特許 6202655 光源装置およびプロジェクタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6202655

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】光源装置およびプロジェクタ

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20170914BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20170914BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20170914BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20170914BHJP

【ＦＩ】

   G03B21/14 A

   G03B21/00 D

   F21S2/00 311

   F21Y115:30

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-511205(P2016-511205)

(86)(22)【出願日】2014年3月31日

(86)【国際出願番号】JP2014059508

(87)【国際公開番号】WO2015151180

(87)【国際公開日】20151008

【審査請求日】2016年9月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】300016765

【氏名又は名称】ＮＥＣディスプレイソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】若林 修

(72)【発明者】

【氏名】松原 正晃

【審査官】 小野 博之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２１２１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５０４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３７７４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０８４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１７７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００３４２８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００２９２３７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｂ ２１／００−２１／１０

２１／１２−２１／１３

２１／１３４−２１／３０

３３／００−３３／１６

Ｈ０４Ｎ ５／６６−５／７４

Ｆ２１Ｋ ９／００−９／９０

Ｆ２１Ｓ ２／００−１９／００

Ｆ２１Ｖ １／００−１５／０４

Ｆ２１Ｙ １１５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

励起光を出力する光源と、
前記光源からの光の第１の直線偏光を反射もしくは透過させるダイクロイックミラーと、
複数のレンズを有し、前記ダイクロイックミラーからの反射光もしくは透過光を集光する第１の集光レンズ群と、
蛍光体が設けられた蛍光体領域と入射光を反射する反射領域とを備え、前記第１の集光レンズ群からの光が前記蛍光体領域及び反射領域に順次照射されるように可動する蛍光体ユニットと、
前記複数のレンズのうちの隣接する２つのレンズ間に設けられた１／４波長板と、を有し、
前記第１の集光レンズ群及び蛍光体ユニットのそれぞれは、前記蛍光体領域で発せられた蛍光及び前記反射領域からの反射光が、前記第１の集光レンズ群及び１／４波長板を介して前記ダイクロイックミラーに入射するように配置されている、光源装置。

【請求項2】

前記１／４波長板は、前記複数のレンズのうちの、前記ダイクロイックミラー側に配置された第１のレンズと、該第１のレンズに隣接する第２のレンズとの間に配置されている、請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記光源の波長をλとし、前記１／４波長板は、入射光の偏光面に対して１／４λの位相差を与えるように構成された無機の複屈折多層膜よりなる、請求項１または２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記光源の出力光を集光する複数のレンズからなる第２の集光レンズ群を、さらに有し、
前記第１及び第２の集光レンズ群は、前記光源の光源像を前記蛍光体領域及び反射領域を含む面上に結像する、請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項5】

前記蛍光体領域で発せられた蛍光及び前記反射領域からの反射光が前記第１の集光レンズ群、１／４波長板及びダイクロイックミラーを介して入射するように設けられ、該入射した光を集光する集光レンズを、さらに有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項6】

黄色透過フィルター、赤色透過フィルター、緑色透過フィルター及び拡散領域を有し、前記集光レンズからの光が前記黄色透過フィルター、赤色透過フィルター、緑色透過フィルター及び拡散領域に順次入射するように可動するカラーフィルターユニットを、さらに有し、
前記蛍光体領域は、黄色蛍光を発する蛍光体が設けられた黄色蛍光体領域と、緑色蛍光を発する蛍光体が設けられた緑色蛍光体領域と、を有し、
前記黄色蛍光体領域からの前記黄色蛍光が前記黄色透過フィルター及び赤色透過フィルターに順次入射し、前記緑色蛍光体領域からの緑色蛍光が前記緑色透過フィルターに入射し、前記反射領域からの青色光が前記拡散領域に入射する、請求項５に記載の光源装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出力された光を空間的に変調して画像を形成する表示素子と、
前記表示素子により形成された画像を拡大投射する投射光学系と、を有するプロジェクタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蛍光体を備えた光源装置及びそれを用いたプロジェクタに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、光源として蛍光体を用いたプロジェクタの光源装置が記載されている。図１に、その光源装置の構成を示す。

【0003】

図１を参照すると、励起光源１１６は、複数の青色レーザーダイオード（ＬＤ）を有する。励起光源１１６から出力された青色励起光は、コリメートレンズアレイ１０６によって平行光束に変換された後、ダイクロイックミラー１１５に入射する。励起光源１１６は、出力光がＳ偏光としてダイクロイックミラー１１５に入射するように配置されている。ダイクロイックミラー１１５は、青色励起光の入射角が４５°になるように配置されている。ここで、入射角は、入射光線と入射点に立てた法線とのなす角度である。

【0004】

図２に、ダイクロイックミラー１１５の分光透過特性を示す。縦軸は透過率を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示す。実線はＳ偏光に対する分光透過特性を示し、破線はＰ偏光に対する分光透過特性を示す。Ｓ偏光のカットオフ波長は４５６ｎｍであり、Ｐ偏光のカットオフ波長は４３４ｎｍである。ここで、カットオフ波長は透過率が５０％になる波長である。

【0005】

ダイクロイックミラー１１５は、Ｓ偏光の光に対して、４５６ｎｍ以上の光を透過し、４５６ｎｍ未満の光を反射する特性を有し、Ｐ偏光の光に対しては、４３４ｎｍ以上の光を透過し、４３４ｎｍｎｍ未満の光を反射する特性を有する。青色励起光の波長は、例えば４４５ｎｍである。励起光源１１６からの青色励起光（Ｓ偏光）は、ダイクロイックミラー１１５によって反射される。

