特許 6232975 光源装置および投射装置

(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】6232975

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】光源装置および投射装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20171113BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20171113BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20171113BHJP

   H04N 9/31 20060101ALI20171113BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20171113BHJP

【ＦＩ】

   G03B21/14 A

   G03B21/00 D

   F21S2/00 340

   F21S2/00 350

   F21S2/00 311

   H04N9/31 C

   F21Y115:30

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-245437(P2013-245437)

(22)【出願日】2013年11月27日

(65)【公開番号】特開2015-102817(P2015-102817A)

(43)【公開日】2015年6月4日

【審査請求日】2016年3月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】308036402

【氏名又は名称】株式会社ＪＶＣケンウッド

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】相崎 隆嗣

(72)【発明者】

【氏名】山田 和弘

(72)【発明者】

【氏名】菊間 慎二

(72)【発明者】

【氏名】在原 康貴

【審査官】 小林 謙仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０６５４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３４１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０８４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２７８９０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１４２２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３７７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５０２１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ５／３０

Ｇ０２Ｆ １／１３

Ｇ０２Ｆ １／１３７−１／１４１

Ｇ０３Ｂ ２１／００−２１／１０

Ｇ０３Ｂ ２１／１３４−２１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源から射出された第１の色の光を、該第１の色の第１の光と第２の光とに分割する光分割部と、
前記第２の光に励起されて第２の色成分と第３の色成分とを含む第４の色の第３の光を発光する蛍光体面と、
前記第１の色の光を反射し、前記第４の色の光を透過させるダイクロイックミラーであって、前記第２の光を第１の面で反射させて前記蛍光体面に導くと共に、前記蛍光体面から射出された前記第４の色の光を該第１の面から第２の面に向けて透過させるダイクロイックミラーと、
前記光分割部と前記ダイクロイックミラーとの間に配置され、前記光分割部から射出された前記第２の光を一定の光密度以下に拡散させて前記ダイクロイックミラーに向けて射出する光拡散部と
を有する
ことを特徴とする光源装置。

【請求項2】

前記ダイクロイックミラーから透過された前記第３の光を前記第２の色成分の第４の光と前記第３の色成分の第５の光とに分離する光分離部と、
前記光分割部に分割された前記第１の光と前記第４の光と前記第５の光とを合成して射出するプリズムと、を更に有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記光拡散部は、
前記第２の光を、前記蛍光体面の予め定められた範囲内に拡がるように拡散する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記ダイクロイックミラーと前記蛍光体面との間に配置されるλ／４波長板をさらに有し、
前記光分割部から射出される前記第２の光は、Ｓ偏光であって、
前記ダイクロイックミラーは、
Ｓ偏光の前記第１の色の光を反射させ、Ｐ偏光の前記第１の色の光をさらに透過させる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光源装置。

【請求項5】

前記第１の色は、青色であって、
前記蛍光体面は、
青色の光に励起されて黄色の光を発光する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の光源装置。

【請求項6】

請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の光源装置と、
前記第１の色に対応する第１の画像信号に従い前記第１の光を変調する第１の光変調素子と、
前記第２の色に対応する第２の画像信号に従い前記第４の光を変調する第２の光変調素子と、
前記第３の色に対応する第３の画像信号に従い前記第５の光を変調する第３の光変調素子と、
前記第１の光変調素子で変調された前記第１の光と、前記第２の光変調素子で変調された前記第４の光と、前記第３の光変調素子で変調された前記第５の光とを１の方向に導き射出させる投射光学系と
を有する投射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フルカラーの投射画像を投射するための光源装置および投射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、三原色のＲＧＢ各色の光を射出する光源を有し、それぞれの光源から射出されたＲＧＢ各色の光を、ＲＧＢ各色の画像信号により変調してスクリーンなどに投射する投射装置が知られている。このようなＲＧＢ各色の光源を有する投射装置は、白色の光をカラーフィルタによってＲＧＢ各色の光に変換して投射する投射装置と比較して、より高画質の投射画像を得ることができる。

【0003】

また、近年では、消費電力の削減や環境問題への配慮、光源そのものの寿命などの点から、投射装置の光源としてＬＥＤ(Light Emitting Diode)やレーザ素子を用いることが提案されている。特許文献１には、光源に青色光を射出する青色レーザ素子と、青色光および緑色光をそれぞれ射出する複数のＬＥＤとを用い、さらに、青色光により励起されて赤色光を発光する蛍光体を備えた投射装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−２２１５０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、三原色を個別の光源とすると、光源毎の光量ばらつきや、経時変化に伴う光源の光量変化のばらつきなどによって三原色の光量の比率が変わり、投射映像の色温度が変動してしまうという問題点があった。特許文献１においても、青色および緑色の光源を用いているため、光源の特性の変化に応じて投射映像の色温度が変動する問題は、解決できていない。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光源の特性の変化に応じた投射画像の色温度の変動を抑制可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源から射出された第１の色の光を、第１の色の第１の光と第２の光とに分割する光分割部と、第２の光に励起されて第２の色成分と第３の色成分とを含む第４の色の第３の光を発光する蛍光体面と、第１の色の光を反射し、第４の色の光を透過させるダイクロイックミラーであって、第２の光を第１の面で反射させて蛍光体面に導くと共に、蛍光体面から射出された第４の色の光を第１の面から第２の面に向けて透過させるダイクロイックミラーと、光分割部とダイクロイックミラーとの間に配置され、光分割部から射出された第２の光を拡散させてダイクロイックミラーに向けて射出する光拡散部とを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、光源の特性の変化に応じた投射画像の色温度の変動を抑制可能となるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る光源装置の一例の構成を示す図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係る第１拡散板の効果について説明するための図である。

