JP7277223B2 - 光源装置および投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置および投射装置に関する。

近年、カラー表示をする小型の投射型表示装置が開発されている。カラー表示を行うためにＲ，Ｇ，Ｂの夫々の原色光を発光する光源を用いると投射装置全体の小型化を図ることが難しくコストも高くなる。そこで、回転板上に蛍光体層を形成した蛍光ホイールに励起光を照射し、蛍光ホイールからＲ，Ｇ，Ｂを含む光を出射する光源装置を用いることが提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１では、複数の蛍光体層を設けた蛍光ホイールとして、赤色蛍光体層、緑色蛍光体層および青色蛍光体層を形成した蛍光ホイールを用いた光源装置を記載している。夫々の色を出射する蛍光体層は蛍光発光領域としてのセグメントが円形の発光板の周方向に並んで設けられている。夫々の色の蛍光体層は、金属基板上にスクリーン印刷技術を用いて所定の領域に塗り分けて形成されれている。各蛍光体層を励起する励起光源として紫外光を出射する個体光源が使用されている。

特開２０１１－１０８５０２号公報

ところで、蛍光ホイールに用いる基板には放熱性、支持性およびコストから金属基板が使用することが多い。したがって、基板と蛍光体層は熱膨張率差の大きな組合せとなる。また、蛍光体層は励起光により発熱する。それ故、蛍光ホイールに連続して励起光を照射していると、蛍光体層および金属基板が加熱され膨張する。

例えば、図１１（Ａ）に示したように金属基板９１の上に、黄色蛍光体層９２と赤色蛍光体層９３を円周方向に沿って２つの領域に塗り分けをした蛍光ホイール９０を示す。蛍光ホイール９０は、金属基板９１の熱膨張収縮により、図１１（Ｂ）に示したように複数の蛍光体層間の境界領域Ｃにおいて隙間９４が発生する。隙間９４においては図１２（Ａ）に示したように下地の金属基板９１が露出するため、入射光Ｌ９１を反射して反射光Ｌ９４を発生させる。すなわち蛍光体層９２，９３からの蛍光以外の光成分を生じさせるという問題が生じる。

この問題を解決するためには、図１２（Ｂ）に示したように境界領域Ｃにおいて、一方の蛍光体層（この例では黄色蛍光体層９２）を他方の蛍光体層層（この例では赤色蛍光体層９３）の上に重ねて形成することが考えられる。しかしながら、重ね合せ部９２ａの重ね合せ量の制御が難しい。そのため、光源装置から出射する光に含まれる原色光Ｒ，Ｇ，Ｂのバランスが異なることになる。すなわち、蛍光ホイールの製品毎のバラツキが大きくなり製品歩留まりが低下する。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたもので、蛍光ホイールのセグメント間に隙間が生じないようにすること、簡単な構成で製品歩留まりを高めた光源装置を提供することを目的としている。

別の観点によれば、より高い照度が得られる投射型表示装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の光源装置の発明は、半導体光源と、前記半導体光源の出射光が入射する入射面を備えた蛍光ホイールとを備え、
前記蛍光ホイールは、回転軸を中心として回転可能な支持基板と、前記支持基板の入射面側に設けた複数のセグメント領域に応じたセグメント形成層とを有し、
前記支持基板は、前記回転軸に対して円周方向に延びる反射性の平坦面を前記入射面側に備えた金属材料により形成されており、
前記複数のセグメント領域は、前記回転軸を中心とした円周方向において隣接する第１セグメント領域および第２セグメント領域を少なくとも含み、前記第１セグメント領域に設けた第１セグメント形成層と前記第２セグメント領域に設けた第２セグメント形成層は、隙間なく連続して形成されており、
前記第１セグメント領域には、前記平坦面上に前記第１セグメント形成層が形成され、当該第１セグメント形成層は、前記半導体光源からの出射光を励起光として当該励起光と異なる波長の光を出射する第１蛍光体を樹脂バインダ中に分散してなる第１蛍光体層であり、
前記第２セグメント領域には、前記平坦面上に前記第２セグメント形成層が形成され、当該第２セグメント形成層は、前記支持基板側の下側層と当該下側層上に積層してなる上側層とを有し、
前記上側層が、前記第１蛍光体層であり、
前記下側層が、前記半導体光源からの出射光を励起光として当該励起光および前記第１蛍光体からの出射光と異なる波長の光を出射する第２蛍光体を樹脂バインダ中に分散してなる第２蛍光体層、もしくは前記半導体光源からの出射光を拡散させる拡散材料を樹脂バインダ中に分散してなる拡散層であり、
前記半導体光源からの出射光により照射される前記蛍光ホイールの入射面上の照射領域は、前記回転軸を中心とした半径方向において、前記平坦面の幅および前記第１蛍光体層の幅よりも小さい幅とされている、
ことを特徴としている。

また、請求項９記載の投射装置の発明は、請求項１から８の何れかに記載の光源装置と、
前記光源装置から出射した光が入射され、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色に分離する色成分分離部と、
前記色成分分離部からの光を用いて投射する投射光学系と、
前記光源装置を制御する光源装置制御部と、
前記投射光学系を制御して前記色成分分離部からの光を用いて所定の投影像を作成する投射装置制御部とを含む、
ことを特徴としている。

請求項１乃至請求項２に記載の発明によれば、蛍光ホイールの第２セグメント領域においては、第２セグメント形成層が積層構造となっており、その内の１層は第１セグメント領域に用いている第１セグメント形成層が第１セグメント領域から連続して形成されている。従って、蛍光ホイールが熱膨張収縮した場合であっても、第１セグメント領域と第２セグメント領域の間の境界領域に隙間が生じることがない、という効果を奏する。また、第２セグメント形成層は積層構造に形成するので、図１１に示したような塗り分けのように高い精度での位置合わせが不要になる。したがって、簡単な構成で製造することができ、製造歩留まりを高めることができる、という効果を奏する。