【0006】

ダイクロイックミラー１１５によって反射された青色励起光（Ｓ偏光）は、１／４波長板１０８を通過して円偏光になる。１／４波長板１０８を通過した青色励起光（円偏光）は、２枚の集光レンズ１０９ａ、１０９ｂによって蛍光体層１０３上に集光される。

【0007】

蛍光体層１０３は、ダイクロイックコートが施された基板上に形成されている。基板は円周方向に第１乃至第３のセグメントに分割されており、蛍光体層１０３は、第１のセグメントに形成された赤色蛍光体領域と、第２のセグメントに形成された緑色蛍光体領域とを含む。第３のセグメントには、反射コートが施されている。基板が回転することにより、青色励起光（円偏光）が第１乃至第３のセグメントに順次照射される。

【0008】

第１のセグメントでは、青色励起光により励起された蛍光体が赤色の蛍光を発する。第２のセグメントでは、青色励起光により励起された蛍光体が緑色の蛍光を発する。第３のセグメントでは、青色励起光（円偏光）は反射コート面で反射される。

【0009】

第１のセグメントからの赤色蛍光、第２のセグメントからの緑色蛍光及び第３のセグメントの反射コート面によって反射された青色光（円偏光）は、集光レンズ１０９ａ、１０９ｂ及び１／４波長板１０８を順次通過する。ここで、第３のセグメントからの青色光（円偏光）は、１／４波長板１０８を通過した際にＰ偏光になる。赤色蛍光、緑色蛍光及び青色光（Ｐ偏光）はそれぞれ、ダイクロイックミラー１１５を透過する。

【0010】

図１には示されていないが、ダイクロイックミラー１１５を透過した赤色蛍光、緑色蛍光及び青色光（Ｐ偏光）は、集光レンズによってロッドインテグレータの一方の端面上に集光される。ロッドインテグレータでは、一方の端面から入射した光はロッド内を伝搬し、他方の面より出射される。ロッドインテグレータを用いることで、光軸に垂直な面における光強度分布が均一な出力光を得ることができる。

【0011】

一般に、励起光源にＬＤを用いる場合、耐光性に優れた水晶よりなる１／４波長板が用いられる。しかし、水晶の１／４波長板は、入射角が５°以下の光に対しては入射光の偏光面にπ／２（＝１／４λ）の位相差を与えるように作用するが、入射角が５°を超える光に対しては偏光を維持するといった角度依存性を有している。このため、水晶の１／４波長板は、平行光束に近い光路上に配置する必要がある。

【0012】

図１に示した光源装置においても、励起光源１１６にＬＤを用いているので、通常、１／４波長板１０８は水晶より構成される。１／４波長板１０８は、集光レンズ１０９ａとダイクロイックミラー１１５の間に配置されるが、集光レンズ１０９ａとダイクロイックミラー１１５の間の青色励起光は平行光束であるので、１／４波長板１０８の角度依存性の影響は生じない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特開２０１２−１０８４８６号公報

【発明の開示】

【0014】

しかし、特許文献１に記載の光源装置においては、以下のような問題がある。

【0015】

蛍光体層１０３とロッドインテグレータ側の集光レンズとの間において、蛍光体層１０３からの蛍光は発散光束として伝搬する。この場合、蛍光体層１０３からの距離が長くなればなるほど、蛍光の光束径が大きくなるため、蛍光体層１０３からロッドインテグレータ側の集光レンズまでの距離が増大すると、集光レンズのサイズを大きくする必要があり、光学系の大型化及びコスト増大を招く。

【0016】

加えて、蛍光体層１０３からロッドインテグレータ側の集光レンズまでの距離が増大すると、集光レンズとロッドインテグレータの間の距離も増大するため、光学系のさらなる大型化を招く。

【0017】

上記の理由から、蛍光体層１０３からロッドインテグレータ側の集光レンズまでの距離はできる限り短くすることが望ましい。

【0018】

しかし、特許文献１に記載の光源装置においては、集光レンズ１０９とダイクロイックミラー１１５の間に１／４波長板１０８を配置しているため、集光レンズ１０９とダイクロイックミラー１１５の間の距離が増大し、その結果、蛍光体層１０３からロッドインテグレータ側の集光レンズまでの距離が増大する。このため、上記の光学系の大型化及びコスト増大の問題を生じる。

【0019】

本発明の目的は、光学系の小型化及び低コスト化を図ることができる光源装置及びそれを用いたプロジェクタを提供することにある。

【0020】

上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、励起光を出力する光源と、前記光源からの光の第１の直線偏光を反射もしくは透過させるダイクロイックミラーと、複数のレンズを有し、前記ダイクロイックミラーからの反射光もしくは透過光を集光する第１の集光レンズ群と、蛍光体が設けられた蛍光体領域と入射光を反射する反射領域とを備え、前記第１の集光レンズ群からの光が前記蛍光体領域及び反射領域に順次照射されるように可動する蛍光体ユニットと、前記複数のレンズのうちの隣接する２つのレンズ間に設けられた１／４波長板と、を有し、前記第１の集光レンズ群及び蛍光体ユニットのそれぞれは、前記蛍光体領域で発せられた蛍光及び前記反射領域からの反射光が、前記第１の集光レンズ群及び１／４波長板を介して前記ダイクロイックミラーに入射するように配置されている、光源装置が提供される。

【0021】

本発明の別の態様によれば、上記光源装置と、上記光源装置から出力された光を空間的に変調して画像を形成する表示素子と、前記表示素子により形成された画像を拡大投射する投射光学系と、を有するプロジェクタが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】特許文献１に記載の光源装置の構成を示す模式図である。

