JP2012156182A - 蛍光物質を用いた光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光物質の励起に利用されなかった光を再度、蛍光物質に照射して再利用する。
【解決手段】励起光源としての青色発光レーザダイオード１１−Ｂと、青色発光レーザダイオード１１−Ｂの発する青光Ｂの照射を受けて発光する緑発光の蛍光物質１５−Ｇと、この緑発光の蛍光物質に照射された励起光のうち、蛍光物質の励起に寄与せずに透過または反射した励起光を、同じ蛍光物質１５−Ｇの励起光として再照射させる再照射系として機能するライトトンネル１２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、励起光を照射して蛍光物質を発光させた光を照明光として利用する光源装置に係り、例えば、投射型表示装置に用いて有用な光源装置に関するものである。

特許文献１に、ディジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）等を空間光変調器に用いた単板プロジェクタ装置の光源として、紫外波長のレーザ光源によって励起されるＲＧＢの蛍光物質を、セグメント毎に塗布したカラーホイールにより構成されるプロジェクタ用の光源装置が提案されている。

特開２００４−３４１１０５号公報

上述のように、蛍光物質を固体発光素子からの光を励起光として発光させる場合、蛍光物質が励起光を吸収する効率を１００％にすることはできない。つまり、固体発光素子からの光のうち蛍光物質の励起に利用されない光が存在する。そのため、光の利用効率が低いという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮し、蛍光物質の励起に利用されなかった光を再度、蛍光物質に照射して再利用することで、光の利用効率を上げることができる蛍光物質を用いた光源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、励起光源（１１−Ｂ、３１−ＵＶ）と、前記励起光源が発する励起光の照射を受けて発光する蛍光物質（１５−Ｇ、３５−Ｇ、４５−Ｇ）と、前記蛍光物質に照射された励起光のうち、蛍光物質の励起に寄与せずに透過または反射した励起光を、同じ蛍光物質（１５−Ｇ）または別の蛍光物質（３５−Ｒ、３５−Ｂ、４５−Ｒ、４５−Ｂ）の励起光として再照射させる再照射系（１２、３、２２、２３、４３、５３）と、を備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の蛍光物質を用いた光源装置であって、前記励起光源（１１−Ｂ）の発する励起光を前記蛍光物質（１５−Ｇ）の配された方向へ向けて反射する第１反射体（１２）と、前記蛍光物質の発する光および前記蛍光物質の励起に寄与せずに透過する前記励起光を前記第１反射体の配された方向へ向けて反射する第２反射体（１３）と、前記蛍光物質の発する光および前記第２反射体により反射された励起光を平行光とするレンズ（１４）と、前記第１反射体と前記レンズとの間に配置され、前記蛍光物質の発する光を反射すると共に前記励起光を透過するダイクロイックミラー（３）と、を備え、前記第１反射体（１２）により、前記蛍光物質の励起に寄与せずに前記第２反射体にて反射された励起光を同じ蛍光物質の励起光として前記蛍光物質に再照射させる前記再照射系が構成されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の蛍光物質を用いた光源装置であって、前記蛍光物質（１５−Ｇ）がＲＧＢの３原色のうちの１色を発光するものとされると共に、他の２色を発光する別の光源（１７−Ｒ、１７−Ｂ）が設けられており、前記ダイクロイックミラー（３）は、前記蛍光物質からの１色の光を反射し、前記別の光源からの他の２色の光を透過することにより３原色を合成することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１に記載の蛍光物質を用いた光源装置であって、前記励起光源（３１−ＵＶ）が紫外光または近紫外光を励起光として射出するものであり、前記励起光源からの励起光の照射を受けて発光する蛍光物質として、ＲＧＢの３原色をそれぞれ発光する３種の蛍光物質（３５−Ｒ、３５−Ｇ、３５−Ｂ）が設けられており、前記３種の蛍光物質のうちの１種めの蛍光物質（３５−Ｇ）に前記励起光源からの励起光を照射させ、前記１種めの蛍光物質の励起に寄与せずに透過した励起光の進路に、前記再照射系として、前記透過した励起光を分光して他の２種の蛍光物質（３５−Ｒ、３５−Ｂ）に照射させるダイクロイックミラー（２２）が配置されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１に記載の蛍光物質を用いた光源装置であって、前記励起光源（３１−ＵＶ）が紫外光または近紫外光を励起光として射出するものであり、前記励起光源からの励起光の照射を受けて発光する蛍光物質として、ＲＧＢの３原色をそれぞれ発光する３種の蛍光物質（４５−Ｒ、４５−Ｇ、４５−Ｂ）が設けられており、前記３種の蛍光物質のうちの１種めの蛍光物質（４５−Ｇ）に前記励起光源からの励起光を照射させ、前記１種めの蛍光物質の励起に寄与せずに透過した励起光を２種めの蛍光物質（４５−Ｒ）に照射させ、前記２種めの蛍光物質の励起に寄与せずに透過した励起光を３種めの蛍光物質（４５−Ｂ）に照射させる光学系（４３、５３）を前記再照射系として備えると共に、さらに前記３種の蛍光物質（４５−Ｒ、４５−Ｇ、４５−Ｂ）により発する光を合成して白色光とする合成光学系（４６、４７、４８）を備えることを特徴とする。

