JP2016153878A - 光源装置および投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】青色光の出力を大幅に向上することができ、しかも小型で高輝度な光源装置を提供する。【解決手段】本開示の光源装置は、固体光源と、固体光源から出射する青色の励起光を反射させるダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーで反射した励起光が入射する位相差板と、ダイクロイックミラーで反射し位相差板を透過した励起光が照射することにより蛍光光を発光する蛍光領域および励起光を反射させる反射領域が設けられた蛍光板と、位相差板と蛍光板との間に配置され、励起光と蛍光光を集光する複数の集光レンズと、を備える。複数の集光レンズのうち少なくとも蛍光板に最も近接する集光レンズは、線膨張係数が３２．５×１０−７以下の低熱膨張ガラス材からなるレンズである。【選択図】図１

Description

本開示は、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）や小型のライトバルブ上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、及びそれに使用される光源装置に関する。

ミラー偏向型のＤＭＤや液晶パネルのライトバルブを用いた投写型表示装置の光源として、放電ランプが広く利用されている。放電ランプは寿命が短く信頼性が低い、という問題点を抱えている。この課題を解決するため、近年、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投写型表示装置が多数開示されている中、固体光源から出射する光の偏光特性を利用して、固体光源からの光を小型で、効率よく集光する光源装置が開示されている（特許文献１）（特許文献２）。

特開２０１２−１０８４８６号公報 特開２０１３−２５０４９４号公報

本開示は青色光の出力を大幅に向上でき、小型で高輝度な光源装置を提供する。

本開示の光源装置は、固体光源と、固体光源から出射する青色の励起光を反射させるダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーで反射した励起光が入射する位相差板と、ダイクロイックミラーで反射し位相差板を透過した励起光が照射することにより蛍光光を発光する蛍光領域および励起光を反射させる反射領域が設けられた蛍光板と、位相差板と蛍光板との間に配置され、励起光と蛍光光を集光する複数の集光レンズと、を備える。複数の集光レンズのうち少なくとも蛍光板に最も近接する集光レンズは、線膨張係数が３２．５×１０^−７以下のガラス材からなるレンズである。

また、本開示の光源装置は、固体光源と、固体光源からの光を分離し、かつ、青色光、緑色光、および赤色光を合成するダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーで分離された一方の光を集光する蛍光側集光レンズと、蛍光側集光レンズで集光されたダイクロイックミラーからの光で励起されて蛍光光を発光する蛍光板と、ダイクロイックミラーで分離された他方の光を円偏光に変換する位相差板と、位相差板によって円偏光に変換された光を集光する反射板側集光レンズと、反射板側集光レンズからの光を反射して戻す反射板と、を備える。反射板に近接する反射板側集光レンズは線膨張係数が３２．５×１０^−７以下のガラス材からなるレンズである。

本開示によれば、少なくとも蛍光板や反射板に近接する集光レンズに低熱膨張材のレンズを備えることにより、偏光変換の効率が向上し、青色光の出力を大幅に向上できる。したがって、小型で高輝度な光源装置が構成できる。また、その光源装置を用いることにより、小型で明るく、長寿命の投写型表示装置が実現できる。

実施の形態１における光源装置の構成図 ダイクロイックミラーの分光特性図 実施の形態１における（ａ）蛍光板の構成図、（ｂ）（ａ）に示す３Ｂ−３Ｂ断面図 レンズ用ガラス材の線膨張係数を示す図 低熱膨張ガラス材のレンズでの励起光強度に対する青色光の相対出力強度を示す図 従来レンズでの励起光強度に対する青色光の相対出力強度を示す図 実施の形態２における光源装置の構成図 実施の形態２における（ａ）蛍光板の構成図、（ｂ）（ａ）に示す８Ｂ−８Ｂ断面図 実施の形態３における投写型表示装置の構成図 実施の形態４における投写型表示装置の構成図

