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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023038813
(43)【公開日】2023-03-17
(54)【発明の名称】光源装置、投射型表示装置
(51)【国際特許分類】
G03B 21/14 20060101AFI20230310BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20230310BHJP
H04N 5/74 20060101ALI20230310BHJP
H04N 9/31 20060101ALI20230310BHJP
【ＦＩ】
G03B21/14 A
G03B21/00 D
H04N5/74 Z
H04N9/31 500
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021145721
(22)【出願日】2021-09-07
(71)【出願人】
【識別番号】516257981
【氏名又は名称】株式会社ライトショー・テクノロジー
(74)【代理人】
【識別番号】110003133
【氏名又は名称】弁理士法人近島国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山影 明広
(72)【発明者】
【氏名】梅 雨非
【テーマコード（参考）】
2K203
5C058
5C060
【Ｆターム（参考）】
2K203FA06
2K203FA07
2K203FA25
2K203FA32
2K203FA45
2K203GA22
2K203GA32
2K203GA33
2K203GA35
2K203HA14
2K203HA25
2K203HA30
2K203HA92
2K203HA93
2K203HB22
2K203MA05
2K203MA06
2K203MA32
2K203MA35
5C058BA35
5C058EA02
5C058EA26
5C058EA51
5C060HD00
5C060JA13
5C060JA14
5C060JB06
(57)【要約】
【課題】半導体レーザが発する青色光を励起光として蛍光体に照射して得られる蛍光と、半導体レーザが発する青色光の一部とを出力する光源装置においては、過度に装置が大型化しないことが求められていた。
【解決手段】所定の波長域の光を出力するレーザ光源と、所定の波長域の光を反射し、蛍光を透過させる特性を備えレーザ光源の光軸上に配置された第１ダイクロイックミラーと、第１集光光学系と、蛍光を発する蛍光領域と反射領域とを備えた蛍光ホイールと、所定の波長域の光を透過させ蛍光を反射する特性を備えた第２ダイクロイックミラーと、所定の波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた所定の波長域の光の光軸が、第２ダイクロイックミラーにより反射された蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、第２集光光学系と、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備える光源装置である。
【選択図】図１
【解決手段】所定の波長域の光を出力するレーザ光源と、所定の波長域の光を反射し、蛍光を透過させる特性を備えレーザ光源の光軸上に配置された第１ダイクロイックミラーと、第１集光光学系と、蛍光を発する蛍光領域と反射領域とを備えた蛍光ホイールと、所定の波長域の光を透過させ蛍光を反射する特性を備えた第２ダイクロイックミラーと、所定の波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた所定の波長域の光の光軸が、第２ダイクロイックミラーにより反射された蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、第２集光光学系と、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備える光源装置である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定の波長域の光を出力するレーザ光源と、
前記所定の波長域の光を反射し、蛍光を透過させる特性を備え、前記レーザ光源の光軸上に配置された第１ダイクロイックミラーと、
第１集光光学系と、
前記所定の波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記所定の波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、
前記所定の波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射する特性を備えた第２ダイクロイックミラーと、
前記所定の波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記所定の波長域の光の光軸が、前記第２ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、
第２集光光学系と、
前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、
前記第１ダイクロイックミラーは、前記レーザ光源が発した前記所定の波長域の光を前記第１集光光学系の一部分に向けて反射させるように配置され、
前記第１ダイクロイックミラーにより反射された前記所定の波長域の光は、前記第１集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分により集光され、前記第１ダイクロイックミラーを透過して前記第２ダイクロイックミラーに入射し、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーに入射し、
前記反射領域で反射された前記所定の波長域の光は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光されて前記第２ダイクロイックミラーに入射し、
前記第２ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の一部および前記蛍光の他の一部は、所定方向に反射され、
前記第２ダイクロイックミラーに入射した前記所定の波長域の光は、透過して前記反射素子に入射し、前記反射素子により前記所定方向に反射されて前記第２ダイクロイックミラーに入射してこれを再度透過し、
前記第２ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第２ダイクロイックミラーを再度透過した前記所定の波長域の光は、前記第２集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、
前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記所定の波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、
ことを特徴とする光源装置。
前記所定の波長域の光を反射し、蛍光を透過させる特性を備え、前記レーザ光源の光軸上に配置された第１ダイクロイックミラーと、
第１集光光学系と、
前記所定の波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記所定の波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、
前記所定の波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射する特性を備えた第２ダイクロイックミラーと、
前記所定の波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記所定の波長域の光の光軸が、前記第２ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、
第２集光光学系と、
前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、
前記第１ダイクロイックミラーは、前記レーザ光源が発した前記所定の波長域の光を前記第１集光光学系の一部分に向けて反射させるように配置され、
前記第１ダイクロイックミラーにより反射された前記所定の波長域の光は、前記第１集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分により集光され、前記第１ダイクロイックミラーを透過して前記第２ダイクロイックミラーに入射し、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーに入射し、
前記反射領域で反射された前記所定の波長域の光は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光されて前記第２ダイクロイックミラーに入射し、
前記第２ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の一部および前記蛍光の他の一部は、所定方向に反射され、
前記第２ダイクロイックミラーに入射した前記所定の波長域の光は、透過して前記反射素子に入射し、前記反射素子により前記所定方向に反射されて前記第２ダイクロイックミラーに入射してこれを再度透過し、
前記第２ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第２ダイクロイックミラーを再度透過した前記所定の波長域の光は、前記第２集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、
前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記所定の波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項2】
請求項１に記載の光源装置において、
前記第１ダイクロイックミラーは、前記第１集光光学系の光軸と平行な側面を有する、
ことを特徴とする光源装置。
前記第１ダイクロイックミラーは、前記第１集光光学系の光軸と平行な側面を有する、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項3】
請求項１または２に記載の光源装置において、
前記反射素子は、拡散機能を有する反射面を備える、
ことを特徴とする光源装置。
前記反射素子は、拡散機能を有する反射面を備える、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項4】
第１波長域の光を出力する第１レーザ光源と、
第２波長域の光を出力する第２レーザ光源と、
前記第１波長域の光を透過させ、前記第２波長域の光を反射する特性を有し、一方の光学面が前記第１レーザ光源の光軸上に配置され、他方の光学面が前記第２レーザ光源の光軸上に配置された第１ダイクロイックミラーと、
前記第１波長域の光および蛍光を透過させ、前記第２波長域の光を反射する特性を有し、前記第１レーザ光源の光軸上に前記第１ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第２ダイクロイックミラーと、
前記第１波長域の光を反射し、前記蛍光を透過させる特性を有し、前記第１レーザ光源の光軸上に前記第２ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第３ダイクロイックミラーと、
第１集光光学系と、
前記第１波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記第１波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、
前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射させる特性を備えた第４ダイクロイックミラーと、
前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記第１波長域の光の光軸および反射させた前記第２波長域の光の光軸が、前記第４ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、
第２集光光学系と、
前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、
前記第１ダイクロイックミラーは、前記第１レーザ光源が発する前記第１波長域の光を前記第２ダイクロイックミラーに向けて透過させ、前記第２レーザ光源が発する前記第２波長域の光を前記第２ダイクロイックミラーに向けて反射させるように配置されており、
前記第１レーザ光源が発する前記第１波長域の光は、前記第１ダイクロイックミラーおよび前記第２ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記第３ダイクロイックミラーにより前記第１集光光学系の一部分に向けて反射され、前記第１集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分により集光され、前記第３ダイクロイックミラーを透過して前記第４ダイクロイックミラーに入射し、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーを透過して前記第４ダイクロイックミラーに入射し、
前記第４ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の前記一部および前記他の一部は、前記第４ダイクロイックミラーにより所定方向に反射され、
前記反射領域で反射された前記第１波長域の光は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーおよび前記第４ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを再度透過し、
前記第２レーザ光源が発する前記第２波長域の光は、前記第１ダイクロイックミラーおよび前記第２ダイクロイックミラーにて順に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを再度透過し、
前記第４ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第４ダイクロイックミラーを再度透過した前記第１波長域の光および前記第２波長域の光は、前記第２集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、
