転ホイール３０において所定のスポット径となるように集光させる。

透過部材に相当する回転ホイール３０は、光を透過させる透明な円板状の部材であり、回転軸を中心に回転する。また、その中心はモータ４０の駆動軸４０ａに固定されている。ここで、回転ホイール３０の素材は、光の透過率が高い素材であれば、ガラスや透明セラミックス、樹脂、サファイアや窒化ガリウムなどの結晶基板などを使用することができる。図２に回転ホイール３０の外観を示す。図２（ａ）は光源１０からの光が回転ホイール３０へ入射する面（図１内の矢印Ａで示す方向から見た面。以下、「入射面」または「表面」ともいう。）を示している。また図２（ｂ）は、回転ホイール３０から蛍光が出射される面（図１内の矢印Ｂの方向から見た面。以下、「出射面」または「裏面」ともいう。）を示している。

また、図２（ａ）における破線の円で示すスポットＳＰは、ミラー２１ａ〜２１ｄによって集光された光源１０からの入射光が照射される領域を示している。さらに、図２（ｂ）における破線の円で示す蛍光領域ＦＬは、光源１０からの入射光よって後述する蛍光体層が発光する領域を示している。入射領域ＩＮは、蛍光体層から出射された光が再び回転ホイール３０へ入射する領域を示している。

図２に示す様に、回転ホイール３０には、その外周縁から幅Ｗ１を有する輪状の第１の透過領域（図２（ａ）参照）と、中心から半径ｒの距離を内周縁として幅Ｗ３を有する輪状の第２の透過領域（図２（ｂ）参照）と、を有している。第１の透過領域は円周方向に三等分され、同一円周上に３つの透過領域Ｔａ１，Ｔａ２，Ｔａ３が設けられている。また、第２の透過領域も円周方向に三等分され、同一円周上に透過領域Ｔｂ１，Ｔｂ２，Ｔｂ３が設けられている。ただし、第１の透過領域と第２の透過領域とは異なる円周上に位置する。したがって、各透過領域は各々１２０゜の角度範囲を有しているが、図２（ｂ）に示す様に、第１の透過領域における各領域（Ｔａ１〜Ｔａ３）と、それに対応する第２の透過領域における各領域（Ｔｂ１〜Ｔｂ３）とは、互いに円周方向に１８０゜ずれた位置に形成されている。

なお、各透過領域Ｔａ１〜Ｔａ３およびＴｂ１〜Ｔｂ３の角度範囲は三等分に限定されず、かつ、円周方向における相対的な位置のずれは１８０゜に限定されるものではなく、適宜設定することができる。

図２（ａ）に示すように、回転ホイール３０の入射面において、透過領域Ｔａ１およびＴａ２には、それぞれ幅Ｗ１を有する円弧状の誘電体膜３１（第２光学フィルタ）が形成されており、光源１０から出射された光の波長帯域を透過させ、それ以外の波長帯域の光を反射する誘電体膜３１が形成されている。但し、この誘電体膜３１は適宜省略してもよい。また、透過領域Ｔａ３には光源１０から出射された光の波長帯域を透過させる誘電体膜が設けられていてもよいが、省略してもよい。

次に、図２（ｂ）に示すように、回転ホイール３０の出射面において、第１の透過領域である透過領域Ｔａ１には、第１の透過領域の幅Ｗ１よりも狭い幅Ｗ２を有する円弧状の蛍光体層３２Ｒが形成されている。蛍光体層３２Ｒは、レーザダイオード１１ａ〜１１ｄから出射された光によって励起され、光源１０から出射された光の波長帯域とは異なる波長帯域の蛍光を発生する。たとえば蛍光体層３２Ｒが発する蛍光は、例えば５５０〜７８０ナノメートルの波長帯域の蛍光（赤色光）を発生する。蛍光体層３２Ｒの具体的な材料の一例としては、ＹＡＧ、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎを挙げることができる。