また、請求項１０に記載の発明によれば、蛍光ホイールの第１セグメント領域と第２セグメント領域の間の境界領域に隙間が生じることがないので、励起光源としてレーザー光源を用いた場合であっても、照射したレーザー光源光が、金属基板によりそのまま反射される、という不具合が生じることがない。それゆえ図１１に示したような隙間が生じやすい光源装置を用いる場合に比べて、より強い光を励起光として用いることができる。従って、より高い照度が得られる投射型表示装置を提供することをできる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態のプロジェクタ（投射装置）の一構成例を示す図である。 図２は、図１のプロジェクタにて用いられる光源装置を分解して示す斜視図である。 図３は、図２の光源装置に用いられる第１の実施形態の蛍光ホイールの一例を示す図である。（Ａ）が平面図、（Ｂ）がＡ－Ａ線における断面図である。 図４は、本発明の第３の実施形態の光源装置に用いる蛍光ホイールの第１領域における半径に沿った断面図である。 図５は、本発明の第４の実施形態の光源装置に用いる蛍光ホイールの一例を示す図である。（Ａ）が平面図、（Ｂ）がＢ－Ｂ線における断面図である。 図６は、本発明の第５の実施形態の光源装置に用いる蛍光ホイールの平面図である。 図７は、本発明の第６の実施形態の光源装置に用いる蛍光ホイールの平面図である。 図８は、本発明の第７の実施形態の光源装置に用いる蛍光ホイールの平面図である。 図９は、第９の実施形態の投射装置５０を説明する図である。 図１０は、図９で用いている光源装置を分解して示す斜視図である。 本発明の課題を説明するための蛍光ホイールの一例を示す図である。 図１１の蛍光ホイールの蛍光ホイールの円周方向に沿った断面の要部を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（投射装置）
先ず始めに本発明の光源装置を用いた投射装置について説明する。図１はパーソナルコンピュータの画面やビデオ映像などをスクリーンに投影する画像投射装置としてのプロジェクタである。プロジェクタ９は光源装置１と、色成分分離部５と、投射光学系６とを備える。さらに、プロジェクタ９は機能ブロックとして光源装置を制御する光源装置制御部７と、投射光学系６を制御して色成分分離部５からの光を用いて所定の投影像を作成する投射装置制御部８を含む。

光源装置１は高輝度の光を出射可能な光源が求められる。本実施形態では発光板としての蛍光ホイール２と、蛍光ホイール２に形成した蛍光体層に対して励起光を照射する半導体光源３と、蛍光ホイール２を回転させるモーター４、を備える。蛍光体層に照射する励起光の光量を増やすことにより、蛍光体層における光の照度を高めることができる。図においては、１個の半導体光源３を用いた例を図示しているが、複数個の半導体光源を用いれば、より高い照度を得ることができる。

半導体光源３から蛍光ホイール２に照射する照射光Ｌ１は、図示しない集光レンズ（コンデンサレンズ）で集光もしくはコリメータレンズを用いて平行光とすることで、所定の照射面積を照射するスポット光とすることが好ましい。光源装置１が、複数個の半導体光源を用いている場合には、同じ集光レンズもしくはコリメータレンズに入射させる。また、光ファイバを用いても良い。

励起光が照射された蛍光ホイール２の蛍光体層からは蛍光が出射する。蛍光ホイール２についての詳細については、後述する。蛍光ホイール２は、金属材料からなる支持基板１０上に蛍光体層が形成されており、蛍光は蛍光ホイール２からの反射光Ｌ２に含まれる。反射光Ｌ２は、色成分分離部５に導光させる。反射光Ｌ２と色成分分離部５との間には、図示しない集光レンズが設けられている。

蛍光ホイール２に設けた蛍光体層は、半導体光源３からの励起光により励起されて異なる波長域の光を発する複数の蛍光体を含んでいる。蛍光ホイール２からの反射光は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の波長域の合成色の反射光Ｌ２となる。

色成分分離部５は、反射光Ｌ２の光をＲ，Ｇ，Ｂの３原色に分離して、夫々の原色域の光を投射光学系６に出射する光学系である。反射光Ｌ２は、最初に全反射ミラーＭ１にて反射され、ついでミラーＭ２，Ｍ３，Ｍ４に向かう。ミラーＭ２，Ｍ３は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過するダイクロイックミラーである。ミラーＭ２は青の波長域の光成分を反射し、ミラーＭ３は緑の波長域の光成分を反射し、それぞれのミラーは他の波長の光を透過する。したがって、ミラーＭ４には青の波長域の光成分および緑の波長域の光成分が除かれた後の赤の波長域の光成分が到達し反射する。ミラーＭ２で反射した青色成分の光はミラーＭＢで反射して光ＬＢを出射する。ミラーＭ３で反射した緑色成分の光はミラーＭＧで反射して光ＬＧを出射する。ミラーＭ４で反射した青色成分の光はミラーＭＲで反射して光ＬＲを出射する。光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色に分離された光であり、ミラーＭＲ，ＭＧ，ＭＢは、光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢの進行方向を投射装置６に向かわせるために用いる進行方向調整用のミラーである。

