WO2019102987A1 - 蛍光部材、光源装置、プロジェクタ及び色度調整方法 - Google Patents

蛍光部材、光源装置、プロジェクタ及び色度調整方法 Download PDF

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高橋 功
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Necディスプレイソリューションズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fluorescent member, a light source device, a projector, and a chromaticity adjustment method.
  • the light source device described in Patent Document 1 includes an excitation light source that emits blue excitation light, and a phosphor wheel.
  • the phosphor wheel has a rotatable rotating substrate and a phosphor layer formed on the entire surface of the rotating substrate.
  • the excitation light is collected on the phosphor layer through the collection lens.
  • the phosphor layer contains a phosphor that is excited by the excitation light and emits yellow fluorescence.
  • the excitation light is irradiated to the phosphor layer in a state where the rotation substrate is rotated at a constant rotation number. A portion of the excitation light is transmitted through the phosphor layer, and the remainder is converted to yellow fluorescence by the phosphor.
  • White light is obtained by synthesizing the blue light (excitation light) transmitted through the phosphor layer and the yellow fluorescence emitted by the phosphor. This white light can be called mixed light of excitation light and fluorescence.
  • the light amount of the excitation light emitted by the excitation light source may be reduced. This decrease in the amount of excitation light is called deterioration of the excitation light source.
  • the phosphor has a property that the conversion efficiency for converting the excitation energy received from the excitation light into fluorescence decreases as the temperature of the phosphor rises. This conversion efficiency of fluorescence is also called internal quantum efficiency.
  • the excitation light source degrades, the amount of excitation light decreases, and the amount of blue light contained in the white light decreases.
  • the light source device described in Patent Document 1 has a problem that the color of the light emitted from the light source device changes due to deterioration of the excitation light source and the like.
  • An object of the present invention is to provide a phosphor member, a light source device, a projector, and a chromaticity adjustment method, which can solve the above-mentioned problems and accurately detect the chromaticity of mixed color light.
  • the phosphor member of the present invention converts a part of excitation light into fluorescence, and emits a mixed light including the fluorescence and the rest of the excitation light, and the phosphor And a reflective layer provided on the plate for transmitting a part of the mixed light and reflecting the rest.
  • the first light source device of the present invention has the above-mentioned phosphor member.
  • a second light source device of the present invention includes the above-described phosphor member, and a light sensor for measuring the chromaticity of the mixed light transmitted through the reflective layer.
  • a projector according to the present invention includes the light source device, an image forming element which modulates the light emitted from the light source device to form an image, and a projection lens which projects the image.
  • the chromaticity adjustment method of the present invention is provided on a phosphor plate that converts part of excitation light into fluorescence and emits mixed color light including the fluorescence and the rest of the excitation light, and the phosphor plate
  • a color adjustment method of a light source device comprising a phosphor member, comprising: a reflection layer transmitting a part of the mixed light and reflecting the rest, wherein the color mixing transmitted through the reflection layer of the phosphor member Receiving the light to measure the chromaticity of the mixed light, and adjusting the chromaticity of the mixed light based on the measurement result of the chromaticity.
  • the chromaticity of mixed light can be detected accurately.
  • FIGS. 1A and 1B are schematic views for explaining the configuration of a phosphor member according to a first embodiment of the present invention.
  • the phosphor member has a phosphor plate 10 and a reflective layer 11 provided on the phosphor plate 10.
  • the excitation light 13 is incident on the phosphor plate 10 (see FIG. 1A).
  • the phosphor plate 10 converts part of the excitation light 13 into fluorescence 14 and emits mixed light (15a, 15b) including the fluorescence 14 and the rest of the excitation light (13a, 13b).
  • the reflective layer 11 transmits part of the mixed light and reflects the rest (see FIG. 1B).
  • the phosphor emits fluorescence in all directions.
  • a part of the fluorescence 14 emitted by the phosphor is incident on the reflective layer 11.
  • the reflective layer 11 reflects a part of the incident fluorescence and transmits the rest.
  • the excitation light 13 the excitation light that did not contribute to the excitation of the phosphor passes through the phosphor plate 10 and is incident on the reflective layer 11.
  • the reflective layer 11 reflects a part of the incident excitation light and transmits the rest.
  • the first mixed color light 15a including the excitation light 13a which is the reflected light from the reflection layer 11 and the fluorescence 14 directed in the direction opposite to the reflection layer 11 is the surface on the phosphor plate 10 side of the phosphor member It is ejected from the surface.
  • the mixed color light 15b having the fluorescence 14 and the excitation light 13b transmitted through the reflection layer 11 is emitted from the second surface which is the surface on the reflection layer 11 side of the phosphor member.
  • the light amount of the mixed light 15 b is sufficiently smaller than the light amount of the mixed light 15 a. Since the color of the mixed light 15a is the same as the color of the mixed light 15b, by monitoring the mixed light 15b, the chromaticity of the mixed light 15a can be accurately detected.
  • FIG. 2 An example of the spectral reflection / transmission characteristic of the reflective layer 11 is shown in FIG.
  • the vertical axis represents reflectance (%)
  • the horizontal axis represents wavelength (nm).
  • the reflective layer 11 has an average reflectance of 99% or more and an average transmittance of less than 1%. For example, when the wavelength of excitation light is about 450 nm, about 99% of the excitation light is reflected by the reflective layer 11 and about 1% of the excitation light is transmitted through the reflective layer 11.
  • the wavelength of the fluorescence 14 is 480 nm to 700 nm, approximately 99% of the fluorescence is reflected by the reflective layer 11 and approximately 1% of the fluorescence passes through the reflective layer 11.
  • the ratio of the monitor light can be reduced and the decrease in brightness can be suppressed.
  • the phosphor plate 10 may have a transparent substrate and a phosphor layer containing phosphors formed on one side of the substrate.
  • the reflective layer 11 may be formed between the substrate and the phosphor layer, or may be formed on the surface of the substrate opposite to the surface on which the phosphor layer is formed.
  • the phosphor plate 10 includes first and second segments adjacent in the circumferential direction, wherein the first segment is made of a transparent substrate, and the second segment is made of a metal substrate. And a phosphor layer including phosphors formed circumferentially on the first and second segments.
  • the reflective layer 11 may be formed between the substrate and the phosphor layer, or may be formed on the surface of the substrate opposite to the surface on which the phosphor layer is formed.
  • the surface of the substrate opposite to the phosphor layer may be a diffusion surface for diffusing light.
  • the diffusion surface may be, for example, a ground glass surface treatment.
  • the substrate may be made of glass or sapphire, or a eutectic of glass and sapphire.
  • the phosphor plate 10 may be made of a transparent ceramic or a transparent organic material mixed with a fluorescent material.
  • the reflective layer 11 may be provided on one surface of the phosphor plate.
  • the permeable ceramic is, for example, permeable alumina or the like. Ceramics of this type are also referred to as fine ceramics.
  • the permeable organic material is, for example, a permeable resin.
  • the phosphor member of the present embodiment can be applied to a light source device.
  • the light source device may have the above-described phosphor member and a light sensor that measures the chromaticity of the mixed light transmitted through the reflective layer.
  • the light sensor may be anything as long as it can measure the chromaticity of the mixed light.
  • the light sensor may be a color sensor. Details of the color sensor will be described later.
  • the light source device may further include a chromaticity adjustment unit that adjusts the chromaticity of mixed color light based on the measurement value of the light sensor.
  • the chromaticity adjustment unit may adjust the number of rotations of the motor that rotates the phosphor plate 10 based on the measurement value of the light sensor.
  • the chromaticity adjustment unit may adjust the number of rotations of the phosphor plate 10 based on the difference between the previous measurement value of chromaticity and the current measurement value of chromaticity.
  • the chromaticity adjustment unit may adjust the gain of the input video signal of the image forming unit that modulates a plurality of color lights separated from the mixed light to form an image based on the measurement value of the light sensor.
  • the chromaticity adjustment unit may adjust the gain of the input video signal based on the difference between the previous measurement value of chromaticity and the current measurement value of chromaticity.
  • the above light source device may be applied to a projector.
  • the projector may include the light source device described above, an image forming element that modulates the light emitted from the light source device to form an image, and a projection lens that projects the image.
  • FIG. 3A, FIG. 3B and FIG. 3C are schematic diagrams for demonstrating the structure of the fluorescent substance member which is 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 3A is a front view.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of a portion indicated by dotted arrow A in FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a cross-sectional view of a portion indicated by dotted arrow B in FIG. 3A.
  • the phosphor member comprises a phosphor wheel 4.
  • the phosphor wheel 4 has a substrate 44, a phosphor layer 43 and a reflective layer 45.
  • the substrate 44 has a transparent substrate 41 and a metal substrate 42.
  • the transparent substrate 41 and the metal substrate 42 are integrated to form a thin disk-shaped substrate 44.
  • the transparent substrate 41 has a fan shape.
  • the portion of the substrate 44 excluding the fan-shaped transparent substrate 41 is a metal substrate 42.
  • the transparent substrate 41 and the metal substrate 42 can be referred to as circumferentially adjacent first and second segments.
  • the ratio of the metal substrate 42 to the entire substrate 44 is larger than the ratio of the transparent substrate 41.
  • the metal substrate 42 for example, aluminum which is excellent in heat dissipation and inexpensive can be used.
  • the transparent substrate 41 for example, glass or sapphire excellent in heat dissipation can be used.
  • the transparent substrate 41 may be made of a eutectic of glass and sapphire.
  • the phosphor layer 43 is formed on the transparent substrate 41 and the metal substrate 42. As shown in FIG. 3B, the reflective layer 45 is provided between the transparent substrate 41 and the phosphor layer 43. As shown in FIG. 3C, the phosphor layer 43 is provided on the metal substrate 42. The phosphor layer 43 is provided over the entire circumference.
  • the reflective layer 45 may be formed on the surface of the transparent substrate 41 opposite to the surface on which the phosphor layer 43 is formed. Further, the surface of the transparent substrate 41 opposite to the phosphor layer 43 may be a diffusion surface for diffusing light. The diffusion surface may be, for example, a ground glass surface treatment.
  • the excitation light is irradiated while rotating the phosphor wheel 4.
  • the excitation light is sequentially incident on the first segment (portion of the transparent substrate 41) and the second segment (portion of the metal substrate 42).
  • the reflective layer 45 reflects a part of the incident fluorescence and transmits the rest.
  • the excitation light that did not contribute to the excitation of the phosphor passes through the phosphor layer 43 and is incident on the reflective layer 45.
  • the reflective layer 45 reflects a part of the incident excitation light and transmits the rest.
  • First mixed color light including the excitation light which is the reflected light from the reflective layer 45 and the fluorescence directed in the opposite direction to the reflective layer 45 is emitted from the first surface of the phosphor wheel 4.
  • the second mixed light including fluorescence and excitation light which has been transmitted through the reflective layer 45, is emitted from the second surface opposite to the first surface of the phosphor wheel 4.
  • the light amount of the second mixed light is sufficiently smaller than the light amount of the first mixed light. Since the color of the second mixed light is the same as the color of the first mixed light, it is possible to accurately detect the chromaticity of the first mixed light by monitoring the second mixed light. . Therefore, also in the fluorescent substance member of this embodiment, the same operation effect as 1st Embodiment mentioned above is produced.
  • the metal substrate 42 reflects the incident fluorescence to the phosphor layer 43 side.
  • the excitation light that did not contribute to the excitation of the phosphor passes through the phosphor layer 43 and is incident on the metal substrate 42.
  • the metal substrate 42 reflects the incident excitation light to the phosphor layer 43 side.
  • Part of the excitation light, which is reflected light from the metal substrate 42, excites the phosphor, and the rest passes through the phosphor layer 43.
  • mixed color light including fluorescence and excitation light is emitted from the surface of the phosphor layer 43 opposite to the metal substrate 42.
  • the color of this mixed light is substantially the same as the color of the second mixed light.
  • the modification of the first embodiment can also be applied to the phosphor member of the present embodiment.
  • the substrate 44 may be made of only the transparent substrate 41.
  • the phosphor layer 43 is formed on the entire surface of the transparent substrate 41.
  • the reflective layer 45 may be formed between the phosphor layer 43 and the transparent substrate 41, and may be formed on the surface of the transparent substrate 41 opposite to the phosphor layer 43.
  • the surface of the transparent substrate 41 opposite to the phosphor layer 43 may be a diffusion surface for diffusing light.
