JP2022188564A - 蛍光体ホイール装置及び発光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体ホイールの回転の向きを検出できる仕組みを有する装置を提供する。【解決手段】蛍光体ホイール１００の第１検出部３１及び第２検出部３２は、回転軸Ａ１を中心とし少なくとも第１検出部３１及び第２検出部３２の一方が通過する円周の最小半径の値を第３の値とし、回転軸Ａ１を中心とし少なくとも第１検出部３１及び第２検出部３２の一方が通過する円周の最大半径を第４の値としたときに、回転軸Ａ１を中心とし半径が第３の値以上第４の値以下の範囲にある第５の値である円周上において、円周上を通過する第１検出部３１の長さと第２検出部３２の長さとが異なるように配される。【選択図】図２

Description

本開示は、蛍光体ホイール装置及び発光モジュールに関する。

発光素子と蛍光体ホイール装置とを備え、発光素子からの光を蛍光体ホイールに入射させて、蛍光を取り出す技術が知られている。また、特許文献１には、蛍光体層が設けられた回転板の異常を検出するために、検出パターンからの光を検出する検出器が設けられる照明装置が開示されている。

特開２０１５－０３１８７６

本開示は、蛍光体ホイールの回転の向きを検出できる仕組みを有する装置を提供することを目的とする。

実施形態に開示される蛍光体ホイール装置は、基板と、光の波長を変換する１または複数の蛍光体を含み前記基板の上に設けられる波長変換部と、前記基板の上に設けられる第１検出部及び第２検出部と、を有する蛍光体ホイールと、前記蛍光体ホイールを回転自在に支持する支持部材と、前記蛍光体ホイールの回転軸を中心に前記蛍光体ホイールを回転させる駆動部と、を備え、前記波長変換部は、前記回転軸を中心とし半径が第１の値である第１円周を通過するように配され、前記第１検出部及び第２検出部は、前記回転軸を中心とし半径が前記第１の値とは異なる第２の値である第２円周を通過するように配され、前記第１検出部及び第２検出部は、前記回転軸を中心とし少なくとも前記第１検出部及び第２検出部の一方が通過する円周の最小半径の値を第３の値とし、前記回転軸を中心とし少なくとも前記第１検出部及び第２検出部の一方が通過する円周の最大半径を第４の値としたときに、前記回転軸を中心とし半径が第３の値以上第４の値以下の範囲にある第５の値である円周上において、当該円周上を通過する前記第１検出部の長さと、当該円周上を通過する前記第２検出部の長さと、が異なるように配される。

また、実施形態に開示される発光モジュールは、実施形態に開示される蛍光体ホイール装置と、第１波長をピーク波長とする光を前記波長変換部に出射する１または複数の第１発光装置と、前記蛍光体ホイールの回転によって前記第１検出部及び第２検出部が通過する位置に検出光を出射する発光部と、前記検出光を受光する受光部と、を有する回転検出ユニットと、を備える。

本開示の実施形態によれば、蛍光体ホイールの回転の向きを検出できるため、正しい回転の向きで動作しているかを確認することができる。

実施形態に係る発光モジュールの平面図である。 実施形態に係る蛍光体ホイール装置の斜視図である。 実施形態に係る蛍光体ホイールの平面図である。 図３Ａに示す蛍光体ホイールが時計回りに回転するときの回転検出ユニットにおける受光量の時間変化の例を示すグラフである。 図３Ａに示す蛍光体ホイールが反時計回りに回転するときの回転検出ユニットにおける受光量の時間変化の例を示すグラフである。 図３Ａに示す蛍光体ホイールのＩＶ－ＩＶ断面線における断面図である。 変形例に係る蛍光体ホイールの平面図である。 図５Ａに示す蛍光体ホイールが時計回りに回転するときの回転検出ユニットにおける受光量の時間変化の例を示すグラフである。 図５Ａに示す蛍光体ホイールが反時計回りに回転するときの回転検出ユニットにおける受光量の時間変化の例を示すグラフである。 変形例に係る蛍光体ホイールの平面図である。 図６Ａに示す蛍光体ホイールが時計回りに回転するときの回転検出ユニットにおける受光量の時間変化の例を示すグラフである。 図６Ａに示す蛍光体ホイールが反時計回りに回転するときの回転検出ユニットにおける受光量の時間変化の例を示すグラフである。 変形例に係る蛍光体ホイールの平面図である。 変形例に係る蛍光体ホイールの平面図である。 図８Ａに示す蛍光体ホイールが時計回りに回転するときの回転検出ユニットにおける受光量の時間変化の例を示すグラフである。 図８Ａに示す蛍光体ホイールが反時計回りに回転するときの回転検出ユニットにおける受光量の時間変化の例を示すグラフである。 変形例に係る蛍光体ホイールの平面図である。 図９Ａに示す蛍光体ホイールが時計回りに回転するときの回転検出ユニットにおける受光量の時間変化の例を示すグラフである。 図９Ａに示す蛍光体ホイールが反時計回りに回転するときの回転検出ユニットにおける受光量の時間変化の例を示すグラフである。 変形例に係る発光モジュールの平面図である。

本明細書または特許請求の範囲において、三角形や四角形などの多角形に関しては、多角形の隅に角丸め、面取り、角取り、丸取り等の加工が施された形状も含めて、多角形と呼ぶものとする。また、隅（辺の端）に限らず、辺の中間部分に加工が施された形状も同様に、多角形と呼ぶものとする。つまり、多角形をベースに残しつつ、部分的な加工が施された形状は、本明細書及び特許請求の範囲で記載される“多角形”の解釈に含まれるものとする。