投射光学系６には、少なくとも図示しない光空間変調器および光空間変調器にて変調された光を前方スクリーンに向かって投射する投射レンズが含まれる。光空間変調器は、例えば多数のマイクロミラーからなるＭＤ装置（Micromirror Device）である。光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢの夫々の光に対応して３個のＭＤ装置を備え、各ＭＤ装置は、投射装置制御部８からの出力信号により各マイクロミラー角度を所定のミラー角度に制御する。投射光学系６に入射した夫々の光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを各マイクロミラーを制御して所定角度に反射させることで、所望の画像等の投射が可能になる。投射レンズは、光空間変調器にて変調された光を前方のスクリーンに向かって拡大投影するためのレンズであり、単一もしくは複数のレンズを有する。

（第１の実施形態）
次に光源装置１について複数の実施形態を説明する。最初に図２および図３に沿って第１の実施形態の光源装置について説明する。

（光源装置）
始めに光源装置１について説明する。図２は光源装置を分解して示す斜視図、図３が図２の光源装置に用いられる蛍光ホイールの一例を示す図である。光源装置１は、回転軸Ａｘの周りに回転可能な蛍光ホイール２と、回転軸Ａｘの上に位置し蛍光ホイール２を回転させるモーター４と、半導体光源３とを備えている。半導体光源３は、蛍光ホイール２の入射面２ａに到達する光を出射する。モーター４および半導体光源３は、光源装置制御部７からの出力信号によりモーター４の回転駆動および半導体光源３の点灯状態が制御される。蛍光ホイール２の入射面２ａに到達する入射光Ｌ１は、所定の大きさの径の照射領域４０となるスポット光を照射する。

（蛍光ホイール）
図２の例では、蛍光ホイール２は、金属製の円板からなる支持基板１０の入射面２ａに蛍光体層を備える。蛍光体層は、入射面２ａの外周領域１０ｂに円環状に設けた第１蛍光体層３４と、第１蛍光体層３４を部分的に放射状に覆うように複数個所に設けた第２蛍光体層３５からなる。

支持基板１０は、入射面２ａ側に反射面を備え、回転により変形せず蛍光体層を保持できる厚みを有する金属材料により形成されている。金属材料としては、熱伝導率が１５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）より大きいアルミニウム、モリブテン、銅、Ｃｕ-Ｗ系合金、Ｃｕ-Ｍｏ系合金などの金属材料が放熱の観点から好ましく、熱伝導率が１００（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度の真鍮、鉄、ステンレスを用いても良い。熱伝導率が１００（Ｗ／ｍ・Ｋ）の場合であってもガラスの熱伝導率１（Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも高い熱伝導率を有する。支持基板２の大きさは、例えば半径が約２ｃｍ、厚みが０．５ｍｍである。

支持基板１０の回転軸Ａｘと交差する中央部には、軸部取付孔１０ａが形成されている。軸部取付孔１０ａは、モーター４の回転部４ａが嵌合する大きさの内径とした孔である。モーター４の回転部４ａには、下受け板１４、支持基板１０、上受け板１３の順に嵌合して固定される。下受け板１４と上受け板１３との間に支持基板１０が挟み込まれた状態で、下受け板１４および上受け板１３をモーターの回転部４ａと結合させて固定する。上受け板１３の上には、回転バランス調整受としても機能し、蛍光ホイール２の回転のバランスに偏りが生じないように調整するためのバランサー（錘）としての接着剤が必要に応じて設けられる。下受け板１４および上受け板１３は金属材料からなり、支持基板１０よりも小径のものを用いる。下受け板１４は、蛍光ホイール２を所定位置にブレることなく固定できる場合には省略しても良い。また、モーター４は蛍光ホイール２の入射面２ａと反対の表面側に位置する。

支持基板１０の入射面２ａ側の外周領域１０ｂ、すなわち回転軸Ａｘを中心とした支持基板の周囲側面までの半径の１／２よりも外周寄りの領域には、蛍光体層が設けられている。支持基板１０の表面の蛍光体層を設ける位置に相当する領域は、平滑な平坦面１２とされている。平坦面１２は反射率を高めるために研磨面とされ、外周領域１０ｂに設けられている。

第１蛍光体層３４は、半導体光源３からの光により励起され、赤色域および緑色域の蛍光を発する蛍光体粒子をシリコーン樹脂バインダ中に分散した塗布剤を印刷・固化して一定厚みとした蛍光体層が形成されている。第１蛍光体層３４は、赤色域を発する蛍光体粒子と、緑色域の蛍光を発する蛍光体粒子とを混合して分散させたものでも良い。第２蛍光体層３５は、半導体光源３からの光により励起され、青色域の蛍光を発する第２蛍光体からなる蛍光体粒子をシリコーン樹脂バインダ中に分散した蛍光体層である。第２蛍光体層３５は、図３の例では１０か所に等間隔に配置されており、第１蛍光体層３４を半径方向において跨ぐように形成されている。第２蛍光体層３５は、例えばディスペンサを用いて塗布することで形成できる。

なお、本実施形態においては、特に断らない限り、１種類の蛍光体を樹脂バインダ中に分散した場合と、２種類以上の蛍光体を樹脂バインダ中に混合して分散した場合とを区別せずに、第１蛍光体層３４に含まれる蛍光体を第１蛍光体として定義する。同じく第２蛍光体層３５に含まれる蛍光体を、蛍光体の種類に関係なく第２蛍光体として定義する。