  • the diffusion surface may be, for example, a ground glass surface treatment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a light source device according to a third embodiment of the present invention.
  • the light source device includes an excitation light source 101, a phosphor member 100, a light sensor 102, and a chromaticity adjustment unit 103.
  • the phosphor member 100 is the phosphor member described in the first or second embodiment described above.
  • the excitation light source 101 emits excitation light 101 a for exciting the phosphor contained in the phosphor member 100.
  • a solid light source such as an LED or an LD can be used as the excitation light source 101.
  • the phosphor member 100 converts part of the excitation light 101a into fluorescence, and emits mixed light 100a and 100b including the fluorescence and the rest of the excitation light 101a.
  • the mixed light 100 a is emitted from the first surface of the phosphor member 100.
  • the mixed light 100 b is emitted from a second surface which is a surface opposite to the first surface of the phosphor member 100.
  • the amount of light of the mixed light 100 a is larger than the amount of light of the mixed light 100 b.
  • the color of the mixed light 100a is substantially the same as the color of the mixed light 100b.
  • the light sensor 102 receives the mixed light 100 b emitted from the second surface of the phosphor member 100.
  • the light sensor 102 may be anything as long as it can measure the chromaticity of the mixed light 100 b. As the light sensor 102, a color sensor can be used.
  • the chromaticity adjustment unit 103 adjusts the chromaticity of the mixed light 100 a based on the measurement value of the light sensor 102. For example, the chromaticity adjustment unit 103 may adjust the number of rotations of the motor that rotates the phosphor plate of the phosphor member 100 so that the chromaticity of the mixed light 100a becomes a predetermined value. In addition, the chromaticity adjustment unit 103 adjusts the gain of the input video signal of the image forming unit that modulates a plurality of color lights separated from the mixed light 100 a to form an image based on the measurement value of the light sensor 102. Also good.
  • the chromaticity adjustment unit 103 may adjust the gain of the input video signal such that the chromaticity of the combined light of each color light emitted from the image forming unit becomes a predetermined value.
  • the excitation light 101 a and the mixed light 100 a can be separated by using polarization.
  • FIG. 5 shows a configuration for separating the excitation light 101a and the mixed light 100a using polarization.
  • polarization dichroic mirror 104, quarter-wave plate 105 and condenser lens 106 are disposed in the optical path between excitation light source 101 and phosphor member 100.
  • the polarizing dichroic mirror 104 has a characteristic of reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light with respect to light in the blue wavelength range, and at least light in the yellow wavelength range with respect to non-polarized light. It has the characteristic of being transparent.
  • the excitation light source 101 is, for example, a blue LD (laser diode).
  • the excitation light source 101 is disposed such that the blue excitation light 101 a of S polarization enters the polarization dichroic mirror 104.
  • the polarization dichroic mirror 104 reflects the blue excitation light 101 a of S polarization from the excitation light source 101 toward the phosphor member 100.
  • the s-polarized blue excitation light 101 a reflected by the polarization dichroic mirror 104 is irradiated to the phosphor member 100 via the 1 ⁇ 4 wavelength plate 105 and the condenser lens 106.
  • the blue excitation light 101 a is converted from s-polarized light to circularly polarized light by passing through the 1 ⁇ 4 wavelength plate 105.
  • the condensing lens 106 condenses the circularly polarized blue excitation light 101 a that has passed through the 1 ⁇ 4 wavelength plate 203 onto the phosphor member 100.
  • the phosphor member 100 emits mixed color light 100a and 100b including circularly polarized blue light 101b and yellow fluorescence 101c.
  • the mixed light 100 b enters the light sensor 102.
  • the mixed light 100 a passes through the condensing lens 106 and the 1 ⁇ 4 wavelength plate 105, and then enters the polarization dichroic mirror 104.
  • circularly polarized blue light 101 b is converted from circularly polarized light to P polarized light by passing through the 1 ⁇ 4 wavelength plate 105.
  • the p-polarized blue light 101 b passes through the polarizing dichroic mirror 104.
  • the unpolarized yellow fluorescence 101 c also passes through the polarizing dichroic mirror 104.
  • the correspondence between s-polarized light and p-polarized light and reflection / transmission may be reversed in the portion including the excitation light source 101 and the polarization dichroic mirror 104.
  • the excitation light source 101 when used for a long time, it is suppressed that the color of mixed color light changes can do. Further, according to the light source device of the present embodiment, the following effects can be achieved by using the phosphor member 100 as compared with the case where the light sensor is disposed in the vicinity of the light path of the mixed light 100a.
  • the structure of the light source device of a comparative example is shown in FIG.
  • the light source device of this comparative example includes a phosphor wheel 110, an excitation light source 101, a polarization dichroic mirror 104, a quarter wavelength plate 105, a condensing lens 106, and a light sensor 102a.
  • the excitation light source 101 includes, for example, 24 blue LDs of 6 rows and 4 columns.
  • the broken arrow indicates the blue laser light emitted from the blue LD at the center.
  • Solid arrows indicate blue laser light emitted from the blue LD in the peripheral portion.
  • the phosphor wheel 110 is a phosphor layer formed on the entire surface of a metal substrate.
  • the polarization dichroic mirror 104, the 1 ⁇ 4 wavelength plate 105 and the condenser lens 106 are the same as those shown in FIG.
  • the blue laser light emitted from the excitation light source 101 is irradiated to the phosphor layer of the phosphor wheel 110 through the polarization dichroic mirror 104, the 1 ⁇ 4 wavelength plate 105 and the condenser lens 106.
  • the phosphor layer converts a portion of the blue laser light into fluorescence.
  • the phosphor wheel 110 emits mixed color light including fluorescent light and blue laser light to the condensing lens 106 side.
  • the light sensor 102 a is disposed in the vicinity of the end of the polarization dichroic mirror 104.
  • the light sensor 102 a receives the light that passes the outermost side of the light flux of the mixed light that has passed through the polarization dichroic mirror 104.
  • the mixed light includes the blue laser light emitted by the blue LD at the central portion and the blue laser light emitted by the blue LD at the peripheral portion.
  • the blue laser light emitted from the blue LD at the peripheral portion mainly enters the light sensor 102a. Therefore, in the measurement result of the chromaticity of the light sensor 102a, the blue LD in the peripheral portion becomes dominant.
  • the phosphor member 100 emits mixed color lights 100a and 100b.
  • the mixed light beams 100a and 100b both include a blue laser beam emitted by the blue LD at the central portion and a blue laser beam emitted by the blue LD at the peripheral portion.
  • the chromaticity of the mixed light 100a is the same as the chromaticity of the mixed light 100b. Since the light sensor 102 can receive the entire mixed light 100b, the blue LD in the peripheral portion is not dominant as in the comparative example. Therefore, the chromaticity of the mixed light can be detected accurately.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of a light source device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the light source device 2 includes an excitation light source 201, a polarization dichroic mirror 202, a quarter wavelength plate 203, a condenser lens 204, a phosphor wheel 205, a color sensor 207, a timer 208, and a motor rotation number determination unit 209.
  • a portion including the color sensor 207, the timer 208, the motor drive unit 211, and the motor rotation number determination unit 209 can be referred to as a chromaticity adjustment unit.
  • the excitation light source 201 emits excitation light of s-polarization toward the polarization dichroic mirror 202.
  • a solid light source such as an LD can be used.
  • the excitation light source 201 includes a blue LD and a collimating lens that collimates the light emitted from the blue LD.
  • the polarization conversion element which aligns incident light to s polarization
  • the polarization dichroic mirror 202 is disposed such that the blue excitation light (s-polarized light) emitted from the excitation light source 201 is incident at an incident angle of about 45 °.
  • the polarization dichroic mirror 202 has characteristics of reflecting s-polarized light and transmitting p-polarized light with respect to light in the blue wavelength range and transmitting light in wavelength ranges other than the blue wavelength range.
  • the polarization dichroic mirror 202 reflects the blue excitation light (s-polarized light) from the excitation light source 201 toward the 1 ⁇ 4 wavelength plate 203.
  • the correspondence relationship between s-polarization / p-polarization and reflection / transmission may be reversed.
  • the blue excitation light reflected by the polarization dichroic mirror 202 is irradiated to the phosphor wheel 205 through the 1 ⁇ 4 wavelength plate 203 and the condenser lens 204.
  • the condenser lens 204 condenses the excitation light having passed through the 1 ⁇ 4 wavelength plate 203 on the phosphor wheel 205.
  • the phosphor wheel 205 has a thin disc-like transparent substrate.
  • the transparent substrate is rotatable around the center of the disk surface.
  • the transparent substrate is made of, for example, sapphire.
  • a reflective layer having spectral reflection / transmission characteristics as shown in FIG. 2 is provided.
  • a phosphor layer including a phosphor that absorbs blue excitation light and emits yellow fluorescence is provided on the reflective layer. Both the reflective layer and the phosphor layer are formed in an annular shape along the circumferential direction. In the phosphor layer, the phosphor is excited by the incident blue excitation light. The excited phosphor emits yellow fluorescence in all directions.
  • yellow fluorescence directed to the reflective layer side is reflected by the reflective layer to the condensing lens 204 side.
  • the reflective layer does not constitute a total reflection surface, part (0.5 percent) of yellow fluorescence is transmitted through the reflective layer.
  • Part of the blue excitation light that has entered the phosphor layer from the condenser lens 204 side is not absorbed by the phosphor and reaches the reflective layer.
  • the reflective layer reflects the reached blue excitation light toward the phosphor layer.
  • a part (0. several percent) of the reached blue excitation light passes through the reflection layer.
  • the blue excitation light reflected by the reflection layer travels again in the phosphor layer toward the condenser lens 204 side.
  • the phosphor layer emits white light, which is a mixed light including blue excitation light and yellow fluorescence, toward the focusing lens 204.
  • white light which is a mixed light including yellow fluorescence and blue excitation light transmitted through the reflection layer is emitted from the back surface of the phosphor wheel 205 (the surface on the back side of the surface irradiated with the excitation light) .
  • the reflective layer is configured to pass a small amount of white light necessary for the color sensor 207 to measure the chromaticity.
  • the chromaticity of the white light that has passed through the reflective layer substantially matches the chromaticity of the white light traveling from the phosphor layer toward the condenser lens 204.
  • the color sensor 207 is disposed on the back of the phosphor wheel 205.
  • the color sensor 207 has a function of measuring the chromaticity of the white light that has passed through the reflective layer.
  • the chromaticity measurement function the function of the existing colorimeter can be applied.
  • a configuration for obtaining chromaticity information from the ratio of RGB will be briefly described below.
  • the color sensor 207 has a first light receiving surface with a red filter, a second light receiving surface with a green filter, and a third light receiving surface with a blue filter.
  • the red filter transmits light in the red wavelength range of visible light and absorbs light in the other wavelength ranges.
  • the green filter transmits light in the green wavelength range of visible light and absorbs light in the other wavelength ranges.
  • the blue filter transmits light in the blue wavelength range of visible light and absorbs light in the other wavelength ranges.
  • the areas of the first, second and third light receiving surfaces are the same.
  • the color sensor 207 detects the amount of light (red component) incident on the first light receiving surface, the amount of light (green component) incident on the second light receiving surface, and light (blue) incident on the third light receiving surface. The amount of light of each component) is measured.
  • the color sensor 207 converts these measurement information into chromaticity information.
  • the color sensor 207 transmits the chromaticity information to the motor rotation number determination unit 209.
  • the timer 208 measures the total driving time of the light source device 2.
  • the total drive time means the sum of the times when the phosphor wheel 205 is irradiated with the excitation light.
  • the motor rotation number determining unit 209 includes a memory 210.
  • the memory 210 stores chromaticity data for comparison. In the present embodiment, as the chromaticity for comparison, the memory 210 stores chromaticity data measured by the color sensor 207 at the time of initial driving (when the light source device 2 is driven for the first time).
  • the motor rotation number determination unit 209 performs a chromaticity adjustment process described later, determines the rotation number of the motor, and sends the information to the motor drive unit 211.
  • the motor 212 rotates the phosphor wheel 205.
  • the motor drive unit 211 rotates the motor 212 based on the information on the number of rotations of the motor transmitted from the motor rotation number determination unit 209.
  • the excitation light source 201 emits blue excitation light which is S-polarization.
  • the blue excitation light (S polarized light) emitted from the excitation light source 201 is incident on the polarization dichroic mirror 202.