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。

（実施の形態１）
図１は本開示の実施の形態を示す光源装置１１の構成図である。

固体光源ユニット２３は、放熱板２１上に一定の間隔で２次元状に８個（２×４）を正方配置した半導体レーザー２０とコリメートレンズ２２を配置したものである。ヒートシンク２４は固体光源ユニット２３を冷却するためのものである。半導体レーザー２０は、４４０ｎｍから４５５ｎｍの波長幅で青色光を発光し、直線偏光を出射する。半導体レーザー２０から出射する偏光がダイクロイックミラー２９の入射面に対してＳ偏光となるように、各半導体レーザーが配置されている。尚、図１では固体光源ユニット２３から出射する各光束の様相と、ダイクロイックミラー２９に対して入射および出射する光の偏光方向を示している。

複数の半導体レーザー２０を出射した光は、対応するコリメートレンズ２２により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。光束群は、凸面のレンズ２５、反射ミラー２６、凹面のレンズ２７により、光路を折り曲げられ、小径化された略平行光束となり、拡散板２８に入射する。拡散板２８はガラス製で表面の微細な凹凸形状により光を拡散する。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３度と小さく、拡散光は偏光特性を保持する。拡散板２８を出射した光は５５度入射のダイクロイックミラー２９に入射する。

図２に、ダイクロイックミラー２９の分光特性を示す。分光特性は波長に対する透過率を示している。その分光特性は、波長４４０〜４５５ｎｍの半導体レーザー光のＳ偏光を９５％以上の高い反射率で反射させ、Ｐ偏光を９２％以上で透過する特性である。さらに、緑および赤色光のＰ偏光、Ｓ偏光はそれぞれ９２％以上の高い透過率で透過する特性である。Ｐ偏光とＳ偏光で透過率５０％となる波長の差を波長分離幅とすると、波長分離幅は３１ｎｍである。４５度入射のダイクロイックミラーでは、一般的に、Ｐ偏光とＳ偏光の波長分離幅は約２２ｎｍ以下であり、５５度入射の方が、波長分離幅が広いため、半導体レーザーからの発光波長にばらつきがあっても、Ｓ偏光の光を高い反射率で反射し、Ｐ偏光を高い透過率で透過する特性を得ることができる。

図１に示すように、ダイクロイックミラー２９で反射したＳ偏光の青色光は、位相差板である１／４波長板３０に入射する。１／４波長板３０は半導体レーザー２０の発光波長近傍において位相差が１／４波長となる位相差板である。１／４波長板３０は耐熱、耐久性に優れた水晶で構成される。入射するＳ偏光の光は１／４波長板３０で円偏光に変換される。１／４波長板３０を透過した光は、第１集光レンズ３１と第２集光レンズ３２により蛍光板３７に集光される。

第１集光レンズ３１と第２集光レンズ３２により集光された光は、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１ｍｍ〜２ｍｍのスポット光に重畳され、蛍光板３７に入射する。拡散板２８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３７は、反射膜３４と蛍光体層３３を形成したアルミニウム基板３５と、中央部にモーター３６を備えた回転制御可能な円形基板である。蛍光板３７のアルミニウム基板３５は、熱伝導率の高いアルミニウムであり、かつ回転することにより、励起光による蛍光体層３３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。

図３（ａ）に、蛍光板３７の蛍光領域と反射領域について示す。円形の蛍光板３７は、３つのセグメントに分割され、そのうち２つのセグメントは緑色蛍光体４０が塗布された蛍光領域と、赤色蛍光体４１が塗布された蛍光領域であり、他の１つのセグメントは反射膜３４のみを形成した反射領域４２である。緑成分を含む光を蛍光発光する緑色蛍光体４０としてはＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、赤色成分を含む光を蛍光発光する赤色蛍光体４１として、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋を用いている。反射領域４２の反射膜３４にはアルミニウムの金属膜を用いている。