【図2】図１に示す光源装置のダイクロイックミラーの分光透過特性を示す特性図である。

【図3】本発明の第１の実施形態による光源装置の構成を示す模式図である。

【図4】図３に示す光源装置に用いられる蛍光体ホイールの一例を示す模式図である。

【図5】図３に示す光源装置に用いられるカラーホイールの一例を示す模式図である。

【図6】図３に示す光源装置における１／４波長板の配置位置と入射領域の関係を説明するための模式図である。

【図7】図６に示す各位置での光線角度分布を示す図である。

【図8】図３に示す光源装置の青色光及び蛍光の光路を示す模式図である。

【図9】図３に示す光源装置を備えるプロジェクタの一例を示す模式図である。

【図10】本発明の第３の実施形態による光源装置を備えたプロジェクタの一例を示す模式図である。

【符号の説明】

【0023】

１ａ 光源
１ｂ コリメータレンズ
１ｃ〜１ｅ、１ｉ、１ｋ、１ｍ レンズ
１ｆ 偏光分離素子
１ｇ 拡散板
１ｈ ダイクロイックミラー
１ｊ １／４波長板
１ｌ 蛍光体ユニット
１ｎ カラーフィルターユニット

【発明を実施するための最良の形態】

【0024】

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

【0025】

（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態による光源装置の構成を示す。

【0026】

図３を参照すると、光源装置１は、光源１ａ、コリメータレンズ１ｂ、レンズ１ｃ〜１ｅ、１ｉ、１ｋ、１ｍ、偏光分離素子１ｆ、拡散板１ｇ、ダイクロイックミラー１ｈ、１／４波長板１ｊ、蛍光体ユニット１ｌ及びカラーフィルターユニット１ｎを有する。

【0027】

光源１ａは、青色の波長域にピーク波長を有する青色光を出力する青色レーザーダイオード（ＬＤ）よりなる。例えば、光源１ａは、６×４の行列状に配置された青色ＬＤよりなる。ただし、青色ＬＤの数は２４個に限定されない。青色ＬＤの数は、必要に応じて増減してもよい。

【0028】

コリメータレンズ１ｂは、青色ＬＤ毎に設けられ、青色ＬＤより出力された青色光を平行光束に変換する。

【0029】

レンズ１ｃ〜１ｅは、光源１ａからコリメータレンズ１ｂを介して入射する各青色光（入射光束）を、光束径を縮小した平行光束に変換する。出射光束の径を入射光束よりも小さくすることで、レンズ１ｃ〜１ｅ以降に配置される部材のサイズを小さくすることができる。ここでは、３つのレンズ１ｃ〜１ｅが用いられているが、レンズの数は３つに限定されない。レンズの数は、必要に応じて増減してもよい。

【0030】

レンズ１ｃ〜１ｅより出射した青色光は、偏光分離素子１ｆを介してダイクロイックミラー１ｈに入射する。偏光分離素子１ｆとダイクロイックミラー１ｈの間の光路上には、拡散板１ｇが配置されている。拡散板１ｇは、偏光分離素子１ｆからの青色光を拡散する。拡散角は、例えば３°程度である。ここで、拡散角は、光束の中心を通る光線（中心光線）と光束の最も外側を通る光線とのなす角度である。

【0031】

偏光分離素子１ｆは、Ｓ偏光とＰ偏光を分離する特性を有する。ここでは、偏光分離素子１ｆは、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する特性を有し、光源１ａは、その出力光（青色光）がＳ偏光で分離素子１ｆに入射するように配置されている。偏光分離素子１ｆとして、偏光板やダイクロイックミラーを用いることができる。

【0032】

偏光分離素子１ｆで反射された青色光（Ｓ偏光）は、ダイクロイックミラー１ｈに入射する。ダイクロイックミラー１ｈは、Ｓ偏光で入射する光に対して、光源１ａの波長（青色光の波長）よりも長い第１の波長以上の光を透過し、第１の波長未満の光を反射する特性を有する。また、ダイクロイックミラー１ｈは、Ｐ偏光で入射する光に対して、光源１ａの波長（青色光の波長）よりも短い第２の波長以上の光を透過し、第２の波長未満の光を反射する特性を有する。このような特性（例えば、図２の特性）を有するダイクロイックミラー１ｈは、誘電体多層膜より実現できる。

【0033】

ダイクロイックミラー１ｈは、偏光分離素子１ｆからの青色光（Ｓ偏光）を蛍光体ユニット１ｌに導く。ダイクロイックミラー１ｈと蛍光体ユニット１ｌの間の光路上に、１／４波長板１ｊ及びレンズ１ｉ、１ｋが配置されている。

【0034】

蛍光体ユニット１ｌは、励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体が設けた蛍光体領域と反射領域とが円周方向に順に配置された蛍光体ホイールと、蛍光体ホイールを回転する駆動部（モーター）とを有する。

【0035】

図４に、蛍光体ホイールの一例を示す。図４を参照すると、蛍光体ホイールは、黄色蛍光体領域１０Ｙ、緑色蛍光体領域１０Ｇ及び反射領域１０Ｂを有する。黄色蛍光体領域１０Ｙ、緑色蛍光体領域１０Ｇ及び反射領域１０Ｂは、円周方向に並ぶように形成されている。

【0036】

反射領域１０Ｂは、光源１ａからの青色光を反射する。黄色蛍光体領域１０Ｙは、励起光により励起されることで黄色の蛍光を発光する蛍光体を含む。緑色蛍光体領域１０Ｇは、励起光により励起されることで緑色の蛍光を発光する蛍光体を含む。黄色蛍光体及び緑色蛍光体はいずれも、光源１ａからの青色光で励起することができる。なお、黄色蛍光は、緑色から赤色の波長範囲の光を含む。

【0037】

黄色蛍光体領域１０Ｙ、緑色蛍光体領域１０Ｇ及び反射領域１０Ｂそれぞれの円周方向における面積の割合（円周方向の分割比）は、光源装置１の出力光に含まれる黄色光、赤色光、緑色光及び青色光それぞれの光強度のバランスに応じて適宜に設定される。