第１蛍光体層３４および第２蛍光体層３５を設けた領域は、平面視において複数のセグメント領域２０からなる。複数のセグメント領域２０には、少なくとも第１蛍光体層３４を含むセグメント形成層３０が形成されている。第１セグメント領域２１は、図２（Ｂ）の断面図において右側領域IIに示すように支持基板１０上に第１蛍光体層３４が形成された領域である。第２セグメント領域２２は、図２（Ｂ）の断面図において左側領域Ｉに示すように支持基板１０上に第１蛍光体層３４と第２蛍光体層３５が形成された領域である。本発明においては、第１セグメント領域２１と第２セグメント領域２２を区分する境界において、第１蛍光体層３４が第１セグメント領域２１および第２セグメント領域２２に連続して形成されている。すなわち、両者の境界において何れの蛍光体層も存在しない領域が存在しない構成となっている。第１セグメント領域２１と第２セグメント領域２２は隙間なく連続して隣接して形成されている。

蛍光ホイール２が回転軸Ａｘを中心としてある半径で円弧を描くとき、円周上に第１セグメント領域２１と第２セグメント領域２２が位置する。この円周上の所定の領域に対し半導体光源３からの光を照射すると、第１セグメント領域２１から出射する光と第２セグメント領域２２から出射する光が交互に反射する。高速に蛍光ホイール２を回転させることにより、第１セグメント領域２１から出射する光と第２セグメント領域２２から出射する光の合成色の反射光Ｌ２が得られる。反射光Ｌ２の色合いは、第１セグメント領域２１と第２セグメント領域２２の面積比、第１蛍光体層３４および第２蛍光体層３５に用いる蛍光体の種類、濃度等により調整することができる。

第１蛍光体層３４は、円環形状の均一厚みの層である。その半径方向の幅Ｗ１は、入射光Ｌ１による照射領域４０のスポット径φＷ４０より大きい。幅Ｗ１は、第１蛍光体層３４上における入射光Ｌ１の照射領域の大きさに対して１．５～２倍の大きさの幅としている。具体的には、一例としてスポット径φＷ４０を２φ～３φ、第１蛍光体層３４の半径方向の幅Ｗ１を４ｍｍとしている。厚みは、１５０μｍとして形成する。第１蛍光体層３４の半径方向の幅Ｗ１は、平坦面１２（外周領域１０ｂ）の半径方向の幅Ｗ２よりも小さい。第１蛍光体層３４から出射する蛍光は、拡散光となって射出される。その際に平坦面１２を第１蛍光体層３４よりも広くすることで、例えば、回転軸Ａｘ方向の支持基板１０に向かった光は、平坦面１２により反射して、図示しない集光レンズに向かわせることができる。

第１セグメント領域２１に位置する第１蛍光体層３４が、本願発明における第１セグメント形成層３１に相当する。

第２蛍光体層３５は、その半径方向の幅は、第１蛍光体層３４を跨ぐように覆うために第１蛍光体層３４より大きくし、一部が平坦面１２に接し、一部が第１蛍光体層３５上に直接に積層して形成されている。第２蛍光体層３５の円周方向の幅Ｗ３は、入射光Ｌ１の照射領域の大きさφＷ４０よりも小さい。図３（Ｂ）に示したように支持基板１０側の下側層が第１蛍光体層３５、上側層が第２蛍光体層３６となる。

第２蛍光体層３５の厚みは、第１蛍光体層３４の厚みと同一もしくは薄く形成されている。第１蛍光体層３４の厚み以下とすることで、第２蛍光体層３５にて吸収されずに第１蛍光体層３４に到達する励起光も生じ易くなる。第２セグメント領域２２においても第１蛍光体層３４に到達する励起光があれば、第２蛍光体層３５からの蛍光のみならず第１蛍光体層３４からの蛍光も利用でき、励起光の利用効率が向上する。具体的には、一例として第２蛍光体層３５の半径方向の幅を６ｍｍとし、円周方向の幅を１ｍｍ、厚みを１００μｍとして形成する。

第２セグメント領域２２に位置する第１蛍光体層３４の上に第２蛍光体層３５を積層した構成が、本願発明にける第２セグメント形成層３２に相当する。

本実施形態においては円環状に形成した第１蛍光体層３４の上に、部分的に第２蛍光体層３５が等間隔に複数積層されている。すなわち、第１セグメント形成層３１と第２セグメント形成層３２を交互に設けたセグメント形成層３０は、第１蛍光体層３７のみからなる領域と、第１蛍光体層３７と第２蛍光体層３８を積層した領域を交互に備えている。このような構成とすることで、各セグメント間の全ての境界部分において常に第１蛍光体層３４が形成することができる。従って、熱膨張収縮した場合であっても境界において隙間が生じない。また、隙間が生じないので、半導体光源３として発光ダイオードよりもエネルギーの高い半導体レーザー光源を用いることができる。それにより高い照度を得ることができる。

第１蛍光体層３７に含まれる第１蛍光体としては、例えば、以下の蛍光体を使うことができる。これらの蛍光体に限るものではなく、励起光により励起されてＲ，Ｇ，Ｂの３原色の波長域の光を含む蛍光を発する様々な蛍光体の中の何れか１種類もしくは複数種類を混合して用いることができる。

黄色域の色の蛍光を発する蛍光体としては、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＹＡＧ）、（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）_１６：Ｅｕ^２＋等を用いることができる。
黄緑色域の色の蛍光を発するＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅを、緑色の蛍光を発する蛍光体としては、Ｙ_３（Ｇａ，Ａｌ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋、（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）：Ｅｕ２＋、等を用いることができる。
赤色域の色の蛍光を発する蛍光体としては（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８:Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ、Ｃａ－αサイアロン、０．５ＭｇＦ_２／３．５ＭｇＯ・ＧｅＯ_２：Ｍｎ、ＳｒＬｉＡｌ_３Ｎ_４：Ｅｕ、Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、ＫＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、ＫＴｉＦ_６：Ｍｎ^４＋を例示できる。

