特許 6464644 光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタ

(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】6464644

(24)【登録日】2019年1月18日

(45)【発行日】2019年2月6日

(54)【発明の名称】光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタ

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20190128BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20190128BHJP

   F21V 9/00 20180101ALI20190128BHJP

   F21V 9/40 20180101ALI20190128BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20190128BHJP

【ＦＩ】

   G03B21/14 A

   F21S2/00 330

   F21V9/00

   F21V9/40 200

   F21Y115:10

【請求項の数】13

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-202066(P2014-202066)

(22)【出願日】2014年9月30日

(65)【公開番号】特開2016-71234(P2016-71234A)

(43)【公開日】2016年5月9日

【審査請求日】2017年5月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100158

【弁理士】

【氏名又は名称】鮫島 睦

(74)【代理人】

【識別番号】100138863

【弁理士】

【氏名又は名称】言上 惠一

(74)【代理人】

【識別番号】100131808

【弁理士】

【氏名又は名称】柳橋 泰雄

(74)【代理人】

【識別番号】100145104

【弁理士】

【氏名又は名称】膝舘 祥治

(72)【発明者】

【氏名】宮田 忠明

(72)【発明者】

【氏名】近藤 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】松尾 英典

(72)【発明者】

【氏名】笹室 岳

【審査官】 村川 雄一

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１６−５２２９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０７２９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００８５１４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１２３９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１４０１８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／０３８４３４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｂ２１／００−２１／１０

Ｇ０３Ｂ２１／１２−２１／１３

Ｇ０３Ｂ２１／１３４−２１／３０

Ｇ０３Ｂ３３／００−３３／１６

Ｈ０４Ｎ５／６６−５／７４

Ｆ２１Ｋ９／００−９／９０

Ｆ２１Ｓ２／００−１９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも第１の波長帯域の光を出射する光源と、前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の光を出射する光源とを含む複数の光源と、
前記複数の光源から出射された光を集光する光学レンズとを有し、
前記光学レンズが、
１つの主軸を中心として半径方向に所定の幅を有する同心円状に形成されたレンズ領域を複数有し、
該複数のレンズ領域が、前記第１の波長帯域の光に対して一定の焦点距離を有する第１のレンズ領域と、前記第２の波長帯域の光に対して前記一定の焦点距離を有する第２のレンズ領域と、を含み、
前記第１のレンズ領域と第２のレンズ領域とは、それぞれ領域内において非球面係数が異なる光源装置。

【請求項2】

前記光学レンズは、
前記第１のレンズ領域は、前記主軸を中心として半径方向に所定の幅を有する同心円状に形成され、前記第１の波長帯域の光に対して所定の焦点距離を有し、
前記第２のレンズ領域は、前記主軸を中心として、前記第１のレンズ領域よりも外周側において半径方向に所定の幅を有する同心円状に形成され、前記第２の波長帯域の光に対して前記第１のレンズ領域の焦点と同じ焦点を有する請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記第１のレンズ領域は円形レンズであり、
前記第２のレンズ領域は、前記円形レンズの周囲に形成された円環状レンズまたは円環状レンズの一部を切り落とした形状のレンズである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記第１のレンズ領域の境界と、前記第２のレンズ領域の境界とが一致する
ことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項5】

前記第１のレンズ領域から第２のレンズ領域へ至るまでの表面が段差を有する
ことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項6】

前記光源は、前記第１の波長帯域の光を出射する第１の光源と、前記第２の波長帯域の光を出射する第２の光源とを有し、
前記第１のレンズ領域を臨む位置に前記第１の波長帯域の光を出射する光源の出射面を配置し、
前記第２のレンズ領域を臨む位置に前記第２の波長帯域の光を出射する光源の出射面を配置した、
ことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか一項に記載された光源装置。

【請求項7】

前記第１および第２の波長帯域の光を出射する光源が、各々対応するコリメートレンズを有し、
前記光源から出射される光は前記主軸に対し略平行な光である、
ことを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項8】

