JP2018105941A

JP2018105941A - 発光ホイール

Info

Publication number: JP2018105941A
Application number: JP2016250100A
Authority: JP
Inventors: 嗣生熊代; Tsuguo Kumashiro; 山本　英明; Hideaki Yamamoto; 英明山本
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-07-05

Abstract

【課題】重量バランスが均一で回転時の振動が抑制されると共に、形成された蛍光体層に対する放熱が良好で励起光による温度上昇が抑制されて蛍光体の励起効率の低下及び蛍光体の劣化による蛍光体寿命の低下が抑制された発光ホイールを提供することにある。【解決手段】発光色が異なる複数種の蛍光体層の夫々を金属基台上に形成して多重構造の発光ホイールを構成し、励起光の照射時に最も発熱量が多く且つ放出光のスペクトルの波長領域が最も広い赤色蛍光体層５４を形成した金属基台板５１を最下部に配置して優れた放熱効果を得ると共に、放出光の光路中に光カットフィルタ板２２を配してスペクトルの波長領域を部分的にカットして赤色光の色純度（刺激純度）を高めた。【選択図】図１

Description

本発明は、発光ホイールに関するものであり、詳しくは、例えば画像や文字情報をスクリーン上に投影するプロジェクタに光波長変換部材として用いられる発光ホイールに関する。

従来、この種の発光ホイールとしては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。

開示された発光ホイール（特許文献１においては「光学ホイール」と呼称している）８０は、図１３にあるように、一部に窓孔を設けた円板形状の金属基材８１と前記窓孔を塞ぐように金属基材８１に固定された円弧形状の透光性を有する透明基材８２とで構成されており、金属基材８１の部分は、鏡面加工を施した鏡面上に緑色蛍光体層が所定の幅で部分円環状に敷設されて緑色蛍光発光領域８３を形成し、透明基材は拡散処理が施されて金属基材の緑色蛍光体層と同一円上に部分円環状に並設されて拡散透過領域８４を形成している。

これにより、励起光照射装置からの出射光（青色レーザ光）が回転する光学ホイールの緑色蛍光体層に照射されている間は、照射光が緑色蛍光体を励起して該緑色蛍光体から発せられた緑色の蛍光が鏡面によって照射光と同一光路を反対方向に向かい、透明基材に照射されている間は、透明基材で散拡して青色拡散光が透過方向に向かう。

そして、光学ホイールからの緑色蛍光からなる緑色波長領域光、青色拡散光からなる青色波長領域光及び赤色光源装置から出射された赤色波長領域光の３つの波長領域光を導光光学系によって夫々の光軸方向を同一光軸上に位置させた後、光源側光学系によって投影側光学系に導いてプロジェクタ画像として投影される。

特開２０１６−５７３７５号

ところで、上記構成からなる光学ホイールは、照射光で励起された緑色蛍光体から発せられる緑色蛍光からなる緑色波長領域光が、他の青色波長領域光及び赤色波長領域光に比べて波長領域が広く色純度（刺激純度）が低い光学特性を有している。そのため、他の波長領域光との加法混色において、表現できる色（色相）の範囲が狭まるために色の再現性に劣るプロジェクタとなってしまう。

また、円板形状の金属基材の一部に別体に透明基材を取り付けるために円板内における重量バランスが均一ではなくなり、そのために光学ホイールの回転時に振動が生じて光学系が不安定になることによって鮮明な映像が得られない恐れがある。