また、多角形に限らず、台形や円形や凹凸など、特定の形状を表す言葉についても同様である。また、その形状を形成する各辺を扱う場合も同様である。つまり、ある辺において、隅や中間部分に加工が施されていたとしても、“辺”の解釈には加工された部分も含まれる。なお、部分的な加工のない“多角形”や“辺”を、加工された形状と区別する場合は“厳密な”を付して、例えば、“厳密な四角形”などと記載するものとする。

また、本明細書または特許請求の範囲において、上下、左右、表裏、前後、手前と奥などの表現は、相対的な位置、向き、方向などの関係を述べるに過ぎず、使用時における関係と一致していなくてもよい。例えば、部品と完成品において、部品の上面が、完成品の側面に位置するように実装される場合でも、その部品にとっての上面は変わらない。

また、本明細書または特許請求の範囲において、ある構成要素に関し、これに該当するものが複数あり、それぞれを区別して表現する場合に、その構成要素の頭に“第１”、“第２”と付記して区別することがある。

以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、示される形態は、本発明の技術思想が具体化されたものではあるが、本発明を限定するものではない。また、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、重複した説明は適宜省略することがある。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、理解の便宜を図るために誇張していることがある。

＜実施形態＞
実施形態に係る発光モジュール１０００を説明する。図１乃至図４は、発光モジュール１０００の例示的な一形態を示す平面図である。図１は、回転検出ユニット６０を省略している。また、図１は、光線の一部を点線で例示している。図２は、蛍光体ホイール装置２００及び回転検出ユニット６０の斜視図である。図３Ａは、蛍光体ホイール１００を光の出力面側から見た平面図である。図３Ａは、支持部材４０の心棒４１と、回転検出ユニット６０の受光部６２とを併せて記している。図３Ｂ、図３Ｃは、回転検出ユニット６０における受光量の時間変化の一例を示すグラフである。図４は、図３Ａに示す蛍光体ホイール１００のＩＶ－ＩＶ断面線における断面図である。

発光モジュール１０００は、複数の構成要素を備える。複数の構成要素には、１または複数の第１発光装置４１０、蛍光体ホイール装置２００及び回転検出ユニット６０が含まれる。発光モジュール１０００は、１または複数の第１発光装置４１０から出射される光に基づき波長変換された光を外部へと出射させる。発光モジュール１０００は、筐体６００に収納されている。

複数の構成要素には、１または複数の光学部材が含まれてもよい。１または複数の光学部材には、例えば、集光レンズ、コリメートレンズ及びミラーが含まれる。なお、これら以外の光学部材を有していてもよい。また、これらの光学部材の一部あるいは全部を有していなくてよい。図１に例示される発光モジュール１０００は、複数の第１発光装置４１０を有し、複数の第１発光装置４１０から出射された光を制御する複数の光学部材を有している。複数の光学部材には、第１集光レンズ５１１、第１コリメートレンズ５１２及び第１ミラー５１３が含まれる。

発光モジュール１０００は、１または複数の第２発光装置４２０を有して構成することができる。発光モジュール１０００は、１または複数の第３発光装置４３０をさらに有して構成することができる。図１に例示される発光モジュール１０００は、複数の第２発光装置４２０及び複数の第３発光装置４３０を有している。そして、複数の第２発光装置４２０から出射された光を制御する複数の光学部材として、第２集光レンズ５２１、第２コリメートレンズ５２２及び第２ミラー５２３を有し、複数の第３発光装置４３０から出射された光を制御する光学部材として、第３集光レンズ５３１、拡散部材３００、第３コリメートレンズ５３２及び第３ミラー５３３を有している。

図１に例示される発光モジュール１０００は、複数の第１発光装置４１０及び複数の第２発光装置４２０から出射される光を波長変換し、波長変換された光を外部へと出射する。また、発光モジュール１０００は、複数の第３発光装置４３０から出射される光を波長変換せずに外部へと出射する。発光モジュール１０００は、これらの光を制御して、それぞれ別個に又は合成して外部へと出射させる。別個の光又は合成された光は、例えば、筐体６００に形成される光取出口７００から外部へ取り出すことができる。

以上述べた各構成要素について説明する。
（第１発光装置４１０）
１または複数の第１発光装置４１０は、第１波長をピーク波長とする光を出射する。ここでは、複数の第１発光装置４１０を同一平面に配置して用いている。第１発光装置４１０の発光素子は同じ色の光を出射する。なお、異なる色の光を出射してもよい。

発光素子には、一例として、半導体レーザ素子が採用される。また、ＬＥＤ、有機ＥＬ、などが採用されてもよい。例えば、発光素子は、その発光ピーク波長が３６５ｎｍ～４９４ｎｍの範囲内にある光を採用することができる。なお、この範囲外のピーク波長を有する光を採用してもよい。また、可視光の波長範囲に限らなくてもよい。また、紫外光の波長範囲にピーク波長を有する光であってもよい。

発光素子には、青色の光を出射する発光素子が含まれていてもよい。また、発光素子には、紫色の光を出射する発光素子が含まれていてもよい。なお、これら以外の色の光を出射する発光素子であってもよい。

ここでの青色の光は、その発光ピーク波長が４３０ｎｍ～４９４ｎｍの範囲内にある光をいうものとする。紫色の光は、その発光ピーク波長が３６５ｎｍ～４３０ｎｍの範囲内にある光をいうものとする。青色、また、紫色の光を発する発光素子として、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＧａＮを用いることができる。

（蛍光体ホイール装置２００）
蛍光体ホイール装置２００は、蛍光体ホイール１００、支持部材４０及び駆動部５０を有している。蛍光体ホイール装置２００は、蛍光体ホイール１００が有する波長変換部２０により、入射光とは異なる波長の出射光を出力することができる。

（蛍光体ホイール１００）
蛍光体ホイール１００は、基板１０を有する。蛍光体ホイール１００はさらに、基板１０の上に設けられる、波長変換部２０、第１検出部３１及び第２検出部３２を有する。蛍光体ホイール１００は回転軸Ａ１を有し、回転軸Ａ１を中心に回転している状態で使用される。蛍光体ホイール１００の一方の面は光の入力面であり、入力面の反対面は光の出力面である。

