JP6283932B2 - 照明装置および映像表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、蛍光体を用いた照明装置およびそれを備えた映像表示装置に関する。

従来、プロジェクタにおいては、高輝度の高圧水銀ランプが光源として多く使用されてきた。しかし、高圧水銀ランプは寿命が短く、メンテナンスが煩雑になる問題があり、高圧水銀ランプの代わりに発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザ光源などの固体光源を映像表示装置の光源として用いることが提案されている。

レーザ光源は、高圧水銀ランプに比べて寿命が長く、また、指向性が高いために光利用効率も高い。さらに、その単色性により広い色再現範囲を実現できる。一方で、レーザ光はその干渉性の高さゆえに、スペックルノイズが生じて画質が劣化するという問題がある。

ＬＥＤ光源では、スペックルノイズは生じないが、光源の発光面積が大きいこと、緑色ＬＥＤの発光効率が低いことなどの理由により、高輝度の映像表示装置を実現することが難しいという問題がある。

これらの問題を解決するために、ＬＥＤ光やレーザ光を励起光として蛍光体を発光させ、映像表示装置に用いる光源装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−０１３３１３号公報

本開示は、蛍光体を用いても高輝度の光出力が可能な照明装置およびそれを用いた映像表示装置を提供する。

本開示のある実施形態に係る照明装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光によって励起されて蛍光を出射する蛍光体が配置された少なくとも２つの蛍光体基板と、少なくとも２つの蛍光体基板の其々から出射された蛍光を空間的に合成する光学素子とを備える。

本開示のある実施形態に係る装置によれば、レーザ光源と蛍光体とを用いて、高輝度の蛍光を出力することができる。

実施形態に係る映像表示装置を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施形態に係る映像表示装置が備える蛍光体ホイールを示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施形態に係る映像表示装置が備えるフィルターホイールを示す図である。 実施形態に係るレーザ光強度と蛍光体変換効率および蛍光体表面温度との関係を示す図である。 実施形態に係るレーザ光強度と照明装置の総合効率との関係を示す図である。 実施形態に係るレーザ光スポット直径と照明装置の総合効率との関係を示す図である。 実施形態に係る映像表示装置を示す図である。 実施形態に係る映像表示装置を示す図である。 実施形態に係る映像表示装置を示す図である。 実施形態に係る映像表示装置を示す図である。

以下では、本開示に係る実施形態について、図面を参照しつつ説明を行う。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

プロジェクタでは、他の多くの蛍光体応用製品と異なり、その光源は点光源であることが求められ、点光源の光密度として例えば１０Ｗ／ｍｍ²以上が求められる。このような光密度は、他の蛍光体応用製品における蛍光出力の光密度に比べて、一桁以上大きい密度になる。

本願発明者らは、レーザ光を励起光として蛍光体を発光させる照明装置において、高輝度の出力光を得るために鋭意研究を行った。レーザ光を励起光として蛍光体を発光させる照明装置において、プロジェクタに求められる高出力の光を実現しようとすれば、蛍光板に高出力のレーザ光を照射することが考えられる。しかし、高出力のレーザ光を蛍光体に照射すると、逆に蛍光出力が低下するという問題が発生した。蛍光体の技術分野では、温度が上昇すると蛍光出力が低下する温度消光と呼ばれる物理現象が公知であるが、レーザ光を励起光として蛍光体を発光させる場合において具体的にどのようなパラメータが大きく関与して蛍光出力が低下するのかの詳細については知られていない。このように、レーザ光を励起光として蛍光体を発光させる照明装置において、高輝度の蛍光を得ることは困難であった。

本願発明者らは、レーザ光を励起光として蛍光体を発光させる照明装置の研究を繰り返すうちに、蛍光出力の低下の要因としてレーザ光の光密度が大きく関わっていることを見出した。従来の他の多くの蛍光体応用製品では、求められる光密度が一桁以上小さかったため、今まで上記のような問題を考慮する必要がなかった。また、励起光源としてＬＥＤを用いるプロジェクタにおいても、蛍光体に照射される光の密度は小さいので、今まで上記のような問題を考慮する必要がなかった。レーザ光を励起光として蛍光体を発光させるプロジェクタの研究において、上記のような問題は初めて認識された。