第２蛍光体層３７に含まれる第２蛍光体は、第１蛍光体と同様に様々な蛍光体の中の何れか１種類もしくは複数種類を混合して用いることができる。ただし、第２蛍光体は第１蛍光体と異なる蛍光スペクトル分布を有する。

第１蛍光体層３７および第２蛍光体層３７に含まれる樹脂バインダとしては、シリコーン樹脂の他、アクリル樹脂などの励起光および蛍光の波長域の光の透過率が高い樹脂材料を用いることができる。

例えば、第２セグメント形成層３２は、下側に位置する第１蛍光体層３４に含有する蛍光体としてＹＡＧ：Ｃｅを用い、上側に位置する第２蛍光体層３５に含有する蛍光体としてＳＣＡＳＮ蛍光体（（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ等を基本組成とする蛍光体）を用いる。このとき、半導体光源３として青色レーザー光源を用いて青色レーザー光によって第２蛍光体層３５に含まれるＳＡＣＳＮ蛍光体を励起する。ＳＡＣＡＳＮ蛍光体は、赤色域の蛍光を発する。青色レーザー光の一部は第２蛍光体層３５を通過して第１蛍光体層３４に含有する蛍光体としてＹＡＧ：Ｃｅに到達する。ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体は黄色の蛍光を発し、赤色領域から緑色領域の間にピークを有する蛍光スペクトルを有する。ＳＡＣＳＮ蛍光体は、青色領域の光のみでなく青緑色領域の光によっても励起することができる。よって、ＹＡＧ：Ｃｅから出射される蛍光によっても励起することができる。このように、上側に位置する第２蛍光体層３５の材料として、下側に位置する第１蛍光体層３４からの蛍光により励起される励起スペクトルを有する材料を選択すれば、色変換効率を高めることができる。

ＳＡＣＳＮ蛍光体を励起する場合において、青色領域の光を励起光とした場合の発光量子収率と、ＹＡＧ：Ｃｅから出射する蛍光スペクトルの波長領域の光を励起光とした場合の発光量子収率を比べたときに、ＹＡＧ：Ｃｅを用いたときの発光量子収率の方が高い。このように上側に位置する蛍光体層であるＳＣＡＳＮ蛍光体のように、下側層に含まれる蛍光体からの出射波長による発光量子収率のほうが、半導体光源３の出射波長における発光量子効率よりも高いものを用いると、上側層を表面側からは半導体光源３によって励起し、下側（下側層との界面側）からは下側層に含まれる蛍光体からの蛍光いよって励起することができる。したがって、より一層上側層における変換効率を高くすることができる。

（第２の実施形態）
前述した第１の実施形態においては、蛍光ホイール２に形成した第２蛍光体層として第２蛍光体を混合した第２蛍光体層３５を第１蛍光体層３４上に形成したが、第２の実施形態においては蛍光体を含有しない拡散層とした点が異なる。他の点は前述の実施形態と同一なので、ここでの説明は省略する。第１の実施形態の説明で用いた図３を用いて、第２の実施形態について説明する。ただし、符号３５は拡散層と読み替える。

図３に示したように、第２セグメント領域２２は、第１蛍光体層３４と、第１蛍光体層３４を覆う拡散層３５からなる第２セグメント形成層３２を備える。第１蛍光体層３４は、円環形状の均一厚みの層である。拡散層３５は、第１蛍光体層３４を跨ぐように覆って形成されている。具体的には、第１蛍光体層を塗布乾燥させた後に、拡散層３５を塗布して形成している。

拡散層３５は、シリコーン樹脂等の樹脂バインダ中に拡散材料として白色の無機セラミックスの微粒子から成る拡散材が分散された材料である。無機セラミックスとしては酸化チタン、酸化バリウム、炭酸カルシウム等を用いる。拡散材としては、樹脂バインダと異なる屈折率の粒子を分散させたものを用いることもできる。例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂等の透明な樹脂バインダ中にシリコーン樹脂を分散させたものが該当する。ただし、半導体光源３として紫外～青色域の光を出射する光源を用いた場合には、光のエネルギーが強いために赤色域の光を用いた場合に比べて樹脂材料の劣化が生じやすい。従って、拡散材として無機セラミックスを用いたほうが好ましい。

拡散層３５は反射性の支持基板１０上に形成したものであり、拡散層３５は入射した光を拡散反射する。従って、投射装置９で使用する半導体光源３は、可視光を発光する半導体光源を用いる。第２セグメント領域２２において、可視光が入射光Ｌ１として入射する。入射光Ｌ１の一部は拡散層３５にて反射され、一部は透過して第１蛍光体層３４に到達し、第１セグメント領域３１と同様に蛍光を発する。拡散層３５からの反射光の中には半導体光源から出射した可視光を波長域成分を含む。従って、投射装置９の色成分分離部５によりＲ，Ｇ，Ｂの３原色の光に分離することができる。

（第３の実施形態）
図４を用いて第３の実施形態について説明する。図４は、蛍光ホイール６０の第１領域における半径に沿った断面図である。第１の実施形態において蛍光ホイール２は、支持基板１０として金属材料を用い、反射率を高めるために研磨面とした平坦面１２を外周領域１０ｂに形成していた。本実施形態においては、入射面２ａ側の支持基板１０上の全面に反射コーティング層を設け、反射コーティング層を介してセグメント形成層３０を設ける点が、第１の実施形態と異なる。なお、図４において厚み方向の寸法は説明の便宜上一部の厚みを誇張して図示している。