また、透過領域Ｔａ２には、幅Ｗ２を有する円弧状の蛍光体層３２Ｇが形成されており、蛍光体層３２Ｒと同様、光源１０から出射された光の波長帯域とは異なる波長帯域の蛍光を発生する。たとえば、レーザダイオード１１ａ〜１１ｄから出射された光によって例えば５００〜６５０ナノメートルの波長帯域の蛍光（緑色光）を発生する。蛍光体層３２Ｇの具体的な材料の一例としては、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２等の酸化物系蛍光体を挙げることができる。このように、蛍光体層３２Ｒは３２Ｇいずれも、光源１０から出射された光のピーク波長を包含する波長帯域（第１の波長帯域）を、第１の波長帯域と異なる波長帯域の光、つまり他の波長帯域（第２の波長帯域）の光に波長変換している。ここで、第１の波長帯域と、第２の波長帯域とは、一部の波長帯域が重複していてもよく、また、第２の波長帯域（蛍光体層が発生する蛍光の波長帯域）内に、所定のピーク波長の光が含まれていてもよい。

なお、透過領域Ｔａ３には蛍光体層が形成されておらず、つまり全波長帯域の光を透過させるので、回転ホイール３０を透過した光源１０の光がそのまま出射される。ただし、透過領域Ｔａ３に散乱面を形成し、回転ホイール３０の回転によって光源１０から出射された青色光を動的に拡散させることによってスペックルノイズを低減させてもよい。

図２（ｂ）において、第２の透過領域である透過領域Ｔｂ１には、上述した透過領域Ｔａ１の蛍光体層３２Ｒで発生した蛍光（赤色光）が入射し、入射した蛍光の波長帯域のうち、特定の波長帯域のみ（例えば６１０〜７８０ナノメートル）を透過させる光学フィルタ３３Ｒが形成されている。同様に、透過領域Ｔｂ２には、上述した透過領域Ｔａ２の蛍光体層３２Ｇで発生した蛍光（緑色光）が入射し、入射した蛍光の波長帯域のうち、特定の波長帯域のみ（例えば５００〜５６０ナノメートル）を透過させる光学フィルタ３３Ｇが形成されている。

なお、第２の透過領域である透過領域Ｔｂ３は、第１の透過領域である透過領域Ｔａ３を透過した光がそのまま透過するが、この透過領域Ｔｂ３には、特定の波長帯域のみ（例えば６１０〜７８０ナノメートル）を透過させる光学フィルタが形成されていてもよい。また、透過領域Ｔｂ３にも透過領域Ｔａ３と同様の散乱面を形成し、光源１０から出射された青色光のスペックルノイズを低減させてもよい。また、第２の透過領域に形成する光学フィルタとして、ダイクロイックフィルタを用いてもよい。

図１に戻り、モータ４０はブラシレス直流モータであり、回転ホイール３０の表面に対して駆動軸４０ａが直交するように固定されている。モータ４０は、再生する動画のフレームレート（１秒当たりのフレーム数。単位は［ｆｐｓ］）に基づく回転速度で、図２の矢印Ｃに示す方向に回転させる。例えば、６０［ｆｐｓ］の動画を再生可能とする場合、回転ホイール３０の回転速度は毎秒６０回転の整数倍に定めるとよい。

受光レンズ５０ａ，５０ｂは、蛍光体層３２Ｒおよび３２Ｇから出射された光を集光する光学部材である。すなわち、光源１０から出射された光によって蛍光体層３２Ｒおよび３２Ｇで発生した蛍光を集光する。ミラー６０ａ，６０ｂおよび受光レンズ６１は、受光レンズ５０によって集光された蛍光を図２に示した回転ホイール３０の第２の透過領域に入射させるための手段である。すなわち、ミラー６０ａは、受光レンズ５０ａおよび５０ｂによって集光された光をミラー６０ｂに向けて反射する。また、ミラー６０ｂは、ミラー６０ａで反射した光を回転ホイール３０の第２の透過領域に向けて反射する。なお、導光部材としてはミラー６０ａ，６０ｂのような反射部材に限らず、例えば光ファイバまたは導光板などを用い、光学部材から出射された光を固体中に伝播させて、当該光ファイバまたは導光板から出射された光を第２の透過領域へ入射させてもよい。