また、本願発明者らの研究により、蛍光体における波長変換では、蛍光体に入射するレーザ光（励起光）のうちの３０〜５０％程度が熱に変換されることが分かった。例えば、レーザ光強度が１００Ｗの場合は、約３０〜５０Ｗの熱が蛍光体ホイールで発生していた。温度消光の影響を緩和するためは、蛍光体ホイール１つ当たりの発熱量を抑える必要がある。

本開示のある実施形態は、レーザ光源と蛍光体とを用いて高輝度の蛍光を出力することができる照明装置およびそれを用いた映像表示装置を提供する。

以下の実施形態の説明では、映像表示装置の一例としてプロジェクタを挙げて説明するが、実施形態はそれに限定されず、映像表示装置はテレビや他の表示装置などであってもよい。

（実施形態）
本実施形態に係る映像表示装置は、映像信号に応じて光を変調する１つの光変調素子を備えた映像表示装置であって、レーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光によって励起されて蛍光を出射する蛍光体が配置された２つの蛍光体基板と、それら２つの蛍光体基板の其々から出射される蛍光を空間的に合成する光学素子とを備える。

図１は、本実施形態に係る映像表示装置１００の構成を示す図である。この例では、映像表示装置１００はプロジェクタである。

映像表示装置１００は、照明装置１０と、映像生成部９０と、映像生成部９０によって生成された映像光をスクリーン（図示せず）へ投写する投写レンズ９８とを備える。

照明装置１０は、第１の光源装置１２と、第２の光源装置１４と、第１および第２光源装置１２および１４それぞれからの出射光を空間的に合成する光束合成素子６２と、合成された光束を映像生成部９０へと導光する導光光学系７０と、フィルターホイール８０とを備える。

第１の光源装置１２と第２の光源装置１４とは、それぞれの構成要素は同じであり、それら構成要素の配置が線対称となっているだけである。従って、説明の簡略化のため、以下では第１の光源装置１２についてのみ説明する。

第１のレーザモジュール２０および第２のレーザモジュール２６は、５×５のマトリクス状に配置された、波長４５０ｎｍの青色レーザ光を出力する半導体レーザ素子２２および半導体レーザ素子２８と、半導体レーザ素子の一つ一つに設けられたレンズ２４およびレンズ３０とを備える。レンズ２４およびレンズ３０は、半導体レーザ素子から広がり角を持って出射した光を平行な光束に集光する機能を有している。

各レーザモジュールからの出射光は、ミラー３２によって空間的に合成される。第１および第２のレーザモジュールの各半導体レーザ素子は、いずれも等間隔に配置されているが、第１のレーザモジュール２０からの出射光と第２のレーザモジュール２６からの出射光は、ミラー３２上で異なる位置に入射されるように、各レーザモジュールの位置が調整されている。そこで、ミラー３２は、第１のレーザモジュール２０からの出射光が入射される領域ではレーザ光に対して高透過となるＡＲコーティング、第２のレーザモジュール２６からの出射光が入射される領域ではレーザ光に対して高反射となるミラーコーティングが施されている。

ミラー３２によって合成されたレーザ光は、レンズ３４によって集光されながら、重畳される。レンズ３４によって集光された光は、ダイクロイックミラー４０に入射する前に、レンズ３６と拡散板３８を透過する。レンズ３６は、レンズ３４によって集光された光を、再び平行な光束に戻す機能を有し、拡散板３８は、レーザ光の干渉性を低減させるとともに、レーザ光の集光性を調整する機能を有する。

ダイクロイックミラー４０は、カットオフ波長を約４８０ｎｍに設定した色合成素子である。従って、レンズ３６によって略平行光化した光は、ダイクロイックミラー４０によって反射され、蛍光体ホイール１６へ照射される。

蛍光体ホイール１６へと集光されるレーザ光スポットサイズを小さくして光利用効率を向上させるために、蛍光体ホイール１６に照射されるレーザ光は、レンズ４２、４４によって集光される。