【図3】図３は、第１の実施形態の第１の変形例について説明するための図である。

【図4】図４は、第１の実施形態の第１の変形例に係る、回折格子素子を用いた場合の光源装置の例を示す図である。

【図5】図５は、第１の実施形態の第２の変形例について説明するための図である。

【図6】図６は、第１の実施形態の第２の変形例に適用可能な第１ダイクロイックミラーの特性の例を示す図である。

【図7】図７は、第１の実施形態の第２の変形例に係る、λ／４波長板を追加した場合の光源装置の例を示す図である。

【図8】図８は、第２の実施形態に係る光源装置の主要部分の一例の構成を示す図である。

【図9】図９は、第２の実施形態の第１の変形例による構成の例を示す図である。

【図10】図１０は、第２の実施形態の第２の変形例による構成の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に図面を参照しながら、本発明に係る光源装置および投射装置の好適な実施形態を説明する。係る実施形態に示す具体的な数値および外観構成などは、本発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本発明に直接関係のない要素は詳細な説明および図示を省略している。

【0011】

本発明の各実施形態では、光源から射出された第１の色の光を、それぞれ第１の色の第１の光と第２の光とに分割する。分割した光のうち第２の光を、第１の面および第２の面それぞれで第１の色の光を反射し、第２の色成分と第３の色成分とを含む第４の色を少なくとも第１の面から第２の面へと透過するダイクロイックミラーの第１の面に導く。ダイクロイックミラーの第１の面で反射された第２の光は、第１の色の光に励起されて第４の色の光を発光する蛍光体面に照射される。蛍光体面で第２の光に励起されて発光された第４の色の第３の光は、ダイクロイックミラーを第１の面から第２の面に向けて透過して射出される。また、第１の光は、リレー光学系を介してダイクロイックミラーの第２の面に導かれて反射され、ダイクロイックミラーを透過した第３の光と共に射出される。

【0012】

各実施形態に係る光源装置は、上述したような構成を有するため、１の光源で三原色の光を得ることができる。そのため、各実施形態に係る光源装置を投射装置の光源として用いた場合、例えば長時間の使用により光源の特性が変化した場合の投射画像の色温度の変動を抑制できる。

【0013】

さらに、第１の実施形態に係る光源装置は、第２の光を拡散板により拡散させてダイクロイックミラーに導くようにして、蛍光体面に照射される光を分散している。これにより、蛍光体の信頼性が向上されると共に、蛍光体の励起効率を向上させることができる。

【0014】

また、第２の実施形態に係る光源装置において、第２の光を蛍光体面に照射させて第３の光を得る光路と、第１の光のリレー光路とを互いに交わる面上にそれぞれ形成し、光学系を立体的に構成している。これにより、光源装置をよりコンパクトに構成することが可能となる。

【0015】

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る光源装置の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る光源装置１の一例の構成を示す。なお、以下において、適宜、青色の光をＢ光、緑色の光をＧ光、赤色の光をＲ光、黄色の光をＹ光と記述する。

【0016】

図１（ａ）において、光源１００は、例えば１以上の青色レーザ素子を含み、青色として視認される所定の波長帯の光（Ｂ光）を射出する。光源１００は、単一の青色レーザ素子で構成してもよいし、複数の青色レーザ素子がアレイ状に配列されたレーザアレイであってもよい。光源１００から射出されたＢ光は、集光レンズ１０１を介して分割ミラー１０２に入射される。

【0017】

分割ミラー１０２は、入射されたＢ光を第１のＢ光および第２のＢ光に分割する。すなわち、分割ミラー１０２は、入射されたＢ光のうち一部を反射して第１のＢ光とし、残りを透過させて第２のＢ光とする。分割ミラー１０２は、例えば誘導体薄膜ミラーを用いることができる。これに限らず、分割ミラー１０２は、金属薄膜や反射型偏光板、ドットビームスプリッタなどを適用することもできる。

【0018】

分割ミラー１０２を透過した第２のＢ光は、第１拡散板１０３を介して拡散されて、第１ダイクロイックミラー１０４の第１面に入射される。この第１ダイクロイックミラー１０４と後述する第２ダイクロイックミラー１１０は、Ｂ光の波長帯域の光を反射し、Ｂ光の波長帯域よりも長波長の帯域の光（例えば赤色光や緑色光）を透過させる特性を備える。第１ダイクロイックミラー１０４に入射された第２のＢ光は、第１ダイクロイックミラー１０４の第１面で反射され、集光レンズ１０５および１０６を介して、モータ２０２により回転駆動される蛍光体ホイール２００に入射される。

【0019】

図１（ｂ）は、蛍光体ホイール２００の一例の構成を示す。蛍光体ホイール２００は、ミラー状の表面に、同心円状に蛍光体面２０１が形成される。蛍光体面２０１は、Ｂ光の波長帯域の光により励起されて、黄色光（Ｙ光）を発光する蛍光体が塗布されてなる。なお、加色法において黄色は緑色と赤色とを混合して得られるので、蛍光体面２０１で発光される黄色光は、赤色成分と緑色成分とを含む。