前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、
ことを特徴とする光源装置。
第２波長域の光を出力する第２レーザ光源と、
前記第１波長域の光を透過させ、前記第２波長域の光を反射する特性を有し、一方の光学面が前記第１レーザ光源の光軸上に配置され、他方の光学面が前記第２レーザ光源の光軸上に配置された第１ダイクロイックミラーと、
前記第１波長域の光および蛍光を透過させ、前記第２波長域の光を反射する特性を有し、前記第１レーザ光源の光軸上に前記第１ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第２ダイクロイックミラーと、
前記第１波長域の光を反射し、前記蛍光を透過させる特性を有し、前記第１レーザ光源の光軸上に前記第２ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第３ダイクロイックミラーと、
第１集光光学系と、
前記第１波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記第１波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、
前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射させる特性を備えた第４ダイクロイックミラーと、
前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記第１波長域の光の光軸および反射させた前記第２波長域の光の光軸が、前記第４ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、
第２集光光学系と、
前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、
前記第１ダイクロイックミラーは、前記第１レーザ光源が発する前記第１波長域の光を前記第２ダイクロイックミラーに向けて透過させ、前記第２レーザ光源が発する前記第２波長域の光を前記第２ダイクロイックミラーに向けて反射させるように配置されており、
前記第１レーザ光源が発する前記第１波長域の光は、前記第１ダイクロイックミラーおよび前記第２ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記第３ダイクロイックミラーにより前記第１集光光学系の一部分に向けて反射され、前記第１集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分により集光され、前記第３ダイクロイックミラーを透過して前記第４ダイクロイックミラーに入射し、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーを透過して前記第４ダイクロイックミラーに入射し、
前記第４ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の前記一部および前記他の一部は、前記第４ダイクロイックミラーにより所定方向に反射され、
前記反射領域で反射された前記第１波長域の光は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーおよび前記第４ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを再度透過し、
前記第２レーザ光源が発する前記第２波長域の光は、前記第１ダイクロイックミラーおよび前記第２ダイクロイックミラーにて順に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを再度透過し、
前記第４ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第４ダイクロイックミラーを再度透過した前記第１波長域の光および前記第２波長域の光は、前記第２集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、
前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項5】
第１波長域の光および第２波長域の光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源の出力光の光束径を縮小するコリメート光学系と、
前記第１波長域の光および蛍光を透過させ、前記第２波長域の光を反射する特性を有し、前記レーザ光源の光軸上に前記コリメート光学系よりも前方に配置された第２ダイクロイックミラーと、
前記第１波長域の光を反射し、前記蛍光を透過させる特性を有し、前記レーザ光源の光軸上に前記第２ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第３ダイクロイックミラーと、
第１集光光学系と、
前記第１波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記第１波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、
前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射させる特性を備えた第４ダイクロイックミラーと、
前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記第１波長域の光の光軸および反射させた前記第２波長域の光の光軸が、前記第４ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、
第２集光光学系と、
前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、
前記第２ダイクロイックミラーは、前記レーザ光源が発する前記第２波長域の光を前記第４ダイクロイックミラーに向けて反射させるように配置されており、
前記レーザ光源が発する前記第１波長域の光は、前記第２ダイクロイックミラーを透過した後、前記第３ダイクロイックミラーにより前記第１集光光学系の一部分に向けて反射され、前記第１集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分により集光され、前記第３ダイクロイックミラーを透過して前記第４ダイクロイックミラーに入射し、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーを透過して前記第４ダイクロイックミラーに入射し、
前記第４ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の前記一部および前記蛍光の前記他の一部は、前記第４ダイクロイックミラーにより所定方向に反射され、
前記反射領域で反射された前記第１波長域の光は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーおよび前記第４ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを再度透過し、
前記レーザ光源が発する前記第２波長域の光は、前記第２ダイクロイックミラーにて反射され、前記第４ダイクロイックミラーを透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを再度透過し、
前記第４ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第４ダイクロイックミラーを再度透過した前記第１波長域の光および前記第２波長域の光は、前記第２集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、
前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、
ことを特徴とする光源装置。
前記レーザ光源の出力光の光束径を縮小するコリメート光学系と、
前記第１波長域の光および蛍光を透過させ、前記第２波長域の光を反射する特性を有し、前記レーザ光源の光軸上に前記コリメート光学系よりも前方に配置された第２ダイクロイックミラーと、
前記第１波長域の光を反射し、前記蛍光を透過させる特性を有し、前記レーザ光源の光軸上に前記第２ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第３ダイクロイックミラーと、
第１集光光学系と、
前記第１波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記第１波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、
前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射させる特性を備えた第４ダイクロイックミラーと、
前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記第１波長域の光の光軸および反射させた前記第２波長域の光の光軸が、前記第４ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、
第２集光光学系と、
前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、
前記第２ダイクロイックミラーは、前記レーザ光源が発する前記第２波長域の光を前記第４ダイクロイックミラーに向けて反射させるように配置されており、
前記レーザ光源が発する前記第１波長域の光は、前記第２ダイクロイックミラーを透過した後、前記第３ダイクロイックミラーにより前記第１集光光学系の一部分に向けて反射され、前記第１集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分により集光され、前記第３ダイクロイックミラーを透過して前記第４ダイクロイックミラーに入射し、
前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーを透過して前記第４ダイクロイックミラーに入射し、
前記第４ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の前記一部および前記蛍光の前記他の一部は、前記第４ダイクロイックミラーにより所定方向に反射され、
前記反射領域で反射された前記第１波長域の光は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーおよび前記第４ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを再度透過し、
前記レーザ光源が発する前記第２波長域の光は、前記第２ダイクロイックミラーにて反射され、前記第４ダイクロイックミラーを透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを再度透過し、
前記第４ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第４ダイクロイックミラーを再度透過した前記第１波長域の光および前記第２波長域の光は、前記第２集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、
前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項6】
請求項４または５に記載の光源装置において、
前記第２ダイクロイックミラー、および／または前記第３ダイクロイックミラーは、前記第１集光光学系の光軸と平行な側面を有する、
ことを特徴とする光源装置。
前記第２ダイクロイックミラー、および／または前記第３ダイクロイックミラーは、前記第１集光光学系の光軸と平行な側面を有する、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項7】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載の光源装置において、
前記反射素子は、拡散機能を有する反射面を備える、
ことを特徴とする光源装置。
前記反射素子は、拡散機能を有する反射面を備える、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項8】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載した光源装置と、
光変調素子と、投射レンズと、を備える、
ことを特徴とする投射型表示装置。
光変調素子と、投射レンズと、を備える、
ことを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源装置、および光源装置を備えた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、投射型表示装置用の光源として、半導体レーザ（レーザダイオード、あるいはＬＤ）が発する青色光（Ｂ光）を励起光として蛍光体に照射し、蛍光体から得られる黄色光（Ｙ光）、赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）等を、半導体レーザが発する青色光（Ｂ光）の一部とともに出力する光源装置が知られている。
【0003】
特許文献１には、ホイールの周部分に沿って緑色発光の蛍光体、赤色発光の蛍光体、および透過窓を設けておき、ホイールを回転させながら周部分に青色光を照射する光源装置が開示されている。この光源装置は、ホイールの蛍光体で発光する緑色および赤色の蛍光と、ホイールの透過窓を透過した青色光を、同一の方向に射出させる光学系を採用している。具体的には、透過窓を透過した青色光を２枚の反射ミラーを用いてダイクロイックミラーに導き、ダイクロイックミラーにて青色光の光路と蛍光の光路を合流させている。この光源装置では、青色光と蛍光を異なる光路でダイクロイックミラーに導くため、大きな光路空間を確保する必要があり、装置の小型化が困難であった。更には、反射ミラー等の光学部品点数が増加してしまうという問題があった。
【0004】
特許文献２には、ホイールの周部分に沿って緑発光の蛍光体、赤発光の蛍光体、および鏡面部を設けておき、ホイールを回転させながら青色レーザ光源（ＬＤアレイ）から青色光をホイールの周部分に照射する光源装置が開示されている。この光源装置では、青色レーザ光源（ＬＤアレイ）とホイールとの間に、青色の波長帯域に偏光特性を有するダイクロイックミラーと１／４波長板を配置している。この装置では、レーザ光源の持つ偏光特性を利用して、鏡面部で反射した青色光の光路と蛍光の光路が同一になるように構成されている。このため、特許文献１に開示された光源装置と比較すれば、小型化が可能である。
