JP6439391B2 - 光源装置及び投射表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置及び投射表示装置に関する。

従来から、画像形成素子に青色成分の光と、赤色成分の光と、緑色成分の光とを時間的に分割して投射し、画像形成素子によりカラー画像をスクリーンに形成するプロジェクタ（投射表示装置）が知られている。その中で、レーザ光源と、このレーザ光源を励起光として蛍光を発する複数種類の蛍光体が形成された蛍光体ホイールを用いたプロジェクタが知られている。

このようなプロジェクタでは、蛍光体に対して励起光を集光すると光密度が高くなり、蛍光体の温度上昇等によって発光効率が低下する。一方、光密度を下げるために励起光のスポット径を大きくすると、スポークタイム（励起光が照射される蛍光体の切り替えの際に複数色の光の混色が生じる時間）が増大する。

発光効率の低下やスポークタイムの増大による画像品質の低下を防止するため、例えば、特許文献１に記載の従来技術では、赤色の蛍光を発する赤色蛍光体と緑色の蛍光体を発する緑色蛍光体とを設けた蛍光体ホイールに対して、その放射方向に励起光の照射スポットを配置している。これにより、蛍光体ホイールでの励起光の照射領域を放射方向に分散し、スポークタイムの増大を抑制しながら光密度を低減しようとしている。

しかしながら、蛍光体の種類によって蛍光の変換効率が異なるため、変換効率の低い蛍光体から発生する色の投射光が暗くなるという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、スポークタイムの増大を抑制しながら、蛍光体の発光効率の低下を抑制するとともに、より明るい光源装置を提供することを可能とするものである。

本発明に係る光源装置は、所定の色成分の照射光を発生する光源と、照射光が励起光として照射されることで励起され照射光の色成分とは異なる少なくとも２色の色成分を含む蛍光を生成する蛍光体と、蛍光が導かれる蛍光光路及び照射光が被照射部に導かれる照射光路を合成する光路合成部と、照射光の光路を蛍光体に導く励起光路及び照射光路の間で切り替える光路切り替え部材と、照射光路中で変位することで２色の色成分のうちの一方の色成分を含む蛍光、２色の色成分のうちの他方の色成分を含む蛍光、及び２色の色成分を含む蛍光のうちの少なくとも２つの蛍光を定期的に切り替えて被照射部に導く色成分切り替え部材と、照射光を集めて蛍光体に導き、該蛍光体に楕円のスポットを形成する楕円スポット形成手段と、を備え、蛍光が導かれることで色成分切り替え部材上に形成される楕円のスポットの短軸の方向が該色成分切り替え部材の変位方向になるように色成分切り替え部材を照射光路に配置し、前記色成分切り替え部材が回転により変位するように構成され、前記色成分切り替え部材上に形成される楕円のスポットの長軸の方向が該色成分切り替え部材の中心と外周とを結ぶ放射方向になり、短軸の方向が変位方向である回転方向になるように前記色成分切り替え部材を前記照射光路に配置し、前記蛍光体は、回転円盤から構成され、前記照射光が励起光として導かれることで前記蛍光体に形成される楕円のスポットの長軸の方向が、該蛍光体の円周方向になるように前記蛍光体を前記励起光路に配置することを特徴とする。
本発明に係る光源装置は、所定の色成分の照射光を発生する光源と、前記照射光が励起光として照射されることで励起され前記照射光の色成分とは異なる少なくとも２色の色成分を含む蛍光を生成する蛍光体と、前記蛍光が導かれる蛍光光路及び前記照射光が被照射部に導かれる照射光路を合成する光路合成部と、前記照射光の光路を前記蛍光体に導く励起光路及び前記照射光路の間で切り替える光路切り替え部材と、前記照射光路中で変位することで前記２色の色成分のうちの一方の色成分を含む蛍光、前記２色の色成分のうちの他方の色成分を含む蛍光、及び前記２色の色成分を含む蛍光のうちの少なくとも２つの蛍光を定期的に切り替えて前記被照射部に導く色成分切り替え部材と、前記照射光を集めて前記蛍光体に導き、該蛍光体に楕円のスポットを形成する楕円スポット形成手段と、を備え、前記蛍光が導かれることで前記色成分切り替え部材上に形成される楕円のスポットの短軸の方向が該色成分切り替え部材の変位方向になるように前記色成分切り替え部材を前記照射光路に配置し、前記光路切り替え部材が回転により変位するように構成され、前記楕円スポット形成手段が、前記照射光を集めて前記光路切り替え部材に導き、該光路切り替え部材に楕円のスポットを形成すると共に、楕円のスポットの長軸の方向が前記光路切り替え部材の放射方向になり、短軸の方向が変位方向である回転方向になるように前記光路切り替え部材を前記照射光の光路に配置し、前記蛍光体は、回転円盤から構成され、前記照射光が励起光として導かれることで前記蛍光体に形成される楕円のスポットの長軸の方向が、該蛍光体の円周方向になるように前記蛍光体を前記励起光路に配置することを特徴とする。

本発明によれば、スポークタイムの増大を抑制しながら、蛍光体の発光効率の低下を抑制するとともに、より明るい光源装置を提供することが可能となる。

本発明の実施例１に係るプロジェクタの光学系の要部構成を示す光学図である。 図１に示す光路切り替え盤の平面図である。 図１に示す色成分切り替え盤の平面図である。 図１に示す蛍光体ホイールの平面図である。 図１に示す光路切り替え盤と色成分切り替え盤とレーザダイオードと蛍光体とによって生成される各色成分Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｙの投射光の投射期間と光量との関係を模式的に説明するためのタイミングチャートである。 楕円スポット形成手段であるレーザダイオードの配置の方向とビームとの関係を説明するための説明図であり、（ａ）はレーザダイオードの配置の方向を示し、（ｂ）は（ａ）のレーザダイオードから射出するビームの断面形状を示す。 本発明の実施例２で用いる楕円スポット形成手段であるレーザダイオードとビームとの関係を説明するための説明図であり、（ａ）は８個のレーザダイオードの構成及びその配置の方向を示し、（ｂ）は（ａ）のレーザダイオードから射出しトロイダルレンズで集光されたビームの断面形状を示す。 本発明の実施例２において、光路切り替え盤に形成される楕円の集束スポットを説明するための説明図である。 本発明の実施例２において、色成分切り替え盤に形成される楕円の集束スポットを説明するための説明図である。 本発明の実施例２において、蛍光体ホイールに形成される楕円の集束スポットを説明するための説明図である。 本発明の実施例４に係るプロジェクタの光学系の要部構成を示す光学図である。 図１１に示す蛍光体ホイールの平面図である。 本発明の実施例５に係るプロジェクタの光学系の要部構成を示す光学図である。 図１３に示す光路切り替え部材と色成分切り替え部材とが一体となった光路切り替え盤（色成分切り替え盤）の平面図である。

（実施例１）
図１は本発明の実施例１に係る光源装置を有する投射表示装置の一例であるプロジェクタの光学系の要部構成を示す光学図である。この図１に示すように、実施例１のプロジェクタ１００は、光源装置１０と、導光光学系の一例であるライトトンネル２０、集光レンズ２１及び反射ミラー２２と、画像生成部の一例である及び画像形成パネル（ＤＭＤ）２３と、画像形成部ＧＥと、投影光学系２４とを主に備えている。このプロジェクタ１００は、光源装置１０から射出される各色成分の照射光を用いて投射光を生成し投影面の一例であるスクリーンＳに画像を投影して拡大表示する装置である。

光源装置１０は、光源部１と、光路切り替え部材の一例である光路切り替え盤３と、蛍光体の一例である蛍光体ホイール５と、色成分切り替え部材の一例である色成分切り替え盤７とを主に備える。光源装置１０は、さらに投射光路Ｘ１、励起光路Ｘ２、蛍光光路Ｘ３、光路合成部等を構成する各種光学部品も備えている。

光源部１は、光源を備えているが、この光源から発生する照射光の色成分は、赤色成分と緑色成分と青色成分とのうちのいずれかであることが好ましい。この照射光を励起光として蛍光体から発生する２色の色成分は、照射光の色成分とは異なる残りの赤色成分と緑色成分と青色成分とのうちのいずれかであることが好ましい。これにより、可視光である赤、緑、青を生成可能な光源装置が得られ、プロジェクタに好適に用いることができる。