【0020】

ここで、第２のＢ光は、第１拡散板１０３を介して拡散されてから、蛍光体面２０１に照射される。これにより、蛍光体面２０１において第２のＢ光が分散されて照射され、蛍光体面２０１における蛍光体のＢ光によるダメージが抑制され、蛍光体の信頼性が向上される。また、蛍光体は、照射される光の光密度が一定値を超えると、発熱などにより励起効率が低下する特性がある。第１拡散板１０３により第２のＢ光を拡散させることで、蛍光体に照射される第２のＢ光の光密度が下がり、蛍光体の励起効率を高めることができる。

【0021】

図２を用いて、第１の実施形態に係る第１拡散板１０３の効果について、より具体的に説明する。なお、図２において、図１と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。図２では、図１における分割ミラー１０２、第１ダイクロイックミラー１０４および集光レンズ１０６を省略している。

【0022】

光源１００は、複数の青色レーザ素子を含み、複数のレーザ光を射出する。この複数のレーザ光は、第１拡散板１０３でそれぞれ拡散され、入射角が連続して変化した光とされて集光レンズ１０５に入射される。集光レンズ１０５において、入射された光が入射角に応じて屈折されて、射出される。したがって、蛍光体面２０１には、光源１００から射出されたレーザ光が略一様な光密度の光となって照射される。

【0023】

蛍光体面１０１で発光されたＹ光は、第１ダイクロイックミラー１０４を透過し、第２面から射出されて第２ダイクロイックミラー１１０の第１面に入射される。上述したように、第２ダイクロイックミラー１１０は、Ｙ光を透過する特性を有する。そのため、Ｙ光は、第２ダイクロイックミラー１１０の第２面からＹ光のまま射出される。

【0024】

一方、分割ミラー１０２から射出された第１のＢ光は、レンズ１３６および第２拡散板１０７を介してミラー１０８に入射される。第２拡散板１０７は、第１のＢ光を拡散して、光束の太さをＹ光と揃えるために用いられる。なお、この光源装置１において、第２拡散板１０７は必須の構成ではない。第１のＢ光は、ミラー１０８で方向を変更され、レンズ１０９を介して第２ダイクロイックミラー１１０の第２面に入射される。上述したように、第２ダイクロイックミラー１１０は、Ｂ光を反射する特性を有する。そのため、第１のＢ光は、第２ダイクロイックミラー１１０の第２面で反射されて方向を変更されて射出される。この第１のＢ光は、上述した、第２ダイクロイックミラー１１０を透過したＹ光と同じ方向に射出される。

【0025】

このように、レンズ１３６、第２拡散板１０７、ミラー１０８およびレンズ１０９により、第１のＢ光を第２ダイクロイックミラー１１０に導くリレー光学系が構成される。

【0026】

以下、第２ダイクロイックミラー１１０から射出された第１のＢ光を、単にＢ光と呼ぶ。

【0027】

第２ダイクロイックミラー１１０から射出されたＹ光およびＢ光は、ミラー１１１で反射され方向を変更される。なお、光源装置１のレイアウトによっては、このミラー１１１は省略することができる。

【0028】

ミラー１１１から射出されたＹ光およびＢ光は、フライアイレンズ１１２および１１３を介してレンズ１１４に入射される。フライアイレンズ１１２および１１３は、Ｙ光およびＢ光に基づく各光を後述する各光変調素子１１９、１２５および１２８に照射する際に、各光が各光変調素子１１９、１２５および１２８に均一に照射されるように分散させる均一照明光学系を構成する。

【0029】

Ｙ光およびＢ光は、レンズ１１４から射出され、Ｂ光とＹ光とを分離する光分離器１１５に入射される。光分離器１１５は、例えばＢ光の波長帯域の光を反射しＹ光の波長帯域の光を透過させる第１のダイクロイックミラーと、Ｙ光の波長帯域の光を反射しＢ光の波長帯域の光を透過させる第２のダイクロイックミラーとを含む。光分離器１１５で分離されたＢ光は、光分離器１１５から射出されてミラー１１６に入射される。また、光分離器１１５で分離されたＹ光は、光分離器１１５から射出されてミラー１２１に入射される。

【0030】

ミラー１１６に入射されたＢ光は、レンズ１１７を介して反射型偏光板１１８に入射される。反射型偏光板１１８は、Ｓ偏光およびＰ偏光のうち一方の偏光を透過し、他方の偏光を反射する。ここでは、レンズ１１７から射出されたＢ光がＳ偏光であり、後述する光変調素子１１９で反射された光がＰ偏光であって、反射型偏光板１１８がＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する特性を有するものとする。

【0031】

反射型偏光板１１８を透過したＢ光は、光変調素子１１９に入射される。光変調素子１１９は、Ｂ色の画像信号に従い駆動され、入射された光を画素毎に変調および反射して射出する。光変調素子１１９としては、例えば反射型液晶素子を適用することができる。光変調素子１１９に適用可能な素子は、反射型液晶素子に限られない。例えば、ＤＭＤ(Digital Mirror Device)を光変調素子１１９に適用することもできる。

【0032】

光変調素子１１９でＢ色の画像信号に応じて画素毎に変調されたＢ光は、反射型偏光板１１８で反射されて方向を変更されて射出され、光合成プリズム１２０に第１の面から入射される。