【0005】
特許文献３には、励起光を兼ねる青色光がレーザ光源から集光素子に向かう光軸と、集光レンズの光軸とが非共軸となる構成を採用した光源装置が開示されている。この光源装置では、励起光を兼ねる青色光は、ミラーで反射された後、集光レンズの下半分を透過してホイールを照射する。ホイールの反射面で反射した青色光は、集光レンズの上半分を透過して導光装置に導かれる。特許文献２のような１／４波長板を用いなくとも、特許文献１の光源装置よりも装置を小型化することができる。
【0006】
特許文献４には、特許文献３と同様に、励起光を兼ねる青色光がレーザ光源から集光素子に向かう光軸と、集光素子の光軸とが非共軸となる構成を採用した光源装置が開示されている。この光源装置では、反射特性の異なる２つの領域を備えた分色素子を、レーザ光源と蛍光ホイールの間に配置している。青色光と蛍光とを時分割で出力する構成の光学系であるが、励起光を兼ねる青色光の光路と蛍光の光路がほぼ同じような経路となるため、特許文献１に開示された光源装置と比べれば、小型化が可能である。
【0007】
特許文献５には、特許文献３と同様に、励起光を兼ねる青色光がレーザ光源から集光レンズに向かう光軸と、集光レンズの光軸とが非共軸となる構成を採用した光源装置が開示されている。この光源装置では、ミラー２０ａを透過してからホイールの反射面で反射した青色光は、ミラー２０ａを再度透過した後、３つのミラーで反射されて光路が２７０度変更され、青色光の光軸が蛍光の光軸と一致するように重ね合わされる。特許文献２のような１／４波長板を用いないですむ構成ではあるが、３つのミラーを用いて青色光の光路を２７０度変更させる空間を必要とするため、特許文献３や特許文献４に記載された装置に比べれば小型化できる効果は小さい。
【0008】
特許文献６には、特許文献３と同様に、励起光を兼ねる青色光がレーザ光源から集光レンズに向かう光軸と、集光レンズの光軸とが非共軸となる構成を採用した光源装置が開示されている。この光源装置では、蛍光は２つのミラーで反射されて光路が１８０度変更され、蛍光の光軸と青色光の光軸とが一致するように重ね合わされる。特許文献２のような１／４波長板を用いないですむ構成ではあるが、２つのミラーを用いて蛍光の光路を１８０度変更させる空間を必要とするため、特許文献４に記載された装置に比べれば小型化できる効果は小さい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開２０１０－２５６４５７号公報
【特許文献2】特開２０１２－１０８４８６号公報
【特許文献3】特開２０１４－７５２２１号公報
【特許文献4】特開２０１９－６１２３７号公報
【特許文献5】国際公開第２０１９／１０９４４９号
【特許文献6】米国特許出願公開第２０１５／０２６７８８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
前述したように、特許文献２に記載された光源装置は、特許文献１に記載された光源装置に比べて小型化が可能であるが、プロジェクタの照明光源として用いた場合に、投射画像のホワイトバランスの劣化が生じる可能性があった。レーザ光源から出射したＰ偏光の青色光は、ダイクロイックミラーを通過した後、蛍光ホイールで反射されてダイクロイックミラーに戻ってくるまでの過程において、Ｐ偏光からＳ偏光へと偏光変換されるが、この偏光変換が精度よく実施されない場合には、ダイクロイックミラーから反射光として取り出せない偏光成分が存在することになり、青色光の光損失が発生し、投射画像のホワイトバランスが劣化してしまう。
【0011】
また、蛍光ホイールの手前に配置される集光レンズにおいて偏光の乱れが生じて円偏光から楕円偏光に遷移してしまう成分があると、ダイクロイックミラーにおいてＳ偏光光として反射する光量が減ってホワイトバランスの低下を招いてしまう。楕円偏光の発生を抑制するため、集光レンズに石英ガラスなどの熱膨張係数の小さい材料を使用する方法があるが、こうした材料は高価格なので、コスト面で不利になる。また、熱膨張係数の小さい光学材料の種類は限定されるので、光学材料選択の幅が狭くなり、光学設計上の自由度が小さくなるという問題もある。
【0012】
この点、特許文献３～特許文献６に記載された光源装置では、青色光の取り出しに関しては、光源の偏光特性を利用していないので、特許文献２に記載の光源装置において発生し得る問題は起きないが、別の問題が発生し得る。
【0013】
特許文献３に記載された光源装置は、構成が簡素で小型化されてはいるが、出力光の光路断面における分布をみると、蛍光は集光レンズの光軸に対して対称性よく分布するのに対して、表示に用いる青色光は集光レンズの片側半分のみに分布する。このため、導光装置（ライトトンネル）に入射した後の両者の指向性が異なったものとなり、光変調パネルを照明する際に、画面内で色むらを発生させてしまう。また、集光レンズの光軸近傍に位置するダイクロイックミラーの端部で、出力光の一部が失われたり光路が乱されたりする問題も生じ得る。
【0014】
特許文献４に記載された光源装置では、蛍光ホイールにて反射した青色光を、分色素子により２つの光束に分離させた上で、集光素子に入射させる構成になっている。しかし、青色光の２つの光束は蛍光と同軸ではないため、両者の強度分布を同等にすることは難しく、色むらが発生する要因となっていた。
また、分色素子は、生産性やコストの面で簡単に製造することが困難であった。例えば、分色部と分光（光分割）部を隣接して貼り合わせるようにして分色素子を製作する場合には、極めて高精度に貼り合わせないと光損失を招くが、通常の張り合わせ技術でこの精度を達成するのは現実的には困難であった。また、貼り合わせでなく、一体型で形成する場合には、透過および反射特性の異なる分色部と分光部の２つの領域を低コストで製作するのが現実的には困難であった。
また、分色素子は、生産性やコストの面で簡単に製造することが困難であった。例えば、分色部と分光（光分割）部を隣接して貼り合わせるようにして分色素子を製作する場合には、極めて高精度に貼り合わせないと光損失を招くが、通常の張り合わせ技術でこの精度を達成するのは現実的には困難であった。また、貼り合わせでなく、一体型で形成する場合には、透過および反射特性の異なる分色部と分光部の２つの領域を低コストで製作するのが現実的には困難であった。
【0015】
特許文献５に記載された光源装置では、ホイールの反射面で反射した青色光は３つのミラーで反射されて光路が２７０度変更され、青色光の光軸が蛍光の光軸と一致するように重ね合わされるため、色むらの発生は抑制されるが、３つのミラーを用いた光路空間が必要なため、装置の小型化は十分ではない。
【0016】
特許文献６に記載された光源装置では、蛍光は２つのミラーで反射されて光路が１８０度変更され、蛍光の光軸と青色光の光軸とが一致するように重ね合わされるため、色むらの発生は抑制されるが、２つのミラーを用いた光路空間が必要なため、装置の小型化は十分ではない。
【0017】
そこで、半導体レーザが発する青色光を励起光として蛍光体に照射して得られる蛍光と、半導体レーザが発する青色光のうち励起光として用いない一部と、を照明光として出力する光源装置においては、過度に装置が大型化することがない光源装置が求められていた。それとともに、石英ガラス製等の高価な集光レンズを用いなくとも、色バランスの面内均一性に優れ、光利用効率が高い光源装置が求められていた。また、係る光源装置を備え、ホワイトバランスが良好な高輝度の投射画像が得られるプロジェクタ装置が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本発明の第一の態様は、所定の波長域の光を出力するレーザ光源と、前記所定の波長域の光を反射し、蛍光を透過させる特性を備え、前記レーザ光源の光軸上に配置された第１ダイクロイックミラーと、第１集光光学系と、前記所定の波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記所定の波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、前記所定の波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射する特性を備えた第２ダイクロイックミラーと、前記所定の波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記所定の波長域の光の光軸が、前記第２ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、第２集光光学系と、前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、前記第１ダイクロイックミラーは、前記レーザ光源が発した前記所定の波長域の光を前記第１集光光学系の一部分に向けて反射させるように配置され、前記第１ダイクロイックミラーにより反射された前記所定の波長域の光は、前記第１集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分により集光され、前記第１ダイクロイックミラーを透過して前記第２ダイクロイックミラーに入射し、前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーに入射し、前記反射領域で反射された前記所定の波長域の光は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光されて前記第２ダイクロイックミラーに入射し、前記第２ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の一部および前記蛍光の他の一部は、所定方向に反射され、前記第２ダイクロイックミラーに入射した前記所定の波長域の光は、透過して前記反射素子に入射し、前記反射素子により前記所定方向に反射されて前記第２ダイクロイックミラーに入射してこれを再度透過し、前記第２ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第２ダイクロイックミラーを再度透過した前記所定の波長域の光は、前記第２集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記所定の波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、
ことを特徴とする光源装置である。
ことを特徴とする光源装置である。
【0019】
本発明の第二の態様は、第１波長域の光を出力する第１レーザ光源と、第２波長域の光を出力する第２レーザ光源と、前記第１波長域の光を透過させ、前記第２波長域の光を反射する特性を有し、一方の光学面が前記第１レーザ光源の光軸上に配置され、他方の光学面が前記第２レーザ光源の光軸上に配置された第１ダイクロイックミラーと、前記第１波長域の光および蛍光を透過させ、前記第２波長域の光を反射する特性を有し、前記第１レーザ光源の光軸上に前記第１ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第２ダイクロイックミラーと前記第１波長域の光を反射し、前記蛍光を透過させる特性を有し、前記第１レーザ光源の光軸上に前記第２ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第３ダイクロイックミラーと、第１集光光学系と、前記第１波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記第１波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射させる特性を備えた第４ダイクロイックミラーと、前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記第１波長域の光の光軸および反射させた前記第２波長域の光の光軸が、前記第４ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、第２集光光学系と、前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、前記第１ダイクロイックミラーは、前記第１レーザ光源が発する前記第１波長域の光を前記第２ダイクロイックミラーに向けて透過させ、前記第２レーザ光源が発する前記第２波長域の光を前記第２ダイクロイックミラーに向けて反射させるように配置されており、前記第１レーザ光源が発する前記第１波長域の光は、前記第１ダイクロイックミラーおよび前記第２ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記第３ダイクロイックミラーにより前記第１集光光学系の一部分に向けて反射され、前記第１集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分により集光され、前記第３ダイクロイックミラーを透過して前記第４ダイクロイックミラーに入射し、前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーを透過して前記第４ダイクロイックミラーに入射し、前記第４ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の前記一部および前記他の一部は、前記第４ダイクロイックミラーにより所定方向に反射され、前記反射領域で反射された前記第１波長域の光は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーおよび前記第４ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを再度透過し、前記第２レーザ光源が発する前記第２波長域の光は、前記第１ダイクロイックミラーおよび前記第２ダイクロイックミラーにて順に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを再度透過し、前記第４ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第４ダイクロイックミラーを再度透過した前記第１波長域の光および前記第２波長域の光は、前記第２集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、ことを特徴とする光源装置である。
【0020】