（基板１０）
基板１０は板状の部材である。基板１０の形状は例えば円盤状である。蛍光体ホイール１００では、図２に示すように、基板１０は円盤状の透光性基板である。透光性基板には、例えばサファイヤ基板を採用することができる。

（第１検出部３１及び第２検出部３２）
図３Ａに示すように、検出部３０は、照射される光を遮り又は反射する領域である。検出部３０は、第１検出部３１及び第２検出部３２を含む。また、検出部３０はさらに、第３検出部を含む場合もある。検出部３０は、照射される光のうち特定の波長の光を遮り又は反射できればよい。検出部３０は、波長変換部２０と同じ材料で形成することができる。例えば、検出部３０に照射される赤外光に対し、ＹＡＧ蛍光体で形成される検出部３０を採用することができる。第１検出部３１と第２検出部３２とは、例えば、透光性の基板１０の表面上に設けられる。

（波長変換部２０）
波長変換部２０は、光の波長を変換する１または複数の蛍光体を含む。蛍光体は、波長が特定の範囲にある光を励起光として吸収し、吸収した光とは異なる波長の光を蛍光として放出する性質を有する。青色の光を励起光とする蛍光体としては、例えばＹＡＧやＬＡＧなどのガーネット系蛍光体を採用することができる。

波長変換部２０は、蛍光体の励起光となる波長範囲にある光を波長変換して出射する。ただし、励起光となる波長範囲であっても、一部の光が波長変換されずに透過される場合がある。このため、波長変換部２０から出射される光には、波長変換部２０を透過する入射光が含まれる場合がある。

波長変換部２０は、例えば円環状や多角形の環状とすることができる。また、波長変換部２０は、複数の波長変換領域を有して構成することができる。図３Ａに例示される蛍光体ホイール１００では、第１波長変換領域２１Ａ及び第２波長変換領域２２Ａが、互いに重ならない円環状の領域で形成されている。第１波長変換領域２１Ａは、第２波長変換領域２２Ａの外側に設けられている。第１波長変換領域２１Ａと第２波長変換領域２２Ａは、互いに異なる種類の蛍光体を含む。なお、互いに同じ種類の蛍光体を含んでもよい。例えば、第１波長変換領域２１ＡはＬＡＧ蛍光体を含み、第２波長変換領域２２ＡはＹＡＧ蛍光体を含むことができる。

波長変換部２０、第１検出部３１及び第２検出部３２は、基板１０の上に設けられる。蛍光体ホイール１００が回転軸Ａ１を中心に回転するとき、波長変換部２０、第１検出部３１及び第２検出部３２は、回転軸Ａ１を中心とする円周を描く。

図３Ａに示すように、回転軸Ａ１を原点とする半径Ｒの座標軸が記載されている。第１波長変換領域２１Ａは、回転軸Ａ１を中心とし半径が第１の値Ｒ１である第１円周を通過するように配されている。なお、第２波長変換領域２２Ａは、回転軸Ａ１を中心として、第２波長変換領域２２Ａを通過する円周の半径の値を第１の値Ｒ１としてもよい。第２波長変換領域２２Ａを通過する円周の半径の値は、第１波長変換領域２１Ａを通過する円周の半径の値よりも小さな値である。第１検出部３１及び第２検出部３２は、回転軸Ａ１を中心とし半径が第１の値Ｒ１とは異なる第２の値Ｒ２である第２円周を通過するように配されている。ここで、第１検出部３１及び第２検出部３２の少なくとも一方が通過する円周のうち、最小半径である円周の半径を第３の値Ｒ３とし、最大半径である円周の半径を第４の値Ｒ４とする。第２の値Ｒ２は、第３の値Ｒ３以上、第４の値Ｒ４以下となる。

図３Ａに例示する蛍光体ホイール１００では、波長変換部２０は、回転軸Ａ１を中心に円環状に設けられている。そして、第１検出部３１と第２検出部３２とは、蛍光体ホイール１００の回転方向における幅が異なり半径方向における幅が同じであるように、円環状の波長変換部２０に沿って波長変換部２０と一体に設けられている。

第１検出部３１及び第２検出部３２は、一例として、第２波長変換領域２２Ａに接続して形成されている。第１検出部３１、第２検出部３２及び第２波長変換領域２２Ａは、一体的に形成することができる。なお、別体に形成されてもよい。

第１検出部３１及び第２検出部３２は、蛍光体ホイール１００の回転方向に沿って配置されており、異なる形状になるように形成されている。第１検出部３１及び第２検出部３２は、回転方向に対して長さが異なる。ここでは、一例として、第１検出部３１及び第２検出部３２を、第２波長変換領域２２Ａの内周側に形成している。また、第１検出部３１及び第２検出部３２は、回転方向に離隔しており、かつ、回転方向の長さが異なるように形成されている。

図４に例示されるように、蛍光体ホイール１００は、基板１０を透光性とし、基板１０の両面にフィルタ層１１を有して構成することができる。蛍光体ホイール１００は、入力面から入射光Ｌ０１、Ｌ０２が入射され、出力面から出射光Ｌ１、Ｌ２を出射する。フィルタ層１１の特性は、入射光を透過し、波長変換部２０による波長変換後の光を反射するように設定される。フィルタ層１１は、例えば誘電体多層膜である。波長変換部２０は、蛍光体ホイール１００の出力面側のフィルタ層１１上に配置される。蛍光体ホイール１００の入力面は、波長変換部２０が配置されていない側の面である。このように配置することで、入射光Ｌ０１、Ｌ０２は、フィルタ層１１により反射が抑えられ、透光性の基板１０を透過して波長変換部２０に到達することができる。そして、波長変換部２０による波長変換後の光の一部が基板１０側に向けて出射されても、フィルタ層１１により出力面側に反射させて取り出すことができる。