さらに、緑色蛍光体層にはレーザ光が照射されるため、放熱が不十分であると蛍光体の温度上昇に伴って励起効率が低下して蛍光量が低減すると共に、蛍光体の劣化によって同様に励起効率が低下する。その結果、他の波長領域光との加法混色において混色比が変わるために表現する色が変わる恐れがある。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、重量バランスが均一で回転時の振動が抑制されると共に、敷設された蛍光体層に対する放熱が良好で励起光による温度上昇が抑制されて蛍光体の励起効率の低下及び蛍光体の劣化による蛍光体寿命の低下が抑制された光学ホイール（発光ホイール）を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、複数の構成部材からなる多重構造の発光ホイールであって、平面視で回転軸を中心とする同一円周上の周方向に所定の比率の長さで分割配置された互いに蛍光色が異なる複数種の蛍光体層と、前記複数種の蛍光体層の少なくとも１種の蛍光体層からの放出光の光路上に配置されて前記放出光の波長領域の一部をカットする波長カットフィルタと、を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、励起光を拡散透過する拡散透過部材が平面視で前記分割配置の１つを構成し、前記拡散透過部材は、前記波長カットフィルタと同一形状寸法を有すると共に前記回転軸を挟んで前記波長カットフィルタと対向する反射側の対称位置に配置されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２のいずれかにおいて、前記複数種の蛍光体層はいずれも基台上に形成されておりそのうち少なくとも１種の蛍光体層が形成された前記基台が、前記励起光の受光側と反対側に配置されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項３において、前記複数種の蛍光体層が形成された基台はいずれも金属部材で形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、前記波長カットフィルタ及び前記拡散透過部材はいずれもガラス部材で形成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、平面視で回転軸を中心とする同一円周上の周方向に所定の比率の長さで分割配置された互いに蛍光色が異なる複数種の蛍光体層を備えた多重構造の発光ホイールにおいて、複数種の蛍光体層の少なくとも１種の蛍光体層からの放出光の光路上に該放出光の波長領域の一部をカットする波長カットフィルタを設けた。これにより、放出光の波長領域を部分的にカットして色純度（刺激純度）の高い光を得ることができる。

また、複数種の蛍光体層の少なくとも１種の蛍光体層が形成された基台を、励起光の受光側と反対側に配置した。これにより、照射光の照射時の蛍光体層からの発熱が基台の裏面全面を介して効率的に空気中に放散されて蛍光体層の温度上昇が効果的に抑制される。

更に、互いに同一形状寸法及び同一重量の拡散透過部材と波長カットフィルタとを回転軸を挟んで対向する反射側の対称位置に配置した。これにより、重心位置が中心（回転中心）近傍に位置して良好な回転バランスによってブレの少ない出射光を得ることができる。また、良好な回転バランスによってモーターの寿命低下を抑制することができる。

第１の実施形態に係る発光ホイールの分解斜視図である。第１の実施形態に係る発光ホイールの平面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図２のＢ−Ｂ断面図である。光カットフィルタ板のスペクトルカット領域を示す説明図である。発光ホイールの蛍光領域及び励起光の照射軌跡を示す説明図である。発光ホイールのＡ−Ａ断面を用いた光路説明図である。発光ホイールのＢ−Ｂ断面を用いた光路説明図である。発光ホイールからの出射光のタイミングチャートである。各色蛍光体層における照射光の光路長比と発光時間比との関係を示す説明図である。第２の実施形態に係る発光ホイールの分解斜視図である。第２の実施形態において第１の実施形態との違いを示す光路説明図である。従来例の説明図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１２を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明の第１の実施形態に係る発光ホイールの分解斜視図、図２は平面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図である。

第１の実施形態の発光ホイールは、複数の構成部材からなる多重構造を有しており、中心位置に回転軸が挿嵌される回転軸挿嵌孔を有する円盤状を呈している。

発光ホイールは平面視において、回転軸挿嵌孔を中心とする同一円周上に夫々の蛍光色が互いに異なる複数種の蛍光体を含有した蛍光体層が形成されており、各蛍光体層は全周３６０°を所定の比率で分割した複数の分割領域の各領域毎に配置されている。

光源から出射された光（励起光）の照射位置に回転する発光ホイールの各蛍光体層が位置すると、励起光に励起された夫々の蛍光体層から蛍光が放出され、その蛍光が発光ホイールの出射光とし出射される。なお、励起光も発光ホイールの出射光として用いられる。

