JP2022045766A - 蛍光部材、光源装置及び投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率を向上させた蛍光部材、光源装置及び投影装置を提供すること。【解決手段】蛍光部材は、励起光Ｌ１の照射により第一波長成分（Ｌ２１）及び該第一波長成分（Ｌ２１）よりも短波長の第二波長成分（Ｌ２２）を含む第一蛍光Ｌ２を出射する蛍光体（３２１）と、第一波長成分（Ｌ２１）を光源光として透過し、第二波長成分（Ｌ２２）を蛍光体（３２１）側へ二次励起光として反射するダイクロイックフィルタ３２２と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、蛍光部材、光源装置及び投影装置に関する。

今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画像、メモリカード等に記憶されている画像データによる画像等をスクリーンに投影する投影装置（プロジェクター）が提案されている。投影装置は、光源から出射された光をＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）と呼ばれるマイクロミラー表示素子や液晶板に集光させ、スクリーン上にカラー画像を表示させるものである。

例えば、特許文献１には、励起光源と、回転駆動する蛍光ホイールとを備える投影装置が開示されている。励起光源は青色の波長の光である励起光を出射する。蛍光ホイールには、拡散透過部、赤蛍光体（第１の蛍光体）及び緑蛍光体（第２の蛍光体）が周方向に形成されている。励起光の照射位置に拡散透過部が位置している場合、励起光はこの拡散透過部を拡散透過して導光装置側に導光される。励起光の照射位置に、赤蛍光体が位置している場合は赤色の波長の光が励起され、緑蛍光体が位置している場合は緑色の波長の光が励起される。蛍光ホイールから出射した赤色及び緑色の波長の光も、上述の導光装置に導光される。導光装置には、順次、光の三原色である赤色、緑色、青色の波長の光が送り込まれる。

特開２０１５－１５５９８６号公報

特許文献１のように励起光により赤蛍光体又は緑蛍光体を励起させる場合、励起光の一部は蛍光体を励起することなく蛍光ホイールの基材等で反射されて捨て光となる場合がある。また、蛍光体から出射される蛍光波長の中には色の形成に不要な成分が含まれることがあるため、この場合も導光装置までの光路において一部の波長成分が除去されて捨て光となる場合がある。

本発明は、以上の点に鑑み、光の利用効率を向上させた蛍光部材、光源装置及び投影装置を提供することを目的とする。

本発明の蛍光部材は、励起光の照射により第一波長成分及び前記第一波長成分よりも短波長の第二波長成分を含む第一蛍光を出射する蛍光体と、前記第一波長成分を光源光として透過し、前記第二波長成分を前記蛍光体側へ二次励起光として反射するダイクロイックフィルタと、を有することを特徴とする。

本発明の光源装置は、上述の蛍光部材と、前記励起光として青色光を出射する励起光源と、を備え、前記ダイクロイックフィルタは、前記第一波長成分としての赤色光を透過することを特徴とする。

本発明の投影装置は、上述の光源装置と、前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、前記表示素子から出射された前記画像光を被投影体に投影する投影光学系と、前記表示素子及び前記光源装置を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、光の利用効率を向上させた蛍光部材、光源装置及び投影装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る投影装置の機能ブロックを示す図である。 本発明の実施形態に係る投影装置の内部構造を示す平面模式図である。 本発明の実施形態に係る蛍光ホイールの平面模式図である。 本発明の実施形態に係る図３に示した蛍光ホイールの断面模式図であり、（ａ）は拡散領域におけるＩＶａ－ＩＶａ断面図であり、（ｂ）は赤蛍光領域におけるＩＶｂ－ＩＶｂ断面図であり、（ｃ）は緑蛍光領域におけるＩＶｃ－ＩＶｃ断面図である。 本発明の実施形態に係る赤蛍光体について５８０ｎｍ、６２０ｎｍ及び６４０ｎｍの蛍光波長に対する各励起スペクトルを示す図である。 本発明の実施形態に係る赤蛍光領域における光の動作を説明する図であり、（ａ）は励起光と、赤蛍光体から出射される第一蛍光と、ダイクロイックフィルタの特性との関係を示し、（ｂ）はダイクロイックフィルタにより分離された第一蛍光の波長分布を示す。 本発明の実施形態に係る赤蛍光領域において、二次励起光のうちの有効光及び二次蛍光を示す図である。 本発明の変形例に係る赤蛍光領域の構成を示す断面模式図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。図１は、投影装置１０の投影装置制御部（制御部）の機能回路ブロックを示す図である。投影装置制御部（制御部）は、画像変換部２３と制御部３８とを含むＣＰＵ、入出力インターフェース２２を含むフロントエンドユニット、表示エンコーダ２４と表示駆動部２６とを含むフォーマッターユニットから構成される。

この制御部３８は、投影装置１０内の各回路の動作制御を司るものであって、ＣＰＵ、各種セッティング等の動作プログラムを固定的に記憶したＲＯＭ及びワークメモリとして使用されるＲＡＭ等により構成されている。

そして、この制御部３８により、入出力コネクタ部２１から入力された各種規格の画像信号は、入出力インターフェース２２、システムバス（ＳＢ）を介して画像変換部２３で表示に適した所定のフォーマットの画像信号に統一するように変換されたあと、表示エンコーダ２４に出力される。

また、表示エンコーダ２４は、入力された画像信号をビデオＲＡＭ２５に展開記憶させた上でこのビデオＲＡＭ２５の記憶内容からビデオ信号を生成して表示駆動部２６に出力する。

