特許 7531122 光源装置および投写型表示装置

(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】

(24)【登録日】2024-08-01

(45)【発行日】2024-08-09

(54)【発明の名称】光源装置および投写型表示装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20240802BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20240802BHJP

   F21V 7/00 20060101ALI20240802BHJP

   F21V 7/28 20180101ALI20240802BHJP

   F21V 9/14 20060101ALI20240802BHJP

   F21V 9/20 20180101ALI20240802BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20240802BHJP

   H04N 9/31 20060101ALI20240802BHJP

   F21Y 113/13 20160101ALN20240802BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20240802BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 A

F21S2/00 340

F21V7/00 590

F21V7/28 240

F21V9/14

F21V9/20

G03B21/00 D

H04N9/31 500

F21Y113:13

F21Y115:30

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020029566

(22)【出願日】2020-02-25

(65)【公開番号】P2021135333

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-11-15

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(72)【発明者】

【氏名】田中 孝明

【審査官】新井 重雄

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１１／０３７０２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／１０５５４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－００３５１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１５４２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１１５５５４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｂ ２１／１４

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ７／００

Ｆ２１Ｖ ７／２８

Ｆ２１Ｖ ９／１４

Ｆ２１Ｖ ９／２０

Ｇ０３Ｂ ２１／００

Ｈ０４Ｎ ９／３１

Ｆ２１Ｙ １１３／１３

Ｆ２１Ｙ １１５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１、第２および第３のレーザー光源と、複数の前記第１のレーザー光源の光を偏光合成し、かつ、前記第２のレーザー光源または前記第３のレーザー光源の光を透過する第１の偏光ミラーと、前記第１のレーザー光源の光と、前記第２のレーザー光源または前記第３のレーザー光源の光を合成する第１のダイクロイックミラーと、複数の前記第３のレーザー光源の光を偏光合成し、かつ、前記第１および第２のレーザー光源の光を透過、または前記第１および第２のレーザー光源のいずれかの光を透過する第２の偏光ミラーと、前記第１、第２および第３のレーザー光源の光を合成する第２のダイクロイックミラーとを、備えた光源装置。

【請求項2】

前記第１の偏光ミラーと前記第１のダイクロイックミラーは交差して配置される請求項１記載の光源装置。

【請求項3】

前記第２の偏光ミラーと前記第２のダイクロイックミラーは交差して配置される請求項１又は２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記第１、第２および第３のレーザー光源は、それぞれ緑色、青色、赤色のレーザー光源である請求項１から３のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項5】

前記第１、第２および第３のレーザー光源は半導体レーザーである請求項１から４のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項6】

光源と、前記光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明光学系と、映像信号に応じて画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子で形成された画像を拡大投写する投写レンズを備え、前記光源が請求項１から５のいずれか一項に記載の前記光源装置である投写型表示装置。

【請求項7】

前記画像形成素子がミラー偏向型のデジタル・マイクロ・ミラー（ＤＭＤ）である請求項６記載の投写型表示装置。

【請求項8】

前記画像形成素子が液晶パネルである請求項６記載の投写型表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、画像形成素子に形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ミラー偏向型のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）や液晶パネルの画像形成素子を用いた投写型表示装置の光源として、長寿命である半導体レーザーや発光ダイオードの固体光源を用いた光源装置が多数開示されている。その中で、青、緑、赤色のレーザー光源を用いた広色域で高効率な光源装置が開示されている。従来の固体光源を用いた光源装置は、青色、緑色、赤色のレーザー光源と、レーザー光源からの集光光を合成する小型なダイクロイックミラーと、透過型の回転拡散板と回転拡散板の前に配置した拡散板により構成される（特許文献１参照）。当該光源装置は、スペックルノイズと微小な輝度むらを解消しつつ、小型な光源装置を構成するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－４０１７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

種々の方法により、従来の光源装置で小型化を図りつつ、高輝度化が行われている。例えば、複数の青色、緑色、赤色のレーザー光源からの光を、ダイクロイックミラーで波長合成する方法、偏光ビームスプリッタで偏光合成する方法、各レーザー光源からの光が重ならないように空間的に合成する方法などがある。したがって、これらの方法を含めて、高効率で小型、高輝度化する光源装置と、その光源装置を用いた投写型表示装置を構成することが課題であった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の光源装置は、第１、第２および第３のレーザー光源と、複数の前記第１のレーザー光源の光を偏光合成し、かつ、第２のレーザー光源または第３のレーザー光源の光を透過する第１の偏光ミラーと、前記第１のレーザー光源の光と前記第２のレーザー光源または第３のレーザー光源の光を合成する第１のダイクロイックミラーと、複数の前記第３のレーザー光源の光を偏光合成し、かつ、前記第1、第2のレーザー光源の光を透過、または第１、第２のレーザー光源のいずれかの光を透過する第２の偏光ミラーと、前記第１、第２および第3のレーザー光源の光を合成する第２のダイクロイックミラーを備えたことを特長とする。

【0006】

上記光源装置は、偏光ビームスプリッタとダイクロイックミラーの特性をもつ偏光ミラーと、ダイクロイックミラーを配置することにより、小型、高効率で高輝度な光源装置を構成することができる。

【0007】

本開示の投写型表示装置は、光源と、前記光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明光学系と、映像信号に応じて画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子で形成された画像を拡大投写する投写レンズを備え、前記光源が本開示の光源装置であることを特長とする。本開示の光源装置を用いるため、広色域で、小型、高輝度な投写型表示装置が構成できる。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、偏光ビームスプリッタとダイクロイックミラーの特性をもつ偏光ミラーと、ダイクロイックミラーを配置することにより、緑、青、赤色の複数のレーザー光源からの光を、効率よく小型に合成する。このため、小型、高効率で高輝度な光源装置が構成できる。さらに、広色域で、小型、高輝度な投写型表示装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施の形態１における光源装置の構成図

【図2】実施の形態１における第１の偏光ミラーの分光特性

【図3】実施の形態１における第２の偏光ミラーの分光特性

【図4】本開示の実施の形態2における光源装置の構成図

【図5】実施の形態２における第１の偏光ミラーの分光特性

【図6】本開示の実施の形態3における光源装置の構成図

【図7】実施の形態３における第２の偏光ミラーの分光特性

【図8】本開示の実施の形態４における光源装置の構成図

【図9】実施の形態４における偏光ミラーの分光特性

【図10】本開示の実施の形態５における投写型表示装置の構成図

【図11】本開示の実施の形態６における投写型表示装置の構成図

【図12】本開示の実施の形態７における投写型表示装置の構成図

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示の第１態様の光源装置は、第１、第２および第３のレーザー光源と、複数の前記第１のレーザー光源の光を偏光合成し、かつ、第２のレーザー光源または第３のレーザー光源の光を透過する第１の偏光ミラーと、前記第１のレーザー光源の光と、前記第２のレーザー光源または第３のレーザー光源の光を合成する第１のダイクロイックミラーと、複数の前記第３のレーザー光源の光を偏光合成し、かつ、前記第1、第2のレーザー光源の光を透過、または第１、第２のレーザー光源のいずれかの光を透過する第２の偏光ミラーと、前記第１、第２および第3のレーザー光源の光を合成する第２のダイクロイックミラーとを備える。

【0011】

本開示の第２態様の光源装置においては、第１の偏光ミラーと第１のダイクロイックミラーは交差して配置されてもよい。

【0012】

本開示の第３態様の光源装置においては、第２の偏光ミラーと第２のダイクロイックミラーは交差して配置されてもよい。

【0013】

本開示の第４態様の光源装置においては、第１、第２および第３のレーザー光源と、複数の前記第１のレーザー光源の光を偏光合成する第１の偏光ミラーと、前記第１のレーザー光源の光と前記第２のレーザー光源または第３のレーザー光源の光を合成する第１のダイクロイックミラーと、複数の前記第３のレーザー光源の光を偏光合成し、かつ、前記第1、第2のレーザー光源の光を透過、または第１、第２のレーザー光源のいずれかの光を透過する第２の偏光ミラーと、前記第１、第２および第3のレーザー光源の光を合成する第２のダイクロイックミラーとを、備えてもよい。