本発明の光源装置によれば、励起光源からの光を無駄なく高い効率で蛍光物質の励起光として利用することができ、光の利用効率を高めることができる。

本発明の第１実施形態の光源装置の概略構成図である。 本発明の第２実施形態の光源装置の概略構成図である。 本発明の第３実施形態の光源装置の概略構成図である。 本発明の第４実施形態の光源装置の概略構成図である。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。

以下に述べる各実施形態の光源装置は、励起光源である固体発光素子と、固体発光素子の発する励起光の照射を受けて発光する蛍光物質と、蛍光物質に照射された励起光のうち、蛍光物質の励起に寄与せずに透過または反射した励起光を、同じ蛍光物質または別の蛍光物質の励起光として再照射させる再照射系と、を備えている。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の光源装置Ｍ１の概略構成図である。

この光源装置Ｍ１は、緑光Ｇを発光する緑光発光部１Ｇと、赤光Ｒを発光する赤光発光部１Ｒと、青光Ｂを発光する青光発光部１Ｂと、赤光発光部１Ｒからの赤光Ｒと青光発光部１Ｂからの青光Ｂとを合成する第１のダイクロイックミラー２と、この第１のダイクロイックミラー２にて合成された赤光Ｒと青光Ｂにさらに緑光発光部１Ｇからの緑光Ｇを合成して白色光を射出する第２のダイクロイックミラー３と、を備えている。

緑光発光部１Ｇは、蛍光物質１５−Ｇに励起光を照射して蛍光物質１５−Ｇを緑発光させるもので、励起光源である固体発光素子として青色発光レーザダイオード１１−Ｂを備えている。この緑光発光部１Ｇは、光源側組立体４と、蛍光物質側組立体５と、それら光源側組立体４と蛍光物質側組立体５との間に配置された第２のダイクロイックミラー３とから構成されており、第２のダイクロイックミラー３は、光源側組立体４と蛍光物質側組立体５を結ぶ光軸（直線）に対して４５°の傾きをもって配置されている。

光源側組立体４は、回路基板１０と、回路基板１０上に配置された複数個の青色発光レーザダイオード（励起光源）１１−Ｂと、青色発光レーザダイオード１１−Ｂの青光（励起光）Ｂを蛍光物質側組立体５の配された方向に向けて反射するライトトンネル（第１反射体）１２と、から構成されている。

ライトトンネル１２は、回路基板１０の表面の青色発光レーザダイオード１１−Ｂの搭載領域を囲む位置に基端開口が位置決めされ、基端開口から徐々に開口が広がったテーパ形状をなしており、先端開口がダイクロイックミラー３を介して蛍光物質側組立体５に臨んでいる。

また、蛍光物質側組立体５は、底壁１３ａと周側壁１３ｂを有し、内面が反射鏡として構成された反射筒（第２反射体）１３と、反射筒１３の底壁１３ａの内面に配された緑発光の蛍光物質１５−Ｇと、反射筒１３の周側壁１３ｂの開口側に配置された凸レンズ１４とから構成されている。蛍光物質１５−Ｇは、青色発光レーザダイオード１１−Ｂからの青光Ｂを励起光として、ＲＧＢの３原色のうちの１色である緑光Ｇを発光する性質のものである。

反射筒１３は、蛍光物質１５−Ｇの発する緑光Ｇ、および、蛍光物質１５−Ｇの励起に寄与せずに反射筒１３の底壁１３ａで反射された励起光（青光）Ｂを、ライトトンネル１２の配された方向へ向けて反射する。凸レンズ１４は、蛍光物質１５−Ｂの発する緑光Ｇおよび反射筒１３により反射された光（緑光Ｇや励起光Ｂ）を平行光として前方へ透過させる。

