JP7296604B2 - 蛍光体ホイール装置 - Google Patents

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Description

本開示は、例えば、投写型映像表示装置の光源装置に使用される蛍光体ホイール装置、並びに、そのような蛍光体ホイール装置を備えた光源装置及び投写型映像表示装置に関する。
従来、投写型映像表示装置（プロジェクタ）のための光源として、高輝度を有する高圧水銀ランプが使用されてきた。高圧水銀ランプには、瞬時に点灯できないこと、及び、光源の寿命が短いので頻繁なメンテナンスが必要になること、といった課題がある。一方、近年の固体発光素子（例えば、半導体レーザ素子、発光ダイオードなど）に開連した技術の進展に伴い、例えば特許文献１及び２に開示されるように、投写型映像表示装置のための光源素子として固体発光素子を用いることが提案されている。
投写型映像表示装置は、例えば、１色の光（「ソース光」という）のみを発生する光源素子と、蛍光体を備えた蛍光体ホイールとを備えてもよい。この場合、投写型映像表示装置は、光源素子により所定の色成分（例えば青色光）を有するソース光を発生し、このソース光を蛍光体ホイールに入射させることにより他の色成分（例えば赤色光及び緑色光など）を含む蛍光を発生させる。次いで、投写型映像表示装置は、蛍光をフィルタリングしてその色成分（赤色光及び緑色光）を取り出し、これにより、赤色光、緑色光、及び青色光など、所望の各色成分を有する照明光を得る。
投写型映像表示装置は、照明光をＤＭＤ（Digital Mirror Device）などの光変調素子に入射させる。光変調素子は、入力された映像信号に応じて照明光を空間的に変調して映像光を発生する。最後に、投写型映像表示装置は、映像光をスクリーンに投写する。
特開２０１４－１６０２２７号公報 特開２０１６－０３３５５３号公報
蛍光体の変換効率は必ずしも１００％ではなく、蛍光体において損失が生じる可能性がある。また、フィルタの透過率又は反射率もまた必ずしも１００％ではなく、フィルタにおいて損失が生じる可能性がある。従って、蛍光体ホイールを備えた光源装置又は投写型映像表示装置を従来よりも高効率で動作させるために、蛍光体及び／又はフィルタの損失を低減することが求められる。
本開示の目的は、光源装置及び投写型映像表示装置を従来よりも高効率で動作させることができる蛍光体ホイール装置を提供することにある。本開示の目的は、さらに、そのような蛍光体ホイール装置を備えた光源装置及び投写型映像表示装置を提供することにある。
本開示の一態様に係る蛍光体ホイール装置は、基板、第１のダイクロイックフィルタ、蛍光体、第１の透過窓、第２のダイクロイックフィルタ、第２の透過窓、及び拡散膜を備える。基板は、透明材料からなり、回転軸の周りに回転可能な第１のダイクロイックフィルタは、基板において、回転軸から第１の半径を有する円周を含む領域に形成され、第１の波長を有する入射光を透過し、第１の波長とは異なる第２の波長を有する入射光を反射する。蛍光体は、基板において、回転軸から第１の半径を有する円周を含む領域のうち、回転軸からみて所定の角度幅を有する領域に形成された蛍光体であって、第１の波長を有する入射光によって励起されて第２の波長を有する蛍光を発生する。第１の透過窓は、基板において、回転軸から第１の半径を有する円周を含む領域のうち、蛍光体の領域とは別の領域に形成され、入射光を透過する。第２のダイクロイックフィルタは、基板において、回転軸から第１の半径とは異なる第２の半径を有する円周を含む領域のうち、回転軸からみて所定の角度幅を有する領域に形成され、第２の波長を有する入射光を透過し、第１の波長を有する入射光を反射する。第２の透過窓は、基板において、第２の半径を有する円周を含む領域のうち、第２のダイクロイックフィルタとは別の領域に形成され、入射光を透過する。拡散膜は、第１及び第２の透過窓の一方に形成され、入射光を拡散する。
本開示に係る蛍光体ホイール装置によれば、光源装置及び投写型映像表示装置を従来よりも高効率で動作させることができる。
第１の実施形態に係る投写型映像表示装置１００の構成を示す概略図である。 図１の蛍光体ホイール７０の構成を示す側面図である。 図１の蛍光体ホイール７０の構成を示す平面図である。 図１の蛍光体ホイール７０の近傍においてソース光及び蛍光が進む経路を示す概略図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る蛍光体ホイール７０Ａの構成を示す平面図である。 第１の実施形態の第２の変形例に係る蛍光体ホイール７０Ｂの構成を示す平面図である。 第１の実施形態の第３の変形例に係る蛍光体ホイール７０Ｃの構成を示す平面図である。 第１の実施形態の第４の変形例に係る蛍光体ホイール７０Ｄの構成を示す側面図である。 図８の蛍光体ホイール７０Ｄの構成を示す平面図である。 第２の実施形態に係る投写型映像表示装置１００Ｅの構成を示す概略図である。 図１０の蛍光体ホイール７０Ｅの構成を示す側面図である。 図１０の蛍光体ホイール７０Ｅの構成を示す平面図である。 図１０のフィルタホイール８０の構成を示す側面図である。 図１０のフィルタホイール８０の構成を示す平面図である。 図１０の蛍光体ホイール７０Ｅ及びフィルタホイール８０の近傍において励起光及び蛍光が進む経路を示す概略図である。 第２の実施形態の変形例に係る蛍光体ホイール７０Ｆの構成を示す平面図である。 第２の実施形態の変形例に係るフィルタホイール８０Ｆの構成を示す平面図である。
以下、適宜図面を参照しながら、実施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及び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、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
また、以下、本開示の実施形態に係る蛍光体ホイール装置、光源装置、及び投写型映像表示装置の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係又は比率が異なる部分が含まれる可能性がある。
［第１の実施形態］
以下、図１～図９を参照して、第１の実施形態に係る投写型映像表示装置について説明する。
（投写型映像表示装置１００の概要）
図１は、第１の実施形態に係る投写型映像表示装置１００の構成を示す概略図である。図１は、特に、投写型映像表示装置１００の光学的な構成を示す。投写型映像表示装置１００は、光源装置１０、照明光学系１１、変調装置１２、及び投写光学系１３を備える。
光源装置１０は、主に、所定波長のソース光を発生する光源２０と、ソース光により励起された蛍光を発生する蛍光体ホイール７０とを備える。蛍光体ホイール７０には、後述するように、蛍光体が形成されるとともに、蛍光の各色成分を取り出すダイクロイックフィルタが形成されている。これにより、光源装置１０は、黄色光、赤色光、緑色光、及び青色光など、所望の各色成分を有する照明光を発生する。
照明光学系１１は、光源装置１０によって発生された照明光を変調装置１２に送る。
変調装置１２は、主に、入力された映像信号に応じて照明光を空間的に変調して映像光を発生する１つの光変調素子４１を備える。
投写光学系１３は、映像光を、投写型映像表示装置１００の外部のスクリーン（図示せず）へ拡大して投写する。
第１の実施形態では、蛍光体ホイール７０を「蛍光体ホイール装置」ともいう。
（光源装置１０の構成）
光源装置１０は、光源２０、コンデンサレンズ３０、拡散板６０、蛍光体ホイール７０、レンズ３１及び３２、ミラー６１及び６２、及びレンズ３３を備える。