【0014】

本開示の第５態様の光源装置においては、第１、第２および第３のレーザー光源は、それぞれ緑色、青色、赤色のレーザー光源であってもよい。

【0015】

本開示の第６態様の光源装置においては、第１、第２のレーザー光源と、複数の前記第１のレーザー光源の光を偏光合成し、かつ、第２のレーザー光源の光を透過する偏光ミラーと、前記第１のレーザー光源の光と前記第２のレーザー光源の光を合成するダイクロイックミラーとを備えてもよい。

【0016】

本開示の第７態様の光源装置においては、第１、第２のレーザー光源は、それぞれ赤色、青色のレーザー光源であってもよい。

【0017】

本開示の第８態様の光源装置においては、偏光ミラーとダイクロイックミラーは交差して配置されてもよい。

【0018】

本開示の第９態様の光源装置においては、第１、第２および第３のレーザー光源は半導体レーザーであってもよい。

【0019】

本開示の第１０態様の投射型表示装置においては、光源と、前記光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明光学系と、映像信号に応じて画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子で形成された画像を拡大投写する投写レンズを備え、前記光源が第１態様から第９態様のいずれか１つに記載の光源装置であってもよい。

【0020】

本開示の第１１態様の投射型表示装置においては、画像形成素子がミラー偏向型のデジタル・マイクロ・ミラー（ＤＭＤ）であってもよい。

【0021】

本開示の第１２態様の投射型表示装置においては、画像形成素子が液晶パネルであってもよい。

【0022】

以下本開示を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

【0023】

（実施の形態１）
図１は本開示の実施の形態を示す第１の光源装置４６の構成図である。

【0024】

光源装置４６は、緑色レーザー光源２２、２６と、青色レーザー光源３０と、赤色レーザー光源３７、４１とを備える。緑色レーザー光源２２は、複数の緑色半導体レーザー素子を配置した緑色半導体レーザー基板２０とコリメートレンズアレイ２１とを有する。緑色レーザー光源２６は、複数の緑色半導体レーザー素子を配置した緑色半導体レーザー基板２４とコリメートレンズアレイ２５とを有する。青色レーザー光源３０は、複数の青色半導体レーザー素子を配置した青色半導体レーザー基板２８とコリメートレンズアレイ２９とを有する。赤色レーザー光源３７は、複数の赤色半導体レーザー素子を配置した赤色半導体レーザー基板３５とコリメートレンズアレイ３６とを有する。赤色レーザー光源４１は、複数の赤色半導体レーザー素子を配置した赤色半導体レーザー基板３９とコリメートレンズアレイ４０とを有する。光源装置４６は、更に放熱板２３、２７、３１、３８、４２と、第1の偏光ミラー３２と、第１のダイクロイックミラー３３，３４と、第２のダイクロイックミラー４３、４４と、第２の偏光ミラー４５とを備える。第１のダイクロイックミラー３３，３４は青反射のダイクロイックミラーであって、第２のダイクロイックミラー４３、４４は青、緑反射のダイクロイックミラーである。図中には、レーザー光源から出射する光と、第１の偏光ミラー３２、第２の偏光ミラー４５、第１のダイクロイックミラー３３、３４、第２のダイクロイックミラー４３、４４へ入射および出射する光の偏光方向を示している。緑色レーザー光源を第１のレーザー光源、青色レーザー光源を第２のレーザー光源、赤色レーザー光源を第3のレーザー光源とする。

【0025】

緑色レーザー光源２２は、２４個（６×４）の緑色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した緑色半導体レーザー基板２０とコリメートレンズアレイ２１で構成される。緑色半導体レーザー基板２０は、５２５±８ｎｍ波長幅で緑の色光を発光し、第１の偏光ミラー３２に対してＰ偏光となる光を出射する。緑色半導体レーザー基板２０を出射した光は、対応するコリメートレンズアレイ２１により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板２３は緑色半導体レーザー基板２０を冷却するものである。

【0026】

緑色レーザー光源２６は、２４個（６×４）の緑色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した緑色半導体レーザー基板２4とコリメートレンズアレイ２５で構成される。緑色半導体レーザー基板２４は、５２５±８ｎｍ波長幅で緑の色光を発光し、第１の偏光ミラー３２に対してＳ偏光となる光を出射する。緑色半導体レーザー基板２４を出射した光は、対応するコリメートレンズアレイ２５により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板２７は緑色半導体レーザー基板２4を冷却するものである。

【0027】

青色レーザー光源３０は、１２個（３×４）の青色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した青色半導体レーザー基板２８とコリメートレンズアレイ２９で構成される。青色半導体レーザー基板２８は、４６５±８ｎｍの波長幅で青の色光を発光し、第１の偏光ミラー３２に対してＰ偏光となる光を出射する。青色半導体レーザーは、赤、緑の半導体レーザーに対して、発光効率が高いことや所望の白色光色度に必要な光出力が小さいため、１／４程度の半導体レーザー個数で構成している。青色半導体レーザー基板２８を出射した光は対応するコリメートレンズアレイ２９により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板３１は青色半導体レーザー基板２８を冷却するためのものである。

【0028】

緑色レーザー光源２２、２６と青色レーザー光源３０からのレーザー光は、それぞれＰ偏光、Ｓ偏光、Ｐ偏光で、第１の偏光ミラー３２と第１のダイクロイックミラー３３、３４に入射する。第１の偏光ミラー３２と第１のダイクロイックミラー３３、３４は、それぞれ入射角が４５度となる配置である。第１のダイクロイックミラー３３、３４は、第１の偏光ミラーと交差して配置している。

【0029】

図２に、第１の偏光ミラー３２の分光特性を示す。分光特性は、入射角が４５度でのＰ偏光とＳ偏光の分光透過率を示している。分光特性は、第１の偏光ミラー３２のガラス基板上にTiO2などの高屈折率材料とSiO2などの低屈折率材料を交互に８６層の光学薄膜を形成し、設計した事例である。第１の偏光ミラー３２は、緑色レーザー光に対しては偏光ビームスプリッタとして作用し、青色レーザー光に対しては青透過のダイクロイックミラーとして作用する特性である。第１の偏光ミラー３２は、Ｐ偏光の青色のレーザー光とＰ偏光の緑色レーザー光を９５％以上で透過し、Ｓ偏光の緑色レーザー光を９５％以上で反射する。

【0030】

第１のダイクロイックミラー３３、３４は青反射のダイクロイックミラーであって、緑色レーザー光を９５％以上で透過し、青色レーザー光を９７％以上で反射する特性である。透過率が５０％となる半値波長はＰ偏光で４８５ｎｍ、Ｓ偏光で５０５ｎｍである。

【0031】

第１の偏光ミラー３２と第１のダイクロイックミラー３３、３４に入射した複数の緑色レーザー光は、第１のダイクロイックミラーを透過しつつ、偏光合成される。また、青色レーザー光は、第１の偏光ミラー３２を透過しつつ、第１のダイクロイックミラー３３、３４で反射される。第１の偏光ミラーと第１のダイクロイックミラーは交差して構成されるため、複数の緑色レーザー光源と青色レーザー光源からの光を、小型に合成することができる。合成された緑色と青色のレーザー光は、第２のダイクロイックミラー４３、４４と第２の偏光ミラー４５に入射する。