また、光源は青色成分のレーザ光を発生する光源であり、蛍光体には緑色成分の蛍光と赤色成分の蛍光とを含む黄色成分の蛍光材料が塗布され、光路切り替え部材は蛍光体にレーザ光を導く場合と導かない場合とを切り替えることで、青色成分の照射光と赤色成分の照射光と緑色成分の照射光と黄色成分の照射光とが照射可能であることが好ましい。つまり、光源として入手が容易であることから、青色の高出力レーザを用いることで、高出力な光源装置とすることができる。

以上を鑑みて、実施例１の光源部１は、レーザダイオード１ａ（以下、「ＬＤ１ａ」という）と、カップリングレンズ１ｂと、集光レンズ１ｃとから概略構成されている。ＬＤ１ａは、駆動回路基板２に複数個設けられている。各ＬＤ１ａに対して、それぞれカップリングレンズ１ｂが設けられている。

各ＬＤ１ａからのレーザ光は、カップリングレンズ１ｂにより集光され、平行光束として集光レンズ１ｃに導かれる。集光レンズ１ｃは、各カップリングレンズ１ｂにより平行光束とされたレーザ光を集光する役割を果たす。

実施例１では、ＬＤ１ａは、青色成分の光と、赤色成分の光と、緑色成分の光とのうちの青色成分のレーザ光ＢＰを照射光として発生するものとして説明する。なお、ＬＤ１ａから発生するレーザ光ＢＰの波長としては、４４０ｎｍから４７０ｎｍの範囲であることが好ましい。この範囲とすることで、レーザ光ＢＰをそのまま青色成分Ｂの投射光として使用することができると共に、励起光として用いるのに好適である。また、容易に入手可能な青色の高出力レーザを用いることで、高出力な光源装置１０とすることができる。

しかしながら、ＬＤ１ａが、青色成分のレーザ光ＢＰを発生するものに限定されることはなく、緑色成分のレーザ光又は赤色成分のレーザ光を発生するレーザダイオード（ＬＤ）を用いることもできる。また、レーザダイオード（ＬＤ）の代わりに、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることもできる。

ＬＤ１ａは、後述する蛍光体を励起する励起光源として用いられると共に、スクリーンＳへ投射される投射光として用いられる色成分の照射光を発生する光源として機能する。

光源部１から発せられた青色成分のレーザ光ＢＰが進行する光路には、光路切り替え部材の一例である光路切り替え盤３が設けられている。この光路切り替え盤３は、例えば、図１に示すように、駆動源の一例であるステッピングモータ４により回転駆動される。

この光路切り替え盤３は、図２に示すように、回転円盤（回転する円盤）３ｃにより構成され、この回転円盤３ｃが回転方向（変位方向）Ｚ１に分割されて形成された扇形状の反射領域３ａ及び透過領域３ｂを有する。符号ｒ１、ｒ２は反射領域３ａと透過領域３ｂとの境界領域を示す。符号ｒ１は光路切り替え盤３の回転方向Ｚ１の先方側の境界領域であり、符号ｒ２は回転方向Ｚ１の後方側の境界領域である。

光路切り替え盤３は、集光レンズ１ｃの光軸に対して斜め（ここでは、その光軸に対して４５度）に配設されている。なお、符号４ａは、光路切り替え盤３が回転する際の回転軸を示す。

反射領域３ａは、照射光（レーザ光ＢＰ）を反射して投射光路（照射光路）Ｘ１に導く機能を有する。透過領域３ｂは、照射光（レーザ光ＢＰ）を透過して励起光路Ｘ２に導く機能を有する。光路切り替え盤３を回転駆動することで、反射領域３ａと透過領域３ｂとの切り替えを一定速度で円滑に行うことができる。

このように、光路切り替え盤３は、レーザ光ＢＰを励起光として蛍光体ホイール５に導く励起光路Ｘ２とレーザ光ＢＰを青色成分Ｂの投射光として導く投射光路Ｘ１との間で、レーザ光ＢＰの光路を切り替える光路切り替え部材としての機能を有する。なお、この実施例１では、光路切り替え部材を、回転駆動する構成として説明しているが、往復動させる構成とすることもできるし、形状も円に限らず、多角や長円等とすることもできる。

蛍光体ホイール５は、図４に示すように、回転円盤５ａにより構成され、駆動源の一例であるステッピングモータ６により回転方向（変位方向）Ｚ３に回転駆動される。符号６ａは、蛍光体ホイール５が回転する際の蛍光体ホイール５の回転軸を示す。蛍光体ホイール５の回転円盤５ａには、反射基盤が用いられている。この反射基盤からなる回転円盤５ａにはレーザ光ＢＰにより少なくとも２色の色成分を含む蛍光を発生する蛍光材料（蛍光体）が塗布され、リング状の蛍光領域５Ｙが形成されている。

このように、蛍光体ホイール５を、回転円盤５ａを用いて回転駆動する構成とすることにより、蛍光体ホイール５の同一箇所に長時間集中してレーザ光ＢＰが照射されるのが回避され、蛍光材料の劣化が防止される。なお、蛍光体ホイール５も往復動させる構成とすることもできるし、形状も円に限らず、多角や長円等とすることもできる。また、一方向に移動する無端ベルトに蛍光領域を形成してなる蛍光体を用いることもできる。

実施例１では、蛍光材料として、レーザ光ＢＰの色成分（青色成分Ｂ）とは異なる残りの赤色成分Ｒと緑色成分Ｇとを含む蛍光を発生する材料、例えば、黄色成分Ｙの蛍光を発生する材料が用いられている。

すなわち、蛍光材料には、波長λが５８０ｎｍ＜λ＜７５０ｎｍの波長領域（赤色成分Ｒ）の蛍光と、波長λが４５０ｎｍ＜λ＜６００ｎｍの波長領域（緑色成分Ｇ）の蛍光とを発生する蛍光材料（蛍光の波長分布が４５０ｎｍから７５０ｎｍの蛍光材料）が用いられている。

ＬＤ１ａから発生したレーザ光ＢＰは、楕円スポット形成手段及び集光レンズ１ｃにより集光され、光路切り替え盤３には、図２に示すように、楕円の集束スポットＢＳＰが形成される。楕円スポット形成手段の詳細は、後述する。集束スポットＢＳＰが境界領域ｒ１に位置しているときを光路切り替え盤３が回転角度θ＝０度（３６０度）の位置にあるものとして以後説明する。

集束スポットＢＳＰが、反射領域３ａに当たっているときには、集束スポットＢＳＰを形成するレーザ光ＢＰが投射光路Ｘ１に導かれる。投射光路Ｘ１には、第１拡散板１１、集光レンズ１２、ダイクロイックミラー１３、集光レンズ１４、ライトトンネル２０がこの順番に設けられている。ライトトンネル２０と集光レンズ１４との間には、色成分切り替え盤７が設けられている。

第１拡散板１１は、レーザ光ＢＰのスペックルパターンを除去する役割を果たすと共に、レーザ光ＢＰの光量むらを低減することにより光量分布の均一性を高める役割を果たす。

第１拡散板１１を透過したレーザ光ＢＰは、集光レンズ１２により平行光束とされて、ダイクロイックミラー１３に導かれる。ダイクロイックミラー１３は、レーザ光ＢＰを透過し、赤色成分Ｒの蛍光と緑色成分Ｇの蛍光とを反射する機能を有する。

一方、集束スポットＢＳＰが、透過領域３ｂに当たっているときには、集束スポットＢＳＰを形成するレーザ光ＢＰが励起光路Ｘ２に導かれる。励起光路Ｘ２には、第２拡散板１５、集光レンズ１６、ダイクロイックミラー１７、集光レンズ１８、及び蛍光体ホイール５がこの順番に設けられている。

第２拡散板１５を透過したレーザ光ＢＰは、励起光として集光レンズ１６により平行光束とされて、ダイクロイックミラー１７に導かれる。ダイクロイックミラー１７は、レーザ光ＢＰを透過しかつ赤色成分Ｒの蛍光と緑色成分Ｇの蛍光とを反射する機能を有する。

ダイクロイックミラー１７を透過した平行光束のレーザ光ＢＰは、集光レンズ１８により蛍光体ホイール５の蛍光領域５Ｙに集束照射され、蛍光領域５Ｙに楕円の集束スポットＢＳＰ’’を形成する。蛍光領域５Ｙはその励起光としてのレーザ光ＢＰにより励起されて赤色成分Ｒの蛍光と緑色成分Ｇの蛍光とを含む黄色成分Ｙの蛍光を楕円状に発生する。

