WO2017126027A1 - 蛍光体ホイールとこれを用いた発光ユニットおよびプロジェクタ - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a phosphor wheel, a light emitting unit using the phosphor wheel, and a projector.
  • LD light has a small light emitting point and very high directivity, it is possible to condense high-power light at an extremely small light emitting point.
  • a phosphor that emits completely diffused light has a smaller light emission area when excited by a smaller irradiation area of LD light. Therefore, the Etendue, which is obtained from the light emitting area and the radiation solid angle and serves as an index of light use efficiency, can be reduced, and the fluorescence can be used efficiently.
  • the fact that light can be used efficiently leads to many effects such as improvement in image quality, suppression of cooling capacity, power saving, and cost reduction. That is, the smaller the area of the LD light irradiated to the phosphor, the better.
  • the phosphor is not provided at all the incident positions of the excitation light, and part of it is a reflection surface or transmission surface, and the reflected or transmitted excitation light is used as a part of a plurality of color light sources.
  • the phosphor wheel having such a configuration, if the irradiation area of the LD light on the reflection surface or transmission surface is narrow, the power density of the LD light is high. The life of the body wheel is shortened.
  • substrate materials and coating agents that have durability against LD light, but this causes an increase in cost. This can occur in the same way when using extremely strong excitation light, even if it is other than LD light.
  • the present invention achieves a high-luminance, long-life, high-reliability phosphor by reducing the etendue of excitation light incident on the phosphor of the phosphor wheel and reducing the load on the optical component.
  • a wheel, a light emitting unit using the same, and a projector are realized.
  • the phosphor wheel according to the present invention has a phosphor carrying surface on which a phosphor that generates fluorescence by incident light is formed, and a reflecting surface that reflects the incident light,
  • the fluorescent carrying surface and the reflecting surface are made parallel to each other and have a distance in a direction perpendicular to each surface.
  • a light emitting unit comprises the above phosphor wheel, A light source that outputs light as the incident light; A mixing optical system that reflects the output light of the light source toward the phosphor wheel, and transmits the fluorescence generated by the phosphor wheel and the reflected light; and A lens that focuses the output light of the light source on the surface of the phosphor, and Fluorescence and reflected light generated by the phosphor wheel that has passed through the mixing optical system are output.
  • a projector includes the light emitting unit described above, An image projection unit that forms and projects image light using fluorescence and reflected light generated by the phosphor wheel output from the light emitting unit.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a projector according to the present invention.
  • the projector according to this embodiment includes a phosphor wheel 100, an LD 401, an optical component group 406, and an image forming unit 409.
  • the phosphor wheel 100, the LD 401, and the optical component group 406 constitute a light emitting unit.
  • the optical component group 406 includes lenses 402 and 405, a polarization beam splitter 403, and a phase difference plate 404.
  • the LD 401 generates blue LD light. It is known that LD light is generally linearly polarized light. Accordingly, when the LD 401 is rotated around the optical axis of the laser beam, the polarization direction is also rotated.
  • the LD 401 is installed so that the LD light generated by the LD 401 is incident on the polarization beam splitter 403 in the state of S polarization.
  • the polarization beam splitter 403 is formed with a dielectric multilayer film that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light. The transmission and reflection characteristics of the polarizing beam splitter 403 are particularly favorable for blue light.
  • the polarizing beam splitter 403 transmits yellow light regardless of the polarization characteristics.
  • the retardation plate 404 rotates the direction of the linearly polarized light passing therethrough by a predetermined angle. By passing twice, the S-polarized light is converted into P-polarized light, and the P-polarized light is converted into S-polarized light.
  • the lenses 402 and 405 focus the LD light generated by the LD 401 on the surface of the phosphor provided on the phosphor wheel 100.
  • a lens may be single and may be three or more.
  • the LD light generated by the LD 401 configured as described above enters the polarization beam splitter 403 via the lens 402 in the S-polarized state, is reflected toward the phosphor wheel 100 by the polarization beam splitter 403, and the lens 405. Then, the light enters the phosphor wheel 100.
  • FIG. 2 is a plan view of the phosphor wheel 100 as seen from the irradiation direction of the LD light.