【0032】

赤色レーザー光源３７は、２４個（６×4）の赤色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した赤色半導体レーザー基板３５とコリメートレンズアレイ３６で構成される。赤色半導体レーザー基板３５は、６４０±８ｎｍの波長幅で赤の色光を発光し、第２の偏光ミラー４５に対してS偏光となる光を出射する。赤色半導体レーザー基板３５を出射した光は対応するコリメートレンズアレイ３６により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板３８は赤色半導体レーザー基板３５を冷却するためのものである。

【0033】

赤色レーザー光源４１は、２４個（６×4）の赤色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した赤色半導体レーザー基板３９とコリメートレンズアレイ４０で構成される。赤色半導体レーザー基板３９は、６４０±８ｎｍの波長幅で赤の色光を発光し、第２の偏光ミラー４５に対してP偏光となる光を出射する。赤色半導体レーザー基板３９を出射した光は対応するコリメートレンズアレイ４０により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板４２は赤色半導体レーザー基板３９を冷却するためのものである。

【0034】

赤色レーザー光源３７、４１からのレーザー光は、それぞれＳ偏光、Ｐ偏光で、第２の偏光ミラー４５と第２のダイクロイックミラー４３、４４に入射する。第２の偏光ミラー４５と第２のダイクロイックミラー４３、４４は、それぞれ入射角が４５度となる配置である。第２のダイクロイックミラー４３、４４は、第２の偏光ミラー４５と交差して配置している。

【0035】

図３に、第２の偏光ミラー４５の分光特性を示す。分光特性は、入射角が４５度でのＰ偏光とＳ偏光の分光透過率を示している。分光特性は、第２の偏光ミラー４５のガラス基板上にTiO2などの高屈折率材料とSiO2などの低屈折率材料を交互に８９層の光学薄膜を形成し、設計した事例である。第２の偏光ミラー４５は、赤色レーザー光に対しては偏光ビームスプリッタとして作用し、緑色レーザー光と青色レーザー光に対しては、それぞれ緑透過、青透過のダイクロイックミラーとして作用する特性である。第２の偏光ミラー４５は、Ｐ偏光の赤色のレーザー光と、Ｐ偏光とＳ偏光の緑色レーザー光と、Ｐ偏光とＳ偏光の青色レーザー光を９５％以上で透過し、Ｓ偏光の赤色レーザー光を９５％以上で反射する。

【0036】

第２のダイクロイックミラー４３、４４は青、緑反射のダイクロイックミラーであって、赤色レーザー光を９５％以上で透過し、緑色レーザー光と青色レーザー光を９７％以上で反射する特性である。透過率が５０％となる半値波長はＰ偏光で５８０ｎｍ、Ｓ偏光で６０５ｎｍである。

【0037】

第２の偏光ミラー４５と第２のダイクロイックミラー４３、４４に入射した複数の赤色レーザー光は、第２のダイクロイックミラー４３、４４を透過しつつ、偏光合成される。また、緑色レーザー光と青色レーザー光は、第２の偏光ミラー４５を透過しつつ、第２のダイクロイックミラー４３、４４で反射される。第２の偏光ミラーと第２のダイクロイックミラーは交差して構成されるため、複数の赤色レーザー光源と複数の緑色レーザー光源と青色レーザー光源からの光を、小型に合成することができる。このようにして、青、緑、赤色レーザー光が、小型、高効率で合成されて、光源装置を出射する。

【0038】

緑色レーザー光源と赤色レーザー光源、青色レーザー光源は、それぞれ４８個、４８個、１２個の半導体レーザー素子を配置した構成を示したが、高輝度化のため、それぞれ、より多数の半導体レーザー素子を用いて構成してもよい。

【0039】

第１のレーザー光源を緑色レーザー光源とし、第３のレーザー光源を赤色レーザー光源として説明したが、これに限定されない。例えば、第１および第２の偏光ミラーと、第１および第２のダイクロイックミラーの特性を変更して、第１のレーザー光源を赤色レーザー光源、第３のレーザー光源を緑色レーザー光源としてもよい。

【0040】

以上のように、本開示の光源装置は、青、緑、赤色のレーザー光源と、偏光ビームスプリッタとダイクロイックミラーの特性を備えた偏光ミラーと、ダイクロイックミラーを配置することにより、小型、高効率で広色域な光源装置を構成することができる。

【0041】

（実施の形態２）
図４は本開示の実施の形態を示す第２の光源装置の構成図である。

【0042】

光源装置７６は、緑色レーザー光源５２、５６と、赤色レーザー光源６０、６７と、青色レーザー光源７１とを備える。緑色レーザー光源5２は、複数の緑色半導体レーザー素子を配置した緑色半導体レーザー基板5０とコリメートレンズアレイ5１とを有する。緑色レーザー光源5６は、複数の緑色半導体レーザー素子を配置した緑色半導体レーザー基板5４とコリメートレンズアレイ5５とを有する。赤色レーザー光源6０は、複数の赤色半導体レーザー素子を配置した赤色半導体レーザー基板５８とコリメートレンズアレイ５９とを有する。赤色レーザー光源６７は、複数の赤色半導体レーザー素子を配置した赤色半導体レーザー基板６５とコリメートレンズアレイ６６とを有する。青色レーザー光源７１は、複数の青色半導体レーザー素子を配置した青色半導体レーザー基板６９とコリメートレンズアレイ７０とを有する。光源装置７６は、更に放熱板５３、５７、６１、６８、７２と、第1の偏光ミラー６２と、第１のダイクロイックミラー６３、６４と、第２のダイクロイックミラー７３、７４と、第２の偏光ミラー７５とを備える。第１のダイクロイックミラー６３、６４は赤反射のダイクロイックミラーであって、第２のダイクロイックミラー７３、７４は青反射のダイクロイックミラーである。図中には、レーザー光源から出射する光と、第１の偏光ミラー６２、第２の偏光ミラー７５、第１のダイクロイックミラー６３、６４、第２のダイクロイックミラー７３、７４へ入射および出射する光の偏光方向を示している。緑色レーザー光源を第１のレーザー光源、青色レーザー光源を第２のレーザー光源、赤色レーザー光源を第３のレーザー光源とする。

【0043】

緑色レーザー光源５２は、２４個（６×４）の緑色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した緑色半導体レーザー基板５０とコリメートレンズアレイ５１で構成される。緑色半導体レーザー基板５０は、５２５±８ｎｍ波長幅で緑の色光を発光し、第１の偏光ミラー６２に対してＰ偏光となる光を出射する。緑色半導体レーザー基板５０を出射した光は、対応するコリメートレンズアレイ５１により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板５３は緑色半導体レーザー基板５０を冷却するものである。

【0044】

緑色レーザー光源５６は、２４個（６×４）の緑色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した緑色半導体レーザー基板５4とコリメートレンズアレイ５５で構成される。緑色半導体レーザー基板５４は、５２５±８ｎｍ波長幅で緑の色光を発光し、第１の偏光ミラー６２に対してＳ偏光となる光を出射する。緑色半導体レーザー基板５４を出射した光は、対応するコリメートレンズアレイ５５により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板５７は緑色半導体レーザー基板５4を冷却するものである。

【0045】

赤色レーザー光源６０は、２４個（６×4）の赤色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した赤色半導体レーザー基板５８とコリメートレンズアレイ５９で構成される。赤色半導体レーザー基板５８は、６４０±８ｎｍの波長幅で赤の色光を発光し、第１の偏光ミラー６２に対してＰ偏光となる光を出射する。赤色半導体レーザー基板５８を出射した光は対応するコリメートレンズアレイ５９により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板６１は赤色半導体レーザー基板５８を冷却するためのものである。