図３（ｂ）は、蛍光領域と反射領域の厚み方向の構成を説明するための図３（ａ）の３Ｂ−３Ｂ断面図である。アルミニウム基板３５上に反射膜３４が形成され、その反射膜３４の上に蛍光体層３３が０．１〜０．２ｍｍ程度の厚みで印刷または塗布されている。蛍光領域の蛍光体層３３に入射した光は、緑および赤色光を蛍光発光し、蛍光板３７から出射する。また、蛍光領域の反射膜３４側に発光する光は反射膜３４で反射し、蛍光板３７から出射する。一方、反射領域４２の反射膜３４に入射した円偏光の青色光は、逆周りの円偏光となり、蛍光板３７から出射する。蛍光板３７から出射した無偏光の光である緑および赤の蛍光光は、図１に示すように、第１集光レンズ３１、第２集光レンズ３２で集光され、略平行光に変換された後、１／４波長板３０、ダイクロイックミラー２９を透過する。

一方、反射領域４２で反射した青色光は、偏光特性が維持され、入射する円偏光とは逆周りの円偏光となり、図１に示すように、第１集光レンズ３１と第２集光レンズ３２で集光され、略平行光に変換された後、１／４波長板３０でＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された光は、ダイクロイックミラー２９を透過する。このようにして、ダイクロイックミラー２９を透過した光は、白色光に合成される。励起光から各蛍光光への波長変換効率の値をもとに、３つのセグメントを適切な分割比（分割角度）とすることで、緑、赤および青色光の強度比が調整され、良好なホワイトバランスの白色光を得ることができる。

第１集光レンズ３１と第２集光レンズ３２は、蛍光板３７から完全拡散光に近い特性で発光する光を効率よく集光するため、非球面形状の第１集光レンズ３１と球面形状の第２集光レンズ３２の２枚の集光レンズで略±７０度の光を集光し、平行光に変換する。

第２集光レンズ３２は、直径が２０ｍｍのレンズで蛍光板３７から略１．５ｍｍと近接して配置されている。このため、第２集光レンズ３２の平面側での光強度分布は直径４ｍｍ程度のガウス分布となり、他の光学デバイスよりも光密度が高く、高温となる。また、第２集光レンズ３２の中心部と周辺部の温度差も大きい。高温で、かつ、温度差が大きいレンズには、熱応力により、複屈折が生じ、円偏光の特性が楕円偏光となり、結果として偏光変換の効率が低下し、ダイクロイックミラー２９を透過する青色光の出力が低下する。

図４は、レンズ材として使用可能な一般のガラス材である光学ガラス１０２種（クラウン、フリント系）の線膨張係数と、３種の低熱膨張ガラス材の線膨張係数を示している。図４に示すように、光学ガラス１０２種の線膨張係数は最も小さくても６０×１０^−７であり、かかる線膨張係数をもつ光学ガラスをレンズに用いた場合、上述の熱による偏光光に及ぼす影響が極めて大きい。従って、この値より十分小さい線膨張係数を有するレンズ用ガラス材を選定することが必要となる。

このため、レンズ材として使用可能な種々の材料を検討したところ、線膨張係数が６０×１０^−７よりも十分に小さい低熱膨張ガラス材として、線膨張係数が３２．５×１０^−７のレンズ用ガラス材がある。この線膨張係数が３２．５×１０^−７のレンズ用ガラス材としては、パイレックス（登録商標 以下同様）やテンパックス（登録商標 以下同様）のガラス材が使用できる。

かかる低熱膨張ガラス材を用いると、比較的高温化でも複屈折の発生が抑制され、偏光光に実質的な影響が及ばないことが確認された。

パイレックスやテンパックスのレンズは、比較的安価であるが、図４に示すように、合成石英ガラスは線膨張係数が５.０×１０^−７〜５．９×１０^−７とこれらよりもさらに小さい。従って、レンズが比較的高価になるが、合成石英ガラスは更に高温化でも低熱膨張ガラス材として優れた性質をもつ。このため、合成石英ガラスをレンズに使用するのがより好ましい。