表示駆動部２６は、表示素子制御手段として機能する。表示駆動部２６は、表示エンコーダ２４から出力された画像信号に対応して適宜のフレームレートで空間的光変調素子（ＳＯＭ）である表示素子５１を駆動する。本実施形態では、表示素子５１としてＤＭＤを用いている。表示駆動部２６は、光源装置６０から出射された光線束を後述の光源側光学系１７０を介して表示素子５１に照射することにより、表示素子５１の反射光で光像を形成させる。この光像は投影光学系２２０を介して出射され、図示しないスクリーン等の被投影体に画像が投影表示される。なお、この投影光学系２２０の可動レンズ群２３５は、手動又はレンズモータ４５を用いた自動によりズーム調整やフォーカス調整のための駆動を行うことができる。

画像圧縮／伸長部３１は、画像信号の輝度信号及び色差信号をＡＤＣＴ及びハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮して着脱自在な記録媒体であるメモリカード３２に順次書き込む記録処理を行う。

さらに、画像圧縮／伸長部３１は、再生モード時にメモリカード３２に記録された画像データを読み出し、一連の動画を構成する個々の画像データを１フレーム単位で伸長する。画像圧縮／伸長部３１は、この画像データを、画像変換部２３を介して表示エンコーダ２４に出力し、メモリカード３２に記憶された画像データに基づいて動画等の表示を可能とする処理を行う。

投影装置１０の筐体に設けられるメインキー及びインジケータ等により構成されるキー／インジケータ部３７の操作信号は、制御部３８に直接送出される。リモートコントローラからのキー操作信号は、Ｉｒ受信部３５で受信され、Ｉｒ処理部３６でコード信号に復調されて制御部３８に出力される。

制御部３８にはシステムバス（ＳＢ）を介して音声処理部４７が接続されている。音声処理部４７は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備えており、投影モード及び再生モード時には音声データをアナログ化し、スピーカ４８を駆動して拡声放音させる。

また、制御部３８は、光源制御手段としての光源制御回路４１を制御している。光源制御回路４１は、画像生成時に要求される所定波長帯域の光が光源装置６０から出射されるように、励起光照射装置７０（励起光源）から所定のタイミングで個別の発光制御を行い、赤色、緑色及び青色の波長帯域光を発光させる。

さらに、制御部３８は、冷却ファン駆動制御回路４３に光源装置６０等に設けた複数の温度センサによる温度検出を行わせ、この温度検出の結果から冷却ファンの回転速度を制御させている。また、制御部３８は、冷却ファン駆動制御回路４３にタイマー等により投影装置１０本体の電源オフ後も冷却ファンの回転を持続させる、あるいは、温度センサによる温度検出の結果によっては投影装置１０本体の電源をオフにする等の制御も行う。

つぎに、この投影装置１０の内部構造について図２等を参照して説明する。なお、以下投影装置１０の説明において、投影方向に対する左側を左としその反対側を右とする。また投影装置１０の前後とは、投影光の進行方向側を前としてその反対側を後とする。投影装置１０は、右側パネル１４の近傍に制御回路基板２４１を備えている。この制御回路基板２４１は、電源回路ブロックや光源制御ブロック等を備えている。また、投影装置１０は、制御回路基板２４１の側方、つまり、投影装置１０筐体の略中央部分に光源装置６０を備えている。さらに、投影装置１０には、光源装置６０と左側パネル１５との間に、光源側光学系１７０や投影光学系２２０が配置されている。

光源装置６０は、青色波長帯域光及び励起光の光源である励起光照射装置７０と、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光の光源である赤緑光源装置８０と、を備える。赤緑光源装置８０は、励起光照射装置７０と蛍光板装置１００により構成される。また、光源装置６０には導光光学系１４０が配置される。導光光学系１４０は、励起光照射装置７０及び赤緑光源装置８０から出射される青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を、導光装置１７５の入射口に導光する。本実施形態の導光装置１７５は入射した光を均一化するライトトンネルである。なお、導光装置１７５として、ガラスロッド、マイクロレンズアレイ等を用いることもできる。

励起光照射装置７０は、投影装置１０の左右方向における略中央部分であって背面パネル１３近傍に配置される。また、励起光照射装置７０は、青色レーザダイオード７１、反射ミラー群７５、集光レンズ７７，７９、拡散板７８、ヒートシンク８１等を備える。半導体発光素子である青色レーザダイオード７１は、背面パネル１３と光軸が略平行になるよう複数配置されて光源群を形成する。反射ミラー群７５は、各青色レーザダイオード７１からの出射光の光軸を正面パネル１２方向に９０度変換する。集光レンズ７７，７９は、反射ミラー群７５で反射した各青色レーザダイオード７１からの出射光を集光する。集光レンズ７７は両凸レンズであり、集光レンズ７９は両凹レンズである。拡散板７８は、集光レンズ７７と集光レンズ７９との間に配置され、集光レンズ７７から出射された励起光Ｌ１（青色波長帯域光）を集光レンズ７９側に拡散透過させる。また、ヒートシンク８１は、青色レーザダイオード７１と右側パネル１４との間に配置される。

青色レーザダイオード７１はマトリクス状に配列されている。各青色レーザダイオード７１の光軸上には、青色レーザダイオード７１からの出射光の指向性を高めるように平行光に変換するコリメータレンズ７３が配置されている。反射ミラー群７５は、複数の反射ミラーが階段状に配列されてミラー基板７６に一体化されている。反射ミラー群７５は、ミラー基板７６に対して位置調整可能に形成され、青色レーザダイオード７１から出射される励起光を、光線束の断面積が一方向に縮小するように反射して集光レンズ７７側に向けて出射する。