黄色成分Ｙの蛍光は、集光レンズ１８により平行光束とされてダイクロイックミラー１７に導かれ、このダイクロイックミラー１７により反射ミラー１９に向けて反射される。

反射ミラー１９は、黄色成分Ｙの蛍光をダイクロイックミラー１３に向けて反射する。したがって、反射ミラー１９は、ダイクロイックミラー１７と共に蛍光光路Ｘ３を構成する。また、ダイクロイックミラー１３、１７、及び反射ミラー１９は投射光路Ｘ１と蛍光光路Ｘ３とを合成する光路合成部として機能する。

以上のようにしてダイクロイックミラー１３を透過したレーザ光ＢＰ又はダイクロイックミラー１３により反射された黄色成分Ｙの蛍光は、集光レンズ１４により集光されて色成分切り替え盤７に導かれる。

色成分切り替え盤７は、駆動源の一例であるステッピングモータ８により回転駆動される。なお、この色成分切り替え盤７も光路切り替え盤３と同様に、往復動させる構成とすることもできるし、形状も円に限らず、多角や長円等とすることもできる。

色成分切り替え盤７は、図３に示すように、回転円盤７ａからなり、レーザ光ＢＰを透過させる扇形状の透過領域７Ｂと、赤色成分Ｒの蛍光を透過させかつ緑色成分Ｇの蛍光の透過を阻止する扇形状の透過領域７Ｒと、緑色成分Ｇの蛍光を透過させかつ赤色成分Ｒの蛍光の透過を阻止する扇形状の透過領域７Ｇと、黄色成分Ｙの蛍光を透過させる扇形状の透過領域７Ｙとを有する。色成分切り替え盤７を回転駆動することで、各透過領域７Ｂ、７Ｒ、７Ｇ、７Ｙの切り替えを一定速度で円滑に行うことができる。

透過領域７Ｂは、青色成分Ｂのレーザ光ＢＰのうち、特定波長のレーザ光ＢＰを透過させるフィルタにより構成される。この構成により、青色成分Ｂの光の色味を変更し、色再現範囲を調整できる。なお、色再現範囲の調整を考慮する必要がない場合は、例えば、透明なガラス板で回転円盤７ａを形成するか又は回転円盤７ａを切り欠くことで透過領域７Ｂを形成し、青色成分Ｂのレーザ光ＢＰがそのまま通過するように構成することもできる。

透過領域７Ｒは、例えば、波長５８０ｎｍ＜λ＜７５０ｎｍの蛍光を透過し、他の波長の光を反射するフィルタから構成される。透過領域７Ｒの波長透過特性を変更することにより、赤色成分Ｒの光の色味を変更し、色再現範囲を調整できる。

透過領域７Ｇは、例えば、波長４５０ｎｍ＜λ＜６００ｎｍの蛍光を透過し、他の波長の光を反射するフィルタから構成される。透過領域７Ｇについても、波長透過特性を変更することにより、緑色成分Ｇの光の色味を変更し、色再現範囲を調整できる。

透過領域７Ｙは、黄色成分Ｙの蛍光を透過し、レーザ光ＢＰを反射するフィルタから構成される。なお、レーザ光ＢＰの反射を考慮する必要がない場合は、例えば、透明なガラス板で形成するか又は回転円盤７ａを切り欠くことで透過領域７Ｙを形成し、黄色成分Ｙの蛍光がそのまま通過するように構成することもできる。また、透過領域７Ｙについても、黄色成分Ｙの蛍光のうち、特定波長のみ透過させるようなフィルタを用いて波長透過特性を変更することにより、黄色成分Ｙの光の色味を変更し、色再現範囲を調整できる。

図３において、符号ｒ３は透過領域７Ｙと透過領域７Ｂとの境界領域、符号ｒ４は透過領域７Ｂと透過領域７Ｒとの境界領域、符号ｒ５は透過領域７Ｒと透過領域７Ｇとの境界領域、符号ｒ６は透過領域７Ｇと透過領域７Ｙとの境界領域を示す。符号Ｚ２は色成分切り替え盤７の回転方向（変位方向）を示し、符号ＢＳＰ’は集光レンズ１４により形成された集束スポットを示している。その集束スポットＢＳＰ’が境界領域ｒ３に位置しているときを色成分切り替え盤７の回転角度θ＝０度（３６０度）の位置とする。

色成分切り替え盤７は、光路切り替え盤３と同期回転され、光路切り替え盤３の一回転中に一回転されることで、ライトトンネル２０に導かれる色成分の光を定期的に切り替える。

色成分切り替え盤７の各透過領域７Ｂ、７Ｒ、７Ｇ、７Ｙを透過した照射光は、図１に示すように各色成分Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｙの投射光として、導光光学系の光量むら防止用部材としてのライトトンネル２０に導かれる。なお、ライトトンネル２０の代わりにフライアイレンズを用いることもできる。

ライトトンネル２０を通過した各色成分Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｙの投射光は、集光レンズ２１により平行光束とされて反射ミラー２２に導かれ、この反射ミラー２２により反射されて、画像生成部である画像形成パネル（被照射部）２３に導かれる。この画像形成パネル２３は、公知の画像形成部ＧＥによって制御される。なお、本実施例では画像生成部２３としてＤＭＤを用いているが、本願がこれに限定されることはなく、液晶等を用いることもできる。

画像形成パネル２３は、導光光学系により導かれた各色成分Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｙの投射光が照射されてこれらを反射して、スクリーンＳへの投射光を形成し、スクリーンＳに画像を形成する機能を有する。画像形成パネル２３により反射された各色成分Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｙの投射光は、固定レンズ群や可動レンズ群等からなる投影光学系２４により拡大されてスクリーンＳに投影される。

次に、図５のタイミングチャートを用いて、実施例１のプロジェクタ１００における各色成分Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｙの投射光の投影タイミングを説明する。この図５のタイミングチャートに示すように、光路切り替え盤３の一回転中に、各色成分Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｙの投射光がスクリーンＳに投影される。

光路切り替え盤３の反射領域３ａに集束スポットＢＳＰが当たっているときには、集束スポットＢＳＰを形成するレーザ光ＢＰは反射されるので、境界領域ｒ１からｒ２までの回転角度θの範囲では、レーザ光ＢＰが投射光路Ｘ１に導かれる。

色成分切り替え盤７の境界領域ｒ３は光路切り替え盤３の境界領域ｒ１に対応し、色成分切り替え盤７の境界領域ｒ４は光路切り替え盤３の境界領域ｒ２に対応している。

図５（ａ）は、スクリーンＳへの色成分Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｙの投射光の投射期間中に、光路切り替え盤３において反射又は透過されるレーザ光ＢＰの割合を示している。反射の割合「１」はレーザ光ＢＰが反射される割合が「１００％」であることを意味し、反射の割合「０」はレーザ光ＢＰが反射される割合が「０％」であることを意味している。透過の割合「０」はレーザ光ＢＰが透過される割合が「０％」であることを意味し、透過の割合「１」はレーザ光ＢＰが透過される割合が「１００％」であることを意味している。

図５（ａ）の実線は、青色成分Ｂの投射光の投射期間では、１００％のレーザ光ＢＰが反射され、色成分Ｒ、Ｇ、Ｙの投射光の投射期間では１００％のレーザ光ＢＰが透過していることを示している。

図５（ｂ）は、スクリーンＳへの各色成分Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｙの投射光の投射期間中に、色成分切り替え盤７に導かれる蛍光の割合を示している。割合「１」はレーザ光ＢＰが全て蛍光体ホイール５に導かれて蛍光が生成され、この蛍光が色成分切り替え盤７に導かれることを意味する。割合「０」はレーザ光ＢＰが蛍光体ホイール５に導かれないため、色成分切り替え盤７に蛍光が導かれないことを意味する。

図５（ｂ）の実線は、青色成分Ｂの投射光の投射期間では蛍光が色成分切り替え盤７に導かれないことを示している。また、色成分Ｒ、Ｇ、Ｙの投射光の投射期間中ではレーザ光ＢＰが全て蛍光体ホイール５に導かれて生成された蛍光が、色成分切り替え盤７に導かれていることを示している。