図５に、低熱膨張ガラス材のレンズを用いた場合において、蛍光板３７での励起光強度に対する青色光の相対出力強度を示す。第２集光レンズ３２のガラス材として低熱膨張ガラス材の合成石英ガラスが用いられている。図５に示すように、蛍光板３７への励起光強度に対して、ダイクロイックミラー２９から出射する青色光の強度は比例して高くなる。

図６に、一般の光学ガラスのレンズを用いた場合において、蛍光板３７での励起光強度に対する青色光の相対出力強度を示す。第２集光レンズ３２のガラス材として線膨張係数が７２×１０^−７のレンズが用いられている。図６に示すように、蛍光板３７への励起光強度が高くなると、第２集光レンズ３２での複屈折により、偏光方向の変換効率が低下して、ダイクロイックミラー２９から出射する青色光の出力強度が低下する。

図５と図６より、第２集光レンズ３２が低熱膨張ガラス材の合成石英ガラスと一般の光学ガラス材とで青色光の出力強度を比較すると、合成石英ガラス材の方が、相対的な励起光強度が２０の場合で１．１４倍、励起光強度が４０の場合で１．４倍の青色光の出力強度となる。第２集光レンズ３２に低熱膨張ガラス材を用いることにより、青色光の出力強度が大幅に向上できる。第１集光レンズ３１での複屈折が生じる場合には、第１集光レンズ３１にも低熱膨張ガラス材のレンズを用いてもよい。この場合には、さらに青色光の出力が向上できる。

図３に示す蛍光板３７は３つのセグメントに分割されているが、赤色蛍光体、緑色蛍光体、Ｃｅ付活ＹＡＧ系の黄色蛍光体および蛍光体が塗布されていない反射領域の４つのセグメントに分割してもよい。黄色蛍光体を用いることにより、ホワイトバランスがさらに良好で、明るい白色光を得ることができる。

Ｐ偏光とＳ偏光の波長分離幅を大きくするためダイクロイックミラーには５５度入射のダイクロイックミラー２９を用いているが、４５度入射のダイクロイックミラーを用いてもよい。図１ではひとつの固体光源ユニット２３を用いているが、複数の固体光源ユニットをミラーで合成して用いてもよい。

以上のように本実施の形態の光源装置１１は、少なくとも蛍光板３７に近接する第２集光レンズ３２には線膨張係数が３２．５×１０^−７以下である低熱膨張ガラス材のレンズを備えるため、集光レンズの高温化に伴う複屈折を解消できて、青色光の出力が向上でき、高輝度な光源装置が構成できる。

（実施の形態２）
図７は本開示の実施の形態２を示す光源装置１２の構成図である。

固体光源ユニット５３は、放熱板５１上に一定の間隔で２次元状に２４個（６×４）を正方配置した半導体レーザー５０とコリメートレンズ５２を配置したものである。ヒートシンク５４は固体光源ユニット５３を冷却するためのものである。半導体レーザー５０は、４４０ｎｍから４５５ｎｍの波長で青色光を発光し、直線偏光を出射する。半導体レーザー５０は、ダイクロイックミラー５９の入射面に対して、半導体レーザーの数量の約８０％がＳ偏光、約２０％がＰ偏光を出射するように、配置されている。ダイクロイックミラー５９は、Ｓ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過する特性を有する。尚、図７中では固体光源ユニット５３から出射する各光束の様相も示している。

複数の半導体レーザー５０を出射した光は、対応するコリメートレンズ５２により、それぞれ集光され平行な光束５５に変換される。光束５５群は凸面のレンズ５６と凹面のレンズ５７により、さらに小径化され、拡散板５８に入射する。拡散板５８はガラス製で表面の微細な凹凸形状により光を拡散する。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３度と小さく、拡散光は偏光特性を保持する。拡散板５８を出射した光はダイクロイックミラー５９に入射する。

ダイクロイックミラー５９に入射するＳ偏光の光束は、ダイクロイックミラー５９で反射する。ダイクロイックミラー５９で反射したＳ偏光の光束は、第１集光レンズ６０、第２集光レンズ６１により集光され、光強度がピーク強度に対して１３．５％となる直径が１ｍｍ〜２ｍｍのスポット光に重畳され、蛍光板６６に入射する。第１集光レンズ６０および第２集光レンズ６１は蛍光側集光レンズを構成する。拡散板５８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。