ヒートシンク８１と背面パネル１３との間には冷却ファン２６１が配置される。青色レーザダイオード７１は、この冷却ファン２６１とヒートシンク８１によって冷却される。また、反射ミラー群７５と背面パネル１３との間にも冷却ファン２６１が配置される。反射ミラー群７５や集光レンズ７７は、その背面パネル１３側に配置された冷却ファン２６１によって冷却される。

赤緑光源装置８０を構成する蛍光板装置１００は、励起光照射装置７０から出射される励起光の光路上であって、正面パネル１２の近傍に配置される。蛍光板装置１００は、蛍光ホイール１０１、モータ１１０、集光レンズ群１１１、集光レンズ１１５を備える。蛍光ホイール１０１は、正面パネル１２と平行となるように、つまり、励起光照射装置７０からの出射光の光軸と直交するように配置される。モータ１１０は、この蛍光ホイール１０１を回転駆動させる。集光レンズ群１１１は、励起光照射装置７０から出射される励起光の光線束を蛍光ホイール１０１に集光するとともに蛍光ホイール１０１から背面パネル１３方向に出射される光線束を集光する。集光レンズ１１５は、蛍光ホイール１０１から正面パネル１２方向に出射される光線束を集光する。なお、モータ１１０と正面パネル１２との間には冷却ファン２６１が配置されており、この冷却ファン２６１によって蛍光板装置１００等が冷却される。

ここで、図３及び図４（ａ）乃至図４（ｃ）を参照して蛍光ホイール１０１の構成について説明する。蛍光ホイール１０１には、透過領域３１０、赤蛍光領域３２０及び緑蛍光領域３３０が周方向に連続して並設されている。蛍光ホイール１０１はモータ１１０の回転軸１１２を中心に回転するため、励起光Ｌ１の照射領域Ｓの位置は、経時的に変化する。赤蛍光領域３２０及び緑蛍光領域３３０は、励起光照射装置７０から集光レンズ群１１１を介して照射される励起光Ｌ１を受けて、各々赤色波長帯域及び緑色波長帯域の光を出射する。透過領域３１０は、励起光照射装置７０からの出射光である励起光を透過又は拡散透過する。

蛍光ホイール１０１の基材１０２は、銅やアルミニウム等の金属により略円板状に形成される。図４（ａ）に示すように、透過領域３１０には、基材１０２の切抜き孔部に透光性を有する透過部材３１１が嵌入されて形成される。透過部材３１１は、一方面又は両面にサンドブラスト等により微細凹凸を形成して、励起光Ｌ１を拡散透過させる構成としてもよい。

図４（ｂ）に示す赤蛍光領域３２０において、基材１０２の励起光照射装置７０側には、銀蒸着等によってミラー加工されたミラー面１０２ａが形成される。赤蛍光体３２１はこのミラー面１０２ａの上に形成される。さらに、赤蛍光体３２１の表面３２１ａには、ダイクロイックフィルタ３２２が設けられる。ダイクロイックフィルタ３２２は、図６（ａ）以降の説明で後述するが、赤蛍光体３２１から出射された蛍光のうち、主として長波長側の赤色の波長成分を透過して、短波長側の緑色の波長成分を反射する。また、ダイクロイックフィルタ３２２は、励起光照射装置７０から出射された励起光Ｌ１（青色波長帯域光）を透過する。

図５は、赤蛍光体３２１の励起スペクトルＦ１～Ｆ３を示す図である。励起スペクトルＦ１～Ｆ３は、赤蛍光体３２１から出射される第一蛍光Ｌ２に含まれる波長の一つを検出波長として選択して、励起光Ｌ１の波長を４００ｎｍから５５０ｎｍまで変化させて走査した場合における蛍光発光強度を、分光蛍光光度計により測定した結果である。図５の縦軸は蛍光発光強度を示し、横軸は励起光Ｌ１の波長［ｎｍ］を示している。励起スペクトルＦ１は検出波長を５８０ｎｍとした場合の測定結果であり、励起スペクトルＦ２は検出波長を６２０ｎｍとした場合の測定結果である。また、励起スペクトルＦ３は検出波長を６４０ｎｍとした場合の測定結果である。赤蛍光体３２１は、５８０ｎｍから６４０ｎｍの波長を含む第一蛍光Ｌ２を出射させる場合、図５に示すように４６０ｎｍから４８０ｎｍの波長を励起光Ｌ１として用いると効率良く第一蛍光Ｌ２を出射させることができる。励起スペクトルＦ１の蛍光発光強度の最大値を１とすると（このときの励起光波長は約４６６．５ｎｍ）、本実施形態で用いる４５５ｎｍの励起光Ｌ１の変換効率は、約０．９３である。

図６（ａ）は、赤蛍光領域３２０におけるダイクロイックフィルタ３２２の透過特性Ｔ１及び反射特性Ｒ１と、励起光照射装置７０から出射された励起光Ｌ１及び赤蛍光体３２１から出射された第一蛍光Ｌ２を示している。横軸は波長［ｎｍ］を示し、左側の縦軸は励起光Ｌ１及び第一蛍光Ｌ２の光強度を示し、右側の縦軸は透過特性Ｔ１の透過率［％］又は反射特性Ｒ１の反射率［％］を示す。励起光Ｌ１及び第一蛍光Ｌ２の光強度は、各々の最大値を１とした場合の相対的な分布を示している。また、ここではダイクロイックフィルタ３２２の特性として吸収を考慮せずに透過又は反射するものとして説明する。

