JP2015022249A - 光路分岐光学系及びこの光路分岐光学系を用いた照明光源装置及びこの照明光源装置を用いた画像表示装置及びこの画像表示装置を用いた投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつコンパクトで製作が容易な光路分岐光学系を提供する。【解決手段】光路分岐光学系２は、励起光ＢＰの射出光路Ｐ１に位置されたとき励起光を透過させ透過方向前方に透過光路Ｐ２を生成する透過部と、射出光路Ｐ１に位置されたとき励起光を反射させ反射方向前方に反射光路Ｐ３を生成する反射部とを有する光路分岐部材５と、反射光路Ｐ３に配設されかつ反射光路Ｐ３に導かれた励起光を光路分岐部材５に向けて偏向する光路偏向部材６とを備える。光路分岐部材５は、透過光路Ｐ２が生成されたとき透過光路Ｐ２に導かれた励起光により赤色光ＲＰを生成する光路Ｐ４が形成され、反射光路Ｐ３が生成されたとき反射光路Ｐ３に導かれた励起光により、青色光を生成する光路Ｐ５と緑色光を生成する光路Ｐ６とが透過と反射との関係により時分割して形成されるように、透過部と反射部とがセグメント領域に領域分割される。【選択図】図１ａ

Description

本発明は、光路分岐光学系及びこの光路分岐光学系を用いた照明光源装置及びこの照明光源装置を用いた画像表示装置及びこの画像表示装置を用いた投射装置の改良に関する。

従来から、投射装置には、励起光源として青色レーザ光を発生するレーザダイオードの射出光路に透過部と反射部とに領域分割された回転ミラーホイールを２個直列に設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この投射装置では、その２個の回転ミラーホイールを同期して回転させ、この２個の回転ミラーの反射・透過の関係により、青色光を生成する光路と、緑色光を生成する光路と、赤色光を生成する光路とを時間的に分割して形成している。

また、投射装置には、白色光源と、光路分岐部材としてのカラーホイールと、光路偏向部材としての可視光反射ミラーとを備えた構成のものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

そのカラーホィールには、回転中心軸の回りに、６０度毎に赤色光を反射しかつ緑色光と青色光とを透過するフィルタ領域と、青色光を反射しかつ緑色光と赤色光とを透過するフィルタ領域と、緑色光を反射しかつ赤色光と青色光とを透過するフィルタ領域とが形成されている。

このものでは、白色光源からの白色光を構成する三原色の光成分のうちの一色の光成分はその一色（例えば、青色）の光成分を反射するフィルタ領域により反射される。残りの二色（例えば、赤色と緑色）の光成分は、このフィルタ領域を透過して可視光反射ミラーに導かれ、この可視光反射ミラーによりカラーホイールに向けて反射される。

その残りの二色（赤色と緑色）の光成分はその一色（青色）の光成分を反射させるフィルタ領域とは異なるフィルタ領域（例えば、赤色の光成分を反射しかつ青色の光成分と緑色の光成分を透過するフィルタ領域）により反射・透過の関係により分離される。これにより、白色光が青色光と緑色光と緑色光との三原色に分解される。

その特許文献１に開示の技術では、青色光を生成する光路と緑色光を生成する光路と赤色光を生成する光路とを形成するために、励起光源として青色レーザ光を発生するレーザダイオード用いているので、青色光を生成する光路に青色光を生成するための波長変換部材としての蛍光体を設ける必要がなく、照明光源装置の小型化、コンパクト化を図ることができる。

しかしながら、この特許文献１に開示の技術では、２個の回転ミラーホイールを同期して回転させるための回転駆動源がそれぞれ必要となるため、光路分岐光学系が大型化する。また、回転ミラーを同期回転させるための制御装置の構造も複雑化する。このため、小型化、コンパクト化を図り難いという不都合がある。

一方、特許文献２に開示の技術では、光路分岐部材としてのカラーフィルタと光路偏向部材とにより、青色光を生成する光路と緑色光を生成する光路と赤色光を生成する光路とを形成しているので、回転駆動源を別々に設ける必要がなく、光路分岐光学系のコンパクト化を図ることができる。しかしながら、照明光源装置として白色光源を用いるので、照明光源装置が大型化するという不都合がある。

また、光路分岐部材としてのカラーホイールに、６０度毎に赤色光を反射しかつ緑色光と青色光とを透過するフィルタ領域と、青色光を反射しかつ緑色光と赤色光とを透過するフィルタ領域と、緑色光を反射しかつ赤色光と青色光とを透過するフィルタ領域とを形成しなければならないため、光路分岐部材の製造が複雑化するという問題がある。

本発明は、小型かつコンパクトで製作が容易な光路分岐光学系及びこの光路分岐光学系を用いた照明光源装置及びこの照明光源装置を用いた画像表示装置及びこの画像表示装置を用いた投射装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光路分岐光学系は、励起光源からの励起光の射出光路に位置されたときに前記励起光を透過させて透過方向前方に透過光路を生成する透過部と前記射出光路に位置されたときに前記励起光を反射させて反射方向前方に反射光路を生成する反射部とを有する光路分岐部材と、
前記反射光路と前記透過光路とのいずれか一方に配設されかつ前記反射光路に配設されている場合には前記反射光路に導かれた励起光を前記光路分岐部材に向けて偏向し、前記透過光路に配設されている場合には前記透過光路に導かれた励起光を前記光路分岐部材に向けて偏向する光路偏向部材とを備えている。