次に、発光ホイールの構成について詳細に説明する。

発光ホイール１は、上から順に第１構成部材１０、第２構成部材２０、第３構成部材３０、第４構成部材４０及び第５構成部材５０の５つの構成部材で構成された５重構造からなっている。

第１構成部材１０は、基台板と蛍光体層とで構成され、そのうち基台板１１は円板状の金属板に対して中心位置に位置する回転軸挿嵌孔１２と、回転軸挿嵌孔１２を挟んで対向する両側の対称位置に夫々が外側に向かって開く扇状に切り欠いた２つの切欠部（第１切欠部１３及び第２切欠部１４）と、２つの切欠部に直交する方向の、回転軸挿嵌孔１２を挟んで対向する両側の対称位置に夫々が外側に向かって開く扇状の２つの延板部（第１延板部１５及び第２延板部１６）とを有している。

蛍光体層は、基台板１１の第１延板部１５の外周縁部及び第２延板部１６の外周縁部に、夫々の円弧状の外周円（縁）１５ａ、１６ａに沿って所定の幅で所定の均一な厚みで形成されており、本実施形態においては、第１延板部１５の外周縁部に形成された蛍光体層は励起光に励起されて黄色の蛍光を放出する黄色蛍光体を含有した黄色蛍光体層１７であり、第２延板部１６の外周縁部に形成された蛍光体層は励起光に励起されて緑色の蛍光を放出する緑色蛍光体を含有した緑色蛍光体層１８である。

なお、基台板１１の、黄色蛍光体層１７及び緑色蛍光体層１８が形成された面には、例えばアルミニウム等の反射金属による蒸着処理あるいはメッキ処理が施されて金属反射膜が形成されており、その表面は鏡面反射面となっている。

金属反射膜は、基台板１１の全面に形成してもよいし、黄色蛍光体層１７及び緑色蛍光体層１８の夫々の下部領域のみに部分的に形成してもよい。換言すると、黄色蛍光体層１７及び緑色蛍光体層１８は鏡面反射面上に形成されている。

第２構成部材２０は、第１構成部材１０の下方、つまり第１構成部材１０の、黄色蛍光体層１７及び緑色蛍光体層１８が形成された側と反対側に位置している。第２構成部材２０は２枚の光学機能板で構成されており、そのうち１枚は、ガラスに例えばＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３等の光拡散剤を混入した構成からなる拡散透過板２１であり、他の１枚はガラスに例えば所定の波長領域の光を吸収する物質を混入した構成からなる光カットフィルタ板２２である。

特に、光カットフィルタ板２２は、図５に示すように、励起光のスペクトル領域の最も長波長側から励起光で励起された赤色蛍光体層５４（後述する）から放出される赤色蛍光のスペクトル領域の短波長側のピーク波長近傍までの波長領域の光をカットする光学特性を有している。

これにより、光カットフィルタ板２２による透過光は、赤色蛍光体層５４からの赤色蛍光に対して波長領域（換言するとスペクトル半値幅）が狭められて赤色蛍光の色純度（換言すると刺激純度）が高められた赤色光が得られる。

第２構成部材２０を構成する拡散透過板２１と光カットフィルタ板２２とは同一形状寸法及び同一重量を有すると共に所定の幅及び長さの円弧状を呈しており、基台板１１の第１切欠部１３の全体を下方から覆う位置に拡散透過板２１が位置し、同様に基台板１１の第２切欠部１４の全体を下方から覆う位置に光カットフィルタ板２２が位置している。また、拡散透過板２１と光カットフィルタ板２２とは、基台板１１の回転軸挿嵌孔１２を挟んで対向する両側の対称位置に位置すると共に、拡散透過板２１の外周円（縁）２１ａ及び光カットフィルタ板２２の外周円（縁）２２ａが、基台板１１の第１延長部１５の外周円（縁）１５ａ及び第２延長部１６の外周円（縁）１６ａと同一円周上に位置している。