光源２０は、複数の光源素子２１と、各光源素子２１から出射されたソース光をほぼ平行な光にそれぞれ集光する複数のコリメータレンズ２２とを備える。例示的な実施形態では、光源２０は、高輝度の照明光を発生するために、複数の光源素子２１をアレイ状に配置してアレイ光源２３を構成している。各光源素子２１は、例えば半導体レーザ素子である。例示的な実施形態では、各光源素子として、ＲＧＢの３原色のうちで最も高い発光効率を有する青色のレーザ光（例えば、波長４５５ｎｍ）を発生する半導体レーザ素子を使用する。半導体レーザ素子は固体発光素子の一例である。また、光源２０は、各光源素子２１を冷却するために、例えば、各光源素子２１に接触したヒートシンク（図示せず）を備え、各光源素子２１を強制的に空冷する。
光源２０から出射したソース光は、コンデンサレンズ３０によって集光されることで互いに重畳し、拡散板６０に入射する。拡散板６０は、光源２０によって発生されたソース光の干渉性を低減させる。拡散板６０を透過したソース光は、蛍光体ホイール７０に入射する。
蛍光体ホイール７０は、入射したソース光によって励起されて、ソース光の波長とは異なる波長を有する蛍光を発生する蛍光体を備える。蛍光体ホイール７０はさらに、蛍光体の領域とは別の領域に形成され、入射したソース光を拡散する拡散膜を備える。蛍光体ホイール７０はさらに、入射した蛍光を透過し、入射したソース光を反射するダイクロイックフィルタを備える。蛍光体ホイール７０はさらに、ダイクロイックフィルタとは別の領域に形成され、入射したソース光を透過する透過窓を備える。蛍光体ホイール７０の詳細は後述する。
蛍光体ホイール７０の蛍光体から出射した蛍光は、レンズ３１及び３２を含むコリメータレンズ群によりほぼ平行にされ、ミラー６１及び６２により反射され、レンズ３３によって集光され、蛍光体ホイール７０のダイクロイックフィルタに入射する。ダイクロイックフィルタに入射した蛍光の各色成分が、ダイクロイックフィルタを透過して取り出される。同様に、蛍光体ホイール７０の拡散膜から出射したソース光は、レンズ３１及び３２によりほぼ平行にされ、ミラー６１及び６２により反射され、レンズ３３によって集光され、蛍光体ホイール７０の透過窓を透過する。ダイクロイックフィルタを透過した各色成分の光（例えば、黄色光、赤色光、及び緑色光）及び透過窓を透過したソース光（すなわち青色光）は、光源装置１０によって発生された照明光として照明光学系１１に進む。光源装置１０は、後述するように、照明光の各色成分の光（黄色光、赤色光、緑色光、及び青色光）を時分割で発生する。
また、光源２０から蛍光体ホイール７０の蛍光体に入射したソース光の一部は、蛍光に変換されることなく蛍光体を通過し、レンズ３１、３２、ミラー６１、６２、及びレンズ３３を介して蛍光体ホイール７０のダイクロイックフィルタに入射する。このソース光は、ダイクロイックフィルタによって反射され、レンズ３３、ミラー６２、６１、レンズ３２、３１を介して蛍光体ホイール７０の蛍光体に再び入射する。
（照明光学系１１の構成）
照明光学系１１は、ロッドインテグレータ３４、レンズ３５、レンズ３６、及びレンズ３７を備える。光源装置１０によって発生された照明光は、ロッドインテグレータ３４に入射する。ロッドインテグレータ３４は、光源装置１０から出射された照明光の強度分布を均一化する。ロッドインテグレータ３４は、ガラスなどの透明部材によって構成される中実のロッドであってもよく、又は、内壁がミラー面として構成された中空のロッドであってもよい。ロッドインテグレータ３４から出射された照明光は、レンズ３５、レンズ３６、レンズ３７を介して、変調装置１２に送られる。
（変調装置１２の構成）
変調装置１２は、光変調素子４１及びプリズム４２を備える。光変調素子４１は、例えば、複数の可動式の微小ミラーを有するＤＭＤ（Digital Mirror Device）である。プリズム４２は、ダイクロイックミラー４２ａを備える。ダイクロイックミラー４２ａは、照明光学系１１から入射した照明光を全反射して光変調素子４１へ導く。光変調素子４１は、投写型映像表示装置１００の制御回路（図示せず）によって、映像信号に応じて、かつ、照明光のどの色成分の光が入力されているかに応じて制御され、照明光の各色成分の光を時分割で変調する。光変調素子４１によって照明光を変調することにより発生した映像光の各色成分の光は、プリズム４２を透過して投写光学系１３へ送られる。
（投写光学系１３の構成）
投写光学系１３は、１つ又は複数の投写レンズを備え、映像光を、投写型映像表示装置１００の外部のスクリーン（図示せず）へ拡大して投写する。
（蛍光体ホイール７０）
図２及び図３を参照して、蛍光体ホイール７０の構成を説明する。図２は、図１の蛍光体ホイール７０の構成を示す側面図である。図３は、図１の蛍光体ホイール７０の構成を示す平面図である。図２は、図１と同じ方向から蛍光体ホイール７０を見た場合の断面図を示す。図３は、図２の右側から蛍光体ホイール７０を見た場合の平面図を示す。
蛍光体ホイール７０は、基板７１、ダイクロイックフィルタ７２、蛍光体７３ａ及び７３ｂ、拡散膜７３ｃ、駆動装置７４、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃ、第１の透過窓Ｗ１、及び第２の透過窓Ｗ２を備える。
基板７１は、透明材料からなり、回転軸７４ｃ（後述）の周りに回転可能である。基板７１は、例えば、高い熱伝導率を有するサファイア基板で構成される。
ダイクロイックフィルタ７２は、基板７１において、回転軸７４ｃから半径ｒ１を有する円周を含む領域に形成される。ダイクロイックフィルタ７２は、ソース光の波長を有する入射光を透過し、ソース光の波長とは異なる波長を有する入射光を反射する。例えば、ダイクロイックフィルタ７２は、４８０ｎｍ以下の波長を有する可視域の入射光を透過し、４８０ｎｍより長い波長を有する可視域の入射光を反射する。これにより、ダイクロイックフィルタ７２は、光源２０から入射したソース光を透過し、また、ソース光で蛍光体７３ａ及び７３ｂを励起することにより発生した蛍光を反射する。
蛍光体７３ａ及び７３ｂは、基板７１において、回転軸７４ｃから半径ｒ１を有する円周を含む領域のうち、回転軸７４ｃからみて所定の角度幅を有する領域にそれぞれ形成される。蛍光体７３ａ及び７３ｂは、ソース光の波長を有する入射光によって励起されて、ソース光の波長とは異なる波長を有する蛍光をそれぞれ発生する。
透過窓Ｗ１は、基板７１において、回転軸７４ｃから半径ｒ１を有する円周を含む領域のうち、蛍光体７３ａ及び７３ｂの領域とは別の領域に形成され、入射光を透過する。拡散膜７３ｃは、入射光を拡散する拡散材料を含み、透過窓Ｗ１の上に形成される。
蛍光体によって発生された蛍光は、それ自体、空間的に拡散されている（すなわち、蛍光体から放射状に出射する）。従って、照明光の各色成分のうち、蛍光から抽出された各色成分の光（例えば、黄色光、赤色光、及び緑色光など；「蛍光成分光」という）もまた、空間的に拡散されて均一な強度分布を有する。一方、固体発光素子によって発生されたソース光は、細い光束を有する。従って、照明光の各色成分のうち、蛍光から抽出されたものではない色成分の光（例えば青色光；「非蛍光成分光」という）が、特定の領域に集中した空間的に不均一な強度分布を有するおそれがある。照明光のいずれかの色成分の光が空間的に不均一な強度分布を有する場合、映像光にムラが生じることになる。従って、蛍光体ホイール７０の前段に拡散板６０を設けるとともに、蛍光体ホイール７０に拡散膜７３ｃを設けることで、非蛍光成分光の空間的な強度分布を、蛍光成分光の空間的な強度分布に合わせて均一化する。これにより、映像光のムラを低減することができる。
蛍光体７３ａ及び７３ｂ、及び拡散膜７３ｃは、例えば、図２に示すように、ダイクロイックフィルタ７２の上に形成されてもよい。
ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃは、基板７１において、回転軸７４ｃから半径ｒ１とは異なる半径ｒ２を有する円周を含む領域のうち、回転軸７４ｃからみて所定の角度幅を有する領域に形成される。ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃは、蛍光の所定の色成分の光の波長を有する入射光を透過し、ソース光の波長を有する入射光を反射する。これにより、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃは、蛍光体７３ａ及び７３ｂで発生した蛍光の所定の色成分の光を透過し、また、光源２０から蛍光体ホイール７０の蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射し、蛍光に変換されることなく蛍光体７３ａ及び７３ｂを通過したソース光を反射する。
透過窓Ｗ２は、基板７１において、半径ｒ２を有する円周を含む領域のうち、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃとは別の領域に形成され、入射光を透過する。
図２及び図３の例では、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃ及び透過窓Ｗ２は、蛍光体７３ａ及び７３ｂ、及び拡散膜７３ｃの内側（すなわち、蛍光体７３ａ及び７３ｂ、及び透過窓Ｗ１の内側）に形成される（ｒ１＞ｒ２）。
駆動装置７４は、投写型映像表示装置１００の制御回路（図示せず）の制御下で、基板７１を回転軸７４ｃの周りに回転させる。駆動装置７４は、モータ７４ａ、取り付け具７４ｂ、及び回転軸７４ｃを備える。基板７１は、取り付け具７４ｂを介してモータ７４ａに取り付けられる。取り付け具７４ｂは、例えば、基板７１をハブ及び抑え部材で挟み込んでネジで固定する。
（蛍光体７３ａ及び７３ｂ、及び拡散膜７３ｃ）
蛍光体７３ａは、回転軸７４ｃからみて所定の角度幅を有する領域に塗布され、約４５５ｎｍの波長を有する青色光によって励起され、例えば、約５７０ｎｍの主波長を有する黄色光を含む黄色蛍光を発生する。蛍光体７３ｂは、蛍光体７３ａの領域とは別の領域であって、回転軸７４ｃからみて所定の角度幅を有する領域に塗布され、約４５５ｎｍの波長を有する青色光によって励起され、例えば、約５５０ｎｍの主波長を有する緑色光を含む緑色蛍光を発生する。蛍光体７３ａは、黄色蛍光を発生する黄色蛍光体と、バインダとの混合物で構成される。蛍光体７３ｂは、緑色蛍光を発生する緑色蛍光体と、バインダとの混合物で構成される。黄色蛍光体は、例えばＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋である。緑色蛍光体は、例えばＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋である。バインダは、透明材料、例えばシリコーン樹脂からなる。蛍光体７３ａ及び７３ｂの厚さ及び濃度は、入射するソース光のうち、所望の割合の光を透過するように調整される。
拡散膜７３ｃには、所定の屈折率を有する透明材料からなるバインダと、バインダの屈折率とは異なる屈折率を有する拡散材料との混合物が、回転軸７４ｃからみて所定の角度幅を有する領域に塗布されている。バインダは、例えばシリコーン樹脂からなる。拡散材料は、例えばガラスビーズである。また、拡散膜７３ｃの厚さ、拡散材料の屈折率及び濃度は、入射するソース光を所望の角度で拡散するように調整される。
光源２０によって発生されたソース光は、蛍光体ホイール７０に対して図２の左側の面から入射し、蛍光体７３ａ及び７３ｂ、及び拡散膜７３ｃに入射する。駆動装置７４は、映像の１フレーム（例えば、１／６０秒）に相当する時間で基板７１を１回転させる。すなわち、光源２１０から蛍光体ホイール７０に入射したソース光は、１フレームに相当する時間で、順に、蛍光体７３ａに入射し、蛍光体７３ｂに入射し、拡散膜７３ｃに入射する。
蛍光体７３ａは、入射したソース光により励起され、黄色蛍光を等方的に発生する。蛍光体７３ｂは、入射したソース光により励起され、緑色蛍光を等方的に発生する。蛍光体により発生した黄色蛍光及び緑色蛍光のうち、図２の左向き（光源２０から蛍光体ホイール７０に入射したソース光の進行方向（右向き）とは逆の向き）に発生した部分は、ダイクロイックフィルタ７２によって反射される。従って、図２の左向きに発生した蛍光は、図２の右向きに発生した蛍光とともに、蛍光体ホイール７０の右側の面から出射する。拡散膜７３ｃに入射したソース光は、拡散材料により拡散されて拡散透過し、蛍光体ホイール７０の右側の面から出射する。
このように発生された黄色蛍光、緑色蛍光、及び拡散されたソース光は、レンズ３１及び３２、ミラー６１及び６２、及びレンズ３３を含む光学系を介して、蛍光体ホイール７０のダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃ及び透過窓Ｗ２に入射する。
（ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃ及び透過窓Ｗ２）
ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃ及び透過窓Ｗ２は、例えば図３に示すように、回転軸７４ｃからみて所定の角度幅を有する扇形の領域にそれぞれ形成される。ダイクロイックフィルタ８２ａ及び８２ｃは、例えば、４８０ｎｍより長い波長を有する可視域の入射光を透過し、４８０ｎｍ以下の波長を有する可視域の入射光を反射する。ダイクロイックフィルタ８２ｂは、例えば、６００ｎｍより長い波長を有する可視域の入射光を透過し、６００ｎｍ以下の波長を有する可視域の入射光を反射する。透過窓Ｗ２は、拡散膜７３ｃにより拡散されたソース光を透過する。透過窓Ｗ２は、透明材料からなる基板７１において、例えば、ダイクロイックフィルタを形成せず、基板７１自体を露出させた領域として形成される。
蛍光体ホイール７０と、レンズ３１及び３２、ミラー６１及び６２、及びレンズ３３を含む光学系とは、蛍光体７３ａによって発生した黄色蛍光が、ダイクロイックフィルタ８２ａ及び８２ｂに入射するように構成される。同様に、蛍光体ホイール７０及び関連付けられた光学系は、蛍光体７３ｂによって発生した緑色蛍光が、ダイクロイックフィルタ８２ｃに入射するように構成される。同様に、蛍光体ホイール７０及び関連付けられた光学系は、拡散膜７３ｃの拡散材料によって拡散されたソース光が、透過窓Ｗ２に入射するように構成される。よって、ダイクロイックフィルタ８２ａ及び８２ｂの角度幅の和は、蛍光体７３ａの領域の角度幅に等しくなるように設定される。また、ダイクロイックフィルタ８２ｃの角度幅は、蛍光体７３ｂの領域の角度幅に等しくなるように設定される。また、透過窓Ｗ２の角度幅は、拡散膜７３ｃの領域（すなわち、透過窓Ｗ１の領域）の角度幅に等しくなるように設定される。
蛍光体７３ａからの黄色蛍光がダイクロイックフィルタ８２ａに入射するとき、ダイクロイックフィルタ８２ａは、４８０ｎｍより長い波長を有する光を透過し、４８０ｎｍ以下の波長を有する光を反射するので、光源装置１０は照明光として黄色光を出射する。一方、蛍光体７３ａからの黄色蛍光がダイクロイックフィルタ８２ｂに入射するとき、ダイクロイックフィルタ８２ｂは、６００ｎｍより長い波長を有する光を透過し、６００ｎｍ以下の波長を有する光を反射するので、光源装置１０は照明光として赤色光を出射する。また、蛍光体７３ｂからの緑色蛍光がダイクロイックフィルタ８２ｃに入射するとき、ダイクロイックフィルタ８２ｃは、４８０ｎｍより長い波長を有する光を透過し、４８０ｎｍ以下の波長を有する光を反射するので、光源装置１０は照明光として緑色光を出射する。また、拡散膜７３ｃからの拡散されたソース光（青色光）が透過窓Ｗ２に入射するとき、透過窓Ｗ２は青色光を透過し、光源装置１０は照明光として青色光を出射する。
（ソース光及び蛍光が進む経路）
図４は、図１の蛍光体ホイール７０の近傍においてソース光及び蛍光が進む経路を示す概略図である。図４は、図１の光源装置１０のうち、蛍光体ホイール７０及び関連付けられた光学系を拡大して示す概念図である。