第２のダイクロイックミラー３は、蛍光物質１５−Ｇの発する緑光Ｇを反射し、それ以外の波長の光、つまり、青色発光レーザダイオード１１−Ｂからの青光Ｂ（励起光）や、赤光発光部１Ｒからの赤光Ｒ、青光発光部１Ｂからの青光Ｂを透過させる性質を有している。また、第１のダイクロイックミラー２は、第２のダイクロイックミラー３と同じ傾き角度で、赤光発光部１Ｒからの赤光Ｒや青光発光部１Ｂからの青光Ｂの進路に対して４５°の傾きで配置されており、赤光発光部１Ｒからの赤光Ｒを反射し、青光発光部１Ｂからの青光Ｂを透過させる性質を有している。

ＲＧＢのうちの緑以外の残りの２色（赤と青）は、別光源である赤色発光ダイオード１７−Ｒと青色発光ダイオード１７−Ｂをそれぞれ備えた赤光発光部１Ｒと青光発光部１Ｂとにより提供される。これら赤光発光部１Ｒと青光発光部１Ｂは、回路基板１６と、回路基板１６上に搭載された赤色発光ダイオード１７−Ｒおよび青色発光ダイオード１７−Ｂと、各発光ダイオード１７−Ｒおよび１７−Ｂの発する光を平行光とする凸レンズ１８とにより構成されている。

そして、本実施形態の光源装置Ｍ１では、前記ライトトンネル１２が、蛍光物質１５−Ｇの励起に寄与せずに反射筒１３にて反射された励起光（青光Ｂ）を同じ蛍光物質１５−Ｇの励起光として蛍光物質１５−Ｇに再照射させる再照射系に相当している。

この光源装置Ｍ１の作用を説明する。

回路基板１０上に配置された複数個の青色発光レーザダイオード１１−Ｂからの青光Ｂ（励起光）は、テーパ付きのライトトンネル１２で略平行光とされる。一旦、略平行光とされた青色発光レーザダイオード１１−Ｂからの青光Ｂは、第２のダイクロイックミラー３を透過して、凸レンズ１４で集光され、青光励起で緑光を発光する蛍光物質１５−Ｇに照射され、蛍光物質１５−Ｇは励起により緑光Ｇを発光する。蛍光物質１５−Ｇから発した緑光Ｇは、四方に散乱するが、蛍光物質１５−Ｇの裏面と側面を囲む反射筒１３の底壁１３ａと周側壁１３ｂで反射されて前方へ向かい、前方に向かう緑光Ｇは、凸レンズ１４を透過することにより略平行光とされ、４５°傾いた緑光反射の第２のダイクロイックミラー３により、図の上方（光源側組立体４と蛍光物質側組立体５を結ぶ光軸（直線）に対して直交する方向）へと反射される。

また、赤色発光ダイオード１７−Ｒと青色発光ダイオード１７−Ｂで射出された赤光Ｒと青光Ｂは、それぞれ凸レンズ１８で平行光とされた上で、第１のダイクロイックミラー２により合成されて、第２のダイクロイックミラー３に入射する。

一方、蛍光物質１５−Ｇに照射された青光Ｇ（励起光）のうち、蛍光物質１５−Ｇの励起に与らなかった青光Ｇは、蛍光物質１５−Ｇを覆う反射筒１３の底壁１３ａや周側壁１３ｂで反射されて、凸レンズ１４を透過して略平行光となり、緑光反射の第２のダイクロイックミラー３を透過して、光源側組立体４の方へと進む。その後、その蛍光物質１５−Ｇの励起に与らなかった青光Ｂは、テーパ付ライトトンネル１２で反射されて向きを変え、再び、蛍光物質側組立体５へと戻され、蛍光物質１５−Ｇの励起に寄与することになる。

赤光Ｒと青光Ｂは、緑反射の第２のダイクロイックミラー３を透過するので、第２のダイクロイックミラー３で反射する緑光Ｇと合成され、白色光となって外部へ射出する。従って、平行な白色光が得られるので、従来のランプに置き換えて利用することができる。

このように、蛍光物質１５−Ｂの励起に寄与しなかった励起光（青光Ｂ）をライトトンネル１２で反射して、同じ蛍光物質１５−Ｇに再照射させるので、青色発光レーザダイオード１１−Ｂからの光を無駄なく高い効率で蛍光物質１５−Ｇの励起光として利用することができ、光の利用効率を高めることができる。

なお、上記実施形態では、励起光として青色レーザ光（青光Ｂ）を利用する場合を示したが、紫外光または近紫外光（ＵＶ）を励起光として利用することもできる。その場合、蛍光物質としては、紫外光または近紫外光で励起して緑光を発光するものを用いることになる。