図８（ａ）は、蛍光板６６の構成図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す８Ｂ−８Ｂ断面図である。蛍光板６６は、反射膜６３、蛍光体層６２を形成したアルミニウム基板６４と中央部にモーター６５を備えた回転制御可能な円形基板である。蛍光板６６の反射膜６３は可視光を反射する金属膜である。蛍光体層６２には青色光により励起され、緑色成分と赤色成分を含んだ黄色光を発光するＣｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体を形成している。この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組織はＹ３Ａｌ５Ｏ１２である。蛍光体層６２は円環状に形成している。スポット光で励起された蛍光体層６２は緑色成分と赤色成分の光を含む黄色光を発光する。蛍光板６６のアルミニウム基板６４は熱伝導率の高いアルミニウムであり、かつ回転させることにより、励起光による蛍光体層６２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。

蛍光体層６２に入射した光は、緑色、赤色成分の光を蛍光発光し、蛍光板６６を出射する。また、反射膜６３側に発光する光は反射膜６３で反射して、蛍光板６６を出射する。蛍光板６６から出射した緑および赤色光は、第１集光レンズ６０、及び第２集光レンズ６１で集光され、略平行光に変換後、ダイクロイックミラー５９を透過する。この場合、蛍光板６６から出射した緑および赤色光は偏光特性を有しないため、第２集光レンズ６１には低熱膨張ガラス材を用いなくてもよい。

一方、ダイクロイックミラー５９に入射するＰ偏光の光束は、ダイクロイックミラー５９を透過する。ダイクロイックミラー５９を透過するＰ偏光の青色光は、位相差板である１／４波長板６７に入射する。１／４波長板６７は半導体レーザー５０の発光波長近傍において位相差が１／４波長となる位相差板である。１／４波長板６７は水晶で構成される。入射するＰ偏光の光は１／４波長板６７で円偏光に変換される。

１／４波長板６７を透過した光は、第３集光レンズ６８、第４集光レンズ６９により集光される。第３集光レンズ６８、及び第４集光レンズ６９の焦点距離は第１集光レンズ６０、及び第２集光レンズ６１と同程度であり、反射板７０の近傍に集光スポットを形成する。集光されるスポット径は励起光と同程度の径となる。第３集光レンズ６８および第４集光レンズ６９は反射板側集光レンズを構成する。

反射板７０はガラス製で、集光レンズ６９側の面は微細な凹凸形状で光を拡散する面であり、もう一方の面には金属膜や誘電体膜の反射膜が形成されている。反射板７０を拡散反射面として構成しているのは、レーザー光のスペックル低減や輝度均一性を確保するためである。また、反射板７０は青色光の偏光特性を維持する範囲の拡散面である。反射板７０で反射した光は円偏光の位相が反転し、再び、第３集光レンズ６８、第４集光レンズ６９で集光される。

第３集光レンズ６８、及び第４集光レンズ６９は、反射板７０からの光を効率よく集光するため、非球面形状の第３集光レンズ６８と球面形状の第４集光レンズ６９の２枚の集光レンズで略±７０度の光を集光し、平行光に変換する。

第４集光レンズ６９は、直径が２０ｍｍのレンズで反射板７０から略１．５ｍｍと近接して配置されている。このため、第４集光レンズ６９の平面側（反射板７０側）での光強度分布は直径４ｍｍ程度のガウス分布となり、他の光学デバイスよりも光密度が高く、高温となる。また、第４集光レンズ６９の中心部と周辺部の温度差も大きい。高温で、かつ、温度差が大きいレンズには、熱応力により、複屈折が生じ、円偏光の特性が楕円偏光となり、結果として偏光変換の効率が低下し、ダイクロイックミラー５９を透過する青色光の出力が低下する。したがって、高温化によっても複屈折が生じないように、第４集光レンズ６９は、線膨張係数が５×１０^−７の合成石英ガラスを用いた低熱膨張ガラス材のレンズとしている。なお、第３集光レンズ６８での複屈折が生じる場合には、第３集光レンズ６８にも低熱膨張ガラス材を用いることで、さらに青色光の出力が向上できる。