【0046】

緑色レーザー光源５２、５６と赤色レーザー光源６０からのレーザー光は、それぞれＰ偏光、Ｓ偏光、Ｐ偏光で、第１の偏光ミラー６２と第１のダイクロイックミラー６３、６４に入射する。第１の偏光ミラー６２と第１のダイクロイックミラー６３、６４は、それぞれ入射角が４５度となる配置である。第１のダイクロイックミラー６３、６４は、第１の偏光ミラーと交差して配置している。

【0047】

図５に、第１の偏光ミラー６２の分光特性を示す。分光特性は、入射角が４５度でのＰ偏光とＳ偏光の分光透過率を示している。分光特性は、第１の偏光ミラー６２のガラス基板上にTiO2などの高屈折率材料とSiO2などの低屈折率材料を交互に７２層の光学薄膜を形成し、設計した事例である。第１の偏光ミラー６２は、緑色レーザー光に対しては偏光ビームスプリッタとして作用し、赤色レーザー光に対しては赤透過のダイクロイックミラーとして作用する特性である。第１の偏光ミラー６２は、Ｐ偏光の赤色のレーザー光とＰ偏光の緑色レーザー光を９５％以上で透過し、Ｓ偏光の緑色レーザー光を９５％以上で反射する。

【0048】

第１のダイクロイックミラー６３、６４は赤反射のダイクロイックミラーであって、緑色レーザー光を９５％以上で透過し、赤色レーザー光を９７％以上で反射する特性である。透過率が５０％となる半値波長はＰ偏光で５８０ｎｍ、Ｓ偏光で６０５ｎｍである。

【0049】

第１の偏光ミラー６２と第１のダイクロイックミラー６３、６４に入射した複数の緑色レーザー光は、第１のダイクロイックミラー６３、６４を透過しつつ、偏光合成される。また、赤色レーザー光は、第１の偏光ミラー６２を透過しつつ、第１のダイクロイックミラー６３、６４で反射される。第１の偏光ミラーと第１のダイクロイックミラーは交差して構成されるため、複数の緑色レーザー光源と赤色レーザー光源からの光を、小型に合成することができる。合成された緑色と赤色のレーザー光は、第２のダイクロイックミラー７３、７４と第２の偏光ミラー７５に入射する。

【0050】

赤色レーザー光源６７は、２４個（６×4）の赤色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した赤色半導体レーザー基板６５とコリメートレンズアレイ６６で構成される。赤色半導体レーザー基板６５は、６４０±８ｎｍの波長幅で赤の色光を発光し、第２の偏光ミラー７５に対してS偏光となる光を出射する。赤色半導体レーザー基板６５を出射した光は対応するコリメートレンズアレイ６６により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板６８は赤色半導体レーザー基板６５を冷却するためのものである。

【0051】

青色レーザー光源７１は、１２個（３×４）の青色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した青色半導体レーザー基板６９とコリメートレンズアレイ７０で構成される。青色半導体レーザー基板６９は、４６５±８ｎｍの波長幅で青の色光を発光し、第２の偏光ミラー７５に対してＳ偏光となる光を出射する。青色半導体レーザーは、赤、緑の半導体レーザーに対して、発光効率が高いことや所望の白色光色度に必要な光出力が小さいため、１／４程度の半導体レーザー個数で構成している。青色半導体レーザー基板６９を出射した光は対応するコリメートレンズアレイ７０により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板７２は青色半導体レーザー基板６９を冷却するためのものである。

【0052】

赤色レーザー光源６７からのレーザー光はＳ偏光で、第２の偏光ミラー７５と第２のダイクロイックミラー７４に入射する。第２の偏光ミラー７５と第２のダイクロイックミラー７３、７４は、それぞれ入射角が４５度となる配置である。第２のダイクロイックミラー７３、７４は、第２の偏光ミラー４５と交差して配置している。

【0053】

第２の偏光ミラー７５の分光特性は図３に示す特性である。第２の偏光ミラー７５は、赤色レーザー光に対しては偏光ビームスプリッタとして作用し、緑色レーザー光と青色レーザー光に対しては、それぞれ緑透過、青透過のダイクロイックミラーとして作用する特性である。第２の偏光ミラー７５は、Ｐ偏光の赤色のレーザー光と、Ｐ偏光とＳ偏光の緑色レーザー光と、Ｐ偏光とＳ偏光の青色レーザー光を９５％以上で透過し、Ｓ偏光の赤色レーザー光を９５％以上で反射する。

【0054】

第２のダイクロイックミラー７３、７４は青反射のダイクロイックミラーであって、赤色レーザー光と緑色レーザー光を９５％以上で透過し、青色レーザー光を９７％以上で反射する特性である。透過率が５０％となる半値波長はＰ偏光で４７５ｎｍ、Ｓ偏光で４９５ｎｍである。

【0055】

第２の偏光ミラー７５と第２のダイクロイックミラー７３、７４に入射した複数の赤色レーザー光は、第２のダイクロイックミラー７３、７４を透過しつつ、偏光合成される。また、緑色レーザー光と青色レーザー光は、第２の偏光ミラー７５を透過しつつ、第２のダイクロイックミラー７３、７４で、それぞれ透過、反射する。第２の偏光ミラーと第２のダイクロイックミラーは交差して構成されるため、複数の赤色レーザー光源と複数の緑色レーザー光源と青色レーザー光源からの光を、小型に合成することができる。このようにして、青、緑、赤色レーザー光が、小型、高効率で合成されて、光源装置を出射する。

【0056】

図４における出射光は、図１の実施の形態１における出射光の位置とは異なり、出射光の光軸を中心として、９０度回転した場合であっても、その光軸に対してレーザー光源が対称配置となる構成である。

【0057】

緑色レーザー光源と赤色レーザー光源、青色レーザー光源は、それぞれ４８個、４８個、１２個の半導体レーザー素子を配置した構成を示したが、高輝度化のため、それぞれ、より多数の半導体レーザー素子を用いて構成してもよい。

【0058】

第１のレーザー光源を緑色レーザー光源とし、第３のレーザー光源を赤色レーザー光源として説明したが、これに限定されない。例えば、第１および第２の偏光ミラーと、第１および第２のダイクロイックミラーの特性を変更して、第１のレーザー光源を赤色レーザー光源、第３のレーザー光源を緑色レーザー光源としてもよい。

【0059】

以上のように、本開示の光源装置は、青、緑、赤色のレーザー光源と、偏光ビームスプリッタとダイクロイックミラーの特性を備えた偏光ミラーと、ダイクロイックミラーを配置することにより、小型、高効率で広色域な光源装置を構成することができる。

【0060】

（実施の形態３）
図６は本開示の実施の形態を示す第３の光源装置の構成図である。

【0061】

光源装置１０４は、緑色レーザー光源８２、８６と、赤色レーザー光源９１、９６と、青色レーザー光源１０１とを備える。緑色レーザー光源８２は、複数の緑色半導体レーザー素子を配置した緑色半導体レーザー基板８０とコリメートレンズアレイ８１とを有する。緑色レーザー光源８６は、複数の緑色半導体レーザー素子を配置した緑色半導体レーザー基板８４とコリメートレンズアレイ８５とを有する。赤色レーザー光源９１は、複数の赤色半導体レーザー素子を配置した赤色半導体レーザー基板８９とコリメートレンズアレイ９０とを有する。赤色レーザー光源９６は、複数の赤色半導体レーザー素子を配置した赤色半導体レーザー基板９４とコリメートレンズアレイ９５とを有する。青色レーザー光源１０１は、複数の青色半導体レーザー素子を配置した青色半導体レーザー基板９９とコリメートレンズアレイ１００とを有する。光源装置１０４は、更に放熱板８３、８７、９２、９７、１０２と、第1の偏光ミラー８８と、第１のダイクロイックミラー９３と、第２の偏光ミラー９８と、第２のダイクロイックミラー１０３とを備える。第１のダイクロイックミラー９３は赤反射のダイクロイックミラーであって、第２のダイクロイックミラー１０３は青反射のダイクロイックミラーである。図中には、レーザー光源から出射する光と、第１の偏光ミラー８８、第２の偏光ミラー９８、第１のダイクロイックミラー９３、第２のダイクロイックミラー１０３へ入射する光の偏光方向を示している。緑色レーザー光源を第１のレーザー光源、青色レーザー光源を第２のレーザー光源、赤色レーザー光源を第３のレーザー光源とする。本開示の第１、第２の光源装置と、主に異なるのは、第１の偏光ミラーと第１のダイクロイックミラー、第２の偏光ミラーとダイクロイックミラーが、それぞれ交差しない配置であって、交差部での光損失を生じない構成である。