＜第２実施形態＞
図２は第２実施形態の光源装置Ｍ２の概略構成図である。

この光源装置Ｍ２は、紫外光または近紫外光（以下「ＵＶ光」と称する）を励起光として発生する固体発光素子であるＵＶ発光レーザダイオード（励起光源）３１−ＵＶを備えた光源側組立体２０と、励起光であるＵＶ光（図中の矢印ＵＶで示す）の照射を受けて緑光Ｇを発生する緑光発光部２１Ｇ、青光Ｂを発生する青光発光部２１Ｂ、赤光Ｒを発生する赤光発光部２１Ｒと、を備えている。近紫外光としては例えば、中心波長４０５ｎｍの光を発光するレーザダイオードを用いることができる。 緑光発光部２１Ｇと青光発光部２１Ｂは互いに対向する位置関係に配置され、赤光発光部２１Ｒは、緑光発光部２１Ｇと青光発光部２１Ｂを結ぶ直線に対して直交する位置関係に配置されている。また、緑光発光部２１Ｇと青光発光部２１Ｂの間には、それぞれ逆方向に４５°傾けてＸ型に青光反射のダイクロイックミラー２２および緑光反射のダイクロイックミラー２３とが配置され（両者をあわせて「Ｘ型ダイクロイックミラー」または「クロスダイクロイックミラー」ともいう）とが配置され、光源装置Ｍ２の射出部にはＵＶ反射膜を有する透過板２４が配置されている。ここで、青光反射のダイクロイックミラー２２の裏面にはＵＶ透過反射膜が形成されている。

光源側組立体２０は、回路基板３０と、回路基板３０上に配置された複数個のＵＶ発光レーザダイオード（励起光源）３１−ＵＶと、ＵＶ発光レーザダイオード（励起光源）３１−ＵＶからのＵＶ光を略平行光とする凸レンズ群３２とから構成されており、凸レンズ群３２の射出光の進路を緑光発光部２１Ｇの底部に向けて緑光発光部２１Ｇの背後に配置されている。

緑光発光部２１Ｇは、蛍光物質３５−Ｇに励起光であるＵＶ光を照射して蛍光物質３５−Ｇを緑発光させるもので、透明ガラス基板よりなる底壁３３ａと内面が反射面とされた周側壁３３ｂとを有した有底筒体３３と、有底筒体３３の透明ガラス基板よりなる底壁３３ａの内面に緑光反射膜を介して配された緑発光の蛍光物質３５−Ｇと、有底筒体３３の周側壁３３ｂの開口側に配置された凸レンズ３４と、から構成されている。この場合の蛍光物質３５−Ｇは、光源側組立体２０から射出されて有底筒体３３の透明ガラス基板よりなる底壁３３ａを透過して来たＵＶ光を励起光として、ＲＧＢの３原色のうちの１色である緑光Ｇを発光する性質のものである。

また、青光発光部２１Ｂは、底壁３６ａと周側壁３６ｂを有し、内面が反射鏡として構成された反射筒３６と、反射筒３６の底壁３６ａの内面に配された青発光の蛍光物質３５−Ｂと、反射筒３６の周側壁３６ｂの開口側に配置された凸レンズ３７と、から構成されている。蛍光物質３５−Ｂは、ＵＶ光を励起光として、ＲＧＢの３原色のうちの１色である青光Ｂを発光する性質のものである。

また、赤光発光部２１Ｒは、底壁３６ａと周側壁３６ｂを有し内面が反射鏡として構成された反射筒３６と、反射筒３６の底壁３６ａの内面に配された赤発光の蛍光物質３５−Ｒと、反射筒３６の周側壁３６ｂの開口側に配置された凸レンズ３７と、から構成されている。蛍光物質３５−Ｒは、ＵＶ光を励起光として、ＲＧＢの３原色のうちの１色である赤光Ｒを発光する性質のものである。

次に作用を述べる。

ＵＶ発光レーザダイオード（励起光源）３１−ＵＶからのＵＶ光は、凸レンズ群３２を透過することにより略平行光となる。略平行光となったＵＶ光は、有底筒体３３の透明ガラス基板よりなる底壁３３ａを透過して、底壁３３ａの内面に配されたＵＶ励起−緑発光の蛍光物質３５−Ｇに照射される。

透明ガラス基板よりなる底壁３３ａの内面には、緑光反射膜を介して蛍光物質３５−Ｇが配されているので、蛍光物質３５−Ｇにて発生する緑光Ｇは、その反射膜の働きにより有底筒体３３の開口側にのみ進む。また、有底筒体３３の周側壁３３ｂの内面も反射面となっているので、蛍光物質３５−Ｇにて発生する緑光Ｇは、すべて有底筒体３３の開口側に進み、凸レンズ３４を透過することで略平行光となる。また、蛍光物質３５−Ｇの励起に与らなかったＵＶも凸レンズ３４を透過し前方に向かう。