前記第１の波長帯域が５００〜７８０ｎｍの波長帯域、前記第２の波長帯域が３７０〜５００ｎｍの波長帯域であって、
複数の前記第１の波長帯域の光を出射する光源を、前記主軸を中心として同心円状に配置し、
複数の前記第２の波長帯域の光を出射する光源を、前記主軸を中心として、前記第１の波長帯域の光を出射する光源よりも外側に同心円状に配置した
ことを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一項に記載された光源装置。

【請求項9】

前記光学レンズの前記光源とは反対側において、
前記第２の波長帯域の光を前記第１の波長帯域の光を含む波長帯域の光に変換する蛍光体層を有する
ことを特徴とする請求項１から８のうちいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項10】

前記第１の波長帯域が３７０〜５００ｎｍの波長帯域、前記第２の波長帯域が５００〜７８０ｎｍの波長帯域であって、
複数の前記第１の波長帯域の光を出射する光源を、前記主軸を中心として同心円状に配置し、
複数の前記第２の波長帯域の光を出射する光源を、前記主軸を中心として、前記第１の波長帯域の光を出射する光源よりも外側に同心円状に配置した
ことを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一項に記載された光源装置。

【請求項11】

前記光学レンズの前記光源とは反対側において、
前記第１の波長帯域の光を前記第２の波長帯域の光を含む波長帯域の光に変換する蛍光体層を有する
ことを特徴とする請求項１から７、１０のうちいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項12】

同心円状に複数の透過領域が形成された回転ホイールを有し、
前記蛍光体層は、前記複数の透過領域のうちいずれかに形成され、
前記光学レンズは、前記光源から出射された光を、前記回転ホイールに形成された前記複数の透過領域を通過する円周上に集光させる
ことを特徴とする請求項９または１１に記載の光源装置。

【請求項13】

前記請求項１から１２のうちいずれか一項に記載された光源装置と、
画像データに基づいて、前記光源装置から出射された複数の波長帯域の光を順次変調して画像を形成する光変調手段と、
前記画像を拡大して投射する投射手段と、
を備えたプロジェクタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、時分割で複数の波長の光を取り出し、取り出された複数の波長の光を順次変調することで画像を形成して投影する時分割式のプロジェクタが普及している。このような時分割式のプロジェクタに用いる光源装置として、例えば、白色光を出力する光源と、複数のカラーフィルタが貼られた回転ホイールとを備えて、光源から出射された白色光を、一定速度で回転する回転ホイールに入射させて、時分割で複数の波長の光（例えば、青、緑、赤色光）を取り出すものが知られている。

【0003】

また、レーザダイオードを始めとする単波長の光を出力する光源により、カラーフィルタの代わりに蛍光体層を有する回転ホイールを用いて、これにレーザダイオード等の光源から出射された単波長の光を入射させることで、時分割で複数の波長の光を取り出す光源装置も提案されている。さらに上述した光源装置の中には、例えば特許文献１に示すように、赤色光および青色光を出射するレーザ光源と、赤色光および青色光を透過させるとともに青色光を励起光として緑色光の蛍光を発生させる機能を有する発光板と、発光板を回転させるホイールモータと、レーザ光源からの出射光を発光板へ導光するとともに発光板からの出射光を外部へと導光する導光光学系とを有するものがある。

【0004】

上述したレーザ光源は、青色レーザ発光素子および赤色レーザ発光素子を各々１６個ずつ備え、合計３２個のレーザ発光素子を４行８列のマトリクス状に配列している。また、このマトリクス状の配列において、青色レーザ発光素子と赤色レーザ発光素子とは、市松状に、すなわち縦横交互に隣接して配列されている。このようなレーザ光源から出射された赤色光と青色光は、反射ミラーによって集光レンズに向かって反射され、集光された光はさらにダイクロイックミラーおよび集光レンズ群を透過して発光板に照射される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−１２３９６７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に示された光源装置のように、異なる複数の波長帯域光を出射するレーザ光源を用いる場合、集光レンズを透過するときに色収差が生じるため、波長帯域の違いに応じて焦点距離に差が生じ、発光板の面に形成されるスポット径にズレが生じてしまう場合がある。これにより、例えば発光板に形成した蛍光体に所定の波長帯域の光を照射したときに、所期の明るさの蛍光が得られず、プロジェクタによって投影された映像が暗くなってしまう虞があった。また、上述した色収差を補正するために例えばアクロマートレンズを追加した場合、光源装置の重量やコストが増加するという問題が生じてしまう。