  • the substrate 101 constituting the phosphor wheel 100 is made of a metal that reflects LD light that is excitation light.
  • the substrate 101 is used by being rotated by a motor (not shown), and has a disk shape in which LD light is irradiated to the same position from the rotation center.
  • a phosphor 102 that generates fluorescence by the irradiation of the LD light and a reflection surface 103 that exposes the substrate 101 as it is and reflects the LD light are formed.
  • the phosphor 102 is made of a material that emits yellow fluorescence with respect to blue excitation light.
  • 3 and 4 are diagrams showing the irradiation state of the LD light, and are partial side views as seen from the direction perpendicular to the optical axis of the LD light.
  • the LD light is irradiated from the upper side to the lower side of the drawing.
  • the phosphor carrying surface 104 and the reflecting surface 103 on which the phosphor 102 is formed are parallel to each other, and a step is formed so as to have a distance with respect to the incident direction of the LD light that is perpendicular to each surface.
  • the phosphor 102 is formed on the phosphor carrying surface 104 with a certain thickness by coating or bonding.
  • the surface of the phosphor 102 and the reflecting surface 103 are parallel to each other, and a step is formed so as to have a distance with respect to the incident direction of the LD light that is perpendicular to each surface.
  • blue LD light 105 that is excitation light is irradiated through an optical system (lenses 402 and 405) that forms a focal point on the surface of the phosphor 102.
  • the LD light 105 with which the phosphor 102 is irradiated has a narrower irradiation area, a higher power density, and a higher phosphor light output and a smaller etendue.
  • a small etendue leads to an improvement in the efficiency of the light emitting unit and an improvement in the overall efficiency of the projector apparatus using this unit.
  • the LD light 105 irradiated to the reflecting surface 103 that is one step lower than the phosphor carrying surface 104 on which the phosphor 102 is formed is irradiated in a diffused state after being condensed once.
  • the irradiation area is wider than the state, and the power density of the LD light is lowered. Therefore, the load on the reflecting surface 103 is reduced, and the deterioration speed of the reflecting surface 103 is suppressed. Therefore, the life of the entire phosphor wheel 100 can be improved, and the reliability can be improved.
  • the LD light 105 that is excitation light is configured to focus on the surface of the phosphor 102, the generated fluorescence becomes completely diffused light.
  • the distance between the optical component group and the phosphor should be narrow.
  • the phosphor carrying surface 104 on which the phosphor 102 is formed is arranged at a position closer to the side on which the LD light 105 is incident than the reflecting surface 103, and is configured to be close to the optical component group 406.
  • the phosphor carrying surface 104 and the reflecting surface 103 are arranged on the same plane.
  • the phosphor carrying surface is different.
  • the optical system after the light emitting unit provided with the phosphor wheel 100 can be used for either fluorescence or reflected LD light. It will be suitable.
  • the irradiation area of the LD light 105 on the reflecting surface 103 can be adjusted in accordance with the power of the LD light 105, the durability of the reflecting surface 103, and the like.
  • the size can be changed.
  • yellow fluorescence and blue LD light enter the polarization beam splitter 403 from the phosphor wheel 100 in time series.
  • the blue LD light is P-polarized by passing through the phase difference plate 404 twice, both the yellow fluorescent light and the blue LD light are transmitted through the polarization beam splitter 403, and are used as illumination light 407.
  • the light enters the image projection unit 408.
  • the polarization beam splitter 403 and the phase difference plate 404 function as a mixing optical system that allows the fluorescence and reflected light generated by the phosphor wheel 100 to pass therethrough.
  • the LD light and the illumination light 407 incident on the phosphor wheel 100 are shown to have different optical axes, but this is for easy understanding of the traveling state of each light. Passes on the same axis. Further, in FIG. 1, the phosphor wheel 100 is also shown tilted with respect to the LD light, but this is also for easy understanding of the reflection state. LD light is incident vertically.
  • the image projection unit 408 includes a color separation optical system that separates yellow fluorescence of incident illumination light 407 into red and green, and uses it as red, green, and blue illumination light together with blue LD light.
  • the image projection unit 408 is formed by an image forming element such as a DMD (Digital Micromirror Device) or LCD (Liquid Crystal Display) provided for each color, and each image forming element.