【0038】

１／４波長板１ｊは、耐光性に優れた無機の材料よりなる。例えば、１／４波長板１ｊは、無機の材料（誘電体）よりなる複屈折多層膜を有する。複屈折多層膜は、入射光の偏光面にπ／２（＝１／４λ）の位相差を与えるように構成されている。例えば、基板面に対して斜め方向から粒子を蒸着することで形成した斜め柱状構造を有する複屈折層は、基板面に垂直に入射する光線に対して複屈折性を有することが知られている。このような複屈折層においては、膜厚を調整することで、入射光の偏光面に対して任意の位相差を与えることができる。本実施形態においても、この斜め柱状構造を適用した複屈折多層膜により１／４波長板１ｊを形成する。水晶の１／４波長板と比較して、無機の１／４波長板１ｊの角度依存性は小さい。例えば、無機の１／４波長板１ｊは、入射角が４０°以下の光に対して位相差を与えることができる。また、無機の１／４波長板１ｊは、水晶の１／４波長板よりも薄型化が可能であり、例えば、０．３ｍｍ以下の厚さのものを提供できる。

【0039】

１／４波長板１ｊは、レンズ１ｉ、１ｋの間に配置されている。レンズ１ｉ、１ｋは、ダイクロイックミラー１ｈからの青色光を蛍光体ユニット１ｌの蛍光体ホイール上に集光する集光レンズ群である。本実施形態では、２枚のレンズ１ｉ、１ｋにより集光レンズ群を構成しているが、これに限定されない。集光レンズ群は３枚以上のレンズで構成されてもよい。この場合、１／４波長板１ｊは、集光レンズ群のいずれかのレンズ間に配置される。ただし、１／４波長板１ｊが配置されるレンズ間は、青色光の１／４波長板１ｊへの入射角が１／４波長板１ｊの角度依存性の影響を生じない角度とされる条件を満たす。この条件を確実に満たすために、１／４波長板１ｊは、複数のレンズのうち、最もダイクロイックミラー１ｈ側に位置する第１のレンズと、該第１のレンズに隣接する第２のレンズとの間に配置されてもよい。

【0040】

ダイクロイックミラー１ｈからの青色光（Ｓ偏光）は、１／４波長板１ｊを通過して円偏光となる。１／４波長板１ｊを通過した青色光（円偏光）は、レンズ１ｋを介して蛍光体ホイール上に照射される。

【0041】

蛍光体ホイールを回転することで、レンズ１ｋからの青色光（円偏光）が、黄色蛍光体領域１０Ｙ、緑色蛍光体領域１０Ｇ及び反射領域１０Ｂに順次照射される。黄色蛍光体領域１０Ｙでは、青色光により励起された黄色蛍光体が黄色蛍光を発する。緑色蛍光体領域１０Ｇでは、青色光により励起された緑色蛍光体が緑色蛍光を発する。反射領域１０Ｂは、レンズ１ｋからの青色光をレンズ１ｋの方向に反射する。

【0042】

黄色蛍光体領域１０Ｙからの黄色蛍光（非偏光）、緑色蛍光体領域１０Ｇからの緑色蛍光（非偏光）、及び反射領域１０Ｂからの青色光（円偏光）はそれぞれ、レンズ１ｋ、１／４波長板１ｊ、レンズ１ｉを順次通過してダイクロイックミラー１ｈに入射する。ここで、反射領域１０Ｂからの青色光（円偏光）は、１／４波長板１ｊを通過してＰ偏光になる。この青色光（Ｐ偏光）が、ダイクロイックミラー１ｈに入射する。

【0043】

レンズ１ｉからの黄色蛍光（非偏光）、緑色蛍光（非偏光）及び青色光（Ｐ偏光）は、ダイクロイックミラー１ｈを透過する。ダイクロイックミラー１ｈを透過した黄色蛍光、緑色蛍光及び青色光は、レンズ１ｍによって不図示の光学素子（例えば、ライトトンネルやロッドインテグレータなどの光均一化素子）の一方の端部の面に集光される。

【0044】

カラーフィルターユニット１ｎは、カラーホイールを備える。このカラーホイールは、レンズ１ｍの焦点位置よりもレンズ１ｍ側に配置されている。

【0045】

図５に、カラーホイールの一例を示す。図５を参照すると、カラーホイールは、黄色透過フィルター１１Ｙ、赤色透過フィルター１１Ｒ、緑色透過フィルター１１Ｇ及び拡散板１１Ｂを有する。黄色透過フィルター１１Ｙ、赤色透過フィルター１１Ｒ、緑色透過フィルター１１Ｇ及び拡散板１１Ｂは、円周方向に並ぶように形成されている。

【0046】

黄色透過フィルター１１Ｙ及び赤色透過フィルター１１Ｒの領域は、図４に示した蛍光体ホイールの黄色蛍光体領域１０Ｙに対応し、緑色透過フィルター１１Ｇ及び拡散板１１Ｂはそれぞれ、図４に示した蛍光体ホイールの緑色蛍光体領域１０Ｇ及び反射領域１０Ｂに対応する。黄色透過フィルター１１Ｙ、赤色透過フィルター１１Ｒ、緑色透過フィルター１１Ｇ及び拡散板１１Ｂの円周方向における面積の割合は、図４に示した蛍光体ホイールのそれぞれ対応する領域の割合と同じである。

【0047】

なお、黄色透過フィルター１１Ｙ及び赤色透過フィルター１１Ｒの円周方向における面積の割合は、光源装置１の出力光に含まれる黄色光、赤色光、緑色光及び青色光それぞれの光強度のバランスに応じて適宜に設定される。