また、波長変換部２０の上面及び側面と蛍光体ホイール１００の側面とは、被覆層１２によって被覆されてもよい。被覆層１２により、波長変換部２０のフィルタ層１１及び基板１０に対する固着強度が高められる。被覆層１２は、透光性の材料で形成されている。

（支持部材４０）
支持部材４０は、心棒４１及び支持板４２を有する。支持板４２は、心棒４１を一定の向き及び位置に支持する。支持部材４０は、蛍光体ホイール１００を回転自在に支持する。

（駆動部５０）
駆動部５０は回転軸のまわりにトルクを発生させる。回転の速さ及び向きは、外部から制御することができる。駆動部５０は、例えば電力が供給されることにより作動する電気モーターである。図２に例示する蛍光体ホイール装置２００では、駆動部５０の回転軸は支持部材４０の心棒４１と重なる。

（回転検出ユニット６０）
回転検出ユニット６０は、蛍光体ホイール１００の回転の速さ及び向きを検出する。回転検出ユニット６０は、一例として、発光部６１及び受光部６２を有する。発光部６１は、発光素子を有し、検出のための所定の波長の光（以下、検出光と呼ぶものとする。）を出射する。受光部６２は、発光部６１からの検出光を受光素子で受光し受光量に対応する信号を出力する。回転検出ユニット６０は、回転する蛍光体ホイール１００の検出部３０が通過する位置に検出光を照射する。発光部６１及び受光部６２は、例えば図２に示すように、蛍光体ホイール１００を挟んで向かい合って配置される。このように配置することによって、受光部６２は、発光部６１から出射され蛍光体ホイール１００を透過した検出光を検出することができる。

発光部６１から出射された光は、蛍光体ホイール１００に入射する。蛍光体ホイール１００が回転軸Ａ１を中心に回転すると、発光部６１から出射された光の蛍光体ホイール１００上における軌跡は、回転軸Ａ１を中心とし半径が第５の値Ｒ５である第５円周を描く。この光の軌跡上に、第１検出部３１及び第２検出部３２が設けられている。したがって、第５の値Ｒ５は、第３の値Ｒ３以上第４の値Ｒ４以下の範囲にある。第１検出部３１と第２検出部３２とは、第５円周上を通過する長さが異なるように配される。ここで、長さが異なるとは、一方の長さが０である場合も含む。なお、第５の値Ｒ５は、第３の値Ｒ３以上第４の値Ｒ４以下の範囲に含まれていればよく、第２の値Ｒ２と同じ値であってもよい。

蛍光体ホイール装置２００は、蛍光体ホイール１００の回転の速さ及び向きを検出するために、回転検出ユニット６０を使用する。回転検出ユニット６０は、発光部６１が出射する光を回転する蛍光体ホイール１００に照射し、その透過光又は反射光を受光部６２で受光する。受光部６２の受光量の時間変化から、蛍光体ホイール１００の回転の速さ及び向きを検出することができる。

図２に示す回転検出ユニット６０では、発光部６１から出射される光の波長に対して、第１検出部３１及び第２検出部３２の透過率は、同じ円周上の他の領域の透過率よりも小さい。このため、蛍光体ホイール１００が回転すると、受光部６２による受光量は、第１検出部３１及び第２検出部３２が通過しているときは小さくなり、通過していないときは大きくなる。

図３Ａ～３Ｃにより、受光部６２の受光量の時間変化について説明する。図３Ａに例示する蛍光体ホイール１００では、回転検出ユニット６０は、蛍光体ホイール１００の１回転（１周期Ｔ）につき２回の検出状態の変化が生じる。１回は第１検出部３１を通過することによる検出状態の変化で、残りの１回は第２検出部３２を通過することによる検出状態の変化である。第１検出部３１と第２検出部３２とでは同一円周上における蛍光体ホイール１００の回転方向の幅が異なるため、一定の速さで回転する蛍光体ホイール１００において、各検出状態が維持される時間の長さが異なる。なお、第１検出部３１及び第２検出部３２をまとめて検出部３０として説明する場合がある。

図３Ｂ、図３Ｃは、蛍光体ホイール１００が一定の速さで回転するときに、回転検出ユニット６０が出力する信号の時間変化の例であり、受光部６２による受光量の時間変化に対応している。受光部６２の受光量が相対的に大きいときが信号のＨレベルに対応し、相対的に小さいときが信号のＬレベルに対応している。すなわち、Ｌレベルが、検出光が検出部３０上に入射している状態、Ｈレベルが、検出光が検出部３０上に入射していない状態である。図３Ｂの検出状態に対して、蛍光体ホイール１００の回転方向が逆になった場合の検出状態が図３Ｃである。

図３Ｂ及び図３Ｃのいずれも、蛍光体ホイール１００が一回転する間（１周期Ｔの間）に２回、Ｌレベルの状態が検出される。１回目のＬレベルの検出状態が検出されてからＴ_１時間経過後に２回目のＬレベルの検出状態が検出される。また、図３Ｂの場合、２回目のＬレベルの検出状態が終わってから、次の周期の１回目のＬレベルの検出状態が検出されるまでの時間（Ｔ_２時間）は、Ｔ_１時間よりも長い。なお、Ｔ_１時間とＴ_２時間はその違いが明確に検出できるだけの十分な時間差があればよく、Ｔ_２時間の方がＴ_１時間より短くてもよい。