  • the polarization dichroic mirror 202 reflects the blue excitation light (S-polarized light) toward the 1 ⁇ 4 wavelength plate 203.
  • the blue excitation light (S-polarized light) becomes circularly polarized light by passing through the 1 ⁇ 4 wavelength plate 203.
  • the blue excitation light (circularly polarized light) that has passed through the 1 ⁇ 4 wavelength plate 203 is incident on the condensing lens 204.
  • the condenser lens 204 condenses blue excitation light (circularly polarized light) on the phosphor wheel 205.
  • part of the blue excitation light passes through the phosphor layer to reach the reflective layer.
  • the reflective layer reflects the reached blue excitation light (circularly polarized light) toward the condensing lens 204 side.
  • a part of the blue excitation light (circularly polarized light) reflected by the reflective layer passes through the phosphor layer.
  • the blue excitation light (circularly polarized light) that has passed through the phosphor layer is incident on the 1 ⁇ 4 wavelength plate 203 via the condensing lens 204.
  • the blue excitation light (circularly polarized light) from the reflection layer becomes p-polarized light by passing through the 1 ⁇ 4 wavelength plate 203.
  • the blue excitation light (p polarized light) that has passed through the 1 ⁇ 4 wavelength plate 203 is transmitted through the polarization dichroic mirror 202.
  • the phosphor In the phosphor layer, the phosphor is excited by the incident blue excitation light. The excited phosphor emits yellow fluorescence in all directions. Of the yellow fluorescence emitted in all directions, yellow fluorescence directed to the reflective layer side is reflected by the reflective layer to the condensing lens 204 side. The phosphor layer emits yellow fluorescence toward the condenser lens 204 side. The yellow fluorescence from the phosphor layer passes through the condenser lens 204, the 1 ⁇ 4 wavelength plate 203, and the polarization dichroic mirror 202 in order.
  • the white light emitted from the lens 213 is the light emitted from the light source device 2.
  • white light which is a mixed color light including blue excitation light and yellow fluorescence, transmitted through the reflection layer is emitted.
  • White light emitted from the back of the phosphor wheel 205 is incident on the color sensor 207.
  • FIG. 8 is a flow chart showing a procedure of the chromaticity adjustment method of the light source device 2.
  • the chromaticity adjustment method of the light source device 2 will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
  • the color sensor 207 measures the chromaticity of the white light emitted from the back of the phosphor wheel 205 in step S10. Then, the color sensor 207 outputs the chromaticity information based on the measurement result to the motor rotation number determination unit 209.
  • the predetermined time can be set arbitrarily. For example, 100 hours or 200 hours may be set as a predetermined time.
  • the motor rotation number determining unit 209 determines the difference between the chromaticity included in the chromaticity information output from the color sensor 207 and the comparison chromaticity (initial chromaticity) stored in the memory 210. Calculate the chromaticity difference.
  • step S12 the motor rotation number determining unit 209 determines the rotation number of the motor 212 based on the chromaticity difference calculated in step S11. Then, the motor rotation number determination unit 209 sends a signal indicating the determined rotation number to the motor drive unit 211.
  • a table storing the chromaticity difference and the rotational speed of the motor 212 in association with each other is stored in the memory 210, and the motor rotational speed determination unit 209 determines the rotational speed of the motor 212 with reference to the table. Also good.
  • step S13 the motor drive unit 211 receives a signal indicating the number of rotations of the motor from the motor rotation number determination unit 209. The motor drive unit 211 rotates the motor 212 at the number of rotations (the number of rotations determined by the motor rotation number determination unit 209) indicated by the reception signal.
  • the light source device 2 of the present embodiment when used for a long period of time, it is possible to suppress a change in color of mixed color light.
  • the operation and effect of the light source device 2 will be described in detail along with the problem of the color change of the white light.
  • the problem of the change in the color of white light due to the deterioration with time of the excitation light source will be described.
  • FIG. 9 is a chromaticity diagram in which a change in chromaticity of white light emitted from a light source device having no chromaticity adjustment mechanism is plotted on xy chromaticity coordinates.
  • the xy chromaticity coordinates are based on tristimulus values XYZ which are the three primary colors of the color system.
  • XYZ the three primary colors of the color system.
  • the yellow becomes stronger toward the upper right (in the direction of the arrow in the figure).
  • the plot position of the chromaticity moves in the upper right direction as time passes. This means that the yellow component of the light emitted from the light source device becomes stronger as time passes.
  • FIG. 10 is a diagram showing changes in illuminance maintenance rates of blue light and yellow fluorescence of a light source device not having a chromaticity adjustment mechanism.
  • the vertical axis indicates the illuminance maintenance rate (%), and the horizontal axis indicates the light source driving time.
  • black diamonds indicate blue light and black squares indicate yellow fluorescence.
  • the illuminance of blue light and yellow fluorescence when the driving time is 0 (h) is defined as 100%.
  • the illuminance of blue light and yellow fluorescence decreases with the passage of time.
  • the rate of decrease in illuminance is different for blue light and yellow fluorescence.
  • the reduction rate of the blue light illumination is greater than the reduction rate of the yellow fluorescent light.
  • the problem that the yellowness of white light becomes strong can be solved as follows. For example, when the yellow component increases relative to the blue component due to a change in the ratio of blue and yellow components contained in white light when the timer 208 reaches a predetermined time, the motor rotation number The determination unit 209 reduces the number of rotations of the motor 212. As the rotational speed of the motor 212 decreases, the rotational speed of the phosphor wheel 205 decreases.
  • the phosphor when used for a long time, the light amount of the fluorescence gradually decreases. Due to the temporal deterioration of this phosphor, the ratio of blue and yellow components contained in white light changes. For example, if the degradation rate of the phosphor is faster than the degradation rate of the excitation light source, the ratio of yellow to blue light decreases with time. As a result, in the color component of the white light emitted from the light source device, the blue tint may become stronger as time passes.
  • the problem that the blue tint of white light is intensified can be solved as follows. For example, when the blue component increases relative to the yellow component due to a change in the ratio of blue and yellow components contained in white light when the timer 208 reaches a predetermined time, the motor rotation number The determination unit 209 increases the number of rotations of the motor 212. As the rotational speed of the motor 212 increases, the rotational speed of the phosphor wheel 205 increases. When the rotation speed of the phosphor wheel 205 increases, the cooling effect accompanying the rotation of the wheel increases, and the irradiation time of excitation light per unit area decreases, so the temperature of the irradiation site of the excitation light of the phosphor wheel 205 becomes descend.
  • the light source device has the same configuration as the light source device 2 according to the fourth embodiment except that the phosphor wheel is different.
  • the phosphor wheel 4 as shown in FIGS. 3A, 3B and 3C is used.
  • the phosphor wheel 4 can be used in the same manner as the phosphor wheel 205 described in the fourth embodiment.
  • the light source device of the present embodiment exhibits the same effects as the light source device 2 of the fourth embodiment.
  • most of the substrate 44 of the phosphor wheel 4 is made of a metal substrate 42 excellent in heat dissipation. Therefore, the phosphor wheel 4 is more excellent in heat dissipation than the phosphor wheel 205.
  • the metal substrate 42 is inexpensive, cost can be reduced as compared with the phosphor wheel 205.
  • the light source device has the same configuration as the light source device 2 according to the fourth embodiment except that the phosphor wheel is different.
  • the phosphor wheel has a thin disk-like substrate and a reflective layer.
  • the substrate is made of ceramic crystal.
  • the ceramic crystal is made of a transparent substance containing a fluorescent substance.
  • the transparent substance is, for example, an inorganic crystal, glass, a polymer material or the like.
  • the fluorescent substance is, for example, a rare earth ion, a transition metal ion, an organic dye molecule, a phosphor or the like.
  • an inorganic crystal doped with a rare earth ion such as cerium-doped yttrium aluminum garnet (Ce: YAG) or a transition metal ion such as chromium-doped sapphire or titanium-doped sapphire is also used. be able to.
  • a rare earth ion such as cerium-doped yttrium aluminum garnet (Ce: YAG) or a transition metal ion such as chromium-doped sapphire or titanium-doped sapphire is also used.
  • a phosphor of Ce: YAG ceramic crystal is used as a substrate.
  • a reflective layer is provided on one surface of the substrate. The reflective layer is the same as that described in the second embodiment.
  • the light source device of the present embodiment also exhibits the same effects as the light source device 2 of the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a light source device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • the light source device shown in FIG. 11 is provided with a gain determination unit 220 instead of the timer 208 and the motor rotation number determination unit 209 of the light source device 2 of the fourth embodiment.
  • the configuration other than the gain determination unit 220 is the same as that of the fourth embodiment.
  • the excitation light source 201, the polarization dichroic mirror 202, the 1 ⁇ 4 wavelength plate 203, the condenser lens 204, the motor drive unit 211, and the lens 213 are omitted for convenience.
  • the display panel 222 and the input signal 223 constitute a part of a projector to which the light source device of the present embodiment is applied.
  • the display panel 222 is, for example, a liquid crystal display panel or a DMD.
  • the display panel 222 forms an image for each color light separated from mixed color light (white light) which is light emitted from the phosphor wheel 205. In the case of the single-panel type, the display panel 222 forms an image of each color in time division.
  • a plurality of display panels may be provided which respectively modulate a plurality of color lights separated from mixed color light which is the light emitted from the phosphor wheel 205 to form an image.
  • the input signal 223 is an input video signal, and includes a video signal corresponding to each color light. For example, the input signal 223 includes a video signal corresponding to each color of RGB.
  • the gain determination unit 220 includes a memory 221.
  • the memory 221 stores chromaticity data for comparison.
  • the memory 210 stores chromaticity data measured by the color sensor 207 at the time of initial driving (when the light source device is driven for the first time).
  • the gain determination unit 220 adjusts the gain of the input signal 223 of the display panel 222 based on the measurement value of the color sensor 207. For example, the gain determination unit 220 adjusts the gain of the input video signal such that the chromaticity of the combined light of each color light emitted from the display panel 222 becomes a predetermined value. This gain adjustment process can be called a chromaticity adjustment process.
  • FIG. 12 shows one procedure of the gain adjustment process of RGB.
  • the gain adjustment process of RGB will be described in detail with reference to FIGS. 11 and 12.
  • the color sensor 207 measures the chromaticity of the white light emitted from the back of the phosphor wheel 205. Then, the color sensor 207 outputs chromaticity information based on the measurement result to the gain determination unit 220.
  • the measurement start timing of the color sensor 207 can be set arbitrarily.
  • step S ⁇ b> 21 the gain determining unit 220 determines the chromaticity that is the difference between the chromaticity included in the chromaticity information output from the color sensor 207 and the chromaticity for comparison (initial chromaticity) stored in the memory 221. Calculate the difference.
  • step S22 the gain determination unit 220 determines RGB gain adjustment values based on the chromaticity difference calculated in step S21. For example, the gain determining unit 220 may set the chromaticity of the combined light to a predetermined value so that the tint of the combined light (specifically, the projection light) of the color lights emitted from the display panel 222 does not change.
  • the gain adjustment values of RGB are determined based on the chromaticity difference.
  • a table storing the chromaticity difference and the gain adjustment values of RGB in association with each other may be stored in the memory 221, and the gain determination unit 220 may determine the gain adjustment values of RGB with reference to the table. .
  • the gain determination unit 220 performs gain adjustment on each video signal of RGB based on the gain adjustment value of RGB determined in step S22.
  • the same effects as those of the fourth embodiment can be obtained. Further, the configurations of the fifth embodiment and the sixth embodiment may be applied to the light source device of the present embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of a DLP (Digital Light Processing) projector 5 according to an eighth embodiment of the present invention.
  • the projector 5 includes a light source device 2, a color wheel 501, a light tunnel 502, a TIR prism (internal total reflection prism) 503, a DMD (Digital Micromirror Device) 504, a projection lens 505 and a lens group 506.
  • the light source device 2 is the one described in the fourth embodiment.
  • the color wheel 501 has a thin disk shape and can rotate around the central axis of the disk surface.
  • the color wheel 501 has red, green and blue filters on its surface.
  • the red, green and blue filters are arranged in order in the circumferential direction.
  • the red filter has a characteristic of transmitting light in the red wavelength range and absorbing light in wavelength ranges other than the red wavelength range.
  • the green filter has a characteristic of transmitting light in the green wavelength range and absorbing light in wavelength ranges other than the green wavelength range.