ダイクロイックフィルタ３２２は、図６（ａ）に示す透過特性Ｔ１及び反射特性Ｒ１に示すように、４６５ｎｍ迄の短波長側及び５９０ｎｍ以降の長波長側の波長帯域おいては９５％程度の透過率（５％程度の反射率）であり、４９５ｎｍから５６０ｎｍ迄の波長帯域においては１％程度の透過率（９９％程度の反射率）である。４６５ｎｍから４９５ｎｍ迄、及び５６０ｎｍから５９０ｎｍ迄の透過特性Ｔ１及び反射特性Ｒ１は略線形に単調変化している。従って、ダイクロイックフィルタ３２２は、主に青色及び赤色の波長帯域の光を透過し、緑色の波長帯域の光を反射させるマゼンタフィルタとして構成される。なお、本実施形態のダイクロイックフィルタ３２２の透過特性Ｔ１及び反射特性Ｒ１は一例であり、励起光Ｌ１又は第一蛍光Ｌ２等の波長分布によってはカットオン波長及びカットオフ波長等を適宜変更することができる。

励起光Ｌ１及び第一蛍光Ｌ２は、ピーク波長Ｌ１ｐ，Ｌ２ｐにおける光強度を１として示している。励起光Ｌ１について、ピーク波長Ｌ１ｐは約４５５ｎｍであり、主に４５３．５ｎｍから４５６．５ｎｍの波長成分を含む。第一蛍光Ｌ２について、ピーク波長Ｌ２ｐは約５５０．５ｎｍであり、主に４８０ｎｍから７００ｎｍの波長成分を含む。なお、第一蛍光Ｌ２は、７００ｎｍ以降の波長成分も含むが、ここでは図示及び説明を省略する。

図４（ｂ）に示したように、赤蛍光領域３２０に照射された励起光Ｌ１は、ダイクロイックフィルタ３２２に入射する。励起光Ｌ１は、ダイクロイックフィルタ３２２の透過特性Ｔ１において９５％程度の高い透過率の波長帯域に分布しているため（図６（ａ）参照）、ダイクロイックフィルタ３２２を透過して赤蛍光体３２１に入射する。赤蛍光体３２１は励起光Ｌ１により励起されて、第一蛍光Ｌ２を出射する。第一蛍光Ｌ２は、赤蛍光体３２１内の各領域から全方位に出射された後、一部は直接に、一部は基材１０２のミラー面１０２ａで反射されて、ダイクロイックフィルタ３２２側へ向けて出射される。

なお、励起光Ｌ１の一部は、赤蛍光体３２１を励起することなく基材１０２のミラー面１０２ａで反射された後、さらにその一部は再びダイクロイックフィルタ３２２を透過して反射光Ｌ１１として図２の集光レンズ群１１１側へ出射される。

ダイクロイックフィルタ３２２は、図４（ｂ）に示すように、励起光Ｌ１の照射により励起された第一蛍光Ｌ２のうち、長波長側の第一波長成分の赤蛍光Ｌ２１を選択的に透過して、該第一波長成分よりも短波長側の第二波長成分の光を赤蛍光体３２１側へ二次励起光Ｌ２２として反射することができる。図６（ｂ）には、赤蛍光Ｌ２１及び二次励起光Ｌ２２の各波長分布を示している。赤蛍光Ｌ２１は、ダイクロイックフィルタ３２２を透過して図２の集光レンズ群１１１側に出射される。一方、ダイクロイックフィルタ３２２により反射された二次励起光Ｌ２２は（図４（ｂ）参照）、再び赤蛍光体３２１に照射されて赤蛍光体３２１を励起する。

図７は、図６（ｂ）に示した各光Ｌ１，Ｌ２に加えて、励起スペクトルＦ２、有効光Ｌ３１～Ｌ３３及び二次蛍光Ｌ４の分布を示している。有効光Ｌ３１～Ｌ３３は、二次励起光Ｌ２２のうち赤蛍光体３２１の励起光として再利用可能な波長分布を模式的に示している。図７では、第一蛍光Ｌ２と各励起スペクトルＦ１～Ｆ３のピーク強度を１として、二次励起光Ｌ２２と各励起スペクトルＦ１～Ｆ３とを乗じて得た強度の波長分布を有効光Ｌ３１～Ｌ３３として示している。なお、図７では励起スペクトルＦ１，Ｆ３の図示は省略する。

有効光Ｌ３１のピーク波長である４９９ｎｍ付近の光強度は凡そ０．１５６である。有効光Ｌ３２のピーク波長である５０１ｎｍ付近の光強度は凡そ０．１９４である。また、有効光Ｌ３３のピーク波長である５０１ｎｍ付近の光強度は凡そ０．２１５である。第一蛍光Ｌ２は、第一波長成分に含まれる蛍光波長（例えば、５６０ｎｍ以上の波長帯域）に対する励起スペクトルＦ１～Ｆ３（図５参照）と、第二波長成分（例えば、凡そ４８０ｎｍ～５８０ｎｍの波長帯域）とが重複した第一蛍光Ｌ２を出射する。赤蛍光体３２１は、二次励起光Ｌ２２の内の有効光Ｌ３１～Ｌ３３に相当する波長成分により励起されて、二次蛍光Ｌ４１～Ｌ４３を出射する。ここで、二次蛍光Ｌ４１は有効光Ｌ３１により励起された５８０ｎｍの蛍光光であり、二次蛍光Ｌ４２は有効光Ｌ３２により励起された６２０ｎｍの蛍光光であり、二次蛍光Ｌ４３は有効光Ｌ３３により励起された６４０ｎｍの蛍光光である。なお、本実施形態では、励起スペクトルＦ１、励起スペクトルＦ２、励起スペクトルＦ３の順に蛍光発光強度の絶対値が小さくなるため（図５では最大値を１として相対値により示しており、絶対値は不図示）、図７では二次蛍光Ｌ４１、二次蛍光Ｌ４２、二次蛍光Ｌ４３の順に光強度が小さくなっている。