図３Ｂでは、１回目のＬレベルの検出状態が維持される時間よりも２回目のＬレベルの検出状態が維持される時間の方が長い。一方で、図３Ｃでは、１回目のＬレベルの検出状態が維持される時間よりも２回目のＬレベルの検出状態が維持される時間の方が短い。このように、蛍光体ホイール１００は、Ｌレベルの検出状態の長短の順序から回転の向きを検出することができる。なお、Ｈレベルの検出状態の長短の順序から回転の向きを検出することもできる。

発光モジュール１０００は、１または複数の第１発光装置４１０が、第１波長をピーク波長とする光を出射する。出射された光は、蛍光体ホイール装置２００の波長変換部２０に照射される。照射された光は、波長変換部２０によって波長変換され、蛍光体ホイール装置２００は第１の光を出力する。回転検出ユニット６０は、蛍光体ホイール１００の回転の速さ及び回転の向きを検出する。このため、蛍光体ホイール１００の回転の速さ及び回転の向きを監視することができ、想定される通常の動作に対して誤動作を起こしていることがわかる。

発光モジュール１０００は、第１波長とは異なる第２波長をピーク波長とする光を出射する１または複数の第２発光装置４２０を備えてもよい。出射された光は、蛍光体ホイール装置２００の波長変換部２０に照射される。照射された光は、波長変換部２０によって波長変換され、蛍光体ホイール装置２００は第２の光を出力する。ただし、波長変換部２０は、１または複数の第１発光装置４１０から出射された光が照射される第１波長変換領域２１Ａと、１または複数の第２発光装置４２０から出射された光が照射される第２波長変換領域２２Ａとを有している。このため、１または複数の第１発光装置４１０から出射された光と、１または複数の第２発光装置４２０から出射された光とを別個に波長変換することができる。

（光学部材）
光学部材は、光を屈折又は反射させることによって、入射される光を制御して出射する部材である。光学部材とは、例えば集光レンズ、拡散部材、コリメートレンズ又はミラーである。

（集光レンズ）
第１集光レンズ５１１、第２集光レンズ５２１及び第３集光レンズ５３１は、入射される光を集光するように出射する。これらの各集光レンズは、単レンズでも複数の複合レンズから形成されていてもよい。
（拡散部材）
拡散部材３００は、入射される光を拡散させて出射する。拡散部材３００は、特定の方向に集中する光を拡散させて光を均一にしている。拡散部材３００は、拡散物質を母材に含有させて形成することができる。また、拡散部材３００は、表面及び裏面に凹凸を設けて形成することができる。拡散部材３００は、光を均一にすることで、使用される目的に適する光としている。
（コリメートレンズ）
第１コリメートレンズ５１２、第２コリメートレンズ５２２及び第３コリメートレンズ５３２は、入射される光を平行光にして出射する。それぞれのコリメートレンズは、単レンズであっても複合レンズであってもよい。
（ミラー）
第１ミラー５１３、第２ミラー５２３及び第３ミラー５３３は、入射される光の一部を反射し、一部を透過させる。それぞれのミラーは、例えば、ダイクロイックミラーを使用することができる。

光学部材は、それぞれの発光装置から光取出口７００までの光路中に配置されている。
第１集光レンズ５１１は、第１発光装置４１０から照射された光を集光して第１波長変換領域２１Ａに向けて出射する位置に設置されている。第２集光レンズ５２１は、第２発光装置４２０から照射された光を集光して第２波長変換領域２２Ａに向けて出射する位置に設置されている。第３集光レンズ５３１は、第３発光装置４３０から照射された光を集光して拡散部材３００に向けて出射する位置に設置されている。
拡散部材３００で拡散された光は、第３コリメートレンズ５３２に出射される。

第１コリメートレンズ５１２は、第１波長変換領域２１Ａで波長変換された光を平行光として第１ミラー５１３に向かって出射する位置に設置されている。第２コリメートレンズ５２２は、第２波長変換領域２２Ａで波長変換された光を平行光として第２ミラー５２３に向かって出射する位置に設置されている。第３コリメートレンズ５３２は、拡散部材３００で拡散された光を平行光として第３ミラー５３３に向かって出射する位置に設置されている。
第１ミラー５１３は、波長変換されて平行光となった第１の光を反射する位置に配置されている。第２ミラー５２３は、波長変換されて平行光となった第２の光を反射すると共に、第１の光を透過する位置に配置されている。第３ミラー５３３は、拡散されて平行光となった第３の光を反射すると共に、第１の光及び第２の光を透過する位置に配置されている。

（第２発光装置４２０、第３発光装置４３０）
すでに述べた第１発光装置４１０についての説明は、第２発光装置４２０及び第３発光装置４３０に共通する。
発光モジュール１０００が、１または複数の第１発光装置４１０と、１または複数の第２発光装置４２０とを備える場合には、１または複数の第１発光装置４１０は複数の第１半導体レーザ素子を含み、１または複数の第２発光装置４２０は複数の第２半導体レーザ素子を含んで構成することができる。第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子とは、同じものでもよく、異なっていてもよい。

発光モジュール１０００が、１または複数の第３発光装置４３０をさらに備える場合には、１または複数の第３発光装置４３０は、複数の第３半導体レーザ素子を含んで構成することができる。第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子と第３半導体レーザ素子とは、同じものを含んでいてもよく、互いに異なっていてもよい。

次に、図１に例示される発光モジュール１０００について、光の進路に着目して説明する。
第１発光装置４１０は、第１波長をピーク波長とする第１の光を出射する。出射された第１の光は第１集光レンズ５１１によって、蛍光体ホイール１００の第１波長変換領域２１Ａに集光される。集光された光は、第１波長変換領域２１Ａの蛍光体によって波長変換され、蛍光体ホイール装置２００から波長変換された第１の光が出射される。さらに、波長変換された第１の光は、第１コリメートレンズ５１２によって平行光Ｌ１Ｐとなる。平行光Ｌ１Ｐは、第１ミラー５１３によって反射され、反射された光が光取出口７００の方向に進むＬ１Ｐ２である。