【0007】

従って、本発明の目的は、異なる波長帯域の光を出射する複数の光源を用いた場合であっても、重量やコストを増加させることなく、集光レンズの透過時に色収差を生じにくくすることができる光源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するため、本発明に係る光源装置の１つの実施態様では、少なくとも第１の波長帯域の光を出射する光源と、第２の波長帯域の光を出射する光源とを含む複数の光源と、
前記複数の光源から出射された光を集光する光学レンズとを有し、
前記光学レンズが、
１つの主軸を中心として半径方向に所定の幅を有する同心円状に形成されたレンズ領域を複数有し、
該複数のレンズ領域が、前記第１の波長帯域の光に対して一定の焦点距離を有する第１のレンズ領域と、前記第２の波長帯域の光に対して前記一定の焦点距離を有する第２のレンズ領域と、を含む。

【0009】

上述した構成により、複数の光源から出射された第１および第２の波長帯域の光が、光学レンズを透過すると双方の光の焦点が一致するため、色収差を補正するための手段を別途追加することなく、蛍光体層に形成されるスポット径にズレを生じにくくすることができる。

【発明の効果】

【0010】

以上のように、本発明の実施形態の光源装置は、異なる波長帯域の光を出射する複数の光源を用いた場合であっても、重量やコストを増加させることなく、集光レンズの透過時に色収差を生じにくくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の光源装置の１つの実施形態を示す模式図である。

【図2】同光源装置が備える集光レンズの形状を示す外観図である。

【図3】同光源装置の集光レンズに対するレーザダイオードの配置を示す模式図である。

【図4】同光源装置における集光レンズの焦点距離について説明するための説明図である。

【図5】同光源装置が備える回転ホイールの構成を示す模式図である。

【図6】同光源装置における集光レンズの形状に関する他の実施形態を示す模式図である。

【図7】本発明のプロジェクタの１つの実施形態を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施形態の光源装置及びこの光源装置を備えたプロジェクタについて、以下に図面を用いながら詳細に説明する。まず、図１を参照して本発明に係る光源装置の一実施形態について説明する。この図に示すように、本実施形態の光源装置１は、大別すると光源１０、集光レンズ２０、回転ホイール３０、モータ４０、および受光レンズ５０によって構成されている。

【0013】

光源１０は、赤色光（第１の波長帯域の光）を出射するレーザダイオード１１Ｒと、青色光（第２の波長帯域の光）を出射するレーザダイオード１１Ｂとを含む複数の光源からなり、異なる複数の波長帯域の光を出射する。ここで、レーザダイオード１１Ｒが出射する光の波長帯域は、５７５〜７８０ｎｍであり、レーザダイオード１１Ｂが出射する光の波長帯域は、４２０〜５００ｎｍである。光源１０は、レーザダイオード１１Ｒおよび１１Ｂを複数ずつ備えており、集光レンズ２０の主軸ＯＡを中心として、主軸ＯＡに近い側に複数のレーザダイオード１１Ｒを、遠い側に複数のレーザダイオード１１Ｂが配置されている。各種レーザダイオード１１の配置については、図３を参照して後に詳しく説明する。レーザダイオード１１ＲおよびＢから出射された光は、それぞれに対応するコリメートレンズ１２を透過して光学レンズである集光レンズ２０へ出射される。

【0014】

なお、本実施形態では、光源としてレーザダイオードを用いているが、代わりにＬＥＤを用いてもよい。また、各レーザダイオードに対応して設けられたコリメートレンズ１２は、必要に応じて一部または全てを省略してもよい。

【0015】

集光レンズ２０は、光源１０から出射された赤色光および青色光が、後述する蛍光体層３２Ｒ，３２Ｇにおいて所定のスポット径を形成するように、各色の光を集光する。図２に集光レンズ２０の外観形状を示す。この図において（ａ）は集光レンズ２０の断面形状を示す図であり、（ｂ）は集光レンズ２０の正面（光が透過する面）を示す図である。