第３集光レンズ６８、第４集光レンズ６９を出射した光は１／４波長板６７へ入射する。１／４波長板６７に入射した光は円偏光からＳ偏光に変換され、Ｓ偏光の青色光はダイクロイックミラー５９で反射する。

このようにして、蛍光板６６からの緑および赤成分の蛍光光と、偏光特性を保持し、効率よく集光、均一化された青色光がダイクロイックミラー５９で合成され、白色光となって出射する。蛍光発光の緑、赤成分を含む黄色光と半導体レーザー５０の青色光により、良好なホワイトバランスの発光特性を得ることができる。この発光スペクトル特性は、投写型表示装置の光学系において青、緑、赤の３原色光に分離しても、所望の色度座標の単色光を得ることができる。

図７ではひとつの固体光源ユニット５３を用いているが、複数の固体光源ユニットをミラーで合成して用いてもよい。ダイクロイックミラー５９は青８０％反射、緑および赤透過の特性を用いて説明したが、青８０％透過緑および赤反射の特性であってもよい。

以上のように、本実施の形態の光源装置１２は、少なくとも反射板７０に近接する第４集光レンズ６９には線膨張係数が３２．５×１０^−７以下である低熱膨張ガラス材のレンズを備えるため、集光レンズの高温化に伴う複屈折を解消できて、青色光の出力が向上でき、高輝度な光源装置が構成できる。

（実施の形態３）
図９は、本実施の形態の投写型表示装置を示している。画像形成手段として、１つのＤＭＤを用いている。ＤＭＤは画像形成素子の一例である。

光源装置１１は、青色の半導体レーザー２０と、放熱板２１と、コリメートレンズ２２を備えた固体光源ユニット２３を備える。ヒートシンク２４は、固体光源ユニット２３を冷却するためのものである。光源装置１１は、更に、レンズ２５とレンズ２７、反射ミラー２６、拡散板２８、ダイクロイックミラー２９、１／４波長板３０、第１集光レンズ３１、第２集光レンズ３２、蛍光板３７を備える。蛍光板３７は、蛍光体層３３と反射膜３４を形成したアルミニウム基板３５とモーター３６から構成される。以上の構成は本開示の実施の形態１の光源装置１１と同じである。

光源装置１１から出射する光は、蛍光板３７の回転により、時系列的に赤、緑、青色光を出射する。光源装置１１からの光は、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１００に入射する。第１のレンズアレイ板１００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１０１に収束する。第１のレンズアレイ板１００のレンズ素子はＤＭＤ１０６と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板１０１のレンズ素子は第１のレンズアレイ板１００とＤＭＤ１０６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１０１から出射した光は重畳用レンズ１０２に入射する。重畳用レンズ１０２は第２のレンズアレイ板１０１の各レンズ素子からの出射した光をＤＭＤ１０６上に重畳照明するためのレンズである。重畳用レンズ１０２からの光は、反射ミラー１０３で反射された後、フィールドレンズ１０４に入射する。フィールドレンズ１０４は照明光を効率よく投写レンズ１０７に集光する。フィールドレンズ１０４からの照明光は全反射プリズム１０５に入射する。全反射プリズム１０５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を形成し、空気層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１０４からの照明光は全反射させて、ＤＭＤ１０６を照明するとともに、ＤＭＤ１０６から出射する投写光を透過する。

ＤＭＤ１０６に入射する光は映像信号に応じて、画像形成に必要な光束のみを偏向し、全反射プリズム１０５を透過後、投写レンズ１０７に入射する。投写レンズ１０７はＤＭＤ１０６で変調形成される画像光を拡大投写する。本実施の形態では、１つのＤＭＤを用い、光源装置１１に本開示の実施の形態１の光源装置１１を用いるため、小型で明るい、長寿命の投写型表示装置が構成できる。