  • the blue filter has a characteristic of transmitting light in the blue wavelength range and absorbing light in wavelength ranges other than the blue wavelength range.
  • the light tunnel 502 is disposed at a position where each monochromatic light passing through the color wheel 501 can be incident.
  • the light tunnel 502 is an element that makes the illuminance distribution of incident light uniform.
  • the TIR prism 503 is disposed at a position where the light emitted from the light tunnel 502 can be incident.
  • the TIR prism 503 is a combination of two triangular prisms, and has an air layer between the prisms.
  • the DMD 504 is disposed at a position where light from the TIR prism 503 can be incident.
  • the DMD 504 has an image forming surface consisting of a large number of two-dimensionally arranged micro mirrors.
  • the DMD 504 forms an image by modulating incident light in accordance with an input video signal.
  • the DMD 504 is an example of an image forming element.
  • the light source device 2 emits white light.
  • the white light emitted from the light source device 2 is irradiated to the color wheel 501.
  • white light is sequentially irradiated to the red, green and blue filters of the color wheel 501.
  • the color wheel 501 sequentially emits red light, green light and blue light.
  • the red light, green light and blue light emitted from the color wheel 501 are incident on the light tunnel 502.
  • the illuminance distribution of each of the incident red light, green light and blue light is made uniform.
  • the light tunnel 502 sequentially emits red light, green light and blue light.
  • the red light, green light and blue light emitted from the light tunnel 502 are incident on the DMD 504 through the TIR prism 503, respectively.
  • the DMD 504 modulates red light to form a red image, modulates green light to form a green image, and modulates blue light to form a blue image.
  • the DMD 504 sequentially emits red image light, green image light and blue image light.
  • the red image light, the green image light and the blue image light are incident on the projection lens 505 via the TIR prism 503.
  • the projection lens 505 superimposes the red image, the green image and the blue image formed by the DMD 504 and projects them on a screen (not shown).
  • the light source device of any of the third embodiment, the fifth embodiment, the sixth embodiment and the seventh embodiment may be used instead of the light source device 2.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a liquid crystal display (LCD) type projector 6 according to a ninth embodiment of the present invention.
  • the projector 6 includes a light source device 2, fly eye lens system 601, dichroic mirrors 602R and 602G, lens 603, mirror 604, lens 605, mirror 606, mirror 607, lenses 608R, 608G and 608B, liquid crystal.
  • the display 609 R, 609 G, 609 B, the cross dichroic prism 610 and the projection lens 611 are provided.
  • the light source device 2 is the one described in the fourth embodiment.
  • the fly's eye lens system 601 is for making uniform the illuminance distribution of light incident on the fly's eye lens system 601 and for emitting the light.
  • the fly eye lens system 601 is disposed at a position where the white light emitted from the light source device 2 can be incident.
  • the dichroic mirror 602R reflects light in the red wavelength range and transmits light in wavelength ranges other than the red wavelength range.
  • the dichroic mirror 602G has a characteristic of reflecting light in a green wavelength range and transmitting light in a wavelength range other than the green wavelength range.
  • the dichroic mirror 602R is disposed such that the white light emitted from the fly's eye lens system 601 is incident at an incident angle of about 45 °.
  • the red light reflected by the dichroic mirror 602R enters the liquid crystal display 609R through the mirror 607 and the lens 608R.
  • the dichroic mirror 602G is arranged such that the light (including the blue component and the green component) transmitted through the dichroic mirror 602R is incident at an incident angle of about 45 °.
  • the green light reflected by the dichroic mirror 602G enters the liquid crystal display 609G through the lens 608G.
  • the blue light transmitted through the dichroic mirror 602G enters the liquid crystal display 609B through the lens 603, the mirror 604, the lens 605, the mirror 606, and the lens 608B.
  • the lens 603 and the lens 605 constitute a relay lens.
  • the liquid crystal display 609R modulates the incident red light according to the input video signal (R) to form a red image.
  • the liquid crystal display 609 B modulates the incident blue light according to the input video signal (B) to form a blue image.
  • the liquid crystal display 609G modulates the incident green light according to the input video signal (G) to form a green image.
  • the red image light emitted by the liquid crystal display 609R, the blue image light emitted by the liquid crystal display 609B, and the green image light emitted by the liquid crystal display 609G enter the projection lens 611 via the cross dichroic prism 610.
  • the cross dichroic prism 610 combines the image lights of the respective colors emitted from the liquid crystal displays 609R, 609G, and 609B.
  • the liquid crystal displays 609R, 609G, and 609B are examples of the image forming element.
  • the projection lens 611 projects the red image light, the blue image light, and the green image light incident from the cross dichroic prism 610 onto a screen (not shown).
  • the light source device of any of the third embodiment, the fifth embodiment, the sixth embodiment and the seventh embodiment may be used instead of the light source device 2.
  • the present invention may take the forms as in the following supplementary notes 1 to 17, but is not limited to these forms.
  • a phosphor member comprising: a reflecting layer provided on the phosphor plate for transmitting a part of the mixed light and reflecting the rest.
  • the phosphor plate is With a transparent substrate, The phosphor member according to claim 1, further comprising: a phosphor layer including a phosphor formed on one surface of the substrate.
  • the phosphor plate is A plate member comprising circumferentially adjacent first and second segments, wherein the first segment comprises a transparent substrate, and the second segment comprises a metal substrate;
  • the phosphor member according to claim 1 further comprising: a phosphor layer including a phosphor formed along the circumferential direction on the phosphor plate.