第３構成部３０は、第２構成部材２０を構成する拡散透過板２１及び光カットフィルタ板２２の下方、つまり拡散透過板２１及び光カットフィルタ板２２の第１構成部材１０と反対側に位置している。

第３構成部３０は、円板状の金属板に対して中心位置に位置する回転軸挿嵌孔３１と、回転軸挿嵌孔３１を挟んで対向する両側の対称位置に所定の幅及び長さの円弧状の２つの窓孔（第１窓孔３２及び第２窓孔３３）とを有している。

第１窓孔３２は、上方に位置する基台板１１の第１切欠部１３及び拡散透過板２１の夫々の下方に位置し、平面視において第１切欠部１３全体を包含するような形状寸法を有すると共に拡散透過板２１に対して幅、長さともに小さい寸法を有している。

第２窓孔３３は、上方に位置する基台板１１の第２切欠部１４及び光カットフィルタ板２２の夫々の下方に位置し、平面視において第２切欠部１４全体を包含するような形状寸法を有すると共に光カットフィルタ板２２に対して幅、長さともに小さい寸法を有している。

これにより、第２構成部材２０を構成する拡散透過板２１と光カットフィルタ板２２とが、第１構成部材１０を構成する基台板１１と第３構成部材３０とによって挟持されている。

第４構成部材４０は、第３構成部材３０の下方、つまり第３構成部材３０の第２構成部材２０を構成する拡散透過板２１及び光カットフィルタ板２２と反対側に位置している。

第４構成部材４０は、金属平板状を有すると共に、上方に位置する第３構成部材３０に対して第１窓孔３２の外縁部に沿う窓枠３２ａの部分及び第２窓孔３３の外縁部に沿う窓枠３３ａの部分を切り取った形状（第１切取部４２及び第２切取部４３）を有している。換言すると、回転軸挿嵌孔４１を含んで第３構成部材３０の第１窓孔３２及び第２窓孔３３に直交する方向に略帯状に延びる形状を有している。

第５構成部材５０は、第４構成部材４０の下方、つまり第４構成部材４０の第３構成部材３０と反対側に位置している。

第５構成部材５０は、第１構成部材１０と同様に基台板と蛍光体層とで構成され、そのうち基台板５１は円板状の金属板に対して中心位置に位置する回転軸挿嵌孔５２と、所定の幅及び長さの円弧状の窓孔５３を有し、回転軸挿嵌孔５２を挟んで窓孔５３と反対側は窓孔５３に沿って略径方向に切り取られた形状の切取部５５を有している。

第５構成部材５０の窓孔５３は上方に位置する第３構成部材３０の第２窓孔３３の下方に位置し、窓孔５３の外縁部に沿う窓枠５３ａの部分が第２窓孔３３の外縁部に沿う窓枠３３ａの部分よりも幅広に形成されると共に長さも窓枠３３ａの部分以上の長さに形成されている。

蛍光体層は、窓枠５３ａの部分の第４構成部材４０側に所定の均一の厚みで形成されており、本実施形態においては励起光に励起されて赤色の蛍光を放出する赤色蛍光体を含有した赤色蛍光体層５４からなっている。

そして、第３構成部材３０と第５構成部材５０とが第４構成部材４０を介して重ねられているが、赤色蛍光体層５４の厚みが第４構成部材４０の厚みよりも薄く形成されているため赤色蛍光体層５４の上面５４ａと第３構成部材３０の下面３０ａとの間には間隙６０が確保されている。このことより、第４構成部材４０はスペーサとしての機能を有している。

なお、基台板５１の、赤色蛍光体層５４が形成された面には、例えばアルミニウム等の反射金属による蒸着処理あるいはメッキ処理が施されて金属反射膜が形成されており、その表面は鏡面反射面となっている。

金属反射膜は、基台板５１の全面に形成してもよいし、赤色蛍光体層５４の下部領域のみに部分的に形成してもよい。換言すると、赤色蛍光体層５４は鏡面反射面上に形成されている。