【0062】

緑色レーザー光源８２は、２４個（６×４）の緑色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した緑色半導体レーザー基板８０とコリメートレンズアレイ８１で構成される。緑色半導体レーザー基板８０は、５２５±８ｎｍ波長幅で緑の色光を発光し、第１の偏光ミラー８８に対してＰ偏光となる光を出射する。緑色半導体レーザー基板８０を出射した光は、対応するコリメートレンズアレイ８１により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板８３は緑色半導体レーザー基板８０を冷却するものである。

【0063】

緑色レーザー光源８６は、２４個（６×４）の緑色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した緑色半導体レーザー基板８4とコリメートレンズアレイ８５で構成される。緑色半導体レーザー基板８４は、５２５±８ｎｍ波長幅で緑の色光を発光し、第１の偏光ミラー８８に対してＳ偏光となる光を出射する。緑色半導体レーザー基板８４を出射した光は、対応するコリメートレンズアレイ８５により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板８７は緑色半導体レーザー基板８4を冷却するものである。

【0064】

緑色レーザー光源８２、８６からのレーザー光は、それぞれＰ偏光、Ｓ偏光で、第１の偏光ミラー８８に入射する。第１の偏光ミラー８８は、入射角が４５度の偏光ビームスプリッタであって、緑色レーザー光のＰ偏光を９５％以上で透過し、Ｓ偏光を９７％以上で反射する特性である。第１の偏光ミラー８８で偏光合成した光は、第１のダイクロイックミラーである赤反射のダイクロイックミラー９３を透過する。

【0065】

赤色レーザー光源９１は、２４個（６×4）の赤色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した赤色半導体レーザー基板８９とコリメートレンズアレイ９０で構成される。赤色半導体レーザー基板８９は、６４０±８ｎｍの波長幅で赤の色光を発光し、第１のダイクロイックミラー９３に対してＰ偏光となる光を出射する。赤色半導体レーザー基板８９を出射した光は、対応するコリメートレンズアレイ９０により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板９２は赤色半導体レーザー基板８９を冷却するためのものである。

【0066】

赤色レーザー光源９１からのレーザー光は、赤反射のダイクロイックミラー９３で反射され、緑色レーザー光と合成される。合成されたＰ偏光の赤色レーザー光と、Ｐ偏光、Ｓ偏光の緑色レーザー光は第２の偏光ミラー９８に入射する。

【0067】

赤色レーザー光源９６は、２４個（６×4）の赤色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した赤色半導体レーザー基板９４とコリメートレンズアレイ９５で構成される。赤色半導体レーザー基板９４は、６４０±８ｎｍの波長幅で赤の色光を発光し、第２の偏光ミラー９８に対してＳ偏光となる光を出射する。赤色半導体レーザー基板９４を出射した光は、対応するコリメートレンズアレイ９５により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板９７は赤色半導体レーザー基板９４を冷却するためのものである。

【0068】

赤色レーザー光源９６からのＳ偏光の赤色レーザー光は、第２の偏光ミラー９８に入射する。第２の偏光ミラー９８は、入射角が４５度である。

【0069】

図７に、第２の偏光ミラー９８の分光特性を示す。分光特性は、入射角が４５度でのＰ偏光とＳ偏光の分光透過率を示している。分光特性は、第２の偏光ミラー９８のガラス基板上にTiO2などの高屈折率材料とSiO2などの低屈折率材料を交互に８６層の光学薄膜を形成し、設計した事例である。第２の偏光ミラー９８は、赤色レーザー光に対しては偏光ビームスプリッタとして作用し、緑色レーザー光に対しては緑透過のダイクロイックミラーとして作用する特性である。第２の偏光ミラー９８は、Ｐ偏光の赤色のレーザー光とＳ偏光とＰ偏光の緑色レーザー光を９５％以上で透過し、Ｓ偏光の赤色レーザー光を９５％以上で反射する。

【0070】

第２の偏光ミラー９８で合成された赤色レーザー光と緑色レーザー光は、第２のダイクロイックミラーである青反射のダイクロイックミラー１０３を透過する。

【0071】

青色レーザー光源１０１は、１２個（３×４）の青色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した青色半導体レーザー基板９９とコリメートレンズアレイ１００で構成される。青色半導体レーザー基板９９は、４６５±８ｎｍの波長幅で青の色光を発光し、青反射のダイクロイックミラー１０３に対してＳ偏光となる光を出射する。青色半導体レーザーは、赤、緑の半導体レーザーに対して、発光効率が高いことや所望の白色光色度に必要な光出力が小さいため、１／４程度の半導体レーザー個数で構成している。青色半導体レーザー基板９９を出射した光は対応するコリメートレンズアレイ１００により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板１０２は青色半導体レーザー基板６９を冷却するためのものである。

【0072】

第２のダイクロイックミラー１０３は、青反射のダイクロイックミラーであって、赤色レーザー光と緑色レーザー光を９５％以上で透過し、青色レーザー光を９７％以上で反射する特性である。透過率が５０％となる半値波長はＰ偏光で４７５ｎｍ、Ｓ偏光で４９５ｎｍである。

【0073】

第２のダイクロイックミラー１０３に入射する赤色レーザー光と緑色レーザー光は透過し、青色レーザー光は反射され、白色光に合成される。

【0074】

第１の偏光ミラー８８と第１のダイクロイックミラー９３、第２の偏光ミラー９８と第２のダイクロイックミラー１０３は、それぞれ交差しないため、図１、図４に示す光源装置よりも大型化する。しかしながら、ミラー交差部での光損失がないため、より高効率な光源装置が構成できる。また、第１の偏光ミラー８８で緑色レーザー光を偏光合成した後に、第1のダイクロイックミラー９３で緑色と赤色のレーザー光を合成するように配置する場合、第１の偏光ミラー８８の分光特性は、図５に示すような赤透過の特性は不問となる。これにより、緑色レーザー光の偏光ビームスプリッタ特性のみで構成できるため、第１の偏光ミラー８８の光学薄膜層数が低減され、低コスト化できる。さらに、第２の偏光ミラー９８で赤色レーザー光を偏光合成した後に、第２のダイクロイックミラー１０３で青色と赤、緑色のレーザー光を合成するように配置した場合、第２の偏光ミラー９８の分光特性は、図３に示すような青色レーザー波長帯域での特性は不問となる。これにより、緑色レーザー光の透過と赤色レーザー光の偏光ビームスプリッタ特性で構成でき、第２の偏光ミラー９８の光学薄膜層数が低減され、低コスト化できる。

【0075】

緑色レーザー光源と赤色レーザー光源、青色レーザー光源は、それぞれ４８個、４８個、１２個の半導体レーザー素子を配置した構成を示したが、高輝度化のため、それぞれ、より多数の半導体レーザー素子を用いて構成してもよい。