図５（ｃ）は、スクリーンＳへの各色成分Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｙの投射光の投射期間中に、色成分切り替え盤７に導かれるレーザ光ＢＰの光量の割合を示している。割合「１」はレーザ光ＢＰが光路切り替え盤３により全て反射されて色成分切り替え盤７に導かれることを意味する。割合「０」はレーザ光ＢＰが光路切り替え盤３を全て透過して蛍光体ホイール５に導かれることを意味する。

図５（ｃ）の実線は、青色成分Ｂの投射光の投射期間では、レーザ光ＢＰが全て色成分切り替え盤７に導かれていることを示し、色成分Ｒ、Ｇ、Ｙの投射光の投射期間中ではレーザ光ＢＰが色成分切り替え盤７に導かれないことを示している。

なお、図５に関するこれらの説明では、蛍光の変換効率は「１」とし、光学系に配置された光学部材による光量の損失、蛍光の分離による光量損失等は無視して説明している。

図５（ｄ）は、レーザ光ＢＰ又は蛍光が色成分切り替え盤７の各透過領域７Ｂ、７Ｒ、７Ｇ、７Ｙを透過する割合を示している。光路切り替え盤３の境界領域ｒ１から境界領域ｒ２までの回転角度θの角度範囲に対応する色成分切り替え盤７の境界領域ｒ３から境界領域ｒ４までの回転角度θの角度範囲では、レーザ光ＢＰが色成分切り替え盤７の透過領域７Ｂに導かれる。

したがって、図５（ｄ）に示すように、青色成分Ｂの投射光の投射期間では、色成分Ｂのレーザ光ＢＰが透過領域７Ｂを通過する。その結果、青色成分Ｂの光が色成分切り替え盤７を透過し、投射光としてスクリーンＳに投影される。色成分Ｒ、Ｇ、Ｙの光はスクリーンＳに投影されない。

光路切り替え盤３が境界領域ｒ２から境界領域ｒ１までの回転角度θの角度範囲にあるときには、透過領域３ｂに集束スポットＢＳＰが当たるので、レーザ光ＢＰは蛍光体ホイール５に励起光として導かれる。この励起光によって励起されて蛍光体ホイール５の蛍光領域５Ｙから発生する黄色成分Ｙの蛍光が色成分切り替え盤７に導かれる。

色成分切り替え盤７の回転角度θが境界領域ｒ４から境界領域ｒ５の角度範囲にあるときには、黄色成分Ｙの蛍光が透過領域７Ｒに導かれる。透過領域７Ｒは赤色成分Ｒの光を透過するので、赤色成分Ｒの光が色成分切り替え盤７を透過し、投射光としてスクリーンＳに投影され、色成分Ｇ、Ｂ、Ｙの光はスクリーンＳに投影されない。

色成分切り替え盤７の回転角度θが境界領域ｒ５から境界領域ｒ６の角度範囲にあるときには、黄色成分Ｙの蛍光が透過領域７Ｇに導かれる。透過領域７Ｇは、緑色成分Ｇの光を透過するので、緑色成分Ｇの光が色成分切り替え盤７を透過し、投射光としてスクリーンＳに投影され、色成分Ｒ、Ｂ、Ｙの光はスクリーンＳに投影されない。

色成分切り替え盤７が、境界領域ｒ６から境界領域ｒ１までの範囲にあるときには、黄色成分Ｙの蛍光が透過領域７Ｙに導かれる。透過領域７Ｙは、黄色成分Ｙの光を透過するので、黄色成分Ｙの光が色成分切り替え盤７を透過し、投射光としてスクリーンＳに投影され、色成分Ｒ、Ｇ、Ｂの光はスクリーンＳに投影されない。

以上のようにして各色成分Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｙが時分割で順次投影されることで、目の残像現象を利用して、フルカラーの画像をスクリーンＳに形成することができる。なお、各色成分Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｙの投射光が切り替わるとき、図５に示す期間で、複数の色成分の光が混色するスポークタイムが生じる。具体的には、図３において、色成分切り替え盤７の境界領域ｒ３、ｒ４、ｒ５、ｒ６に集束スポットＢＳＰ’が位置する時間は、複数の色成分の光が混色し、スポークタイムとなる。境界領域ｒ３では黄色成分Ｙと青色成分Ｂの光が混色し、境界領域ｒ４では青色成分Ｂと赤色成分Ｒの光が混色する。境界領域ｒ５では赤色成分Ｒと緑色成分Ｇの光が混色し、境界領域ｒ６では緑色成分Ｇと黄色成分Ｙの光が混色する。また、光路切り替え盤３において、レーザ光ＢＰの集束スポットＢＳＰが境界領域ｒ１、ｒ２に位置する時間も、レーザ光ＢＰの反射と透過とが混在し、スポークタイムとなる。

この混色を防ぐためには、集束スポットＢＳＰ’が境界領域ｒ３、ｒ４、ｒ５、ｒ６を横切る時間帯でＬＤ１ａを消灯するか画像形成パネル（ＤＭＤ）２３をＯＦＦし、スクリーンＳに混色が導かれないようにする必要がある。しかしながら、これにより混色は生じなくなるものの、光がスクリーンＳに導かれない時間が発生するため、スポークタイムが長いほど暗いプロジェクタとなる。一方、蛍光体ホイール５では、励起光が狭い面積で１点に集中することによる蛍光体焼け（高温化による黄色蛍光体の劣化）を防ぐためには、集束スポットＢＳＰ’’を大きくして励起光の光密度を小さくする必要がある。

なお、色成分切り替え盤７での集束スポットＢＳＰ’と蛍光体ホイール５での集束スポットＢＳＰ’’は略共役である。そのため、スポークタイムを低減すべく色成分切り替え盤７での集束スポットＢＳＰ’を小さくすると、蛍光体ホイール５での集束スポットＢＳＰ’’も小さくなってしまい、蛍光体焼けにつがなる。反対に、蛍光体焼けを防ぐべく蛍光体ホイール５での集束スポットＢＳＰ’’を大きくすると、色成分切り替え盤７での集束スポットＢＳＰ’も大きくなりスポークタイムが増大する。

このスポークタイム及び蛍光焼けの双方の抑制を可能とするため、本発明に係る実施例１では、楕円スポット形成手段により、レーザ光ＢＰを楕円状に集光して導き、光路切り替え盤３に楕円の集束スポットＢＳＰを形成している。このようなレーザ光ＢＰが反射領域３ａに反射されて色成分切り替え盤７に導かれることで、色成分切り替え盤７に楕円の集束スポットＢＳＰ’が形成される。また、レーザ光ＢＰが透過領域３ｂを透過して励起光として蛍光体ホイール５に導かれることで、蛍光体ホイール５に楕円の集束スポットＢＳＰ’’が形成される。また、蛍光体ホイール５からは、蛍光が楕円状に発生し、この楕円状の蛍光が色成分切り替え盤７に導かれることで、色成分切り替え盤７に楕円の集束スポットＢＳＰ’が形成される。

そして、集束スポットＢＳＰの長軸の方向が光路切り替え盤３の中心と外周部とを結ぶ放射方向（半径方向）になるような位置合わせで光路切り替え盤３を光路中に配置している。また、色成分切り替え盤７においては、図３に示すように集束スポットＢＳＰ’の長軸の方向が色成分切り替え盤７の放射方向になるような位置合わせで色成分切り替え盤７を投射光路Ｘ１に配置している。長軸の方向が放射方向になるとは、例えば光路切り替え盤３では、その平面視において、集束スポットＢＳＰの長軸の方向が、光路切り替え盤３の中心Ｏ（図２参照）から放射方向（半径方向）に沿って配置されることをいう。放射方向とほぼ平行であることが望ましいが、スポークタイムが増加しない範囲であれば多少の傾斜は含まれる。一方、蛍光体ホイール５においては、図４に示すように集束スポットＢＳＰ’’の長軸の方向が蛍光体ホイール５の円周方向（回転方向）になるような位置合わせで励起光路Ｘ２に蛍光体ホイール５を配置している。