  • An image composition projection unit that synthesizes and projects the image light of each color is provided, and projection light 409 is output from the image composition projection unit.
  • FIG. 5 and FIG. 6 are partial side views showing the structure of the phosphor wheel that is the main part of the second embodiment according to the present invention.
  • the configuration other than the phosphor wheel is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 5 and 6 are views showing the irradiation state of the LD light 105, as in FIGS. 3 and 4, and are partial side views seen from the direction perpendicular to the optical axis of the LD light 105.
  • FIG. 5 and 6, the LD light 105 is emitted from the upper side to the lower side of the drawing.
  • the phosphor carrying surface 104 and the reflecting surface 103 on which the phosphor 102 is formed are parallel to each other, and a step is formed so as to have a distance with respect to the incident direction of the LD light that is perpendicular to each surface. Yes.
  • the phosphor 102 is formed on the phosphor carrying surface 104 with a certain thickness by coating or bonding.
  • the phosphor carrying surface 104 is installed in front of the incident direction of the LD light 105 with respect to the reflecting surface 103.
  • the present embodiment as shown in FIG. It is configured to be installed in front of the incident direction of the LD light 105 with respect to the supporting surface 104, and the phosphor supporting surface 104 is disposed in the incident direction of the LD light 105 with respect to the reflecting surface 103.
  • an optical system (lenses 402, 402) in which the blue LD light 105 as excitation light forms a focal point on the surface of the phosphor 102.
  • the LD light 105 irradiated to the reflecting surface 103 is irradiated in a state deviating from the focal position.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that the LD light 105 irradiated on the reflecting surface 103 is in a state before focusing. Also in the present embodiment, since the irradiation area of the LD light 105 on the surface of the phosphor 102 is narrow and the irradiation area of the LD light 105 on the reflecting surface 103 is widened, the etendue as a light emitting unit is reduced and the reflecting surface is also reduced. The load on 103 will be reduced.
  • the phosphor 102 and the reflecting surface 103 are arranged on the same plane, and the surface of the phosphor 102 is far from the optical component group 406.
  • the completely diffused fluorescence and the regular reflection of the LD light 105 are performed. Since the radiation angle differs from that of light, the optical system after the light emitting unit provided with the phosphor wheel is suitable for both fluorescence and reflected LD light by designing the optical system according to the surface of the phosphor 102. It will be.
  • the size of the irradiation area of the LD light 105 on the reflection surface 103 is changed by changing the height of the step provided on the substrate of the phosphor wheel according to the power of the LD light 105, the resistance of the reflection surface 103, and the like. be able to.
  • FIG. 7 is a plan view of the phosphor wheel 700 according to the present embodiment as seen from the irradiation direction of the LD light
  • FIGS. 8 and 9 are views showing the irradiation state of the LD light 105, along the optical axis of the LD light 105. It is the partial side view seen from the perpendicular direction.
  • the phosphor wheel 700 in the present embodiment is obtained by providing a glass 706 on the reflecting surface 103 of the phosphor wheel 100 shown in FIGS. Note that the glass 706 is used as a member having a refractive index, and a member other than glass may be used as long as the member has a refractive index.
  • the LD light 105 incident on the glass 706 becomes refracted refracted light 707, and the focal position moves closer to the front than the LD light 105 when the glass 706 is not provided.
  • the irradiation area becomes larger.
  • the irradiation area of the refracted light 707 on the reflecting surface 103 is determined by the height and refractive index of the glass 706, the incident angle of the LD light 105 on the glass 706, and the like. Changing the type of the glass 706 also changes the refractive index and affects the degree of refraction of the refracted light 707, so that the desired irradiation area of the refracted light 707 can be selectively obtained.
  • the LD light is focused on the surface of the phosphor, and the LD surface with a wide irradiation area deviated from the focal position is irradiated on the reflection surface, so that complete diffusion is achieved.
  • the etendue of the phosphor which is light
  • the fact that the etendue becomes smaller and the phosphor light can be used efficiently means that the amount of light that acts as unnecessary light such as stray light is reduced.
  • the image quality is improved.
  • the amount of light that is converted into heat energy is reduced, and the required cooling capacity of the entire device is reduced compared to the conventional device. Therefore, there are many effects such as downsizing of the device, power saving, and cost reduction. Obtainable.