次に、上述の５つの構成部材を重ね合せて５重構造とした発光ホイールの光学機能について図６〜図１０を参照して以下に説明する。

光源から出射した光は集光光学系（図示せず）を経て集光されて所定の固定位置に向けて照射され、その照射光が回転する発光ホイール１に図６に示すような照射軌跡（Ｃ）に沿って上方（第１構成部材１０を構成する黄色蛍光体層１７及び緑色蛍光体層１８の側）から照射光される。

そして、照射光（本実施形態においては青色レーザ光）Ｌの照射位置が平面視で黄色蛍光領域（Ｙ）にある黄色蛍光体層１７上にある間は、黄色蛍光体層１７に含まれる黄色蛍光体が照射光Ｌで励起されて黄色の蛍光を放出する。この黄色蛍光は、黄色蛍光体層１７が形成された基台板１１の第１延板部１５の、黄色蛍光体層１７の直下の鏡面反射面で反射されて発光ホイール１の、照射光Ｌの照射方向と反対側の方向（上方）に黄色光Ｌ_Ｙとして向かう（図７参照）。

次に、発光ホイール１が回転して照射光Ｌの位置が平面視で赤色蛍光領域（Ｒ）にある赤色蛍光体層５４上に移ると、照射光Ｌの照射位置が赤色蛍光体層５４上にある間は、第５構成部材５０を構成する赤色蛍光体層５４の上方に位置する、第１構成部材１０を構成する基台板１１の第２切欠部１４を通過して第２構成部材２０を構成する光カットフィルタ板２２に照射される。

この光カットフィルタ板２２は、上記説明したように照射光Ｌの青色光を透過する分光特性を有するため、そのまま光カットフィルタ板２２を透過してその下方に位置する第３構成部材３０の第２窓孔３３及びその下方に位置する第４構成部材４０の第２切取部４３を通過して下方に位置する、第５構成部材５０を構成する赤色蛍光体層５４に照射され、その照射光Ｌで赤色蛍光体層５４に含まれる赤色蛍光体が励起されて赤色の蛍光を放出する。

この赤色蛍光は、赤色蛍光体層５４が形成された第５構成部材５０の窓枠５３ａの、赤色蛍光体層５４の直下の鏡面反射面で反射されて照射光Ｌの照射方向と反対側の方向（上方）に赤色光Ｌ_Ｒとして向かう。そして、上方に位置する第４構成部材４０の第２切取部４３及びその上方に位置する第３構成部材３０の第２窓孔３３を通過して第２構成部材２０を構成する光カットフィルタ板２２に照射される。

このとき、光カットフィルタ板２２に照射される赤色光は、黄色蛍光体層１７からの黄色光、緑色蛍光体層１８からの緑色光及びレーザ光の青色光に対して波長領域が広いため色純度が低い。そのため、光カットフィルタ板２２に照射された赤色光は、光カットフィルタ板２２を透過することにより、上記説明したように赤色光のスペクトル領域の短波長側の立ち上が波長から短波長側のピーク波長近傍までの波長領域をカットしてスペクトル半値幅を狭めた波長領域を有する赤色光が生成される。

これにより、黄色光、緑色光及び青色光の夫々とほぼ同等な色純度の赤色光が得られる。

そして、光カットフィルタ板２２を透過した赤色光は、光カットフィルタ板２２の上方に位置する、第１構成部材１０を構成する基台板１１の第２切欠部１４を通過して発光ホイール１の、照射光Ｌの照射方向と反対側の方向（上方）に赤色光Ｌ_ＲＲとして向かう（図８参照）。

次に、発光ホイール１が回転して照射光Ｌの位置が平面視で緑色蛍光領域（Ｇ）にある緑色蛍光体層１８上に移ると、照射光Ｌの照射位置が緑色蛍光体層１８上にある間は、緑色蛍光体層１８に含まれる緑色蛍光体が照射光Ｌで励起されて緑色の蛍光を放出する。この緑色蛍光は、緑色蛍光体層１８が形成された基台板１１の第１延板部１５の、緑色蛍光体層１８の直下の鏡面反射面で反射されて発光ホイール１の、照射光Ｌの照射方向と反対側の方向（上方）に緑色光Ｌ_Ｇとして向かう（図７参照）。