前記光路分岐部材は、前記光路偏向部材が前記反射光路に配設されている場合には、前記透過光路が生成されたときに該透過光路に導かれた励起光により. 青色光を生成する光路と、緑色光を生成する光路と、赤色光を生成する光路とのうちの一つの光路が形成され、前記反射光路が生成されたときに前記反射光路に導かれた励起光により、残余の二つの光路が透過と反射との関係により時分割して形成されるように、前記光路偏向部材が前記透過光路に配設されている場合には前記反射光路が生成されたときに該反射光路に導かれた励起光により、前記青色光を生成する光路と、前記緑色光を生成する光路と、前記赤色光を生成する光路とのうちの一つの光路が形成され、前記透過光路が生成されたときに前記透過光路に導かれた励起光により残余の二つの光路が透過と反射との関係により時分割して形成されるように、前記透過部と前記反射部とがセグメント領域に領域分割されている。

本発明によれば、光路分岐部材は、光路偏向部材が前記反射光路に配設されている場合には、透過光路が生成されたときに透過光路に導かれた励起光により.青色光を生成する光路と、緑色光を生成する光路と、赤色光を生成する光路とのうちの一つの光路が形成され、反射光路が生成されたときに反射光路に導かれた励起光により、残余の二つの光路が透過と反射との関係により時分割して形成されるように、透過部と反射部とがセグメント領域に領域分割されているので、光路分岐部材の製作が容易であると共に、光路分岐光学系の小型化、コンパクト化を図ることができる。光路偏向部材が透過光路に配設されている場合にも、同様の効果を奏する。

図１ａは本発明の実施例１に係る照明光源装置の光学図であって、励起光源からの励起光の射出光路に図２ａに示す光路分岐部材のセグメント領域１Ｔが位置して透過光路が形成されることにより赤色光を生成する光路が形成された状態を示す説明図である。 図１ｂは図１ａに示す光路分岐部材の平面図であって、セグメント領域１Ｔが射出光路に位置して赤色光を生成する光路が形成されたときのセグメント領域１Ｔに対する励起光の照射状態を示す説明図である。 図２ａは本発明の実施例１に係る照明光源装置の光学図であって、励起光源からの励起光の射出光路に図２ｂに示す光路分岐部材のセグメント領域２Ｔが位置して透過光路が形成されることにより赤色光を生成する光路が形成された状態を示す説明図である。 図２ｂは図２ａに示す光路分岐部材のセグメント領域２Ｔが射出光路に位置して赤色光を生成する光路が形成されたときのセグメント領域２Ｔに対する励起光の照射状態を示す説明図である。 図３ａは本発明の実施例１に係る照明光源装置の光学図であって、励起光源からの励起光の射出光路に図３ｂに示す光路分岐部材のセグメント領域３Ｒが位置して反射光路が形成され、かつ、光路分岐部材の回転中心軸を境にして１８０度対称位置に存在するセグメント領域６Ｒにより青色光を生成する光路が形成された状態を示す説明図である。 図３ｂは図３ａに示すセグメント領域３Ｒに対する励起光の照射状態と、図３ａに示すセグメント領域６Ｒに対する励起光の照射状態とを示す説明図である。 図４ａは本発明の実施例１に係る照明光源装置の光学図であって、励起光源からの励起光の射出光路にセグメント領域４Ｒが位置して反射光路が形成され、かつ、光路分岐部材の回転中心軸を境にして１８０度対称位置に存在するセグメント領域１Ｔにより緑色光を生成する光路が形成された状態を示す説明図である。 図４ｂは図４ａに示すセグメント領域４Ｒに対する励起光の照射状態と、図４ａに示すセグメント領域１Ｔに対する励起光の照射状態とを示す説明図である。 図５ａは本発明の実施例１に係る照明光源装置の光学図であって、励起光源からの励起光の射出光路にセグメント領域５Ｒが位置して反射光路が形成され、かつ、光路分岐部材の回転中心軸を境にして１８０度対称位置に存在するセグメント領域２Ｔにより緑色光を生成する光路が形成された状態を示す説明図である。 図５ｂは図５ａに示すセグメント領域５Ｒに対する励起光の照射状態とセグメント領域２Ｔに対する励起光の照射状態とを示す説明図である。 図６ａは本発明の実施例１に係る照明光源装置の光学図であって、励起光源からの励起光の射出光路にセグメント領域６Ｒが位置して反射光路が形成され、かつ、光路分岐部材の中心軸を境にして１８０度対称位置に存在するセグメント領域３Ｒにより青色光を生成する光路が形成された状態を示す説明図である。 図６ｂはセグメント領域６Ｒに対する励起光の照射状態とセグメント領域３Ｒに対する照射状態とを示す説明図である。 図６ｃは図１ｂないし図６ｂに示す光路分岐部材の透過部Ｔのセグメント領域の扇状の角度と反射部Ｒのセグメント領域の扇状の角度との一般的な関係を示す説明図である。 図６ｄは本発明の実施例１の変形例に係る照明光源装置の光学図であって、図１ａないし図６ａに示す光路Ｐ５に赤色光を発生する蛍光部材を配置し、光路Ｐ６に緑色光を発生する蛍光部材を配置し、透過光路Ｐ４を青色光を生成する光路とした構成を示す説明図である。 図７は、本発明の実施例２に係る投射装置の全体の構成を概略示す説明図である。 図８は、１フレーム中に生成される青色光と赤色光と緑色光との持続時間と光路分岐部材のセグメント領域との関係の一例を示すタイムシーケンス図である。 図９は、１フレーム中に生成される青色光と赤色光と緑色光との持続時間と光路分岐部材のセグメント領域との関係の他の例を示すタイムシーケンス図である。 図１０は、１フレーム中に生成される青色光と赤色光と緑色光との持続時間と光路分岐部材のセグメント領域との関係の更に他の例を示すタイムシーケンス図である。 図１１は、１フレーム中に生成される青色光と赤色光と緑色光との持続時間と光路分岐部材のセグメント領域との関係の更に他の例を示すタイムシーケンス図である。 図１２は、本発明の実施例３に係る照明光源装置の光学図である。 図１３は、本発明の実施例４に係る照明光源装置の光学図である。 図１４は、図１３に示す蛍光部材の構成の一例を示す説明図である。