受光レンズ６１は、ミラー６０ｂが反射した光を、回転ホイール３０の第２の透過領域において、図２（ｂ）に示す入射領域ＩＮの範囲内に集光する。また、第２の透過領域への入射角度についても第２の透過領域に形成された光学フィルタ（例えばダイクロイックフィルタ）が有する角度依存性に合わせて透過可能な角度範囲に制御される。なお、ミラー６０ｂが反射した光が、例えば、そのままでも回転ホイール３０の第２の透過領域において十分に集光する場合は集光レンズ６１を省略しても良い。このように、回転ホイール３０の第１の透過領域に形成された蛍光体層で発生した蛍光は、ミラー６０ａ，６０ｂおよび受光レンズ６１によって、第２の透過領域に入射される。そして、第２の透過領域を透過した光は、光源装置１の出射光として外部へ出射される。

上述した構成の光源装置１においては、具体的には、光源１０から出射されたレーザダイオード１１ａ〜１１ｄの光はミラー２０および２１ａ〜２１ｄによって集光され、回転ホイール３０に照射される。回転ホイール３０はモータ４０によって図２の矢印Ｃの方向に回転しており、ミラー２０および２１ａ〜２１ｄによって集光されたスポットＳＰが、透過領域Ｔａ１上に位置しているときは、レーザダイオードａ〜１１ｄの青色光が誘電体膜３１および回転ホイール３０を透過して蛍光体層３２Ｒに入射する。これにより、蛍光体層３２Ｒにおいて赤色光が発生して、受光レンズ５０ａおよび５０ｂへ出射されるが、発生した一部の赤色光はミラー２１ａ〜２１ｄ側にも出射される。しかしながら、ミラー２１ａ〜２１ｄ側に出射された赤色光は、誘電体膜３１で反射されて、結局、受光レンズ５０側へと出射される。これにより、蛍光体層３２Ｒで発生した赤色光を、光源装置１から出射される光として効率良く利用することができる。

また、受光レンズ５０ａおよび５０ｂによって集光された赤色光は、ミラー６０ａおよび６０ｂによって回転ホイール３０の第２の透過領域に入射する。ただし、ミラー６０ｂによって反射された光は、受光レンズ６１によって第２の透過領域の入射領域ＩＮ（図２（ｂ）参照）に集光される。このとき、第２の透過領域に照射された光は透過領域Ｔｂ１に形成された光学フィルタ３３Ｒを透過することによって、波長帯域が６１０〜７８０ナノメートルに限定されて、光源装置１の光として外部へ出射される。これにより、余分な波長帯域がカットされ、所望の色を得ることができる。

次に、スポットＳＰが透過領域Ｔａ２上に位置しているときは、レーザダイオード１１ａ〜１１ｄの青色光が、誘電体膜３１を透過して蛍光体層３２Ｇへ入射することによって緑色光を発生し、誘電体膜３１で反射する緑色光も含めて受光レンズ５０ａ，５０へ出射される。そして、受光レンズ５０ａ，５０ｂによって集光された緑色光は、ミラー６０ａおよび６０ｂによって回転ホイール３０の第２の透過領域Ｔｂ２に入射する。このとき、第２の透過領域Ｔｂ２に入射する光は、受光レンズ６１によって上述した入射領域ＩＮに集光されている。そして、入射領域ＩＮの光は光学フィルタ３３Ｇを透過することによって、波長帯域が５００〜５６０ナノメートルに限定されて、光源装置１の光として外部へ出射される。

また、スポットＳＰが透過領域Ｔａ３上に位置しているときは、レーザダイオード１１ａ〜１１ｄの青色光が回転ホイール３０を透過して波長帯域を維持したまま受光レンズ５０ａ，５０ｂへ入射する。そして、受光レンズ５０ａ，５０ｂを透過した青色光は、ミラー６０ａおよび６０ｂによって反射されて回転ホイール３０における第２の透過領域Ｔｂ３に入射して、波長帯域を維持したまま光源装置１の光として外部へ出射される。

以上のように、光源装置１は、回転ホイール３０の回転に応じて赤色、緑色、青色の光を順番に、かつ繰り返し出射する。また、回転ホイール３０の第１の透過領域に形成された蛍光体層で発生した光が、同じ回転ホイール３０において、対応する第２の透過領域に形成された光学フィルタを透過するため、余分な波長帯域がカットされて、所望の色を得ることができる。ここで、蛍光体層と光学フィルタとは同一の回転ホイール上に形成されているため、蛍光体層３２Ｒ，３２Ｇで発生した蛍光を、各蛍光の波長帯域に適した光学フィルタへ入射させるために、複雑な構造およびタイミング調整を必要としないという利点がある。