【0048】

カラーフィルターユニット１ｎと蛍光体ユニット１ｌは、互いに同期して回転するように構成されている。黄色蛍光体領域１０Ｙからの黄色蛍光は黄色成分の光及び赤色成分の光を含み、黄色成分の光は黄色透過フィルター１１を透過し、赤色成分の光は赤色透過フィルター１１Ｒを透過する。

【0049】

緑色蛍光体領域１０Ｇからの緑色蛍光は、緑色透過フィルター１１Ｇを透過する。反射領域１０Ｂからの青色光は、拡散板１１Ｂを通過する。拡散板１１Ｂからは青色光の拡散光が出射される。拡散角は、例えば１０°程度であるが、必要に応じて適宜に変更することができる。

【0050】

カラーフィルターユニット１ｎを通過した黄色光、赤色光、緑色光及び青色光が、光源装置１の出力光である。

【0051】

本実施形態の光源装置によれば、水晶の１／４波長板よりも角度依存性が小さな無機の１／４波長板１ｊをレンズ１ｉとレンズ１ｋの間に配置することで、光学系の小型化及び低コスト化を図ることができる。以下に、その理由を具体的に説明する。

【0052】

図６は、１／４波長板の配置位置と入射領域の関係を説明するための模式図である。レンズ１ｉのダイクロイックミラー１ｈ側の位置Ｐ１に１／４波長板１ｊを配置した場合、１／４波長板１ｊの青色光が通過する領域の大きさは３２ｍｍ角である。レンズ１ｉのレンズ１ｋ側の位置Ｐ２に１／４波長板１ｊを配置した場合、１／４波長板１ｊの青色光が通過する領域の大きさは２５ｍｍ角である。レンズ１ｋの蛍光体ホイール側の位置Ｐ３に１／４波長板１ｊを配置した場合、１／４波長板１ｊの青色光が通過する領域の大きさは２０ｍｍ角である。このように、位置Ｐ３での青色光の通過領域が最も小さく、次いで、位置Ｐ２での青色光の通過領域が小さい。

【0053】

図７に、図６に示した各位置での光線角度分布を示す。縦軸は強度比（％）を示し、横軸は光線角度（ｄｅｇ）を示す。黒の菱形印を実線で結んだものが、位置Ｐ１でのＸ方向の光線角度分布である。黒の四角印を実線で結んだものが、位置Ｐ１でのＹ方向の光線角度分布である。黒の三角印を実線で結んだものが、位置Ｐ２でのＸ方向の光線角度分布である。Ｘ印を実線で結んだものが、位置Ｐ２でのＹ方向の光線角度分布である。＊印を実線で結んだものが、位置Ｐ３でのＸ方向の光線角度分布である。黒の丸印を実線で結んだものが、位置Ｐ３でのＹ方向の光線角度分布である。

【0054】

位置Ｐ１での青色光の光線角度は、±５°である。位置Ｐ２での青色光の光線角度は、±２８°である。位置Ｐ３での青色光の光線角度は、±６５°である。無機の１／４波長板１ｊは、入射角が４０°以下の光に対して特性を維持できるので、位置Ｐ２に配置した場合でも、角度依存特性の影響は生じない。なお、１／４波長板１ｊを位置Ｐ３に配置した場合は、角度依存特性の影響を生じる。

【0055】

１／４波長板１ｊを位置Ｐ１に配置した構成と比較して、１／４波長板１ｊを位置Ｐ２に配置した構成によれば、青色光の通過領域は３２ｍｍ角から２５ｍｍ角に縮小するので、１／４波長板１ｊのサイズを小さくすることができ、低コスト化を図ることができる。

【0056】

加えて、１／４波長板１ｊを位置Ｐ２に配置した構成によれば、蛍光を集光する系を含む光学系の小型化や低コスト化も可能である。以下に、その理由を具体的に説明する。

【0057】

図８に、青色光及び蛍光の光路を模式的に示す。破線が反射領域１０Ｂからの青色光の反射光路を示し、実線が黄色蛍光体領域１０Ｙからの黄色蛍光または緑色蛍光体領域１０Ｇからの緑色蛍光の光路を示す。

【0058】

レンズ１ｉ、１ｋは、ダイクロイックミラー１ｈからの青色光を蛍光体ホイールの照射面上に集光するように設計されており、黄色蛍光体領域１０Ｙや緑色蛍光体領域１０Ｇからの蛍光（完全拡散光）を集光する目的で設計は行われていない。このため、反射領域１０Ｂからの青色光は、レンズ１ｉ、１ｋにより集光されて略平行光束Ｌ１となってダイクロイックミラー１ｈを透過するが、黄色蛍光体領域１０Ｙや緑色蛍光体領域１０Ｇからの蛍光（完全拡散光）は、レンズ１ｉ、１ｋにより集光されるものの、発散光束Ｌ２としてダイクロイックミラー１ｈを透過する。すなわち、蛍光体ホイールからレンズ１ｍまでの間において、黄色蛍光体領域１０Ｙや緑色蛍光体領域１０Ｇからの蛍光は発散光束Ｌ２として伝搬する。この場合、蛍光体ホイールからの距離が長くなればなるほど、発散光束Ｌ２の光束径が大きくなるため、蛍光体ホイールからレンズ１ｍまでの距離が増大すると、レンズ１ｍのサイズを大きくする必要があり、光学系の大型化及びコスト増大を招く。