図２は、蛍光体ホイール（蛍光体基板）１６の構成を示す図であり、図２（ａ）は図１と同じ側から見た蛍光体ホイール１６の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の蛍光体ホイール１６を右側から見た側面図である。

蛍光体ホイール１６は、波長４５０ｎｍの光によって主波長が５７０ｎｍの黄色の光を発光する蛍光体が塗布された蛍光体領域１１２および蛍光体領域１１４と、波長約４５０ｎｍの光によって主波長が５５２ｎｍの緑色の光を発光する蛍光体が塗布された蛍光体領域１１６と、切欠き状になっている切欠き領域１１８とを有する。蛍光体領域１１２と蛍光体領域１１４とには同一の黄色蛍光体が塗布されている。いずれの蛍光体も、シリコン樹脂と混合した状態で、例えば、幅４ｍｍ、厚み１５０ミクロンで塗布されている。

これらの蛍光体が、表面に高反射コーティングが施された例えば直径６５ｍｍのアルミ基板１０４に塗布されており、さらに、アルミ基板１０４はモータ１０２に取り付けられ、回転制御される（例えば、１０８００ｒｐｍ）。

蛍光体ホイール１６は、３つの蛍光体領域１１２、１１４、１１６と、１つの切欠き領域１１８とで、画像の１フレーム（例えば、１／６０秒）に対応している。すなわち、蛍光体ホイール１６に照射された光は、１フレームの中で、蛍光体領域１１２に照射される第１セグメント、蛍光体領域１１４に照射される第２セグメント、蛍光体領域１１６に照射される第３セグメント、切欠き領域１１８に照射される第４セグメント、に時間的に分割される。この蛍光体ホイール１６における第１から第４セグメントの切り替えは、第１の光源装置１２と第２の光源装置１４（図１）との間で同期される。

図１に戻り、第１、第２および第３セグメントの間、蛍光体ホイール１６に照射された光は、黄色および緑色の光に変換されて、蛍光体ホイール１６から反射される。これら黄色および緑色の蛍光は、レンズ４４、４２によって平行光化されて、ダイクロイックミラー４０に戻り、ダイクロイックミラー４０を透過する。

一方、第４セグメントの間、蛍光体ホイール１６に照射された光は、蛍光体ホイール１６の切欠き領域１１８を透過する。蛍光体ホイール１６を透過した光を、再びダイクロイックミラー４０に戻すために、光路にミラー５０、５２、５８を配置する。また、蛍光体ホイール１６を透過した光は、レンズ４２、４４によって集光されているため、レンズ４６、４８によって平行光化すると共に、延長された光路分をリレーするためのレンズ５４と、レーザ光の干渉性を更に低減させるための拡散板５６を光路に配置する。

蛍光体ホイール１６を透過し、光路をリレーされてダイクロイックミラー４０に戻った光は、ダイクロイックミラー４０によって反射される。このようにして、蛍光体ホイール１６を透過した光の光路と反射した光の光路とは、ダイクロイックミラー４０によって空間的に合成される。

ダイクロイックミラー４０によって合成された光は、レンズ６０によって集光され、第１の光源装置１２からの出射光となる。第１の光源装置１２と同様に、第２の光源装置１４からも光が出射される。

第１の光源装置１２における蛍光体ホイール１６と第２の光源装置１４における蛍光体ホイールは同一の仕様であり、光源装置１２、１４からは同じ色特性を有する光が出射される。

第１の光源装置１２および第２の光源装置１４からの出射光は、光束合成素子６２によって、空間的に合成される。光束合成素子６２は台形プリズム６４および６６を有する。第１の光源装置１２からの出射光は、台形プリズム６４に入射される。台形プリズム６４に入射した光は、角度４５度の斜面である面６４ａで反射した後、台形プリズム６４内部で全反射を繰り返し、ロッドインテグレータ７２へと入射される。同様に、第２の光源装置１４からの出射光は、台形プリズム６６に入射され、角度４５度の斜面で反射した後、内部で全反射を繰り返し、ロッドインテグレータ７２へと入射される。台形プリズム６４と台形プリズム６６は同一の形状であり、各光源装置からの光を合成して同一方向に取り出すために、４５度斜面が対向して配置されている。