また、本実施形態では、蛍光波長を５８０ｎｍ、６２０ｎｍ及び６４０ｎｍとした場合の励起スペクトルＦ１～Ｆ３及び有効光Ｌ３１～Ｌ３３に対応する二次蛍光Ｌ４１～Ｌ４３について例示しているが、二次励起光Ｌ２２は赤蛍光体３２１を再度励起して図７の破線で示すような所定の帯域幅の二次蛍光Ｌ４を出射させることができる。ダイクロイックフィルタ３２２は、透過特性Ｔ１によって、第一蛍光Ｌ２と同様に、二次蛍光Ｌ４のうちの赤色の波長に対応する長波長側の一部の光（赤蛍光Ｌ４４）を透過する。従って、赤蛍光領域３２０からは、二次蛍光Ｌ４の一部である赤蛍光Ｌ４４と、赤蛍光Ｌ２１とが重畳された赤色の光源光Ｌ５を出射することができる。なお、二次蛍光Ｌ４のうち、ダイクロイックフィルタ３２２により再度反射された光は、再度赤蛍光体３２１の励起光として利用することもできる。

図４（ｃ）に示す緑蛍光領域３３０においても、図４（ｂ）に示した赤蛍光領域３２０と同様に、基材１０２のミラー面１０２ａの上には緑蛍光体３３１が形成される。緑蛍光体３３１は励起光Ｌ１により励起されて、第二蛍光を出射する。第二蛍光は、全方位に出射された後、一部は直接に、一部は基材１０２のミラー面１０２ａに反射されて、図２の集光レンズ群１１１側へ向けて光源光Ｌ６として出射される。光源光Ｌ６は緑色波長帯域光である。

なお、緑蛍光体３３１の励起光Ｌ１が照射される側の表面には、赤蛍光体３２１のダイクロイックフィルタと同様に、緑蛍光体３３１から出射された第二蛍光の短波長側を反射するダイクロイックフィルタを設けて、二次励起光により再度緑蛍光体３３１を励起する構成としてもよい。

図２に戻り、蛍光ホイール１０１は、励起光照射装置７０から出射された励起光Ｌ１である青色波長帯域光が時分割で蛍光ホイール１０１の赤蛍光領域３２０又は緑蛍光領域３３０に照射されると、時分割で赤色波長帯域光又は緑色波長帯域光を蛍光光として出射する。赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光は、背面パネル１３側へ出射され、集光レンズ群１１１に再度入射する。一方、励起光Ｌ１である青色波長帯域光が透過領域３１０に入射すると、蛍光ホイール１０１を透過又は拡散透過し、蛍光ホイール１０１の背面側（換言すれば、正面パネル１２側）に配置された集光レンズ１１５に入射する。

導光光学系１４０は、赤色波長帯域、緑色波長帯域及び青色波長帯域の光線束を集光させる集光レンズや、各色波長帯域の光線束の光軸を変換する反射ミラー、及びダイクロイックミラー等を備える。具体的には、導光光学系１４０は、第一ダイクロイックミラー１４１、第一反射ミラー１４３、第二反射ミラー１４５、第二ダイクロイックミラー１４８、複数の集光レンズ１４６，１４７，１４９を備える。

第一ダイクロイックミラー１４１は、励起光照射装置７０から出射される青色波長帯域光並びに蛍光ホイール１０１から出射される赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光の光路上に配置される。第一ダイクロイックミラー１４１は、赤色及び緑色波長帯域光を反射し、青色波長帯域光を透過する。蛍光ホイール１０１から出射された赤色及び緑色波長帯域光の光軸は、左側パネル１５方向に９０度変換される。

また、第一反射ミラー１４３は、蛍光ホイール１０１を透過又は拡散透過した青色波長帯域光の光軸上、つまり、集光レンズ１１５と正面パネル１２との間に配置される。第一反射ミラー１４３は、青色波長帯域光を反射して光軸を左側パネル１５方向に９０度変換する。集光レンズ１４６は、第一反射ミラー１４３の左側パネル１５側に配置される。第二反射ミラー１４５は、集光レンズ１４６の左側パネル１５側に配置される。第二反射ミラー１４５は、集光レンズ１４６で集光された青色波長帯域光の光軸を、背面パネル１３側に９０度変換する。集光レンズ１４７は、第二反射ミラー１４５の背面パネル１３側に配置される。

集光レンズ１４９は、第一ダイクロイックミラー１４１の左側パネル１５側に配置される。第一ダイクロイックミラー１４１で反射された赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光の光軸は、集光レンズ１４９に入射する。

第二ダイクロイックミラー１４８は、集光レンズ１４９の左側パネル１５側であって、集光レンズ１４７の背面パネル１３側に配置される。第二ダイクロイックミラー１４８は、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光を反射し、青色波長帯域光を透過する。よって、集光レンズ１４９で集光された赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光は、第二ダイクロイックミラー１４８により反射され、光源側光学系１７０において集光レンズ１７３を介して導光装置１７５の入射口に集光される。一方、集光レンズ１４７を透過した青色波長帯域光は、第二ダイクロイックミラー１４８を透過して、集光レンズ１７３を介して導光装置１７５の入射口に集光される。

光源側光学系１７０は、集光レンズ１７３、導光装置１７５、集光レンズ１７８、光軸変換ミラー１８１、集光レンズ１８３、照射ミラー１８５、コンデンサレンズ１９５を備える。なお、コンデンサレンズ１９５は、コンデンサレンズ１９５の背面パネル１３側に配置される表示素子５１から出射された画像光を投影光学系２２０に向けて出射するので、投影光学系２２０の一部でもある。