【0016】

図２（ｂ）に示すように、集光レンズ２０の正面は円形であり、中心から半径Ｒ１の円形領域が第１のレンズ領域ＬＮ１になっており、中心から半径Ｒ１の距離を内周縁とし、半径Ｒ２の距離を外周縁とする円環形状の領域が第２のレンズ領域ＬＮ２になっている。ここで、第１のレンズ領域ＬＮ１は、半径Ｒ１の幅を有する同心円状に形成されたレンズ領域ということもできる。また、第２のレンズ領域ＬＮ２は、第１のレンズ領域よりも外周側において半径方向に所定の幅（Ｒ２−Ｒ１）を有する同心円状に形成されているともいえる。

【0017】

第１および第２のレンズ領域は、一定の波長帯域に対して所定の屈折率を有する同一の材質からなっており、図２（ａ）に示す第１のレンズ領域ＬＮ１における非球面係数ＡＣ１と、第２のレンズ領域ＬＮ２における非球面係数ＡＣ２とは、互いに異なる値になっている。また、各波長帯域の光は、各々対応するレンズ領域を透過した後（つまり集光レンズ２０の光源１０とは反対の側）に、回転ホイール３０に形成された蛍光体層３２Ｒおよび３２Ｇの表面において、形成されるスポットＳＰの直径および形成位置が一致するように設定されている。なお、曲率半径ｒ１は、第１の波長帯域の光が透過したときに、焦点距離がｆ（図４参照）となる値であり、曲率半径ｒ２は、第２の波長帯域の光が透過したときに、焦点距離がｆとなる値である。また、図２（ｂ）の破線で示すように、第１のレンズ領域ＬＮ１の外周縁と、第２のレンズ領域ＬＮ２の内周縁とは一致しており、両者は連続的に接続している。

【0018】

なお、図２に示した集光レンズ２０は、１つのレンズにおいて２つのレンズ領域を設けていたが、例えば、同一の材質からなる円形レンズと、円環形状レンズとを組み合わせてもよい。すなわち、円形レンズが第１のレンズ領域ＬＮ１に対応し、円環形状レンズが第２のレンズ領域ＬＮ２に対応する。そして、円形レンズの直径と、円環形状レンズの内周縁の直径とを同寸法として、円環形状レンズの内周縁に円形レンズを嵌め込む。また、これらレンズは両端をカットされていてもよく、レンズの外形がＩカットやＤカット形状であってもよい。

【0019】

図３に、集光レンズ２０の第１のレンズ領域ＬＮ１および第２のレンズ領域ＬＮ２に入射する光源１０からの出射光を示す。なお、この図ではコリメートレンズ１２の図示を省略している。図３に示すように、本実施形態では、４つのレーザダイオード１１Ｒが、レンズの主軸ＯＡを中心として一点鎖線で示す同心円状に均等間隔で配置され、その外側に、４つのレーザダイオード１１Ｂが、レンズの主軸ＯＡを中心として二点鎖線で示す同心円状に均等間隔で配置されている。赤色光を発光するレーザダイオードよりも青色光を発光するレーザダイオードの方が、青色のほかに蛍光体励起にも光出力を必要とするため、光出力が高く消費電力も大きくなるため、発熱量が多く、レーザダイオード１１Ｂをレーザダイオード１１Ｒよりも外側に配置することで、光源１０の冷却がより効果的に行われるようにしている。また、一般に長波長よりも短波長の方が、材料の屈折率が高いため、レンズの曲率半径も大きくでき、よりレンズ作製が容易となる。