また、各台形プリズム６４および６６の出射面サイズは、ロッドインテグレータ７２の入射面サイズのちょうど半分となっており、台形プリズム６４と台形プリズム６６を図１に示すように密接して配置し、かつ、プリズム出射面とロッドインテグレータ７２の入射面を近接して配置することで、台形プリズム６４および台形プリズム６６に入射した光を効率的にロッドインテグレータにカップリングすることが可能である。

ロッドインテグレータ７２に入射した各光源装置からの光は、ロッドインテグレータ７２内で照度が均一化された後、フィルターホイール８０を通過する。

図３は、フィルターホイール８０の構成を示す図である。図３（ｂ）は図１と同じ側から見たフィルターホイール８０の平面図であり、図３（ａ）は図３（ｂ）のフィルターホイール８０を左側から見た側面図である。

フィルターホイール８０は、可視全域にわたって高透過であるガラス基板により構成される領域である可視光透過領域８１２と、波長６００ｎｍ未満の光に対して高反射かつ波長６００ｎｍ以上の可視域の光に対して高透過であるカラーフィルター基板により構成される領域であるカラーフィルター領域８１４とを有する。フィルターホイール８０はモータ８０２に取り付けられ、回転制御される。なお、上記ガラス基板とカラーフィルター基板とは別々に形成されていてもよいし、一体に形成されていてもよい。

蛍光体ホイール１６とフィルターホイール８０とは、同じ回転数で同期して回転制御される。すなわち、フィルターホイール８０は、可視光透過領域８１２とカラーフィルター領域８１４とで、１フレーム（例えば、１／６０秒）となるように構成される。

さらに、蛍光体ホイール１６における蛍光体領域１１４にレーザ光が照射され、蛍光体領域１１４から放たれる黄色蛍光は、フィルターホイール８０におけるカラーフィルター領域８１４に入射されるようにタイミングが調整される。そのため、蛍光体領域１１４とカラーフィルター領域８１４のセグメント角度は同一である。カラーフィルター領域８１４は６００ｎｍ未満の光を除去するため、蛍光体領域１１４から放たれる黄色蛍光は、短波長成分が除去され、赤色光となってフィルターホイール８０から出射される。

フィルターホイール８０を出射した光は、レンズ７４、７６にリレーされ、照明装置１０からの出力光となって、映像生成部９０に入射する。以上のように、照明装置１０は、各種のレンズ、ミラーなどの光学部品を備える。

映像生成部９０は、レンズ９２と、全反射プリズム９４と、１枚のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）９６とを備える。レンズ９２は、ロッドインテグレータ７２の出射面の光をＤＭＤ９６に結像させる機能を有している。レンズ９２を介して全反射プリズム９４に入射した光は、面９４ａによって反射され、ＤＭＤ９６へ導かれる。ＤＭＤ９６は、制御部（図示せず）によって、複数のミラーそれぞれに入射する各色光のタイミングに合わせ、かつ、入力される映像信号に応じて、制御される。ＤＭＤ９６によって変調された光は、全反射プリズム９４を透過して投写レンズ９８へ導かれる。投写レンズ９８は、時間的に合成された映像光を、装置外部のスクリーン（図示せず）へ投写する。

本実施形態では、光変調素子であるＤＭＤ９６として、対角サイズが例えば０．６７インチのＤＭＤを使用し、投写レンズ９８のＦナンバーは例えば１．７である。

本実施形態では、照明装置１０は、時間的に切り替わる、赤色光、緑色光、青色光、黄色光の４色の光を出力している。ここで、赤色光は、赤色蛍光体から生成されるのではなく、黄色蛍光体からの黄色蛍光のうち、短波長成分を除去することにより生成される。すなわち、赤色光と黄色光は同一の黄色蛍光体から生成しており、本実施形態では、セリウム付活ガーネット構造蛍光体（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）を使用した。一方、緑色光を生成する蛍光体としては、組成の異なる別のセリウム付活ガーネット構造蛍光体（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）を使用した。