【0033】

光分離器１１５で分離されミラー１２１に入射されたＹ光は、ミラー１２１で反射され方向を変更されてミラー１２１から射出される。ミラー１２１から射出されたＹ光は、色成分分離器１２２に入射され、Ｙ光から緑色光成分と赤色光成分とが分離される。例えば、色成分分離器１２２は、緑色光の波長帯域の光を反射し、赤色光の波長帯域の光を透過させるダイクロイックミラーを用いて構成される。

【0034】

色成分分離器１２２でＹ光から分離された緑色成分の光（緑色光。以下、Ｇ光）は、レンズ１２３を介して反射型偏光板１２４に入射される。上述のＢ光と同様に、Ｇ光がＳ偏光であるものとし、Ｇ光は、反射型偏光板１２４を透過して、Ｇ色の画像信号に従い駆動される光変調素子１２５に入射される。光変調素子１２５は、入射されたＧ光をＧ色の画像信号に応じて画素毎に変調および反射して射出する。光変調素子１２５から射出されたＧ光は、反射型偏光板１２４で反射されて光合成プリズム１２０に第２の面から入射される。

【0035】

色成分分離器１２２でＹ光から分離された赤色成分の光（赤色光。以下、Ｒ光）は、レンズ１２６を介して反射型偏光板１２７に入射される。上述のＢ光と同様に、Ｒ光がＳ偏光であるものとし、Ｒ光は、反射型偏光板１２７を透過して、Ｒ色の画像信号に従い駆動される光変調素子１２８に入射される。光変調素子１２８は、入射されたＲ光をＲ色の画像信号に応じて画素毎に変調および反射して射出する。光変調素子１２８から射出されたＲ光は、反射型偏光板１２７で反射されて光合成プリズム１２０に第３の面から入射される。

【0036】

光合成プリズム１２０は、それぞれ第１の面、第２の面および第３の面から入射されたＢ光、Ｇ光およびＲ光を合成して、ひとまとまりの光束として第４の面から射出する。光合成プリズム１２０から射出されたＲ光、Ｇ光およびＢ光を含む光束は、投射光学系１２９を介して外部に射出される。

【0037】

以上のように、第１の実施形態による光源装置１は、１の光源１００を用いてＲ光、Ｇ光およびＢ光を生成している。そのため、光源装置１は、光源１００の特性が例えば時間経過に伴い変化した場合であっても、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光のバランスが変化せず、投射光の色温度の変動を抑制することができる。

【0038】

また、第１の実施形態に係る光源装置１は、第２のＢ光を第１拡散板１０３により拡散させて第１ダイクロイックミラー１０４に導くようにして、蛍光体面２０１に照射される光を分散している。これにより、蛍光体の信頼性が向上されると共に、蛍光体の励起効率を向上させることができる。

【0039】

ここで、第１の実施形態に係る光源装置１では、光源１００から射出されるＢ光を分割する手段（分割ミラー１０２）と、当該Ｂ光を蛍光体面２０１に照射させる手段（第１ダイクロイックミラー１０４）とを別個に設けている。そして、Ｂ光を拡散する第１拡散板１０３を、これら分割ミラー１０２と第１ダイクロイックミラー１０４との間に配置している。そのため、蛍光体面２０１に照射させるＢ光と、蛍光体面２０１から射出されるＹ光とのうち、第１拡散板１０３を、蛍光体面２０１に照射させるＢ光を選択的に適用させることができる。

【0040】

光源から射出されるＢ光を分割する手段と、当該Ｂ光を蛍光体面に照射させる手段とを１のダイクロイックミラーなどにより共通して構成し、部品点数を削減することも可能である。しかしながら、この場合、蛍光体面に照射させるＢ光を拡散する拡散板は、当該１のダイクロイックミラーと蛍光体面との間に配置せざるを得ず、蛍光体面から射出されるＹ光も拡散されてしまう。

【0041】

なお、図１（ａ）に示した構成に対し、蛍光体ホイール２００または集光レンズ１０６および１０５に、位置調整機構を備えると、蛍光体面２０１における励起効率をより向上させることができ、好ましい。また、光源装置１に用いられる各レンズは、ハーシェル条件を満たしているのが望ましい。

【0042】

さらに、第１ダイクロイックミラー１０４および第２ダイクロイックミラー１１０は、黄色反射および青色透過のタイプよりも、上述した光源装置１に用いた青色反射および黄色透過のタイプの方が効率がよく、用いて好適である。

【0043】

さらにまた、光源１００からのＢ光を分割する分割ミラー１０２に金属薄膜を用いたタイプのミラーを適用した場合、場所に応じて透過・反射特性の異なる金属薄膜を位置調整して、分割の割合を変更することが可能である。また、分割ミラー１０２として反射型偏光板を用いた場合、面内の回転調整によって透過・反射特性を調整して、分割の比率を調整することが可能である。

【0044】

（第１の実施形態の第１の変形例）
次に、第１の実施形態の第１の変形例について説明する。第１の実施形態の第１の変形例は、蛍光体面２０１に照射されるＢ光を拡散する第１拡散板１０３として、光を所定の範囲内に拡がるように拡散させ、光強度の分布を所定の範囲で均一化する強度均一化素子を用いている。図３を用いて、本第１の実施形態の第１の変形例について説明する。