また、回転ホイールに対して光源から入射する光の経路と、回転ホイールに形成された蛍光体層から出射された光の経路とが異なるため、例えば蛍光体層で発生した蛍光をより多く集光するために開口数の値が大きいレンズを用いた場合であっても、当該レンズに励起光を透過させる必要が無いため、蛍光体層へ入射する励起光のエネルギーが過剰となって蛍光体層の励起効率を低下させてしまうのを避けることができる。

なお、例えば、いわゆる３チップ方式のＤＬＰ（Digital Light Processing）プロジェクタの光源として光源装置１を用いるときは、回転ホイール３０を回転させなくてもよいが、回転させることが好ましい。回転させない場合く、図２（ａ）に示すスポットＳＰの位置に所望する波長帯域の蛍光を発生する蛍光体層を配置し、図２（ｂ）に示す入射領域ＩＮの位置に、所望する波長帯域の光を透過させる光学フィルタを配置すればよい。また、図２（ｂ）において、第１の透過領域における蛍光領域ＦＬの位置と、第２の透過領域における入射領域ＩＮの位置とは、回転ホイール３０の中心を通る一直線上において、中心を間に挟んで対向する位置（円周方向における角度が１８０゜）に設定されているが、例えばミラー６０ａ，６０ｂの向きを調整するなどして、円周方向における角度を適宜変更してもよい。

また、蛍光体からの光はランバーシアンに発光するため、蛍光体直後にダイクロイックフィルタを配置する構成の従来の光源装置だと、ダイクロイックフィルタの入射角度依存性により、所望の波長帯域以外の光もダイクロイックフィルタを透過してしまう。更にはダイクロイックフィルタ透過後の光を受光レンズにて集光する場合、レンズの結合損失を低減するために、高いＮＡの受光レンズを使用するが、上述したダイクロイックフィルタの角度依存性により透過した所望の波長帯域以外の光もレンズにて結像してしまう。

これを解決するためには、蛍光体とダイクロイックフィルタの間にレンズを設けることで、ダイクロイックフィルタに入射する蛍光体光の入射角度を制御することによって所望の波長帯域を得ることが出来る。しかしながら、この場合は、蛍光体とダイクロイックフィルタとを別々のホイールに形成し、これら２つのホイールを制御する必要があるため、構造が複雑になる。

また蛍光体とダイクロイックフィルタを一枚のホイールに形成する従来の光源装置でも、蛍光体層へ入射する励起光と、蛍光体層で発生した蛍光とが、共に同じ集光レンズを通過することになる。ここで、蛍光体層で発生する光はランバーシアン特性を有しているため、光源装置の光源として効率良く利用する場合は、拡散する蛍光体層の光をより多く集めるために開口数（ＮＡ）の大きい集光レンズを用いることが望ましい。しかしながら、開口数が大きい集光レンズを用いた場合、レーザ光源から出射された励起光の集光径が小さくなるため光密度が高過ぎて付与されるエネルギーが過剰となり、却って蛍光体層の励起効率が低下してしまう。

これに対して、上述した本実施形態の光源装置によれば、光源から出射された第１の波長帯域の光が、透過部材の第１の透過領域に設けられた蛍光体層によって第１の波長帯域と異なる波長帯域の光（第２の波長帯域の光）に波長変換されて出射され、光学部材によって集光される。そして、集光された光は導光部材によって透過部材の第２の透過領域に設けられた光学フィルタへ入射され、所望する波長帯域の光のみが透過される。

このような構成により、蛍光体層で波長変換された光を集光する光学部材を通過させることなく、光源から出射された光を蛍光体層に照射させることができるため、光学部材によって蛍光体層で発生した光をより多く集光する場合であっても、蛍光体層に照射する励起光のエネルギーが過剰となり励起効率が低下してしまうのを避けることができる。つまり本実施形態によれば、蛍光体層における励起効率の低下を回避しつつ、蛍光体層で発生した光を効率良く利用することができる。

［第２の実施形態］
次に、図３および図４を参照して本発明の第２の実施形態に係る光源装置について説明する。ここで、図１および図２に示した各構成と同じものについては同一の符号を付し、その詳しい説明を省略する。本実施形態の光源装置の構成が第１の実施形態の構成と異なる点は、集光手段としてミラーの代わりに、集光部材として集光レンズ２２を用いると共に、回転ホイール３０上に形成する蛍光体層および光学フィルタの位置を異ならせた点である。