高輝度の照明装置を得るためには、蛍光体を励起するレーザ光強度を大きくする必要があるが、レーザ光強度が大きくなると蛍光体効率が低下し、蛍光体温度も上昇する、という問題が発生する。そこで、本実施形態では、蛍光体基板を２つ備え、蛍光体基板１つあたりの発熱を抑制することにより、この影響を最小限に抑えて、高輝度かつ高効率の照明光を得るようにしている。以下に、その具体的な光学系のパラメータを説明する。

Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋に比べて、より温度消光特性に優れた蛍光体である。そのため、黄色蛍光体（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）の特性に基づき、蛍光体に入射するレーザ光のパラメータを決定した。

図４に、本実施形態で使用した黄色蛍光体における、レーザ光強度と蛍光体の波長変換効率および蛍光体表面温度との関係を示す。実験条件として、黄色蛍光体は、表面に高反射コーティングが施された直径６５ｍｍの円形アルミ基板の外周付近全周に、シリコン樹脂と混合した状態で、幅４ｍｍ、厚み１５０ミクロンで塗布している。円形アルミ基板は回転モータに取り付けられて１０８００ｒｐｍで回転しており、円形アルミ基板の雰囲気の温度は６０℃である。また、蛍光体上のレーザ光スポット直径は１．６ｍｍである。蛍光体上のレーザ光スポットの空間強度プロファイルは略ガウス形状であり、ここで言うスポット直径とは、ピーク強度の１３．５％になる全幅を表わす。

シリコン樹脂の長期信頼性を確保するためには、蛍光体温度を例えば略２００℃以下にすることが考えられるが、より信頼性を高める上では、蛍光体温度を例えば略１５０℃以下にすることが考えられる。そこで、図４より、雰囲気温度６０℃環境下にて、効率的に黄色蛍光体を使用するためには、例えば、レーザ光強度を略１２０Ｗ以下、より好ましくは、略１００Ｗ以下にする。本実施形態では、合計５０個の半導体レーザ素子による合成光として、光出力８０Ｗのレーザ光を、スポット直径１．６ｍｍで蛍光体ホイール１６に入射した。すなわち、第１の光源装置１２と第２の光源装置１４の合計で１６０Ｗのレーザ光を２つの蛍光体ホイール１６に入射した。

蛍光体基板を２つ用いる本実施形態の光学構成では、光束合成素子が必要になるため、蛍光体基板を１つだけ用いる光学構成に比べて、光束合成素子の追加による若干の光学損失が発生する。しかしながら、蛍光体基板１つあたりのレーザ光強度を半分にすることが出来るため、レーザ光強度が大きな領域では、発熱による蛍光体効率低下の抑制の効果の方が大きくなる。

図５に、蛍光体基板（蛍光体ホイール１６）を１つ使用する場合と、２つ使用する場合について、照明装置１０の総合効率（光学系の光利用効率×黄色蛍光体の波長変換効率）とレーザ光強度との関係を示す。蛍光体基板に入射するレーザ光の合計強度が１４０Ｗを超える領域では、総合効率の面でも、蛍光体基板を２つ使用し、１つの蛍光体基板あたりに入射するレーザ光強度を半減する方がよい。本実施形態では合計１６０Ｗのレーザ光を入射しているため、蛍光体基板を２つ使用する方が高効率となっている。

図６に、合計１６０Ｗのレーザ光を入射するときの、蛍光体上のレーザ光スポット直径と照明装置１０の総合効率の関係とを表わす。エタンデュを小さくして光利用効率を向上させるためには、蛍光体ホイール１６に照射されるレーザ光スポット直径は小さい方が望ましい。一方、レーザ光のスポット直径が小さくなると、蛍光体上の光密度が高くなるため、蛍光体の波長変換効率は低下する。そのため、例えば、光利用効率と蛍光体の波長変換効率の積が最も高くなるように、レーザ光強度に応じて適切なスポットサイズを決定する。

本実施形態では、ＤＭＤ９６のサイズと投写レンズ９８のＦナンバーを考慮すると、スポット直径１．６ｍｍが最適であり、この値を採用した。蛍光体基板を２つ用いる構成では、２つの光源装置からの光束を合成して使用するため、蛍光体基板を１つだけ用いる構成に比べて、最適なスポット直径は小さくなっている。