【0045】

図３（ａ）は、第１の実施形態の第１の変形例による光学系の一例の構成を、概略的に示す。複数の青色レーザ素子を含む光源３００から射出されたレーザ光は、レンズ３０１を介して、この第１の変形例に係る強度均一化素子３１０に入射され、強度均一化素子３１０から射出されたレーザ光がレンズ３０３を介して青色のＢ光として蛍光体面３０４に照射される。

【0046】

蛍光体面３０４は、照射されたＢ光に励起されてＹ光を発光する。このＹ光は、図示されない光成分分離部などを介して例えばＲ光が分離され、照明光学系３０５に入射される。照明光学系３０５は、複数のレンズ３２０および３２２と、ライトパイプ３２１とを含む。照明光学系３０５に入射されたＲ光は、入射側のレンズ３２０を介してライトパイプ３２１に入射される。ライトパイプ３２１は、入射したＲ光を内壁にて散乱させ、射出面において光強度を均一化して射出する。ライトパイプ３２１から射出されたＲ光は、射出側のレンズ３２２を介して照明光学系３０５から射出され、Ｒ色の画像信号に応じて画素毎に駆動される光変調素子３０６に照射される。

【0047】

ライトパイプ３２１を用いることで、光変調素子３０６に照射される光の画素領域における光強度が均一化され、良好な投射画像を得ることができる。

【0048】

第１の変形例では、強度均一化素子３１０として、入射した光が略矩形状の角度分布で射出されるように回折パターンが設定された回折格子を用いる。このような回折格子としては、Holo / Or Ltd (Israel)製のホモジナイザ(Homogenizers)を適用することができる。この回折格子素子を用いることで、光強度分布を矩形状に整形することが可能である。

【0049】

図３（ｂ）は、図３（ａ）の所定位置において、強度均一化素子３１０を用いない場合と、強度均一化素子３１０として拡散板を用いた場合と、強度均一化素子３１０として上述した回折格子素子を用いた場合とで、光強度の分布を比較した図である。

【0050】

蛍光体面３０４の位置で比較した場合、強度均一化素子３１０を用いない場合の光強度分布４００は、例えば蛍光体面３０４の中央部で突出している。これに対して、強度均一化素子３１０として拡散板および回折格子素子を用いた場合とでは、光強度分布４０１および４０２にそれぞれ示されるように、蛍光体面３０４に対して分散しているのが分かる。特に、強度均一化素子３１０として回折格子素子を用いた場合は、光強度分布４０２に例示されるように、光強度を、所定の範囲である値に均一とし、それ以外の範囲では略０になるように制御できる。

【0051】

さらに、ライトパイプ３２１の入口部分においては、強度均一化素子３１０を用いない場合には、光強度分布４００’に例示されるように、ライトパイプ３２１の開口径ｒに対して極めて狭い範囲に集中してしまっている。この場合、ライトパイプ３２１内での光の散乱の度合いが低くなると考えられ、射出面における強度分布が均一にならないことが予測される。また、強度均一化素子３１０として拡散板を用いた場合には、光強度分布４０１’に例示されるように、ライトパイプ３２１の開口径ｒに対して強度分布がはみ出てしまっている。これは、ライトパイプ３２１に向けて射出された光が有効に利用できないことを意味する。

【0052】

一方、強度均一化素子３１０として上述の回折格子素子を用いた場合には、光強度分布４０２’に例示されるように、ライトパイプ３２１に入射される光の強度分布の範囲をライトパイプ３２１の開口径ｒに応じた範囲に制御することが可能である。したがって、ライトパイプ３２１に向けて射出された光を有効利用することが可能であると共に、ライトパイプ３２１内での散乱も十分行われ、射出面において極めて均一な射出光を得ることができる。

【0053】

図４は、第１の実施形態の第１の変形例に係る、強度均一化素子３１０として上述した回折格子素子を用いた場合の光源装置の例を示す。なお、図４において、上述の図１と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

【0054】

図４において、光源装置１ａは、図１の第１拡散板１０３の代わりに、換言すれば、分割ミラー１０２と第１ダイクロイックミラー１０４との間に、回折格子素子１５０を配置する。また、光源装置１ａにおいて、図１のレンズ１１７、１２３および１２６の位置に、それぞれ上述のレンズ３２０および３２２、ならびに、ライトパイプ３２１を含む照明光学系１５１、１５２および１５３を配置する。このような構成とすることで、各光変調素子１１９、１２５および１２８に照射するＢ光、Ｇ光およびＲ光の均一性を向上させることができ、光源装置１ａを投射装置に適用した場合に、より高画質な投射画像を得ることができる。

【0055】

なお、図４において、集光レンズ１０５が通常のレンズであるように説明したが、これはこの例に限定されない。例えば、集光レンズ１０５は、面内で回折ピッチを変えることで集光作用を持たせた回折レンズを用いてもよい。集光レンズ１０６についても同様である。またこの場合、回折格子素子１５０と集光レンズ１０５とを一体的に構成することも可能である。

【0056】

（第１の実施形態の第２の変形例）
次に、第１の実施形態の第２の変形例について説明する。第１の実施形態の第２の変形例は、蛍光体面２０１に照射される光および蛍光体面２０１から射出する光を偏光させることで、光源１００から射出されるＢ光を有効に利用するようにしている。図５を用いて、本第１の実施形態の第２の変形例について説明する。