【0059】

加えて、蛍光体ホイールからレンズ１ｍまでの距離が増大すると、レンズ１ｍとライトトンネル２ａの間の距離も増大することになるため、光学系の大型化を招く。

【0060】

上記の理由から、蛍光体ホイールからレンズ１ｍまでの距離はできる限り短くすることが望ましい。

【0061】

本実施形態によれば、無機の１／４波長板１ｊを位置Ｐ２に配置することで、上記の光学系の大型化及びコスト増大の問題を解決することができる。

【0062】

具体的に説明すると、レンズ１ｉ、１ｋは平凸レンズであって、凸面がダイクロイックミラー１ｈ側に向けられている。ダイクロイックミラー１ｈは、レンズ１ｉ、１ｋの光軸とのなす角度が４５°より小さくなるように配置されている。この場合、レンズ１ｉの外周部とダイクロイックミラー１ｈのレンズ１ｉ側に位置する端部とが近接するように配置することで、ダイクロイックミラー１ｈとレンズ１ｉの間の距離を短くすることができる。

【0063】

また、１／４波長板１ｊは、レンズ１ｉに貼り付けたり、レンズ１ｉに直接形成したりすることができ、１／４波長板１ｊを保持する保持具を必要としないので、レンズ１ｉ、１ｋの間隔は、１／４波長板１ｊの厚さだけ大きくなる。無機の１／４波長板１ｊは、０．３ｍｍ以下の薄型化が可能であるので、レンズ１ｉ、１ｋの間隔の増大はわずかである。

【0064】

一方、１／４波長板１ｊを位置Ｐ１に配置した構成においては、１／４波長板１ｊとレンズ１ｉの凸面とが緩衝しないように配置し、かつ、１／４波長板１ｊとダイクロイックミラー１ｈの端部とが緩衝しないように配置する必要がある。また、１／４波長板１ｊを保持具で保持する必要があるため、１／４波長板１ｊの保持具がレンズ１ｉ及びダイクロイックミラー１ｈの保持具と緩衝しないように、ダイクロイックミラー１ｈと１／４波長板１ｊの間隔及びレンズ１ｉと１／４波長板１ｊの間隔を設定する必要がある。よって、レンズ１ｉとダイクロイックミラー１ｈの間隔は、１／４波長板１ｊを位置Ｐ２に配置した構成よりも格段に大きくなる。

【0065】

上記のように、１／４波長板１ｊを位置Ｐ２に配置した構成によれば、レンズ１ｉとダイクロイックミラー１ｈの間隔を小さくすることができるので、蛍光体ホイールからレンズ１ｍまでの距離を短くすることができ、光学系の小型化及び低コスト化を図ることができる。

【0066】

本実施形態の光源装置によれば、上記の効果に加えて、以下のような効果もある。

【0067】

反射領域１０Ｂからの青色光の中心光線の入射角θが４５°より大きくなるようダイクロイックミラー１ｈを配置することで、Ｓ偏光とＰ偏光との分離が可能な波長域を広げている。例えば、ダイクロイックミラー１ｈは、青色光の入射角が５５°になるように配置されている。これにより、個体差や温度依存性によるＬＤの発光波長のばらつきの影響を抑制することができる。

【0068】

ただし、ダイクロイックミラー１ｈの透過率は入射角の増大に伴って低下する。このため、反射領域１０Ｂからの青色光（Ｐ偏光）の一部はダイクロイックミラー１ｈによって反射される。ダイクロイックミラー１ｈで反射された青色光（Ｐ偏光）が光源１ａまで戻ってしまうと、ＬＤの発振動作が不安定になり、ＬＤの出力が低下する。特に、反射領域１０Ｂと光源１ａ（ＬＤの発光点）が結像関係にある場合は、反射領域１０Ｂからの青色光が光源１ａの発光点へ戻るため、ＬＤの出力低下の問題はより顕著なものとなる。

【0069】

本実施形態では、ダイクロイックミラー１ｈから光源１ａ側に戻る青色光を除去するために、ダイクロイックミラー１ｈと光源１ａの間の光路上に偏光分離素子１ｆが配置されている。ダイクロイックミラー１ｈで反射された青色光（Ｐ偏光）は、偏光分離素子１ｆを透過する。偏光分離素子１ｆを透過した青色光（Ｐ偏光）は、光源１ａの方向とは異なる方向に進み、光源１ａの発光点へは戻らない。よって、ＬＤの発振動作が不安定になることはない。

【0070】

（プロジェクタ）
図９に、図３に示した光源装置１を備えるプロジェクタの構成を示す。

【0071】

図９を参照すると、プロジェクタは、光源装置１、照明光学系２、投射光学系３及び表示素子４を有する。

【0072】

照明光学系２は、光源装置１の出力光を表示素子４に導くとともに、矩形かつ均一な光を表示素子４に供給する。照明光学系２は、ライトトンネル２ａ、レンズ２ｂ、２ｃ、２ｅ及びミラー２ｄを有する。

【0073】

ライトトンネル２ａは、直方体形状のものであって、光源装置１の出力光が一方の端部より内部に入射し、入射した光が内部を伝搬して他方の端部より出射される。ライトトンネル２ａの一方の端部の面（入射面）は、図３に示した光源装置１のレンズ１ｍの焦点位置に配置されている。蛍光体ユニット１ｌの蛍光体ホイールの照射面とライトトンネル２ａの入射面とは結像関係にある。

【0074】

ライトトンネル２ａの他方の端部より出射した光は、レンズ２ｂ、２ｃ、ミラー２ｄ及びレンズ２ｅを介して表示素子４に照射される。レンズ２ｂ、２ｃ、２ｅは集光レンズである。

【0075】

表示素子４は、映像信号に応じて照明光学系２からの光束を空間的に変調して画像を形成する。表示素子４は、例えば、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。ＤＭＤは、複数の微小ミラーを有し、各微小ミラーは、駆動電圧に応じて角度が変化するように構成されており、オン状態を示す駆動電圧が供給された場合とオフ状態を示す駆動電圧が供給された場合とで反射角度が異なる。映像信号に応じて各微小ミラーをオンオフ制御することで、入射光束を空間的に変調して画像を形成する。なお、表示素子４として、ＤＭＤの他、液晶パネルなどを用いることもできる。