次に、発光ホイール１が回転して照射光Ｌの位置が平面視で拡散透過領域（Ｂ）にある拡散透過板２１上に移ると、照射光Ｌの照射位置が拡散透過板２１上にある間は、上方に位置する、第１構成部材１０を構成する基台板１１の第１切欠部１３を通過して第２構成部材２０を構成する拡散透過板２１に照射され、拡散透過板２１を透過して照射光Ｌの照射方向と同一方向側（下方）に青色の拡散光Ｌ_Ｂとして向かう。

そして更に、下方に位置する第３構成部材３０の第１窓孔３２、その下方に位置する第４構成部材４０の第１切取部４２及び第５構成部材５０の切取部５５を順次通過して発光ホイール１の下方に向かう（図８参照）。

図９は、照射光が照射された発光ホイール１から出射される黄色光Ｌ_Ｙ、赤色光Ｌ_ＲＲ、緑色光Ｌ_Ｇ及び青色光Ｌ_Ｂの出射タイミングを示すタイミングチャートである。

発光ホイール１が回転すると発光ホイール１からは、黄色光Ｌ_Ｙ、赤色光Ｌ_ＲＲ、緑色光Ｌ_Ｇ及び青色光Ｌ_Ｂの順に時分割で出射される。特に、等速回転する発光ホイール１において１回転の周期をＴ、黄色光Ｌ_Ｙの出射時間（発光時間）をＴ_Ｙ、赤色光Ｌ_ＲＲの出射時間（発光時間）をＴ_ＲＲ、緑色光Ｌ_Ｇの出射時間（発光時間）をＴ_Ｇ、青色光Ｌ_Ｂの出射時間（発光時間）をＴ_Ｂとする、Ｔ＝Ｔ_Ｙ＋Ｔ_ＲＲ＋Ｔ_Ｇ＋Ｔ_Ｂの関係になる。

また、図１０に示すように、発光ホイール１が１回転した時の照射光の光路長をＤ、黄色蛍光体層１７上の光路長をＤ_Ｙ、赤色蛍光体層５４上の光路長をＤ_ＲＲ、緑色蛍光体層１８上の光路長をＤ_Ｇ、拡散透過板２１上の光路長をＤ_Ｂとする、Ｄ＝Ｄ_Ｙ＋Ｄ_ＲＲ＋Ｄ_Ｇ＋Ｄ_Ｂの関係になる。また、各色光の光路長と出射時間（発光時間）との関係は、Ｄ_Ｙ：Ｄ_ＲＲ：Ｄ_Ｇ：Ｄ_Ｂ＝Ｔ_Ｙ：Ｔ_ＲＲ：Ｔ_Ｇ：Ｔ_Ｂとなる。したがって、各色光の点灯時間の比率を適宜に変えたい場合は、それに対応して各色光の光路長の比率を設定することにより可能となる。

なお、各色光の光路長の比率の設定は、発光ホイール１の黄色蛍光領域（Ｙ）、赤色蛍光領域（Ｒ）、緑色蛍光領域（Ｇ）及び拡散透過領域（Ｂ）の長さの比率を設定することにより可能となる。

発光ホイール１から時分割で出射された各色光は、例えばプロジェクタにおいては、後段の導光光学系（図示せず）によって同一光路上を同一方向に進むように制御され、後段で各色光が夫々タイミングを制御されて照射されることにより求める画像や文字情報をスクリーン上に投影する。

ところで、上述の発光ホイール１は、黄色光、赤色光及び緑色光の３色の光が同一方向に向けて出射し、青色光だけがその反対方向に向けて出射されるが、青色光も他の３色の光と同様に同一方向に向けて出射するようにすることもできる。