本実施形態では、１つの照明装置１０に２つの光源装置１２および１４を備え、其々の光源装置において、発光効率が高く温度消光特性に優れたセリウム付活ガーネット構造蛍光体が塗布された蛍光体基板を使用している。更に、蛍光体基板に入射するレーザ光の強度とスポット径を最適化することで、高効率化を実現している。

この様な光学構成を用いることにより、蛍光体温度の上昇を抑制しながら光出力を向上させることが出来るため、高輝度で長寿命の照明装置を実現することができる。

なお、図１に示す例では、２つの光源装置１２および１４は横並びで配置（図中のｘｙ平面に沿って配置）されていたが、このような複数の光源装置は高さ方向（図中のｚ方向）に並んで配置されていてもよい。図７から図９は、２つの光源装置１２が高さ方向（ｚ方向）に並んで配置された照明装置１０を示す図である。図８は、図７の平面図の左側からｘ方向に沿って照明装置１０を見た側面図であり、図９は、図７の平面図の下側からｙ方向に沿って照明装置１０を見た側面図である。なお、図７の平面図では２つの光源装置１２同士が重なるため、図７では光源装置１２を１つだけ図示しているが、実際には２つ存在している。

レーザモジュール２０および２６からレーザ光が出射されてから、レンズ６０によって集光された光が光源装置１２から出射されるまでの動作は、図１に示す光源装置１２と同じであるので、ここでは説明を省略する。

図７から図９に示す例では、２つの光源装置１２からの出射光はそれぞれミラー２００によってｚ方向に進路を変え、光束合成素子６２に入射して空間的に合成される。すなわち、上側の光源装置１２におけるレーザモジュール２０および２６と蛍光体ホイール１６が配置された平面（ｘｙ平面）に垂直なｚ方向に沿って出射光は光束合成素子６２に入射する。また、下側の光源装置１２におけるレーザモジュール２０および２６と蛍光体ホイール１６が配置された平面（ｘｙ平面）に垂直なｚ方向に沿って出射光は光束合成素子６２に入射する。

この例では光束合成素子６２は三角プリズム２０２および２０４を有する。上側の光源装置１２からの出射光は、三角プリズム２０２に入射される。三角プリズム２０２に入射した光は、角度４５度の斜面で反射した後、ロッドインテグレータ７２へと入射される。同様に、下側の光源装置１２からの出射光は、三角プリズム２０４に入射され、角度４５度の斜面で反射した後、ロッドインテグレータ７２へと入射される。

ロッドインテグレータ７２に光が入射してからスクリーンに映像が投射されるまでの動作は、図１に示す映像表示装置１００と同じであるので、ここでは説明を省略する。

このように、複数の光源装置１２を高さ方向に並んで配置することにより、ｘｙ方向における映像表示装置１００のサイズを小さくすることができる。

また、図１に示す例では、２つの光源装置１２および１４のそれぞれがレーザモジュール２０および２６を備えていたが、１つのレーザモジュールから出射されたレーザ光を２つの光源装置１２および１４に分配してもよい。図１０は、１つのレーザモジュール３００から出射されたレーザ光を２つの光源装置１２および１４に分配する映像表示装置１００を示す図である。

レーザモジュール３００は、複数の半導体レーザ素子２８と、レンズ３０と、レンズ３０１とを備えている。複数の半導体レーザ素子（例えば５０個）を一箇所に集めることでレーザ光を高出力化することができる。

レンズ３０およびレンズ３０１は、半導体レーザ素子２８から出射されたレーザ光を光ファイバ３０２に入射させる。光ファイバ３０２は、例えばバンドルファイバであり、半導体レーザ素子２８の個々の出力が小さくても、個々のレーザ光を光ファイバ３０２にカップリングすることで、高出力のレーザ光を得ることができる。光ファイバ３０２は、１つのレーザモジュール３００から出射されたレーザ光を２つの光源装置１２および１４に分配する分配素子として機能する。なお、レーザモジュール３００は２つ以上であってもよく、この場合も２つ以上のレーザモジュール３００から光ファイバ３０２にレーザ光を入射させることで、レーザ光を光源装置１２および１４に分配することができる。