【0076】

投射光学系３は、表示素子４に形成された画像を投射面上に拡大投射する。投射面は、スクリーンや壁など、画像を投射できるものであればよい。

【0077】

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態の光源装置について説明する。

【0078】

本実施形態の光源装置は、図３に示した光源装置１において、Ｓ偏光及びＰ偏光の関係が逆になるように構成したものである。具体的には、図３において、偏光分離素子１ｆ、拡散板１ｇ、ダイクロイックミラー１ｈ、レンズ１ｍ及びカラーフィルターユニット１ｎはそのままの配置とする。光源１ａ、コリメータレンズ１ｂ及びレンズ１ｃ〜１ｅを、偏光分離素子１ｆの拡散板１ｇ側とは反対側に配置する。１／４波長板１ｊ、レンズ１ｉ、１ｋ及び蛍光体ユニット１ｌを、ダイクロイックミラー１ｈの偏光分離素子１ｆ側とは反対側に配置する。

【0079】

偏光分離素子１ｆは、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する特性を有する。光源１ａは、その出力光がＰ偏光として偏光分離素子１ｆに入射するように配置されている。

【0080】

光源１ａからの青色光（Ｐ偏光）は、コリメータレンズ１ｂ及びレンズ１ｃ〜１ｅを介して偏光分離素子１ｆに入射する。青色光（Ｐ偏光）は、偏光分離素子１ｆを透過し、拡散板１ｇを介してダイクロイックミラー１ｈに入射する。

【0081】

ダイクロイックミラー１ｈは、Ｐ偏光で入射する光に対して、青色光の波長より長い第１の波長以下の光を透過し、第１の波長より長い波長の光を反射する第１の特性を有する。また、ダイクロイックミラー１ｈは、Ｓ偏光で入射する光に対して、青色光の波長より短い第２の波長以下の光を透過し、該第２の波長より長い波長の光を反射する第２の特性を有する。ここで、第１の波長は第１の特性のカットオフ波長であり、第２の波長は第２の特性のカットオフ波長である。このような特性を有するダイクロイックミラー１ｈは、誘電体多層膜より実現できる。

【0082】

偏光分離素子１ｆからの青色光（Ｐ偏光）は、ダイクロイックミラー１ｈを透過し、レンズ１ｉ、１ｋ及び１／４波長板１ｊを介して蛍光体ユニット１ｌに照射される。青色光（Ｐ偏光）は、１／４波長板１ｊを通過すると円偏光となる。青色光（円偏光）が、黄色蛍光体領域１０Ｙ、緑色蛍光体領域１０Ｇ及び反射領域１０Ｂに順次照射される。

【0083】

黄色蛍光体領域１０Ｙでは、青色光により励起された黄色蛍光体が黄色蛍光を発する。緑色蛍光体領域１０Ｇでは、青色光により励起された緑色蛍光体が緑色蛍光を発する。反射領域１０Ｂは、レンズ１ｋからの青色光をレンズ１ｋの方向に反射する。

【0084】

黄色蛍光体領域１０Ｙからの黄色蛍光（非偏光）、緑色蛍光体領域１０Ｇからの緑色蛍光（非偏光）、及び反射領域１０Ｂからの青色光（円偏光）はそれぞれ、レンズ１ｋ、１／４波長板１ｊ、レンズ１ｉを順次通過してダイクロイックミラー１ｈに入射する。ここで、反射領域１０Ｂからの青色光（円偏光）は、１／４波長板１ｊを通過してＳ偏光になる。この青色光（Ｓ偏光）が、ダイクロイックミラー１ｈに入射する。

【0085】

１／４波長板１ｊを通過した黄色蛍光（非偏光）、緑色蛍光（非偏光）及び青色光（Ｐ偏光）は、ダイクロイックミラー１ｈで反射される。ダイクロイックミラー１ｈで反射された黄色蛍光、緑色蛍光及び青色光は、レンズ１ｍを介してカラーフィルターユニット１ｎのカラーホールに入射する。

【0086】

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、１／４波長板１ｊは無機の材料よりなり、レンズ１ｉとレンズ１ｋの間に配置されている。これにより、第１の実施形態と同様の作用効果を得る。

【0087】

本実施形態においても、第１の実施形態で説明した変形を適用することができる。また、本実施形態の光源装置は、図９に示したプロジェクタに適用することができる。具体的には、図９に示したプロジェクタにおいて、光源装置１を本実施形態の光源装置に置き換える。

【0088】

（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態による光源装置を備えたプロジェクタの構成を示す。

【0089】

光源装置１０が本実施形態の光源装置である。光源装置１０において、偏光分離素子１ｆは、光源１ａからの青色光の中心光線の入射角が４５°になるように配置され、ダイクロイックミラー１ｈは、反射領域１０Ｂからの青色光の中心光線の入射角が４５°になるように配置されている。これ以外の構成は、第１の実施形態の光源装置と同じである。

【0090】

１／４波長板１ｊは、第１の実施形態で説明したものと同じである。本実施形態においても、１／４波長板１ｊは、レンズ１ｉとレンズ１ｋの間に配置されている。これにより、第１の実施形態と同様の作用効果を得る。

【0091】

また、集光レンズ群を３枚以上のレンズで構成した場合、１／４波長板１ｊは、集光レンズ群のいずれかのレンズ間に配置される。ただし、１／４波長板１ｊが配置されるレンズ間は、青色光の１／４波長板１ｊへの入射角が１／４波長板１ｊの角度依存性の影響を生じない角度とされる条件を満たす。