緑光発光部２１Ｇの前方には４５°傾けた緑光反射のダイクロイックミラー２３が設置してあるので、緑光Ｇはこのダイクロイックミラー２３で図の上方に反射されて射出側の透明板２４に入射する。

また、緑光反射のダイクロイックミラー２３と交差して配置された青光反射のダイクロイックミラー２２の裏面には、ＵＶ透過反射膜（入射した光の一部を透過させ、残りを反射する膜）が形成されている。したがって、蛍光物質３５−Ｇの励起に寄与せずに緑発光の蛍光物質３５−Ｇを透過したＵＶ光のうち、一部は、そのままダイクロイックミラー２２を透過して、前方の青光発光部２１Ｂへ向けて進み、残りは、図中下方の赤光発光部２１Ｒへ向けて反射される。

ダイクロイックミラー２２を透過して青光発光部２１Ｂへ進んだＵＶ光は、凸レンズ３７で集光され、青色発光の蛍光物質３５−Ｂに照射されて蛍光物質３５−Ｂを励起する。蛍光物質３５−Ｂの裏面と側面は反射面（反射筒３６の底壁３６ａと周側壁３６ｂ）で覆われているので、蛍光物質３５−Ｂから発光した青光Ｂはすべて前方に進み、途中の凸レンズ３７を透過することで略平行光となって、ダイクロイックミラー２２で図の上方に反射されて射出側の透明板２４に入射する。

また、ダイクロイックミラー２２で反射されて赤光発光部２１Ｒへ進んだＵＶ光は、凸レンズ３７で集光され、赤色発光の蛍光物質３５−Ｒに照射されて蛍光物質３５−Ｒを励起する。蛍光物質３５−Ｒの裏面と側面（反射筒３６の底壁３６ａと周側壁３６ｂ）は反射面で覆われているので、蛍光物質３５−Ｒから発光した赤光Ｒはすべて前方に進み、途中の凸レンズ３７を透過することで略平行光となって、ダイクロイックミラー２２を透過した上で図の上方の射出側の透明板２４に入射する。

このようにして透明板２４に入射した光のうち、緑光Ｇ、青光Ｂ、赤光Ｒの三色が合成されて白色光となり、光源装置Ｍ２から射出されることになる。この場合、射出側にＵＶ反射膜を有する透明板２４が設置されているので、光源装置Ｍ２から後段の光学系側にＵＶ光が漏れることが無い。また、光源装置Ｍ２側で蛍光物質３５−Ｇ、３５−Ｂ、３５−Ｒの励起に関与しなかったＵＶ光も、光源装置Ｍ２内で反射を繰り返すうちに、蛍光物質３５−Ｇ、３５−Ｂ、３５−Ｒに吸収されるので、ほぼすべてのＵＶ光が励起光として利用されることになる。従って、無駄な励起光がほとんど生じなくなり、光の利用効率を高めることができる。

この場合、ダイクロイックミラー２２が、緑発光の蛍光物質３５−Ｇの励起に寄与せずに透過したＵＶ光を励起光として、青光発光部２１Ｂの青発光の蛍光物質３５−Ｂと赤光発光部２１Ｒの赤発光の蛍光物質３５−Ｒに分光して照射させる再照射系に相当する。

なお、緑発光の蛍光物質３５−Ｇの塗布量やダイクロイックミラー２２のＵＶ透過反射膜の透過と反射の割合を調整することにより、発光する緑、青、赤の割合を調整することができ、最終的なシステムの色調整を行うことができる。

＜第３実施形態＞
図３は第３実施形態の光源装置Ｍ３の概略構成図である。

この光源装置Ｍ３は、紫外光または近紫外光（以下「ＵＶ光」と称する）を励起光として発生する固体発光素子であるＵＶ発光レーザダイオード（励起光源）３１−ＵＶを備えた光源側組立体２０と、励起光であるＵＶ光（図中の矢印ＵＶで示す）の照射を受けて緑光Ｇを発生する緑光発光部４１Ｇと、赤光Ｒを発生する赤光発光部４１Ｒと、青光Ｂを発生する青光発光部４１Ｂと、を備えている。

緑光発光部４１Ｇと赤光発光部４１Ｒと青光発光部４１Ｂは、この順番で光源側組立体２０の射出する光の進路方向に並んでいる。緑光発光部４１Ｇと赤光発光部４１Ｒと青光発光部４１Ｂには、光源側組立体２０からのＵＶ光（励起光）の照射を受けて発光する蛍光物質として、それぞれ緑発光の蛍光物質４５−Ｇと赤発光の蛍光物質４５−Ｒと青発光の蛍光物質４５−Ｂとが設けられている。