光源装置１２および１４に分配されて入射したレーザ光は、レンズ３０３によって略平行光化され、ダイクロイックミラー４０によって反射され、蛍光体ホイール１６へ照射される。すなわち、光ファイバ３０２は、１つのレーザモジュール３００から出射されたレーザ光を２つの蛍光体ホイール１６に分配し、２つの蛍光体ホイール１６の其々に分配されたレーザ光が入射される。

蛍光体ホイール１６に光が入射してからスクリーンに映像が投射されるまでの動作は、図１に示す映像表示装置１００と同じであるので、ここでは説明を省略する。

図１０に示すように光源ユニットを１つにすることで、映像表示装置１００のメンテナンスを容易にすることができる。また、レーザモジュール３００から高出力のレーザ光が出射されても、２つの蛍光体ホイール１６に分配されて入射するので、蛍光体ホイール１つあたりの発熱を抑制して変換効率を高く保ちつつ、高輝度の照明光を得ることができる。

（その他の実施形態）
上記の実施形態では、５×５のマトリクス状に配置された半導体レーザ素子により構成されるレーザモジュールを例示したが、半導体レーザ素子の数および配置はこれに限定されるものではなく、半導体レーザ素子１つあたりの光強度や、光源装置に所望される出力などに応じて適宜設定すればよい。また、レーザ光の波長も４５０ｎｍに限定されるものではなく、例えば、４０５ｎｍの光を出力する紫色半導体レーザ素子や、４００ｎｍ以下の紫外線光を出力する半導体レーザ素子などを用いてもよい。

上記の実施形態では、青色のレーザ光によって、セリウム付活ガーネット構造蛍光体を励起し、黄色および緑色を主波長とする光を発光する構成を例示したが、赤色や青緑色を主波長とする光を発光させる蛍光体を用いてもよい。

上記の実施形態では、０．６７インチの単板式のＤＭＤを用いる構成を例示したが、異なるサイズのＤＭＤを用いることもできる。また、３板式の光変調素子を用いる光学構成を採用してもよい。光学系のＦナンバーについても、上記の例に特に限定されるものではない。

光変調素子サイズ、光学系のＦナンバー、蛍光体の種類、蛍光体に入射されるレーザ光強度に応じて、蛍光体上のレーザ光スポット径の最適値は多少変動するため、映像表示装置の仕様に応じて、上記の実施形態で示したパラメータの最適化手法に基づき、適宜最適な値を設定することができる。

（まとめ）
以上、説明したように、本開示のある実施形態に係る照明装置１０は、レーザ光を出射するレーザ光源２２、２８と、レーザ光によって励起されて蛍光を出射する蛍光体１１２、１１４、１１６が配置された少なくとも２つの蛍光体基板１６と、少なくとも２つの蛍光体基板１６の其々から出射された蛍光を空間的に合成する光学素子６２とを備える。

ある実施形態において、蛍光体１１２、１１４、１１６は、例えばセリウム付活ガーネット構造蛍光体を含む。

ある実施形態において、蛍光体基板１６の其々に入射されるレーザ光のピーク強度は、例えば６０Ｗ以上１２０Ｗ以下である。

ある実施形態において、蛍光体基板１６の其々に入射されるレーザ光のスポット直径は、例えば１．２ｍｍ以上２．００ｍｍ以下である。

ある実施形態において、蛍光は、例えばレーザ光源２２、２８および蛍光体基板１６が配置された平面に垂直な方向に沿って光学素子６２に入射する。

ある実施形態において、照明装置１０はレーザ光源２８から出射されたレーザ光を少なくとも２つの蛍光体基板１６に分配する分配素子をさらに備えていてもよく、少なくとも２つの蛍光体基板１６の其々に分配されたレーザ光が入射される。

本開示のある実施形態に係る映像表示装置１００は、上記に記載の照明装置１０と、照明装置１０から出射された蛍光を変調する光変調素子９６と、光変調素子９６から出射された画像をスクリーンに投写する投写光学系９８とを備える。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本技術は、高輝度の光を蛍光体によって発光させる映像表示装置に適用可能である。具体的には、プロジェクタのほか、テレビなどに、本技術は適用可能である。