  • the LD in each embodiment may be replaced with, for example, a light source that collects a plurality of light sources and outputs linearly polarized light by a polarization conversion device or the like, and the light source that generates excitation light is limited to the LD. Is not to be done.

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Abstract

蛍光体ホイールの蛍光体に入射する励起光のエテンデュを抑制することと、光学部品への負荷を低減することを両立させることにより、高輝度かつ長寿命、高信頼性の蛍光体ホイールとこれを用いた発光ユニットおよびプロジェクタを実現するもので、蛍光体ホイールは、入射光により蛍光を発生する蛍光体（１０２）が形成される蛍光体担持面（１０４）と、前記入射光を反射する反射面（１０３）とを有し、前記蛍光担持面と前記反射面は平行とされるとともに各面に垂直な方向に距離を有するように形成されている。

Description

蛍光体ホイールとこれを用いた発光ユニットおよびプロジェクタ
　本発明は、蛍光体ホイールとこれを用いた発光ユニットおよびプロジェクタに関する。
　近年、環境汚染の観点から水銀ランプが規制されつつある。このため、水銀ランプに代わる光源として、蛍光体を円盤状の基板と組み合わせた蛍光体ホイールに、きわめて強力な励起光、例えば、ＬＤ（Laser Diode：レーザダイオード）光を照射して蛍光体を励起し、蛍光を発生させて光源として利用する固体光源プロジェクタが多く開発され、市場で多く見られるようになっている（例えば、特許文献１（特許第５６１８１３０号公報））。
　さらに、技術開発が進み、プロジェクタの高輝度化が進んでゆくと、高出力の蛍光が必要とされるため、より高出力なＬＤ光が必要とされる。ＬＤ光は発光点が小さく、指向性が大変高いため、極めて小さな発光点に高パワーの光を集光することが可能である。完全拡散光を発する蛍光体は、より小さなＬＤ光の照射面積で励起されることにより発光面積が小さくなる。このため、発光面積と放射立体角より求められ、光の利用効率の指標となるエテンデュ（Ｅｔｅｎｄｕｅ）を小さくすることができ、効率的に蛍光を利用することができるようになる。
　また、効率よく光を利用できるということは、画質向上、冷却能力の抑制、省電力、低コスト化等、多くの効果へ繋がる。つまり、蛍光体へ照射されるＬＤ光の面積は、小さな程良い。
特許第５６１８１３０号公報
　蛍光体ホイールの中には、励起光の入射位置の全てに蛍光体が設けられず、一部が反射面もしくは透過面とされ、反射もしくは透過した励起光を複数の色光源の一部として利用する形態のものがある。このような構成の蛍光体ホイールの場合、反射面もしくは透過面におけるＬＤ光の照射面積が狭いと、ＬＤ光のパワー密度が高いことから、光学部品に対する負荷が大変高く、劣化が加速して蛍光体ホイールの寿命が短くなる。ＬＤ光に対して耐久性を備えた基板材料やコーティング剤も存在するが、コスト上昇の原因となる。このことはＬＤ光以外であっても、きわめて強力な励起光を使用する場合には同じように起こりうる。
　本発明は、蛍光体ホイールの蛍光体に入射する励起光のエテンデュを抑制することと、光学部品への負荷を低減することを両立させることにより、高輝度かつ長寿命、高信頼性の蛍光体ホイールとこれを用いた発光ユニットおよびプロジェクタを実現する。
　本発明による蛍光体ホイールは、入射光により蛍光を発生する蛍光体が形成される蛍光体担持面と、前記入射光を反射する反射面とを有し、
　前記蛍光担持面と前記反射面は平行とされるとともに各面に垂直な方向に距離を有するように形成されている。
　本発明による発光ユニットは、上記の蛍光体ホイールと、
　前記入射光となる光を出力する光源と、