本発明の第三の態様は、第１波長域の光および第２波長域の光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光源の出力光の光束径を縮小するコリメート光学系と、前記第１波長域の光および蛍光を透過させ、前記第２波長域の光を反射する特性を有し、前記レーザ光源の光軸上に前記コリメート光学系よりも前方に配置された第２ダイクロイックミラーと、前記第１波長域の光を反射し、前記蛍光を透過させる特性を有し、前記レーザ光源の光軸上に前記第２ダイクロイックミラーよりも前方に配置された第３ダイクロイックミラーと、第１集光光学系と、前記第１波長域の光が照射されると前記蛍光を発する蛍光領域と、前記第１波長域の光を反射する反射領域と、を備えた回転可能な蛍光ホイールと、前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を透過させ、前記蛍光を反射させる特性を備えた第４ダイクロイックミラーと、前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を反射させる特性を備え、反射させた前記第１波長域の光の光軸および反射させた前記第２波長域の光の光軸が、前記第４ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光の光軸と重なるように配置された反射素子と、第２集光光学系と、前記蛍光ホイールと同期して回転可能で、カラーフィルターと拡散部を備えた色選択ホイールと、を備え、前記第２ダイクロイックミラーは、前記レーザ光源が発する前記第２波長域の光を前記第４ダイクロイックミラーに向けて反射させるように配置されており、前記レーザ光源が発する前記第１波長域の光は、前記第２ダイクロイックミラーを透過した後、前記第３ダイクロイックミラーにより前記第１集光光学系の一部分に向けて反射され、前記第１集光光学系の前記一部分により前記蛍光ホイールの前記蛍光領域または前記反射領域に集光され、前記蛍光領域が発した前記蛍光の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分により集光され、前記第３ダイクロイックミラーを透過して前記第４ダイクロイックミラーに入射し、前記蛍光領域が発した前記蛍光の他の一部は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーを透過して前記第４ダイクロイックミラーに入射し、前記第４ダイクロイックミラーに入射した前記蛍光の前記一部および前記蛍光の前記他の一部は、前記第４ダイクロイックミラーにより所定方向に反射され、前記反射領域で反射された前記第１波長域の光は、前記第１集光光学系の前記一部分とは異なる部分により集光され、前記第２ダイクロイックミラーおよび前記第４ダイクロイックミラーをこの順に透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを再度透過し、前記レーザ光源が発する前記第２波長域の光は、前記第２ダイクロイックミラーにて反射され、前記第４ダイクロイックミラーを透過した後、前記反射素子により前記所定方向に反射され、前記第４ダイクロイックミラーを再度透過し、前記第４ダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光、および前記第４ダイクロイックミラーを再度透過した前記第１波長域の光および前記第２波長域の光は、前記第２集光光学系により前記色選択ホイールに向けて集光され、前記色選択ホイールは、前記蛍光を前記カラーフィルターによりフィルタリングし、前記第１波長域の光および前記第２波長域の光を前記拡散部により拡散させて、出力する、ことを特徴とする光源装置である。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、半導体レーザが発する青色光を励起光として蛍光体に照射して得られる蛍光と、半導体レーザが発する青色光のうち励起光として用いない一部と、を照明光として出力する光源装置において、装置が過度に大型化するのを防止することが出来る。それとともに、石英ガラス製等の高価な集光レンズを用いなくとも、色バランスの面内均一性に優れ、光利用効率が高い光源装置を実現できる。さらに、係る光源装置を備え、ホワイトバランスが良好な高輝度の投射画像が得られるプロジェクタ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】（ａ）実施形態１に係る光源装置１００の光学系の概略構成を示す図である。（ｂ）レーザ光源１０１Ｂにおける青色半導体レーザとコリメートレンズの配置を示す図である。
【図2】（ａ）実施形態１における青色光の進行経路を説明するための図である。（ｂ）実施形態１において蛍光体が発する蛍光の進行経路を説明するための図である。
【図3】（ａ）実施形態１で用いる蛍光ホイール１２０ａの正面図である。（ｂ）実施形態１で用いる色選択ホイール１３０ａの正面図である。
【図4】（ａ）実施形態１においてレーザ光源１０１Ｂから出力される光の発光スペクトルを示す図である。（ｂ）蛍光体の発光特性を示す図である。
【図5】（ａ）実施形態１における第１ダイクロイックミラー２０１ａの光学特性を示す図である。（ｂ）実施形態１における第２ダイクロイックミラー２０２ａの光学特性を示す図である。
【図6】（ａ）実施形態１において第１集光レンズ系１０５内を光線が通過する範囲を示す図である。（ｂ）実施形態１において第２集光レンズ系１０９内を光線が通過する範囲を示す図である。
【図7】（ａ）実施形態１において青色光束が色選択ホイール１３０ａを経由してライトトンネル１４０に入射して伝播する状態を示す図である。（ｂ）実施形態１において蛍光が色選択ホイール１３０ａを経由してライトトンネル１４０に入射して伝播する状態を示す図である。
【図8】（ａ）実施形態１において色選択ホイール１３０ａの拡散部に付与する拡散機能と光利用率の関係を示す図である。（ｂ）拡散部により拡散された青色光の強度分布を示す図である。
【図9】実施形態２に係る光源装置２００の光学系の概略構成を示す図である。
【図10】（ａ）実施形態１で用いる第１ダイクロイックミラー２０１ａを示す模式図である。（ｂ）実施形態２で用いる第１ダイクロイックミラー２０１ｂを示す模式図である。
【図11】（ａ）実施形態３に係る光源装置３００の光学系の概略構成を示す図である。（ｂ）実施形態３における青色光の進行経路を説明するための図である。
【図12】（ａ）実施形態４に係る光源装置４００の光学系の概略構成を示す図である。（ｂ）レーザ光源１０１Ｂにおける青色半導体レーザとコリメートレンズの配置を示す図である。（ｃ）レーザ光源１０１Ｒにおける赤色半導体レーザとコリメートレンズの配置を示す図である。
【図13】（ａ）実施形態４で用いる蛍光ホイール１２０ｂの正面図である。（ｂ）実施形態４で用いる色選択ホイール１３０ｂの正面図である。
【図14】（ａ）実施形態４で用いるダイクロイックミラー４０１、およびダイクロイックミラー４０２の特性を示す図である。（ｂ）実施形態４で用いるダイクロイックミラー４０３の特性を示す図である。
【図15】実施形態４で用いるダイクロイックミラー４０４の特性を示す図である。
【図16】（ａ）実施形態５に係る光源装置５００の光学系の概略構成を示す図である。（ｂ）レーザ光源５０１における青色半導体レーザとコリメートレンズ、赤色半導体レーザとコリメートレンズの配置を示す図である。
【図17】実施形態６に係る投射型表示装置１０００の光学系の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図面を参照して、本発明の実施形態にかかる光源装置および投射型表示装置について説明してゆく。尚、以下に示す実施形態は例示であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更して実施をすることができる。
尚、以下の実施形態の説明において参照する図面では、特に但し書きがない限り、同一の参照番号を付して示す要素は、同様の機能を有するものとする。
尚、以下の実施形態の説明において参照する図面では、特に但し書きがない限り、同一の参照番号を付して示す要素は、同様の機能を有するものとする。
【0024】
また、以下の説明において、例えばＸプラス方向と記す場合には、図示の座標系におけるＸ軸矢印が指すのと同じ方向を指し、Ｘマイナス方向と記す場合には、図示の座標系におけるＸ軸矢印が指すのと１８０度反対の方向を指すものとする。また、単にＸ方向と記す場合には、図示のＸ軸矢印が指す向きとの異同は関係なく、Ｘ軸と平行な方向であることを指すものとする。Ｘ以外の方向についても、同様とする。
【0025】
［実施形態１］
図１（ａ）は、実施形態１に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
図１（ａ）は、実施形態１に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
【0026】
（光源装置の構成）
光源装置１００は、レーザ光源１０１Ｂと、コリメートレンズ系１０４と、第１ダイクロイックミラー２０１ａと、凸レンズ１０５Ａと凸レンズ１０５Ｂとで構成される第１集光レンズ系１０５（第１集光光学系）と、回転可能な蛍光ホイール１２０ａと、第２ダイクロイックミラー２０２ａと、反射素子２１１と、第２集光レンズ系１０９（第２集光光学系）と、回転可能な色選択ホイール１３０ａと、ライトトンネル１４０と、を備える。
光源装置１００は、レーザ光源１０１Ｂと、コリメートレンズ系１０４と、第１ダイクロイックミラー２０１ａと、凸レンズ１０５Ａと凸レンズ１０５Ｂとで構成される第１集光レンズ系１０５（第１集光光学系）と、回転可能な蛍光ホイール１２０ａと、第２ダイクロイックミラー２０２ａと、反射素子２１１と、第２集光レンズ系１０９（第２集光光学系）と、回転可能な色選択ホイール１３０ａと、ライトトンネル１４０と、を備える。
【0027】
レーザ光源１０１Ｂは、例えば中心波長が４５５ｎｍ付近で発振する青色半導体レーザ１０２が用いられている。図４（ａ）に、レーザ光源１０１Ｂから出力される光の発光スペクトルを例示する。尚、レーザ光源１０１Ｂとして、中心波長が４５５ｎｍ以外の半導体レーザを用いることも可能である。
【0028】
個々の青色半導体レーザ１０２には、コリメートレンズ１０３が設けられている。一般に、半導体レーザが発する光ビームには、所定の角度の拡がりがあるが、コリメートレンズ１０３を設けることで、光ビームの拡がりを抑制し、レーザ光源１０１Ｂから略平行の光ビームを取出すことが可能になる。なお、コリメートレンズ１０３は、青色半導体レーザ１０２を実装するパッケージと一体型でも良く、また、別体としても良い。別体とする場合には、複数の青色半導体レーザ１０２の直後にレンズアレイを独立に配置して光源モジュールを構成すればよい。
【0029】
図１（ｂ）に示されるように、レーザ光源１０１Ｂでは、青色半導体レーザ１０２とコリメートレンズ１０３の対が、ＸＹ面内でアレイ状に配置されており、青色の光束をＺプラス方向に出射する。図１（ｂ）では、２×２のアレイを例示しているが、対の配置方法はこの例に限られるわけではなく、縦横に配列する対の数は適宜変更することが出来る。
【0030】
レーザ光源１０１Ｂが発する光束は、コリメートレンズ系１０４（コリメート光学系）により、光束径がＤ１になるように調整される。コリメートレンズ系１０４は、図では模式的に表されているが、例えば凸レンズと凹レンズの組み合わせで構成することができる。後述するように、レーザ光源１０１Ｂの出力光は、蛍光体を励起するための励起光、および表示に用いる青色光（Ｂ）として用いられる。使用する青色半導体レーザ１０２の配列数に応じて励起光の光束径は適宜設定されるが、それに応じてコリメートレンズ系を構成するレンズの数や材質、形状などの光学緒元や、配置間隔等が適宜設計される。
【0031】
図１（ａ）においては、コリメートレンズ系１０４の光軸を光軸ＯＸ１として示している。コリメートレンズ系１０４の光軸ＯＸ１は、レーザ光源１０１Ｂが発する光束全体の断面に対して、垂直かつ中心を通るように設定されている。尚、径がＤ１で略平行な光束をレーザ光源１０１Ｂが出力可能であれば、必ずしもコリメートレンズ系１０４を設ける必要はない。その場合には、レーザ光源１０１Ｂが発する光束全体の断面に対して垂直かつ中心を通る軸を光軸ＯＸ１として定義する。
【0032】
光軸ＯＸ１上には、第１ダイクロイックミラー２０１ａが光軸ＯＸ１に対して４５度傾けられて配置されている。図５（ａ）に、第１ダイクロイックミラー２０１ａの光学特性を実線で示す。参考のために、同図には波長が４４５ｎｍ近傍の青色光（Ｂ光）が点線で示されているが、第１ダイクロイックミラー２０１ａは、青色光（Ｂ光）は反射し、緑色光（Ｇ光）や赤色光（Ｒ光）、あるいはこれらの光を含む黄色光（Ｙ光）の光については透過する光学特性を有している。係る特性の第１ダイクロイックミラー２０１ａは、例えば、透明なガラス基板等に誘電体多層膜を蒸着することにより形成することが可能である。
【0033】
第１ダイクロイックミラー２０１ａにより、レーザ光源１０１Ｂの出力光は反射されるが、その光路上には、凸レンズ１０５Ａと凸レンズ１０５Ｂで構成した第１集光レンズ系１０５（第１集光光学系）が設けられている。第１集光レンズ系１０５は、レーザ光源１０１Ｂの出力光を、蛍光ホイール１２０ａ上に集光させることができる。図１の例では、２枚の凸レンズ１０５Ａ、凸レンズ１０５Ｂで第１集光レンズ系１０５を構成したが、第１集光レンズ系１０５の構成はこの例に限られるわけではなく、１つまたは３つ以上のレンズで構成してもよい。また、レンズの形状、材質なども適宜に選択可能である。すなわち、球面以外でも非球面や自由曲面などのレンズを用いることもできる。ＢＫ７などの安価な光学材料を用いれば、光源装置を低価格で提供することができる。
【0034】
本実施形態では、光軸ＯＸ１と、第１集光レンズ系１０５の光軸ＯＸ２は、互いに直交している。そして、レーザ光源１０１Ｂの出力光が、第１ダイクロイックミラー２０１ａにより反射された後に蛍光ホイール１２０ａに向かう際には、第１集光レンズ系１０５を構成する凸レンズ１０５Ａ、凸レンズ１０５Ｂの右半分（Ｚ方向プラス側の半分）の領域内を通過するように各光学要素は配置されている。すなわち、第１ダイクロイックミラー２０１ａにより反射された青色光は、第１集光レンズ系１０５の一部分により集光される。
【0035】
第１集光レンズ系１０５の集光位置には、蛍光ホイール１２０ａが配置されている。図３（ａ）に、蛍光ホイール１２０ａの正面図を示す。蛍光ホイール１２０ａは、円板状のガラス板や金属板を基体とするが、その円周付近の表面には蛍光領域ＰＨと反射領域ＲＬが設けられている。蛍光領域ＰＨには、蛍光体が被覆されており、励起光（レーザ光源１０１Ｂの出力光）が照射されると、蛍光体の種類に応じて赤色（Ｒ色）や緑色（Ｇ色）や黄色（Ｙ色）の蛍光を発する。反射領域ＲＬは、レーザ光源１０１Ｂの出力光を反射するための領域であり、蛍光体は塗布されていない。反射領域ＲＬは、青色レーザ光を高い効率で反射するように鏡面加工しておくのが望ましい。