（実施例１）
図１（ａ）〜図６（ａ）は本発明の実施例１に係る光路分岐光学系を有する照明光源装置を示す光学図である。
その図１（ａ）〜図６（ａ）において、符号１は照明光源装置、符号２は光路分岐光学系を示す。照明光源装置１は、励起光源３、集光素子４としてのコリメートレンズ、光路分岐光学系２を有する。

励起光源３は、この実施例１では、励起光として青色レーザ光ＢＰを発生する青色レーザダイオードである。集光素子４は、その青色レーザ光ＢＰの射出光路Ｐ１に設けられ、その青色レーザ光ＢＰを集光する役割を果たす。

光路分岐光学系２は、光路分岐部材５と光路偏向部材６とを有する。その光路分岐部材５は、図１（ｂ）〜図６（ｂ）に示す回転中心軸Ｏ１を中心にして、図１（ａ）〜図６（ａ）に示す回転駆動源（例えば、駆動モータ）７’により回転駆動される回転円板から構成されている。その光路分岐部材５は、ここでは、その射出光路Ｐ１に対して４５度の角度で配設されているが、これに限られるものではない。

その光路分岐部材５は、励起光源３からの青色レーザ光ＢＰの射出光路Ｐ１に位置されたときに青色レーザ光ＢＰを透過させて透過方向前方に透過光路Ｐ２を生成する透過部Ｔと、射出光路Ｐ１に位置されたときに青色レーザ光ＢＰを反射させて反射方向前方に反射光路Ｐ３を生成する反射部Ｒとを有する。この透過部Ｔは、例えば、青色レーザ光ＢＰを透過するダイクロイックミラーにより形成し、反射部Ｒは青色レーザ光ＢＰを反射するダイクロイックミラーにより形成できる。

光路偏向部材６は、この図１（ａ）〜図６（ａ）では、反射光路Ｐ３に、光路分岐部材５に対して平行に設けられている。この光路偏向部材６は、反射光路Ｐ３に導かれた青色レーザ光ＢＰを再度、光路分岐部材５に向けて偏向する役割を果たす。

なお、この実施例１では、光路偏向部材６が光路分岐部材５に対して平行に設けられているが、反射光路Ｐ３に導かれた青色レーザ光ＢＰを光路分岐部材５に向けて偏向する機能を有すれば良く、必ずしも平行でなくとも良い。

また、この実施例１では、光路偏向部材６は、１枚構成であるが２枚構成でも良い。更に、この実施例１では、光路偏向部材６は反射光路Ｐ３に設けられているが、透過光路Ｐ２に設けても良い。

光路分岐部材５は、透過光路Ｐ２のみが実質的に生成されたときに透過光路Ｐ２に導かれた青色レーザ光ＢＰにより赤色光ＲＰを生成する光路Ｐ４が生成され、反射光路Ｐ３のみが実質的に生成されたときに反射光路Ｐ３に導かれた青色レーザ光ＢＰにより、青色光ＢＰ’を生成する光路Ｐ５と緑色光ＧＰを生成する光路Ｐ６との二つの光路が透過と反射との関係により時分割して形成されるように、透過部Ｔと反射部Ｒとが仮想的にセグメント領域に領域分割されている。
なお、この実施例では、透過部Ｔと反射部Ｒとを仮想的にセグメント領域に領域分割することとして説明したが、これに限るものではなく、各セグメント領域を物理的に領域分割して形成することもできる。

すなわち、透過部Ｔと反射部Ｒとは、図１（ｂ）ないし図６（ｂ）に示すように、回転中心軸Ｏ１を中心にして、扇形形状のセグメント領域に領域分割されている。ここでは、透過部Ｔの扇形の角度は１２０度、反射部Ｒの扇形の角度は２４０度である。

その透過部Ｔは仮想的に同形状の扇形のセグメント領域１Ｔ、２Ｔに二分割されている。反射部Ｒは仮想的に同形状の扇形のセグメント領域３Ｒ、４Ｒ、５Ｒ、６Ｒに四分割されている。

すなわち、その光路分岐部材５は、仮想的に角度６０度の扇形のセグメント領域に６分割され、回転中心軸Ｏ１の回りに６０度毎に対称の仮想的なセグメント領域１Ｔ、２Ｔ、３Ｒ〜６Ｒを有する。

光路Ｐ４には、ダイクロイックミラー７と波長変換部材としての蛍光部材８とが設けられている。蛍光部材８は、青色レーザ光ＢＰにより励起されて赤色光ＲＰを発生する蛍光物質８ａと反射基板８ｂとから構成されている。