図３において、集光レンズ２２は、光源１０から出射された青色光を集光して、回転ホイールの入射面においてスポットＳＰを形成する。ここで、集光レンズ２２の開口数（ＮＡ）の値は、受光レンズ５０ａの開口数（ＮＡ）の値よりも小さくなっている。また、回転ホイール３０の半径方向における第１および第２の透過領域の位置が、第１の実施形態とは逆の関係になっている。すなわち、第１の実施形態では、回転ホイール３０の外周側に第１の透過領域が設けられ、内周側に第２の透過領域が設けられていたが、本実施形態では図４に示す様に、回転ホイール３０の内周側に第１の透過領域が設けられ、外周側に第２の透過領域が設けられている。

図４に第２の実施形態における回転ホイール３０の外観を示す。この図において（ａ）は回転ホイール３０の入射面、（ｂ）は回転ホイール３０の出射面を示している。上述した様に、本実施形態においては、回転ホイール３０の内周側に第１の透過領域が設けられ、外周側に第２の透過領域が設けられていることから、図４に示す様に、スポットＳＰおよび蛍光領域ＦＬは内周側の透過領域（第１の透過領域）に形成され、入射領域ＩＮは外周側の透過領域（第２の透過領域）に形成される。

図４に示す様に、回転ホイール３０には、中心から半径ｒの距離を内周縁として幅Ｗ１を有する輪状の第１の透過領域（図２（ａ）参照）と、外周縁から幅Ｗ３を有する輪状の第２の透過領域（図２（ｂ）参照）と、を有している。なお、第１および第２の透過領域において、円周方向に三等分された３つの透過領域Ｔａ１〜Ｔａ３およびＴｂ１〜Ｔｂ３が設けられている点および互いの透過領域の位置関係は、第１の実施形態と同様である。なお、本実施形態においても、各透過領域Ｔａ１〜Ｔａ３およびＴｂ１〜Ｔｂ３の角度範囲は三等分に限定されず、かつ、円周方向における相対的な位置のずれは１８０゜に限定されるものではなく、適宜設定することができる。

図４（ａ）に示すように、回転ホイール３０の入射面において、透過領域Ｔａ１およびＴａ２には、それぞれ幅Ｗ１を有する円弧状の誘電体膜３１（第２光学フィルタ）が形成されている。但し、この誘電体膜３１は適宜省略してもよい。また、透過領域Ｔａ３には誘電体膜３１が設けられておらず、波長帯域に関わらず光を透過させる。なお、透過領域Ｔａ３に散乱面を形成し、回転ホイール３０の回転によって光源１０から出射された青色光を動的に拡散させることによってスペックルノイズを低減させてもよい。

一方、回転ホイール３０の出射面には、図４（ｂ）に示すように、透過領域Ｔａ１には蛍光体層３２Ｒが、透過領域Ｔａ２には蛍光体層３２Ｇが各々形成されているが、透過領域Ｔａ３にはそのような蛍光体層は形成されていない。また、透過領域Ｔｂ１には、上述した透過領域Ｔａ１の蛍光体層３２Ｒで発生した蛍光（赤色光）のうち、特定の波長帯域のみを透過させる光学フィルタ３３Ｒが形成されている。同様に、透過領域Ｔｂ２には、上述した透過領域Ｔａ２の蛍光体層３２Ｇで発生した蛍光（緑色光）のうち、特定の波長帯域のみを透過させる光学フィルタ３３Ｇが形成されている。

なお、透過領域Ｔｂ３には光学フィルタが形成されておらず、つまり全波長帯域の光を透過させるので、透過領域Ｔａ３を透過した光がそのまま透過するが、透過領域Ｔｂ３にも、光源１０から出射された青色光のスペックルノイズを低減させるための散乱面を形成してもよい。

上述した構成の光源装置１においては、光源１０から出射されたレーザダイオード１１ａ〜１１ｄの光は集光レンズ２２によって集光され、回転ホイール３０の内周側に設けられた第１の透過領域に照射される。これにより、集光されたスポットＳＰが、透過領域Ｔａ１上に位置しているときは蛍光体層３２Ｒで蛍光（赤色光）が発生し、透過領域Ｔａ２上に位置しているときは蛍光体層３２Ｇで蛍光（緑色光）が発生する。そして、各蛍光体層で発生した蛍光はミラー６０ａ，６０ｂで反射して、受光レンズ６１によって集光された後、回転ホイール６０の外周側に形成された光学フィルタ３３Ｒまたは３３Ｇに入射する。