蛍光体ホイール１００は、第１集光レンズ５１１よりも第１コリメートレンズ５１２に近い位置に配置されている。蛍光体ホイール１００は、第１コリメートレンズ５１２の近傍に配置されるのが好ましい。波長変換された光は、広い角度範囲で波長変換部２０から出射されるため、波長変換部２０を第１コリメートレンズ５１２に近付けることで、光の損失を低減することができる。また、同じ光量の光をコリメートする場合に、第１コリメートレンズ５１２のレンズ面の面積を小さく設計することができる。

第２発光装置４２０は、第２波長をピーク波長とする第２の光を出射する。出射された第２の光は第２集光レンズ５２１によって、蛍光体ホイール１００の第２波長変換領域２２Ａに集光される。集光された光は、第２波長変換領域２２Ａの蛍光体によって波長変換され、蛍光体ホイール装置２００から波長変換された第２の光が出射される。さらに、波長変換された第２の光は、第２コリメートレンズ５２２によって平行光Ｌ２Ｐとなる。平行光Ｌ２Ｐは、第２ミラー５２３によって反射され、反射された光が光取出口７００の方向に進むＬ２Ｐ２である。

第３発光装置４３０は、第３波長をピーク波長とする第３の光を出射する。出射された第３の光は第３集光レンズ５３１によって、拡散部材３００に集光される。拡散部材３００は集光された光を拡散して出射する。拡散された第３の光は、第３コリメートレンズ５３２によって平行光Ｌ３Ｐとなる。平行光Ｌ３Ｐは、第３ミラー５３３によって反射され、反射された光が光取出口７００の方向に進むＬ３Ｐ２である。
図１に例示される発光モジュール１０００の各構成要素は、光取出口７００の方向に進む光Ｌ１Ｐ２、Ｌ２Ｐ２、Ｌ３Ｐ２の光軸が一致するように配置されている。このため、平行光Ｌ１Ｐ、Ｌ２Ｐ、Ｌ３Ｐは、光取出口７００から同軸を通る別個の光又は合成された光として取り出すことができる。

なお、図１では、光取出口７００を一か所として説明したが、例えば、図１０の発光モジュール１０００Ａが示すように、筐体６００Ａに第１光取出口７１０、第２光取出口７２０及び第３光取出口７３０を設けて、個別の光と合成された光とを分けて取り出すようにしてもよい。例えば、第１ミラー５１３Ａが波長変換されて平行光となった第１の光Ｌ１Ｐの５０％を反射し、５０％を透過するようにして、第１ミラー５１３Ａを透過して進む光Ｌ１Ｐ１を第１光取出口７１０から取り出すことができる。同様に、第２ミラー５２３Ａが波長変換されて平行光となった第２の光Ｌ２Ｐの５０％を反射し、５０％を透過するようにして、第２ミラー５２３Ａを透過して進む光Ｌ２Ｐ１を第２光取出口７２０から取り出すことができる。また、第３ミラー５３３Ａが拡散されて平行光となった第３の光Ｌ３Ｐの５０％を反射し、５０％を透過するようにして、第３ミラー５３３Ａを透過して進む光Ｌ３Ｐ１を第３光取出口７３０から取り出すことができる。また、別個の光又は合成された光は、光取出口７００から取り出すことができる。
さらに、図１、図１０において、第１発光装置４１０、第２発光装置４２０、第３発光装置４３０の後方に熱を除去するヒートシンクを設置する構成としてもよい。

次に、各構成における変形例１乃至変形例５について、図５Ａ乃至図９Ｃを参照して説明する。
（変形例１）
図５Ａに示す蛍光体ホイール１０１では、波長変換部２０は、回転軸Ａ１を中心に円環状に設けられている。そして、第１検出部３１Ａ、第２検出部３２Ａは、蛍光体ホイール１０１の半径方向における幅が異なり回転方向における幅が同じであるように、円環状の波長変換部２０に沿って波長変換部２０と一体に設けられている。
図５Ｂ、図５Ｃは、蛍光体ホイール１０１が一定の速さで回転するときに、回転検出ユニット６０が出力する信号の時間変化の例である。図３Ｂ及び図３Ｃでは、Ｌレベルが検出される時間の違いを利用したが、図５Ｂ及び図５Ｃでは、受光部６２における検出量の違いを利用する。つまり、検出光が第１検出部３１Ａを通過しているときに受光部６２で受光される光の受光量と、検出光が第２検出部３２Ａを通過しているときに受光部６２で受光される光の受光量とを異ならせる。例えば、第１検出部３１Ａ及び第２検出部３２Ａの一方においてＭ１レベルであり、他方においてＭ１レベルよりも低いＬレベルとなっている。これは、第１検出部３１Ａよりも半径方向の幅が大きい第２検出部３２Ａが、より多くの光を遮るためである。例えば、検出光が照射される領域に対して、第１検出部３１Ａにおいて検出光の一部の領域だけが遮られ、第２検出部３２Ａにおいて検出光の全部が遮られるようにする。

（変形例２）
図６Ａに示す蛍光体ホイール１０２では、波長変換部２０は、回転軸Ａ１を中心に円環状に設けられている。そして、第１検出部３１Ｂ及び第２検出部３２Ｂの少なくとも一方は、蛍光体ホイール１０２の回転方向における幅が、半径方向に一定ではない。ここで、回転方向における幅が一定ではないとは、回転方向の両端の回転軸Ａ１を中心とする中心角が一定ではないという意味である。蛍光体ホイール１０２の第２検出部３２Ｂは、半径が大きくなると中心角が大きくなっており、半径が増加する方向に回転方向における幅が増加している。
第１検出部３１Ｂ、第２検出部３２Ｂは、円環状の波長変換部２０に沿って波長変換部２０と一体に形成されている。第１検出部３１Ｂと第２検出部３２Ｂとは、回転方向の端部を除いて半径方向における幅が同じである。そして、第２検出部３２Ｂの回転方向の両端は、半径方向に対する傾きが異なっている。また、第１検出部３１Ｂ及び第２検出部３２Ｂは、円環状の波長変換部２０に沿って波長変換部２０と一体に設けられている。