このような配置により、集束スポットＢＳＰの短軸の方向が光路切り替え盤３の円周方向になり、集束スポットＢＳＰ’の短軸の方向が色成分切り替え盤７の円周方向になる。そのため、集束スポットＢＳＰ、ＢＳＰ’が各境界領域ｒ１〜ｒ６を横切る時間を比較的短くすることができ、スポークタイムを抑制することができる。このスポークタイムの抑制と共に、蛍光体ホイール５では集束スポットＢＳＰ’’の面積を大きくできるので、蛍光体焼けを抑制することができる。

さらに、蛍光体ホイール５において集束スポットＢＳＰ’’の短軸の方向を蛍光体ホイール５の放射方向としている。そのため、蛍光領域５Ｙの黄色蛍光体に照射する励起光の集束スポットＢＳＰ’’の面積を大きくしても蛍光領域５Ｙの放射方向の幅を大きくする必要がない。したがって蛍光材料の塗布量を増やす必要がないのでコストの増大を抑制することができる。また、図１に示すように光路切り替え盤３はｘｚ平面においてレーザ光ＢＰの光軸に対して４５°傾けているので、傾けることにより伸びる集束スポットＢＳＰの方向は光路切り替え盤３の放射方向であり、スポークタイムの増大を招くことがない。

なお、本実施例では蛍光体ホイール５において集束スポットＢＳＰ’’の長軸の方向がホイールの円周方向となるようにしたが、本願がこれに限定されることはない。集束スポットＢＳＰ’’の長軸の方向が蛍光体ホイール５の放射方向になるようにすることもできる。これにより、蛍光体ホイール５を配置する位置に制限がなくなり、レイアウトの自由度が増す。

以下、実施例１における楕円スポット形成手段について、図６を用いて説明する。本実施例の楕円スポット形成手段は、集束スポットＢＳＰの長軸の方向が光路切り替え盤３の放射方向にとなり、集束スポットＢＳＰ’の長軸の方向が色成分切り替え盤７の放射方向になるように配置したＬＤ１ａから構成される。図６（ａ）に典型的なＬＤ１ａの概略構成を示す。図６（ａ）中、符号ＡＬは活性層であり、符号ＣＬはクラッド層である。

この図６（ａ）に示すとおり、典型的なＬＤ１ａの活性層ＡＬは非対称形状になっており、厚み方向（ｘ方向）に比べて幅方向（ｙ方向）が広い。結果として、ＬＤ１ａは図６（ｂ）に示すような楕円のビームすなわちレーザ光ＢＰ（ｚ方向を光軸としたとき、ｘ軸方向を長軸ＶＡとし、ｙ方向を短軸ＨＡとする、ｘｙ平面の断面形状が楕円のビーム）を射出する。よって、図１の光学系に示した座標系において、ＬＤ１ａを図６に示した向きで配置することにより、図２〜図４に示したような向きの楕円の集束スポットＢＳＰ、ＢＳＰ’、ＢＳＰ’’が得られる。

以上、実施例１では、青色成分Ｂの投射光は、高出力光源であるＬＤ１ａの光をそのまま用い、これを励起光として、蛍光領域５Ｙの黄色蛍光体から赤色成分Ｒと緑色成分Ｇとを含む黄色成分Ｙの光（投射光）を取り出している。さらに蛍光の色そのものも、黄色成分Ｙの投射光として使用している。そのため、例えば赤色成分Ｒの光を得るために赤蛍光体を用いる場合に比べて、ストークスロスを抑制することができ、蛍光の利用効率を向上させることができ、明るい光源装置１０及びプロジェクタ１００とすることができる。なお、ストークスロスとは、波長を変換するときに生じるロスのことをいう。光のエネルギーは波長に逆比例するので、変換する波長が長いほどロスが大きくなる。

また、青色成分Ｂ、赤色成分Ｒ、緑色成分Ｇ、黄色成分Ｙの投射光は、いずれもＬＤ１ａを光源として生成されているため、ＬＤ個数を増やすことで容易に高輝度化が可能であると共に、蛍光体への励起光の光密度を小さくできる。したがって、蛍光体焼けを抑制し、かつスポークタイムを小さくできるので、更に明るい光源装置１０及びプロジェクタ１００とすることができる。

また、ＬＤ１ａの活性層ＡＬの水平方向はビームの広がり角が小さい。そのため、ＬＤ１ａの水平方向が光路切り替え盤３及び色成分切り替え盤７の円周方向になるようＬＤ１ａを配置することで、蛍光体焼けを抑制すべく集束スポットＢＳＰ、ＢＳＰ’を大きく（長軸を長く）しても、集束スポットＢＳＰ、ＢＳＰ’の長軸の方向が光路切り替え盤３及び色成分切り替え盤７の放射方向になる。その結果、スポークタイムの増大を抑制することができる。

なお、光路切り替え盤３を往復動する構成とした場合は、例えば光路切り替え盤３に並べて設けた反射領域３ａと透過領域３ｂとを、往復動によりレーザ光ＢＰの光路に交互に切り替えて配置する。このとき、集束スポットＢＳＰの短軸が往復動の方向（変位方向）となり、長軸の方向が反射領域３ａと透過領域３ｂとの境界に沿った方向となるようにする。これにより、反射領域３ａと透過領域３ｂとの切り替えのときのスポークタイムを抑制することができる。

同様に、色成分切り替え盤７を往復動する構成とした場合は、例えば、色成分切り替え盤７に並べて設けた透過領域７Ｂ、７Ｒ、７Ｇ、７Ｙを、往復動により投射光路Ｘ１に順次切り替えて配置する。このとき、集束スポットＢＳＰ’’の短軸が往復動の方向となり、長軸の方向が各透過領域７Ｂ、７Ｒ、７Ｇ、７Ｙの境界に沿った方向となるようにする。これにより、各透過領域７Ｂ、７Ｒ、７Ｇ、７Ｙの切り替えのときのスポークタイムを抑制することができる。

（実施例２）
以下、実施例２のプロジェクタについて説明する。実施例２のプロジェクタは、楕円スポット形成手段を変更したこと以外は、図１に示す実施例１のプロジェクタと同様の基本構成を有している。そのため、図１の光学図に基づいて説明する。実施例３についても同様である。

実施例２では、図１に示される光源部１の集光レンズ１ｃをｘ方向とｙ方向とで曲率の異なるトロイダルレンズとすることで、楕円スポット形成手段を構成している。

また、図１ではＬＤ１ａを４個配置した例を示しているが、実施例２では図７に示すように８個のＬＤ１ａ（４個ずつ２列に配置）用いた場合で説明する。まず、集光レンズ１ｃ及び集光レンズ１８をトロイダルレンズではなく球面レンズとした場合は、光路切り替え盤３、色成分切り替え盤７、蛍光体ホイール５では、各ＬＤ１ａからのビーム（レーザ光ＢＰ）が１点に集光される。つまり、複数の光源から発生したビームや蛍光体から発生した蛍光が集光レンズによって集められ、光路切替え部材等の入射対象物の表面に１つの集束スポットが形成されるように入射する。この集束スポットの面積が小さい程、光密度が大きくなる。集束スポットの形状は、円形、楕円等が挙げられ、光源や集光レンズの光学性能によって異なる。複数のＬＤ１ａを用いた場合は楕円のビームが集められて１つの楕円の集束スポットが形成される。

これに対して、実施例２では、集光レンズ１ｃを上述のようなトロイダルレンズとすることで、図７（ｂ）に示すような複数のビームＢＰが光源部１から射出される。よって図８に示すように、光路切り替え盤３には４つの集束スポットｂｓｐ（スポット群）が放射方向に一列に形成される。また、図９に示すように、色成分切り替え盤７にも、各色成分Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｙの光によって４つの集束スポットｂｓｐ’（スポット群）が放射方向に一列に形成される。結果として、光路切り替え盤３と色成分切り替え盤７に、放射方向（半径方向）に長尺で円周方向（回転方向）に短尺で全体形状がほぼ楕円の集束スポットＢＳＰ、ＢＳＰ’が形成される。一方、図１０に示すように、蛍光体ホイール５には４つの集束スポットｂｓｐ’’（スポット群）が円周方向に一列に形成され、結果として円周方向（回転方向）に長尺で放射方向（半径方向）に短尺で全体形状がほぼ楕円の集束スポットＢＳＰ’’が形成される。