光源２０から蛍光体ホイール７０に入射したソース光Ｅは、基板７１を透過して蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射する。蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射したソース光Ｅの一部は、蛍光体７３ａ及び７３ｂに吸収される。蛍光体７３ａ及び７３ｂに吸収されたソース光Ｅのエネルギーの一部は、所定の変換効率で蛍光Ｆ１に変換されて蛍光体７３ａ及び７３ｂから出射し、残りは熱に変換される。また、蛍光体７３ａ及び７３ｂに吸収されないソース光Ｅは、漏れソース光Ｅ１として蛍光体７３ａ及び７３ｂを透過して出射する。
蛍光体７３ａ及び７３ｂから出射した蛍光Ｆ１及び漏れソース光Ｅ１は、レンズ３１及び３２、ミラー６１及び６２、及びレンズ３３を介して、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃに入射する。ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃに入射した蛍光Ｆ１は、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃにより、所望の色成分の光を透過するように、かつ、その他の色成分の光を反射するようにフィルタリングされ、フィルタリングされた色成分の光Ｇ１が出射される。ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃに入射した漏れソース光Ｅ１は、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃにより反射されて戻りソース光Ｅ２となり、再び、レンズ３３、ミラー６２、ミラー６１、レンズ３２、レンズ３１を介して、蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射する。
再び蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射した戻りソース光Ｅ２の一部は、蛍光体７３ａ及び７３ｂに吸収される。蛍光体７３ａ及び７３ｂに吸収された戻りソース光Ｅ２のエネルギーの一部は、所定の変換効率で蛍光Ｆ２に変換されて蛍光体７３ａ及び７３ｂから出射し、残りは熱に変換される。また、蛍光体７３ａ及び７３ｂに吸収されない戻りソース光Ｅ２は、蛍光体７３ａ及び７３ｂ、及び基板７１を透過し、未使用のソース光Ｅ３として蛍光体ホイール７０から出射する。
蛍光体７３ａ及び７３ｂから出射した蛍光Ｆ２は、レンズ３１及び３２、ミラー６１及び６２、及びレンズ３３を介して、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃに入射する。ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃに入射した蛍光Ｆ２は、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃにより、所望の色成分の光を透過するように、かつ、その他の色成分の光を反射するようにフィルタリングされ、フィルタリングされた色成分の光Ｇ２が出射される。
当然ながら、蛍光Ｆ１及び漏れソース光Ｅ１は、蛍光体７３ａ及び７３ｂから出射してダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃに入射するとき、同一の経路に沿って進む。ここで、レンズ３１及び３２、ミラー６１及び６２、及びレンズ３３を含む光学系は、蛍光体７３ａ及び７３ｂの出射面と、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃの入射面との間で共役に構成される。従って、戻りソース光Ｅ２は、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃから出射して蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射するとき、漏れソース光Ｅ１の経路を逆向きに進む。また、蛍光Ｆ２は、蛍光体７３ａ及び７３ｂから出射してダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃに入射するとき、蛍光Ｆ１及び漏れソース光Ｅ１の経路と同じ経路に沿って進む。図４では、説明のため、蛍光Ｆ１、漏れソース光Ｅ１、戻りソース光Ｅ２、及び蛍光Ｆ２を異なる位置に示しているが、実際には、これらの光は同一の経路に沿って進む。
ソース光Ｅが蛍光体７３ａに入射したとき、蛍光体７３ａは黄色光を含む蛍光Ｆ１を発生する。黄色光を含む蛍光Ｆ１がダイクロイックフィルタ８２ａに入射するとき、フィルタリングされた色成分の光Ｇ１は黄色光を含み、照明光として黄色光が出射される。黄色光を含む蛍光Ｆ１がダイクロイックフィルタ８２ｂに入射するとき、フィルタリングされた色成分の光Ｇ１は赤色光を含み、照明光として赤色光が出射される。また、蛍光体７３ａで吸収されずに蛍光体７３ａを透過した漏れソース光Ｅ１は、ダイクロイックフィルタ８２ａ及び８２ｂにより反射されて戻りソース光Ｅ２となり、再び蛍光体７３ａに入射する。蛍光体７３ａに入射した戻りソース光Ｅ２のうち、蛍光体７３ａで吸収された部分から、蛍光体７３ａは黄色光を含む蛍光Ｆ２を発生する。蛍光Ｆ１の場合と同様に、黄色光を含む蛍光Ｆ２がダイクロイックフィルタ８２ａに入射するとき、フィルタリングされた色成分の光Ｇ２は黄色光を含み、照明光として黄色光が出射される。また、黄色光を含む蛍光Ｆ２がダイクロイックフィルタ８２ｂに入射するとき、フィルタリングされた色成分の光Ｇ２は赤色光を含み、照明光として赤色光が出射される。また、蛍光体７３ａに入射した戻りソース光Ｅ２のうち、蛍光体７３ａで吸収されない部分は、未使用のソース光Ｅ３として蛍光体ホイール７０から出射する。
ソース光Ｅが蛍光体７３ｂに入射したとき、蛍光体７３ｂは緑色光を含む蛍光Ｆ１を発生する。緑色光を含む蛍光Ｆ１がダイクロイックフィルタ８２ｃに入射するとき、フィルタリングされた色成分の光Ｇ１は緑色光を含み、照明光として緑色光が出射される。蛍光体７３ｂで吸収されずに蛍光体７３ｂを透過した漏れソース光Ｅ１は、ダイクロイックフィルタ８２ｃにより反射されて戻りソース光Ｅ２となり、再び蛍光体７３ｂに入射する。蛍光体７３ｂに入射した戻りソース光Ｅ２のうち、蛍光体７３ｂで吸収された部分から、蛍光体７３ｂは緑色光を含む蛍光Ｆ２を発生する。蛍光Ｆ１の場合と同様に、緑色光を含む蛍光Ｆ２がダイクロイックフィルタ８２ｃに入射するとき、フィルタリングされた色成分の光Ｇ２は緑色光を含み、照明光として緑色光が出射される。また、蛍光体７３ｂに入射した戻りソース光Ｅ２のうち、蛍光体７３ｂで吸収されない部分は、未使用のソース光Ｅ３として蛍光体ホイール７０から出射する。
ソース光Ｅが拡散膜７３ｃに入射したとき、拡散されたソース光Ｅが透過窓Ｗ２に入射して透過し、照明光として青色光が出射される。
（第１の実施形態の効果）
第１の実施形態に係る蛍光体ホイール７０によれば、ダイクロイックフィルタ７２及び８２ａ～８２ｃを備えたことにより、図４に示すように、蛍光体７３ａ及び７３ｂによって吸収されなかったソース光を再び蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射させ、ソース光から蛍光への変換効率を向上することができる。従って、蛍光体ホイール７０を備えた光源装置１０及び投写型映像表示装置１００を従来よりも高効率で動作させることができる。