  • a phosphor layer including a phosphor formed along the circumferential direction on the phosphor plate is formed along the circumferential direction on the phosphor plate.
  • the phosphor member according to Appendix 2 or 3 wherein the reflective layer is formed between the substrate and the phosphor layer.
  • the phosphor member according to Appendix 4 wherein the surface of the substrate opposite to the phosphor layer is a diffusion surface for diffusing light.
  • a light source device comprising the phosphor member according to any one of appendices 1 to 8.
  • the light source device according to Supplementary Note 10 further comprising a chromaticity adjustment unit configured to adjust the chromaticity of the mixed light based on the measurement value of the light sensor.
  • the chromaticity adjustment unit adjusts the number of rotations of a motor that rotates the phosphor plate based on a measurement value of the light sensor.
  • the chromaticity adjustment unit adjusts a gain of an input video signal of an image forming unit that modulates a plurality of color lights separated from the mixed light to form an image based on the measurement value of the light sensor.
  • the light source device as described in.
  • the light source device according to any one of appendices 9 to 13, An image forming element that modulates the light emitted from the light source device to form an image; And a projection lens for projecting the image.
  • the chromaticity adjustment method according to appendix 15 comprising adjusting the number of rotations of the phosphor plate based on the difference between the previous chromaticity measurement value and the current chromaticity measurement value.
  • the gain of the input video signal of the image forming unit that modulates the plurality of color lights separated from the mixed light to form an image is calculated.
  • the chromaticity adjustment method according to appendix 15, comprising adjusting.

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Abstract

混色光の色度を正確に検出することができる蛍光体部材を提供する。蛍光体部材は、励起光の一部を蛍光に変換し、該蛍光と励起光の残りとを含む混色光(15a、15b)を放射する蛍光体プレート(11)と、蛍光体プレート(10)に設けられた、混色光(15a、15b)の一部を透過させ、残りを反射する反射層(11)と、を有する。

Description

蛍光部材、光源装置、プロジェクタ及び色度調整方法
 本発明は、蛍光部材、光源装置、プロジェクタ及び色度調整方法に関する。
 最近のプロジェクタの中には、蛍光体とLD(Laser Diode)やLED(Light Emitting Diode)などの固体光源とを組み合わせて白色光を得る光源装置を搭載するものがある。
 上記光源装置の一例が、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載された光源装置は、青色の励起光を射出する励起光源と、蛍光体ホイールとを有する。蛍光体ホイールは、回転可能な回転基板と、該回転基板上に全周に亘って形成された蛍光体層とを有する。励起光は、集光レンズを介して蛍光体層上に集光される。蛍光体層は、励起光で励起され、黄色の蛍光を発する蛍光体を含む。回転基板を一定の回転数で回転させた状態で、励起光を蛍光体層に照射する。励起光の一部が蛍光体層を透過し、残りは蛍光体で黄色の蛍光に変換される。蛍光体層を透過した青色光(励起光)と蛍光体が発した黄色の蛍光とを合成することで、白色光を得る。この白色光は、励起光と蛍光の混色光と呼ぶことができる。
特開2012-088657
 特許文献1に記載の光源装置において、励起光源を長期間に亘って使用すると、励起光源が射出する励起光の光量が低下する場合がある。この励起光量の低下は、励起光源の劣化と呼ばれている。また、蛍光体には、蛍光体の温度が上昇するにつれて励起光から受ける励起エネルギーを蛍光に変換する変換効率が低下する性質がある。この蛍光の変換効率は、内部量子効率とも呼ばれる。
 励起光源が劣化すると、励起光量が低下し、白色光に含まれる青色光の光量が低下する。加えて、蛍光体に照射される励起光量が低下して、蛍光体の温度が低下するため、蛍光の変換効率が増加し、白色光に含まれる蛍光の光量が増大する。その結果、白色光の色味が変化する。
 上記のように、特許文献1に記載の光源装置には、励起光源の劣化等のために、光源装置の射出光の色味が変化するという問題がある。
 光源装置の射出光の色味を調整するためには、励起光と蛍光の混色光を直接モニタして、混色光の色度を正確に検出することが望ましい。
 本発明の目的は、上述した問題を解決し、混色光の色度を正確に検出することができる、蛍光体部材、光源装置、プロジェクタ及び色度調整方法を提供することにある。
 上記目的を達成するため、本発明の蛍光体部材は、励起光の一部を蛍光に変換し、該蛍光と前記励起光の残りとを含む混色光を放射する蛍光体プレートと、前記蛍光体プレートに設けられた、前記混色光の一部を透過させ、残りを反射する反射層と、を有する。
 本発明の第1の光源装置は、上記の蛍光体部材を有する。
 本発明の第2の光源装置は、上記の蛍光体部材と、反射層を透過した前記混色光の色度を測定する光センサーと、を有する。
 本発明のプロジェクタは、上記光源装置と、前記光源装置の射出光を変調して画像を形成する画像形成素子と、前記画像を投写する投写レンズと、を有する。
 本発明の色度調整方法は、励起光の一部を蛍光に変換し、該蛍光と前記励起光の残りとを含む混色光を放射する蛍光体プレートと、該蛍光体プレートに設けられた、前記混色光の一部を透過させ、残りを反射する反射層と、を有する、蛍光体部材を備えた光源装置の色度調整方法であって、前記蛍光体部材の前記反射層を透過した混色光を受光して前記混色光の色度を測定し、前記色度の測定結果に基づいて、前記混色光の色度を調整することを含む。
 本発明によれば、励起光と蛍光の混色光を直接モニタできるので、混色光の色度を正確に検出することができる。
本発明の第1実施形態である蛍光体部材の構成を説明するための模式的である。 本発明の第1実施形態である蛍光体部材の構成を説明するための模式的である。 図1A及び図1Bに示す蛍光体部材の反射層の分光反射/透過特性の一例を示す特性図である。 本発明の第2実施形態である蛍光体部材の構成を模式的に示す正面図である。 図3Aの点線の矢印Aで示した部分の断面図である。 図3Aの点線の矢印Bで示した部分の断面図である。 本発明の第3実施形態である光源装置の構成を示すブロック図である。 図4に示す光源装置における偏光を利用して励起光と混色光とを分離する構成の一例を示す模式図である。 比較例である光源装置の構成を説明するための模式図である。 本発明の第4実施形態である光源装置の構成を示すブロック図である。 図7に示す光源装置の色度調整方法の一手順を示す流れ図である。 色度調整機構を有していない光源装置が射出する白色光の色度の変化をxy色度座標にプロットした色度図である。 色度調整機構を有していない光源装置の青色光と黄色の蛍光それぞれの照度維持率の変化を示す図である。 本発明の第7実施形態である光源装置の構成を示すブロック図である。 図11に示す光源装置のゲイン調整方法の一手順を示す流れ図である。 本発明の第8実施形態であるプロジェクタの構成を示すブロック図である。 本発明の第9実施形態であるプロジェクタの構成を示すブロック図である。
 以下、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実施形態]
 図1A及び図1Bは、本発明の第1実施形態である蛍光体部材の構成を説明するための模式図である。
 図1A及び図1Bに示すように、蛍光体部材は、蛍光体プレート10と、蛍光体プレート10に設けられた反射層11とを有する。励起光13が、蛍光体プレート10に入射する(図1A参照)。蛍光体プレート10は、励起光13の一部を蛍光14に変換し、該蛍光14と励起光の残り(13a、13b)とを含む混色光(15a、15b)を放射する。反射層11は、混色光の一部を透過させ、残りを反射する(図1B参照)。
 本実施形態の蛍光体部材において、蛍光体は、蛍光を全方位に放射する。蛍光体が放射した蛍光14の一部は、反射層11に入射する。反射層11は、入射した蛍光の一部を反射し、残りを透過する。励起光13のうち、蛍光体の励起に寄与しなかった励起光は、蛍光体プレート10を通過して反射層11に入射する。反射層11は、入射した励起光の一部を反射し、残りを透過する。
 反射層11からの反射光である励起光13aと、反射層11とは反対の方向に向かう蛍光14とを含む混色光15aが、蛍光体部材の蛍光体プレート10側の面である第1の面から射出される。反射層11を透過した、蛍光14及び励起光13bを含む混色光15bが、蛍光体部材の反射層11側の面である第2の面から射出される。混色光15bの光量は、混色光15aの光量よりも十分に小さい。混色光15aの色味は混色光15bの色味と同じであるので、混色光15bをモニタすることで、混色光15aの色度を正確に検出することができる。
 図2に、反射層11の分光反射/透過特性の一例を示す。図2において、縦軸は反射率(%)を示し、横軸は波長(nm)を示す。図2に示すように、420nm~700nmの波長範囲において、反射層11は、平均で99%以上の反射率を有し、平均で1%未満の透過率を有する。例えば、励起光の波長が略450nmである場合、励起光の略99%が反射層11で反射され、励起光の略1%が反射層11を透過する。また、蛍光14の波長が480nm~700nmである場合、蛍光の略99%が反射層11で反射され、蛍光の略1%が反射層11を透過する。このように、モニタ光である混色光15bの光量は、混色光15aの光量に比較して十分に小さいので、モニタ光の割合を小さくすることができ、明るさの低下を抑制することができる。
 本実施形態の蛍光体部材は、以下のような変形を適用することができる。
 蛍光体プレート10は、透明性の基板と、基板の一方の面に形成された、蛍光体を含む蛍光体層と、を有しても良い。この場合、反射層11は、基板と蛍光体層との間に形成されても良く、基板の蛍光体層が形成された面とは反対側の面に形成されても良い。
 また、蛍光体プレート10は、円周方向に隣接する第1及び第2のセグメントを備え、第1のセグメントが透過性の基板からなり、第2のセグメントが金属基板からなる1枚のプレート部材と、第1及び第2のセグメント上に円周方向に沿って形成された、蛍光体を含む蛍光体層と、を有しても良い。この場合、反射層11は、基板と蛍光体層との間に形成されても良く、基板の蛍光体層が形成された面とは反対側の面に形成されても良い。
 基板の蛍光体層とは反対側の面が、光を拡散する拡散面であっても良い。拡散面は、例えば、すりガラス状の表面処理を行ったものであっても良い。また、基板は、ガラスまたはサファイア、もしくは、ガラスとサファイアの共晶体からなっても良い。
 また、蛍光体プレート10は、蛍光体を混入した、透過性のセラミックスまたは透過性の有機材料からなっても良い。この場合、反射層11は、蛍光体プレートの一方の面に設けられても良い。透過性のセラミックスは、例えば、透過性のアルミナ等である。この種のセラミックスは、ファインセラミックスとも呼ばれる。透過性の有機材料は、例えば、透過性の樹脂等である。
 本実施形態の蛍光体部材は、光源装置に適用できる。光源装置は、上述の蛍光体部材と、反射層を透過した混色光の色度を測定する光センサーと、を有しても良い。光センサーは、混色光の色度を測定することが可能なものであれば、どのようなものであっても良い。例えば、光センサーは、カラーセンサーであっても良い。カラーセンサーの詳細については後述する。
 また、光源装置は、光センサーの測定値に基づいて、混色光の色度を調整する色度調整部を、さらに有しても良い。この場合、色度調整部は、光センサーの測定値に基づいて、蛍光体プレート10を回転させるモーターの回転数を調整しても良い。例えば、色度調整部は、前回の色度の測定値と今回の色度の測定値との差に基づいて、蛍光体プレート10の回転数を調整しても良い。また、色度調整部は、光センサーの測定値に基づいて、混色光から分離した複数の色光をそれぞれ変調して画像を形成する画像形成部の入力映像信号のゲインを調整しても良い。例えば、色度調整部は、前回の色度の測定値と今回の色度の測定値との差に基づいて、入力映像信号のゲインを調整しても良い。