【0076】

第１のレーザー光源を緑色レーザー光源とし、第３のレーザー光源を赤色レーザー光源として説明したが、これに限定されない。例えば、第１および第２の偏光ミラーと、第１および第２のダイクロイックミラーの特性を変更して、第１のレーザー光源を赤色レーザー光源、第３のレーザー光源を緑色レーザー光源としてもよい。

【0077】

以上のように、本開示の光源装置は、青、緑、赤色のレーザー光源と、偏光ビームスプリッタとダイクロイックミラーの特性を備えた偏光ミラーと、ダイクロイックミラーを交差せず配置することにより、より高効率で広色域な光源装置を構成することができる。

【0078】

（実施の形態４）
図８は本開示の実施の形態を示す第４の光源装置の構成図である。

【0079】

光源装置１２５は、赤色レーザー光源１１２、１１６と、青色レーザー光源１２０とを備える。赤色レーザー光源１１２は、複数の赤色半導体レーザー素子を配置した赤色半導体レーザー基板１１０とコリメートレンズアレイ１１１とを有する。赤色レーザー光源１１６は、複数の赤色半導体レーザー素子を配置した赤色半導体レーザー基板１１４とコリメートレンズアレイ１１５とを有する。青色レーザー光源１２０は、複数の青色半導体レーザー素子を配置した青色半導体レーザー基板１１８とコリメートレンズアレイ１１９とを有する。光源装置１２５は、更に放熱板１１３、１１７、１２１と、偏光ミラー１２２と、青反射のダイクロイックミラー１２３、１２４とを備える。図中には、レーザー光源から出射する光と、偏光ミラー１２２、ダイクロイックミラー１２３、１２４へ入射する光の偏光方向を示している。赤色レーザー光源を第１のレーザー光源、青色レーザー光源を第２のレーザー光源とする。図１、図４、図６の光源装置と、主に異なるのは、緑色のレーザー光源を備えていない点である。

【0080】

赤色レーザー光源１１２は、２４個（６×4）の赤色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した赤色半導体レーザー基板１１０とコリメートレンズアレイ１１１で構成される。赤色半導体レーザー基板１１０は、６４０±８ｎｍの波長幅で赤の色光を発光し、偏光ミラー１２２に対してS偏光となる光を出射する。赤色半導体レーザー基板１１０を出射した光は対応するコリメートレンズアレイ１１１により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板１１３は赤色半導体レーザー基板１１０を冷却するためのものである。

【0081】

赤色レーザー光源１１６は、２４個（６×4）の赤色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した赤色半導体レーザー基板１１４とコリメートレンズアレイ１１５で構成される。赤色半導体レーザー基板１１４は、６４０±８ｎｍの波長幅で赤の色光を発光し、偏光ミラー１２２に対してP偏光となる光を出射する。赤色半導体レーザー基板１１４を出射した光は対応するコリメートレンズアレイ１１５により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板１１７は赤色半導体レーザー基板１１４を冷却するためのものである。

【0082】

赤色レーザー光源１１２、１１６からのレーザー光は、それぞれＳ偏光、Ｐ偏光で、偏光ミラー１２２とダイクロイックミラー１２３、１２４に入射する。偏光ミラー１２２とダイクロイックミラー１２３、１２４は、それぞれ入射角が４５度となる配置である。ダイクロイックミラー１２３、１２４は、偏光ミラー１２２と交差して配置している。

【0083】

青色レーザー光源１２０は、２０個（５×４）の青色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した青色半導体レーザー基板１１８とコリメートレンズアレイ１１９で構成される。青色半導体レーザー基板１１８は、４６５±８ｎｍの波長幅で青の色光を発光し、偏光ミラー１２２に対してＰ偏光となる光を出射する。青色半導体レーザーは、赤の半導体レーザーに対して、発光効率が高いことや所望の白色光色度に必要な光出力が小さいため、４２％程度の半導体レーザー個数で構成している。青色半導体レーザー基板１１８を出射した光は対応するコリメートレンズアレイ１１９により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板１２１は青色半導体レーザー基板１１８を冷却するためのものである。

【0084】

青色レーザー光源１２０からのレーザー光はＰ偏光で、偏光ミラー１２２とダイクロイックミラー１２３、１２４に入射する。

【0085】

図９に、偏光ミラー１２２の分光特性を示す。分光特性は、入射角が４５度でのＰ偏光とＳ偏光の分光透過率を示している。分光特性は、偏光ミラー１２２のガラス基板上に、TiO2などの高屈折率材料とSiO2などの低屈折率材料を交互に５８層の光学薄膜を形成し、設計した事例である。偏光ミラー１２２は、赤色レーザー光に対しては偏光ビームスプリッタとして作用し、青色レーザー光に対しては青透過のダイクロイックミラーとして作用する特性である。偏光ミラー１２２は、Ｐ偏光の赤色のレーザー光と、Ｐ偏光とＳ偏光の青色レーザー光を９５％以上で透過し、Ｓ偏光の赤色レーザー光を９５％以上で反射する。

【0086】

ダイクロイックミラー１２３、１２４は青反射のダイクロイックミラーであって、赤色レーザー光を９５％以上で透過し、青色レーザー光を９７％以上で反射する特性である。透過率が５０％となる半値波長はＰ偏光で４８５ｎｍ、Ｓ偏光で５０５ｎｍである。

【0087】

偏光ミラー１２２とダイクロイックミラー１２３、１２４に入射した複数の赤色レーザー光は、ダイクロイックミラーを透過しつつ、偏光合成される。また、青色レーザー光は、偏光ミラー１２２を透過しつつ、ダイクロイックミラー１２３、１２４で反射される。偏光ミラー１２２とダイクロイックミラー１２３、１２４は交差して構成されるため、複数の赤色レーザー光源と青色レーザー光源からの光を、小型に合成することができる。このようにして、青、赤色レーザー光が、小型で、高効率で合成されて、光源装置１２５を出射する。

【0088】

偏光ミラーとダイクロイックミラーは、交差配置しているが、交差部の光損失が懸念される場合は、交差しない配置であってもよい。

【0089】

以上のように、本開示の光源装置は、青、赤色のレーザー光源と、偏光ビームスプリッタとダイクロイックミラーの特性を備えた偏光ミラーと、ダイクロイックミラーの配置により、小型で、高効率な光源装置を構成することができる。

【0090】

（実施の形態５）
図１０は、本開示の実施の形態を示す第１の投写型表示装置である。画像形成手段として、３つのＤＭＤを用いている。光源装置は本開示の実施の形態１で示す光源装置４６である。第１の投射型表示装置は、光源装置４６と、コンデンサレンズ１３０と、拡散板１３１と、回転拡散板１３２と、ロッド１３３と、リレーレンズ１３４と、反射ミラー１３５と、フィールドレンズ１３６とを備える。第１の投射型表示装置は、更に、全反射プリズム１３７と、空気層１３８と、カラープリズム１３９と、ＤＭＤ１４２、１４３、１４４と、投写レンズ１４５とを備える。カラープリズム１３９は、青反射のダイクロイックミラー１４０、赤反射のダイクロイックミラー１４１を形成した３つのプリズムから構成される。