また、一般に、投写型映像表示装置が、蛍光成分光のための光源とは別に、非蛍光成分光のための光源を備える場合、非蛍光成分光の経路に拡散板を設けることは比較的に容易である。一方、蛍光成分光及び非蛍光成分光が共通の光源から発生し、途中で分岐することなく共通の経路に沿って進む場合、蛍光成分光に影響することなく、非蛍光成分光の経路に拡散板を設けることは困難である。しかしながら、第１の実施形態に係る蛍光体ホイール７０は、基板７１に形成された拡散膜７３ｃを備えたことにより、所望の色成分の光（青色光）を他の色成分の光（黄色光、赤色光、及び緑色光）に影響することなく拡散することができる。
また、第１の実施形態に係る蛍光体ホイール７０によれば、基板７１の表面における所定の角度幅の領域に蛍光体７３ａ及び７３ｂ、及び拡散膜７３ｃをそれぞれ形成したことにより、蛍光成分光及び非蛍光成分光が共通の光源から発生して共通の経路に沿って進む場合であっても、蛍光のフィルタリングのためのホイール装置を別途に設ける必要がない。これにより、光源装置及び投写型映像表示装置のサイズ及びコストを低減することができる。
また、第１の実施形態に係る蛍光体ホイール７０によれば、基板７１の表面において回転軸７４ｃから等しい半径ｒ１の領域に蛍光体７３ａ及び７３ｂ、及び拡散膜７３ｃをそれぞれ塗布して形成したことにより、蛍光体ホイール７０の重量バランスが均一化される。従って、回転時のバランスを容易に調整することができる。
また、第１の実施形態に係る蛍光体ホイール７０によれば、１つの基板７１の上に蛍光体７３ａ及び７３ｂ、拡散膜７３ｃ、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃ、及び透過窓Ｗ１及びＷ２が一体化されているので、高耐久性の蛍光体ホイール装置を提供することができる。
（第１の実施形態の変形例）
図５は、第１の実施形態の第１の変形例に係る蛍光体ホイール７０Ａの構成を示す平面図である。蛍光体ホイール７０Ａは、図１の蛍光体ホイール７０の各構成要素に加えて、透過窓Ｗ２の上に形成された反射防止膜８２ｄを備える。これにより、ソース光が透過窓Ｗ２を透過するときの損失を低減することができ、蛍光体ホイール７０Ａを備えた光源装置１０及び投写型映像表示装置１００をより高効率で動作させることができる。
図６は、第１の実施形態の第２の変形例に係る蛍光体ホイール７０Ｂの構成を示す平面図である。蛍光体ホイール７０Ｂは、図１の拡散膜７３ｃに代えて拡散膜７３ｄを備え、さらに、透過窓Ｗ２の上に形成されたフィルタ８２ｅを備える。拡散膜７３ｄは、所定の屈折率を有する透明材料からなるバインダと、バインダの屈折率とは異なる屈折率を有する拡散材料と、ソース光によって励起されてソース光の波長とは異なる波長を有する蛍光を発生する蛍光体との混合物により形成される。これにより、拡散膜７３ｄは、入射したソース光を拡散するとともに、ソース光によって励起された蛍光を発生する。フィルタ８２ｅは、拡散膜７３ｄから出射された、拡散されたソース光と、励起された蛍光とを透過する。このフィルタ８２ｅは、例えば、５００ｎｍ以下の波長の光を透過し、５００ｎｍより大きい波長の光を反射する特性を有するダイクロイックフィルタであってもよい。ソース光と、拡散膜７３ｄにおいてソース光によって励起された蛍光のうち、５００ｎｍ以下の色成分の光とを透過することにより、光源装置１０から照明光として出射される青色光の色度を変化させることができる。
図７は、第１の実施形態の第３の変形例に係る蛍光体ホイール７０Ｃの構成を示す平面図である。蛍光体ホイール７０Ｃは、図２の透過窓Ｗ１の上に形成された拡散膜７３ｃに代えて、透過窓Ｗ２の上に形成された拡散膜８２ｆを備える。拡散膜は、透過窓Ｗ１及びＷ２のいずれの上に形成されてもよく、青色光を他の色成分の光に影響することなく拡散することができる。これにより、光源装置１０及び投写型映像表示装置１００の設計上の自由度を向上することができる。
図８は、第１の実施形態の第４の変形例に係る蛍光体ホイール７０Ｄの構成を示す側面図である。図９は、図８の蛍光体ホイール７０Ｄの構成を示す平面図である。ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃ及び透過窓Ｗ２は、図２及び図３に示すように、蛍光体７３ａ及び７３ｂ、及び拡散膜７３ｃの内側に形成されてもよく、図８及び図９に示すように、蛍光体７３ａ及び７３ｂ、及び拡散膜７３ｃの外側に形成されてもよい（ｒ１＜ｒ２）。
また、蛍光体７３ａ及び７３ｂ、及び拡散膜７３ｃは、基板７１において、図２及び図３に示すようにダイクロイックフィルタ７２と同じ側に形成されてもよく、逆の側に形成されてもよい。
（第１の実施形態のまとめ）
第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置、光源装置、及び投写型映像表示装置は、以下の構成を備える。
第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置によれば、蛍光体ホイール７０は、基板７１、第１のダイクロイックフィルタ７２、蛍光体７３ａ及び７３ｂ、第１の透過窓Ｗ１、第２のダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃ、第２の透過窓Ｗ２、及び拡散膜７３ｃを備える。基板７１は、透明材料からなり、回転軸の周りに回転可能である。ダイクロイックフィルタ７２は、基板７１において、回転軸から第１の半径ｒ１を有する円周を含む領域に形成され、第１の波長を有する入射光を透過し、第１の波長とは異なる第２の波長を有する入射光を反射する。蛍光体７３ａ及び７３ｂは、基板７１において、回転軸から第１の半径ｒ１を有する円周を含む領域のうち、回転軸からみて所定の角度幅を有する領域に形成された蛍光体であって、第１の波長を有する入射光によって励起されて第２の波長を有する蛍光を発生する。第１の透過窓Ｗ１は、基板７１において、回転軸から第１の半径ｒ１を有する円周を含む領域のうち、蛍光体７３ａ及び７３ｂの領域とは別の領域に形成され、入射光を透過する。ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃは、基板７１において、回転軸から第１の半径ｒ１とは異なる第２の半径ｒ２を有する円周を含む領域のうち、回転軸からみて所定の角度幅を有する領域に形成され、第２の波長を有する入射光を透過し、第１の波長を有する入射光を反射する。第２の透過窓Ｗ２は、基板７１において、第２の半径ｒ２を有する円周を含む領域のうち、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃとは別の領域に形成され、入射光を透過する。拡散膜７３ｃは、第１の透過窓Ｗ１及び第２の透過窓Ｗ２の一方に形成され、入射光を拡散する。
このように、ダイクロイックフィルタ７２及び８２ａ～８２ｃを備えたことにより、蛍光体７３ａ及び７３ｂによって吸収されなかったソース光を再び蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射させ、ソース光から蛍光への変換効率を向上することができる。従って、蛍光体ホイール７０を備えた光源装置１０及び投写型映像表示装置１００を従来よりも高効率で動作させることができる。
第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置によれば、拡散膜７３ｃは、所定の屈折率を有する透明材料からなるバインダと、バインダの屈折率とは異なる屈折率を有する拡散材料との混合物により形成されてもよい。また、第１の透過窓Ｗ１及び第２の透過窓Ｗ２のうち、拡散膜７３ｃが形成されていない透過窓Ｗ２は、反射防止膜を有してもよい。
これにより、非蛍光成分光の空間的な強度分布を、蛍光成分光の空間的な強度分布に合わせて均一化し、映像光のムラを低減することができる。
第１の実施形態に係る蛍光体ホイール装置によれば、拡散膜７３ｃは、所定の屈折率を有する透明材料からなるバインダと、バインダの屈折率とは異なる屈折率を有する拡散材料と、第１の波長を有する入射光によって励起されて第１の波長とは異なる第３の波長を有する蛍光を発生する蛍光体との混合物により形成されてもよい。また、第１の透過窓Ｗ１及び第２の透過窓Ｗ２のうち、拡散膜７３ｃが形成されていない透過窓Ｗ２は、第１及び第３の波長を有する入射光を透過するフィルタを有してもよい。