本明細書でいう楕円の集束スポットには、図２〜図４に示される実施例１のように集束スポット自体が楕円のものだけでなく、実施例２の図８〜図１０のように、一方向に複数の集束スポットが並んで形成された放射方向又は円周方向に長いスポット（スポット群）も、楕円の集束スポットに含まれる。また、楕円の集束スポットが複数集まって全体として１つの楕円の集束スポットとなる場合だけでなく、円形等の集束スポットが複数集まって全体として１つの楕円の集束スポットとなる場合も含まれる。

以上、実施例２では、複数配置した光源（ＬＤ１ａ）の２つの軸の集光度合いを変えることで、一方の軸は複数の光源からの光を集光させ、他方の軸は集光させないことができる。この集光させる軸が光路切り替え盤３と色成分切り替え盤７の円周方向になるようにすることで、スポット群の幅が短くなり（つまり、楕円の集束スポットＢＳＰ、ＢＳＰ’の短軸が短くなる）、スポークタイムの増大を抑制することができる。また、蛍光体ホイール５では、円周方向にスポット群が並んで全体として楕円の集束スポットＢＳＰ’’が形成されることで、レーザ光ＢＰが広い面積で照射され、レーザ光ＢＰが１点に集中することによる蛍光体焼けを抑制することができる。また実施例２でも蛍光領域５Ｙの放射方向の幅を大きくする必要がなく、コストの増大を抑制することもできる。

なお、この実施例２では楕円スポット形成手段を集光レンズ１ｃで構成し、光路切替え盤３の上流側に配置することで、光路切替え盤３にも楕円の集束スポットＢＳＰを形成している。しかし、本願がこの構成に限定されることはなく、例えば、光路切替え盤３の下流側の励起光路Ｘ２に配置された集光レンズ１８をトロイダルレンズとし、楕円スポット形成手段とすることもできる。さらには、光路切替え盤３の上流側及び下流側、すなわち、集光レンズ１ｃ及び集光レンズ１８の双方をトロイダルレンズとして、楕円スポット形成手段とすることもできる。

例えば、実施例２の変形例として、集光レンズ１８をトロイダルレンズとして楕円スポット形成手段を構成した場合について説明する。集光レンズ１ｃは球面レンズとする。この場合、光路切り替え盤３では各ＬＤ１ａからの光が１点に集光されるが、その集束スポットの面積が小さくなるように集光することによって、光路切り替え盤３におけるスポークタイムを小さくすることができる。一方、トロイダルレンズからなる集光レンズ１８によって、蛍光体ホイール５に図１０に示すような集束スポットＢＳＰ’’が形成されるように励起光を集光することができる。また、集光レンズ１８によって、色成分切り替え盤７に図９に示すような集束スポットＢＳＰ’が形成されるように蛍光を集光することができる。

以上、実施例２の変形例では、蛍光体焼けとスポークタイムとを抑制し、さらに、光路切り替え盤３では集束スポットＢＳＰを小さくできるので、光路切り替え盤３のホイール径を小さくすることができ、プロジェクタの小型化が可能である。

また、実施例２の更なる変形例として、楕円スポット形成手段として光源部１の集光レンズ１ｃ又は励起光路Ｘ２の集光レンズ１８若しくはその両方をトロイダルレンズとするのと併せて、実施例１で図６を用いて説明したような向きでＬＤ１ａを配置することもできる。この場合も、集束スポットＢＳＰ、ＢＳＰ’、ＢＳＰ’’が楕円となることで、蛍光体への励起光の光密度を小さくして、蛍光体焼けを抑制しつつ、スポークタイも抑制できる。さらに、図８〜図１０に示す各集束スポットｂｓｐ、ｂｓｐ’、ｂｓｐ’’の形状そのものを短軸がより短い楕円とすることができ、スポークタイムの抑制効果を向上させることができる。

（実施例３）
実施例３のプロジェクタについて説明する。実施例３のプロジェクタも、楕円スポット形成手段を変更したこと以外は、図１に示す実施例１のプロジェクタと同様の基本構成を有している。実施例３では、図１のＬＤ１ａに対応するカップリングレンズ１ｂを偏心することで、楕円スポット形成手段を実現している。

各ＬＤ１ａに対して、それぞれのカップリングレンズ１ｂの偏心量を変えることで、実施例２と同様に、図８〜図１０に示すように、複数の集束スポットｂｓｐ、ｂｓｐ’、ｂｓｐ’’を一方向に長尺に配列することができる。これにより、長軸の方向が各部材の放射方向になる楕円の集束スポットＢＳＰ、ＢＳＰ’、ＢＳＰ’’を形成することができる。

以上、実施例３のように、光源（ＬＤ１ａ）を複数備え、楕円スポット形成手段として、複数の光源にそれぞれ対応して配置されたカップリングレンズ１ｂを、それぞれ異なる偏心量で偏心させている。このようにカップリングレンズ１ｂを偏心することで、その他のレンズをトロイダル・シリンドリカルと言った特殊な形状のレンズにする必要が無いためコストを削減することができる。また、カップリング１ｂの偏心とトロイダル・シリンドリカルレンズを組み合わせる場合でも、カップリングレンズ１ｂを偏心しない場合に比べてレンズの曲率を小さくすることができるので、レンズの感度を小さくすることができ、公差によりレンズの位置が設計中心位置からずれた場合の効率の低下を抑制することができる。

なお、併せて集光レンズ１ｃ又は集光レンズ１８若しくはその両方をトロイダルレンズにすることもできる。これによりカップリングレンズ１ｂの偏心量を減らすことができるので、ＬＤ１ａからのレーザ光ＢＰのカップリングレンズ１ｂへの取り込み効率を向上させることができる。また、カップリングレンズ１ｂの偏心により各ＬＤ１ａからの光を集めているので、集光レンズ１ｃ、１８はシリンドリカルレンズとすることもできる。さらに、これと併せて図６で説明したような向きでＬＤ１ａを配置することで、図８、図９に示す各集束スポットｂｓｐ、ｂｓｐ’の形状を長軸の方向が放射方向になる楕円とすることができ、スポークタイムを更に抑制することができる。また、図１０に示す集束スポットｂｓｐ’’の形状を長軸の方向が円周方向となる楕円とすることができ、蛍光体への励起光の密度を更に小さくすることができる。なお、楕円の集束スポットＢＳＰ、ＢＳＰ’、ＢＳＰ’’が形成できれば、楕円スポット形成手段が実施例１〜実施例３で挙げたものに限定されることはなく、他の何れの手段をも用いることができる。

（実施例４）
実施例４のプロジェクタを、図１１、図１２に基づいて説明する。図１１は実施例４のプロジェクタ１００Ａの光学系の要部構成を示す光学図である。実施例４のプロジェクタ１００Ａは、図１２に示すような蛍光体ホイール５１を用い、楕円のスポットＢＳＰ’’の長軸の方向が放射方向となるように蛍光体ホイール５１を配置したこと以外は、図１に示す実施例１のプロジェクタ１００と同様の基本構成を有している。そのため、図１１において実施例１と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。以降の実施例５についても同様である。

前述の実施例１では、図４に示すように、蛍光体ホイール５に黄色成分Ｙの蛍光を発生する黄色蛍光材料のみを塗布してリング状の蛍光領域Ｙを形成している。これに対して、本実施例では、図１２に示すように、蛍光体ホイール５１に、黄色成分Ｙの蛍光を発生する蛍光材料を用いた扇形状の蛍光領域５Ｙ’と、緑色成分Ｇの蛍光を発生する蛍光材料を用いた扇形状の蛍光領域５Ｇとを形成している。これにより、緑色成分Ｇの投射光を得る期間（図５参照）には、扇形状の蛍光領域５Ｇにレーザ光ＢＰが照射される構成としている。

図１２において、符号ｒ５’、ｒ６’は蛍光領域５Ｙ’と蛍光領域５Ｇとの境界領域を示している。その蛍光領域５Ｙの境界領域ｒ６’から境界領域ｒ５’までの回転角度θの角度範囲は色成分切り替え盤７の境界領域ｒ６から境界領域ｒ５までの回転角度θの角度範囲に対応し、蛍光体ホイール５１は、光路切り替え盤３、色成分切り替え盤７と同期回転される。

本実施例においては、図６で説明したようなＬＤ１ａの配置とすることで、ｘ方向に長尺な楕円のレーザ光ＢＰとしている。そして、図１２に示すとおり、レーザ光ＢＰによる集束スポットＢＳＰ’’の長軸の方向が放射方向になるように蛍光体ホイール５１を配置している。これにより、境界領域ｒ５’、ｒ６’における緑色成分Ｇの蛍光と黄色成分Ｙの蛍光との混色時間を低減することができるので、実施例１と同様に、蛍光体焼けを防ぎながらスポークタイムを減らすことができる。