【0091】

光源装置４６から出射する青、緑、赤のレーザー光は、コンデンサレンズ１３０を透過後、拡散板１３１で拡散され、回転拡散板１３２へ集光する。拡散板１３１はガラス基板上に形成された微細なマイクロレンズをアレイ状に形成して拡散面を構成したものであり、入射する光を拡散する。拡散光の最大強度の５０％となる半値角度幅である拡散角度は略２度であり、拡散による損失を抑制するため、拡散度合を小さくしている。回転拡散板１３２は、ガラス基板の一方の面に、微細な凹凸形状の拡散層を形成した円形拡散板と中央部にモーターを備えたものであり、回転制御が可能である。回転拡散板１３２の拡散角は略１０度である。回転拡散板１３２により、レーザー光に起因するスクリーン上でのランダムな干渉パターンが時間的、空間的に高速変動して、スペックルノイズを解消することができる。また、拡散板１３１と合わせて、レーザー光源の微小な発光サイズと発光数に起因する微小な輝度むらも低減することができる。回転拡散板１３２で拡散された光はロッド１３３に入射する。

【0092】

ロッド１３３への入射光はロッド内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化され出射する。ロッド１３３からの出射光はリレーレンズ１３４により集光され、反射ミラー１３５で反射した後、フィールドレンズ１３６を透過し、全反射プリズム１３７に入射する。全反射プリズム１３７は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層１３８を形成している。空気層１３８は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。フィールドレンズ１３６からの光は全反射プリズム１３７の全反射面で反射されて、カラープリズム１３９に入射する。カラープリズム１３９は３つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反射のダイクロイックミラー１４０と赤反射のダイクロイックミラー１４１が形成されている。カラープリズム１３９の青反射のダイクロイックミラー１４０と赤反射のダイクロイックミラー１４１により、青、赤、緑の色光に分離され、それぞれＤＭＤ１４２、１４３、１４４に入射する。ＤＭＤ１４２、１４３、１４４は映像信号に応じてマイクロミラーを偏向させ、投写レンズ１４５に入射する光と、投写レンズ１４５の有効外へ進む光とに反射させる。ＤＭＤ１４２、１４３、１４４により反射された光は、再度カラープリズム１３９を透過する。カラープリズム１３９を透過する過程で、分離された青、赤、緑の各色光は合成され、全反射プリズム１３７に入射する。全反射プリズム１３７に入射した光は空気層１３８に臨界角以下で入射するため、透過して、投写レンズ１４５に入射する。このようにして、ＤＭＤ１４２、１４３、１４４により形成された画像光がスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

【0093】

画像形成手段にＤＭＤを用いているため、液晶を用いた画像形成手段と比べて、耐光性、耐熱性が高い投写型表示装置が構成できる。さらに、３つのＤＭＤを用いているため、色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。光源装置として、７６，１０４の光源装置を用いてもよい。

【0094】

以上のように、本開示の第１の投写型表示装置は、青、緑、赤色のレーザー光源と、偏光ビームスプリッタとダイクロイックミラーの特性を備えた第１、第２の偏光ミラーと、第１、第２のダイクロイックミラーにより、小型化した光源装置を用いている。また、光源装置からの光を回転拡散板により、スペックルノイズを解消する。このため、スペックルノイズと輝度むらを解消しつつ、小型で、高効率な投写型表示装置が構成できる。

【0095】

（実施の形態６）
図１１は、本開示の実施の形態を示す第２の投写型表示装置である。画像形成手段として、３つのＤＭＤを用いている。光源装置の一部は、本開示の実施の形態４で示す光源装置１２５である。ロッド１３３から投写レンズ１４５の構成は、本開示の実施の形態５の第１の投写型表示装置と同様である。第１の投写型表示装置と異なる構成は、光源装置として、青色レーザー光源１５２からの青色レーザー光で励起されて、緑、赤色成分を含む黄色光を蛍光する蛍光板１６０と、本開示の第４の光源装置を備えている点である。

【0096】

青色レーザー光源１５２は、２４個（６×４）の青色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した青色半導体レーザー基板１５０とコリメートレンズアレイ１５１で構成される。青色半導体レーザー基板１５０は、４５５±８ｎｍの波長幅で、直線偏光の青色レーザー光を出射する。この青色レーザー光源１５２は、上下方向に２つを配置して、構成している。

【0097】

２つの青色レーザー光源１５２からの光は、レンズ１５４とレンズ１５５で集光した後、小径化され、略平行光に変換される。略平行光は、拡散板１５６で拡散された後、青透過のダイクロイックミラー１５７に入射する。青透過のダイクロイックミラー１５７を透過した光はコンデンサレンズ１５８、１５９により集光され、光強度がピーク強度に対して１３．５％となる直径をスポット径と定義すると、スポット径が2～3ｍｍのスポット光に重畳され、蛍光板１６０に入射する。拡散板１５６はそのスポット光の径が所望の径となるよう光を拡散させている。蛍光板１６０は蛍光体を形成したアルミニウム基板と中央部にモーターを備えた回転制御可能な円形基板である。蛍光板１６０に形成した蛍光体は青色光により励起され、緑、赤成分を含んだ黄色光を発光するＣｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体である。この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組織はＹ３Ａｌ５Ｏ１２である。スポット光で励起された蛍光板１６０は、緑、赤成分の光含む黄色光を発光する。蛍光板１６０は、回転させることにより、励起光による蛍光板の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。蛍光板１６０から出射した緑および赤の色光は、再びコンデンサレンズ１５９、１５８で集光され、略平行光に変換された後、青透過のダイクロイックミラー１５７で反射する。反射した蛍光は青、赤透過のダイクロイックミラー１６５に入射する。

【0098】

一方、光源装置１２５を出射した青色レーザー光と赤色レーザー光は、コンデンサレンズ１６１、反射ミラー１６２を、それぞれ透過、反射後、拡散板１６３に集光する。拡散板１６３は拡散角度が１０度の拡散板である。拡散板１６３で拡散された光はコンデンサレンズ１６４で集光され、略平行光に変換され後、青、赤透過のダイクロイックミラー１６５に入射する。青、赤透過のダイクロイックミラー１６５は、青色レーザー光４６５ｎｍと赤色レーザー光６４０ｎｍの波長帯域を透過し、蛍光を反射する特性である。青、赤透過のダイクロイックミラー１６５は、青色と赤色のレーザー光と蛍光とを高い効率で合成する。合成された青色、赤色レーザー光と蛍光は、コンデンサレンズ１６６でロッド１３３に集光される。

【0099】

ロッド１３３から投写レンズ１４５についての説明は、実施の形態５で示した本開示の第１の投写型表示装置と同様である。

【0100】

以上のように、本開示の第２の投写型表示装置は、青色光と赤色光にレーザー光を用い、緑色光と赤色光に蛍光板を用いることで、緑色光として、緑色レーザー光源を用いるよりも安価で、広色域な光源装置を構成することができる。青色レーザー光源と赤色レーザー光源からの光を、偏光ビームスプリッタとダイクロイックミラーの特性を備えた偏光ミラーにより、合成する光源装置を用いるため、小型で高効率な投写型表示装置が構成できる。

【0101】

（実施の形態７）
図１２は、本開示の実施の形態の第３の投写型表示装置である。画像形成手段として、ＴＮモードもしくはＶＡモードであって、画素領域に薄膜トランジスタを形成したアクティブマトリクス方式の透過型の液晶パネルを用いている。光源装置は本開示の実施の形態２で示す光源装置７６である。

【0102】

第３の投射型表示装置は、コンデンサレンズ１９０、１９４と、拡散板１９１と、反射ミラー１９２と、回転拡散板１９３と、第１のレンズアレイ板２００と、第２のレンズアレイ板２０１と、偏光変換素子２０２と、重畳用レンズ２０３とを備える。第３の投射型表示装置は、更に、青反射のダイクロイックミラー２０４と、緑反射のダイクロイックミラー２０５と、反射ミラー２０６、２０７、２０８と、リレーレンズ２０９、２１０とを備える。第３の投射型表示装置は、更に、フィールドレンズ２１１、２１２、２１３と、入射側偏光板２１４、２１５、２１６と、液晶パネル２１７、２１８、２１９とを備える。第３の投射型表示装置は、更に、出射側偏光板２２０、２２１、２２２と、赤反射のダイクロイックミラーと青反射のダイクロイックミラーから構成される色合成プリズム２２３と、投写レンズ２２４とを備える。