すなわち、赤色の蛍光は光学フィルタ３３Ｒへ入射し、緑色の蛍光は光学フィルタ３３Ｇへ入射することによって、各々余分な波長帯域の光が透過を阻止されて、光学フィルタを透過した光が光源装置１からの出射光として出射される。なお、スポットＳＰが透過領域Ｔａ３上に位置しているときは、レーザダイオード１１ａ〜１１ｄの青色光が回転ホイール３０を透過して波長帯域を維持したまま光源装置１の光として外部へ出射される。

（誘電体膜および蛍光体層の形成に関する他の実施形態）
第１および第２の実施形態では、回転ホイール３０の各透過領域において、入射面上に誘電体膜を形成し、出射面上の対向する位置に蛍光体層を形成した（図１および図３参照。）。すなわち、蛍光体層は、光学部材であるミラー２０および２１ａ〜２１ｄと対向する回転ホイール３０の面とは反対側の面（すなわち、図２（ｂ）および図４（ｂ）に示す面）において、第２光学フィルタである誘電体膜３１に対応する位置に形成されていた。しかしながら、誘電体膜および蛍光体層の形成については、第１および第２の実施形態と同様に誘電体膜を蛍光体層よりも光源側に設ける範囲において、これ以外の形態であってもよい。

例えば、図５（ａ）に示す形態では、回転ホイール３０の出射面上に誘電体膜３１を形成し、さらにその上面に蛍光体層３２Ｒを形成している。すなわち、第２光学フィルタである誘電体膜が、回転ホイール３０の光源１０と対向する面とは反対側の面に形成され、当該誘電体膜の表面に蛍光体層が形成されている。また、図５（ｂ）に示す形態では、回転ホイール３０の入射面上に誘電体膜３１を形成し、回転ホイール３０の厚さ方向において、蛍光体層３２Ｒの表面が回転ホイール３０の出射面と一致するように形成している。

図５（ｃ）に示す形態では、回転ホイール３０の厚さ方向において、誘電体膜３１の表面が回転ホイール３０の入射面と一致し、蛍光体層３２Ｒの表面が回転ホイール３０の出射面と一致するように形成している。図５（ｄ）に示す形態では、誘電体膜３１の表面が、回転ホイール３０の厚さ方向において回転ホイール３０の入射面と一致するように形成し、蛍光体層３２Ｒを回転ホイール３０の出射面上に形成している。図５（ｅ）に示す形態では、誘電体膜３１を回転ホイール３０内に埋め込み、回転ホイール３０の出射面上に蛍光体層３２Ｒを形成している。さらに、図５（ｆ）に示す形態では、誘電体膜３１および蛍光体層３２Ｒを回転ホイール３０内に埋め込んでいる。

なお、誘電体膜および蛍光体層の形成については、各々、（ｉ）入射面または出射面上に形成する、（ii）表面が入射面または出射面と一致するように形成する、または、（iii）回転ホイール３０内に埋め込む、という形態を適宜組み合わせることができる。ただし、いずれの場合であっても蛍光体層３２Ｒよりも誘電体膜３１の方が、光源１０により近い位置に形成する必要が有る。また、図５に示した各形態は、誘電体膜３１および蛍光体層３２Ｇの形成に関しても適宜採用することができるのはいうまでもない。

（蛍光体層の種類および数に関する他の実施形態）
図２および図４に示した回転ホイール３０は、３つ透過領域Ｔａ１およびＴａ２に蛍光体層３２Ｒおよび３２Ｇを設けて赤色光および緑色光を発生させると共に、光源１０の光（青色光）を、波長帯域を変化させることなく透過領域Ｔａ３に透過させることによって、赤色、緑色、青色の光を順次出射するように構成していたが、透過領域の数をさらに追加することも可能である。例えば、回転ホイール３０の中心を頂点として、各々６０゜の角度範囲を有する６つの扇形の透過領域に区分して、回転ホイール３０が一回転する間に、同様の方法によって赤色光、緑色光、青色光が２回ずつ出射されるように構成してもよい。