１０ 照明装置
１２、１４ 光源装置
１６ 蛍光体ホイール
２０、２６、３００ レーザモジュール
２２、２８ 半導体レーザ素子
２４、３０、３４、３６、４２、４４、４６、４８、５４、６０、７４、７６、９２、３０１、３０３ レンズ
３２、５０、５２、５８、２００ ミラー
３８、５６ 拡散板
４０ ダイクロイックミラー
６２ 光束合成素子
６４、６６ 台形プリズム
６４ａ 面
７０ 導光光学系
７２ ロッドインテグレータ
８０ フィルターホイール
９０ 映像生成部
９４ 全反射プリズム
９４ａ 面
９６ ＤＭＤ
９８ 投写レンズ
１０２ モータ
１０４ アルミ基板
１１２、１１４、１１６ 蛍光体領域
１１８ 切欠き領域
８０２ モータ
８１２ 可視光透過領域
８１４ カラーフィルター領域
１００ 映像表示装置
２０２、２０４ 三角プリズム
３０２ 光ファイバ

Claims (5)

1. レーザ光を出射する第１のレーザ光源と、前記第１のレーザ光源のレーザ光によって励起されて蛍光を出射する蛍光体が配置された第１の蛍光体基板とを備えた第１の光源装置と、
   レーザ光を出射する第２のレーザ光源と、前記第２のレーザ光源のレーザ光によって励起されて蛍光を出射する蛍光体が配置された第２の蛍光体基板とを備えた第２の光源装置と、
   前記第１の光源装置および前記第２の光源装置の其々から出射されたレーザ光および蛍光を空間的に合成する光学素子と、
   を備え、
   前記第１の光源装置はさらに、前記光学素子に対して前記第１の蛍光体基板から出射された蛍光を導く光学系を含んでおり、
   前記第１の光源装置および前記第２の光源装置は、前記第１のレーザ光源、前記第１の蛍光体基板、および前記光学系が配置された平面に対して垂直な高さ方向に所定の距離を隔てて、重なり合うように配置されており、
   前記平面は、前記第１のレーザ光源から出射されるレーザ光の主光線と、前記第１の蛍光体基板から出射される蛍光の主光線の光路を含む平面であり、
   前記光学素子は、前記高さ方向において、前記第１の光源装置と前記第２の光源装置との間の位置に配置されている、照明装置。
2. 前記レーザ光源および前記蛍光体基板が配置された平面に垂直な方向に沿って前記蛍光が前記光学素子に入射するように、前記光学素子は、第１のミラーと、第２のミラーと、第１の三角プリズムと、第２の三角プリズムと、ロッドインテグレータとを備え、
   前記第１の三角プリズムおよび第２の三角プリズムは、前記ロッドインテグレータの一端側に配置され、
   前記第１の光源装置から得られるレーザ光および蛍光は、前記第１のミラーによって進路が変更され、前記第１の三角プリズムに入射し、
   前記第２の光源装置から得られるレーザ光および蛍光は、前記第２のミラーによって進路が変更され、前記第２の三角プリズムに入射し、
   前記第１の三角プリズムに入射した前記レーザ光および前記蛍光は、前記第１の三角プリズムで反射して、前記ロッドインテグレータに入射し、
   前記第２の三角プリズムに入射した前記レーザ光および前記蛍光は、前記第２の三角プリズムで反射して、前記ロッドインテグレータに入射する、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第１および第２の蛍光体基板の其々に入射される前記レーザ光のピーク強度は、６０Ｗ以上１２０Ｗ以下である、請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記第１および第２の蛍光体基板の其々に入射される前記レーザ光のスポット直径は、１．２ｍｍ以上２．００ｍｍ以下である、請求項１から３のいずれかに記載の照明装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の照明装置と、
   前記照明装置から出射された蛍光を変調する光変調素子と、
   前記光変調素子から出射された画像をスクリーンに投写する投写光学系と、
   を備えた、映像表示装置。

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