光源側組立体２０は、回路基板３０と、回路基板３０上に配置された複数個のＵＶ発光レーザダイオード（励起光源）３１−ＵＶと、ＵＶ発光レーザダイオード（励起光源）３１−ＵＶからのＵＶ光を略平行光とする凸レンズ群３２とから構成されており、凸レンズ群３２の射出光の進路方向に、緑光発光部２１Ｇと赤光発光部４１Ｒと青光発光部４１Ｂとが直線配列されている。

各蛍光物質４５−Ｇ、４５−Ｒ、４５−Ｂは、光源側組立体２０からのＵＶ光の進路に対して傾いた姿勢の有底筒状のライトトンネル４３の底壁４３ｂの内面に配置されている。ライトトンネル４３の側壁４３ａ、４３ｃは互いに平行に形成されており、ライトトンネル４３の出口には凸レンズ３７が配置されている。

ライトトンネル４３の底壁４３ｂや側壁４３ａ、４３ｃは、ＵＶ透過膜を形成した透明ガラス基板により構成されており、側壁４３ａ、４３ｃは、光源側組立体２０からのＵＶ光の進路に対してライトトンネル４３の出口側が光源側に倒れるように傾いている。また、底壁４３ｂは、側壁４３ａ、４３ｃに対して直交すると共に、光源側組立体２０からのＵＶ光の進路に対して傾いている。そして、底壁４３ｂの内面に蛍光物質４５−Ｇ、４５−Ｒ、４５−Ｂが配置されている。また、蛍光物質４５−Ｇ、４５−Ｒ、４５−Ｂの裏面や、ライトトンネル４３の側壁４３ａ、４３ｃの内面には、発光した緑光Ｇ、赤光Ｒ、青光Ｂをそれぞれ反射する反射膜が形成されている。

そして、光源側組立体２０からのＵＶ光が、緑光発光部４１Ｇのライトトンネル４３の光源側の側壁４３ａを透過した上で、底壁４３ｂの内面に配された緑発光の蛍光物質４５−Ｇに照射され、緑発光の蛍光物質４５−Ｇの励起に寄与しなかったＵＶ光が、ライトトンネル４３の底壁４３ｂを透過して、次の赤光発光部４１Ｒのライトトンネル４３の光源側の側壁４３ａを透過し、その上で底壁４３ｂの内面に配された赤発光の蛍光物質４５−Ｒに照射され、赤発光の蛍光物質４５−Ｒの励起に寄与しなかったＵＶ光が、ライトトンネル４３の底壁４３ｂを透過して、次の青光発光部４１Ｂのライトトンネル４３の光源側の側壁４３ａを透過し、その上で底壁４３ｂの内面に配された青発光の蛍光物質４５−Ｂに照射されるようになっている。

即ち、３つの斜めの姿勢で並んだライトトンネル４３により構成される光学系が、３種の蛍光物質４５−Ｇ、４５−Ｒ、４５−Ｂのうちの１種めの緑発光の蛍光物質４５−Ｇに光源側組立体２０からのＵＶ光をまず照射させ、緑発光の蛍光物質４５−Ｇの励起に寄与せずに透過したＵＶ光を２種めの赤発光の蛍光物質４５−Ｒに照射させ、赤発光の蛍光物質４５−Ｒの励起に寄与せずに透過したＵＶ光を３種めの青発光の蛍光物質４５−Ｂに照射させる再照射系として利用されている。

ここで、光源側組立体２０からのＵＶ光の進行方向と、ライトトンネル４３の側壁４３ａとの角度、言い換えると、ＵＶ光の進行方向と図３における破線で示す蛍光の進行方向の角度（ここでは姿勢角度と称する）について説明する。図３では姿勢角度は約４５度である。ＵＶ光がライトトンネルの側壁４３ａ、蛍光物質４５−Ｇ等を通過できる姿勢角度であれば良いので、実際には、姿勢角度は約３０度〜６０度の範囲をとることができる。

また、各ライトトンネル４３からの光の進路に反射鏡４６やダイクロイックミラー４７、４８を配置することで、３種の蛍光物質４５−Ｇ、４５−Ｒ、４５−Ｂにより発する緑光Ｇ、赤光Ｒ、青光Ｂを合成して白色光とする合成光学系が構成されている。