また、図６に示すように、第１および第２の透過領域において、各々９０゜の角度範囲を有する４つの透過領域（Ｔａ１〜Ｔａ４およびＴｂ１〜Ｔｂ４）に区分して、赤色光、緑色光、青色光を出射する透過領域Ｔａ１〜Ｔａ３に加え、白色光を出射する透過領域Ｔａ４を追加してもよい。例えば、図６（ａ）の透過領域Ｔａ４において、回転ホイール３０の入射面には、透過領域Ｔａ１およびＴａ２に形成された誘電体膜３１と同じ誘電体膜を形成する。一方、回転ホイール３０の出射面において、透過領域Ｔａ４にはレーザダイオード１１ａ〜１１ｄからの光によって黄色の励起光を発生する蛍光体層３２Ｙを形成する。なお、蛍光体層３２Ｙは、レーザダイオード１１ａ〜１１ｄからの一部の光を、波長変換することなく透過させる特性を有している。

これにより、スポットＳＰが透過領域Ｔａ４に位置しているときには、蛍光体層３２Ｙで発生した黄色光と、レーザダイオード１１ａ〜１１ｄからの青色光とが、加法混合されて白色光に見える。ここで、黄色の蛍光を発生する蛍光体層３２Ｙの具体的な材料の一例としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）およびルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＬＡＧ系蛍光体）を挙げることができる。

このように、回転ホイール３０が一回転する間に白色光を出射できるようにすることで、光源装置１を、例えば後述するプロジェクタの光源として用いた場合に、明るい画像を投影することができる。なお、図６に示した形態は、第１の実施形態と同様、回転ホイール３０の外周側に第１の透過領域を設け、内周側に第２の透過領域を設けているが、第２の実施形態のように、内周側に第１の透過領域を設け、外周側に第２の透過領域を設けた構成においても適用可能であることはいうまでもない。また、上述した他の実施形態における回転ホイールでは、各透過領域の角度範囲を均等としたが、これに限定されず各透過領域の角度範囲を適宜変更することができる。また変形例として、導光部材６０ａ、６０ｂの代わりに、光ファイバや導光板のような固体中を伝搬する部材を用いて光学部材から出射された光を第２の透過領域へ入射させることもできる。

上述した構成により、光源から出射された第１の波長帯域の光が、透過部材の第１の透過領域に設けられた蛍光体層によって第１の波長帯域と異なる波長帯域の光（第２の波長帯域の光）に波長変換されて出射され、光学部材によって集光される。そして、集光された光は導光部材によって透過部材の第２の透過領域に設けられた光学フィルタへ入射され、所望する波長帯域の光のみが透過される。

また、このような構成によって蛍光体層で波長変換された光を集光する光学部材を通過させることなく、光源から出射された光を蛍光体層に照射させることができるため、光学部材によって蛍光体層で発生した光をより多く集光する場合であっても、蛍光体層に照射する励起光のエネルギーが過剰となり励起効率が低下してしまうのを避けることができる。つまり、第１の実施形態と同様に、蛍光体層における励起効率の低下を回避しつつ、蛍光体層で発生した光を効率良く利用することができる。

（光源装置１の応用例）
次に図７を参照して、図１に示した光源装置１を、いわゆる１チップ方式のＤＬＰプロジェクタにおける光源装置として用いた場合の概略構成について説明する。なお、図７において、図１に示した各部と同じものについては同一の符号を付し、その詳しい説明を省略する。また、図７に示す光源装置１においては、第１の実施形態に示したミラー２０および２１ａ〜２１ｄの代わりに、第２の実施形態に示した集光レンズ２２（図３参照）を採用している。

図７に示すプロジェクタ１００において、光源装置１から出射された光は、光変調手段であるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子１１０で反射され、投射手段であるレンズ１２０によって集光されて、スクリーンＳに投影される。ＤＭＤ素子１１０は、スクリーンＳに投影された画像の各画素に相当する微細なミラーをマトリックス状に配列したものであり、各ミラーの角度を変化させてスクリーンＳへ出射する光を、マイクロ秒単位でオン／オフすることができる。ここで、ミラーの角度を、光源装置１から出射された光がレンズ１２０へ反射するようにした場合がオンの状態であり、レンズ１２０へ反射しないようにした場合がオフの状態である。