【0020】

また、図３において、４つのレーザダイオード１１Ｂが、レンズの主軸ＯＡを中心として一点鎖線で示す同心円状に均等間隔で配置され、その外側に、４つのレーザダイオード１１Ｒが、レンズの主軸ＯＡを中心として二点鎖線で示す同心円状に均等間隔で配置されていてもよい。この場合、赤色（例えば約６２０ナノメートル）を蛍光する蛍光体層３２Ｒを回転ホイールに備え、赤色光が蛍光体層に所定の角度範囲内で入射したときは透過し、所定の入射角度範囲外で入射したときは反射する性質の誘電体膜を設けた構成にしてもよい。例えば、そのような誘電体膜を、高角度（例えば４５度以上）で入射する光は透過し、低角度（例えば０度〜４５度）で入射する光は反射するような角度異存性を有する誘電体膜とすることで、レーザダイオード１１Ｒから誘電体膜に入射する光を透過させ、蛍光体層３２Ｒから誘電体膜に戻る光の多くを反射させることができ、蛍光体層３２Ｒにより波長変換された光を有効に利用することができる点で好ましい。

【0021】

また、レーザダイオード１１Ｒの各出射面は第１のレンズ領域ＬＮ１を臨む位置に配置され、レーザダイオード１１Ｂの各出射面は第２のレンズ領域ＬＮ２を臨む位置に配置されている。これにより、レーザダイオード１１Ｒおよび１１Ｂから出射された光は、集光レンズ２０の主軸ＯＡと平行に出射され、レーザダイオード１１Ｒの出射光は第１のレンズ領域ＬＮ１へ入射し、レーザダイオード１１Ｂの出射光は第２のレンズ領域ＬＮ２へ入射する。そして、図４に示す様に、第１のレンズ領域ＬＮ１へ入射したレーザダイオード１１Ｒの出射光および第２のレンズ領域ＬＮ２へ入射したレーザダイオード１１Ｂの出射光は、いずれも焦点Ｆを通過する。

【0022】

なお、光源１０が有するレーザダイオード１１Ｒ，１１Ｂの数は、図３に示した４つに限らず適宜変更してもよい。また、同一円周状に配置された各レーザダイオード間の配置間隔は均等にする必要もない。さらに、レーザダイオード１１Ｒおよび１１Ｂの出射光が、各々、第１のレンズ領域ＬＮ１および第２のレンズ領域ＬＮ２に入射し、かつ、双方の出射光の焦点が一致するのであれば、各レーザダイオードは必ずしも同一円周状に配置する必要は無く、また、同一円周は１つに限らず２つ以上を形成してもよい。

【0023】

図１に戻り、回転ホイール３０は、光を透過させる透明な円板状の部材であり、その中心はモータ４０の駆動軸４０ａに固定されている。ここで、回転ホイール３０の素材は、光の透過率が高い素材であれば、ガラス、樹脂、サファイアなどを使用することができる。図５に回転ホイール３０の外観を示す。この図において（ａ）は光源１０と対向する面（以下、「入射面」または「表面」ともいう。）を示し、（ｂ）は、図１に示す矢印Ａの方向から見た回転ホイール３０の面、すなわち受光レンズ５０と対向する面（以下、「出射面」または「裏面」ともいう。）を示している。また、図５（ａ）における破線の円で示すスポットＳＰは、集光レンズ２０によって集光された光源１０からの入射光が当たる領域を示している。さらに、図５（ｂ）における破線の円で示す蛍光領域ＦＬは、光源１０からの入射光よって後述する蛍光体層が発光する領域を示している。

【0024】

図５に示すように、回転ホイール３０には、同心円状に複数の透過領域が形成されており、具体的には円周方向に三等分された３つの透過領域ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３が設けられている。すなわち、透過領域ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３は、各々、回転ホイール３０の中心を頂点とし、１２０゜の角度範囲を有する扇形の領域となっている。なお、図５（ａ）に示す回転ホイール３０の入射面において、半径Ｒの距離から回転ホイール３０の外周縁までの幅Ｗ１を有する円環形状の領域を透過領域とし、これを複数の領域に分割してもよい。そして、図５（ａ）に示すように、入射側には誘電体膜が形成されている。すなわち、透過領域ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３には、各々、第２の波長帯域の光を透過し、その他の波長帯域（第１の波長帯域を含む）の光を反射する誘電体膜３１が形成されている。ただし、透過領域ＴＲ３については、誘電体膜３１を形成せず、全波長帯域の光を透過させてもよい。