そのダイクロイックミラー７は、青色レーザ光ＢＰを透過しかつ赤色光ＲＰを反射する機能を有すると共に、後述するダイクロイックミラーと協働して合成光路を形成する光路合成部材としての機能を有する。

光路Ｐ６には、ダイクロイックミラー９と波長変換部材としての蛍光部材１０とが設けられている。蛍光部材１０は青色レーザ光ＢＰにより励起されて緑色光ＧＰを発生する蛍光物質１０ａと反射基板１０ｂとから構成されている。

そのダイクロイックミラー９は、青色レーザ光ＢＰと赤色光ＲＰとを透過しかつ緑色蛍光ＧＰを反射する機能を有すると共に、ダイクロイックミラー７と協働して合成光路を形成する光路合成部材としての機能を有する。

光路Ｐ５には、青色レーザ光ＢＰを反射しかつ赤色光ＲＰと緑色光ＧＰとを透過すると共にダイクロイックミラー７、９と協働して合成光路を形成する機能を有するダイクロイックミラー１１が設けられている。
以下に、この照明光源装置１の作用を説明する。

（実施例１の作用）
ここでは、光路分岐部材５は、透過部Ｔのセグメント領域１Ｔが射出光路Ｐ１に位置している状態を基準として、この状態から青色レーザ光ＢＰの進行方向に対して右回り方向（矢印Ｘ１方向）に等速回転するものとして説明する。

図１（ａ）に示すように、透過部Ｔのセグメント領域１Ｔが射出光路Ｐ１に位置するときには、透過光路Ｐ２のみが生成される。青色レーザ光ＢＰはその透過光路Ｐ２を経由してダイクロイックミラー７に導かれ、このダイクロイックミラー７を透過して蛍光部材８に照射される。これにより、蛍光物質８ａが青色レーザ光ＢＰにより励起され、赤色光ＲＰが生成される。

この赤色光ＲＰはダイクロイックミラー７により反射され、ダイクロイックミラー９に導かれる。この赤色光ＲＰはそのダイクロイックミラー９を通過して、ダイクロイックミラー１１に導かれ、このダイクロイックミラー１１を透過した後、後述する投射光学系に導かれる。図２（ａ）に示すように、透過部Ｔのセグメント領域２Ｔが射出光路Ｐ１に位置するときにも、同様に透過光路Ｐ４のみが生成されるため、赤色光ＲＰのみが生成される。
透過光路Ｐ２のみが生成されているときには、図１（ｂ）、図２（ｂ）に示すように、セグメント領域４Ｒ、５Ｒには、青色レーザ光ＢＰは照射されていない。

ついで、図３に示すように、反射部Ｒのセグメント領域３Ｒが射出光路Ｐ１に位置すると、反射光路Ｐ３のみが生成される。これにより、青色レーザ光ＢＰは、光路偏向部材６に向けて反射される。青色レーザ光ＢＰは、この光路偏向部材６により再度、光路分岐部材５に向けて反射され、その反射部Ｒのセグメント領域６Ｒに導かれる。すなわち、セグメント領域６Ｒが青色レーザ光ＢＰにより照射される。

このセグメント領域６Ｒにより青色光ＢＰ’を生成する光路Ｐ５が形成される。その青色レーザ光ＢＰは、そのセグメント領域６Ｒにより形成された光路Ｐ５を通って、光路偏向部材６に再度導かれる。

その青色レーザ光ＢＰは、その光路偏向部材６により再度反射されて、ダイクロイックミラー１１に導かれ、このダイクロイックミラー１１により反射されて、青色光ＢＰ’として後述する投射光学系に導かれる。

ついで、図４（ａ）に示すように、反射部Ｒのセグメント領域４Ｒが射出光路Ｐ１に位置すると、同様に、反射光路Ｐ３のみが生成される。青色レーザ光ＢＰは、同様に、光路偏向部材６に向けて反射されて、この光路偏向部材６により、再度、光路分岐部材５に向けて偏向される。

反射部Ｒのセグメント領域４Ｒが射出光路Ｐ１に位置するとき、光路偏向部材６により反射された青色レーザ光ＢＰの反射方向前方には透過部Ｔのセグメント領域１Ｔが位置する。すなわち、反射光路Ｐ３には、セグメント領域１Ｔが位置して、セグメント領域１Ｔに青色レーザ光ＢＰが照射される。

青色レーザ光ＢＰは、このセグメント領域１Ｔを透過するため、このセグメント領域１Ｔにより緑色光ＧＰを生成する光路Ｐ６が形成される。その青色レーザ光ＢＰは、そのセグメント領域１Ｔを透過して、ダイクロイックミラー９に導かれる。

その青色レーザ光ＢＰは、ダイクロイックミラー９を透過して、蛍光部材１０に照射される。これにより、蛍光物質１０ａが青色レーザ光ＢＰにより励起され、緑色光ＧＰが生成される。この緑色光ＧＰは、ダイクロイックミラー９により反射された後、ダイクロイックミラー１１に導かれる。この緑色光ＧＰは、そのダイクロイックミラー１１を通過して、後述する投射光学系に導かれる。

図５（ａ）に示すように、反射部Ｒのセグメント領域５Ｒが位置したときにも、同様に反射光路Ｐ３のみが形成され、その反射光路Ｐ３にはセグメント領域２Ｔが位置するため、同様に緑色光ＧＰが生成される。