 上記の光源装置は、プロジェクタに適用しても良い。プロジェクタは、上記の光源装置と、光源装置の射出光を変調して画像を形成する画像形成素子と、その画像を投写する投写レンズと、を有しても良い。
 [第2実施形態]
 図3A、図3B及び図3Cは、本発明の第2実施形態である蛍光体部材の構成を説明するための模式図である。図3Aは正面図である。図3Bは、図3Aの点線の矢印Aで示した部分の断面図である。図3Cは、図3Aの点線の矢印Bで示した部分の断面図である。
 図3A、図3B及び図3Cに示すように、蛍光体部材は、蛍光体ホイール4からなる。蛍光体ホイール4は、基板44と、蛍光体層43と、反射層45とを有する。基板44は、透明基板41と金属基板42を有する。
 透明基板41と金属基板42は、一体となって薄い円盤状の基板44を形成している。透明基板41は、扇形をしている。基板44から扇形の透明基板41を除いた部分が、金属基板42である。これら透明基板41及び金属基板42は、円周方向に隣接する第1及び第2のセグメントと呼ぶことができる。
 基板44の全体に対する金属基板42が占める割合は、透明基板41が占める割合よりも大きい。金属基板42には、例えば、放熱性に優れ、コストの安いアルミニウムを用いることができる。透明基板41には、例えば、ガラス又は放熱性に優れたサファイアを用いることができる。また、透明基板41は、ガラスとサファイアの共晶体から構成されても良い。
 蛍光体層43は、透明基板41及び金属基板42上に形成されている。図3Bに示すように、反射層45は、透明基板41と蛍光体層43との間に設けられている。図3Cに示すように、蛍光体層43は、金属基板42上に設けられている。蛍光体層43は、全周にわたって設けられている。なお、反射層45は、透明基板41の蛍光体層43が形成された面とは反対側の面に形成されても良い。また、透明基板41の蛍光体層43とは反対側の面が、光を拡散する拡散面であっても良い。拡散面は、例えば、すりガラス状の表面処理を行ったものであっても良い。
 本実施形態の蛍光体部材では、蛍光体ホイール4を回転させながら励起光を照射する。励起光は、第1のセグメント(透明基板41の部分)と第2のセグメント(金属基板42の部分)に順に入射する。
 第1のセグメントでは、蛍光体層43において、蛍光体が放射した蛍光の一部は、反射層45に入射する。反射層45は、入射した蛍光の一部を反射し、残りを透過する。励起光のうち、蛍光体の励起に寄与しなかった励起光は、蛍光体層43を通過して反射層45に入射する。反射層45は、入射した励起光の一部を反射し、残りを透過する。
 反射層45からの反射光である励起光と、反射層45とは反対の方向に向かう蛍光とを含む第1の混色光が、蛍光体ホイール4の第1の面から射出される。反射層45を透過した、蛍光及び励起光を含む第2の混色光が、蛍光体ホイール4の第1の面とは反対側の第2の面から射出される。第2の混色光の光量は、第1の混色光の光量よりも十分に小さい。第2の混色光の色味は第1の混色光の色味と同じであるので、第2の混色光をモニタすることで、第1の混色光の色度を正確に検出することができる。よって、本実施形態の蛍光体部材においても、上述した第1の実施形態と同様の作用効果を奏する。
 第2のセグメントでは、蛍光体層43において、蛍光体が放射した蛍光の一部は、金属基板42に入射する。金属基板42は、入射した蛍光を蛍光体層43側へ反射する。励起光のうち、蛍光体の励起に寄与しなかった励起光は、蛍光体層43を通過して金属基板42に入射する。金属基板42は、入射した励起光を蛍光体層43側へ反射する。金属基板42からの反射光である励起光の一部は、蛍光体を励起し、残りは蛍光体層43を通過する。その結果、蛍光体層43の金属基板42とは反対側の面からは、蛍光と励起光を含む混色光が射出される。この混色光の色味は、第2の混色光の色味と略同じである。
 本実施形態の蛍光体部材においても、第1の実施形態の変形を適用することができる。
 なお、図3に示した蛍光体ホイール4において、基板44を透明基板41のみで構成しても良い。この場合、蛍光体層43は、透明基板41上に全周にわたって形成される。反射層45は、蛍光体層43と透明基板41との間に形成されても良く、また、透明基板41の蛍光体層43とは反対側の面に形成されても良い。また、透明基板41の蛍光体層43とは反対側の面が、光を拡散する拡散面であっても良い。拡散面は、例えば、すりガラス状の表面処理を行ったものであっても良い。
 [第3実施形態]
 図4は、本発明の第3実施形態である光源装置の構成を示すブロック図である。
 図4を参照すると、光源装置は、励起光源101、蛍光体部材100、光センサー102及び色度調整部103を有する。蛍光体部材100は、上述した第1又は第2の実施形態で説明した蛍光体部材である。励起光源101は、蛍光体部材100に含まれる蛍光体を励起するための励起光101aを射出する。励起光源101として、LEDやLDなどの固体光源を用いることができる。
 蛍光体部材100は、励起光101aの一部を蛍光に変換し、蛍光と励起光101aの残りとを含む混色光100a、100bを放射する。混色光100aは、蛍光体部材100の第1の面から射出される。混色光100bは、蛍光体部材100の第1の面とは反対側の面である第2の面から射出される。混色光100aの光量は、混色光100bの光量よりも多い。混色光100aの色味は、混色光100bの色味と略同じである。
 光センサー102は、蛍光体部材100の第2の面から射出された混色光100bを受光する。光センサー102は、混色光100bの色度を測定可能なものであればどのようなものであっても良い。光センサー102として、カラーセンサーを用いることができる。
 色度調整部103は、光センサー102の測定値に基づいて、混色光100aの色度を調整する。例えば、色度調整部103は、混色光100aの色度が所定の値になるように、蛍光体部材100の蛍光体プレートを回転させるモーターの回転数を調整しても良い。また、色度調整部103は、光センサー102の測定値に基づいて、混色光100aから分離した複数の色光をそれぞれ変調して画像を形成する画像形成部の入力映像信号のゲインを調整しても良い。例えば、色度調整部103は、画像形成部から射出された各色光の合成光の色度が所定の値になるように入力映像信号のゲインを調整しても良い。
 なお、図4に示した構成において、偏光を利用して、励起光101aと混色光100aとを分離することができる。一例として、図5に、偏光を利用して励起光101aと混色光100aとを分離する構成を示す。
 図5を参照すると、偏光ダイクロイックミラー104、1/4波長板105及び集光レンズ106が、励起光源101と蛍光体部材100との間の光路中に配置されている。偏光ダイクロイックミラー104は、青色の波長域の光に対して、S偏光を反射し、P偏光を透過する特性を有し、かつ、無偏光の光に対して、少なくとも黄色の波長域の光を透過する特性を有する。
 励起光源101は、例えば、青色LD(レーザーダイオード)である。励起光源101は、S偏光の青色励起光101aが偏光ダイクロイックミラー104に入射するように配置されている。偏光ダイクロイックミラー104は、励起光源101からのS偏光の青色励起光101aを蛍光体部材100に向けて反射する。
 偏光ダイクロイックミラー104で反射されたS偏光の青色励起光101aは、1/4波長板105及び集光レンズ106を介して蛍光体部材100に照射される。1/4波長板105は、直交する2つの偏光成分にπ/2(=λ/4)の位相差を与えることで、直線偏光を円偏光に、又は、円偏光を直線偏光に変換することができる。青色励起光101aは、1/4波長板105を通過することで、S偏光から円偏光に変換される。集光レンズ106は、1/4波長板203を通過した円偏光の青色励起光101aを蛍光体部材100上に集光する。
 蛍光体部材100は、円偏光の青色光101bと黄色の蛍光101cとを含む混色光100a、100bを射出する。混色光100bは、光センサー102に入射する。混色光100aは、集光レンズ106及び1/4波長板105を通過した後、偏光ダイクロイックミラー104に入射する。このとき、円偏光の青色光101bは、1/4波長板105を通過することで、円偏光からP偏光に変換される。P偏光の青色光101bは、偏光ダイクロイックミラー104を透過する。無偏光の黄色の蛍光101cも、偏光ダイクロイックミラー104を透過する。
 上記の図5に示した構成によれば、励起光101aと混色光100aとを分離することができる。なお、図5に示した構成において、励起光源101及び偏光ダイクロイックミラー104からなる部分における、s偏光/p偏光と反射/透過との対応関係を逆にしても良い。
 以上説明した本実施形態の光源装置によれば、第1実施形態で説明した効果に加えて、励起光源101を長期間に亘って使用した場合に、混色光の色味が変化することを抑制することができる。
 また、本実施形態の光源装置によれば、蛍光体部材100を用いることで、光センサーを混色光100aの光路の近傍に配置したものと比較して、以下のような作用効果も奏する。
 <比較例>
 まず、光センサーを混色光100aの光路の近傍に配置した比較例の構成とその問題点について説明する。
 図6に、比較例の光源装置の構成を示す。この比較例の光源装置は、蛍光体ホイール110、励起光源101、偏光ダイクロイックミラー104、1/4波長板105、集光レンズ106及び光センサー102aを有する。励起光源101は、例えば、6行4列の24個の青色LDからなる。図6において、破線の矢印は、中心部の青色LDが射出した青色レーザー光を示す。実線の矢印は、周辺部の青色LDが射出した青色レーザー光を示す。
 蛍光体ホイール110は、蛍光体層を金属基板上に全周にわたって形成したものである。偏光ダイクロイックミラー104、1/4波長板105及び集光レンズ106は、図5に示したものと同じである。励起光源101から射出された青色レーザー光は、偏光ダイクロイックミラー104、1/4波長板105及び集光レンズ106を介して蛍光体ホイール110の蛍光体層に照射される。蛍光体層は、青色レーザー光の一部を蛍光に変換する。蛍光体ホイール110は、蛍光と青色レーザー光とを含む混色光を集光レンズ106側に射出する。
 光センサー102aは、偏光ダイクロイックミラー104の端部の近傍に配置されている。光センサー102aは、偏光ダイクロイックミラー104を通過した混色光の光束の最も外側を通る光を受光する。ここで、混色光は、中心部の青色LDが射出した青色レーザー光と、周辺部の青色LDが射出した青色レーザー光とを含む。光センサー102aには、主に、周辺部の青色LDが射出した青色レーザー光が入射する。このため、光センサー102aの色度の測定結果において、周辺部の青色LDが支配的となる。
 青色LDの劣化には、個体差がある。このため、上記のような周辺部の青色LDが支配的となる構成においては、励起光源101が劣化した場合に、混色光の色度を正確に測定することは困難である。例えば、中心部の青色LDのみが劣化した場合に、劣化していない周辺部の青色LDが支配的となるため、光センサー102aの測定結果は、本来の色度とは異なる。反対に、周辺部の青色LDのみが劣化した場合、劣化していない中心部の青色LDが十分に反映されないため、光センサー102aの測定結果は、本来の色度とは異なる。
 これに対して、本実施形態の光源装置によれば、蛍光体部材100は、混色光100a、100bを射出する。混色光100a、100bはいずれも、中心部の青色LDが射出した青色レーザー光と、周辺部の青色LDが射出した青色レーザー光とを含む。混色光100aの色度は、混色光100bの色度と同じである。光センサー102は、混色光100b全体を受光することができるので、比較例のように周辺部の青色LDが支配的となることはない。したがって、混色光の色度を正確に検出することができる。
 [第4実施形態]
 図7は、本発明の第4実施形態である光源装置の構成を示すブロック図である。図7を参照すると、光源装置2は、励起光源201、偏光ダイクロイックミラー202、1/4波長板203、集光レンズ204、蛍光体ホイール205、カラーセンサー207、タイマー208、モーター回転数決定部209、メモリ210、モーター駆動部211、モーター212、レンズ213を備える。カラーセンサー207、タイマー208、モーター駆動部211及びモーター回転数決定部209からなる部分を、色度調整手段と呼ぶことができる。
 励起光源201は、偏光ダイクロイックミラー202に向けて、s偏光の励起光を射出する。励起光源201として、LDなどの固体光源を用いることができる。ここでは、励起光源201は、青色LDと、この青色LDの射出光を平行光束化するコリメートレンズとを含む。なお、LED等の偏光を有していない光源を用いる場合には、入射光をs偏光に揃える偏光変換素子を用いる。
 偏光ダイクロイックミラー202は、励起光源201から射出した青色の励起光(s偏光)が略45°の入射角で入射するように配置されている。偏光ダイクロイックミラー202は、青色の波長域の光に対して、s偏光を反射し、p偏光を透過し、青色の波長域以外の波長域の光を透過する特性を有する。偏光ダイクロイックミラー202は、励起光源201からの青色の励起光(s偏光)を1/4波長板203に向けて反射する。なお、励起光源201及び偏光ダイクロイックミラー202からなる部分において、s偏光/p偏光と反射/透過との対応関係を逆にしても良い。
 偏光ダイクロイックミラー202で反射された青色の励起光は、1/4波長板203及び集光レンズ204を介して蛍光体ホイール205に照射される。1/4波長板203は、直交する2つの偏光成分にπ/2(=λ/4)の位相差を与えることで、直線偏光を円偏光に、又は、円偏光を直線偏光に変換することができる。集光レンズ204は、1/4波長板203を通過した励起光を蛍光体ホイール205上に集光する。
 蛍光体ホイール205は、薄い円盤状の透明基板を有する。透明基板は、円盤面の中心部を回転中心として回転可能である。透明基板は、例えば、サファイアからなる。透明基板上に、図2に示したような分光反射/透過特性を有する反射層が設けられている。反射層上に、青色の励起光を吸収して黄色の蛍光を発する蛍光体を含む蛍光体層が設けられている。これら反射層及び蛍光体層はともに、円周方向に沿って円環状に形成されている。
 蛍光体層では、入射した青色の励起光で蛍光体が励起される。励起された蛍光体は、黄色の蛍光を全方位に放射する。全方位に放射された黄色の蛍光のうち、反射層側に向かう黄色の蛍光は、反射層で集光レンズ204側に向けて反射される。ここで、反射層は、全反射面を構成するものではないので、黄色の蛍光の一部(0.数パーセント)は反射層を透過する。
 集光レンズ204側から蛍光体層に入射した青色の励起光の一部は、蛍光体に吸収されずに、反射層に到達する。反射層は、到達した青色の励起光を蛍光体層に向けて反射する。ここで、反射層は、全反射面を構成するものではないので、到達した青色の励起光の一部(0.数パーセント)は反射層を透過する。反射層で反射された青色の励起光は、再び、蛍光体層内を集光レンズ204側に向かって進行する。