本実施例の構成では、さらに、色成分切り替え盤７の透過領域７Ｇには、蛍光領域５Ｇから発生する緑色成分Ｇの蛍光のみが導かれるので、黄色成分Ｙの蛍光から緑色成分Ｇの蛍光を抽出する必要がない。その結果、黄色成分Ｙの蛍光のみを利用する場合に較べて、蛍光の利用効率を高めることがでる。

また、この場合、透過領域７Ｇを緑色成分Ｇの蛍光の波長のうち特定波長域の蛍光をカットする構成とすることもできる。これにより、色度の調整、例えば、長波長域の光をカットすることで、緑色成分Ｇの光の純度を向上させることができる。

以上、実施例４では、蛍光体に、黄色成分の蛍光を発生する蛍光領域５Ｙ’と緑色成分の蛍光を発生する蛍光領域５Ｇとが形成されている。したがって、ストークスロスが小さく、かつ視感度の高い黄色蛍光体及び緑蛍光体を用いることで、明るく高出力な光源装置１０とすることができ、明るいプロジェクタ１００Ａとすることができる。加えて緑蛍光体を緑色成分Ｇの照射光（投射光）に使用することで黄色から緑を取り出すよりも高効率となり、更に高出力な光源装置１０となる。

なお、実施例４の変形例として、蛍光体ホイール５１に黄色成分Ｙの蛍光を発生する蛍光領域５Ｙと赤色成分Ｒの蛍光を発生する蛍光領域とを形成した構成とすることもできる。そして、赤色成分Ｒの投射光を得る期間には、赤色成分Ｒの蛍光領域にレーザ光ＢＰが照射されるように構成する。これにより、この蛍光領域から発生した赤色成分Ｒの蛍光を投射光として使用することができ、蛍光の利用効率を高めて明るい光源装置１０及びプロジェクタ１００とすることができる。さらに、透過領域７Ｒを赤色成分Ｒの蛍光の波長のうち特定波長域の蛍光をカットする構成とすることにより、赤色成分Ｒの光の純度を向上させることができる。

また、蛍光ホイール５１の変形例として、無端ベルトに蛍光領域５Ｙと蛍光領域Ｇとを形成して蛍光体とすることもできる。この場合は、無端ベルトの回転方向（変位方向）が集束スポットＢＳＰ’’の短軸の方向となるように励起光を照射することで、蛍光の混色を抑制することができる。

（実施例５）
実施例５のプロジェクタを、図１３、図１４に基づいて説明する。図１３は実施例５のプロジェクタ１００Ｂの光学系の要部構成を示す光学図である。実施例５のプロジェクタ１００Ｂは、レーザ光ＢＰの光路に光路切り替え盤３１（色成分切り替え盤７１）を配置している。この光路切り替え盤３１（色成分切り替え盤７１）は、光路切り替え部材と色成分切り替え部材とが一体化されたものである。

実施例５では、実施例１同様の光源部１を用い、ＬＤ１ａを図６のように配置して、ｘ軸方向に長い楕円のレーザ光ＢＰを照射光及び励起光として発生する。蛍光体ホイール５は、実施例１と同様に、少なくとも２色の色成分を含む蛍光（赤色成分Ｒと緑色成分Ｇとを含む黄色成分Ｙの蛍光）を発生する蛍光材料からなる蛍光体が形成されている。また、図１３に示すように、励起光であるレーザ光ＢＰの照射により、実施例１と同様に、長軸の方向が蛍光体ホイール５の円周方向になる楕円の集束スポットＢＳＰ’’が形成されるように、蛍光体ホイール５を配置している。これにより、励起光の密度と蛍光体材料の塗布量との低減を図っている。なお、本実施例でも、図１２に示される実施例４のように、楕円の集束スポットＢＳＰ’’の長軸の方向が蛍光体ホイール５の放射方向になるような配置とすることもできる。

実施例５の光路切り替え盤３１（色成分切り替え盤７１）は、図１４に示すように、回転方向Ｚ１に分割された透過領域３ａ’と反射透過領域３ｂ’とを有する。この光路切り替え盤３１（色成分切り替え盤７１）に、上述のようなレーザ光ＢＰが照射されることで、長軸の方向が放射方向となる楕円の集束スポットＢＳＰが形成される。

透過領域３ａ’を透過したレーザ光ＢＰは、集光レンズ１２Ｂにより平行光束とされ、反射ミラー１９Ｂ１、１９Ｂ２により反射されてダイクロイックミラー１３Ｂに導かれ、集光レンズ１４Ｂにより集光されてライトトンネル２０に導かれる。なお、この実施例５では、拡散板１１Ｂは、反射ミラー１９Ｂ１と反射ミラー１９Ｂ２との間に配置されている。ライトトンネル２０以降の光学系の構成は実施例１と同様である。

反射透過領域３ｂ’は、図１４に示すように、レーザ光ＢＰを反射し赤色成分Ｒの蛍光を透過する扇形状の反射透過領域３ｂＲと、緑色成分Ｇの蛍光を透過する扇形状の反射透過領域３ｂＧと、黄色成分Ｙの蛍光（赤色成分Ｒの蛍光と緑色成分Ｇの蛍光とを含む蛍光）を透過する扇形状の反射透過領域３ｂＹとに三分割されている。これにより、本実施例５では、光路切り替え盤３１（色成分切り替え盤７１）は９０度毎に４個の領域（透過領域３ａ’及び反射透過領域３ｂＲ、３ｂＧ、３ｂＹ）に分割される。

反射透過領域３ｂ’にレーザ光ＢＰが当たると、レーザ光ＢＰが集光レンズ１６Ｂに向けて反射され、この集光レンズ１６Ｂにより平行光束とされる。この平行光束は、励起光路Ｘ２の第２拡散板１５Ｂを通って集光レンズ１８Ｂに導かれ、この集光レンズ１８Ｂにより集光されて蛍光体ホイール５に照射される。これにより、蛍光体ホイール５には、実施例１と同様に長軸の方向が円周方向となる楕円の集束スポットＢＳＰ’’が形成され（図４参照）、レーザ光ＢＰの照射面積を大きくできる。

この蛍光体ホイール５に照射されたレーザ光ＢＰにより、黄色成分Ｙの蛍光が生成され、この蛍光は励起光路Ｘ２を再び通って、光路切り替え盤３１（色成分切り替え盤７１）の反射透過領域３ｂ’に導かれる。

この反射透過領域３ｂ’において、扇形状の反射透過領域３ｂＲに黄色成分Ｙの蛍光が当たると、緑色成分Ｇの蛍光がカットされ、集光レンズ１２Ｂに赤色成分Ｒの蛍光のみが導かれる。集光レンズ１２Ｂは、その赤色成分Ｒの蛍光を集光して平行光束としてダイクロイックミラー１３Ｂに導く。ダイクロイックミラー１３Ｂは、赤色成分Ｒの蛍光と、緑色成分Ｇの蛍光とを透過し、青色成分Ｂのレーザ光ＢＰを反射する特性を有する。

扇形状の反射透過領域３ｂＧに黄色成分Ｙの蛍光が当たると、赤色成分Ｒの蛍光がカットされ、集光レンズ１２Ｂに緑色成分Ｇの蛍光のみが導かれる。集光レンズ１２Ｂは、その緑色成分Ｇの蛍光を集光して平行光束としてダイクロイックミラー１３Ｂに導く。

扇形状の反射透過領域３ｂＹに黄色成分Ｙの蛍光が当たると、赤色成分Ｒの蛍光と緑色成分Ｇの蛍光とが集光レンズ１２Ｂに導かれる。集光レンズ１２Ｂは、その緑色成分Ｇの蛍光と赤色成分Ｒの蛍光を集光して平行光束としてダイクロイックミラー１３Ｂに導く。

実施例５においても、集束スポットＢＳＰ’が長軸の方向を放射方向とする楕円であるため、透過領域３ａ’及び反射透過領域３ｂＲ、３ｂＧ、３ｂＹの各境界領域ｒ３、ｒ４、ｒ５、ｒ６を通過することによる各色の混色時間を短くすることができる。