図４（Ａ）の蛍光ホイール６０は、反射コーティング層３３としてシリコーン樹脂に白色の無機セラミックス微粒子を高濃度で分散した白色反射層を用いている。白色反射層は印刷技術により形成する。反射コーティング層３３は、支持基板１０と第１蛍光体層３４の間に形成されている。また、図４（Ｂ）の蛍光ホイール６１では、反射コーティング層３３は３層構造の薄膜反射膜であり、真空蒸着やスパッタ法などの真空薄膜形成技術により形成する。例えば、反射コーティング層３３は、下地層としての酸化シリコン層３３ａ、金属反射層としての銀層３３ｂおよび増反射膜としての酸化チタン層３３ｃを支持基板１０上に順次形成した積層膜である。反射コーティング層３３は、支持基板１０と第１蛍光体層３４の間に形成されている。

（第４の実施形態）
図５を用いて第４の実施形態について説明する。第１の実施形態においては蛍光ホイール２に形成した第２蛍光体層として第２蛍光体を混合した第２蛍光体層３５を第１蛍光体層３４上に形成したが、第４の実施形態においては第２蛍光体層３５を第１蛍光体層３４の下に形成した点が異なる。図５は、第４の実施形態の蛍光ホイール６２を説明する図で、図５（Ａ）が蛍光ホイール５２の平面図、図５（Ｂ）がＢ－Ｂ線に沿った断面図である。

第１の実施形態においては、第１蛍光体層３４を支持基板１０上に形成した後に、第２蛍光体層３５を塗布形成していた。第４の実施形態においては、支持基板１０の上に最初に第２蛍光体層３５を形成する。第２蛍光体層３５は第１の実施形態と同じ位置、寸法となるように図示しないディスペンサを用いて塗布する。次に、支持基板１０の外周領域１０ｂに円環形状の第１蛍光体層３４を第２蛍光体層３５を部分的に覆って形成する。例えば、円環形状の印刷部を設けたスクリーン版を用いて印刷する公知のスクリーン印刷技術を用いて塗布形成する。スクリーン印刷においてはスキージにより第１蛍光体層の材料を掻き取りながら印刷するので、図５（Ｂ）の断面図に示したように、第２蛍光体層３５が位置する領域、すなわち第２セグメント領域２２における第１蛍光体層３４の厚みが、第２蛍光体層３５が形成されていない領域、すなわち第１セグメント領域２１における第１蛍光体層３４の厚みよりも薄くして形成することができる。

第４の実施形態の場合においても、各セグメント間の境界において常に第１蛍光体層３４が形成されている。第１蛍光体層３４は切れ目のない円環形状に形成されているので、熱膨張収縮により第１セグメント領域２１と第２セグメント領域２２の境界に隙間が生じないようにすることができる。

また、本実施形態では、第２の実施形態のように第２蛍光体層として蛍光体を含有しない拡散層としたり、第３の実施形態のように支持基板１０上の全面に反射コーティング層を設けたりしても良い。

（第５の実施形態）
図６を用いて第５の実施形態について説明する。図６は第５の実施形態の蛍光ホイール６３の平面図である。第１の実施形態においては、第１セグメント領域２１と第２セグメント領域２２が、円周方向において交互に複数箇所が設けられていた。第５の実施形態においては、第２セグメント領域２２が円周の約１／４の領域とし、他の円周の３／４の領域を第１セグメント領域２１としている点が異なる。本実施形態の第２セグメント領域も、第１の実施形態と同様に支持基板１０側の下側層として第１蛍光体層３４と、上側層として第２蛍光体層３５が積層された構成である。その他の点は第１の実施形態と同様である。

（第６の実施形態）
図７を用いて第６の実施形態について説明する。図７は第６の実施形態の蛍光ホイール６４の平面図である。第５の実施形態においては、第１セグメント領域２１と第２セグメント領域２２の２つのセグメント領域としていたが、本実施形態においては、さらに第３セグメント領域２３を設けた点が異なる。その他の点は第５の実施形態と同様である。

第３セグメント領域２３は、第１蛍光体層３４の上に第１蛍光体および第２蛍光体と異なる蛍光スペクトルを発する蛍光体を設けた第３蛍光体層３７を、第２セグメント領域２２の第２蛍光体層３５と同様に塗布して形成したものである。

（第７の実施形態）
図８を用いて第７の実施形態について説明する。図８は第７の実施形態の蛍光ホイール６５の平面図である。第１の実施形態においては、第１セグメント領域２１と第２セグメント領域２２が、円周方向において交互に複数箇所が設けられていた。第７の実施形態においては、第１蛍光体層３４を設けた第１セグメント領域と、下側層が第１蛍光体層３４で上側層が第２蛍光体層３５の積層構造のされた構成の第２セグメント領域が、半径方向に沿って順に位置する構成とされている。

第１蛍光体層３４は、第１の実施形態と同様に円環形状の均一厚みの層である。その半径方向の幅は、入射光Ｌ１による照射領域のスポット径より大きい。第２蛍光体層３５は、第１蛍光体層３４の外周と内周の間の位置の、第１蛍光体層３４上に形成されている。第２蛍光体層３５を設ける位置は、蛍光ホイールが回転したときに、入射面２に入射する入射光Ｌ１にて照射される照射領域４０に対応する位置であり、その半径方向の幅は、スポット径と同一とする。なお、同一とは完全一致する場合のみでなく、スポット径に対して１０％大きい場合もしくは１０％小さい場合をいう。

第５から第７の実施形態の場合においても、各セグメント間の境界において常に第１蛍光体層３４が形成されている。第１蛍光体層３４は切れ目のない円環形状に形成されているので、熱膨張収縮により第１セグメント領域２１と第２セグメント領域２２の境界に隙間が生じないようにすることができる。