投写画像の均一性を確保するためのインテグレータ光学系として、２枚のレンズアレイ板を用いているが、ロッドを用いて構成してもよい。

以上のように、本実施の形態の投写型表示装置は、複数の固体光源と、固体光源からの青色光を反射するダイクロイックミラーと、位相差板と、ダイクロイックミラーからの光で励起蛍光する蛍光板と、励起光と蛍光光を集光する集光レンズを備えた光源装置を備える。この光源装置は、少なくとも蛍光板に近接する集光レンズには線膨張係数が３２．５×１０^−７以下である低熱膨張ガラス材のレンズを備えている。そして、本実施の形態は、この光源装置と、レンズアレイを用いたインテグレータ照明光学系と、一つのＤＭＤを用いて構成した投写型表示装置であるため、小型で、投写画像の均一性が高く、明るい投写型表示が構成できる。

（実施の形態４）
図１０は、本実施の形態の投写型表示装置を示している。画像形成手段として、３つのＤＭＤを用いている。

光源装置１２は、青色の半導体レーザー５０と、放熱板５１と、コリメートレンズ５２を備えた固体光源ユニット５３を備える。ヒートシンク５４は、固体光源ユニット５３を冷却するためのものである。固体光源ユニット５３からの光は、レンズ５６、レンズ５７、拡散板５８、ダイクロイックミラー５９、第１集光レンズ６０、第２集光レンズ６１によって蛍光板６６に照射される。蛍光板６６は、反射膜６３と蛍光体層６２を形成したアルミニウム基板６４とモーター６５から構成される。固体光源ユニットからの光は更にダイクロイックミラー５９を透過して、１／４波長板６７、第３集光レンズ６８、第４集光レンズ６９を透過して反射板７０に入射されるように構成される。以上は本開示の実施の形態２の光源装置１２と同一の構成である。

光源装置１２からの白色光は、レンズ１２０に入射し、ロッド１２１へ集光する。ロッド１２１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１２１からの出射光はリレーレンズ１２２により集光され、反射ミラー１２３で反射した後、フィールドレンズ１２４を透過し、全反射プリズム１２５に入射する。

全反射プリズム１２５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１２６を形成している。空気層１２６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１２４からの光は全反射プリズム１２５の全反射面で反射されて、カラープリズム１２７に入射する。

カラープリズム１２７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１２８と赤反射のダイクロイックミラー１２９が形成されている。カラープリズム１２７の青反射のダイクロイックミラー１２８と赤反射のダイクロイックミラー１２９により、青、赤、緑色光に分離され、それぞれＤＭＤ１３０、１３１、１３２に入射する。

ＤＭＤ１３０、１３１、１３２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１３３に入射する光と、投写レンズ１３３の有効外へ進む光とに反射させる。ＤＭＤ１３０、１３１、１３２により反射された光は、再度、カラープリズム１２７を透過する。カラープリズム１２７を透過する過程で、分離された青、赤、緑色光は合成され、全反射プリズム１２５に入射する。全反射プリズム１２５に入射した光は空気層１２６に臨海角以下で入射するため、透過して、投写レンズ１３３に入射する。

このようにして、ＤＭＤ１３０、１３１、１３２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。光源装置１２は、複数の固体光源で構成され、高輝度で良好なホワイトバランスの白色光を出射するため、長寿命で、高輝度な投写型表示装置を実現できる。また、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。

画像形成手段として、ＤＭＤを用いているが、透過型の液晶パネルを用いてもよい。透過型の液晶パネルは、ＤＭＤに対して、耐光性、耐熱性は低いが、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。

以上のように、本実施の形態の投写型表示装置は、複数の固体光源と、固体光源からの光を分離し、かつ、青色光と緑および赤色光を合成するダイクロイックミラーと、第１、第２集光レンズと、ダイクロイックミラーからの光で励起されて蛍光し、反射する蛍光板を備える。さらに、ダイクロイックミラーで分離したもう一方の光が入射する位相差板と、第３、第４集光レンズと、反射板を備えた光源装置を用いるため、小型で高輝度な投写型表示装置が構成できる。