ついで、図６（ａ）に示すように、反射部Ｒのセグメント領域６Ｒが射出光路Ｐ１に位置すると、反射光路Ｐ３のみが生成される。青色レーザ光ＢＰは、光路偏向部材６に向けて反射されて、この光路偏向部材６により光路分岐部材５の反射部Ｒのセグメント領域３Ｒに導かれる。

このセグメント領域３Ｒにより青色光ＢＰ’を生成する光路Ｐ５が形成される。その青色レーザ光ＢＰは、そのセグメント領域３Ｒにより形成された光路Ｐ５を通って、光路偏向部材６に向けて再度導かれる。

その青色レーザ光ＢＰは、その光路偏向部材６により反射されて、ダイクロイックミラー１１に導かれ、このダイクロイックミラー１１により反射されて、青色光ＢＰ’として後述する投射光学系に導かれる。

このように、光路分岐部材５の一回転中に青色光ＢＰ’と緑色光ＧＰと赤色光ＲＰとが周期的に生成される。
すなわち、光路分岐部材５が等速回転するものとすると、光路分岐部材５の一回転中に、青色光ＢＰ’を生成する光路Ｐ５と緑色光ＧＰを生成する光路Ｐ６と赤色光ＲＰを生成する光路Ｐ４とを同一時間形成することができる。

この照明光源装置１によれば、ダイクロイックミラー１１から投射光学系に導かれる光の色は、光路分岐部材５の一回転中、すなわち、一周期の間に、赤、赤、青、緑、緑、青の順番に切り替えられ、一周期の間で赤色の持続時間と緑色の持続時間と青色の持続時間とが同一の状態が繰り返される。

この実施例１では、光路分岐部材５を回転方向に６分割して仮想的なセグメント領域を６０度毎に形成することにしたがこれに限られるものではない。
（変形例１）
例えば、図６ｃに示すように、透過部Ｔの角度（セグメント領域１Ｔの角度θ１とセグメント領域２Ｔの角度θ１との和の角度）２θ１と、この各セグメント領域１Ｔ、２Ｔに対して回転中心軸Ｏ１を境にしてそれぞれ１８０度対称位置に存在する反射部Ｒのセグメント領域４Ｒの角度θ１’とセグメント領域５Ｒの角度θ１’との和の角度２θ１’を同一（２θ１’＝２θ１）とし、反射部Ｒのセグメント領域３Ｒの角度θ２とセグメント領域６Ｒの角度θ２’とを同じ角度θ２＝θ２’とするとき、２θ１＋θ２＝１８０度の関係を満たすように設定すれば良い。

例えば、２θ１＝９０度、θ２＝９０度とすると、画像の一フレームを光路分岐部材５の回転角度３６０度に対応させると、赤色と緑色とが生成される時間は、光路分岐部材５の回転角度に換算して９０度、青色の生成される時間は、光路分岐部材５の回転角度に換算して１８０度となる。

また、例えば、２θ１＝１３０度、θ２＝５０度とすると、画像の１フレームを光路分岐部材５の回転角度３６０度に対応させると、赤色と緑色が生成される持続時間は、光路分岐部材５の回転角度に換算して１３０度、青色が生成される持続時間は、光路分岐部材５の回転角度にして１００度となる。
なお、ホワイトバランスの調整は、赤色、緑色、青色の光の強度に応じて、光路Ｐ４と光路Ｐ５と光路Ｐ６とが１周期中に生成される持続時間を調整することにより行なわれる。

（変形例２）
その実施例１では、透過光路Ｐ２を進行する青色レーザ光ＢＰの進行方向前方に赤色光ＲＰを発生する蛍光物質８ａが配置され、反射光路Ｐ３を進行して偏向部材６により反射されかつセグメント領域１Ｔ、２Ｔを透過して進行する青色レーザ光ＢＰの進行方向前方に緑色光ＧＰを発生する蛍光物質１０ａが配置されている。

しかしながら、光路Ｐ５に図６ｄに示すように赤色光ＲＰを発生する蛍光部材８を配置し、透過光路Ｐ２を進行する青色レーザ光ＢＰにより青色光ＢＰ’を生成する構成とすることもできる。

この場合には、ダイクロイックミラー７の代わりに全反射ミラー７”を透過光路Ｐ２に配置する。また、ダイクロイックミラー９の代わりに、青色光ＢＰ’を透過しかつ緑色光ＧＰを反射させるダイクロイックミラー９’を用いる。更に、ダイクロイックミラー１１の代わりに、赤色光ＲＰを反射し、緑色光ＧＰと青色光ＢＰ’とを透過するダイクロイックミラー１１’を用いる。

この変形例によれば、θ１＝１３０度、θ２＝１００度とすると、青色光ＢＰ’の持続時間と緑色光ＧＰの持続時間とは光路分岐部材５の回転角度にして１３０度に相当する時間、赤色光ＲＰの持続時間は光路分岐部材５の回転角度にして１００度に相当する時間となる。

また、光路Ｐ５に緑色光ＧＰを発生する蛍光部材１０を配置することもできる。この場合には、青色光ＧＰ’の持続時間と赤色光ＲＰの持続時間とは光路分岐部材５の回転角度にして１３０度に相当する時間、緑色光ＧＰの持続時間は光路分岐部材５の回転角度にして１００度に相当する時間となる。

なお、ダイクロイックミラー９’、１１’の光学特性については、赤色光ＲＰと青色光ＢＰ’と緑色光ＧＰとが投射光学系に導かれる特性であれば良いので、その反射・透過の関係の詳細な説明を省略する。