【0092】

図１０に示すプロジェクタは、光源装置１０、照明光学系２、投射光学系３及び表示素子４を有する。照明光学系２、投射光学系３及び表示素子４は、第１の実施形態で説明したプロジェクタのものと同じである。本プロジェクタにおいても、第１の実施形態で説明したプロジェクタと同様の動作により画像が拡大投射される。

【0093】

本実施形態においても、第１の実施形態で説明した変形を適用することができる。

【0094】

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態の光源装置について説明する。

【0095】

本実施形態の光源装置は、図１０に示した光源装置１０において、Ｓ偏光及びＰ偏光の関係が逆になるように構成したものである。具体的には、図１０において、偏光分離素子１ｆ、拡散板１ｇ、ダイクロイックミラー１ｈ、レンズ１ｍ及びカラーフィルターユニット１ｎはそのままの配置とする。光源１ａ、コリメータレンズ１ｂ及びレンズ１ｃ〜１ｅを、偏光分離素子１ｆの拡散板１ｇ側とは反対側に配置する。１／４波長板１ｊ、レンズ１ｉ、１ｋ及び蛍光体ユニット１ｌを、ダイクロイックミラー１ｈの偏光分離素子１ｆ側とは反対側に配置する。

【0096】

本実施形態の光源装置の動作は、第２の実施形態の光源装置と同じである。また、本実施形態の光源装置を備えたプロジェクタにおいても、第２の実施形態の光源装置を備えたプロジェクタと同様の動作により画像が拡大投射される。

【0097】

本実施形態においても、第１の実施形態で説明した変形を適用することができる。

【0098】

以上説明した各実施形態の光源装置及びプロジェクタは本発明の一例であり、その構成や動作は適宜に変更することができる。

【0099】

例えば、第１の実施形態において、カラーフィルターユニット１ｎを削除し、図４に示した蛍光体ユニット１ｌの蛍光体ホイールにおいて、反射領域１０Ｂ上に拡散層を設け、黄色蛍光体領域１０Ｙの一部または全部を赤色蛍光体領域で置き換えてもよい。この変形は、第２から第４の実施形態にも適用することができる。

【0100】

また、第１の実施形態において、光源装置１は、照明光学系２の一部又は全部を含むものであってもよい。この変形は、第２から第４の実施形態にも適用することができる。

【0101】

また、各実施形態において、無機の１／４波長板は、無機の複屈折多層膜を蒸着手法によりガラスや石英の基板上に形成したものであってもよく、また、無機の複屈折多層膜を蒸着手法によりレンズに直接形成したものであってもよい。

【0102】

また、本発明は、以下の付記１〜７のような形態をとり得るが、これら形態に限定されない。
［付記１］
励起光を出力する光源と、
前記光源からの光の第１の直線偏光を反射もしくは透過させるダイクロイックミラーと、
複数のレンズを有し、前記ダイクロイックミラーからの反射光もしくは透過光を集光する第１の集光レンズ群と、
蛍光体が設けられた蛍光体領域と入射光を反射する反射領域とを備え、前記第１の集光レンズ群からの光が前記蛍光体領域及び反射領域に順次照射されるように可動する蛍光体ユニットと、
前記複数のレンズのうちの隣接する２つのレンズ間に設けられた１／４波長板と、を有し、
前記第１の集光レンズ群及び蛍光体ユニットのそれぞれは、前記蛍光体領域で発せられた蛍光及び前記反射領域からの反射光が、前記第１の集光レンズ群及び１／４波長板を介して前記ダイクロイックミラーに入射するように配置されている、光源装置。
［付記２］
前記１／４波長板は、前記複数のレンズのうちの、前記ダイクロイックミラー側に配置された第１のレンズと、該第１のレンズに隣接する第２のレンズとの間に配置されている、付記１に記載の光源装置。
［付記３］
前記光源の波長をλとし、前記１／４波長板は、入射光の偏光面に対して１／４λの位相差を与えるように構成された無機の複屈折多層膜よりなる、付記１または２に記載の光源装置。
［付記４］
前記光源の出力光を集光する複数のレンズからなる第２の集光レンズ群を、さらに有し、
前記第１及び第２の集光レンズ群は、前記光源の光源像を前記蛍光体領域及び反射領域を含む面上に結像する、付記１から３のいずれか１つに記載の光源装置。
［付記５］
前記蛍光体領域で発せられた蛍光及び前記反射領域からの反射光が前記第１の集光レンズ群、１／４波長板及びダイクロイックミラーを介して入射するように設けられ、該入射した光を集光する集光レンズを、さらに有する、付記１から４のいずれか１つに記載の光源装置。
［付記６］
黄色透過フィルター、赤色透過フィルター、緑色透過フィルター及び拡散領域を有し、前記集光レンズからの光が前記黄色透過フィルター、赤色透過フィルター、緑色透過フィルター及び拡散領域に順次入射するように可動するカラーフィルターユニットを、さらに有し、
前記蛍光体領域は、黄色蛍光を発する蛍光体が設けられた黄色蛍光体領域と、緑色蛍光を発する蛍光体が設けられた緑色蛍光体領域と、を有し、
前記黄色蛍光体領域からの前記黄色蛍光が前記黄色透過フィルター及び赤色透過フィルターに順次入射し、前記緑色蛍光体領域からの緑色蛍光が前記緑色透過フィルターに入射し、前記反射領域からの青色光が前記拡散領域に入射する、付記５に記載の光源装置。
［付記７］
付記１から６のいずれか１つに記載の光源装置と、
前記光源装置から出力された光を空間的に変調して画像を形成する表示素子と、
前記表示素子により形成された画像を拡大投射する投射光学系と、を有するプロジェクタ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】