　前記光源の出力光を前記蛍光体ホイールに向けて反射し、前記蛍光体ホイールにて発生した蛍光および反射光を通過させるミキシング光学系と、
　前記光源の出力光を前記蛍光体の表面で焦点を結ばせるレンズと、を有し、
　前記ミキシング光学系を通過した前記蛍光体ホイールにて発生した蛍光および反射光を出力する。
　本発明によるプロジェクタは、上記の発光ユニットと、
　前記発光ユニットから出力される前記蛍光体ホイールにて発生した蛍光および反射光を用いて画像光を形成して投写する画像投写部と、を有する。
本発明によるプロジェクタの一実施形態の構成を示すブロック図である。 蛍光体ホイール１００をＬＤ光の照射方向から見た平面図である。 ＬＤ光の照射状態を示す図であり、ＬＤ光の光軸に垂直な方向から見た部分側面図である。 ＬＤ光の照射状態を示す図であり、ＬＤ光の光軸に垂直な方向から見た部分側面図である。 ＬＤ光の照射状態を示す図であり、ＬＤ光の光軸に垂直な方向から見た部分側面図である。 ＬＤ光の照射状態を示す図であり、ＬＤ光の光軸に垂直な方向から見た部分側面図である。 本発明による第３の実施形態よる蛍光体ホイール７００をＬＤ光の照射方向から見た平面図である。 ＬＤ光の照射状態を示す図であり、ＬＤ光の光軸に垂直な方向から見た部分側面図である。 ＬＤ光の照射状態を示す図であり、ＬＤ光の光軸に垂直な方向から見た部分側面図である。
　次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　第１の実施形態
　図１は本発明によるプロジェクタの一実施形態の構成を示すブロック図である。
　本実施形態のプロジェクタは、蛍光体ホイール１００、ＬＤ４０１、光学部品群４０６、および、画像形成部４０９より構成されている。蛍光体ホイール１００、ＬＤ４０１、光学部品群４０６は発光ユニットを構成する。
　光学部品群４０６は、レンズ４０２，４０５、偏光ビームスプリッタ４０３、位相差板４０４から構成されている。
　ＬＤ４０１は青色のＬＤ光を発生する。ＬＤ光は、一般に直線偏光であることが知られている。従ってレーザービームの光軸周りにＬＤ４０１を回転させると偏光方向も回転する。本実施形態のプロジェクタでは、ＬＤ４０１が発生したＬＤ光がＳ偏光の状態で偏光ビームスプリッタ４０３に入射するようにＬＤ４０１が設置されている。
　偏光ビームスプリッタ４０３は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する特性の誘電体多層膜が形成されたもので、その透過特性および反射特性は、特に青色の光に対して良好な特性となるように設計されている。また、偏光ビームスプリッタ４０３は、黄色の光に対しては偏光特性に関わらずに透過させる。
　位相差板４０４は、通過する直線偏光の向きを所定角度回転させるもので、２回通過することにより、Ｓ偏光はＰ偏光に変換され、Ｐ偏光はＳ偏光に変換される。
　レンズ４０２，４０５は、ＬＤ４０１が発生するＬＤ光を蛍光体ホイール１００上に設けられた蛍光体の表面で焦点を結ばせる。なお、レンズは単数であってもよく、また、３個以上であってもよい。
　上記のように構成されるＬＤ４０１が発生するＬＤ光は、Ｓ偏光の状態でレンズ４０２を介して偏光ビームスプリッタ４０３に入射し、偏光ビームスプリッタ４０３により蛍光体ホイール１００に向けて反射され、レンズ４０５を介して蛍光体ホイール１００に入射する。
　図２は蛍光体ホイール１００をＬＤ光の照射方向から見た平面図である。
　蛍光体ホイール１００を構成する基板１０１は、励起光であるＬＤ光を反射する金属で構成されている。基板１０１は不図示のモータにより回転されて使用されるもので、回転中心から等しい位置にＬＤ光が照射される円板状のものである。ＬＤ光の照射位置には、ＬＤ光の照射より蛍光を発生する蛍光体１０２と、基板１０１がそのままの状態で露出してＬＤ光を反射する反射面１０３が形成されている。蛍光体１０２は青色の励起光に対して黄色の蛍光を発光する材料が使用されている。