（実施例２）
図８は本発明の実施例１に係る光源装置１を備えた投射装置の全体構成を示すブロック図である。
その図８において、符号２０は投射装置を示している。この投射装置２０は、実施例１に係る照明光源装置１と、画像入力インターフェース部２１と、制御装置２２と、光源駆動装置２３と、投射光学系２４とから構成されている。

なお、この実施例２では、照明光源装置１には、ダイクロイックミラー７と蛍光部材８との間に集光素子８’が設けられ、ダイクロイックミラー９と蛍光部材１０との間に集光素子１０’が設けられて、蛍光部材８、１０に対する青色レーザ光ＢＰの照射強度が高められるようになっている。

投射光学系２４は、集光素子２４Ａ、ライトトンネル２４Ｂ、照明レンズ２５、２６、反射ミラー２７、凹面ミラー２８、カラー画像を形成する画像形成部（画像形成パネル）としてのデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）２９、投射レンズ３０から概略構成されている。その照明光源装置１と、デジタルマイクロミラーデバイス２９と、画像情報に基づいて照明光源装置１とデジタルマイクロミラーデバイス２９と制御装置２２とにより画像表示装置が構成される。

画像入力インターフェース部２１には、図示を略す外部機器から画像情報が入力される。
制御装置２２は光源駆動装置２３、デジタルマイクロミラーデバイス２９を画像情報に基づいて駆動制御する他、投射装置全体の回路を統括制御する。

その光源駆動装置２３は、画像情報に基づいて制御装置２２に制御されつつ励起光源３を発光・消灯制御する。デジタルマイクロミラーデバイス２９は画素単位のマイクロミラーを有する。なお、画像情報の一フレームの期間と励起光源３の発光状態と光路分岐部材の１回転中のセグメント領域と生成される各色の光との関係の詳細については後述する。

ダイクロイックミラー１１により反射された青色光ＢＰ’とダイクロイックミラー１１を透過した緑色光ＧＰと赤色光ＲＰとは集光素子２４Ａによりライトトンネル２４Ｂに導かれる。

ライトトンネル２４Ｂは、光強度むらを除去する機能を有する。各色の光はライトトンネル２４Ｂを進行中にライトトンネル内で多重反射されて、強度分布が均一な光とされて、ライトトンネル２４Ｂから射出される。
この各色の光は、照明レンズ２５、２６に導かれて、この照明レンズ２５、２６により集光された後、反射ミラー２７に導かれる。

その各色の光は、その反射ミラー２７により反射され、凹面ミラー２８に導かれ、この凹面ミラー２８によりデジタルマイクロミラーデバイス２９に向かって反射される。
そのデジタルマイクロミラーデバイス２９は、マイクロミラーの角度が二位置制御される。制御装置２２は、画像情報に基づきそのマイクロミラーの角度の二位置制御の繰り返し時間間隔を制御する。これにより、階調制御が行われる。

そのデジタルマイクロミラーデバイス２９により反射された各色の光は、投射レンズ３０により、拡大されてスクリーンＳ１に投影される。これにより、スクリーンＳ１に画像が投影される。

（画像情報の一フレームの期間と励起光源の発光状態と光路分岐部材の１回転中のセグメント領域と生成される各色の光との関係）
図８は、１フレーム中に生成される青色光と赤色光と緑色光との持続する時間（持続時間）と光路分岐部材のセグメント領域との関係の一例を示すタイムシーケンス図である。
制御装置２２は、画像情報が入力されると、光源駆動装置２３により励起光源３をオン（ｏｎ）して、発光させる（図８（ｂ）参照）。

（具体例１）
ここで、図８（ａ）に示す画像情報の任意のｎ番目のフレームの開始時期、ｎ＋１番目のフレームの開始時期がセグメント領域１Ｔの開始時期（０°）に対応するものとすると、図８（ｃ）に示すように、セグメント領域１Ｔ、２Ｔは赤色光ＲＰの持続時間（１２０度相当）に対応している。

また、セグメント領域３Ｒは青色光ＢＰ’の持続時間（６０度相当）に対応し、セグメント領域４Ｒ、５Ｒは緑色光ＧＰの持続時間（１２０°相当）に対応し、セグメント領域６Ｒは青色光ＢＰ’の持続時間（６０°相当）に対応している。
励起光源３は連続点灯され、一フレームの期間内で白色となるように、各色の光のパワー強度又は青色光ＢＰ’、緑色光ＧＰ、赤色光ＲＰの照射時間が調整される。

（具体例２）
この具体例２では、透過部Ｔを９０度とし、かつ、反射部Ｒを２７０度として、透過部Ｔの扇形の角度を４５度として２個の仮想的なセグメント領域１Ｔと２Ｔとを形成し、反射部Ｒを扇形の角度が９０度の仮想的なセグメント領域３Ｒと６Ｒと、扇形の角度が４５度の仮想的なセグメント領域４Ｒと５Ｒとに分割したものである（図６（ｃ）参照）。

この具体例２では、図９（ｃ）に示すように、セグメント領域１Ｔ、２Ｔは、赤色光ＲＰの持続時間（９０°相当）に対応し、セグメント領域３Ｒは、青色光ＢＰ’の持続時間（９０°相当）に対応し、セグメント領域４Ｒ、５Ｒは緑色光（ＧＰ）の持続時間（９０°）に対応し、セグメント領域６Ｒは、図９（ｂ）、図９（ｃ）に示すように、励起光源３の消灯時間に対応している。