導光装置１７５の近傍に配置される集光レンズ１７３は、光源光を導光装置１７５の入射口に集光する。赤色波長帯域光、緑色波長帯域光及び青色波長帯域光は、集光レンズ１７３により集光され、導光装置１７５に入射する。導光装置１７５に入射した光線束は、導光装置１７５により均一な強度分布の光線束となる。

導光装置１７５の背面パネル１３側の光軸上には、集光レンズ１７８及び光軸変換ミラー１８１が配置される。導光装置１７５の出射口から出射した光線束の光軸は、集光レンズ１７８で集光された後、光軸変換ミラー１８１により、左側パネル１５側に光軸を変換される。

光軸変換ミラー１８１で反射した光線束は、集光レンズ１８３により集光された後、照射ミラー１８５により、コンデンサレンズ１９５を介して表示素子５１に所定の角度で照射される。なお、表示素子５１は、背面パネル１３側に設けられたヒートシンク１９０により冷却される。

投影光学系２２０は、コンデンサレンズ１９５、可動レンズ群２３５、固定レンズ群２２５を備える。表示素子５１の画像形成面に照射された光源光である光線束は、表示素子５１の画像形成面で反射され、投影光として投影光学系２２０を介してスクリーンに投影される。可動レンズ群２３５は、レンズモータにより移動可能に形成される。そして、可動レンズ群２３５及び固定レンズ群２２５は、固定鏡筒に内蔵される。よって、可動レンズ群２３５を備える固定鏡筒は、可変焦点型レンズであり、ズーム調節やフォーカス調節が可能に形成される。

このように投影装置１０を構成することで、蛍光ホイール１０１（蛍光部材）を回転させるとともに励起光照射装置７０から適宜のタイミングで光を出射すると、青色、赤色及び緑色の各波長帯域光が導光光学系１４０を介して光源側光学系１７０に順次入射し、その後表示素子５１に入射する。投影装置１０は、表示素子５１であるＤＭＤがデータに応じて各色の光を時分割表示することにより、スクリーンにカラー画像を投影することができる。

以上、本実施形態によると、赤蛍光領域３２０において、励起光Ｌ１の利用効率を向上させて、光源光Ｌ５として出射される赤色波長帯域光の光強度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、励起光Ｌ１が回転駆動する蛍光ホイール１０１（蛍光部材）の各領域（透過領域３１０、赤蛍光領域３２０又は緑蛍光領域３３０）に照射されて、青色波長帯域光、赤色波長帯域光（光源光Ｌ５）及び緑色波長帯域光（光源光Ｌ６）が出射される構成について説明したが、光源装置６０は、回転する蛍光ホイール１０１（蛍光部材）の代わりに赤蛍光領域３２０を有した固定の蛍光板（蛍光部材）を備えてもよい。この場合も、蛍光板に設けられた赤蛍光領域３２０は、図４（ｂ）と同様の構成とすることができ、励起光Ｌ１を効率よく使用して赤色波長帯域光を出射することができる。また、光源装置６０は、図４（ｃ）と同様の構成の緑蛍光領域３３０を有する蛍光板を備えて、緑色波長帯域光を光源光として出射する構成とすることもできる。

また、本実施形態では、蛍光ホイール１０１が透過領域３１０を備えることにより、励起光Ｌ１である青色波長帯域光が透過領域３１０を透過した後、導光光学系１４０により導光装置１７５に導光される構成について示したが、透過領域３１０の代わりに励起光Ｌ１を反射又は拡散反射させる反射領域を有してもよい。この場合、図２において、第一ダイクロイックミラー１４１は、励起光Ｌ１の波長帯域では第一偏光方向の光を透過し、第一偏光方向に対して垂直な第二偏光方向の光を反射する構成とすることができる。そして、第一ダイクロイックミラー１４１と集光レンズ群１１１との間に１／４波長板を配置し、励起光照射装置７０側から偏光方向を揃えた第一偏光方向の励起光Ｌ１を入射させることができる。これにより、励起光Ｌ１は、第一ダイクロイックミラー１４１、１／４波長板の順に透過した後、蛍光ホイール１０１の反射領域で反射して１／４波長板を二度透過することにより偏光方向を第一偏光方向から第二偏光方向へ変化させることができる。その後、第二偏光方向の励起光Ｌ１は第一ダイクロイックミラー１４１によって集光レンズ１４９側へ反射される。これにより、青色波長帯域光を導光する構成として図２の反射ミラー１４３，１４５や集光レンズ１４６を省略することができる。

次に、本実施形態の変形例について図８を参照して説明する。本変形例では、蛍光ホイール１０１の代わりに蛍光ホイール１０１Ａ（蛍光部材）を備える。なお、蛍光ホイール１０１Ａの説明中、蛍光ホイール１０１と同様の構成については同一の符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。蛍光ホイール１０１Ａは、蛍光ホイール１０１の赤蛍光領域３２０の代わりに赤蛍光Ｌ２１を励起光Ｌ１の入射方向と同方向に出射させる赤蛍光領域３２０Ａを有している。赤蛍光領域３２０Ａは、赤蛍光領域３２０と比較して層構造が異なっている。