　図３および図４は、ＬＤ光の照射状態を示す図であり、ＬＤ光の光軸に垂直な方向から見た部分側面図である。図３および図４において、ＬＤ光は図面上方から下方に向けて照射される。ここで、蛍光体１０２が形成される蛍光体担持面１０４と反射面１０３は、平行とされるとともに各面に垂直な方向となるＬＤ光の入射方向に関して距離を有するように段差が形成されている。蛍光体１０２は塗布あるいは接着により蛍光体担持面１０４上に一定の厚さに形成されている。そして、蛍光体１０２の表面と反射面１０３は、平行とされるとともに各面に垂直な方向となるＬＤ光の入射方向に関して距離を有するように段差が形成されている。
　図４に示すように、励起光である青色のＬＤ光１０５は蛍光体１０２の表面で焦点を形成するような光学系（レンズ４０２，４０５）を介して照射されている。このため、蛍光体１０２に照射されるＬＤ光１０５は照射面積がより狭いものとなり、そのパワー密度は高く、より高い蛍光体光出力とより小さなエテンデュが得られるものとなっている。小さなエテンデュは、発光ユニットの効率向上、このユニットを用いたプロジェクタ装置全体の効率向上へと繋がる。
　一方、蛍光体１０２が形成される蛍光体担持面１０４よりも一段低い反射面１０３に照射されるＬＤ光１０５は、一度集光した後に拡散した状態で照射されるため、蛍光体１０２への照射状態よりも照射面積が広くなっており、ＬＤ光のパワー密度が低くなる。そのため、反射面１０３に対する負荷は低減され、反射面１０３の劣化速度が抑えられることから、蛍光体ホイール１００全体の寿命を向上することができ、信頼性を向上することができる。
　上記のように本実施形態においては、励起光であるＬＤ光１０５は蛍光体１０２の表面で焦点を結ぶような構成とされているため、発生する蛍光は完全拡散光となる。発生した完全拡散光の多くをその後の光学部品群で取込むためには、光学部品群と蛍光体の間の距離は狭い方が良い。このため、蛍光体１０２が形成される蛍光体担持面１０４を反射面１０３よりもＬＤ光１０５が入射される側に近い位置に配置し、光学部品群４０６と近づける構成とした。
　蛍光体担持面１０４と反射面１０３を非同一面に配置することになるが、完全拡散光である蛍光とＬＤ光１０５の正反射光では、放射角度が異なるため、本実施形態では蛍光体担持面１０４上に形成される蛍光体１０２の表面に焦点が結ばれる光学系を設計することによって、蛍光体ホイール１００が設けられる発光ユニット以降の光学系は、蛍光、反射したＬＤ光のいずれにも適したものとなる。
　また、蛍光体ホイール１００の基板１０１に設けられた段差の高さを変えることで、ＬＤ光１０５のパワーや反射面１０３の耐性等に合わせて、反射面１０３でのＬＤ光１０５の照射面積のサイズは変えることが可能である。
　上記のように、回転する蛍光体ホイール１００にＬＤ光１０５が入射することにより、蛍光体ホイール１００から偏光ビームスプリッタ４０３に向けて黄色の蛍光と青色のＬＤ光が時系列に入射する。このとき、青色のＬＤ光は位相差板４０４を２回通過したことによりＰ偏光とされているため、黄色の蛍光と青色のＬＤ光はいずれも偏光ビームスプリッタ４０３を透過し、照明光４０７として画像投写部４０８に入射する。このように、偏光ビームスプリッタ４０３と位相差板４０４は蛍光体ホイール１００にて発生した蛍光および反射光を通過させるミキシング光学系として作用する。
　なお、図１において、蛍光体ホイール１００に入射するＬＤ光と照明光４０７は光軸が異なるように示されているが、これは各光の進行状態を分かりやすくするためであり、これらは実際には同軸上を通る。また、図１では蛍光体ホイール１００もＬＤ光に対して傾いた状態で示されているが、これも反射状態を分かりやすくするためのもので、実際には、蛍光体１０２および反射面１０３にＬＤ光が垂直に入射する。
　画像投写部４０８は、入射された照明光４０７のうち、黄色の蛍光については赤色と緑色に分離する色分離光学系を備え、青色のＬＤ光とともに赤、緑、青の照明光として利用する。
　また、画像投写部４０８は、各色に対して設けられたＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ：ディジタル　マイクロミラー　デバイス）やＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）等の画像形成素子、さらに、各画像形成素子により形成された各色の画像光を合成、投写する画像合成投写部を備え、該画像合成投写部より投射光４０９を出力する。