それを実現するためには、第２の実施形態として、発光ホイール１を構成する第１構成部材１０、第２構成部材２０、第３構成部材３０、第４構成部材４０及び第５構成部材５０の５つの構成部材のうち第５構成部材５０のみの形状を一部変えればよい。

具体的には図１１の分解斜視図に示すように、第５構成部材５０に形成されて青色光が通過する部分となっていた切取部５５をなくしてこの部分を平板状の平板部５６とする基台板５１を設け、この平板部５６の上面５６ａに金属反射膜を形成して表面を鏡面反射面とする。

これにより図１２に示すように、発光ホイール１が回転して照射光Ｌの位置が平面視で拡散透過領域（Ｂ）にある第２構成部材２０を構成する拡散透過板２１上に移ると、照射光Ｌの照射位置が拡散透過板２１上にある間は、上方に位置する、第１構成部材１０を構成する基台板１１の第１切欠部１３を通過して第２構成部材２０を構成する拡散透過板２１に照射され、拡散透過板２１を透過して照射光Ｌの照射方向と同一方向側（下方）に青色の拡散光Ｌ_Ｂとして向かう。

そして更に、下方に位置する第３構成部材３０の第１窓孔３２、その下方に位置する第４構成部材４０の第１切取部４２及びその下方に位置する第５構成部材５０の平板部５６に照射される。

第５構成部材５０の平板部５６に照射された青色の拡散光Ｌ_Ｂは、平板部５６の上面５６ａの鏡面反射面で照射光Ｌの照射方向と反対方向に向けて反射されてその反射光Ｌ_Ｂが照射光Ｌと同一光路を通って他の３色の光と同様に発光ホイール１から上方に向けて出射される。

この場合、入射光Ｌが第５構成部材５０の平板部５６で反射されて発光ホイール１から出射するまでの間に第２構成部材２０を構成する拡散透過板２１を往復２回透過する。そのため、発光ホイール１からの青色拡散光Ｌ_Ｂの出射光が第１の実施形態の青色拡散光Ｌ_Ｂに対して拡散度が高くなる。

したがって、第２の実施形態の発光ホイール１からの青色出射を第１の実施形態の青色出射光と同程度の拡散度にするためには、第２の実施形態の拡散透過板２１内の光拡散剤の濃度を第１の実施形態の拡散透過板２１内の光拡散剤の濃度の二分の一程度に減らす必要がある。

なお、上記第１の実施形態及び第２の実施形態はいずれも、第１構成部材１０を構成する基台板１１の第１延長部１５の外周円（縁）１５ａ及び第２延長部１６の外周円（縁）１６ａと、第２構成部材２０を構成する拡散透過板２１の外周円（縁）２１ａ及び光カットフィルタ板２２の外周円（縁）２２ａと、第３構成部材３０の外周円（縁）３０ｂと、第４構成部材４０の外周円（縁）４０ａと、第５構成部材５０を構成する基台板５１の外周円（縁）５１ａと、が夫々の回転軸挿嵌孔１２、３１、４１、５２の位置を一にする同一円周上に位置している。

ところで上述の発光ホイール１は、周方向を４つの領域に分割して夫々の領域から異なる色（色相）の光が時分割で出射するようにしたが、必ずしも得られる光の色は４種類に限られるものではなく、適宜に領域の分割数を設定することによりそれに対応した種類の色（色相）の光を得ることができる。

また、上記第１の実施形態及び第２の実施形態はいずれも、各蛍光体層に含まれる蛍光体の励起光として青色レーザ光を用いて該青色レーザ光も発光ホイールの出射光として用いたが、蛍光体の励起光として青色レーザ光の代わりに紫外レーザ光を用いることもできる。その場合は、発光ホイールからの出射光の全てを、発光ホイールに形成された蛍光体層からの蛍光によって得ることになる。

以上説明したように本発明の発光ホイールは、いずれの蛍光体層も金属板の上に形成したため、照射光の照射時の蛍光体層からの発熱が金属板で放熱されて蛍光体層の温度上々が抑制される。その結果、蛍光体の、熱による励起効率の低下が抑えられて十分な蛍光量を確保することができる。同時に、蛍光体層の温度上昇を抑制することにより、蛍光体の劣化が抑えられて蛍光体の長寿命化を図ることができる。