【0057】

図５（ｃ）は、図５（ａ）および図５（ｂ）で用いる記号の凡例を示している。すなわち、「●（黒丸）」は、Ｓ偏光の直線偏光を示し、上下矢印は、Ｐ偏光の直線偏光を示し、弧状矢印は、円偏光を示し、「●」に上下矢印を添えた記号はランダム偏光を示す。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）において、上述の図１と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。また、図５（ａ）および図５（ｂ）において、集光レンズ１０１および分割ミラー１０２は、省略されている。

【0058】

図５（ａ）は、本第２の変形例を適用しない場合の例を模式的に示す。光源１００から射出され第１ダイクロイックミラー１０４で反射されたＢ光は、例えば光路１００１に従って集光レンズ１０５および１０６を介して蛍光体面２０１に照射される。蛍光体面２０１でＢ光に励起されて発光されたＹ光は、光路１００２に従い第１ダイクロイックミラー１０４を透過し射出される。

【0059】

ここで、光源１００から射出されたＢ光は、図示されない拡散板で拡散されてから第１ダイクロイックミラー１０４で反射され、蛍光体面２０１に照射される。そのため、Ｂ光は、蛍光体面２０１のみならず、蛍光体ホイール２００上の、蛍光体面２０１以外の位置にも照射される可能性がある。この場合、蛍光体ホイール２００は、表面がミラー状とされているため、この蛍光体面２０１以外の位置に照射されたＢ光は、蛍光体ホイール２００のミラー部分により反射され、第１ダイクロイックミラー１０４に向かう。また、蛍光体面２０１に照射されても、蛍光体を励起せずに蛍光体面２０１で反射されてしまうＢ光も存在する。このような、蛍光体ホイール２００で蛍光体の励起に寄与しないで反射されたＢ光は、光路１００４で示されるように、第１ダイクロイックミラー１０４で反射されてしまう。したがって、この光路１００４のように反射されたＢ光は、最終的な投射光に寄与しないことになる。

【0060】

図５（ｂ）は、本第２の変形例に係る構成の例を模式的に示す。本第２の変形例では、図５（ｂ）に例示されるように、第１ダイクロイックミラー１０４’と集光レンズ１０５との間に、λ／４波長板１６０を配置する。λ／４波長板１６０は、通過する光の円偏光と直線偏光とを互いに変換する。λ／４波長板１６０を２回通過することで、直線偏光の偏光方向をＰ偏光およびＳ偏光の間で変えることができる。

【0061】

図６は、第２の変形例に適用可能な第１ダイクロイックミラー１０４’の特性の例を示す。第１ダイクロイックミラー１０４’は、Ｐ偏光とＳ偏光とで透過率特性が異なる。第１ダイクロイックミラー１０４’は、光源１００から射出される青色レーザ光の波長帯域の下限よりも短波長の光に対して透過率Ｔが低くなる。一方、Ｓ偏光については、青色レーザ光の波長帯域の上限よりも長波長の光に対して透過率Ｔが高くなる。換言すれば、第１ダイクロイックミラー１０４’は、青色レーザ光に関して、Ｐ偏光では透過するが、Ｓ偏光では反射させる。

【0062】

本第２の変形例では、第１ダイクロイックミラー１０４’のこの特性と、上述したλ／４波長板１６０とを用いて、蛍光体ホイール２００のミラー部分で反射されたＢ光を有効活用する。

【0063】

図５（ｂ）を参照し、光源１００から射出されるＢ光は、直線偏光・Ｓ偏光であるものとする。このＢ光は、図６の説明に従い、第１ダイクロイックミラー１０４’において反射され、λ／４波長板１６０を通過して円偏光に変換される。この円偏光のＢ光が蛍光体ホイール２００で反射されて再びλ／４波長板１６０を通過すると、直線偏光に変換される。このとき、当該Ｂ光は、λ／４波長板１６０を２回通過したことと等価となり、光源１００から射出された際のＳ偏光がＰ偏光に変換されて、光路１０１２に従い第１ダイクロイックミラー１０４’から射出される。図６の説明に従い、Ｐ偏光のＢ光は、第１ダイクロイックミラー１０４’を透過できる。

【0064】

図７は、図５（ｂ）に示される構成に従いλ／４波長板を追加した場合の光源装置の例を示す。なお、図７において、上述の図１と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

【0065】

図７において、光源装置１ｂは、図５（ｂ）の例に従い、第１ダイクロイックミラー１０４’と集光レンズ１０５との間にλ／４波長板１６０を配置する。図５（ｂ）を用いて説明したように、蛍光体ホイール２００で反射されたＢ光は、λ／４波長板１６０でＰ偏光に変換されて第１ダイクロイックミラー１０４’を透過する。この、第１ダイクロイックミラー１０４’を透過したＢ光は、第２ダイクロイックミラー１１０’に入射される。

【0066】

ここで、第２ダイクロイックミラー１１０’の特性を、第１ダイクロイックミラー１０４’の特性と同一とすると、第１ダイクロイックミラー１０４’を透過して第２ダイクロイックミラー１１０’に入射されたＢ光は、第２ダイクロイックミラー１１０’を透過して射出されることになる。したがって、この第１ダイクロイックミラー１０４’から到来したＢ光は、ミラー１０８で反射されて第２ダイクロイックミラー１１０’に入射された第１のＢ光と共に、第２ダイクロイックミラー１１０’から射出される。

【0067】

このように、本第２の変形例では、蛍光体ホイール２００において励起に寄与せずに反射されたＢ光を有効に利用することができ、光源装置１ｂを投射装置に適用した場合に、より高画質な投射画像を得ることができる。