【0036】
蛍光ホイール１２０ａの基材には熱伝導率が高い金属が好適に用いられ、空冷効率を向上させるため基材に凹凸部や空孔が設けられる場合もある。蛍光ホイール１２０ａは、モータに連結されており、モータが回転軸Ｃ１を中心に回転することで、蛍光ホイール１２０ａ上に集光された青色光は、順次に反射領域ＲＬと蛍光領域ＰＨとを照射することになる。図３（ａ）の例では、蛍光領域ＰＨには、Ｇ用蛍光体、Ｒ用蛍光体、Ｙ用蛍光体が塗分けられているが、この３色の蛍光体で塗り分けなければならないわけではなく、光源装置１００の仕様に応じて適宜に材料や塗分け方法を変更することが出来る。
【0037】
図４（ｂ）に、蛍光体の発光スペクトルを例示する。点線３１はＧ用蛍光体の発光スペクトルを、一点鎖線３２はＹ用蛍光体の発光スペクトルを、実線３３はＲ用蛍光体の発光スペクトルを、それぞれ示している。各グラフには、励起光である青色光の波長に対応する位置にもピークが存在するが、これは蛍光体の発光によるものではなく、青色光の一部が励起には用いられずに蛍光体により散乱されたことを示すものである。尚、図４（ｂ）は例示であり、実施形態で用いられる蛍光体は、この発光特性の材料に限られるわけではない。
【0038】
図１（ａ）に戻り、第１集光レンズ系１０５を間に挟んで蛍光ホイール１２０ａの反対側には、第２ダイクロイックミラー２０２ａが光軸ＯＸ２に対して４５度傾けられて配置されている。図５（ｂ）に、第２ダイクロイックミラー２０２ａの光学特性を実線で示す。参考のために、図には波長が４４５ｎｍ近傍の青色光（Ｂ光）が点線で示されているが、第２ダイクロイックミラー２０２ａは、青色光（Ｂ光）は透過し、緑色光（Ｇ光）や赤色光（Ｒ光）、あるいはこれらの光を含む黄色光（Ｙ光）の光については反射する光学特性を有している。すなわち、第２ダイクロイックミラー２０２ａは、レーザ光源１０１Ｂの出力光は透過するが、蛍光ホイール１２０ａが発する蛍光は反射する光学特性を有する。係る特性の第２ダイクロイックミラー２０２ａは、例えば、透明なガラス基板等に誘電体多層膜を蒸着することにより形成することが可能である。
【0039】
第１集光レンズ系１０５の光軸ＯＸ２に沿って見て、第２ダイクロイックミラー２０２ａよりもさらに先方には、第２ダイクロイックミラー２０２ａと平行に反射素子２１１が配置されている。反射素子２１１は、青色（Ｂ色）の光を反射するミラーである。反射素子２１１は、青色（Ｂ色）の光に対して９５％以上の反射率を有することが好ましく、例えばガラス基板などに誘電体多層膜を形成して作成することができる。あるいは、ＡＬ蒸着などを用いてミラー基板に反射膜を形成してもよい。反射素子２１１は、反射した青色光の光束の中心（光軸）が、第２ダイクロイックミラー２０２ａにより反射された蛍光の光束の中心（光軸）と重なるように設置されている。
【0040】
反射素子２１１により反射された青色（Ｂ色）の光は、第２ダイクロイックミラー２０２ａを再度通過してＺプラス方向に進むが、その進路上には第２集光レンズ系１０９（第２集光光学系）が設けられている。第２集光レンズ系１０９は、その光軸ＯＸ３が、青色（Ｂ色）の光束の中心軸および蛍光の光束の中心軸と一致するように配置されている。第２集光レンズ系１０９は、後述する表示装置の投射レンズ１８０（図１７）のＦナンバーに適合させるべく所定のＮＡに設定されており、青色（Ｂ色）および蛍光をライトトンネル１４０の入射口に向けて集光する。第２集光レンズ系１０９は、図では模式的に単一の凸レンズとして表されているが、実際には単レンズに限られるわけではなく、複数のレンズを組合わせて構成してもよい。
【0041】
第２集光レンズ系１０９とのライトトンネル１４０の間には、色選択ホイール１３０ａが配置されている。色選択ホイール１３０ａはモータに連結されており、モータが回転軸Ｃ２を中心に回転することにより回転する。色選択ホイール１３０ａと蛍光ホイール１２０ａとが同期して回転するように、各々のモータは制御される。
図３（ｂ）に、色選択ホイール１３０ａの正面図を示す。色選択ホイール１３０ａには、フィルター部と拡散部が設けられている。
図３（ｂ）に、色選択ホイール１３０ａの正面図を示す。色選択ホイール１３０ａには、フィルター部と拡散部が設けられている。
【0042】
フィルター部には、蛍光から不要なスペクトル成分を除外するための光学フィルターが設けられており、例えばＲ用フィルター部には、蛍光ホイール１２０ａのＲ用蛍光体領域が発する蛍光から不要なスペクトル成分を除去して、赤色の色純度を高める光学フィルターが設けられている。同様に、Ｇ用フィルター部には、蛍光ホイール１２０ａのＧ用蛍光体領域が発する蛍光から不要なスペクトル成分を除去して、緑色の色純度を高めるための光学フィルターが、Ｙ用フィルター部には、蛍光ホイール１２０ａのＹ用蛍光体領域が発する蛍光から不要なスペクトル成分を除去して、黄色の色純度を高めるための光学フィルターが設けられている。尚、フィルター部は、透過する蛍光を拡散させる作用を有するものではない。
また、Ｂ用拡散部には、青色光の光束を適宜に拡散させるための拡散面が設けられている。拡散部の作用効果については、後に詳述する。
また、Ｂ用拡散部には、青色光の光束を適宜に拡散させるための拡散面が設けられている。拡散部の作用効果については、後に詳述する。
【0043】
（光源装置の動作）
上述した構成を有する光源装置１００の動作について説明する。
（青色光の出力動作）
まず、レーザ光源１０１Ｂから青色光（Ｂ色光）が出力され、青色光（Ｂ色光）が蛍光ホイール１２０ａの反射領域ＲＬを照射するタイミングにおける装置動作について説明する。
図２（ａ）は、レーザ光源１０１Ｂから出力される青色光（Ｂ色光）の進行経路を説明するための図である。図２（ａ）は、レーザ光源１０１Ｂから蛍光ホイール１２０ａの反射領域ＲＬを照射するタイミングで出力された青色光（Ｂ色光）が、映像表示に用いる青色光（Ｂ色光）成分としてライトトンネル１４０に入力される状態を示している。尚、後に図２（ｂ）を参照して説明するように、レーザ光源１０１Ｂから蛍光ホイール１２０ａの蛍光領域ＰＨを照射するタイミングで出力された青色光（Ｂ色光）は、蛍光体を励起する励起光として機能する。
上述した構成を有する光源装置１００の動作について説明する。
（青色光の出力動作）
まず、レーザ光源１０１Ｂから青色光（Ｂ色光）が出力され、青色光（Ｂ色光）が蛍光ホイール１２０ａの反射領域ＲＬを照射するタイミングにおける装置動作について説明する。
図２（ａ）は、レーザ光源１０１Ｂから出力される青色光（Ｂ色光）の進行経路を説明するための図である。図２（ａ）は、レーザ光源１０１Ｂから蛍光ホイール１２０ａの反射領域ＲＬを照射するタイミングで出力された青色光（Ｂ色光）が、映像表示に用いる青色光（Ｂ色光）成分としてライトトンネル１４０に入力される状態を示している。尚、後に図２（ｂ）を参照して説明するように、レーザ光源１０１Ｂから蛍光ホイール１２０ａの蛍光領域ＰＨを照射するタイミングで出力された青色光（Ｂ色光）は、蛍光体を励起する励起光として機能する。
【0044】
まず、レーザ光源１０１Ｂにおいては、各々の青色半導体レーザ１０２から出力された青色のレーザビームが、コリメートレンズ１０３により略平行にコリメートされる。レーザビーム同士は互いに間隔を空けて平行に進行するので、厳密には空間的に離散したレーザビーム群ともいえるが、各々の青色半導体レーザ１０２は極めて近接して配置されているので、レーザビーム群をまとめて１つの光束と見なして取り扱っても差し支えない。すなわち、レーザ光源１０１Ｂは、１つの青色光束を発する光源と見なすことができる。
【0045】
この青色光束は、コリメートレンズ系１０４により光束径がＤ１に調整され、光軸ＯＸ１に沿って進む。コリメートレンズ系１０４を通過した青色光束は、第１ダイクロイックミラー２０１ａに入射するが、第１ダイクロイックミラー２０１ａは、前述したように図５（ａ）に示した特性を有するため、青色光束は反射されて第１集光レンズ系１０５に向けて光路が９０度曲げられる。
【0046】
第１ダイクロイックミラー２０１ａにて反射された青色光束（Ｂ色光）をＢｉｎとすると、青色光束Ｂｉｎは、第１集光レンズ系１０５（凸レンズ１０５ａ、凸レンズ１０５ｂ）による集光作用を受けて、蛍光ホイール１２０ａ上の反射領域ＲＬに集光される。
【0047】
本実施形態では、第１集光レンズ系１０５の光軸ＯＸ２と、青色光束Ｂｉｎの光軸を非共軸、すなわち光軸どうしがオフセットした構成としている。蛍光ホイール１２０ａの反射領域ＲＬにて反射される青色光を、映像表示に用いる青色光（Ｂ色光）としてロスなく取り出せるようにするためである。尚、反射領域ＲＬは、反射面に対する法線が集光レンズ系１０５の光軸ＯＸ２と平行になるように形成されている
図６（ａ）に、第１集光レンズ系１０５内を光線が通過する範囲を示す。図２（ａ）および図６（ａ）に示されるように、蛍光ホイール１２０ａに向かって進行する青色光束Ｂｉｎは、第１集光レンズ系１０５の右半分の領域、つまり集光レンズ系１０５の光軸ＯＸ２よりＺプラス方向側の領域（集光レンズの一部分）を通過して行く。
図６（ａ）に、第１集光レンズ系１０５内を光線が通過する範囲を示す。図２（ａ）および図６（ａ）に示されるように、蛍光ホイール１２０ａに向かって進行する青色光束Ｂｉｎは、第１集光レンズ系１０５の右半分の領域、つまり集光レンズ系１０５の光軸ＯＸ２よりＺプラス方向側の領域（集光レンズの一部分）を通過して行く。
【0048】
一方、蛍光ホイール１２０ａの反射領域ＲＬにて反射された青色光束（Ｂ色光）をＢｏｕｔとすると、青色光束Ｂｏｕｔは青色光束Ｂｉｎと同じ経路上を逆行して第１集光レンズ系１０５の右半分の領域を通過するわけではない。青色光束Ｂｏｕｔは、図２（ａ）および図６（ａ）に示すように、第１集光レンズ系１０５の左半分の領域、つまり第１集光レンズ系１０５の光軸ＯＸ２よりＺマイナス方向側の領域（青色光束Ｂｉｎが通過する一部分とは異なる部分）を通過して行く。
青色光束Ｂｏｕｔは、第１集光レンズ系１０５により青色光束Ｂｉｎと同様の光束径Ｄ１に復元された後、Ｘプラス方向に進み第２ダイクロイックミラー２０２ａに入射する。第２ダイクロイックミラー２０２ａは、前述したように図５（ｂ）に示した光学特性を有するため、青色光束Ｂｏｕｔはこれを透過して、反射素子２１１に入射する。
青色光束Ｂｏｕｔは、第１集光レンズ系１０５により青色光束Ｂｉｎと同様の光束径Ｄ１に復元された後、Ｘプラス方向に進み第２ダイクロイックミラー２０２ａに入射する。第２ダイクロイックミラー２０２ａは、前述したように図５（ｂ）に示した光学特性を有するため、青色光束Ｂｏｕｔはこれを透過して、反射素子２１１に入射する。
【0049】
前述したように、反射素子２１１は青色の光を反射する光学特性を備えたミラーであり、第２ダイクロイックミラー２０２ａと平行になるように配置され、かつ反射した青色光束の中心（光軸）が、第２ダイクロイックミラー２０２ａにより反射された蛍光の光束の中心（光軸）と重なるような位置に設けられている。
【0050】
反射素子２１１により反射された青色光束は、第２ダイクロイックミラー２０２ａを再度透過してＺプラス方向に進むが、その進路上には第２集光レンズ系１０９（第２集光光学系）が設けられている。第２集光レンズ系１０９は、その光軸ＯＸ３が、青色光束の中心と一致するように配置されている。
【0051】
図６（ｂ）は、第２集光レンズ系１０９に光束が入射する部分を示す模式図である。青色光束Ｂｏｕｔの光束径はＤ１であり、光束の中心軸は第２集光レンズ系１０９の光軸ＯＸ３と一致している。
第２集光レンズ系１０９は、後述する表示装置の投射レンズ１８０（図１７）のＦナンバーに適合させるべく所定のＮＡに設定されている。光束径がＤ１であった青色光束Ｂｏｕｔは、第２集光レンズ系１０９により、ライトトンネル１４０の入射口に向けて集光される。
第２集光レンズ系１０９は、後述する表示装置の投射レンズ１８０（図１７）のＦナンバーに適合させるべく所定のＮＡに設定されている。光束径がＤ１であった青色光束Ｂｏｕｔは、第２集光レンズ系１０９により、ライトトンネル１４０の入射口に向けて集光される。
【0052】
蛍光ホイール１２０ａの蛍光領域ＰＨが発する蛍光の光路については後述するが、図６（ｂ）に示すように、第２集光レンズ系１０９に入射する青色光束Ｂｏｕｔは、点線で示す蛍光の光束と同軸ではあるが、光束径を比較すると、青色光束Ｂｏｕｔは蛍光よりも径が小さい。蛍光ホイール１２０ａの蛍光領域ＰＨが発する蛍光はランバート発光であり、蛍光領域ＰＨからは、反射領域ＲＬで反射された青色光よりも大きな角度範囲で蛍光が出射するためである。
【0053】
このままでは、第２集光レンズ系１０９に入射する際の光束径の違いにより、青色光束Ｂｏｕｔがライトトンネル１４０の入射口に入射する際の入射角度分布（集束角）と、第２集光レンズ系１０９により集光された蛍光がライトトンネル１４０の入射口に入射する際の入射角度分布（集束角）には、差異が生じ得る。入射角度分布（集束角）に差異が生じると、ライトトンネル１４０の出口から出射する際に、青色光と蛍光の出射角度分布（広がり）に差異が生じ、投射型表示装置の照明光として利用する際に、表示画面内で色むらを発生させる原因となり得る。
【0054】
そこで、本発明では、蛍光ホイール１２０ａとライトトンネル１４０の入射口の間に、青色光束Ｂｏｕｔを拡散させるが蛍光は拡散させない光学手段を設け、ライトトンネル１４０の入射口に入射する際の入射角度分布（集束角度）の違いを低減し、色むらの発生を抑制している。実施形態１では、その機能を、第２集光レンズ系１０９とライトトンネル１４０の入射口の間に配置された色選択ホイール１３０ａに付与している。
【0055】
図７（ａ）は、青色光束が色選択ホイール１３０ａを経由してライトトンネル１４０に入射して伝播する状態を示し、図７（ｂ）は、蛍光が色選択ホイール１３０ａを経由してライトトンネル１４０に入射して伝播する状態を示している。これらの図から明らかなように、第２集光レンズ系１０９により集光された青色光が色選択ホイール１３０ａに向かう際の集束角αｉｎ（青）は、第２集光レンズ系１０９により集光された蛍光が色選択ホイール１３０ａに向かう際の集束角αｉｎ（蛍光）よりも小さい。しかし、図３（ｂ）を参照して説明したように、本実施形態の色選択ホイール１３０ａには、青色光が透過する部分には光束を適宜に拡散させる拡散部が設けられ、蛍光が透過する部分には不要なスペクトル成分を除外するようにフィルタリングするが拡散作用は有さないカラーフィルター部が設けられている。このため、青色光束は、図７（ａ）に示すように拡散部により拡散されてライトトンネル１４０に入射する一方で、蛍光は、図７（ｂ）に示すように拡散作用を受けずにライトトンネル１４０に入射する。その結果、集束角αｉｎ（青）と集束角αｉｎ（蛍光）の差異に比べて、ライトトンネル１４０から青色光が出射する際の広がり角αｏｕｔ（青）と蛍光が出射する際の広がり角αｏｕｔ（蛍光）の差異を、小さくすることができる。