【0025】

また、図５（ｂ）に示すように、回転ホイール３０の出射面には回転ホイール３０の外周縁に沿って幅Ｗ２（誘電体膜の幅Ｗ１よりも狭いことが望ましい。）を有する蛍光体層が形成されている。ここで、透過領域ＴＲ１には、レーザダイオード１１Ｂから出射された第２の波長帯域の光を、レーザダイオード１１Ｒから出射された光の波長帯域を含む第１の波長帯域の光に変換する蛍光体層３２Ｒが形成されている。また、透過領域ＴＲ２には、レーザダイオード１１Ｂから出射された第２の波長帯域の光を、緑色（約５００〜５６０ナノメートルの波長帯域）の光に変換する蛍光体層３２Ｇが形成されている。これに対して、透過領域ＴＲ３には蛍光体層が形成されていない。

【0026】

なお、蛍光体層３２Ｒの具体的な材料の一例としては、(Sr,Ca)AlSiN₃:Eu、CaAlSiN₃:Eu、SrAlSiN₃:Eu、K₂SiF₆:Mnを挙げることができる。また、蛍光体層３２Ｇの具体的な材料の一例としては、β-SiAlON:Eu、Lu₃Al₅O₁₂等の酸化物系蛍光体を挙げることができる。

【0027】

上述した構成の回転ホイール３０に対して光源１０の出射光が透過領域ＴＲ１へ入射した場合は、レーザダイオード１１Ｒの出射光は誘電体膜３１で反射するが、レーザダイオード１１Ｂの出射光は誘電体膜３１を透過して、蛍光体層３２Ｒへ入射する。これにより、蛍光体層３２Ｒは赤色の蛍光を発生する。また、光源１０の出射光が透過領域ＴＲ２へ入射した場合は、レーザダイオード１１Ｒの出射光は誘電体膜３１で反射し、レーザダイオード１１Ｂの出射光は誘電体膜３１を透過して、蛍光体層３２Ｇへ入射する。これにより、蛍光体層３２Ｇは緑色の蛍光を発生する。さらに、光源１０の出射光が透過領域ＴＲ３へ入射した場合は、レーザダイオード１１Ｒの出射光は誘電体膜３１で反射し、レーザダイオード１１Ｂの出射光は誘電体膜３１を透過して、そのまま回転ホイール３０から出射される。これにより、回転ホイール３０の回転に応じて赤色（蛍光）、緑色（蛍光）および青色（レーザダイオード１１Ｂの出射光）の光が順次出射される。

【0028】

なお、蛍光体層３２Ｒおよび３２Ｇによって発生した蛍光は、回転ホイール３０の入射面側（光源１０側）にも出射されるが、これらの蛍光は、各々対応する誘電体膜３１によって反射されて回転ホイール３０の出射面側へ出射される。これにより、蛍光体層で発生した蛍光を、光源装置１の出射光として効率良く利用することができる。

【0029】

また、回転ホイール３０の入射面側において、透過領域ＴＲ１に形成した誘電体膜３１の代わりにＡＲコートを施せば、透過領域ＴＲ１へ入射したレーザダイオード１１Ｒの光は、蛍光体層３２Ｒを散乱・反射しつつ透過して回転ホイール３０の出射面側へ出射させることもできる。

【0030】

また、光源１０からの光が透過領域ＴＲ３に入射している途中で、レーザダイオード１１Ｂを消灯し、レーザダイオード１１Ｒを発光させて、透過領域ＴＲ３から赤色光を出射させてもよい。この場合、回転ホイール３０の入射面側において、透過領域ＴＲ３に形成された誘電体膜３１の一部を、赤色光の波長帯域を透過させることができる誘電体膜か、またはＡＲコートに置き換える。

【0031】

さらに、透過領域ＴＲ３の出射面側に、光を拡散させる拡散面を形成し、レーザダイオード１１Ｂから出射された青色光に、回転ホイール３０の回転中に上述した散乱面を透過させて、青色光を動的に拡散させることによってスペックルノイズを低減させてもよい。

