JP2021096398A - 光源装置およびこれを備える画像投写装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投写画像の明るさを維持しつつ色バランスを調整可能な光源装置及びこれを備える画像投写装置を提供すること。【解決手段】光源装置は、第１色光を射出する第１光源と、第１色光の少なくとも一部の光を第１色光の波長と異なる第２色光と第１および第２色光の波長と異なる第３色光の波長を含む蛍光光に変換する波長変換部と、第１色光の波長と異なる波長を含む補助色光を射出する第２光源とを有し、第１色光および蛍光光を順次射出する光源装置と、第１色光および蛍光光から分離された第２色光は、第１の画像表示素子に入射し、蛍光光から分離された第３色光は、第２の画像表示素子に入射し、補助色光は、第１色光が射出されている時間のうち少なくとも一部の時間において第２の画像表示素子に入射する。【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置およびこれを備える画像投写装置に関する。

従来、光源から発生する光束を２枚の画像表示素子に照射し、各画像表示素子で画像信号に応じて変調された光束を投写する２板式の画像投写装置が知られている。２板式の画像投写装置では、青色レーザーダイオードからの光束を励起光として蛍光体に照射し、波長変換された蛍光光と青色レーザーダイオードの青色光を光源として使用するものが知られている。しかしながら、青色光が光源装置から射出されている間、２枚の画像表示素子のうち青色光が入射する一方の画像表示素子は画像出力用に使用されるが、青色光が入射しない他方の画像表示素子は有効的に使用されていない。

特許文献１には、黄色蛍光体とシアン色蛍光体を順次励起し、発生する黄色光とシアン色光を画像表示素子に入射する画像投写装置が開示されている。特許文献１の画像投写装置では、シアン光から色分離素子によって青色光と緑色光が形成されるため、青色光が一方の画像表示素子に入射するタイミングに緑色光が他方の画像表示素子に入射し、画像表示素子の不使用時間をなくすことができる。

特表２０１５−５３３２２５号公報

しかしながら、特許文献１の画像投写装置では、シアン色蛍光体から射出される蛍光光に含まれる青色光のパワーは青色レーザーダイオードの青色光のパワーに比べて大幅に少ない。そのため、黄色光成分に比べて青色光成分のパワーが不足し、投写画像のホワイトバランスが崩れる恐れがある。これを回避するためにはシアン色蛍光体に励起光を入射する時間を長くして青色光成分を多くすればよいが、黄色蛍光体に励起光を入射する時間が短くなってしまう。この場合、黄色蛍光体は一般的にシアン色蛍光体に比べて比視感度が高い波長成分を多く含むと共に、量子効率も優れる場合が多いため、投写画像の明るさが暗くなってしまう課題がある。

本発明は、投写画像の明るさを維持しつつ色バランスを調整可能な光源装置およびこれを備える画像投写装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての光源装置は、第１色光を射出する第１光源と、第１色光の少なくとも一部の光を第１色光の波長と異なる第２色光と第１および第２色光の波長と異なる第３色光の波長を含む蛍光光に変換する波長変換部と、第１色光の波長と異なる波長を含む補助色光を射出する第２光源とを有し、第１色光および蛍光光を順次射出する光源装置と、第１色光および蛍光光から分離された第２色光は、第１の画像表示素子に入射し、蛍光光から分離された第３色光は、第２の画像表示素子に入射し、補助色光は、第１色光が射出されている時間のうち少なくとも一部の時間において第２の画像表示素子に入射することを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての画像投写装置は、第１色光を射出する第１光源と、第１色光の少なくとも一部の光を第１色光の波長と異なる第２色光と第１および第２色光の波長と異なる第３色光の波長を含む蛍光光に変換する波長変換部と、第１色光の波長と異なる波長を含む補助色光を射出する第２光源とを備え、第１色光および蛍光光を順次射出する光源装置と、第１色光および蛍光光から分離された第２色光が入射する第１の画像表示素子と、蛍光光から分離された第３色光が入射する第２の画像表示素子とを有し、補助色光は、第１色光が射出されている時間のうち少なくとも一部の時間において第２の画像表示素子に入射することを特徴とする。

本発明によれば、投写画像の明るさを維持しつつ色バランスを調整可能な光源装置及びこれを備える画像投写装置を提供することができる。

実施例１の光源装置を搭載している画像投写装置の構成図である。 実施例１の蛍光体ホイールの構成図である。 本発明の課題の説明図である。 実施例１の効果の説明図である。 実施例１の色バランスの補正方法の一例の説明図である。 実施例１の色バランスの補正方法の他の例の説明図である。 実施例２の効果の説明図である。 実施例２の色バランスの補正方法の一例を示す図である。 実施例３の光源装置を搭載している画像投写装置の構成図である。 部分ダイクロイックミラーの正面図である。 部分ダイクロイックミラーの分光特性図である。 実施例３の蛍光体ホイールの構成図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施例の光源装置５０を搭載している画像投写装置１００の構成図である。図１（ａ）および図１（ｂ）では、蛍光体ホイール（波長変換部）６の回転位置が異なり、光源装置５０から異なる色の光が射出されている。