図８に示す赤蛍光領域３２０Ａには、励起光Ｌ１の入射側から順に、透過部材３２３、ダイクロイックフィルタ３２４、赤蛍光体３２１、及びダイクロイックフィルタ３２５が設けられる。透過部材３２３は、基材１０２の切抜き孔部に形成されており、励起光Ｌ１を透過させる。ダイクロイックフィルタ３２４は、主に青色の波長帯域の光である励起光Ｌ１を透過し、緑色及び赤色の波長帯域の光を反射する。ダイクロイックフィルタ３２４は、例えば、図６（ａ）の透過特性Ｔ１及び反射特性Ｒ１を変形した特性を有しており、４６５ｎｍ迄の短波長側の波長帯域おいては９５％程度の透過率（５％程度の反射率）とし、４９５ｎｍ以降の波長帯域においては１％程度の透過率（９９％程度の反射率）とすることができる。また、ダイクロイックフィルタ３２５は、主に、赤色の波長帯域の光を透過し、青色及び緑色の波長帯域の光を反射する。ダイクロイックフィルタ３２５も、図６（ａ）の透過特性Ｔ１及び反射特性Ｒ１を変形して、例えば、５９０ｎｍ以降の長波長側の波長帯域おいては９５％程度の透過率（５％程度の反射率）とし、５６０ｎｍ迄の波長帯域においては１％程度の透過率（９９％程度の反射率）とすることができる。

赤蛍光領域３２０Ａに入射した励起光Ｌ１は、透過部材３２３及びダイクロイックフィルタ３２４を透過して、赤蛍光体３２１を励起する。なお、励起光Ｌ１の一部は、赤蛍光体３２１を励起することなく反射光Ｌ１１として励起光照射装置７０側へ出射される。

赤蛍光体３２１の励起スペクトル（励起スペクトルＦ１～Ｆ３含む）及び第一蛍光Ｌ２は、赤蛍光領域３２０と同様である（図５及び図６（ａ）も参照）。従って、第一蛍光Ｌ２のうちの長波長側の成分は赤蛍光Ｌ２１としてダイクロイックフィルタ３２５を透過して出射される。一方、第一蛍光Ｌ２のうちの短波長側の成分は、ダイクロイックフィルタ３２４，３２５により反射されて二次励起光Ｌ２２として赤蛍光体３２１を再び励起する。二次励起光Ｌ２２により、赤蛍光体３２１は二次蛍光Ｌ４を出射し、二次蛍光Ｌ４のうちの長波長側の成分は、赤蛍光Ｌ４４としてダイクロイックフィルタ３２５を透過する。従って、赤蛍光領域３２０Ａからは、二次蛍光Ｌ４の一部である赤蛍光Ｌ４４と、赤蛍光Ｌ２１とが重畳された赤色の光源光Ｌ５を出射することができる。

以上、変形例では、励起光Ｌ１の入射方向と、赤色の光源光Ｌ５の出射方向を同方向に設定することができるため、励起光Ｌ１の利用効率を向上させる構成を、図２に示した光源装置６０における集光レンズや反射ミラー等の光学部材とは異なるレイアウトにも適用させることができる。

以上、本実施形態では、励起光Ｌ１の照射により第一蛍光Ｌ２を出射する蛍光体（３２１）とダイクロイックフィルタ３２２とを有する蛍光部材（１０１，１０１Ａ）、光源装置６０及び投影装置１０について説明した。ダイクロイックフィルタ３２２は、第一蛍光Ｌ２のうち第一波長成分を光源光Ｌ５として透過して第一波長成分よりも短波長の第二波長成分を蛍光体（３２１）側へ二次励起光Ｌ２２として反射する。これにより、励起光Ｌ１の利用効率を向上させて、光源光として出射される赤色波長帯域光の光強度を向上させることができる。

また、ダイクロイックフィルタ３２２は、第二波長成分よりも短波長の励起光Ｌ１を透過可能に形成され、蛍光体（３２１）の一方の面側に配置される。また、蛍光体（３２１）の他方の面側には、励起光Ｌ１及び第一蛍光Ｌ２を反射するミラー面が形成される。これにより、励起光Ｌ１の利用効率を向上させ、第一蛍光Ｌ２の指向性も高めることができる。

また、蛍光部材（１０１）は、蛍光体（３２１）とダイクロイックフィルタ３２２とを有すると共にミラー面１０２ａが形成された赤蛍光領域３２０と、励起光Ｌ１を透過する透過領域３１０と、が周方向に並設された蛍光ホイール１０１である。このため、光源装置６０は、少ない光学部材の構成により時分割で異なる色の光を光源光として出射することができる。

また、蛍光ホイール１０１には、青色光である励起光Ｌ１の照射により第一波長成分とは異なる波長分布の第二蛍光を緑色光として出射する緑蛍光体３３１を有すると共に、ミラー面１０２ａが形成された緑蛍光領域３３０を、赤蛍光領域３２０及び透過領域３１０と周方向に並設されている。このため、光源装置６０は、赤色、緑色及び青色の光源光を時分割で出射して、カラー画像を形成することができる。

また、蛍光体（３２１）は、第一波長成分に含まれる蛍光波長に対する励起スペクトル（Ｆ１～Ｆ３）と、第二波長成分とが重複した第一蛍光Ｌ２を出射する。これにより、第一蛍光Ｌ２のうち赤色の光の形成に不要な成分を再度励起光として利用することができ、励起光Ｌ１の利用効率（蛍光発光効率）を向上させることができる。