【0056】
図８（ａ）に、拡散部に付与する拡散機能と光利用率の関係を示す。拡散部により拡散された青色光の強度分布は、図８（ｂ）に示すようにガウシアン分布になるが、拡散機能を大きく設定し過ぎると、制御設定角１／ｅ２の外側の光がライトトンネル１４０に有効に入射されずに光損失が大きくなるため、図８（ａ）に示したように光利用率は低下する。そこで、拡散部の拡散機能は、表示画面内の色むらの抑制効果と、青色光の光利用率確保のバランスを考慮して適宜に設定される。
【0057】
（螢光の出力動作）
次に、光源装置１００が蛍光を出力する際の動作について説明する。すなわち、レーザ光源１０１Ｂから青色光（Ｂ色光）が出力され、青色光（Ｂ色光）が蛍光ホイール１２０ａの蛍光領域ＰＨを照射するタイミングにおける装置動作について説明する。
次に、光源装置１００が蛍光を出力する際の動作について説明する。すなわち、レーザ光源１０１Ｂから青色光（Ｂ色光）が出力され、青色光（Ｂ色光）が蛍光ホイール１２０ａの蛍光領域ＰＨを照射するタイミングにおける装置動作について説明する。
【0058】
図２（ｂ）は、蛍光ホイール１２０ａから出力される蛍光の進行経路を説明するための図であり、蛍光領域ＰＨにて発光した蛍光が、映像表示に用いる照明光としてライトトンネル１４０に入力される状態を示している。蛍光領域ＰＨのうち、Ｇ用蛍光体領域、Ｙ用蛍光体領域、Ｒ用蛍光体領域のいずれが発光するタイミングであるかにより蛍光のスペクトルは異なるが、図２（ｂ）に点線で示された光路は各色共通である。尚、励起光としての青色光がレーザ光源１０１Ｂから蛍光ホイール１２０ａに到達するまでのふるまいは、青色光の出力動作の説明中で図２（ａ）を参照して述べた内容と同様であるので、ここでは説明を省略する。図２（ｂ）では、青色光は、レーザ光源１０１Ｂから第１ダイクロイックミラー２０１ａに至るまでの経路のみを実線で示している。
【0059】
図２（ｂ）では、蛍光領域ＰＨから発せられた蛍光の光路を模式的に点線で示しているが、蛍光はランバート発光であるため、蛍光領域ＰＨから大きな角度範囲で第１集光レンズ系１０５の全体に向けて出射する。すなわち、図６（ａ）に点線で示すように、蛍光は第１集光レンズ系１０５のほぼ全域を通過する。第１集光レンズ系１０５により集光された蛍光はＸプラス方向に進む平行な光束となるが、第１集光レンズ系１０５の光軸ＯＸ２よりも右側（Ｚプラス方向側）部分を通過した光束は、第１ダイクロイックミラー２０１ａに入射する。第１ダイクロイックミラー２０１ａは、図５（ａ）に示すように、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、黄色（Ｙ）のいずれの色の光も透過させる光学特性を備えているため、蛍光はこれを透過して第２ダイクロイックミラー２０２ａに入射する。一方、蛍光の中で、第１集光レンズ系１０５の光軸ＯＸ２よりも左側（Ｚマイナス方向側）部分を通過した光束は、第２ダイクロイックミラー２０２ａに直接入射する。
【0060】
第２ダイクロイックミラー２０２ａは、図５（ｂ）に示すように、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、黄色（Ｙ）のいずれの色の螢光も反射させる光学特性を備えているため、蛍光は進行方向を９０度曲げられて第２集光レンズ系１０９に向けてＺプラス方向に進む。
【0061】
図６（ｂ）に示すように、第２集光レンズ系１０９に入射する蛍光は、青色光束Ｂｏｕｔと同軸（同心）だが、青色光束Ｂｏｕｔよりも光束径が大きい。第２集光レンズ系１０９は、前述したように表示装置の投射レンズ１８０のＦナンバーに適合させるべく所定のＮＡに設定されており、蛍光はライトトンネル１４０の入射口に向けて集光される。
【0062】
図７（ｂ）は、蛍光が色選択ホイール１３０ａを経由してライトトンネル１４０に入射して伝播する状態を示している。本実施形態の色選択ホイール１３０ａには、蛍光が透過する部分には不要なスペクトル成分を除外するが拡散作用は有さないフィルター部が設けられている。このため、蛍光は拡散作用を受けずにライトトンネル１４０に入射する。すでに説明したように、本実施形態では、ライトトンネル１４０から青色光が出射する際の広がり角αｏｕｔ（青）と蛍光が出射する際の広がり角αｏｕｔ（蛍光）の差異が低減されているため、投射型表示装置の照明光として用いる際の面内色むらを抑制することができる。
【0063】
本実施形態によれば、半導体レーザが発する青色光を励起光として蛍光体に照射して得られる蛍光と、半導体レーザが発する青色光のうち励起光として用いない一部と、を照明光として出力する光源装置において、小さな光束径（Ｄ１）の青色光の光路を第１集光レンズ１０５と第２ダイクロイックミラー２０２aの間に交差して配置することで、装置が過度に大型化するのを防止することが出来る。また、本実施形態は、１／４波長板等を用いた偏光制御を行わないため、石英ガラス製等の高価な集光レンズを用いなくとも、色バランスの面内均一性が優れ、光利用効率が高い光源装置を実現することができる。
【0064】
［実施形態２］
図９は、実施形態２に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態２は、実施形態１の一部を変形したものであるが、実施形態１と説明が共通する事項については、記載を簡略化ないし省略する。
図９は、実施形態２に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態２は、実施形態１の一部を変形したものであるが、実施形態１と説明が共通する事項については、記載を簡略化ないし省略する。
【0065】
（光源装置の構成）
本実施形態の光源装置２００は、実施形態１と同様に、レーザ光源１０１Ｂと、コリメートレンズ系１０４と、凸レンズ１０５Ａと凸レンズ１０５Ｂとで構成される第１集光レンズ系１０５（第１集光光学系）と、蛍光ホイール１２０ａと、第２ダイクロイックミラー２０２ａと、反射素子２１１と、第２集光レンズ系１０９（第２集光光学系）と、色選択ホイール１３０ａと、ライトトンネル１４０とを備えている。また、本実施形態の光源装置２００は、実施形態１において第１ダイクロイックミラー２０１ａが配置されていたのと同じ位置に、第１ダイクロイックミラー２０１ｂを備えている。実施形態２の第１ダイクロイックミラー２０１ｂは、実施形態１の第１ダイクロイックミラー２０１ａと同様に図５（ａ）に示される光学特性を有しているが、蛍光の光路中に位置するエッジ部分（端部）の形状が、実施形態１の第１ダイクロイックミラー２０１ａとは異なっている。
本実施形態の光源装置２００は、実施形態１と同様に、レーザ光源１０１Ｂと、コリメートレンズ系１０４と、凸レンズ１０５Ａと凸レンズ１０５Ｂとで構成される第１集光レンズ系１０５（第１集光光学系）と、蛍光ホイール１２０ａと、第２ダイクロイックミラー２０２ａと、反射素子２１１と、第２集光レンズ系１０９（第２集光光学系）と、色選択ホイール１３０ａと、ライトトンネル１４０とを備えている。また、本実施形態の光源装置２００は、実施形態１において第１ダイクロイックミラー２０１ａが配置されていたのと同じ位置に、第１ダイクロイックミラー２０１ｂを備えている。実施形態２の第１ダイクロイックミラー２０１ｂは、実施形態１の第１ダイクロイックミラー２０１ａと同様に図５（ａ）に示される光学特性を有しているが、蛍光の光路中に位置するエッジ部分（端部）の形状が、実施形態１の第１ダイクロイックミラー２０１ａとは異なっている。
【0066】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照して、実施形態１と実施形態２の差異について説明する。図１０（ａ）は、実施形態１で用いた第１ダイクロイックミラー２０１ａを示す模式図であり、図１０（ｂ）は、実施形態２で用いる第１ダイクロイックミラー２０１ｂを示す模式図である。
【0067】
図１０（ａ）に示すように、実施形態１で用いた第１ダイクロイックミラー２０１ａは、側面ＳＡが主面（光学面）に対してほぼ垂直に形成された板状の部材である。一般に、こうした板材の側面に主面と同様の均質な光学面を形成するのは困難であるため、側面ＳＡには光学処理が施されていない。図１０（ａ）に示すように、第１集光レンズ系１０５側の主面（光学面）から第１ダイクロイックミラー２０１ａ内に入射した蛍光のうち大部分は、第２ダイクロイックミラー２０２ａ側の主面（光学面）を抜けてＸプラス方向に進むことができる。しかし、第１集光レンズ系１０５の光軸ＯＸ２の近傍にて第１ダイクロイックミラー２０１ａに入射した蛍光は、光学処理が施されていない側面ＳＡに到達する。蛍光は、光学処理が施されていない側面ＳＡを通り抜けてＸプラス方向に進むことができず、照明光としては利用できない損失が発生する。
【0068】
そこで、実施形態２では、図１０（ｂ）に示すように、第１ダイクロイックミラー２０１ｂの側面ＳＢの形状（向き）を工夫して側面ＳＢに到達する蛍光を少なくし、蛍光の損失を抑制するようにしている。すなわち、第１ダイクロイックミラー２０１ｂの側面ＳＢが、第１集光レンズ系１０５の光軸ＯＸ２と平行になるような構成とした。具体的には、第１集光レンズ系１０５側の主面（光学面）と側面ＳＢの成す角を鈍角（例えば１３５度）とし、第２ダイクロイックミラー２０２ａ側の主面（光学面）と側面ＳＢの成す角を鋭角（例えば４５度）とした。
【0069】
本実施形態によれば、実施形態１と同様の効果を得られることに加え、第１ダイクロイックミラーの側面における損失が抑制されるため、蛍光の利用効率と色バランスの面内均一性を、さらに高めることができる。
【0070】
［実施形態３］
図１１（ａ）は、実施形態３に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態３は、実施形態１の一部を変形したものであるが、実施形態１と説明が共通する事項については、記載を簡略化ないし省略する。
（光源装置の構成）
図１１（ａ）は、実施形態３に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態３は、実施形態１の一部を変形したものであるが、実施形態１と説明が共通する事項については、記載を簡略化ないし省略する。
（光源装置の構成）
【0071】
本実施形態の光源装置３００は、実施形態１と同様に、レーザ光源１０１Ｂと、コリメートレンズ系１０４と、第１ダイクロイックミラー２０１ａと、凸レンズ１０５Ａと凸レンズ１０５Ｂとで構成される第１集光レンズ系１０５（第１集光光学系）と、蛍光ホイール１２０ａと、第２ダイクロイックミラー２０２ａと、第２集光レンズ系１０９（第２集光光学系）と、色選択ホイール１３０ａと、ライトトンネル１４０とを備えている。また、本実施形態の光源装置３００は、実施形態１において反射素子２１１が配置されていたのと同じ位置に、反射素子２１１ｂを備えている。本実施形態の反射素子２１１ｂは、実施形態１の反射素子２１１と同様に、青色光を反射す光学特性を有しているが、反射面の形状が実施形態１の反射素子２１１とは異なっている。
【0072】
図１１（ｂ）は、実施形態３におけるレーザ光源１０１Ｂから出力される青色光（Ｂ色光）の進行経路を説明するための図であり、実施形態１の説明における図２（ａ）に対応する。図２（ａ）と図１１（ｂ）を参照して、実施形態１と実施形態３の差異について説明する。
【0073】
実施形態３において、レーザ光源１０１Ｂから出力される青色光が、蛍光ホイール１２０ａの反射領域ＲＬにて反射されて反射素子２１１ｂに入射するまでの経路は、実施形態１において青色光が反射素子２１１に入射するまでの経路と同様である。
【0074】
実施形態１では、反射素子２１１の反射面が平坦面であったため、図６（ａ）および図６（ｂ）に示したように、第２集光レンズ系１０９内を通過する際の青色光束Ｂｏｕｔの径は、第１集光レンズ系１０５内を通過する際の青色光束Ｂｏｕｔの径と等しく、Ｄ１であった。
【0075】
実施形態３では、反射素子２１１ｂの反射面に拡散機能を付与し、反射素子２１１ｂにて反射された青色光束の径が、第２集光レンズ系１０９に向かうにつれて拡大してゆくように構成している。すなわち、第２集光レンズ系１０９内を通過する際の青色光束の径と蛍光光束の径の差異が小さくなるように構成している。その結果、図７（ａ）に示した実施形態１よりも、第２集光レンズ系１０９で集光された青色光の集束角αｉｎ（青）を大きくすることが可能になり、青色光の集束角αｉｎ（青）を図７（ｂ）に示した蛍光の集束角αｉｎ（蛍光）に近づけることが出来る。
【0076】
本実施形態によれば、ライトトンネル１４０に入射する青色光の角度範囲を、色選択ホイール１３０ａの拡散部だけで制御するのではなく、反射素子２１１ｂの拡散機能との相乗効果により制御することが出来る。それにより、図８（ｂ）に示した色選択ホイール１３０ａの制御設定角１／ｅ２を過度に大きくする必要がなくなり、面内色むらの抑制と青色光の光利用率確保を高いレベルでバランスさせることが可能となる。
本実施形態によれば、実施形態１と同様の効果を得られることに加え、青色光の利用効率と色バランスの面内均一性を、さらに高めることができる。
本実施形態によれば、実施形態１と同様の効果を得られることに加え、青色光の利用効率と色バランスの面内均一性を、さらに高めることができる。
【0077】
［実施形態４］
図１２（ａ）は、実施形態４に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態４には、実施形態１～実施形態３に対して共通する部分と異なる部分とが存在しているが、共通する部分については説明を簡略化ないし省略する。
（光源装置の構成）
図１２（ａ）は、実施形態４に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態４には、実施形態１～実施形態３に対して共通する部分と異なる部分とが存在しているが、共通する部分については説明を簡略化ないし省略する。
（光源装置の構成）
【0078】
本実施形態の光源装置４００は、レーザ光源１０１Ｂと、レーザ光源１０１Ｒと、第１ダイクロイックミラー４０１と、第２ダイクロイックミラー４０２と、第３ダイクロイックミラー４０３と、凸レンズ１０５Ａと凸レンズ１０５Ｂとで構成される第１集光レンズ系１０５（第１集光光学系）と、蛍光ホイール１２０ｂと、第４ダイクロイックミラー４０４と、反射素子４０５と、第２集光レンズ系１０９（第２集光光学系）と、色選択ホイール１３０ｂと、ライトトンネル１４０を備えている。