（第９の実施形態）
図９および図１０を用いて第９の実施形態について説明する。図９は第９の実施形態の投射装置５０を説明する図である。図１０は図９で用いた光源装置６６を分解して示す概略斜視図である。第１の実施形態においては、蛍光ホイールとして円板形状の支持基板上１０に円環形状の第１蛍光体層３４を形成していたが、本実施形態においては、円板形状の外周の一部に切欠き部５３を設けた支持基板５４と、支持基板５４の入射面と反対側、すなわちモーター４側に設けた拡散板５２とからなる２重構造の蛍光ホイール５５としている点が相違する。

拡散板５２は、ガラス、セラミックス、樹脂などの透過性の材料により形成され、少なくとも切欠き部５３に対応する領域が拡散領域として形成されている。拡散板５２の外径は、支持基板５４の外径と略同一であり、中央部にはモーター４の回転部４ａが嵌合する孔が設けられている。拡散領域は、表面に凹凸を形成した粗面化処理によって拡散させるものでも、透過性の材料に拡散材を含有するものを用いたものでも良い。また、金属基板により形成し少なくとも拡散領域に対応する部分に透過および拡散性を有するガラス等を嵌め込んだものでも良い。拡散板５２は支持基板５２と下受け板１４との間に配置される。

支持基板５２は、第１の実施形態と同様に金属製の材料により形成され、中央部に軸部取付孔が形成されている。図９に示したように外周の一部には切欠き部５３が形成されている。切欠き部５３は、回転軸Ａｘを中心として回転したときに入射光Ｌ１が照射される照射領域４０を通る位置に形成されている。また、支持基板５２と拡散板５２は同心として一体化される。支持基板５２拡散板５２は拡散板５２と上受け板１３との間に配置される。

支持基板５２の切欠き部５３が設けられていない部分の外周領域には、入射面側に蛍光体層が形成されている。図９の例では、第１蛍光体層５６がＣ環状に形成され、回転軸Ａｘを中心として回転したときに入射光Ｌ１が照射される照射領域４０を通る位置の全てに形成されている。ただし、照射領域４０を通る円周のうち、切欠き部５３とした領域には第１蛍光体層５６を設けていない。また、Ｃ環状に形成した第１蛍光体層５６の表面の一部には第２蛍光体層５７が形成されている。第２蛍光体層５７は、第５の実施形態と同じように照射領域４０を通る円周のうち、一部の領域にのみ、第１蛍光体層５６の上に塗布して形成している。

これにより二重構造の蛍光ホイール５５は、蛍光ホイール５５を回転軸Ａｘを中心として回転したときに入射光Ｌ１が照射される照射領域４０が通る円周において、拡散板５２が露出した領域と、第１蛍光体層５６が表面に露出した領域と、第２蛍光体層５７が表面に露出した領域の３種類のセグメント領域５８を形成する。

第１セグメント領域５８ａは、第１蛍光体層５６が表面に露出した領域である。図９においては切欠き部５３と第２蛍光体層５７との間の２か所の領域が該当する。第２セグメント領域５８ｂは、第１蛍光体層５６の上に第２蛍光体層５７を形成した領域である。図９においては２つの第１セグメント領域５８ａの間に挟まれた領域が該当する。第３セグメント領域５８ｃは、切欠き部５３に対応する領域で、拡散板５２が入射面に露出している領域である。第１セグメント領域５８ａと第２セグメント領域５８ｂは、入射光Ｌ１を反射し、第３セグメント領域５８ｃは入射光Ｌ１を透過する。

図１０の投射装置５０においては、第１の実施形態における光源装置６６を搭載している。光源装置６６において蛍光ホイール５５を照射する入射光Ｌ１は、一部が反射光Ｌ２となり、一部が透過光Ｌ３となる。反射光Ｌ２には、第１蛍光体層５６から出射する蛍光と第２蛍光体層５７から出射する蛍光を含む。透過光Ｌ３には、半導体光源３から出射した光成分を含む。半導体光源３として青色レーザーを使用し、第１蛍光体層５６および第２蛍光体層５７として、青色レーザー光により励起されて赤色成分および緑色成分を発する蛍光体を含むとき、反射光Ｌ２には赤色成分（Ｒ）および緑色成分（Ｇ）を含み、透過光Ｌ３に青色成分（Ｂ）を含む。透過光Ｌ３は、拡散板５２を通過する際に拡散され、図示しない集光レンズにより集光された後にミラーＭ５によって反射される。ミラーＭ５によって反射された光はミラーＭ２およびＭＢにて反射した後に投射光学部６に向けて出射する。蛍光ホイール５５にて反射された反射光Ｌ２は、図示しない集光レンズにより集光された後にミラーＭ３、Ｍ４にて反射され、夫々がミラーＭＧ，ＭＲにて反射した後に投射光学部６に向けて出射する。ミラーＭ３は、ダイクロイックミラーであり、緑色域の光ＬＧは反射するが赤色域の光は透過する。

第９の実施形態の場合においても、第１セグメント領域５８ａと第２セグメント領域５８ｂ間の境界において常に第１蛍光体層５６が形成されている。第１蛍光体層５６は、この境界において切れ目のない連続体として形成されているので、熱膨張収縮により第１セグメント領域５８ａと第２セグメント領域５８ｂの境界に隙間が生じないようにすることができる。また、第１セグメント領域５８ａの第１蛍光体層５６は、切欠き部５３との境界部である切欠き部５３側の端面にも形成されている。従って、第１セグメント領域５８ａと第３セグメント領域５８ｃの境界も隙間が生じないようにすることができる。