　第２の実施形態
　次に、本発明による第２の実施形態について説明する。図５および図６は、本発明による第２の実施形態の要部となる蛍光体ホイールの構造を示す部分側面図である。蛍光体ホイール以外の構成は図１に示した第１の実施形態と同様である。　　　
　図５および図６は、図３および図４と同様に、ＬＤ光１０５の照射状態を示す図であり、ＬＤ光１０５の光軸に垂直な方向から見た部分側面図である。図５および図６において、ＬＤ光１０５は図面上方から下方に向けて照射される。ここで、蛍光体１０２が形成される蛍光体担持面１０４と反射面１０３は、平行とされるとともに各面に垂直な方向となるＬＤ光の入射方向に関して距離を有するように段差が形成されている。蛍光体１０２は塗布あるいは接着により蛍光体担持面１０４上に一定の厚さに形成されている。
　第１の実施形態においては、蛍光体担持面１０４を反射面１０３よりもＬＤ光１０５の入射方向手前に設置したが、本実施形態においては、図５に示すように、反射面１０３を蛍光体担持面１０４よりもＬＤ光１０５の入射方向手前に設置し、蛍光体担持面１０４を反射面１０３よりもＬＤ光１０５の入射方向奥に設置する構成とされている。　　　
　図６に示すように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、励起光である青色のＬＤ光１０５は蛍光体１０２の表面で焦点を形成するような光学系（レンズ４０２，４０５）を介して照射されているので、反射面１０３に照射されるＬＤ光１０５は焦点位置から外れた状態で照射される。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、反射面１０３に照射されるＬＤ光１０５が、焦点を結ぶ前の状態となる点である。本実施形態の場合も、蛍光体１０２の表面でのＬＤ光１０５の照射面積は狭く、反射面１０３におけるＬＤ光１０５の照射面積は広くなるため、発光ユニットとしてのエテンデュが小さくなるとともに、反射面１０３に対する負荷は低減されることとなる。
　本実施形態では、蛍光体１０２と反射面１０３を非同一面に配置し、かつ、蛍光体１０２の表面が光学部品群４０６から遠い構成となるが、完全拡散の蛍光とＬＤ光１０５の正反射光とでは放射角度が異なるため、蛍光体１０２の表面に合わせて光学系を設計することによって、蛍光体ホイールが設けられる発光ユニット以降の光学系は、蛍光、反射したＬＤ光のいずれにも適したものとなる。　　　
　また、ＬＤ光１０５のパワーや反射面１０３の耐性等に応じて蛍光体ホイールの基板に設けられた段差の高さを変えることにより、反射面１０３でのＬＤ光１０５の照射面積のサイズを変えることができる。
　第３の実施形態
　次に、本発明による第３の実施形態について説明する。本実施形態は、蛍光体ホイール以外の構成は図１に示した第１の実施形態と同様であるため、蛍光体ホイールの構成についてのみ説明する。　　　
　図７は、本実施形態による蛍光体ホイール７００をＬＤ光の照射方向から見た平面図、図８および図９は、ＬＤ光１０５の照射状態を示す図であり、ＬＤ光１０５の光軸に垂直な方向から見た部分側面図である。　　　
　本実施形態における蛍光体ホイール７００は、図２ないし図４に示した蛍光体ホイール１００の反射面１０３上にガラス７０６を設けたものである。なお、ガラス７０６は屈折率を持つ部材として使用したものであり、屈折率を持つ部材であればガラス以外の部材を用いてもよい。
　図９に示すように、ガラス７０６に入射したＬＤ光１０５は屈折した屈折光７０７となり、ガラス７０６が設けられていない場合のＬＤ光１０５よりも焦点位置が手前に移動するため、反射面１０３での照射面積はより広いものとなる。　　　
　反射面１０３における屈折光７０７の照射面積は、ガラス７０６の高さおよび屈折率、ガラス７０６へのＬＤ光１０５の入射角度等により決定される。ガラス７０６の種類を変えることで屈折率も変化し、屈折光７０７の屈折具合にも影響が出るため、希望する屈折光７０７の照射面積を選択的に得ることができる。