また、各ミラーをオンにしている時間とオフにしている時間の比率によって、レンズ１２０へ入射する光の階調を変化させることにより、投影する画像の画像データに基づいた階調表示が可能になる。これにより、光源装置１から順次出射される赤色光、緑色光、青色光の各々に対して、個々のミラーで階調制御を行うことにより、スクリーンＳにカラー画像（動画も含む）を投影することができる。レンズ１２０は、主に投射レンズから構成され、ＤＭＤ素子１１０によって形成された画像を、所定の大きさに拡大してスクリーンＳに投射する。

なお、本実施形態では、光変調手段としてＤＭＤ素子を用いているが、これに限られるものではなく、用途に応じて、その他任意の光変調素子を用いることができる。また、本発明に係る光源装置およびこの光源装置を用いたプロジェクタは、上述した実施形態に限られるものではなく、その他の様々な実施形態が本発明に含まれる。

１ 光源装置
１０ 光源
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ レーザダイオード
２０，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，６０ａ，６０ｂ ミラー（導光部材）
２２ 集光レンズ
３０ 回転ホイール（透過部材）
３１ 誘電体膜
３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｙ 蛍光体層
３３Ｒ，３３Ｇ 光学フィルタ
４０ モータ
４０ａ 駆動軸
５０ａ，５０ｂ，６１ 受光レンズ
１００ プロジェクタ
１１０ ＤＭＤ素子（光変調手段）
１２０ レンズ（投射手段）

Claims (11)

1. 第１の波長帯域の光を出射する光源と、
   光を透過させる第１および第２の透過領域を含む複数の透過領域を有する透過部材と、
   前記第１の透過領域に設けられ、前記光源から出射された光を、前記第１の波長帯域と異なる波長帯域の光に波長変換する蛍光体層と、
   前記蛍光体層から出射された光を集光する光学部材と、
   前記光学部材から出射された光を前記第２の透過領域へ入射させる導光部材と、
   前記第２の透過領域に設けられ、前記導光部材によって入射された前記第１の波長帯域と異なる波長帯域の光のうち、所望の波長帯域の光を透過させる光学フィルタと、
   を備える光源装置。
2. 前記導光部材は、前記光学部材から出射された光を反射させることによって前記第２の透過領域へ入射させる反射部材である、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１の透過領域において前記蛍光体層よりも前記光源側に設けられ、前記第１の波長帯域の光を透過させ前記第１の波長帯域と異なる波長帯域の光を反射させる第２の光学フィルタを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記透過部材は、回転軸を中心に回転する回転ホイールであって、
   前記回転ホイールの同一円周上に複数の前記第１の透過領域を有し、
   前記同一円周とは異なる同一円周上に、前記複数の第１の透過領域に対応する複数の前記第２の透過領域を有し、
   前記複数の第１の透過領域の各々に設けられた蛍光体層は、前記光源から出射された前記第１の波長帯域の光を、互いに異なる波長帯域の光に波長変換して出射し、
   前記複数の蛍光体層から各々出射された光に対応する複数の前記第２の透過領域を有し、該複数の第２の透過領域の各々に、対応する蛍光体層から出射された波長帯域の光のうち、所望の波長の光のみを透過させる前記光学フィルタを備えた
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光源装置。
5. 前記複数の第１の透過領域のいずれかの透過領域は、前記光源から出射された光の波長帯域を変換することなく前記光学部材へ出射する透過領域であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記複数の第２の透過領域のいずれかの透過領域は、全波長帯域の光を透過させる透過領域であることを特徴とする請求項４または５に記載の光源装置。
7. 前記光源から出射された光を集光し、前記第１の透過領域へ出射する集光部材を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記集光部材の開口数（ＮＡ）より前記光学部材の開口数（ＮＡ）が大きいことを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
9. 前記光源が、コリメートレンズを有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光源装置。
10. 前記透過部材は、前記第２の透過領域よりも外周側に前記第１の透過領域を有することを特徴とする請求項４から９のいずれか１項に記載の光源装置。
11. 前記請求項１から１０のいずれか１項に記載された光源装置と、
    画像データに基づいて、前記光源装置から出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、
    前記画像を拡大して投射する投射手段と、
    を備えたプロジェクタ。

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