特に、発熱量が大きい赤色蛍光体層を形成した金属板が５重構造の最下部に配置されて裏面が大気（空気）に接している。そのため、赤色蛍光体層の熱が金属板の裏面全面を介して効率的に空気中に放散されて赤色蛍光体層の温度上昇が効果的に抑制される。

また、赤色蛍光体層からの赤色蛍光は、緑色蛍光体層からの緑色蛍光、黄色蛍光体層からの黄色蛍光及び青色レーザ光の夫々に比べて広い波長領域を有する。そのため赤色蛍光体層からの赤色蛍光を光カットフィルタ板を透過させることにより、波長領域を部分的にカットしてスペクトル半値幅を狭めた波長領域を有する赤色光を生成することができる。

これにより、緑色蛍光、黄色蛍光及び青色レーザ光とほぼ同等の波長領域（スペクトル半値幅）を有するものとなってほぼ同等な色純度（刺激純度）の赤色光が得られる。その結果、表現できる色（色相）の範囲を広げることができる。

更に、５重構造からなる円盤状の発光ホイールの５つの構成部材のうち４つの構成部材が中心に対して対称形状に形成されている。そのなかで、特に、重量の重いガラス部材を対称に配置したため重心位置が中心（回転中心）近傍に位置して良好な回転バランスによってブレの少ない出射光を得ることができる。

１… 発光ホイール
１０… 第１構成部材
１１… 基台板
１２… 回転軸挿嵌孔
１３… 第１切欠部
１４… 第２切欠部
１５… 第１延板部
１５ａ… 外周円（縁）
１６… 第２延板部
１６ａ… 外周円（縁）
１７… 黄色蛍光体層
１８… 緑色蛍光体層
２０… 第２構成部材
２１… 拡散透過板
２１ａ… 外周円（縁）
２２… 光カットフィルタ板
２２ａ… 外周円（縁）
３０… 第３構成部材
３０ａ… 下面
３０ｂ… 外周円（縁）
３１… 回転軸挿嵌孔
３２… 第１窓孔
３２ａ… 窓枠
３３… 第２窓孔
３３ａ… 窓枠
４０… 第４構成部材
４０ａ… 外周円（縁）
４１… 回転軸挿嵌孔
４２… 第１切取部
４３… 第２切取部
５０… 第５構成部材
５１… 基台板
５１ａ… 外周円（縁）
５２… 回転軸挿嵌孔
５３… 窓孔
５３ａ… 窓枠
５４… 赤色蛍光体層
５４ａ… 上面
５５… 切取部
５６… 平板部
５６ａ… 上面
６０… 間隙

Claims

複数の構成部材からなる多重構造の発光ホイールであって、
平面視で回転軸を中心とする同一円周上の周方向に所定の比率の長さで分割配置された互いに蛍光色が異なる複数種の蛍光体層と、
前記複数種の蛍光体層の少なくとも１種の蛍光体層からの放出光の光路上に配置されて前記放出光の波長領域の一部をカットする波長カットフィルタと、を有することを特徴とする発光ホイール。
励起光を拡散透過する拡散透過部材が平面視で前記分割配置の１つを構成し、前記拡散透過部材は、前記波長カットフィルタと同一形状寸法を有すると共に前記回転軸を挟んで前記波長カットフィルタと対向する反射側の対称位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ホイール。
前記複数種の蛍光体層はいずれも基台上に形成されておりそのうち少なくとも１種の蛍光体層が形成された前記基台が、前記励起光の受光側と反対側に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の発光ホイール。
前記複数種の蛍光体層が形成された基台はいずれも金属部材で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の発光ホイール。
前記波長カットフィルタ及び前記拡散透過部材はいずれもガラス部材で形成されていることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の発光ホイール。