次に作用を述べる。

ＵＶ発光レーザダイオード（励起光源）３１−ＵＶからのＵＶ光は、凸レンズ群３２を透過することにより略平行光となる。略平行光となったＵＶ光は、まず、緑光発光部４１Ｇのライトトンネル４３の光源側の側壁４３ａを透過した上で、底壁４３ｂの内面に配された緑発光の蛍光物質４５−Ｇに照射される。このＵＶ光により励起されて蛍光物質４５−Ｇは緑光Ｇを発し、蛍光物質４５−Ｇからの緑光Ｇは、ライトトンネル４３内を反射して、トンネル出口方向へと向かう。トンネル出口の凸レンズ３７で略平行光に整えられた緑光Ｇは、反射鏡４６で反射されて、図の右方向へと向かう。

一方、緑発光の蛍光物質４５−Ｇの励起に関与しなかったＵＶ光は、ライトトンネル４３の底壁４３ｂを透過して、次の赤光発光部４１Ｒのライトトンネル４３に向かう。緑光発光部４１Ｇのライトトンネル４３を透過して、次の段の赤光発光部４１Ｒのライトトンネル４３に向かったＵＶ光は、光源側の側壁４３ａを透過した上で、底壁４３ｂの内面に配された赤発光の蛍光物質４５−Ｒに照射される。このＵＶ光により励起されて蛍光物質４５−Ｒは赤光Ｒを発し、蛍光物質４５−Ｒからの赤光Ｒは、ライトトンネル４３内を反射して、トンネル出口方向へと向かう。トンネル出口の凸レンズ３７で略平行光に整えられた赤光Ｒは、赤光反射膜を形成したダイクロイックミラー４７で反射されて、緑光Ｇと合成されつつ、図の右方向へと向かう。

また、赤発光の蛍光物質４５−Ｒの励起に関与しなかったＵＶ光は、更にライトトンネル４３の底壁４３ｂを透過して、次の青光発光部４１Ｂのライトトンネル４３に向かう。赤光発光部４１Ｒのライトトンネル４３を透過して、次の段の青光発光部４１Ｂのライトトンネル４３に向かったＵＶ光は、光源側の側壁４３ａを透過した上で、底壁４３ｂの内面に配された青発光の蛍光物質４５−Ｂに照射される。このＵＶ光により励起されて蛍光物質４５−Ｂは青光Ｂを発し、蛍光物質４５−Ｂからの青光Ｂは、ライトトンネル４３内を反射して、トンネル出口方向へと向かう。トンネル出口の凸レンズ３７で略平行光に整えられた青光Ｒは、青光反射膜を形成したダイクロイックミラー４８で反射されて、緑光Ｇおよび赤光Ｒと合成されて白色光となり、図の右方向へと射出されることになる。

このように、前段の蛍光物質の励起に関与しなかったＵＶ光を、後段の蛍光物質の励起光として順繰りに利用するようにしているので、無駄な励起光がほとんど生じなくなり、光の利用効率を高めることができる。

ここで、人間の目は緑光に最も反応する特性が有り、投射側表示装置の明るさにとって緑光の光量が重要である。また、人間の目には青色の感度が低く、投射装置の明るさへの寄与度は低い。そのような理由により、上記の光源装置Ｍ３では、固体発光素子（ＵＶ発光レーザダイオード３１−ＵＶ）に近い方から、緑発光、赤発光、青発光の順番で蛍光物質４５−Ｇ、４５−Ｒ、４５−Ｂを配置している。なお、緑発光、赤発光の蛍光物質４５−Ｇ、４５−Ｒの塗布量により、後段の蛍光物質（赤発光の蛍光物質４５−Ｒ、青発光の蛍光物質４５−Ｂ）に照射されるＵＶ光の量を制御し、発光する緑、青、赤の割合を調整して、最終的なシステムの色調整を行うことができる。

＜第４実施形態＞
図４は第４実施形態の光源装置Ｍ４の概略構成図である。

この光源装置Ｍ４は、紫外光または近紫外光（以下「ＵＶ光」と称する）を励起光として発生する固体発光素子であるＵＶ発光レーザダイオード（励起光源）３１−ＵＶを備えた光源側組立体２０と、励起光であるＵＶ光（図中の矢印ＵＶで示す）の照射を受けて緑光Ｇを発生する緑光発光部５１Ｇと、赤光Ｒを発生する赤光発光部５１Ｒと、青光Ｂを発生する青光発光部５１Ｂと、を備えている。

前記第３実施形態では、ライトトンネル４３の出口に凸レンズ３７を配置し、凸レンズ３７によって、ライトトンネル４３から射出する光を平行光に整える場合を説明したが、本実施形態の光源装置Ｍ４では、ライトトンネル５３の底壁５３ｂの周縁から起立する側壁５３ａ、５３ｃに、出口に行くほど開口が広がるテーパ角を付け、テーパ状の側壁５３ａ、５３ｃでの反射を利用して、ライトトンネル５３から射出する光を平行光に整えるようにしている。それ以外の構成は第３実施形態の光源装置Ｍ３と同様である。このように構成した場合、凸レンズを透過するよりも、光の損失を少なくすることができて、光の利用効率をさらに良くすることができる。

Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４ 光源装置
Ｒ 赤光
Ｇ 緑光
Ｂ 青光
ＵＶ 紫外光または近紫外光（ＵＶ光）
３ ダイクロイックミラー
１１−Ｂ 青色発光レーザダイオード（励起光源）
１２ ライトトンネル（第１反射体、再照射系）
１３ 反射筒（第２反射体）
１４ 凸レンズ
１５−Ｇ 緑発光の蛍光物質
１７−Ｒ 赤光発光部（別の光源）
１７−Ｂ 青光発光部（別の光源）
２２ ダイクロイックミラー
３１−ＵＶ ＵＶ発光レーザダイオード（励起光源）
３５−Ｒ 赤発光の蛍光物質
３５−Ｇ 緑発光の蛍光物質
３５−Ｂ 青発光の蛍光物質
４３ ライトトンネル（再照射系）
４５−Ｒ 赤発光の蛍光物質
４５−Ｇ 緑発光の蛍光物質
４５−Ｂ 青発光の蛍光物質
４６ 反射鏡（合成光学系）
４７，４８ ダイクロイックミラー（合成光学系）

Claims (5)

1. 励起光源と、
   前記励起光源が発する励起光の照射を受けて発光する蛍光物質と、
   前記蛍光物質に照射された励起光のうち、蛍光物質の励起に寄与せずに透過または反射した励起光を、同じ蛍光物質または別の蛍光物質の励起光として再照射させる再照射系と、
   を備えることを特徴とする蛍光物質を用いた光源装置。
2. 請求項１に記載の蛍光物質を用いた光源装置であって、
   前記励起光源の発する励起光を前記蛍光物質の配された方向へ向けて反射する第１反射体と、
   前記蛍光物質の発する光および前記蛍光物質の励起に寄与せずに透過する前記励起光を前記第１反射体の配された方向へ向けて反射する第２反射体と、
   前記蛍光物質の発する光および前記第２反射体により反射された励起光を平行光とするレンズと、
   前記第１反射体と前記レンズとの間に配置され、前記蛍光物質の発する光を反射すると共に前記励起光を透過するダイクロイックミラーと、
   を備え、
   前記第１反射体により、前記蛍光物質の励起に寄与せずに前記第２反射体にて反射された励起光を同じ蛍光物質の励起光として前記蛍光物質に再照射させる前記再照射系が構成されていることを特徴とする蛍光物質を用いた光源装置。
3. 請求項２に記載の蛍光物質を用いた光源装置であって、
   前記蛍光物質がＲＧＢの３原色のうちの１色を発光するものとされると共に、他の２色を発光する別の光源が設けられており、
   前記ダイクロイックミラーは、前記蛍光物質からの１色の光を反射し、前記別の光源からの他の２色の光を透過することにより３原色を合成することを特徴とする蛍光物質を用いた光源装置。
4. 請求項１に記載の蛍光物質を用いた光源装置であって、
   前記励起光源が紫外光または近紫外光を励起光として射出するものであり、
   前記励起光源からの励起光の照射を受けて発光する蛍光物質として、ＲＧＢの３原色をそれぞれ発光する３種の蛍光物質が設けられており、
   前記３種の蛍光物質のうちの１種めの蛍光物質に前記励起光源からの励起光を照射させ、前記１種めの蛍光物質の励起に寄与せずに透過した励起光の進路に、前記再照射系として、前記透過した励起光を分光して他の２種の蛍光物質に照射させるダイクロイックミラーが配置されていることを特徴とする蛍光物質を用いた光源装置。
5. 請求項１に記載の蛍光物質を用いた光源装置であって、
   前記励起光源が紫外光または近紫外光を励起光として射出するものであり、
   前記励起光源からの励起光の照射を受けて発光する蛍光物質として、ＲＧＢの３原色をそれぞれ発光する３種の蛍光物質が設けられており、
   前記３種の蛍光物質のうちの１種めの蛍光物質に前記励起光源からの励起光を照射させ、前記１種めの蛍光物質の励起に寄与せずに透過した励起光を２種めの蛍光物質に照射させ、前記２種めの蛍光物質の励起に寄与せずに透過した励起光を３種めの蛍光物質に照射させる光学系を前記再照射系として備えると共に、
   さらに前記３種の蛍光物質により発する光を合成して白色光とする合成光学系を備えることを特徴とする蛍光物質を用いた光源装置。

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