これにより、蛍光体ホイール７０を備えた光源装置１０から照明光として出射される青色光の色度を変化させることができる。
第１の実施形態に係る光源装置１０は、上述の蛍光体ホイール７０と、蛍光体ホイール７０を回転させる駆動装置７４と、第１の波長のソース光を発生する光源素子２１とを備える。光源装置１０はさらに、光源素子２１から蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射したソース光により励起された蛍光、又は、光源素子２１から拡散膜７３ｃに入射して拡散膜７３ｃにより拡散されたソース光を、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃ又は第２の透過窓Ｗ２に入射させるように導く光学系とを備える。
これにより、蛍光体ホイール７０を備えた光源装置１０を従来よりも高効率で動作させることができる。
第１の実施形態に係る投写型映像表示装置１００は、上述の光源装置１０を備える。
これにより、蛍光体ホイール７０を備えた投写型映像表示装置１００を従来よりも高効率で動作させることができる。
［第２の実施形態］
以下、図１０～図１７を参照して、第２の実施形態に係る投写型映像表示装置について説明する。以下では、主に、第１の実施形態に係る投写型映像表示装置との相違点について説明する。尚、第１の実施形態と同様の構成を有する部分には同一の符号を付し、その詳細な重複説明を省略する。
（投写型映像表示装置１００Ｅの概要）
図１０は、第２の実施形態に係る投写型映像表示装置１００Ｅの構成を示す概略図である。投写型映像表示装置１００Ｅは、図１の光源装置１０に代えて、光源装置１０Ｅを備える。光源装置１０Ｅは、図１の蛍光体ホイール７０に代えて、蛍光体ホイール７０Ｅ及びフィルタホイール８０を備える。
第１の実施形態は、１つの蛍光体ホイール７０に蛍光体７３ａ及び７３ｂが形成されるとともに、蛍光の各色成分を取り出すダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃが形成される場合を示し、これは、光学系を小型化するために有効な構成である。一方、第２の実施形態では、蛍光体を形成した蛍光体ホイール７０Ｅとは別に、蛍光の各色成分を取り出すダイクロイックフィルタを形成したフィルタホイール８０を設ける場合を示す。
第２の実施形態では、蛍光体ホイール７０Ｅ及びフィルタホイール８０からなる組をまとめて「蛍光体ホイール装置」ともいう。
（光源装置１０Ｅの構成）
光源装置１０Ｅは、光源２０、コンデンサレンズ３０、拡散板６０、蛍光体ホイール７０Ｅ、レンズ３１、レンズ３２、レンズ３３、フィルタホイール８０を備える。
光源２０から出射したソース光は、コンデンサレンズ３０及び拡散板６０を介して、蛍光体ホイール７０Ｅに入射する。
蛍光体ホイール７０Ｅは、入射したソース光によって励起されて、ソース光の波長とは異なる波長を有する蛍光を発生する蛍光体を備える。蛍光体ホイール７０Ｅはさらに、蛍光体の領域とは別の領域に形成され、入射したソース光を拡散する拡散膜を備える。蛍光体ホイール７０Ｅの詳細は後述する。
蛍光体ホイール７０Ｅの蛍光体から出射した蛍光は、レンズ３１及び３２、ミラー６１及び６２、レンズ３３を介して、フィルタホイール８０に入射する。同様に、蛍光体ホイール７０Ｅの拡散膜から出射したソース光は、レンズ３１及び３２、ミラー６１及び６２、レンズ３３を介して、フィルタホイール８０に入射する。
フィルタホイール８０は、入射した蛍光を透過し、入射したソース光を反射するダイクロイックフィルタを備える。フィルタホイール８０はさらに、ダイクロイックフィルタとは別の領域に形成され、入射したソース光を透過する透過窓を備える。フィルタホイール８０の詳細は後述する。
フィルタホイール８０のダイクロイックフィルタに入射した蛍光の各色成分が、ダイクロイックフィルタを透過して取り出される。蛍光体ホイール７０Ｅの拡散膜から出射してフィルタホイール８０に入射したソース光は、フィルタホイール８０の透過窓を透過する。ダイクロイックフィルタを透過した各色成分の光（例えば、黄色光、赤色光、及び緑色光）及び透過窓を透過したソース光（すなわち青色光）は、光源装置１０Ｅによって発生された照明光として照明光学系１１に進む。
以後、図１０の照明光学系１１、変調装置１２、及び投写光学系１３は、図１の対応する構成要素と同様に動作する。
（蛍光体ホイール７０Ｅの構成）
図１１及び図１２を参照して、蛍光体ホイール７０Ｅの構成を説明する。図１１は、図１０の蛍光体ホイール７０Ｅの構成を示す側面図である。図１２は、図１０の蛍光体ホイール７０Ｅの構成を示す平面図である。図１１は、図１０と同じ方向から蛍光体ホイール７０Ｅを見た場合の断面図を示す。図１２は、図１０の左側から蛍光体ホイール７０Ｅを見た場合の平面図を示す。蛍光体ホイール７０Ｅは、図２及び図３の蛍光体ホイール７０からダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃ及び透過窓Ｗ２を除去した構成を有する。
（フィルタホイール８０）
図１３及び図１４を参照して、フィルタホイール８０の構成を説明する。図１３は、図１０のフィルタホイール８０の構成を示す側面図である。図１４は、図１０のフィルタホイール８０の構成を示す平面図である。図１３は、図１０と同じ方向からフィルタホイール８０を見た場合の断面図を示す。図１４は、図１０の右側からフィルタホイール８０を見た場合の平面図を示す。
フィルタホイール８０は、基板８１、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃ、透過窓Ｗ２、反射防止膜８３、及び駆動装置８４を備える。
基板８１は、透明材料からなり、回転軸８４ｃ（後述）の周りに回転可能である。基板８１は、例えば、可視光の全帯域にわたって高透過性を有するガラス基板で構成される。
ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃは、基板８１において、回転軸８４ｃからみて所定の角度幅を有する領域に形成される。ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃは、蛍光の所定の色成分の光の波長を有する入射光を透過し、ソース光の波長を有する入射光を反射する。これにより、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃは、蛍光体７３ａ及び７３ｂで発生した蛍光の所定の色成分の光を透過し、また、光源２０から蛍光体ホイール７０の蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射し、蛍光に変換されることなく蛍光体７３ａ及び７３ｂを通過したソース光を反射する。
透過窓Ｗ２は、基板８１において、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃとは別の領域に形成され、入射光を透過する。
フィルタホイール８０のダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃ及び透過窓Ｗ２は、実質的に、図２及び図３の対応する構成要素と同様に構成される。