 蛍光体ホイール205において、蛍光体層は、青色の励起光と黄色の蛍光とを含む混色光である白色光を集光レンズ204に向けて放射する。一方、蛍光体ホイール205の背面(励起光が照射される面の裏側の面)からは、反射層を透過した、黄色の蛍光及び青色の励起光を含む混色光である白色光が放射される。反射層は、カラーセンサー207が色度を測定するのに必要な微量な白色光を通過させるように構成されている。反射層を通過した白色光の色度は、蛍光体層から集光レンズ204側に向かう白色光の色度に略一致する。
 カラーセンサー207は、蛍光体ホイール205の背面に配置されている。カラーセンサー207は、反射層を通過した白色光の色度を測定する機能を有する。色度測定機能として、既存の色度計の機能を適用することができる。一例として、RGBの割合から色度情報を得る構成を、以下に簡単に説明する。
 カラーセンサー207は、赤色のフィルターを備えた第1の受光面、緑色フィルターを備えた第2の受光面及び青色のフィルターを備えた第3の受光面を有する。赤色フィルターは、可視光のうち赤色波長域の光を透過し、それ以外の波長域の光を吸収する。緑色フィルターは、可視光のうち緑色波長域の光を透過し、それ以外の波長域の光を吸収する。青色フィルターは、可視光のうち青色波長域の光を透過し、それ以外の波長域の光を吸収する。第1、第2及び第3の受光面の面積は、互いに同じである。カラーセンサー207は、第1の受光面に入射した光(赤色成分)の光量と、第2の受光面に入射した光(緑色成分)の光量と、第3の受光面に入射した光(青色成分)の光量と、をそれぞれ測定する。カラーセンサー207は、これらの測定情報を色度情報へ変換する。カラーセンサー207は、モーター回転数決定部209へ色度情報を送信する。
 タイマー208は、光源装置2の総駆動時間を計測する。ここで、総駆動時間は、蛍光体ホイール205に励起光が照射された時間の総和を意味する。
 モーター回転数決定部209は、メモリ210を備える。メモリ210は、比較用の色度データを記憶している。本実施形態では、比較用の色度として、メモリ210は、初期駆動時(光源装置2を始めて駆動したとき)にカラーセンサー207が測定した色度データを記憶している。モーター回転数決定部209は、後述する色度調整処理を行い、モーターの回転数を決定し、その情報をモーター駆動部211へ送る。
 モーター212は、蛍光体ホイール205を回転させる。モーター駆動部211は、モーター回転数決定部209から送信されるモーターの回転数の情報に基づき、モーター212を回転させる。
 次に、本実施形態の光源装置2の、青色の励起光と黄色の蛍光とを含む白色光を得る動作について、具体的に説明する。
 励起光源201は、S偏光である青色の励起光を射出する。励起光源201から射出された青色の励起光(S偏光)は、偏光ダイクロイックミラー202へ入射する。偏光ダイクロイックミラー202は、青色の励起光(S偏光)を1/4波長板203に向けて反射する。青色の励起光(S偏光)は、1/4波長板203を通過することで円偏光となる。1/4波長板203を通過した青色の励起光(円偏光)は、集光レンズ204に入射する。集光レンズ204は、青色の励起光(円偏光)を蛍光体ホイール205上に集光する。
 蛍光体ホイール205では、青色の励起光(円偏光)の一部は、蛍光体層を通過して反射層に到達する。反射層は、到達した青色の励起光(円偏光)を集光レンズ204側に向けて反射する。反射層で反射された青色の励起光(円偏光)の一部は、蛍光体層を通過する。蛍光体層を通過した青色の励起光(円偏光)は、集光レンズ204を介して1/4波長板203に入射する。
 反射層からの青色の励起光(円偏光)は、1/4波長板203を通過することでp偏光となる。1/4波長板203を通過した青色の励起光(p偏光)は、偏光ダイクロイックミラー202を透過する。
 蛍光体層では、入射した青色の励起光で蛍光体が励起される。励起された蛍光体は、黄色の蛍光を全方位に放射する。全方位に放射された黄色の蛍光のうち、反射層側に向かう黄色の蛍光は、反射層で集光レンズ204側に向けて反射される。蛍光体層は、集光レンズ204側に向けて黄色の蛍光を射出する。蛍光体層からの黄色の蛍光は、集光レンズ204、1/4波長板203及び偏光ダイクロイックミラー202を順に通過する。
 偏光ダイクロイックミラー202を通過した、青色の励起光及び黄色の蛍光は、同一の光路でレンズ213に入射する。レンズ213は、青色の励起光及び黄色の蛍光を含む混色光である白色光を射出する。レンズ213が射出した白色光が、光源装置2の射出光である。
 一方、蛍光体ホイール205の背面からは、反射層を透過した、青色の励起光及び黄色の蛍光を含む混色光である白色光が放射される。蛍光体ホイール205の背面から放射した白色光は、カラーセンサー207に入射する。
 次に、本実施形態の光源装置2の色度調整動作について、具体的に説明する。
 図8は、光源装置2の色度調整方法の一手順を示す流れ図である。図7及び図8を参照して、光源装置2の色度調整方法を説明する。
 タイマー208が計測した時間(照射時間)が所定の時間に達すると、ステップS10で、カラーセンサー207が、蛍光体ホイール205の背面から射出した白色光の色度を測定する。そして、カラーセンサー207は、測定結果に基づく色度情報をモーター回転数決定部209に出力する。ここで、所定の時間は、任意に設定することができる。例えば、100時間や200時間を所定の時間として設定しても良い。
 ステップS11で、モーター回転数決定部209が、カラーセンサー207から出力された色度情報に含まれる色度と、メモリ210に記憶された比較用の色度(初期色度)との差である色度差を計算する。
 ステップS12で、モーター回転数決定部209は、ステップS11で計算した色度差に基づいて、モーター212の回転数を決定する。そして、モーター回転数決定部209は、決定した回転数を示す信号をモーター駆動部211へ送る。ここで、色度差とモーター212の回転数とを関連付けて格納したテーブルをメモリ210に格納しておき、モーター回転数決定部209が、テーブルを参照してモーター212の回転数を決定しても良い。
 ステップS13で、モーター駆動部211は、モーター回転数決定部209からモーターの回転数を示す信号を受信する。モーター駆動部211は、受信信号に示される回転数(モーター回転数決定部209が決定した回転数)でモーター212を回転させる。
 以上説明した本実施形態の光源装置2によれば、第3実施形態と同様、長期間に亘って使用した場合に、混色光の色味が変化することを抑制することができる。
 以下、光源装置2の作用効果について、白色光の色が変化する問題と合わせて詳細に説明する。
 まず、色度調整機構を有していない光源装置において、励起光源の経時劣化に伴う白色光の色の変化の問題について説明する。
 図9は、色度調整機構を有していない光源装置が射出する白色光の色度の変化をxy色度座標にプロットした色度図である。xy色度座標は、表色系の3原色である3刺激値XYZに基づくものである。xy色度座標において、右上(図の矢印の方向)側になるほど、黄色が強くなる。図9から分かるように、色度のプロット位置は、時間経過と共に右上方向へ移動している。これは、光源装置から射出された光の黄色成分が時間経過とともに強くなることを意味する。
 図10は、色度調整機構を有していない光源装置の青色光と黄色の蛍光それぞれの照度維持率の変化を示す図である。図10において、縦軸は照度維持率(%)を示し、横軸は光源駆動時間を示す。図10中、黒色のひし形は青色光を示し、黒色の四角は黄色の蛍光を示す。駆動時間が0(h)ときの青色光と黄色の蛍光の照度をそれぞれ100パーセントと規定する。
 図10から分かるように、時間経過とともに青色光と黄色の蛍光の照度が低下している。照度の低下率は、青色光と黄色の蛍光とで異なる。青色光の照度の低下率は、黄色の蛍光光の照度の低下率より大きい。これは、光源装置が射出した白色光に含まれる青色光と黄色の蛍光について、青色光に対する黄色の蛍光の比率が時間経過と共に増加することを意味する。この結果は、図9の結果と一致する。
 つまり、図9及び図10の結果から、光源装置を長期間使用すると、光源装置が射出する白色光の黄色味が強くなることが分かる。
 本実施形態の光源装置2によれば、白色光の黄色味が強くなる問題を以下のようにして解決することができる。
 例えば、タイマー208が所定の時間に達したときに、白色光に含まれている青色及び黄色の成分比率の変化のために、青色成分に対して黄色成分が増大していた場合、モーター回転数決定部209は、モーター212の回転数を減少させる。モーター212の回転数が減少すると、蛍光体ホイール205の回転速度が減少する。蛍光体ホイール205の回転速度が減少すると、ホイールの回転に伴う冷却効果が減少するとともに、単位面積当たりの励起光の照射時間が増大するため、蛍光体ホイール205の励起光の照射部位の温度が上昇する。これにより、蛍光体の温度が上昇し、その結果、内部量子効率が低下する。内部量子効率が低下すると、蛍光体が放射する黄色の蛍光の光量が低下する。その結果、蛍光体ホイール205が放射する白色光の黄色成分が低下する。したがって、光源装置2が射出する白色光の色度の変化を抑制することができる。
 また、蛍光体を長期間使用すると、蛍光の光量が徐々に低下する。この蛍光体の経時劣化のために、白色光に含まれている青色及び黄色の成分比率が変化する。例えば、蛍光体の劣化速度が励起光源の劣化速度より早い場合は、青色光に対する黄色の蛍光の比率が時間経過と共に減少する。この結果、光源装置が射出する白色光の色成分において、青色味が時間経過とともに強くなる場合がある。
 本実施形態の光源装置2によれば、白色光の青色味が強くなる問題を以下のようにして解決することができる。
 例えば、タイマー208が所定の時間に達したときに、白色光に含まれている青色及び黄色の成分比率の変化のために、黄色成分に対して青色成分が増加していた場合、モーター回転数決定部209は、モーター212の回転数を増大させる。モーター212の回転数が増大すると、蛍光体ホイール205の回転速度が増大する。蛍光体ホイール205の回転速度が増大すると、ホイールの回転に伴う冷却効果が増大するとともに、単位面積当たりの励起光の照射時間が減少するため、蛍光体ホイール205の励起光の照射部位の温度が低下する。これにより、蛍光体の温度が低下し、その結果、内部量子効率が増大する。内部量子効率が増大すると、蛍光体が放射する黄色の蛍光の光量が増大する。その結果、蛍光体ホイール205が放射する白色光の黄色成分が増大する。したがって、光源装置2が射出する白色光の色度の変化を抑制することができる。
 [第5実施形態]
 本発明の第5実施形態である光源装置は、蛍光体ホイールが異なる以外は、第4実施形態の光源装置2と同様の構成を有する。
 本実施形態の光源装置において、図3A、図3B及び図3Cに示したような蛍光体ホイール4を用いる。蛍光体ホイール4は、第4実施形態で説明した蛍光体ホイール205と同様に用いることができる。
 本実施形態の光源装置は、第4実施形態の光源装置2と同様の作用効果を奏する。ただし、蛍光体ホイール4の基板44の大部分は、放熱性に優れた金属基板42からなる。このため、蛍光体ホイール4は、蛍光体ホイール205より放熱性に優れる。さらに、金属基板42は、安価なため、蛍光体ホイール205と比較して低コスト化が可能である。
 [第6実施形態]
 本発明の第6実施形態である光源装置は、蛍光体ホイールが異なる以外は、第4実施形態の光源装置2と同様の構成を有する。
 本実施形態の光源装置において、蛍光体ホイールは、薄い円盤状の基板と反射層を有する。基板は、セラミックス結晶からなる。セラミックス結晶は、蛍光物質を含有した透明物質からなる。透明物質は、例えば、無機結晶やガラス、高分子材料などである。蛍光物質は、例えば、希土類イオン、遷移金属イオン、有機染料分子、蛍光体などである。蛍光物質として、セリウムドープされたイットリウムアルミニウムガーネット(Ce:YAG)などの希土類イオンがドープされた、またはクロムドープされたサファイアまたはチタンドープされたサファイアなどの遷移金属イオンがドープされた無機結晶なども用いることができる。本実施形態では、例えば、Ce:YAGセラミックス結晶の蛍光体を基板に用いる。また、基板の一方の面には、反射層が設けられている。反射層は、第2実施形態で説明したものと同じものである。
 本実施形態の光源装置も、第4実施形態の光源装置2と同様の作用効果を奏する。
 [第7実施形態]
 図11は、本発明の第7実施形態である光源装置の構成を示すブロック図である。図11に示す光源装置は、第4実施形態の光源装置2のタイマー208及びモーター回転数決定部209に代えて、ゲイン決定部220を設けたものである。ゲイン決定部220以外の構成は、第4実施形態と同様のものである。図11において、便宜上、励起光源201、偏光ダイクロイックミラー202、1/4波長板203、集光レンズ204、モーター駆動部211及びレンズ213は省略されている。
 表示パネル222及び入力信号223は、本実施形態の光源装置を適用するプロジェクタの一部を構成する。表示パネル222は、例えば、液晶表示パネルやDMDである。表示パネル222は、蛍光体ホイール205の射出光である混色光(白色光)から分離した色光毎に画像を形成する。単板式の場合、表示パネル222は、各色の画像を時分割で形成する。また、表示パネル222として、蛍光体ホイール205の射出光である混色光から分離した複数の色光をそれぞれ変調して画像を形成する複数の表示パネルが設けられても良い。入力信号223は、入力映像信号であって、各色光に対応する映像信号を含む。例えば、入力信号223は、RGBの各色に対応する映像信号を含む。
 ゲイン決定部220は、メモリ221を備える。メモリ221は、比較用の色度データを記憶している。本実施形態では、比較用の色度として、メモリ210は、初期駆動時(光源装置を始めて駆動したとき)にカラーセンサー207が測定した色度データを記憶している。
 ゲイン決定部220は、カラーセンサー207の測定値に基づいて、表示パネル222の入力信号223のゲインを調整する。例えば、ゲイン決定部220は、表示パネル222から射出された各色光の合成光の色度が所定の値になるように入力映像信号のゲインを調整する。このゲイン調整処理は、色度調整処理と呼ぶことができる。
 一例として、図12に、RGBのゲイン調整処理の一手順を示す。以下、図11及び図12を参照して、RGBのゲイン調整処理を詳細に説明する。
 ステップS20で、カラーセンサー207が、蛍光体ホイール205の背面から射出した白色光の色度を測定する。そして、カラーセンサー207は、測定結果に基づく色度情報をゲイン決定部220に出力する。ここで、カラーセンサー207の測定開始タイミングは、任意に設定することができる。
 ステップS21で、ゲイン決定部220が、カラーセンサー207から出力された色度情報に含まれる色度と、メモリ221に記憶された比較用の色度(初期色度)との差である色度差を計算する。