図６Ｂ及び図６Ｃは、互いに回転方向が逆である蛍光体ホイール１０２が一定の速さで回転するときの、回転検出ユニット６０が出力する信号の時間変化の例である。図６Ｂ及び図６Ｃにおいても、図３Ｂ及び図３Ｃと同様に、検出結果から回転の向きを検出することができる。

（変形例３）
時分割式の光源では、蛍光体ホイール装置から出力される複数の波長の光を時分割で取り出して用いる場合もある。このような場合、波長変換部２０に含まれる１または複数の蛍光体は、円環状の波長変換部２０の回転方向に区画して設けられる。図７に示す蛍光体ホイール１０３は、蛍光体２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂを回転方向に区画して設けている。
第１検出部３１Ｃと第２検出部３２Ｃとは、蛍光体ホイール１０３の回転方向における幅が異なり半径方向における幅が同じであるように、円環状の波長変換部２０に沿って波長変換部２０と一体に設けられている。回転検出ユニット６０が出力する信号の時間変化については、図３Ｂ及び図３Ｃと同様のことがいえる。なお、第１検出部３１Ｃと第２検出部３２Ｃとで、回転検出ユニット６０の発光部６１の光の波長における光吸収率が異なるようにすれば、図５Ｂ及び図５Ｃと同様のことがいえる。

（変形例４）
図８Ａに示す蛍光体ホイール１０４は、蛍光体ホイール１０３と同様に、蛍光体２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂを回転方向に区画して設けている。そして、第１検出部３１Ｄ、第２検出部３２Ｄ及び第３検出部３３Ｄは、円環状の波長変換部２０に沿って波長変換部２０と一体に設けられ、半径方向における幅が同じであり回転方向の幅も同じである。一方、第１検出部３１Ｄと第２検出部３２Ｄと第３検出部３３Ｄとはそれぞれ、検出光に対する光吸収率が異なる。
図８Ｂ及び図８Ｃは、蛍光体ホイール１０４が一定の速さで回転するときに、回転検出ユニット６０が出力する信号の時間変化の例である。図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、検出光が第１検出部３１Ｄ、第２検出部３２Ｄ及び第３検出部３３Ｄのいずれを通過しているかは、検出状態のレベルの違いから特定できる。Ｄ１回転で回転する図８Ｂでは、それぞれ異なるレベルのＬ、Ｍ３、Ｍ２が順に現れており、Ｄ２回転で回転する図８Ｃでは、Ｌ、Ｍ２、Ｍ３が順に現れている。このように、Ｌ、Ｍ２、Ｍ３のレベルが検出される順番から回転の向きを検出することができる。

（変形例５）
回転検出ユニット６０は、反射光を利用して回転を検出してもよい。図９Ａに示す例では、発光部６１が出射する光を回転する蛍光体ホイール１０５に照射し、その反射光を受光部６２で受光する。このため、第１検出部３１Ｅ及び第２検出部３２Ｅは、光反射性の表面を備え、回転検出ユニット６０の発光部６１と受光部６２とは蛍光体ホイール１０５の同じ側に配置される。
図９Ｂ、図９Ｃは、蛍光体ホイール１０５が一定の速さで回転するときに、回転検出ユニット６０が出力する信号の時間変化の例である。図３Ｂ及び図３Ｃの場合は、検出光が検出部３０を通過しているときに受光量はＬレベルであり、検出光が検出部３０を通過していないときに受光量はＨレベルであったが、図９Ｂ及び図９Ｃの場合は、検出光が検出部３０を通過しているときに受光量がＨレベルとなり、検出光が検出部３０を通過していないときに受光量はＬレベルとなる。この場合も、同様の原理から、回転の向きを検出することができる。

第１検出部及び第２検出部は、波長変換部の１または複数の蛍光体に含まれる１以上の蛍光体を含むようにしてもよい。
実施形態及び変形例において、検出部は、円環状の波長変換部に沿って、それぞれが隣接する波長変換部と同じ材料で一体に形成してもよい。すなわち、検出部は、円環状の波長変換部の内側又は外側に、波長変換部の突起のように設けられてもよい。

例えば、実施形態の蛍光体ホイール１００において、第１検出部３１及び第２検出部３２を波長変換部２０の第２波長変換領域２２Ａと同じ材料で、第２波長変換領域２２Ａの突起のように形成することができる。このようにすれば、第１検出部３１及び第２検出部３２は、蛍光体ホイール１００の材料の種類を増やさずに形成可能である。そして、例えば、波長変換部２０がマスクを使用してスクリーン印刷等によって形成される場合には、第１検出部３１及び第２検出部３２は、工程数を増やさずに同時に形成可能となる。
検出部３０は、波長変換部２０と同じ材料で別体に形成してもよく、波長変換部２０と異なる材料で一体に形成してもよい。

また、第１検出部及び第２検出部は、第１検出部が第１蛍光体を含み、第２検出部が第１蛍光体と異なる第２蛍光体を含むようにしてもよい。このように蛍光体を異ならせることによって、第１検出部と第２検出部との光吸収率が異なるようにすることもできる。このため、蛍光体ホイールの材料を増やすことなく、検出状態の長短の順序に加え、レベルの異なる検出状態の順序からも回転の向きを検出することができる。