また、実施例５では、光路切り替え盤３１（色成分切り替え盤７１）とダイクロイックミラー１３Ｂとの間の光路が蛍光をライトトンネル２０に導く蛍光光路Ｘ３となっている。光路切り替え盤３１（色成分切り替え盤７１）は、レーザ光ＢＰを励起光として蛍光体ホイール５に導く励起光路Ｘ２とレーザ光ＢＰを青色成分Ｂの投射光として導く投射光路Ｘ１との間で光路を切り替える光路切り替え部材としての機能を有する他、蛍光体ホイール５により生じた蛍光をダイクロイックミラー１３Ｂに導く機能を有する。このように、ダイクロイックミラー１３Ｂは、実施例５では、蛍光光路Ｘ３と投射光路Ｘ１との光路を合成する光路合成部として機能する。

以上、実施例５においても、レーザ光ＢＰの集束スポットＢＳＰの長軸の方向を光路切り替え盤３１の放射方向とすることで、蛍光体焼けを抑制しながらスポークタイムを抑制することができる。また、蛍光の利用効率を高めて、明るい光源装置１０及びプロジェクタ１００Ｂとすることができる。さらに、実施例５では、光路切り替え盤３１と色成分切り替え盤７１とが一体構成とされているので、回転盤の個数を削減でき、光源装置１０及びプロジェクタ１００Ｂの構成の簡略化、コストの低減を図ることができる。

また、実施例１〜実施例４のように、光路切り替え盤３と色成分切り替え盤７とが別々に形成されている場合には、これらを同期して回転制御する必要がある。しかしながら、この実施例５では、光路切り替え盤３１と色成分切り替え盤７１とが一体に形成されているので、これらを同期制御する必要はなく、回転制御の簡単化を図ることができる。

より具体的には、例えば、図１２に示す実施例４のように、蛍光体ホイール５を黄色成分Ｙの蛍光を発生する蛍光領域５Ｙと緑色成分Ｇの蛍光を発生する蛍光領域５Ｇとに分けて形成したとする。この場合、実施例４では、既述したように、光路切り替え盤３と、色成分切り替え盤７と、蛍光体ホイール５の三者を同期して回転制御する必要がある。これに対して、この実施例５の場合には、蛍光体ホイール５と光路切り替え盤３１（色成分切り替え盤７１）との二者のみを同期制御するのみで足りるので、回転制御の簡単化を図ることができる。

なお、この実施例５ではレーザ光ＢＰを反射させて励起光路Ｘ２を形成しかつレーザ光ＢＰを透過させて投射光路Ｘ１を形成している。しかしながら、レーザ光ＢＰを反射させて投射光路Ｘ１を形成しかつレーザ光ＢＰを透過させて励起光路Ｘ２を形成する構成とすることもできる。

以上、本願の光源装置及び投射表示装置を、各実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については各実施例に限られるものではなく、本願の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。また、前記構成部材の数、位置、形状等は各実施例に限定されることはなく、本願を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。また、上記各実施例では、投射表示装置として、スクリーン等の投影面に画像を投影して拡大表示するプロジェクタに適用した例を説明したが、本願がこれらの実施例に限定されることはない。例えば、半導体デバイスの制作工程でウェハー上に回路パターンを露光する露光装置としての投射表示装置等に適用することもできる。

１ａ レーザダイオード（ＬＤ）（光源、楕円スポット形成手段）
１ｃ 集光レンズ（楕円スポット形成手段）
３、３１ 光路切り替え盤（光路切り替え部材）
５、５１ 蛍光体ホイール（蛍光体）
７、７１ 色成分切り替え盤（色成分切り替え部材）
１０ 光源装置 １３、１３Ｂ ダイクロイックミラー（光路合成部）
１７ ダイクロイックミラー（光路合成部）
１８、１８Ｂ 集光レンズ（楕円スポット形成手段）
１９、１９Ｂ１、１９Ｂ２ 反射ミラー（光路合成部）
２３ 画像形成パネル（被照射部）
１００、１００Ａ、１００Ｂ プロジェクタ
ＢＳＰ、ＢＳＰ’、ＢＳＰ’’ 集束スポット
Ｘ１ 投射光路 Ｘ２ 励起光路 Ｘ３ 蛍光光路
ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５、ｒ５’、ｒ６、ｒ６’ 境界領域

特開２０１１−１９１４６６号公報

Claims (6)

1. 所定の色成分の照射光を発生する光源と、
   前記照射光が励起光として照射されることで励起され前記照射光の色成分とは異なる少なくとも２色の色成分を含む蛍光を生成する蛍光体と、
   前記蛍光が導かれる蛍光光路及び前記照射光が被照射部に導かれる照射光路を合成する光路合成部と、
   前記照射光の光路を前記蛍光体に導く励起光路及び前記照射光路の間で切り替える光路切り替え部材と、
   前記照射光路中で変位することで前記２色の色成分のうちの一方の色成分を含む蛍光、前記２色の色成分のうちの他方の色成分を含む蛍光、及び前記２色の色成分を含む蛍光のうちの少なくとも２つの蛍光を定期的に切り替えて前記被照射部に導く色成分切り替え部材と、
   前記照射光を集めて前記蛍光体に導き、該蛍光体に楕円のスポットを形成する楕円スポット形成手段と、を備え、
   前記蛍光が導かれることで前記色成分切り替え部材上に形成される楕円のスポットの短軸の方向が該色成分切り替え部材の変位方向になるように前記色成分切り替え部材を前記照射光路に配置し、
   前記色成分切り替え部材が回転により変位するように構成され、前記色成分切り替え部材上に形成される楕円のスポットの長軸の方向が該色成分切り替え部材の中心と外周とを結ぶ放射方向になり、短軸の方向が変位方向である回転方向になるように前記色成分切り替え部材を前記照射光路に配置し、
   前記蛍光体は、回転円盤から構成され、
   前記照射光が励起光として導かれることで前記蛍光体に形成される楕円のスポットの長軸の方向が、該蛍光体の円周方向になるように前記蛍光体を前記励起光路に配置することを特徴とする光源装置。
2. 所定の色成分の照射光を発生する光源と、
   前記照射光が励起光として照射されることで励起され前記照射光の色成分とは異なる少なくとも２色の色成分を含む蛍光を生成する蛍光体と、
   前記蛍光が導かれる蛍光光路及び前記照射光が被照射部に導かれる照射光路を合成する光路合成部と、
   前記照射光の光路を前記蛍光体に導く励起光路及び前記照射光路の間で切り替える光路切り替え部材と、
   前記照射光路中で変位することで前記２色の色成分のうちの一方の色成分を含む蛍光、前記２色の色成分のうちの他方の色成分を含む蛍光、及び前記２色の色成分を含む蛍光のうちの少なくとも２つの蛍光を定期的に切り替えて前記被照射部に導く色成分切り替え部材と、
   前記照射光を集めて前記蛍光体に導き、該蛍光体に楕円のスポットを形成する楕円スポット形成手段と、を備え、
   前記蛍光が導かれることで前記色成分切り替え部材上に形成される楕円のスポットの短軸の方向が該色成分切り替え部材の変位方向になるように前記色成分切り替え部材を前記照射光路に配置し、
   前記光路切り替え部材が回転により変位するように構成され、前記楕円スポット形成手段が、前記照射光を集めて前記光路切り替え部材に導き、該光路切り替え部材に楕円のスポットを形成すると共に、楕円のスポットの長軸の方向が前記光路切り替え部材の放射方向になり、短軸の方向が変位方向である回転方向になるように前記光路切り替え部材を前記照射光の光路に配置し、
   前記蛍光体は、回転円盤から構成され、
   前記照射光が励起光として導かれることで前記蛍光体に形成される楕円のスポットの長軸の方向が、該蛍光体の円周方向になるように前記蛍光体を前記励起光路に配置することを特徴とする光源装置。
3. 前記色成分切り替え部材が、前記光路切り替え部材と一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記光源はレーザダイオードであり、前記楕円スポット形成手段は、前記レーザダイオードを、その活性層と水平な方向が前記光路切り替え部材及び前記色成分切り替え部材の円周方向に対応するように配置してなることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記光源を複数備え、前記楕円スポット形成手段は、前記複数の光源に対応して配置されたシリンドリカルレンズ又はトロイダルレンズであることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 請求項５に記載の光源装置を有する投射表示装置。