 ステップS22で、ゲイン決定部220は、ステップS21で計算した色度差に基づいて、RGBのゲイン調整値を決定する。例えば、ゲイン決定部220は、表示パネル222から射出された各色光の合成光(具体的には、投写光)の色味が変化しないように、換言すると、合成光の色度が所定の値になるように、色度差に基づいて、RGBのゲイン調整値を決定する。ここで、色度差とRGBのゲイン調整値とを関連付けて格納したテーブルをメモリ221に格納しておき、ゲイン決定部220が、テーブルを参照してRGBのゲイン調整値を決定しても良い。
 ステップS23で、ゲイン決定部220は、ステップS22で決定したRGBのゲイン調整値に基づいて、RGBの各映像信号に対するゲイン調整を行う。
 本実施形態の光源装置においても、第4実施形態と同様の作用効果を奏する。
 また、本実施形態の光源装置において、第5実施形態及び第6実施形態の構成を適用しても良い。
 [第8実施形態]
 図13は、本発明の第8実施形態であるDLP(Digital Light Processing)方式のプロジェクタ5の構成を示すブロック図である。図13に示すように、プロジェクタ5は、光源装置2、カラーホイール501、ライトトンネル502、TIRプリズム(内部全反射プリズム)503、DMD(Digital Micromirror Device)504、投写レンズ505及びレンズ群506を備える。光源装置2は、第4実施形態で説明したものである。
 カラーホイール501は、薄い円盤状をしており、円盤面の中心軸を中心として回転可能である。カラーホイール501は、赤色、緑色及び青色の各フィルターを面上に有する。赤色、緑色及び青色の各フィルターは円周方向に順番に並べて配置されている。赤色フィルターは、赤色波長域の光を透過し、赤色波長域以外の波長域の光を吸収する特性を有する。緑色フィルターは、緑色波長域の光を透過し、緑色波長域以外の波長域の光を吸収する特性を有する。青色フィルターは、青色波長域の光を透過し、青色波長域以外の波長域の光を吸収する特性を有する。
 ライトトンネル502は、カラーホイール501を通過した各単色光が入射可能な位置に配置される。ライトトンネル502は、入射した光の照度分布を均一化する素子である。
 TIRプリズム503は、ライトトンネル502が射出した光が入射可能な位置に配置される。TIRプリズム503は、2つの三角プリズムを貼り合わせたものであって、プリズムとプリズムの間に空気層を有する。
 DMD504は、TIRプリズム503からの光が入射可能な位置に配置される。DMD504は、二次元的に配列された多数のマイクロミラーからなる画像形成面を有する。DMD504は、入力映像信号に応じて入射光を変調することで画像を形成する。DMD504は、画像形成素子の一例である。
 プロジェクタ5では、光源装置2が白色光を射出する。光源装置2から射出された白色光は、カラーホイール501に照射される。カラーホイール501が回転することで、白色光は、カラーホイール501の赤色、緑色及び青色の各フィルターに順に照射される。カラーホイール501は、赤色光、緑色光、青色光を順に射出する。
 カラーホイール501から射出された赤色光、緑色光、青色光は、ライトトンネル502に入射する。ライトトンネル502では、入射した赤色光、緑色光及び青色光それぞれの照度分布が均一化される。ライトトンネル502は、赤色光、緑色光及び青色光を順に射出する。
 ライトトンネル502から射出された赤色光、緑色光及び青色光はそれぞれ、TIRプリズム503を介してDMD504に入射する。DMD504は、赤色光を変調して赤色画像を形成し、緑色光を変調して緑色画像を形成し、青色光を変調して青色画像を形成する。DMD504は、赤色画像光、緑色画像光及び青色画像光を順に射出する。赤色画像光、緑色画像光及び青色画像光は、TIRプリズム503を介して投写レンズ505に入射する。投写レンズ505は、DMD504で形成された赤色画像、緑色画像及び青色画像を重ねて不図示のスクリーン上に投写する。
 なお、図13に示したプロジェクタ5において、光源装置2に代えて、第3実施形態、第5実施形態、第6実施形態及び第7実施形態のいずれかの光源装置を用いても良い。
 [第9実施形態]
 図14は、本発明の第9実施形態であるLCD(liquid crystal display)方式のプロジェクタ6の構成を示したブロック図である。図14に示すように、プロジェクタ6は、光源装置2、フライアイレンズ系601、ダイクロイックミラー602R,602G、レンズ603、ミラー604、レンズ605、ミラー606、ミラー607、レンズ608R,608G,608B、液晶ディスプレイ609R,609G,609B、クロスダイクロイックプリズム610及び投写レンズ611を備える。光源装置2は、第4実施形態で説明したものである。
 フライアイレンズ系601は、フライアイレンズ系601に入射した光の照度分布を均一化して射出するものである。フライアイレンズ系601は、光源装置2が射出する白色光が入射可能な位置に配置される。
 ダイクロイックミラー602Rは、赤色の波長域の光を反射し、赤色の波長域以外の波長域の光を透過する特性を有する。ダイクロイックミラー602Gは、緑色の波長域の光を反射し、緑色の波長域以外の波長域の光を透過する特性を有する。
 ダイクロイックミラー602Rは、フライアイレンズ系601が射出した白色光が略45°の入射角で入射するように配置されている。ダイクロイックミラー602Rで反射された赤色光は、ミラー607及びレンズ608Rを介して液晶ディスプレイ609Rに入射する。
 ダイクロイックミラー602Gは、ダイクロイックミラー602Rを透過した光(青色成分及び緑色成分を含む)が略45°の入射角で入射するように配置されている。ダイクロイックミラー602Gで反射された緑色光は、レンズ608Gを介して液晶ディスプレイ609Gに入射する。
 ダイクロイックミラー602Gを透過した青色光は、レンズ603、ミラー604、レンズ605、ミラー606及びレンズ608Bを介して液晶ディスプレイ609Bに入射する。ここで、レンズ603及びレンズ605は、リレーレンズを構成する。
 液晶ディスプレイ609Rは、入力映像信号(R)に応じて、入射した赤色光を変調することで赤色画像を形成する。液晶ディスプレイ609Bは、入力映像信号(B)に応じて、入射した青色光を変調することで青色画像を形成する。液晶ディスプレイ609Gは、入力映像信号(G)に応じて、入射した緑色光を変調することで緑色画像を形成する。
 液晶ディスプレイ609Rが射出した赤色画像光、液晶ディスプレイ609Bが射出した青色画像光及び液晶ディスプレイ609Gが射出した緑色画像光は、クロスダイクロイックプリズム610を介して投写レンズ611に入射する。クロスダイクロイックプリズム610は、液晶ディスプレイ609R,609G,609Bからそれぞれ射出された各色の画像光を合成する。ここで、液晶ディスプレイ609R,609G,609Bは、画像形成素子の一例である。
 投写レンズ611は、クロスダイクロイックプリズム610から入射した赤色画像光、青色画像光及び緑色画像光を不図示のスクリーン上に投写する。
 なお、図14に示したプロジェクタ6において、光源装置2に代えて、第3実施形態、第5実施形態、第6実施形態及び第7実施形態のいずれかの光源装置を用いても良い。
 以上説明した各実施形態は、本発明の一例であり、本発明を限定するものではない。本発明の構成については、当業者が理解し得る技術的思想の範囲内で変更可能である。
 また、本発明は、以下の付記1~17のような形態をとり得るが、これら形態に限定されない。
 [付記1]
 励起光の一部を蛍光に変換し、該蛍光と前記励起光の残りとを含む混色光を放射する蛍光体プレートと、
 前記蛍光体プレートに設けられた、前記混色光の一部を透過させ、残りを反射する反射層と、を有する、蛍光体部材。
 [付記2]
 前記蛍光体プレートは、
 透明性の基板と、
 前記基板の一方の面に形成された、蛍光体を含む蛍光体層と、を有する、付記1に記載の蛍光体部材。
 [付記3]
 前記蛍光体プレートは、
 円周方向に隣接する第1および第2のセグメントを備え、前記第1のセグメントが透過性の基板からなり、前記第2のセグメントが金属基板からなる1枚のプレート部材と、
 前記蛍光体プレート上に円周方向に沿って形成された、蛍光体を含む蛍光体層と、を有する、付記1に記載の蛍光体部材。
 [付記4]
 前記反射層は、前記基板と前記蛍光体層との間に形成されている、付記2または3に記載の蛍光体部材。
 [付記5]
 前記基板の前記蛍光体層とは反対側の面が、光を拡散する拡散面である、付記4に記載の蛍光体部材。
 [付記6]
 前記反射層は、前記基板の前記蛍光体層が形成された面とは反対側の面に形成されている、付記2または3に記載の蛍光体部材。
 [付記7]
 前記基板は、ガラスまたはサファイア、もしくは、ガラスとサファイアの共晶体からなる、付記2乃至6のいずれか1つに記載の蛍光体部材。
 [付記8]
 前記蛍光体プレートは、蛍光体を混入した、透過性のセラミックスまたは透過性の有機材料からなり、前記反射層が、前記蛍光体プレートの一方の面である第1の面に設けられている、付記1に記載の蛍光体部材。
 [付記9]
 付記1乃至8のいずれか1つに記載の蛍光体部材を備えた光源装置。
 [付記10]
 付記1乃至8のいずれか1つに記載の蛍光体部材と、
 前記反射層を透過した前記混色光の色度を測定する光センサーと、を有する、光源装置。
 [付記11]
 前記光センサーの測定値に基づいて、前記混色光の色度を調整する色度調整部を、さらに有する、付記10に記載の光源装置。
 [付記12]
 前記色度調整部は、前記光センサーの測定値に基づいて、前記蛍光体プレートを回転させるモーターの回転数を調整する、付記11に記載の光源装置。
 [付記13]
 前記色度調整部は、前記光センサーの測定値に基づいて、前記混色光から分離した複数の色光をそれぞれ変調して画像を形成する画像形成部の入力映像信号のゲインを調整する、付記11に記載の光源装置。
 [付記14]
 付記9乃至13いずれか1つに記載の光源装置と、
 前記光源装置の射出光を変調して画像を形成する画像形成素子と、
 前記画像を投写する投写レンズと、を有する、プロジェクタ。
 [付記15]
 励起光の一部を蛍光に変換し、該蛍光と前記励起光の残りとを含む混色光を放射する蛍光体プレートと、該蛍光体プレートに設けられた、前記混色光の一部を透過させ、残りを反射する反射層と、を有する、蛍光体部材を備えた光源装置の色度調整方法であって、
 前記蛍光体部材の前記反射層を透過した混色光を受光して前記混色光の色度を測定し、
 前記色度の測定結果に基づいて、前記混色光の色度を調整する、色度調整方法。
 [付記16]
 前回の色度の測定値と今回の色度の測定値との差に基づいて、前記蛍光体プレートの回転数を調整することを含む、付記15に記載の色度調整方法。
 [付記17]
 前回の色度の測定値と今回の色度の測定値との差に基づいて、前記混色光から分離した複数の色光をそれぞれ変調して画像を形成する画像形成部の入力映像信号のゲインを調整することを含む、付記15に記載の色度調整方法。
 この出願は、2017年11月24日提出のPCT/JP2017/42264を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
 10 蛍光体プレート
 11 反射層
 13 13a、13b 励起光
 14 蛍光
 15a、15b 混色光
 

Claims (17)

  1.  励起光の一部を蛍光に変換し、該蛍光と前記励起光の残りとを含む混色光を放射する蛍光体プレートと、
     前記蛍光体プレートに設けられた、前記混色光の一部を透過させ、残りを反射する反射層と、を有する、蛍光体部材。
  2.  前記蛍光体プレートは、
     透明性の基板と、
     前記基板の一方の面に形成された、蛍光体を含む蛍光体層と、を有する、請求項1に記載の蛍光体部材。
  3.  前記蛍光体プレートは、
     円周方向に隣接する第1および第2のセグメントを備え、前記第1のセグメントが透過性の基板からなり、前記第2のセグメントが金属基板からなる1枚のプレート部材と、
     前記蛍光体プレート上に円周方向に沿って形成された、蛍光体を含む蛍光体層と、を有する、請求項1に記載の蛍光体部材。
  4.  前記反射層は、前記基板と前記蛍光体層との間に形成されている、請求項2または3に記載の蛍光体部材。
  5.  前記基板の前記蛍光体層とは反対側の面が、光を拡散する拡散面である、請求項4に記載の蛍光体部材。
  6.  前記反射層は、前記基板の前記蛍光体層が形成された面とは反対側の面に形成されている、請求項2または3に記載の蛍光体部材。
  7.  前記基板は、ガラスまたはサファイア、もしくは、ガラスとサファイアの共晶体からなる、請求項2乃至6のいずれか1項に記載の蛍光体部材。
  8.  前記蛍光体プレートは、蛍光体を混入した、透過性のセラミックスまたは透過性の有機材料からなり、前記反射層が、前記蛍光体プレートの一方の面である第1の面に設けられている、請求項1に記載の蛍光体部材。
  9.  請求項1乃至8のいずれか1項に記載の蛍光体部材を備えた光源装置。
  10.  請求項1乃至8のいずれか1項に記載の蛍光体部材と、
     前記反射層を透過した前記混色光の色度を測定する光センサーと、を有する、光源装置。
  11.  前記光センサーの測定値に基づいて、前記混色光の色度を調整する色度調整部を、さらに有する、請求項10に記載の光源装置。
  12.  前記色度調整部は、前記光センサーの測定値に基づいて、前記蛍光体プレートを回転させるモーターの回転数を調整する、請求項11に記載の光源装置。
  13.  前記色度調整部は、前記光センサーの測定値に基づいて、前記混色光から分離した複数の色光をそれぞれ変調して画像を形成する画像形成部の入力映像信号のゲインを調整する、請求項11に記載の光源装置。
  14.  請求項9乃至13いずれか1項に記載の光源装置と、
     前記光源装置の射出光を変調して画像を形成する画像形成素子と、
     前記画像を投写する投写レンズと、を有する、プロジェクタ。
  15.  励起光の一部を蛍光に変換し、該蛍光と前記励起光の残りとを含む混色光を放射する蛍光体プレートと、該蛍光体プレートに設けられた、前記混色光の一部を透過させ、残りを反射する反射層と、を有する、蛍光体部材を備えた光源装置の色度調整方法であって、
     前記蛍光体部材の前記反射層を透過した混色光を受光して前記混色光の色度を測定し、
     前記色度の測定結果に基づいて、前記混色光の色度を調整する、色度調整方法。
  16.  前回の色度の測定値と今回の色度の測定値との差に基づいて、前記蛍光体プレートの回転数を調整することを含む、請求項15に記載の色度調整方法。
  17.  前回の色度の測定値と今回の色度の測定値との差に基づいて、前記混色光から分離した複数の色光をそれぞれ変調して画像を形成する画像形成部の入力映像信号のゲインを調整することを含む、請求項15に記載の色度調整方法。
     
PCT/JP2018/042804 2017-11-24 2018-11-20 蛍光部材、光源装置、プロジェクタ及び色度調整方法 WO2019102987A1 (ja)

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