反射防止膜８３は、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃを透過した各色成分の光及び透過窓Ｗ２を透過したソース光を透過して、フィルタホイール８０から出射させる。フィルタホイール８０において、反射防止膜８３は、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃとは逆の側の面に形成される。例えば、フィルタホイール８０において、蛍光体ホイール７０Ｅから蛍光及びソース光が入射する側の面（すなわち、図１３の右側の面）にダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃを形成し、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃを透過した各色成分の光及び透過窓Ｗ２を透過したソース光が出射する面（すなわち、図１３の左側の面）に反射防止膜８３を形成してもよい。
駆動装置８４は、投写型映像表示装置１００Ｅの制御回路（図示せず）の制御下で、基板８１を回転軸８４ｃの周りに回転させる。駆動装置８４は、モータ８４ａ、取り付け具８４ｂ、及び回転軸８４ｃを備える。基板８１は、取り付け具８４ｂを介してモータ８４ａに取り付けられる。取り付け具８４ｂは、例えば、基板８１をハブ及び抑え部材で挟み込んでネジで固定する。
光源装置１０Ｅは、蛍光体７３ａによって発生した黄色蛍光がダイクロイックフィルタ８２ａ及び８２ｂに入射し、かつ、蛍光体７３ｂによって発生した緑色蛍光がダイクロイックフィルタ８２ｃに入射し、かつ、拡散膜７３ｃの拡散材料によって拡散されたソース光が透過窓Ｗ２に入射するように構成される。このため、第１の実施形態と同様に、よって、ダイクロイックフィルタ８２ａ及び８２ｂの角度幅の和は、蛍光体７３ａの領域の角度幅に等しくなるように設定される。また、ダイクロイックフィルタ８２ｃの角度幅は、蛍光体７３ｂの領域の角度幅に等しくなるように設定される。また、透過窓Ｗ２の角度幅は、拡散膜７３ｃの領域（すなわち、透過窓Ｗ１の領域）の角度幅に等しくなるように設定される。さらに、蛍光体ホイール７０Ｅ及びフィルタホイール８０は、互いに予め決められた位相差を有して、互いに同じ回転数で同期して回転される。
（ソース光及び蛍光が進む経路）
図１５は、図１０の蛍光体ホイール７０Ｅ及びフィルタホイール８０の近傍において励起光及び蛍光が進む経路を示す概略図である。図１５は、図１０の光源装置１０Ｅのうち、蛍光体ホイール７０Ｅ、フィルタホイール８０、及び関連付けられた光学系を拡大して示す概念図である。
図１５の場合もまた、図４の場合と同様に、漏れソース光Ｅ１はダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃによって反射されて戻りソース光Ｅ２となり、再び蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射する。蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射した戻りソース光Ｅ２のうち、蛍光体７３ａ及び７３ｂで吸収された部分から、蛍光体７３ａ及び７３ｂは蛍光Ｆ２を発生する。これにより、第１の実施形態の場合と同様に、蛍光体７３ａ及び７３ｂによって吸収されなかったソース光を再び蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射させ、ソース光から蛍光への変換効率を向上することができる。
（第２の実施形態の効果）
従来、蛍光をフィルタリングしてその色成分を取り出すフィルタホイール装置は、扇形形状のフィルタ板及び拡散板を配列して固定した構成を有するものが多く、コストが高く、また、十分に高い耐久性を実現することが困難であった。第２の実施形態に係る光源装置１０Ｅによれば、蛍光体ホイール７０Ｅに拡散膜７３ｃを設けることで、フィルタホイール８０に光拡散機能を設ける必要がないので、コストを低減し、耐久性を向上することができる。
（第２の実施形態の変形例）
図１６は、第２の実施形態の変形例に係る蛍光体ホイール７０Ｆの構成を示す平面図である。図１７は、第２の実施形態の変形例に係るフィルタホイール８０Ｆの構成を示す平面図である。蛍光体ホイール７０Ｆは、図１１の蛍光体ホイール７０Ｅの拡散膜７３ｃを除去した構成を有する。フィルタホイール８０Ｆは、図１１のフィルタホイール８０の各構成要素に加えて、透過窓Ｗ２の上に形成された拡散膜８２ｆを備える。前述のように、拡散膜は、透過窓Ｗ１及びＷ２のいずれの上に形成されてもよく、青色光を他の色成分の光に影響することなく拡散することができる。これにより、光源装置１０Ｅ及び投写型映像表示装置１００Ｅの設計上の自由度を向上することができる。
また、図５を参照して説明したように、図１１のフィルタホイール８０において、透過窓Ｗ２の上に形成された反射防止膜を備えてもよい。
また、図６を参照して説明したように、図１１の蛍光体ホイール７０Ｅの拡散膜７３ｃに代えて、バインダ、拡散材料、及び蛍光体の混合物により形成される拡散膜を備えてもよく、図１１のフィルタホイール８０において、透過窓Ｗ２の上に形成されたフィルタを備えてもよい。
（第２の実施形態のまとめ）
第２の実施形態に係る蛍光体ホイール装置、光源装置、及び投写型映像表示装置は、以下の構成を備える。
第２の実施形態に係る蛍光体ホイール装置は、第１の基板７１、ダイクロイックフィルタ７２、蛍光体７３ａ及び７３ｂ、第１の透過窓Ｗ１、第２の基板８１、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃ、第２の透過窓Ｗ２、及び拡散膜７３ｃを備える。第１の基板７１は、透明材料からなり、第１の回転軸の周りに回転可能である。ダイクロイックフィルタ７２は、第１の基板７１において、第１の回転軸から第１の半径ｒ１を有する円周を含む領域に形成され、第１の波長を有する入射光を透過し、第１の波長とは異なる第２の波長を有する入射光を反射する。蛍光体７３ａ及び７３ｂは、第１の基板７１において、第１の回転軸から第１の半径ｒ１を有する円周を含む領域のうち、第１の回転軸からみて所定の角度幅を有する領域に形成された蛍光体であって、第１の波長を有する入射光によって励起されて第２の波長を有する蛍光を発生する。第１の透過窓Ｗ１は、第１の基板７１において、第１の回転軸から第１の半径ｒ１を有する円周を含む領域のうち、蛍光体７３ａ及び７３ｂの領域とは別の領域に形成され、入射光を透過する。第２の基板８１は、透明材料からなり、第２の回転軸の周りに回転可能である。ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃは、第２の基板８１において、第２の回転軸からみて所定の角度幅を有する領域に形成され、第２の波長を有する入射光を透過し、第１の波長を有する入射光を反射する。第２の透過窓Ｗ２は、第２の基板８１において、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃとは別の領域に形成され、入射光を透過する。拡散膜７３ｃは、第１の透過窓Ｗ１及び第２の透過窓Ｗ２の一方に形成され、入射光を拡散する。
このように、ダイクロイックフィルタ７２及び８２ａ～８２ｃを備えたことにより、蛍光体７３ａ及び７３ｂによって吸収されなかったソース光を再び蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射させ、ソース光から蛍光への変換効率を向上することができる。従って、蛍光体ホイール７０を備えた光源装置１０Ｅ及び投写型映像表示装置１００Ｅを従来よりも高効率で動作させることができる。
第２の実施形態に係る蛍光体ホイール装置によれば、拡散膜７３ｃは、所定の屈折率を有する透明材料からなるバインダと、バインダの屈折率とは異なる屈折率を有する拡散材料との混合物により形成されてもよい。また、第１の透過窓Ｗ１及び第２の透過窓Ｗ２のうち、拡散膜７３ｃが形成されていない透過窓Ｗ２は、反射防止膜を有してもよい。
これにより、非蛍光成分光の空間的な強度分布を、蛍光成分光の空間的な強度分布に合わせて均一化し、映像光のムラを低減することができる。