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。

１１，１２ 光源装置
２０，５０ 半導体レーザー
２１，５１ 放熱板
２２，５２ コリメートレンズ
２３，５３ 固体光源ユニット
２４，５４ ヒートシンク
２５，２７，５６，５７，１２０ レンズ
２６，１０３，１２３ 反射ミラー
２８，５８ 拡散板
２９，５９ ダイクロイックミラー
３０，６７ １／４波長板
３１，３２，６０，６１，６８，６９ 集光レンズ
３３，６２ 蛍光体層
３４，６３ 反射膜
３５，６４ アルミニウム基板
３６，６５ モーター
３７，６６ 蛍光板
４０ 緑色蛍光体
４１ 赤色蛍光体
４２ 反射領域
７０ 反射板
１００ 第１のレンズアレイ板
１０１ 第２のレンズアレイ板
１０２ 重畳用レンズ
１０４，１２４ フィールドレンズ
１０５，１２５ 全反射プリズム
１０６，１３０，１３１，１３２ ＤＭＤ
１０７，１３３ 投写レンズ
１２１ ロッド
１２２ リレーレンズ
１２６ 空気層
１２７ カラープリズム
１２８ 青反射のダイクロイックミラー
１２９ 赤反射のダイクロイックミラー

Claims (11)

1. 固体光源と、
   前記固体光源から出射する青色の励起光を反射するダイクロイックミラーと、
   前記ダイクロイックミラーで反射した前記励起光が入射する位相差板と、
   前記ダイクロイックミラーで反射し前記位相差板を透過した前記励起光が照射することにより蛍光光を発光する蛍光領域および前記励起光を反射させる反射領域が設けられた蛍光板と、
   前記位相差板と前記蛍光板との間に配置され、前記励起光と前記蛍光光を集光する複数の集光レンズと、を備え、
   前記複数の集光レンズのうち少なくとも前記蛍光板に最も近接する前記集光レンズは、線膨張係数が３２．５×１０^−７以下のガラス材からなるレンズである、光源装置。
2. 固体光源と、
   前記固体光源からの光を分離し、かつ、青色光、緑色光、および赤色光を合成するダイクロイックミラーと、
   前記ダイクロイックミラーで分離された一方の光を集光する蛍光側集光レンズと、
   前記蛍光側集光レンズで集光された前記ダイクロイックミラーからの光で励起されて蛍光光を発光する蛍光板と、
   前記ダイクロイックミラーで分離された他方の光を円偏光に変換する位相差板と、
   前記位相差板によって前記円偏光に変換された光を集光する反射板側集光レンズと、
   前記反射板側集光レンズからの光を反射して戻す反射板と、を備え、
   前記反射板に近接する前記反射板側集光レンズは線膨張係数が３２．５×１０^−７以下のガラス材からなるレンズである、光源装置。
3. 前記ガラス材が合成石英ガラスである、請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記ガラス材が、パイレックス（登録商標）材、またはテンパックス（登録商標）材である、請求項１または２に記載の光源装置。
5. 前記ダイクロイックミラーは、５５度入射である、請求項１または２に記載の光源装置。
6. 前記固体光源は青色半導体レーザーである、請求項１または２に記載の光源装置。
7. 前記固体光源を出射する光が直線偏光の光である、請求項１または２に記載の光源装置。
8. 前記位相差板は１／４波長板である、請求項１または２に記載の光源装置。
9. 前記蛍光板は回転制御可能である、請求項１または２に記載の光源装置。
10. 請求項１または２に記載の光源装置と、
    前記光源装置からの光を集光する照明光学系と、
    前記照明光学系で集光された光から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投写する投写レンズと、を備える、投写型表示装置。
11. 前記画像形成素子がデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）である、請求項１０に記載の投写型表示装置。