【0079】
これらの構成要素のうち、レーザ光源１０１Ｂ、凸レンズ１０５Ａと凸レンズ１０５Ｂとで構成される第１集光レンズ系１０５、第２集光レンズ系１０９、およびライトトンネル１４０は、実施形態１～実施形態３で用いたのと同一のものを用いることが出来る。
【0080】
レーザ光源１０１Ｂが発する青色光を、蛍光体を励起するための励起光および表示用の青色照明光として用いる点では、本実施形態は実施形態１～実施形態３と共通している。図１２（ｂ）に示すように、レーザ光源１０１Ｂには、青色半導体レーザ１０２とコリメートレンズ１０３の対がＸＹ面内でアレイ状に配置されており、青色の光束をＺプラス方向に出射する。図１（ｂ）では、２×２のアレイを例示しているが、対の配置方法はこの例に限られるわけではなく、縦横に配列する対の数は適宜変更することが出来る。
【0081】
一方、本実施形態の光源装置４００は、青色光を発するレーザ光源１０１Ｂ（第１波長域の光を出力する第１レーザ光源）だけでなく、赤色光を発するレーザ光源１０１Ｒ（第２波長域の光を出力する第２レーザ光源）を更に備えている。レーザ光源１０１Ｒが出力する色純度の高い赤色光は、蛍光体を励起するのには用いられずに、専ら表示用として用いられる。このため、光源装置４００の光学系は、レーザ光源１０１Ｂが発する青色光と、蛍光体が発する蛍光と、レーザ光源１０１Ｒが発する赤色光を、同軸で取り出すことができるように構成されている。
以下、具体的に説明してゆく。
以下、具体的に説明してゆく。
【0082】
レーザ光源１０１Ｒは、中心波長が例えば６３５ｎｍ付近で発振する赤色半導体レーザ１０２Ｒを備えている。個々の赤色半導体レーザ１０２Ｒには、コリメートレンズ１０３が設けられている。一般に、半導体レーザが発する光ビームには、所定の角度の拡がりがあるが、コリメートレンズ１０３を設けることで、光ビームの拡がりを抑制し、レーザ光源１０１Ｒから略平行の光ビームを取出すことが可能になる。なお、コリメートレンズ１０３は、赤色半導体レーザ１０２Ｒを実装するパッケージと一体型でも良く、また、別体としても良い。別体とする場合には、複数の赤色半導体レーザ１０２Ｒの直後にレンズアレイなどを独立に配置して光源モジュールを構成すればよい。
【0083】
図１２（ｃ）に示されるように、レーザ光源１０１Ｒでは、赤色半導体レーザ１０２Ｒとコリメートレンズ１０３の対が、ＹＺ面内でアレイ状に配置されており、赤色の光束をＸマイナス方向に出射する。図１２（ｃ）では、２×２のアレイを例示しているが、対の配置方法はこの例に限られるわけではなく、縦横に配列する対の数は適宜変更することが出来る。
【0084】
尚、不図示ではあるが、青色光束と赤色光束をコリメートするためのコリメートレンズ系を更に設けてもよい。レーザ光源１０１Ｂとレーザ光源１０１Ｒは、それぞれが発する青色光束と赤色光束の光束径が同一になるように構成される。図１２（ａ）においては、レーザ光源１０１Ｂが発する青色光束の光軸を光軸ＯＸ１として示している。光軸ＯＸ１は、レーザ光源１０１Ｂが発する光束全体の断面に対して、垂直かつ中心を通るように設定されている。
光路が互いに垂直になるように設置されたレーザ光源１０１Ｂとレーザ光源１０１Ｒの光路上には、第１ダイクロイックミラー４０１が光軸ＯＸ１に対して４５度傾けられて配置されている。
光路が互いに垂直になるように設置されたレーザ光源１０１Ｂとレーザ光源１０１Ｒの光路上には、第１ダイクロイックミラー４０１が光軸ＯＸ１に対して４５度傾けられて配置されている。
【0085】
図１４（ａ）に、第１ダイクロイックミラー４０１の光学特性を実線で示す。同図には参考のために、レーザ光源１０１Ｂの青色光（波長が４４５ｎｍ近傍）と、レーザ光源１０１Ｒの赤色光（波長が６３５ｎｍ近傍）が点線で示されているが、第１ダイクロイックミラー４０１は、赤色光（Ｒ光）は反射し、青色光（Ｂ光）は透過する光学特性を有している。係る特性の第１ダイクロイックミラー４０１は、例えば、透明なガラス基板等に誘電体多層膜を蒸着することにより形成することが可能である。
【0086】
図１２（ａ）に戻り、レーザ光源１０１Ｂが発する青色光は、Ｚプラス方向に直進して第１ダイクロイックミラー４０１に入射するが、これを透過して第２ダイクロイックミラー４０２に入射する。レーザ光源１０１Ｒが発する赤色光は、Ｘマイナス方向に直進して第１ダイクロイックミラー４０１に入射するが、これにより反射されて進行方向がＺプラス方向に変更され、青色光と同軸となって第２ダイクロイックミラー４０２に入射する。
【0087】
本実施形態の第２ダイクロイックミラー４０２は、第１ダイクロイックミラー４０１と同様に、図１４（ａ）に示された光学特性を備えており、赤色光（Ｒ光）は反射し、青色光（Ｂ光）や緑色光（Ｇ光）は透過する光学特性を有している。したがって、第２ダイクロイックミラー４０２に入射した青色光は、これを透過してＺプラス方向に直進し、第３ダイクロイックミラー４０３に入射する。一方、第２ダイクロイックミラー４０２に入射した赤色光は、これにより反射されて進行方向がＸプラス方向に変更され、第４ダイクロイックミラー４０４に入射する。
（青色光の出力動作）
（青色光の出力動作）
【0088】
まず、第３ダイクロイックミラー４０３に入射した青色光のふるまいについて説明する。本実施形態の第３ダイクロイックミラー４０３は、図１４（ｂ）に示す光学特性を備えている。同図には参考のために、レーザ光源１０１Ｂの青色光（波長が４４５ｎｍ近傍）が点線で示されているが、第３ダイクロイックミラー４０３は、青色光は反射し、緑色光については透過する光学特性を有している。係る特性の第３ダイクロイックミラー４０３は、例えば、透明なガラス基板等に誘電体多層膜を蒸着することにより形成することが可能である。
【0089】
第３ダイクロイックミラー４０３に入射した青色光は、凸レンズ１０５Ａと凸レンズ１０５Ｂで構成した第１集光レンズ系１０５（第１集光光学系）に向けて反射される。本実施形においても、第１集光レンズ系１０５は、第１実施形～第３実施形と同様に作用する。すなわち、青色光は、第１集光レンズ系１０５の右半分（Ｚ方向プラス側の半分）の領域内を通過して、蛍光ホイール１２０ｂに向けて集光される。
【0090】
図１３（ａ）に、本実施形態で用いる蛍光ホイール１２０ｂの正面図を示す。図示のように、蛍光ホイール１２０ｂは、図３（ａ）に示した実施形態１～実施形態３の蛍光ホイール１２０ａとは構成が異なっている。本実施形態の蛍光ホイール１２０ｂでは、周方向に沿って見て概ね９時から４時までの範囲にはＧ用蛍光体が被覆された蛍光領域ＰＨが、４時から６時までの範囲にはレーザ光源１０１Ｂの出力光を反射するための反射領域ＲＬが、６時から概ね９時に範囲には光学的に機能を持たない無機能領域ＮＦが、円周に沿って設けられている。蛍光ホイール１２０ｂを回転軸Ｃ１を中心に回転することで、蛍光ホイール１２０ｂ上に集光された青色光は、順次に反射領域ＲＬと蛍光領域ＰＨとを照射することになる。
【0091】
ここで、説明の便宜のため、第１集光レンズ系１０５の集光位置に、図１３（ａ）に示された蛍光ホイール１２０ｂの１時から４時の領域が位置するタイミングをＧ出力タイミング、４時から６時の領域が位置するタイミングをＢ出力タイミング、６時から概ね９時の領域が位置するタイミングをＲ出力タイミング、概ね９時から１時の領域が位置するタイミングをＹ出力タイミングと呼ぶこととする。Ｇ出力タイミングは光源装置４００が緑色光を出力するタイミング、Ｂ出力タイミングは光源装置４００が青色光を出力するタイミング、Ｒ出力タイミングは光源装置４００が赤色光を出力するタイミング、Ｙ出力タイミングは光源装置４００が黄色光を出力するタイミング、に相当する。
【0092】
本実施形態では、レーザ光源１０１Ｂは、Ｇ出力タイミング、Ｂ出力タイミング、Ｙ出力タイミングでは点灯して青色光を出力するが、Ｒ出力タイミングでは消灯するように制御される。Ｇ出力タイミングおよびＹ出力タイミングでレーザ光源１０１Ｂから出力された青色光はＧ用蛍光体を励起するための励起光として機能し、Ｂ出力タイミングで出力された青色光は映像表示に用いる青色光（Ｂ色光）として機能する。
【0093】
Ｂ出力タイミングで出力された青色光は、蛍光ホイール１２０ｂの反射領域ＲＬにて反射され、図１２（ａ）に示すように、第１集光レンズ系１０５の左半分の領域、つまり第１集光レンズ系１０５の光軸ＯＸ２よりＺマイナス方向側の領域を通過し、平行な光束として第２ダイクロイックミラー４０２に入射する。第２ダイクロイックミラー４０２は前述のように青色光を透過させるので、青色光はこれを透過して第４ダイクロイックミラー４０４に入射する。第４ダイクロイックミラー４０４は、第１集光レンズ系１０５の光軸ＯＸ２に対して４５度傾いて配置されている。
【0094】
図１５に、第４ダイクロイックミラー４０４の光学特性を実線で示す。同図には参考のために、レーザ光源１０１Ｂの青色光（波長が４４５ｎｍ近傍）と、レーザ光源１０１Ｒの赤色光（波長が６３５ｎｍ近傍）が点線で示されているが、第４ダイクロイックミラー４０４は、青色光（Ｂ光）や赤色光（Ｒ光）は透過し、緑色光（Ｇ光）は反射する光学特性を有している。係る特性の第４ダイクロイックミラー４０４は、例えば、透明なガラス基板等に誘電体多層膜を蒸着することにより形成することが可能である。
【0095】
図１２（ａ）に戻り、第４ダイクロイックミラー４０４に入射した青色光はこれを透過して進み、反射素子４０５に入射する。本実施形態の反射素子４０５は、青色光および赤色光を反射させる特性を備え、実施形態３で用いた反射素子２１１ｂと同様に拡散機能を付与されている。したがって、青色光は反射素子４０５により反射されて、光束径を拡大しながら第４ダイクロイックミラー４０４を再度透過して、第２集光レンズ系１０９に入射する。実施形態３と同様に、青色光は、第２集光レンズ系１０９により集光されて色選択ホイールに入射する。
【0096】
本実施形態においても、第２集光レンズ系１０９とのライトトンネル１４０の間には、色選択ホイールが配置されているが、本実施形態の色選択ホイール１３０ｂは、実施形態１～実施形態３で用いた色選択ホイール１３０ａとは構成が異なっている。
図１３（ｂ）に、色選択ホイール１３０ｂの正面図を示す。色選択ホイールには、フィルター部と拡散部が設けられている。色選択ホイール１３０ｂは、モータに連結されており、モータが回転軸Ｃ２を中心に回転するが、色選択ホイール１３０ｂは蛍光ホイール１２０ｂと同期して回転するように制御される。
図１３（ｂ）に、色選択ホイール１３０ｂの正面図を示す。色選択ホイールには、フィルター部と拡散部が設けられている。色選択ホイール１３０ｂは、モータに連結されており、モータが回転軸Ｃ２を中心に回転するが、色選択ホイール１３０ｂは蛍光ホイール１２０ｂと同期して回転するように制御される。
【0097】
本実施形態の色選択ホイール１３０ｂには、Ｇ出力タイミングに対応する領域にはＧ用フィルターが、Ｂ出力タイミングに対応する領域にはＢ用拡散部が、Ｒ出力タイミングに対応する領域にはＲ用拡散部が、Ｙ出力タイミングに対応する領域にはＹ用フィルターが、それぞれ設けられている。
【0098】
青色光は、Ｂ出力タイミングで色選択ホイール１３０ｂのＢ用拡散部に入射するが、実施形態３と同様に、Ｂ用拡散部によりライトトンネル１４０に入射する青色光の角度範囲が適宜調整される。
【0099】
（蛍光の出力動作）
次に、蛍光ホイール１２０ｂから放射される蛍光のふるまいについて説明する。Ｇ出力タイミングおよびＹ出力タイミングにおいては、レーザ光源１０１Ｂが出力する青色光は、励起光として蛍光ホイール１２０ｂのＧ用蛍光体に照射され、Ｇ用蛍光体からは緑色の蛍光が広角度に放射される。
次に、蛍光ホイール１２０ｂから放射される蛍光のふるまいについて説明する。Ｇ出力タイミングおよびＹ出力タイミングにおいては、レーザ光源１０１Ｂが出力する青色光は、励起光として蛍光ホイール１２０ｂのＧ用蛍光体に照射され、Ｇ用蛍光体からは緑色の蛍光が広角度に放射される。
【0100】
図１２（ａ）では、蛍光の光路を模式的に点線で示しているが、蛍光はランバート発光であるため、蛍光領域ＰＨから大きな角度範囲で第１集光レンズ系１０５の全体に向けて出射する。すなわち、図６（ａ）に点線で示すように、蛍光は第１集光レンズ系１０５のほぼ全域を通過する。第１集光レンズ系１０５により集光された蛍光はＸプラス方向に進む平行な光束となるが、第１集光レンズ系１０５の光軸ＯＸ２よりも左側（Ｚマイナス方向側）部分を通過した光束は、第２ダイクロイックミラー４０２に入射し、右側（Ｚプラス方向側）部分を通過した光束は、第３ダイクロイックミラー４０３に入射する。第２ダイクロイックミラー４０２は、図１４（ａ）に示した光学特性を備え、第３ダイクロイックミラー４０３は、図１４（ｂ）に示した光学特性を備えているが、いずれも緑色光を透過させるため、緑色の蛍光はこれを透過して第４ダイクロイックミラー４０４に入射する。
【0101】
第４ダイクロイックミラー４０４は、図１５に示すように、緑色光を反射させる光学特性を備えているため、蛍光は進行方向を９０度曲げられて第２集光レンズ系１０９に向けてＺプラス方向に進む。
【0102】
Ｇ出力タイミングにて第２集光レンズ系１０９に入射した緑色の蛍光は、色選択ホイール１３０ｂのＧ用フィルターを経由してライトトンネル１４０の入射口に向けて集光される。
また、Ｙ出力タイミングにて第２集光レンズ系１０９に入射した緑色の蛍光は、色選択ホイール１３０ｂのＹ用フィルターを経由してライトトンネル１４０の入射口に向けて集光される。尚、後述するように、Ｙ出力タイミングにおいては、レーザ光源１０１Ｒは赤色光を出力するように制御されている。したがって、Ｙ出力タイミングにおいては、緑色の蛍光は、赤色光が重畳されて黄色光となって第２集光レンズ系１０９に入射し、Ｙ用フィルターを経由してライトトンネル１４０の入射口に向けて集光されると言い換えることもできる。
また、Ｙ出力タイミングにて第２集光レンズ系１０９に入射した緑色の蛍光は、色選択ホイール１３０ｂのＹ用フィルターを経由してライトトンネル１４０の入射口に向けて集光される。尚、後述するように、Ｙ出力タイミングにおいては、レーザ光源１０１Ｒは赤色光を出力するように制御されている。したがって、Ｙ出力タイミングにおいては、緑色の蛍光は、赤色光が重畳されて黄色光となって第２集光レンズ系１０９に入射し、Ｙ用フィルターを経由してライトトンネル１４０の入射口に向けて集光されると言い換えることもできる。
【0103】
（赤色光の出力動作）
次に、レーザ光源１０１Ｒから出力される赤光レーザ光のふるまいについて説明する。レーザ光源１０１Ｒは、Ｒ出力タイミングおよびＹ出力タイミングにおいて赤色レーザ光を出力するように制御される。