【0032】

図１に戻り、モータ４０は、ブラシレス直流モータであり、駆動軸４０ａと集光レンズ２０の主軸ＯＡとが平行になるように配置されている。また、駆動軸４０ａに対して回転ホイール３０の面が垂直となるように固定され、再生する動画のフレームレート（１秒当たりのフレーム数。単位は［ｆｐｓ］）に基づく回転速度で、図５の矢印Ｂに示す方向に回転させる。例えば、６０［ｆｐｓ］の動画を再生可能とする場合、回転ホイール３０の回転速度は毎秒６０回転の整数倍に定めるとよい。受光レンズ５０は、コリメートレンズであり、蛍光体層３２Ｒおよび３２Ｇで発生した蛍光を集光して、光源装置１の出射光として出射する。

【0033】

上述した構成の光源装置１においては、光源１０から出射されたレーザダイオード１１Ｂおよび１１Ｒの光は集光レンズ２０によって集光され、回転ホイール３０に照射される。このとき、レーザダイオード１１Ｒの赤色光およびレーザダイオード１１Ｂの青色光は、集光レンズ２０の主軸ＯＡ上の同じ位置に焦点が形成される。回転ホイール３０はモータ４０によって図５の矢印Ｂの方向に回転しており、集光レンズ２０によって集光されたスポットＳＰが、透過領域ＴＲ１上に位置しているときは、レーザダイオード１１Ｒの赤色光は誘電体膜３１で反射するが、レーザダイオード１１Ｂの青色光は誘電体膜３１を透過して蛍光体層３２Ｒに入射する。これにより、青色光によって蛍光体層３２Ｒが励起されて赤色の蛍光が発生し、受光レンズ５０へ出射される。

【0034】

なお、レーザダイオード１１Ｒの赤色光を蛍光体層３２Ｒへ入射させる構成にした場合は、入射した赤色光が蛍光体層３２Ｒを散乱・反射しながら透過して、蛍光体層３２Ｒで生じた赤色の蛍光と共に受光レンズ５０へ出射される。この場合、発光効率が低いため出力が不足するが、レーザダイオード１１Ｒから出射される赤色光によって補強することができる。さらに、レーザダイオード１１Ｒから出射した光をレンズ２０にて集光するが、集光サイズ（スポットの大きさ）をレーザダイオード１１Ｂと同じ程度とすることで、受光レンズでの光結合効率を高めることができる。この場合、レーザダイオード１１Ｒの赤色光が蛍光体層３２Ｒによって散乱し、回転ホイール３０から出射されるときには蛍光体に近い出射角度となるため、集光サイズは小さいほうが好ましい。

【0035】

次に、スポットＳＰが透過領域ＴＲ２上に位置しているときは、誘電体膜３１によってレーザダイオード１１Ｂの青色光は透過することができるが、レーザダイオード１１Ｒの赤色光は反射される。これにより、蛍光体層３２Ｇにはレーザダイオード１１Ｂの青色光だけが入射して緑色光が発生し、受光レンズ５０へ出射される。このとき、蛍光体層３２Ｇで発生した緑色光の一部は光源１０側にも出射されるが、誘電体膜３１で反射して受光レンズ５０側へ出射される。これにより、蛍光体層３２Ｇで発生した緑色光を、光源装置の出射光として効率良く利用することができる。

【0036】

さらに、スポットＳＰが透過領域ＴＲ３上に位置しているときは、誘電体膜３１によってレーザダイオード１１Ｒの赤色光が反射されて回転ホイール３０を透過せず、レーザダイオード１１Ｂの青色光のみが回転ホイール３０を透過する。そして、回転ホイール３０を透過した青色光は、波長帯域を維持したまま受光レンズ５０側へ出射される。なお、回転ホイール３０の回転中において、スポットＳＰが透過領域ＴＲ２およびＴＲ３上に位置しているときに、レーザダイオード１１Ｒの発光を停止（消灯）するように制御してもよい。