この具体例２によれば、赤色光ＲＰ、青色光ＢＰ’、緑色光ＧＰを１フレーム期間内に各１回ずつ生成する制御となるので、具体例１のように、青色光ＢＰ’を一フレーム期間内に２回発生する制御に較べて、画像生成制御の単純化を図ることができる。

その結果、複雑な画像に対して画像生成の制御の追従性が向上し、画像品質の向上を図ることができる。更に、一フレーム期間中に、励起光源３を消灯するので、励起光源３の発熱による光源装置１の温度上昇を抑制でき、ひいては、励起光源３の温度上昇に伴う発光効率の低下を防止できる。

（具体例３）
この具体例３では、図１０に示すように、赤色光ＲＰの持続時間（９０°相当）と、青色光ＢＰ’の持続時間（９０°相当）と、緑色光ＧＰの持続時間（９０°相当）と、青色光ＢＰ’の持続時間（９０°相当）とを同じにし、一フレームの期間中に青色光ＢＰ’を２回生成したときに、ホワイトバランスを確保するために、青色光ＢＰ’の持続時間中に、励起光源３のパワーを他の色（赤色光ＲＰ、緑色光ＧＰ）の持続時間中の励起光源３のパワーの２分の１のパワーとしたものである。

（実施例２の変形例）
図１１は照明光源装置１として、図６ｄに示す構成のものを搭載した投射装置の画像情報の一フレームの期間と励起光源の発光状態と光路分岐部材の１回転中のセグメント領域と生成される各色の光との関係を示す説明図である。

この変形例では、青色光ＢＰ’の持続時間（９０°相当）と、緑色光ＧＰの持続時間（９０°相当）と、赤色光ＲＰの持続時間（９０°相当）と緑色光ＧＰの持続時間とを同じにし、一フレームの期間中に緑色光ＧＰを２回生成したときに、ホワイトバランスを確保を図するために、緑色光ＢＰ’の持続時間中に、励起光源３のパワーを他の色（赤色光ＲＰ、青色光ＧＰ）の持続時間中の励起光源３のパワーの２分の１のパワーとしたものである。
なお、一フレーム内でセグメント領域に対応して生成される青色光が持続する時間と赤色光が持続する時間と緑色光が持続する時間との時間配分に対応して、一フレーム内で白色となるように前記励起光源３のパワーを制御することにより、ホワイトバランス調整を行う構成とすることもできる。

なお、この実施例２では、画像情報が画像入力インターフェース部２１を介して外部から入力されることとして説明したが、画像情報を投射装置の内部で生成する構成とすることもできる。

（実施例３）
図１２は本発明の実施例３に係る照明光源装置１の光学図である。
この実施例３では、励起光源３には、紫外線波長領域のレーザ光ＶＰを発生するレーザダイオードが用いられている。

光路Ｐ２にはレーザ光ＶＰを透過しかつ赤色光ＲＰを反射するダイクロイックミラー３０とレーザ光ＶＰにより励起されて赤色光ＲＰを発生する蛍光部材８が設けられている。

光路Ｐ６には、レーザ光ＶＰと赤色光ＲＰとを透過しかつ緑色光ＧＰを反射するダイクロイックミラー３１と、レーザ光ＶＰにより励起されて緑色光ＧＰを発生する蛍光部材１０とが設けられている。

光路Ｐ５には、レーザ光ＶＰと赤色光ＲＰと緑色光ＧＰとを透過しかつ青色光ＢＰ’を反射するダイクロイックミラー３２と、レーザ光ＶＰにより励起されて青色光ＢＰを発生する蛍光部材３３とが設けられている。この蛍光部材３３は、蛍光部材８、１０と同様に蛍光物質３３ａと反射基板３３ｂとから構成される。
この照明光源装置１の作用は、実施例１と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

（実施例４）
図１３は本発明の実施例４に係る照明光源装置１の光学図である。
この実施例４では、図１３に示すダイクロイックミラー３０〜３２を用いる代わりに、クロスプリズム３４を用いて光路合成が図られている。

励起光源３には、図１３と同様に紫外線波長領域のレーザ光ＶＰを発生するレーザダイオードが用いられている。光路Ｐ２には赤色光ＲＰを発生する蛍光部材８が配置されている。
光路Ｐ６には、緑色光ＧＰを発生する蛍光部材１０が配置されている。光路Ｐ５には青色光ＢＰ’を発生する蛍光部材３３が配置されている。

各蛍光部材８、１０、３３は、図１４に拡大して示すように、一対の透明基板３４、３５を有し、この一対の透明基板３４、３５の間に蛍光物質３６が設けられている。レーザ光ＶＰが入射する側の透明基板３４には蛍光物質３６と密接する内面側にレーザ光ＶＰを透過しかつ蛍光を反射するダイクロイックミラー膜３４ａが形成されている。

レーザ光ＶＰが入射する側とは反対側の透明基板３５には、蛍光物質３６と密接する側の面とは反対側の外面にレーザ光ＶＰを反射しかつ蛍光を透過するダイクロイックミラー膜３５ａが形成されている。

これにより、レーザ光ＶＰが画像形成部に導かれるのが阻止され、蛍光が効率良く画像形成部に導かれる。光路Ｐ６には、緑色光ＧＰの進行方向前方に光路合成部材としてのクロスプリズム３７が配置されている。光路Ｐ４には赤色光ＲＰの進行方向前方に赤色光ＲＰをクロスプリズム３７に向けて反射する反射ミラー３８が設けられている。