次に、レーザ光源１０１Ｒから出力される赤光レーザ光のふるまいについて説明する。レーザ光源１０１Ｒは、Ｒ出力タイミングおよびＹ出力タイミングにおいて赤色レーザ光を出力するように制御される。
【0104】
レーザ光源１０１Ｒから出力された赤色レーザ光は、Ｘマイナス方向に進み、第１ダイクロイックミラー４０１に入射するが、第１ダイクロイックミラー４０１は図１４（ａ）に示す光学特性を備えているため、赤色光は反射されて９０度進行方向が曲げられ、Ｚプラス方向に進む。第１ダイクロイックミラー４０１に反射された赤色光の光束が、レーザ光源１０１Ｂから出力されて第１ダイクロイックミラー４０１を透過する青色光の光束と、同軸かつ同径になるように、各光学要素は配置されている。
【0105】
Ｚプラス方向に進む赤色光は、第２ダイクロイックミラー４０２に入射するが、第２ダイクロイックミラー４０２は図１４（ａ）に示す光学特性を備えているため、赤色光は反射されて９０度進行方向が曲げられ、Ｘプラス方向に進む。
【0106】
Ｘプラス方向に進む赤色光は、第４ダイクロイックミラー４０４に入射するが、第４ダイクロイックミラー４０４は図１５に示す光学特性を備えているため、赤色光は透過して反射素子４０５に入射する。
【0107】
既に述べたように、反射素子４０５は、青色光および赤色光を反射させる特性を備え、実施形態３で用いた反射素子２１１ｂと同様に拡散機能を付与されている。したがって、赤色光は反射素子４０５により反射されて、光束径を拡大しながら第４ダイクロイックミラー４０４を再度透過して、第２集光レンズ系１０９に入射する。青色光と同様に、赤色光は、第２集光レンズ系１０９により集光されて色選択ホイールに入射する。
【0108】
Ｒ出力タイミングにて第２集光レンズ系１０９に入射した赤色光は、色選択ホイール１３０ｂのＲ用拡散部を経由してライトトンネル１４０の入射口に向けて集光される。また、Ｙ出力タイミングにて第２集光レンズ系１０９に入射した赤色光は、色選択ホイール１３０ｂのＹ用フィルターを経由してライトトンネル１４０の入射口に向けて集光される。
【0109】
本実施形態によれば、ライトトンネル１４０に入射する青色光と赤色光の角度範囲を、色選択ホイール１３０ｂだけで制御するのではなく、反射素子４０５の拡散機能との相乗効果により制御することが出来る。それにより、色選択ホイール１３０ｂの制御設定角１／ｅ２を過度に大きくする必要がなくなり、画面内色むらの抑制と光利用率確保を高いレベルでバランスさせることが可能となる。
【0110】
また、本実施形態では、赤色のレーザ光源の出力光を表示用の照明光として用いるため、実施形態３と同様の効果を得られることに加え、赤色光の色純度の向上と色バランスの画面内均一性を、さらに高めることができる。
【0111】
［実施形態５］
図１６（ａ）は、実施形態５に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態５には、実施形態１～実施形態３、あるいは実施形態４に対して共通する部分と異なる部分とが存在しているが、共通する部分については説明を簡略化ないし省略する。
図１６（ａ）は、実施形態５に係る光源装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態５には、実施形態１～実施形態３、あるいは実施形態４に対して共通する部分と異なる部分とが存在しているが、共通する部分については説明を簡略化ないし省略する。
【0112】
（光源装置の構成）
本実施形態の光源装置５００は、レーザ光源５０１と、凸レンズ５０２と凹レンズ５０３とで構成されるコリメート光学系５０４と、第２ダイクロイックミラー４０２と、第３ダイクロイックミラー４０３と、凸レンズ１０５Ａと凸レンズ１０５Ｂとで構成される第１集光レンズ系１０５（第１集光光学系）と、蛍光ホイール１２０ｂと、第４ダイクロイックミラー４０４と、反射素子４０５と、第２集光レンズ系１０９（第２集光光学系）と、色選択ホイール１３０ｂと、ライトトンネル１４０を備えている。
本実施形態の光源装置５００は、レーザ光源５０１と、凸レンズ５０２と凹レンズ５０３とで構成されるコリメート光学系５０４と、第２ダイクロイックミラー４０２と、第３ダイクロイックミラー４０３と、凸レンズ１０５Ａと凸レンズ１０５Ｂとで構成される第１集光レンズ系１０５（第１集光光学系）と、蛍光ホイール１２０ｂと、第４ダイクロイックミラー４０４と、反射素子４０５と、第２集光レンズ系１０９（第２集光光学系）と、色選択ホイール１３０ｂと、ライトトンネル１４０を備えている。
【0113】
実施形態５は実施形態４の変形例であり、実施形態４が備えているレーザ光源１０１Ｂ、レーザ光源１０１Ｒ、第１ダイクロイックミラー４０１の代わりに、レーザ光源５０１とコリメート光学系５０４（凸レンズ５０２、凹レンズ５０３）を備えている。これら以外の構成要素については、実施形態４で用いたのと同一のものを用いることが出来る。
【0114】
本実施形態のレーザ光源５０１は、図１６（ｂ）に示すように、青色半導体レーザ１０２Ｂとコリメートレンズ１０３の対と、赤色半導体レーザ１０２Ｒとコリメートレンズ１０３の対とが、ＸＹ面内で交互にアレイ状に配置されており、青色と赤色の光束をＺプラス方向に出射する。なお、コリメートレンズ１０３は、半導体レーザを実装するパッケージと一体型でも良く、また、別体としても良い。別体とする場合には、アレイ状に配置された半導体レーザの直後にレンズアレイを独立に配置して光源モジュールを構成することができる。尚、図１６（ｂ）には、青色半導体レーザ１０２Ｂと赤色半導体レーザ１０２Ｒを８素子づつ備えた４×４の半導体レーザアレイが示されているが、半導体レーザアレイの構成はこの例に限られるものではない。
【0115】
実施形態４では、レーザ光源１０１Ｂとレーザ光源１０１Ｒを、互いの光軸が直交するように配置し、両方のレーザ光源から出力される光束を、第１ダイクロイックミラー４０１を用いて互いに光路が重なるように合成していた。これに対して、本実施形態では、青色半導体レーザ１０２Ｂと赤色半導体レーザ１０２Ｒを、ＸＹ面内で交互にモザイク状に２次元配置したレーザ光源５０１を用いることにより、第１ダイクロイックミラー４０１を用いた光路合成が不要な構成としている。レーザ光源５０１においては、青色半導体レーザ１０２Ｂと赤色半導体レーザ１０２Ｒは互いに独立に駆動できるように構成されているため、青色半導体レーザ１０２Ｂのみ点灯、赤色半導体レーザ１０２Ｒのみ点灯、青色半導体レーザ１０２Ｂと赤色半導体レーザ１０２Ｒの両方を同時点灯、青色半導体レーザ１０２Ｂと赤色半導体レーザ１０２Ｒの両方を消灯、を適宜に行うことが出来る。
【0116】
光源装置５００が緑色光を出力するタイミングをＧ出力タイミングと、青色光を出力するタイミングをＢ出力タイミングと、赤色光を出力するタイミングをＲ出力タイミングと、黄色光を出力するタイミングをＹ出力タイミングと呼ぶとすれば、レーザ光源５０１は、Ｂ出力タイミングとＧ出力タイミングでは青色半導体レーザ１０２Ｂのみを点灯し、Ｒ出力タイミングでは赤色半導体レーザ１０２Ｒのみを点灯し、Ｙ出力タイミングでは青色半導体レーザ１０２Ｂと赤色半導体レーザ１０２Ｒの両方を点灯する。
【0117】
光源装置５００の発光面は、青色半導体レーザ１０２Ｂと赤色半導体レーザ１０２Ｒとが２次元配置されているため全体として面積が大きくなり、実施形態４よりも出力光の光束径が大きくなる。そこで、本実施形態では、コリメート光学系５０４を用いて、光源装置５００が出力する光を、より光束径が縮小された平行光に変換する。尚、図１６では、コリメート光学系５０４は、凸レンズ５０２と凹レンズ５０３の各１枚により構成されるように模式的に表されているが、コリメート光学系５０４のレンズ構成はこの例に限られるわけではなく、適宜変更することが可能である。
コリメート光学系５０４を通過して以降の青色レーザ光および赤色レーザ光のふるまい、および蛍光ホイールから放射される蛍光のふるまいは、個別に見れば実施形態４と同様であるので説明を省略する。
コリメート光学系５０４を通過して以降の青色レーザ光および赤色レーザ光のふるまい、および蛍光ホイールから放射される蛍光のふるまいは、個別に見れば実施形態４と同様であるので説明を省略する。
【0118】
本実施形態によれば、ライトトンネル１４０に入射する青色光と赤色光の角度範囲を、色選択ホイール１３０ｂだけで制御するのではなく、反射素子４０５の拡散機能との相乗効果により制御することが出来る。それにより、色選択ホイール１３０ｂの制御設定角１／ｅ２を過度に大きくする必要がなくなり、画面内色むらの抑制と光利用率確保を高いレベルでバランスさせることが可能となる。
【0119】
また、本実施形態では、実施形態４と同様に表示用の赤色光の色純度を高めることができる。また、赤色光と青色光を同一面から同一方向に出射する構成のため、赤色レーザ光源と青色レーザ光源を光軸が直交するように配置した実施形態４よりも、光路空間（装置占有空間）をコンパクトにすることが可能である。
【0120】
［実施形態６］
図１７は、実施形態６に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。投射型表示装置１０００は、光源装置３００、照明レンズ１５０、プリズム１７１、プリズム１７２、光変調デバイス１６０（光変調素子）、投射レンズ１８０、および投映スクリーン１９０を備えている。
図１７は、実施形態６に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。投射型表示装置１０００は、光源装置３００、照明レンズ１５０、プリズム１７１、プリズム１７２、光変調デバイス１６０（光変調素子）、投射レンズ１８０、および投映スクリーン１９０を備えている。
【0121】
光源装置３００は、前述した実施形態３に係る光源装置であり、青色光（Ｂ色光）、緑色光（Ｇ色光）、赤色光（Ｒ色光）、黄色光（Ｙ色光）を、画像の表示レートに合わせて時分割して出射する。
【0122】
照明レンズ１５０は、光源装置３００のライトトンネル１４０から出力された光を、光変調デバイス１６０を照明するのに適した光束に整形するレンズである。単数もしくは複数のレンズで構成される。
【0123】
プリズム１７１とプリズム１７２は、合わせてＴＩＲプリズム（内部全反射プリズム）を構成している。ＴＩＲプリズムは、照明光を内部全反射させて、光変調デバイス１６０に所定の角度で入射させ、光変調デバイス１６０で変調された反射光を投射レンズ１８０に向けて透過させる。
【0124】
光変調デバイス１６０は、例えばマイクロミラーデバイスをアレイ状に設けたＤＭＤが用いられる。各表示画素に対応するマイクロミラーは、映像信号の輝度レベルに応じて、パルス幅変調により反射方向が変更されるように駆動される。ただし、反射型液晶デバイスのような、別種の反射型光変調デバイスを用いることも可能である。
【0125】
光変調デバイス１６０は、光源装置３００からの照明光の色の切り替えに同期させて、マイクロミラーデバイスを映像信号の各色成分の輝度レベルに応じて駆動して、映像光をプリズム１７１に向けて所定角度で反射する。映像光は、プリズム１７１およびプリズム１７２を透過して、投射レンズ１８０に導かれ、カラー映像として投射される。投射レンズ１８０は、単数もしくは複数のレンズで構成され、自動焦点調節機能やズーム機能を備えることもできる。
【0126】
投映スクリーン１９０は、リヤプロジェクション型の表示装置を構成する場合に用いられる。また、フロントプロジェクション型の場合にも設置されることが多いが、ユーザが任意の壁面などに投射する場合には、必ずしも設置する必要はない。
【0127】
本実施形態によれば、高効率で色バランスの画面内均一性が優れた小型な光源装置を用いてプロジェクタを構成することにより、小型で、光利用率が高く、色バランスに優れた投射型表示装置を提供することができる。
【0128】
［その他の実施形態］
本発明の実施は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形や組み合わせが可能である。
例えば、実施形態２で説明した第１ダイクロイックミラー２０１ｂのように、ダイクロイックミラーの側面を第１集光レンズ系の光軸ＯＸ２と平行にすることにより側面で発生する蛍光の損失を抑制する方法は、他の実施形態の任意のダイクロイックミラーに適用することが出来る。
本発明の実施は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形や組み合わせが可能である。
例えば、実施形態２で説明した第１ダイクロイックミラー２０１ｂのように、ダイクロイックミラーの側面を第１集光レンズ系の光軸ＯＸ２と平行にすることにより側面で発生する蛍光の損失を抑制する方法は、他の実施形態の任意のダイクロイックミラーに適用することが出来る。
【0129】
また、実施形態４や実施形態５においては、実施形態１のように拡散機能を有さない平坦面の反射素子とし、色選択ホイールの拡散機能だけでライトトンネル１４０の入射口に入射するレーザ光の入射角度分布（集束角度）を制御してもよい。
【0130】
また、実施形態６では、実施形態３の光源装置３００を用いて投射型表示装置を構成したが、他の実施形態の光源装置を用いて投射型表示装置を構成してもよいことは言うまでもない。
【0131】
また、半導体レーザの発光波長（中心波長）や、蛍光体の発光波長は、必ずしも実施形態で例示した通りでなくてもよい。選択した発光波長に応じて、ダイクロイックミラーのカットオフ波長を適宜設定すればよい。
【符号の説明】
【0132】
１００・・・光源装置／１０１Ｂ、１０１Ｒ・・・レーザ光源／１０２・・・青色半導体レーザ／１０２Ｒ・・・赤色半導体レーザ／１０３・・・コリメートレンズ／１０４・・・コリメートレンズ系／１０５・・・第１集光レンズ系／１０５Ａ、１０５Ｂ・・・凸レンズ／１０９・・・第２集光レンズ系／１２０ａ、１２０ｂ・・・蛍光ホイール／１３０ａ、１３０ｂ・・・色選択ホイール／１４０・・・ライトトンネル／１５０・・・照明レンズ／１６０・・・光変調デバイス／１７１・・・プリズム／１７２・・・プリズム／１８０・・・投射レンズ／１９０・・・投映スクリーン／２００・・・光源装置／２０１ａ、２０１ｂ・・・第１ダイクロイックミラー／２０２ａ・・・第２ダイクロイックミラー／２１１、２１１ｂ・・・反射素子／３００・・・光源装置／４００・・・光源装置／４０１・・・第１ダイクロイックミラー／４０２・・・第２ダイクロイックミラー／４０３・・・第３ダイクロイックミラー／４０４・・・第４ダイクロイックミラー／４０５・・・反射素子／５００・・・光源装置／５０１・・・レーザ光源／５０２・・・凸レンズ／５０３・・・凹レンズ／５０４・・・コリメート光学系／１０００・・・投射型表示装置／ＰＨ・・・蛍光領域／ＲＬ・・・反射領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】