　上記のように構成される本発明の各実施形態では、蛍光体の表面上にＬＤ光が焦点を結び、反射面では焦点位置から外れた広い照射面積のＬＤ光が照射されるため、完全拡散光である蛍光体のエテンデュをより小さく抑えるために蛍光体上での照射面積を狭くすることと、高パワー密度のＬＤ光が光学部品へ与える負荷を低減せることが両立できるため、発光ユニットの効率を向上することと、反射面への負荷を低減することを同時に達成できる。
　エテンデュが小さくなり、効率的に蛍光体光を利用できるようになるということは、迷光等の不要光としてふるまう光の量が減ることを意味する。このため、画質が向上する。また、熱エネルギーに変換される光の量も減り、必要とされる装置全体の冷却能力が従来よりも抑えられるため、装置の小型化や省電力、さらには低コスト化等、多くの効果を得ることができる。
　なお、以上説明した各実施形態において、励起光を発生する光源としてＬＤを用いるものを説明したが、本発明が認識する課題はきわめて強力な励起光により発生する。このため、各実施形態におけるＬＤを、例えば、複数の光源を集光し、さらに偏光変換装置などによって直線偏光を出力する光源に置き換えて考えてもよく、励起光を発生する光源はＬＤに限定されるものではない。
　１００、７００　　蛍光体ホイール
　１０１　　基板
　１０２　　蛍光体
　１０３　　反射面
　１０４　　蛍光体担持面
　１０５　　ＬＤ光
　４０１　　ＬＤ
　４０２，４０５　　レンズ
　４０３　　偏光ビームスプリッタ
　４０４　　位相差板
　４０６　　光学部品群
　４０８　　画像投写部
　７０６　　ガラス
　７０７　　屈折光

Claims (8)

  1. 入射光により蛍光を発生する蛍光体が形成される蛍光体担持面と、前記入射光を反射する反射面とを有し、
    　前記蛍光担持面と前記反射面は平行とされるとともに各面に垂直な方向に距離を有するように形成されている蛍光体ホイール。
  2. 請求項１記載の蛍光体ホイールにおいて、
    　前記蛍光体の表面と前記反射面は平行とされるとともに各面に垂直な方向に距離を有するように形成されている蛍光体ホイール。
  3. 請求項１または２記載の蛍光体ホイールにおいて、
    　前記蛍光体担持面は、前記反射面よりも前記入射光の入射方向手前に形成されている蛍光体ホイール。
  4. 請求項３記載の蛍光体ホイールにおいて、
    　前記反射面上に設けられた屈折率を有する部材を備える蛍光体ホイール。
  5. 請求項１または２記載の蛍光体ホイールにおいて、
    　前記反射面は、前記蛍光体担持面よりも前記入射光の入射方向手前に形成されている蛍光体ホイール。
  6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の蛍光体ホイールと、
    　前記入射光となる光を出力する光源と、
    　前記光源の出力光を前記蛍光体ホイールに向けて反射し、前記蛍光体ホイールにて発生した蛍光および反射光を通過させるミキシング光学系と、
    　前記光源の出力光を前記蛍光体の表面で焦点を結ばせるレンズと、を有し、
    　前記ミキシング光学系を通過した前記蛍光体ホイールにて発生した蛍光および反射光を出力する発光ユニット。
  7. 請求項６記載の発光ユニットにおいて、
    　前記光源は第１の色の第１の直線偏光を出力し、
    　前記ミキシング光学系は、
    　前記第１の色の第１の直線偏光を前記蛍光体ホイールに向けて反射し、第１の色の第２の直線偏光および前記蛍光を透過させる偏光ビームスプリッタと、
    　前記偏光ビームスプリッタと前記蛍光体ホイールとの間に設けられ、２回通過した場合に前記第１の色の第１の直線偏光を前記第１の色の第２の直線偏光に変換する位相差板と、からなる発光ユニット。
  8. 請求項６または７に記載の発光ユニットと、
    　前記発光ユニットから出力される前記蛍光体ホイールにて発生した蛍光および反射光を用いて画像光を形成して投写する画像投写部と、
    を有するプロジェクタ。
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