【0103】

光源装置７６から出射する青、緑、赤色のレーザー光は、コンデンサレンズ１９０、拡散板１９１、反射ミラー１９２を透過、反射後、回転拡散板１９３に集光する。回転拡散板１９３は、ガラス基板の一方の面に拡散層を形成した円形拡散板と中央部にモーターを備えたものであり、回転制御が可能である。回転拡散板１９３の拡散角は略１０度である。回転拡散板１９３により、レーザー光に起因するスクリーン上でのランダムな干渉パターンが時間的、空間的に高速変動して、スペックルノイズを解消することができる。また、拡散板１９１と合わせて、レーザー光源の微小な発光サイズと発光数に起因する微小な輝度むらも低減することができる。回転拡散板１９３で拡散された光は、コンデンサレンズ１９４で集光され、略平行光に変換される。略平行光は、複数のレンズ素子から構成される第１のレンズアレイ板２００に入射する。

【0104】

第１のレンズアレイ板２００に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第２のレンズアレイ板２０１に収束する。第１のレンズアレイ板２００のレンズ素子は、液晶パネル２１７，２１８、２１９と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板２０１のレンズ素子は第１のレンズアレイ板２００と液晶パネル２１７、２１８、２１９とが略共役関係となるようにその焦点距離を決めている。第２のレンズアレイ板２０１からの分割された光は、偏光変換素子２０２に入射する。偏光変換素子２０２は、偏光分離プリズムと１／２波長板により構成される。偏光変換素子２０２は、入射するＰ偏光の光はＳ偏光に変換し、入射するＳ偏光の光はＳ偏光で出射させる。偏光変換素子２０２を出射した光は重畳用レンズ２０３に入射する。重畳用レンズ２０３は第２のレンズアレイ板２０１の各レンズ素子からの出射した光を液晶パネル２１７、２１８、２１９上に重畳照明するためのレンズである。第１および第２のレンズアレイ板２００、２０１と、重畳用レンズ２０３を照明光学系としている。重畳用レンズ２０３からの光は、色分離手段である青反射のダイクロイックミラー２０４、緑反射のダイクロイックミラー２０５により、青、緑、赤の色光に分離される。緑の色光はフィールドレンズ２１１、入射側偏光板２１４を透過して、液晶パネル２１７に入射する。青の色光は反射ミラー２０６で反射した後、フィールドレンズ２１２、入射側偏光板２１５を透過して液晶パネル２１８に入射する。赤の色光はリレーレンズ２０９、２１０や反射ミラー２0７、２０８を透過屈折および反射して、フィールドレンズ２１３、入射側偏光板２１６を透過して、液晶パネル２１９に入射する。３枚の液晶パネル２１７、２１８、２１９は、映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により入射する光の偏光状態を変化させる。３枚の液晶パネル２１７、２１８、２１９は、更に、それぞれの入射側偏光板２１４、２１５、２１６および出射側偏光板２２０、２２１、２２２を組み合わせて光を変調し、緑、青、赤の画像を形成する。入射側偏光板２１４、２１５、２１６および出射側偏光板２２０、２２１、２２２は、それぞれの液晶パネル２１７、２１８、２１９の両側に透過軸を直交するように配置される。出射側偏光板２２０、２２１、２２２を透過した各色光は色合成プリズム２２３により、赤、青の各色光がそれぞれ赤反射のダイクロイックミラー、青反射のダイクロイックミラーによって反射し、緑の色光と合成され、投写レンズ２２４に入射する。

【0105】

投写レンズ２２４に入射した光は、スクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

【0106】

画像形成手段には、時分割方式ではなく偏光を利用する３枚の液晶パネルを用いているため、カラーブレイキングがなく色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。また、３つのＤＭＤ素子を用いた場合よりも、全反射プリズムが不要で、色合成用のプリズムが４５度入射の小型プリズムになるため、投写型表示装置が小型に構成できる。

【0107】

光源装置７６は、出射光の光軸を回転軸として９０度回転した配置としてもよい。９０度回転した配置した場合は、幅方向がより小型な投写型表示装置が構成できる。光源装置７６を用いる構成により、光源装置４６を用いた構成よりも、小型化な投写型表示装置が構成できる。光源装置として、４６、１０４に示す光源装置を用いてもよい。

【0108】

以上のように、本開示の第３の投写型表示装置は、青、緑、赤色のレーザー光源と、偏光ビームスプリッタとダイクロイックミラーの特性を備えた第１、第２の偏光ミラーと、第１、第２のダイクロイックミラーにより、小型化した光源装置を用いている。また、光源装置からの光を回転拡散板により、スペックルノイズを解消する。このため、スペックルノイズと輝度むらを解消しつつ、小型で、高効率な投写型表示装置が構成できる。

【0109】

画像形成手段として、透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶パネルを用いて構成してもよい。反射型の液晶パネルを用いることにより、より小型で高精細な投写型表示装置が構成できる。

【産業上の利用可能性】

【0110】

本開示は、画像形成手段を用いた投写型表示装置に関するものである。

【符号の説明】

【0111】

２０、２４、５０、５４、８０、８４ 緑色半導体レーザー基板
２１、２５、２９、３６、４０、５１、５５、５９、６６、７０、８１、８５、９０、９５、１００、１１１、１１５、１１９、１５１ コリメートレンズアレイ
２２、２６、５２、５６、８２、８６ 緑色レーザー光源
２８、６９、９９、１１８、１５０ 青色半導体レーザー基板
３０、７１、１０１、１２０、１５２ 青色レーザー光源
２３、２７、３１、３８、４２、５３、５７、６１、６８、７２、 ８３、８７、９２、９７、１０２、１１３、１１７、１２１、１５３ 放熱板
３２、６２、８８ 第１の偏光ミラー
３３、３４、６３、６４、９３ 第１のダイクロイックミラー
３５、３９、５８、６５、８９、９４、１１０、１１４ 赤色半導体レーザー基板
３７、４１、６０、６７、９１、９６、１１２、１１６ 赤色レーザー光源
４３、４４、７３、７４、１０３ 第２のダイクロイックミラー
４５、７５、９８ 第２の偏光ミラー
４６、７６、１０４、１２５ 光源装置
１２２ 偏光ミラー
１２３、１２４ ダイクロイックミラー
１３０、１５８、１５９、１６１、１６４、１６６、１９０、１９４ コンデンサレンズ
１３１、１５６、１６３、１９１ 拡散板
１３２、１９３ 回転拡散板
１３３ ロッド
１３４、２０９、２１０ リレーレンズ
１３５、１６２、１９２、２０６、２０７、２０８ 反射ミラー
１３６、２１１、２１２、２１３ フィールドレンズ
１３７ 全反射プリズム
１３８ 空気層
１３９ カラープリズム
１４０、２０４ 青反射のダイクロイックミラー
１４１ 赤反射のダイクロイックミラー
１４２、１４３、１４４ ＤＭＤ
１４５、２２４ 投写レンズ
１５４、１５５ レンズ
１５７ 青透過のダイクロイックミラー
１６０ 蛍光板
１６５ 青、赤透過のダイクロイックミラー
２００ 第１のレンズアレイ板
２０１ 第２のレンズアレイ板
２０２ 偏光変換素子
２０３ 重畳用レンズ
２０５ 緑反射のダイクロイックミラー
２１４、２１５、２１６ 入射側偏光板
２１７、２１８、２１９ 液晶パネル
２２０、２２１、２２２ 出射側偏光板
２２３ 色合成プリズム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】