これまでの説明では、第１波長と第２波長とは異なるとした。しかし、第１波長と第２波長とは同じでもよい。例えば、第１発光装置４１０及び第２発光装置４２０は青色の光を出射し、第３発光装置４３０は紫色の光を出射するようにしてもよい。この場合、第１発光装置４１０及び第２発光装置４２０の発光素子に青色の光を出射する半導体レーザ素子を採用し、第３発光装置４３０の発光素子に紫色の光を出射する半導体レーザ素子を採用することができる。

以上、本発明に係る実施形態を説明してきたが、本発明に係る蛍光体ホイール装置及び発光モジュールは、実施形態のものに厳密に限定されるものではない。つまり、本発明は、実施形態により開示された蛍光体ホイール装置及び発光モジュールの外形や構造に限定されなければ実現できないものではない。また、全ての構成要素を必要十分に備えることを必須とせずに適用され得るものである。例えば、特許請求の範囲に、実施形態により開示された発光モジュールの構成要素の一部が記載されていなかった場合、その一部の構成要素については、代替、省略、形状の変形、材料の変更などの当業者による設計の自由度を認め、その上で特許請求の範囲に記載された発明が適用されることを特定するものである。

１０ 基板
２０ 波長変換部
２１Ａ 第１波長変換領域
２２Ａ 第２波長変換領域
３０ 検出部
３１ 第１検出部
３２ 第２検出部
４０ 支持部材
４１ 心棒
４２ 支持板
５０ 駆動部
６０ 回転検出ユニット
６１ 発光部
６２ 受光部
１００ 蛍光体ホイール
２００ 蛍光体ホイール装置
３００ 拡散部材
４１０ 第１発光装置
５１１ 第１集光レンズ
５１２ 第１コリメートレンズ
５１３ 第１ミラー
６００ 筐体
７００ 光取出口
７１０ 第１光取出口
１０００ 発光モジュール

Claims (13)

1. 基板と、光の波長を変換する１または複数の蛍光体を含み前記基板の上に設けられる波長変換部と、前記基板の上に設けられる第１検出部及び第２検出部と、を有する蛍光体ホイールと、
   前記蛍光体ホイールを回転自在に支持する支持部材と、
   前記蛍光体ホイールの回転軸を中心に前記蛍光体ホイールを回転させる駆動部と、
   を備え、
   前記波長変換部は、前記回転軸を中心とし半径が第１の値である第１円周を通過するように配され、
   前記第１検出部及び第２検出部は、前記回転軸を中心とし半径が前記第１の値とは異なる第２の値である第２円周を通過するように配され、
   前記第１検出部及び第２検出部は、前記回転軸を中心とし少なくとも前記第１検出部及び第２検出部の一方が通過する円周の最小半径の値を第３の値とし、前記回転軸を中心とし少なくとも前記第１検出部及び第２検出部の一方が通過する円周の最大半径を第４の値としたときに、前記回転軸を中心とし半径が第３の値以上第４の値以下の範囲にある第５の値である円周上において、当該円周上を通過する前記第１検出部の長さと、当該円周上を通過する前記第２検出部の長さと、が異なるように配される蛍光体ホイール装置。
2. 前記第１検出部と前記第２検出部とは、同一円周上における前記蛍光体ホイールの回転方向の幅が異なる請求項１に記載の蛍光体ホイール装置。
3. 前記波長変換部は、前記基板の上に円環状に設けられ、
   前記第１検出部と前記第２検出部とは、前記蛍光体ホイールの半径方向における幅が同じであり、前記円環状の波長変換部に沿って前記波長変換部と一体又は別体に設けられる請求項２に記載の蛍光体ホイール装置。
4. 前記第１検出部と前記第２検出部とは、前記蛍光体ホイールの半径方向における幅が異なる請求項１に記載の蛍光体ホイール装置。
5. 前記波長変換部は、前記基板の上に円環状に設けられ、
   前記第１検出部と前記第２検出部とは、同一円周上における前記蛍光体ホイールの回転方向の幅が同じであり、前記円環状の波長変換部に沿って前記波長変換部と一体又は別体に設けられる請求項４に記載の蛍光体ホイール装置。
6. 前記第１検出部及び前記第２検出部の少なくとも一方は、前記蛍光体ホイールの回転方向における幅が、前記蛍光体ホイールの半径方向に一定ではない請求項１に記載の蛍光体ホイール装置。
7. 前記第１検出部及び前記第２検出部は、前記１または複数の蛍光体に含まれる１以上の蛍光体を含む請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の蛍光体ホイール装置。
8. 前記第１検出部は、第１蛍光体を含み、
   前記第２検出部は、前記第１蛍光体と異なる第２蛍光体を含む請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の蛍光体ホイール装置。
9. 前記第１検出部と前記第２検出部とは、透光性の前記基板の表面上に設けられる請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の蛍光体ホイール装置。
10. 請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の蛍光体ホイール装置と、
    第１波長をピーク波長とする光を前記波長変換部に出射する１または複数の第１発光装置と、
    前記蛍光体ホイールの回転によって前記第１検出部及び第２検出部が通過する位置に検出光を出射する発光部と、前記検出光を受光する受光部と、を有する回転検出ユニットと、
    を備える発光モジュール。
11. 前記第１波長と異なる第２波長をピーク波長とする光を前記波長変換部に出射する１または複数の第２発光装置をさらに備え、
    前記波長変換部は、前記１または複数の第１発光装置から出射された光が照射される第１波長変換領域と、前記１または複数の第２発光装置から出射された光が照射される第２波長変換領域と、を有する請求項１０に記載の発光モジュール。
12. 前記第１波長変換領域及び前記第２波長変換領域は、互いに重ならない円環状の領域である請求項１１に記載の発光モジュール。
13. 前記１または複数の第１発光装置は、複数の第１半導体レーザ素子を含み、
    前記１または複数の第２発光装置は、複数の第２半導体レーザ素子を含む請求項１１又は請求項１２に記載の発光モジュール。

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