【0068】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。上述した第１の実施形態では、光源１００からのＢ光を第１ダイクロイックミラー１０４を介して蛍光体ホイール２００に照射させる第１の光路と、当該Ｂ光を第１ダイクロイックミラー１０４および蛍光体ホイール２００を関与せずにバイパスさせるリレー光学系による第２の光路とを、同一平面上または１の平面に平行な平面上に構成していた。これに対して、本第２の実施形態では、これら第１の光路と第２の光路とを、互いに交わる２の平面のそれぞれに構成する。

【0069】

図８は、第２の実施形態に係る光源装置の主要部分の一例の構成を示す。図８（ａ）は、当該主要部分の正面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）の構成を矢印「Ａ」の方向から見た側面図である。以下、特に記載のない限り、図８（ａ）および図８（ｂ）をまとめて図８として説明する。

【0070】

なお、図８の構成は、上述した図１の光源装置１の構成における光源１００から第２ダイクロイックミラー１１０までの構成に対応する。図１におけるミラー１１１から投射光学系１２９までの構成は、この第２の実施形態にそのまま適用できるので、ここでの説明を省略する。

【0071】

図８において、１以上の青色レーザ素子を含む光源５００から射出されたＢ光は、集光レンズ５０１を介して分割ミラー５０２に入射する。分割ミラー５０２は、上述の分割ミラー１０２に対応し、入射されたＢ光を、第１のＢ光および第２のＢ光に分割する。以下では、図面において識別容易なように、第１のＢ光をＢ₁光、第２のＢ光をＢ₂光と記述する。

【0072】

分割ミラー５０２で反射されて分割されたＢ₂光は、レンズ５０３、ミラー５０４、ミラー５０６、レンズ５０７およびミラー５０８により構成されるリレー光学系を介してダイクロイックミラー５０５の第２面に入射される。このリレー光学系上の光路は、第１の平面上に構成される。これに限らず、リレー光学系上の光路を、第１の平面上と、第１の平面と平行な他の平面上とに構成してもよい。

【0073】

ダイクロイックミラー５０５は、上述した第１のダイクロイックミラーと対応するもので、Ｂ光の波長帯域の光を反射し、Ｂ光の波長帯域よりも長波長の帯域の光（例えば赤色光や緑色光）を透過させる特性を備える。

【0074】

一方、分割ミラー５０２を透過して分割されたＢ₁光は、ダイクロイックミラー５０５の第１面に入射される。

【0075】

ここで、第２の実施形態では、ダイクロイックミラー５０５は、入射された光を、第１の平面に対して交わる方向に反射するように設けられる。図８（ａ）の例では、ダイクロイックミラー５０５は、光源５００から射出され分割ミラー５０２で透過して分割されたＢ₁光が反射された反射光が、図８（ａ）の手前側から奥側に向けた光路に沿って進むように設けられる。すなわち、ダイクロイックミラー５０５で反射された光による光路は、第１の平面に対して互いに交わる第２の平面上に構成される。

【0076】

ダイクロイックミラー５０５で反射されたＢ₁光は、集光レンズ５０９および５１０を介して蛍光体ホイール６００に入射される。蛍光体ホイール６００は、上述した蛍光体ホイール２００に対応するもので、ミラー状の表面に、同心円状に蛍光体面６０１が形成され、モータ６０２に回転駆動される。蛍光体面６０１は、上述の蛍光体面２０１と同様に、Ｂ光の波長帯域の光により励起されて、黄色光（Ｙ光）を発光する蛍光体が塗布されてなる。

【0077】

なお、分割ミラー５０２とダイクロイックミラー５０５との間に、拡散板を配置することができる。これにより、第１の実施形態にて説明した通り、蛍光体面６０１においてＢ₁光が分散されて照射され、蛍光体のダメージが抑制され蛍光体の信頼性が向上されると共に、蛍光体の励起効率を高めることができる。

【0078】

蛍光体面６０１で発光されたＹ光は、集光レンズ５１０および５０９を介してダイクロイックミラー５０５の第１面に入射される。このＹ光は、ダイクロイックミラー５０５を透過して、ダイクロイックミラー５０５の第２面から射出される。図８（ａ）の例では、ダイクロイックミラー５０５の位置において、奥側から手前側に向けてＹ光が射出されることになる。

【0079】

ここで、上述したように、ダイクロイックミラー５０５の第２面には、Ｂ₂光がリレー光学系を介して入射されている。このＢ₂光は、ダイクロイックミラー５０５の第２面により反射され、Ｙ光と同じ方向に射出される。すなわち、Ｂ₂光の光路は、ダイクロイックミラー５０５により、第１の平面上の光路から第２の平面上の光路へと、方向が変換される。

【0080】

このようにしてダイクロイックミラー５０５から射出されたＹ光およびＢ₂光は、例えば図１のミラー１１１以降の光路を辿り、Ｙ光がＲ光およびＧ光に分離されてＲ、Ｇ、Ｂ各色の光が形成される。これらＲＧＢ各色の光は、それぞれＲＧＢ各色の画像信号により駆動される光変調素子で変調され、投射光学系から射出される。

【0081】

このように、第２の実施形態においても、上述の第１の実施形態と同様に、１の光源５００を用いてＲ光、Ｇ光およびＢ光を生成している。そのため、第２の実施形態を適用した光源装置は、光源５００の特性が例えば時間経過に伴い変化した場合であっても、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光のバランスが変化せず、投射光の色温度の変動を抑制することができる。