また、以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以下に、本願出願の最初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 励起光の照射により第一波長成分及び前記第一波長成分よりも短波長の第二波長成分を含む第一蛍光を出射する蛍光体と、
前記第一波長成分を光源光として透過し、前記第二波長成分を前記蛍光体側へ二次励起光として反射するダイクロイックフィルタと、
を有することを特徴とする蛍光部材。
［２］ 前記ダイクロイックフィルタは、前記第二波長成分よりも短波長の前記励起光を透過可能に形成され、
前記ダイクロイックフィルタは、前記蛍光体の一方の面側に配置され、
前記蛍光体の他方の面側には、前記励起光及び前記第一蛍光を反射するミラー面が形成される、
ことを特徴とする前記［１］に記載の蛍光部材。
［３］ 前記［２］に記載の蛍光部材と、
前記励起光として青色光を出射する励起光源と、
を備え、
前記ダイクロイックフィルタは、前記第一波長成分としての赤色光を透過することを特徴とする光源装置。
［４］ 前記蛍光部材は、前記蛍光体と前記ダイクロイックフィルタとを有すると共に前記ミラー面が形成された赤蛍光領域と、前記励起光を透過する透過領域と、が周方向に並設された蛍光ホイールであることを特徴とする前記［３］に記載の光源装置。
［５］ 前記蛍光ホイールは、前記励起光の照射により前記第一波長成分と異なる波長分布の第二蛍光を緑色光として出射する緑蛍光体を有すると共に、前記ミラー面が形成された緑蛍光領域を、前記赤蛍光領域及び前記透過領域と周方向に並設していることを特徴とする前記［４］に記載の光源装置。
［６］ 前記［３］乃至前記［５］の何れかに記載の光源装置と、
前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、
前記表示素子から出射された前記画像光を被投影体に投影する投影光学系と、
前記表示素子及び前記光源装置を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする投影装置。

１０ 投影装置 １２ 正面パネル
１３ 背面パネル １４ 右側パネル
１５ 左側パネル ２１ 入出力コネクタ部
２２ 入出力インターフェース ２３ 画像変換部
２４ 表示エンコーダ ２５ ビデオＲＡＭ
２６ 表示駆動部 ３１ 画像圧縮／伸長部
３２ メモリカード ３５ Ｉｒ受信部
３６ Ｉｒ処理部 ３７ キー／インジケータ部
３８ 制御部 ４１ 光源制御回路
４３ 冷却ファン駆動制御回路 ４５ レンズモータ
４７ 音声処理部 ４８ スピーカ
５１ 表示素子 ６０ 光源装置
７０ 励起光照射装置 ７１ 青色レーザダイオード
７３ コリメータレンズ ７５ 反射ミラー群
７６ ミラー基板 ７７ 集光レンズ
７８ 拡散板 ７９ 集光レンズ
８０ 赤緑光源装置 ８１ ヒートシンク
１００ 蛍光板装置 １０１ 蛍光ホイール（蛍光部材）
１０１Ａ 蛍光ホイール（蛍光部材） １０２ 基材
１０２ａ ミラー面 １１０ モータ
１１１ 集光レンズ群 １１２ 回転軸
１１５ 集光レンズ １４０ 導光光学系
１４１ 第一ダイクロイックミラー １４３ 第一反射ミラー
１４５ 第二反射ミラー １４６ 集光レンズ
１４７ 集光レンズ １４８ 第二ダイクロイックミラー
１４９ 集光レンズ １７０ 光源側光学系
１７３ 集光レンズ １７５ 導光装置
１７８ 集光レンズ １８１ 光軸変換ミラー
１８３ 集光レンズ １８５ 照射ミラー
１９０ ヒートシンク １９５ コンデンサレンズ
２２０ 投影光学系 ２２５ 固定レンズ群
２３５ 可動レンズ群 ２４１ 制御回路基板
２６１ 冷却ファン ３１０ 透過領域
３１１ 透過部材 ３２０，３２０Ａ 赤蛍光領域
３２１ 赤蛍光体 ３２１ａ 表面
３２２ ダイクロイックフィルタ ３２３ 透過部材
３２４ ダイクロイックフィルタ ３２５ ダイクロイックフィルタ
３３０ 緑蛍光領域 ３３１ 緑蛍光体
Ｆ１～Ｆ３ 励起スペクトル Ｌ１ 励起光
Ｌ１１ 反射光 Ｌ１ｐ ピーク波長
Ｌ２ 第一蛍光 Ｌ２１ 赤蛍光
Ｌ２２ 二次励起光 Ｌ３１～Ｌ３３ 有効光
Ｌ４ 二次蛍光 Ｌ４１～Ｌ４３ 二次蛍光
Ｌ４４ 赤蛍光 Ｌ５ 光源光
Ｌ６ 光源光 Ｒ１ 反射特性
Ｔ１ 透過特性

Claims (6)

1. 励起光の照射により第一波長成分及び前記第一波長成分よりも短波長の第二波長成分を含む第一蛍光を出射する蛍光体と、
   前記第一波長成分を光源光として透過し、前記第二波長成分を前記蛍光体側へ二次励起光として反射するダイクロイックフィルタと、
   を有することを特徴とする蛍光部材。
2. 前記ダイクロイックフィルタは、前記第二波長成分よりも短波長の前記励起光を透過可能に形成され、
   前記ダイクロイックフィルタは、前記蛍光体の一方の面側に配置され、
   前記蛍光体の他方の面側には、前記励起光及び前記第一蛍光を反射するミラー面が形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の蛍光部材。
3. 請求項２に記載の蛍光部材と、
   前記励起光として青色光を出射する励起光源と、
   を備え、
   前記ダイクロイックフィルタは、前記第一波長成分としての赤色光を透過することを特徴とする光源装置。
4. 前記蛍光部材は、前記蛍光体と前記ダイクロイックフィルタとを有すると共に前記ミラー面が形成された赤蛍光領域と、前記励起光を透過する透過領域と、が周方向に並設された蛍光ホイールであることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記蛍光ホイールは、前記励起光の照射により前記第一波長成分と異なる波長分布の第二蛍光を緑色光として出射する緑蛍光体を有すると共に、前記ミラー面が形成された緑蛍光領域を、前記赤蛍光領域及び前記透過領域と周方向に並設していることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 請求項３乃至請求項５の何れかに記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光源光が照射され、画像光を形成する表示素子と、
   前記表示素子から出射された前記画像光を被投影体に投影する投影光学系と、
   前記表示素子及び前記光源装置を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする投影装置。

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