第２の実施形態に係る蛍光体ホイール装置によれば、拡散膜７３ｃは、所定の屈折率を有する透明材料からなるバインダと、バインダの屈折率とは異なる屈折率を有する拡散材料と、第１の波長を有する入射光によって励起されて第１の波長とは異なる第３の波長を有する蛍光を発生する蛍光体との混合物により形成されてもよい。また、第１の透過窓Ｗ１及び第２の透過窓Ｗ２のうち、拡散膜７３ｃが形成されていない透過窓Ｗ２は、第１及び第３の波長を有する入射光を透過するフィルタを有してもよい。
これにより、蛍光体ホイール装置を備えた光源装置１０Ｅから照明光として出射される青色光の色度を変化させることができる。
第２の実施形態に係る光源装置１０Ｅは、上述の蛍光体ホイール装置と、第１の基板７１を回転させる駆動装置７４と、第２の基板８１を回転させる駆動装置８４と、第１の波長のソース光を発生する光源素子２１とを備える。第１の基板７１及び第２の基板８１は、光源素子２１から蛍光体７３ａ及び７３ｂに入射したソース光により励起された蛍光、又は、光源素子２１から拡散膜７３ｃに入射して拡散膜７３ｃにより拡散されたソース光が、ダイクロイックフィルタ８２ａ～８２ｃ又は第２の透過窓Ｗ２に入射するように配置される。
これにより、蛍光体ホイール装置を備えた光源装置１０Ｅを従来よりも高効率で動作させることができる。
第２の実施形態に係る投写型映像表示装置１００Ｅは、上述の光源装置１０Ｅを備える。
これにより、蛍光体ホイール装置を備えた投写型映像表示装置１００Ｅを従来よりも高効率で動作させることができる。
本開示の態様に係る蛍光体ホイール装置は、光源装置及び投写型映像表示装置に適用可能である。
本開示の一例として、投写型映像表示装置の光源装置を参照して説明したが、本開示の態様に係る光源装置はこれに限定されるものではなく、例えばヘッドランプなどの照明装置であってもよい。
１０，１０Ｅ…光源装置、
２０…光源、
７０，７０Ａ～７０Ｆ…蛍光体ホイール、
７１…基板、
７２…ダイクロイックフィルタ、
７３ａ，７３ｂ…蛍光体、
７３ｃ…拡散膜、
７３ｄ…拡散膜、
８０，８０Ｄ…フィルタホイール、
８１…基板、
８２ａ～８２ｃ…ダイクロイックフィルタ、
８２ｄ…反射防止膜、
８２ｅ…フィルタ、
８２ｆ…拡散膜、
８３…反射防止膜、
Ｗ１，Ｗ２…透過窓、
１００，１００Ｅ…投写型映像表示装置。

Claims (7)

  1. 回転軸の周りに回転可能な基板と、
    前記基板において、前記回転軸から第１の半径を有する円周を含む領域に形成され、第１の波長を有する入射光を透過し、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する入射光を反射する第１のダイクロイックフィルタと、
    前記基板において、前記回転軸から第１の半径を有する円周を含む領域のうち、前記回転軸からみて所定の角度幅を有する領域に形成された蛍光体であって、前記第１の波長を有する入射光によって励起されて前記第２の波長を有する蛍光を発生する蛍光体と、
    前記基板において、前記回転軸から第１の半径を有する円周を含む領域のうち、前記蛍光体の領域とは別の領域に形成され、入射光を透過する第１の透過窓と、
    前記基板において、前記回転軸から前記第１の半径とは異なる第２の半径を有する円周を含む領域のうち、前記回転軸からみて所定の角度幅を有する領域に形成され、前記第２の波長を有する入射光を透過し、前記第１の波長を有する入射光を反射する第２のダイクロイックフィルタと、
    前記基板において、前記回転軸に対して前記第１の透過窓と対向するように配置され、前記第２の半径を有する円周を含む領域のうち、前記第２のダイクロイックフィルタとは別の領域に形成され、入射光を透過する第２の透過窓と、
    前記第１及び第２の透過窓の一方に形成され、入射光を拡散する拡散膜とを備え、
    前記拡散膜は、所定の屈折率を有する透明材料からなるバインダと、前記バインダの屈折率とは異なる屈折率を有する拡散材料と、前記第１の波長を有する入射光によって励起されて前記第１の波長とは異なる第３の波長を有する蛍光を発生する蛍光体との混合物により形成された、
    蛍光体ホイール装置。
  2. 第１の回転軸の周りに回転可能な第１の基板と、
    前記第１の基板において、前記第１の回転軸から第１の半径を有する円周を含む領域に形成され、第１の波長を有する入射光を透過し、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する入射光を反射する第１のダイクロイックフィルタと、
    前記第１の基板において、前記第１の回転軸から第１の半径を有する円周を含む領域のうち、前記第１の回転軸からみて所定の角度幅を有する領域に形成された蛍光体であって、前記第１の波長を有する入射光によって励起されて前記第２の波長を有する蛍光を発生する蛍光体と、
    前記第１の基板において、前記第１の回転軸から第１の半径を有する円周を含む領域のうち、前記蛍光体の領域とは別の領域に形成され、入射光を透過する第１の透過窓と、
    第２の回転軸の周りに回転可能な第２の基板と、
    前記第２の基板において、前記第２の回転軸からみて所定の角度幅を有する領域に形成され、前記第２の波長を有する入射光を透過し、前記第１の波長を有する入射光を反射する第２のダイクロイックフィルタと、
    前記第２の基板において、前記第２のダイクロイックフィルタとは別の領域に形成され、入射光を透過する第２の透過窓と、
    前記第１及び第２の透過窓の一方に形成され、入射光を拡散する拡散膜とを備え、
    前記拡散膜は、所定の屈折率を有する透明材料からなるバインダと、前記バインダの屈折率とは異なる屈折率を有する拡散材料と、前記第１の波長を有する入射光によって励起されて前記第１の波長とは異なる第３の波長を有する蛍光を発生する蛍光体との混合物により形成され、
    前記第１の基板の前記第１の回転軸周りの回転と、前記第２の基板の前記第２の回転軸周りの回転とは互いに同期して行われ、前記第１の透過窓を透過した前記入射光が前記第２の透過窓を透過可能なように、前記第１の基板と前記第２の基板とが互いに離間して配置されている、
    蛍光体ホイール装置。
  3. 前記第１及び第２の透過窓のうち、前記拡散膜が形成されていない透過窓は、前記第１及び第３の波長を有する入射光を透過するフィルタを有する、
    請求項１記載の蛍光体ホイール装置。
  4. 前記第１及び第２の透過窓のうち、前記拡散膜が形成されていない透過窓は、前記第１及び第３の波長を有する入射光を透過するフィルタを有する、
    請求項２記載の蛍光体ホイール装置。
  5. 請求項１または３記載の蛍光体ホイール装置と、
    前記蛍光体ホイール装置を回転させる駆動装置と、
    前記第１の波長のソース光を発生する光源素子と、
    前記光源素子から前記蛍光体に入射したソース光により励起された蛍光、又は、前記光源素子から前記拡散膜に入射して前記拡散膜により拡散されたソース光を、前記第２のダイクロイックフィルタ又は前記第２の透過窓に入射させるように導く光学系とを備えた、
    光源装置。
  6. 請求項２または４記載の蛍光体ホイール装置と、
    前記蛍光体ホイール装置の前記第１の基板を回転させる第１の駆動装置と、
    前記蛍光体ホイール装置の前記第２の基板を回転させる第２の駆動装置と、
    前記第１の波長のソース光を発生する光源素子とを備え、
    前記第１及び第２の基板は、前記光源素子から前記蛍光体に入射したソース光により励起された蛍光、又は、前記光源素子から前記拡散膜に入射して前記拡散膜により拡散されたソース光が、前記第２のダイクロイックフィルタ又は前記第２の透過窓に入射するように配置された、
    光源装置。
  7. 請求項５または６記載の光源装置を備える、
    投写型映像表示装置。
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