（変形例）
上記した実施形態において、光源装置１と投射光学系６の投射レンズとの間には、その他の光学素子が入っていてもよい。例えばレンズ、ミラー、フィルター等が挙げられる。また、ミラーの代わりにプリズムを用いても良い。

投射光学系６に含まれる光空間変調器としてＭＤ素子を用いる例を示したが、これに限られるものではない、例えば透過型のモノクロ液晶パネルを用いることもできる。

以上に、本発明の実施形態及びその変形例を説明したが、上記実施形態および変形例はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその趣旨から逸脱することなく他の様々な形で構成の付加、省略、置換及びその他の変更が可能である。

本発明は、画像、映像等を投射するプロジェクタ等の投影装置に適用できる。蛍光ホイールを用いた投影装置の光源装置に適用できる。

１，６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６…光源装置
２…蛍光ホイール
２ａ…入射面
３…半導体光源
４…モーター
４ａ…回転部
５…色成分分離部
６…投射光学系
７…光源装置制御部
８…投射装置制御部
９…投射装置（プロジェクタ）
１０…支持基板
１０ａ…軸部取付孔
１０ｂ…外周領域
１２…平坦面
１３…上受け板（回転バランス調整受）
１４…下受け板（任意）
２０…セグメント領域
２１…第１セグメント領域
２２…第２セグメント領域
２３…第３セグメント領域
３０…セグメント形成層
３１…第１セグメント形成層
３２…第２セグメント形成層
３３…反射コーティング層
３４…第１蛍光体層
３５…第２蛍光体層（拡散層）
４０…照射領域
ＡＸ…回転軸

Claims (9)

1. 半導体光源と、前記半導体光源の出射光が入射する入射面を備えた蛍光ホイールとを備え、
   前記蛍光ホイールは、回転軸を中心として回転可能な支持基板と、前記支持基板の入射面側に設けた複数のセグメント領域に応じたセグメント形成層とを有し、
   前記支持基板は、前記回転軸に対して円周方向に延びる反射性の平坦面を前記入射面側に備えた金属材料により形成されており、
   前記複数のセグメント領域は、前記回転軸を中心とした円周方向において隣接する第１セグメント領域および第２セグメント領域を少なくとも含み、前記第１セグメント領域に設けた第１セグメント形成層と前記第２セグメント領域に設けた第２セグメント形成層は、隙間なく連続して形成されており、
   前記第１セグメント領域には、前記平坦面上に前記第１セグメント形成層が形成され、当該第１セグメント形成層は、前記半導体光源からの出射光を励起光として当該励起光と異なる波長の光を出射する第１蛍光体を樹脂バインダ中に分散してなる第１蛍光体層であり、
   前記第２セグメント領域には、前記平坦面上に前記第２セグメント形成層が形成され、当該第２セグメント形成層は、前記支持基板側の下側層と当該下側層上に積層してなる上側層とを有し、
   前記上側層が、前記第１蛍光体層であり、
   前記下側層が、前記半導体光源からの出射光を励起光として当該励起光および前記第１蛍光体からの出射光と異なる波長の光を出射する第２蛍光体を樹脂バインダ中に分散してなる第２蛍光体層、もしくは前記半導体光源からの出射光を拡散させる拡散材料を樹脂バインダ中に分散してなる拡散層であり、
   前記半導体光源からの出射光により照射される前記蛍光ホイールの入射面上の照射領域は、前記回転軸を中心とした半径方向において、前記平坦面の幅および前記第１蛍光体層の幅よりも小さい幅とされている、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記第２セグメント領域は、前記回転軸を中心とした放射状に形成され、前記回転軸を中心とした円周方向において等間隔に位置する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２セグメント領域は、前記回転軸を中心とした放射状に形成され、
   前記第２セグメント領域の前記回転軸を中心とした円周方向の長さは、前記半導体光源からの出射光により照射される前記蛍光ホイールの入射面上の照射領域の、前記回転軸を中心とした円周方向における長さよりも小さい、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記支持基板は、アルミ基板と、
   前記入射面側の表面、アルミ基板側から順に酸化シリコン層、銀層、酸化チタン層を含む積層膜とを備えた光反射性の基板である
   ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の光源装置。
5. 前記第２セグメント領域に設けた前記第２セグメント形成層が、前記第１蛍光体層と前記第２蛍光体層の積層膜であり、
   前記第１蛍光体層は、前記第２蛍光体層が前記半導体光源からの出射光で励起されることで出射する第２蛍光体からの光の一部を受光して、発光する、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の光源装置。
6. 前記蛍光ホイールは、さらに、前記回転軸を中心とした円周方向において、第３セグメント領域を含み、
   前記第３セグメント領域には、他のセグメント領域で使用している蛍光体と異なる種類の蛍光体を樹脂バインダ中に分散してなる第３蛍光体層が形成されている
   ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の光源装置。
7. 前記蛍光ホイールは、前記回転軸を中心とした円周方向において、前記支持基板に開口部が形成されており、
   前記蛍光ホイールには、前記半導体光源からの出射光が前記開口部を通る位置に透過拡散材が設けられている
   ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の光源装置。
8. 前記半導体光源が、青色域の波長を発する半導体レーザー光源である
   ことを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の光源装置。
9. 請求項１から８の何れかに記載の光源装置と、
   前記光源装置から出射した光が入射され、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色に分離する色成分分離部と、
   前記色成分分離部からの光を用いて投射する投射光学系と、
   前記光源装置を制御する光源装置制御部と、
   前記投射光学系を制御して前記色成分分離部からの光を用いて所定の投影像を作成する投射装置制御部とを含む、投射装置。

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