【0082】

また、第２の実施形態では、光源５００からのＢ光をダイクロイックミラー５０５を介して蛍光体ホイール６００に照射させる第１の光路と、当該Ｂ光をダイクロイックミラー５０５および蛍光体ホイール６００を関与せずにバイパスさせるリレー光学系による第２の光路とを、互いに交わる２の平面のそれぞれに構成した立体的な構造となっている。そのため、ダイクロイックミラーが１枚で済み、よりコンパクトな構成が可能である。また、立体的な構造を可能とすることで、各部品のレイアウトの自由度が増し、これによっても、よりコンパクトな構成が可能となる。

【0083】

なお、上述では、ダイクロイックミラー５０５が、Ｂ₁光をリレー光学系による光路の面と垂直な方向に反射させるように説明したが、これはこの例に限定されない。すなわち、ダイクロイックミラー５０５がＢ₁光を他の角度で反射させるように配置することも可能である。

【0084】

（第２の実施形態の第１の変形例）
次に、第２の実施形態の第１の変形例について説明する。第２の実施形態の構成においても、上述の第１の実施形態の第１の変形例と同様に、蛍光体面６０１に照射されるＢ₁光を拡散するために、強度均一化素子として回折格子素子を配置することができる。

【0085】

図９は、第２の実施形態の第１の変形例による構成の例を示す。この図９は、第２の実施形態の構成に対して回折格子素子を配置する例である。なお、図９において、上述の図８と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。また、図９（ａ）は正面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）において矢印Ａで示される方向から見た側面図を示す。

【0086】

図９に例示されるように、上述の回折格子素子１５０と同等の特性を有する回折格子素子５５０を、分割ミラー５０２とダイクロイックミラー５０５との間に配置する。また、図示は省略するが、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光それぞれが光変調素子に向かう光路に、図４と同様にして照明光学系１５１、１５２および１５３を配置する。

【0087】

これにより、第２の実施形態の構成においても、ＲＧＢ各色の光変調素子に照射するＢ光、Ｇ光およびＲ光の均一性を向上させることができ、第２の実施形態に係る光源装置を投射装置に適用した場合に、より高画質な投射画像を得ることができる。

【0088】

（第２の実施形態の第２の変形例）
次に、第２の実施形態の第２の変形例について説明する。第２の実施形態の構成においても、上述の第１の実施形態の第２の変形例と同様に、蛍光体面６０１に照射される光および蛍光体面６０１から射出する光を偏光させて、光源５００から射出されるＢ光を有効に利用させる構成を採用することができる。

【0089】

図１０は、第２の実施形態の第２の変形例による構成の例を示す。この図１０は、第２の実施形態の構成に対してλ／４波長板を配置する例である。なお、図１０において、上述の図８と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。また、図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）において矢印Ａで示される方向から見た側面図を示す。

【0090】

図１０に例示されるように、λ／４波長板５６０を、ダイクロイックミラー５０５’と集光レンズ５０９との間に配置する。ダイクロイックミラー５０５’は、図６を用いて説明した特性を有するものとする。また、光源５００は、Ｓ偏光の青色レーザ光を射出するものとする。

【0091】

この構成において、第１の実施形態の第２の変形例と同様に、分割ミラー５０２で分割されダイクロイックミラー５０５’で反射されたたＢ₁光は、λ／４波長板５６０で円偏光に変換されて蛍光体ホイール６００に入射される。蛍光体ホイール６００で蛍光体の励起に寄与しないで反射されたＢ₁光は、λ／４波長板５６０を再び通過し、その際に、偏光がＰ偏光に変換される。このＰ偏光に変換されたＢ₁光は、ダイクロイックミラー５０５を透過して、蛍光体の励起により発光されたＹ光と同一の方向に射出される。

【0092】

このように、第２の実施形態の第２の変形例においても、蛍光体ホイール６００において励起に寄与せずに反射されたＢ光を有効に利用することができ、第２の実施形態の第２の変形例に係る光源装置を投射装置に適用した場合に、より高画質な投射画像を得ることができる。

【符号の説明】

【0093】

１，１ａ，１ｂ 光源装置
１００，３００，５００ 光源
１０１，１０５，１０６，５０１ 集光レンズ
１０２，５０２ 分割ミラー
１０３ 第１拡散板
１０４，１０４’ 第１ダイクロイックミラー
１０７ 第２拡散板
１０８，１１１，１１６，１２１，５０４，５０６，５０８ ミラー
１０９，１１４，１１７，１２３，１２６，３０１，３０３，３２０，３２２，５０３，５０７ レンズ
１１０，１１０’ 第２ダイクロイックミラー
１１２，１１３ フライアイレンズ
１１５ 光分離器
１１８，１２４，１２７ 反射型偏光板
１１９，１２５，１２８，３０６ 光変調素子
１２０ 光合成プリズム
１２２ 色成分分離器
１２９ 投射光学系
１５０，５５０ 回折格子素子
１５１，１５２，１５３ 照明光学系
１６０，５６０ λ／４波長板
２００，６００ 蛍光体ホイール
２０１，３０４，６０１ 蛍光体面
３１０ 強度均一化素子
３２１ ライトパイプ
５０５，５０５’ ダイクロイックミラー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】