【0037】

以上のように、光源装置１は、回転ホイール３０の回転に応じて赤色、緑色、青色の光を順番に、かつ繰り返し出射する。ここで、本実施形態では、複数の光源の波長帯域として青色光と赤色光を採用したが、各々の波長帯域の光に対して同じ焦点距離となる集光レンズを用いれば、これ以外の波長帯域の光を採用してもよい。また、複数の波長帯域の光のうち、一の波長帯域の光によって励起される蛍光体層に加え、他の波長帯域の光によって励起される更なる蛍光体層を回転ホイールに形成してもよい。

【0038】

（レンズの形状に関する他の実施形態）
上述した集光レンズ２０の形状は、図２（ａ）に示したように、集光レンズ２０の断面において、第１のレンズ領域ＬＮ１と第２のレンズ領域ＬＮ２との境界が連続していた。すなわち、第１のレンズ領域ＬＮ１の境界と、第２のレンズ領域ＬＮ２の境界とが、段差無く直接的につながっていた。これに対して図６に示す形状の集光レンズ２１は、第１のレンズ領域ＬＮ１の境界と、第２のレンズ領域ＬＮ２の境界とに段差ＤＬを設けて、第１のレンズ領域ＬＮ１の厚み（主軸ＯＡ方向の長さ）を減らしている（図６（ａ）参照）。なお、図６において、図２に示した各部と同じものについては同一の符号を付し、その詳しい説明を省略する。

【0039】

図６に示す集光レンズ２１のように、光源装置１に用いる集光レンズを、フレネルレンズのような形状にして、集光レンズの厚みを減らすことにより、光源装置１を小型・軽量化することができる。ただし、各レーザダイオードが入射する面については一様な形状を有していることが好ましい。レーザダイオード間の形状についてはこの限りではない。なお、図２および図６に示すように、曲率半径ｒ１とｒ２との関係は、ｒ１＜ｒ２となる。

【0040】

（光源装置１の応用例）
次に図７を参照して、図１に示した光源装置１を、いわゆる１チップ方式のＤＬＰプロジェクタにおける光源装置として用いた場合の概略構成について説明する。なお、図７において、図１に示した各部と同じものについては同一の符号を付し、その詳しい説明を省略する。

【0041】

図７に示すプロジェクタ１００において、光源装置１から出射された光は、光変調手段であるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子１１０で反射され、投射手段であるレンズ１２０によって集光されて、スクリーンＳに投影される。ＤＭＤ素子１１０は、スクリーンＳに投影された画像の各画素に相当する微細なミラーをマトリックス状に配列したものであり、各ミラーの角度を変化させてスクリーンＳへ出射する光を、マイクロ秒単位でオン／オフすることができる。ここで、ミラーの角度を、光源装置１から出射された光がレンズ１２０へ反射するようにした場合がオンの状態であり、レンズ１２０へ反射しないようにした場合がオフの状態である。

【0042】

また、各ミラーをオンにしている時間とオフにしている時間の比率によって、レンズ１２０へ入射する光の階調を変化させることにより、投影する画像の画像データに基づいた階調表示が可能になる。これにより、光源装置１から順次出射される赤色光、緑色光、青色光の各々に対して、個々のミラーで階調制御を行うことにより、スクリーンＳにカラー画像（動画も含む）を投影することができる。レンズ１２０は、主に投射レンズから構成され、ＤＭＤ素子１１０によって形成された画像を、所定の大きさに拡大してスクリーンＳに投射する。

【0043】

なお、本実施形態では、光変調手段としてＤＭＤ素子を用いているが、これに限られるものではなく、用途に応じて、その他任意の光変調素子を用いることができる。また、本発明に係る光源装置およびこの光源装置を用いたプロジェクタは、上述した実施形態に限られるものではなく、その他の様々な実施形態が本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0044】

１ 光源装置
１０ 光源
１１Ｂ，１１Ｒ レーザダイオード
１２ コリメートレンズ
２０，２１ 集光レンズ（光学レンズ）
３０ 回転ホイール
３１ 誘電体膜
３２Ｒ，３２Ｇ 蛍光体層
４０ モータ
４０ａ 駆動軸
５０ 受光レンズ
１００ プロジェクタ
１１０ ＤＭＤ素子（光変調手段）
１２０ レンズ（投射手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】