光路Ｐ５には、青色光ＢＰ’の進行方向前方に青色光ＢＰ’をクロスプリズム３７に向けて反射する反射ミラー３９が設けられている。クロスプリズム３７は、赤色光ＲＰを反射しかつ緑色光ＧＰと青色光ＢＰ’とを透過するダイクロイックミラー面３７ａと青色光ＢＰ’を反射しかつ緑色光ＧＰと赤色光ＲＰとを透過するダイクロイックミラー面３７ｂとを有する。

青色光と緑色光と赤色光とは、このクロスプリズムにより光路合成されて、投射光学系に導かれる。これにより、照明光源装置１のより一層の小型化、コンパクト化を図ることができ、蛍光を効率良く画像形成部に導くことができる。また、小型化、コンパクト化を図れるので、照明効率の向上を図ることができる。

なお、破線で示すように、クロスプリズム３７の各入射面に対向して画像形成部としての液晶パネル３７Ｒ、３７Ｇ、３７Ｂを設ける構成とすることもできる。

１…照明光源装置
２…光路分岐光学系
３…励起光源
５…光路分岐部材
６…光路偏向部材
Ｐ１…射出光路
Ｐ２…透過光路
Ｐ３…反射光路
Ｐ４〜Ｐ６…光路
Ｒ…反射部
Ｔ…透過部

特開２０１３−７６９６８号公報（図２１） 特開２００１−２２８９３５号公報（段落「００２０」、「００２１」、図４、図５）

Claims (10)

1. 励起光源からの励起光の射出光路に位置されたときに前記励起光を透過させて透過方向前方に透過光路を生成する透過部と前記射出光路に位置されたときに前記励起光を反射させて反射方向前方に反射光路を生成する反射部とを有する光路分岐部材と、
   前記反射光路と前記透過光路とのいずれか一方に配設されかつ前記反射光路に配設されている場合には前記反射光路に導かれた励起光を前記光路分岐部材に向けて偏向し、前記透過光路に配設されている場合には前記透過光路に導かれた励起光を前記光路分岐部材に向けて偏向する光路偏向部材とを備え、
   前記光路分岐部材は、前記光路偏向部材が前記反射光路に配設されている場合には、前記透過光路が生成されたときに該透過光路に導かれた励起光により青色光を生成する光路と、緑色光を生成する光路と、赤色光を生成する光路とのうちの一つの光路が生成され、前記反射光路が生成されたときに前記反射光路に導かれた励起光により、残余の二つの光路が透過と反射との関係により形成されるように、前記光路偏向部材が前記透過光路に配設されている場合には前記反射光路が生成されたときに該反射光路に導かれた励起光により、前記青色光を生成する光路と、前記緑色光を生成する光路と、前記赤色光を生成する光路とのうちの一つの光路が生成され、前記透過光路が生成されたときに前記透過光路に導かれた励起光により残余の二つの光路が透過と反射との関係により時間的に分割して形成されるように、前記透過部と前記反射部とがセグメント領域に分割されて形成されていることを特徴とする光路分岐光学系。
2. 前記光路分岐部材が回転円板から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光路分岐光学系。
3. 前記励起光源と、前記励起光源から射出された前記励起光を集光する集光素子と、請求項１又は請求項２に記載の光路分岐光学系とを有する照明光源装置。
4. 前記励起光源が紫外線波長領域のレーザ光を発生するレーザダイオードであり、前記青色光を生成する光路に前記レーザ光により青色光を生成する青色光生成用波長変換部材が配置され、前記緑色光を生成する光路に前記レーザ光により緑色光を生成する緑色光生成用波長変換部材が設けられ、前記赤色光を生成する光路に前記レーザ光により赤色光を生成する赤色光生成用波長変換部材が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の照明光源装置。
5. 前記励起光源が青色レーザ光を発生するレーザダイオードであり、前記緑色光を生成する光路に前記青色レーザ光により緑色光を生成する波長変換部材が設けられ、前記赤色光を生成する光路に前記青色レーザ光により赤色光を生成する波長変換部材が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の照明光源装置。
6. 前記青色光を生成する光路と前記緑色光を生成する光路と前記赤色光を生成する光路とを互いに重ね合わせて合成光路を形成する光路合成部材を有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の照明光源装置。
7. 請求項６に記載の照明光源装置と、前記赤色光と前記青色光と前記緑色光とが照射されることによりカラー画像を形成する画像形成部と、画像情報に基づいて前記照明光源装置と前記画像形成部とを駆動制御する制御装置とを備えていることを特徴とする画像表示装置。
8. 前記青色光が持続する時間と前記赤色光が持続する時間と前記緑色光が持続する時間とが同じとなるように、前記透過部のセグメント領域と前記反射部のセグメント領域とが分割して形成されると共に、前記励起光源を消灯するセグメント領域が分割して形成され、前記制御装置は、前記射出光路に前記励起光源を消灯するセグメント領域が位置されたときに前記励起光源を消灯させることを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
9. 一フレーム内で前記セグメント領域に対応して生成される青色光が持続する時間と赤色光が持続する時間と緑色光が持続する時間との時間配分に対応して、一フレーム内で白色となるように前記励起光源のパワーを制御することを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
10. 請求項７ないし請求項９のいずれ１項に記載の画像表示装置と、前記画像形成部に導かれた青色光と緑色光と赤色光とをスクリーンに向けて照射する投射光学系とを有する投射装置。