画像投写装置１００は、光源装置５０および照明光学系を有する。光源装置５０は、青色レーザー光源１、正レンズ２，１２、負レンズ３，１３、ダイクロイックミラー４，８、集光レンズ５、蛍光体ホイール６、コリメートレンズ７、リレーレンズ系９、光路折り曲げミラー１０，１４、および補助光源１１を有する。照明光学系は、照明レンズ１５、光路折り曲げミラー１６、全反射プリズム１７、色分離プリズム１８、第１画像表示素子１９、および第２画像表示素子２０を有する。

青色レーザー光源１は複数の光源から構成され、各光源は４５０ｎｍを主波長とする青色光を射出する。各光源から射出された光束はそれぞれ平行光束として、正レンズ２に向かって進行する。第１色光（青色光）Ｌ１は、正レンズ１２で集光され、負レンズ３によって平行化される。これにより、光束の幅が適正な大きさに設定される。

負レンズ３から射出された第１色光Ｌ１は、ダイクロイックミラー４に入射する。ダイクロイックミラー４は、４７０ｎｍ以下の波長帯域の光を反射し、４７０ｎｍ以上の波長帯域の光を透過させる分光特性を有する。したがって、第１色光Ｌ１は、ダイクロイックミラー４で反射され、集光レンズ５に入射する。集光レンズ５に入射した第１色光Ｌ１は、蛍光体ホイール６上に集光される。

図２は、実施例１の蛍光体ホイール６の構成図である。蛍光体ホイール６は、第１色光Ｌ１の少なくとも一部の光を第１色光Ｌ１の波長と異なる第２色光Ｌ２と第１色光Ｌ１および第２色光Ｌ２の波長と異なる第３色光Ｌ３の波長を含む蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓに変換する。蛍光体ホイール６では、高反射アルミニウム等の熱伝導性に優れる金属製ホイール６ａの円周上に、シリコン系のバインダーによって蛍光体が固定された蛍光体層６ｂが形成されている。蛍光体層６ｂの一部の領域は、金属製ホイール６ａごと切欠かれており、代わりに透光性の拡散層（拡散素子）６ｃが形成されている。拡散層６ｃは、すりガラスやマイクロレンズアレイであってもよい。６ｄは蛍光体ホイール６上に集光された第１色光Ｌ１の集光スポットである。

第１色光Ｌ１は、ある時間では図２（ａ）に示されるように蛍光体層６ｂ上に集光される。図２（ａ）に対応する時間において第１色光Ｌ１が蛍光体層６ｂ上に集光されると、蛍光体は第１色光Ｌ１を吸収し、励起される。第１色光Ｌ１は、４８０ｎｍ〜７００ｎｍの波長成分を含む蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓに変換される。蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓは全方位に発生するが、ほとんどの成分は金属製ホイール６ａにより反射され、集光レンズ５に向かって進行する。

図１（ａ）において、集光レンズ５に入射した蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓは、ダイクロイックミラー４に入射する。前述したようにダイクロイックミラー４は４７０ｎｍ以上の波長帯域の光を透過させる分光特性を有するため、蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓはダイクロイックミラー４を透過し、光源装置５０から照明レンズ１５に向かって射出される。蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓは、照明レンズ１５により適切な形状に成型され、折り曲げミラー１６を介して全反射プリズム１７に導かれる。全反射プリズム１７は、２つのプリズムが１０μｍ程度のエアギャップ層を介して接合された素子である。エアギャップ層に入射した蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓは、全反射を起こして光路が折り曲げられる。折り曲げられた蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓは、色分離プリズム１８に入射する。

色分離プリズム１８では、２つの直角プリズムの接合面に誘電体多層膜が形成されている。色分離プリズム１８は、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長帯域の青色光および６００〜７００ｎｍの波長帯域の赤色光を透過させ、４９０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長帯域の緑色光を反射する分光特性を有する。４８０ｎｍ〜７００ｎｍの波長成分を含む蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓは、色分離プリズム１８によって、第２色光（赤色光）Ｌ２と第３色光（緑色光）Ｌ３に分離される。第２色光Ｌ２および第３色光Ｌ３はそれぞれ、第１画像表示素子１９および第２画像表示素子２０に入射する。

第１および第２画像表示素子１９，２０は、画素に相当する微小ミラーが多数配列され、各微小ミラーの角度を切り替えてＯＮ・ＯＦＦ状態を制御することによって、入射光を変調し画像を表示する、いわゆるデジタル・マイクロミラー・デバイスである。各画像表示素子上で反射した光は、色分離プリズム１８で再度合成された後、全反射プリズム１７のエアギャップ層に再入射するが、微小ミラーの角度がＯＮ状態に切り替えられた際に、臨界角を超えて透過するように設定されている。全反射プリズム１７を透過した光は、全反射プリズム１７の透過光路側に配置された投写光学系（不図示）に導かれる。投写光学系に導かれた光に基づく画像は、投写光学系により被投写面に投写される。

なお、第１および第２画像表示素子１９，２０として、反射型や透過型の液晶パネルを使用してもよい。前者の場合は、光路を切り替えるための素子として偏光ビームスプリッタなどを用いることができ、後者の場合は色分離をダイクロイックミラーなどで行い、色合成を別部材のダイクロイックプリズムなどで行えばよい。

図２（ａ）に対応する時間から蛍光体ホイール６が回転すると、第１色光Ｌ１はある時間では図２（ｂ）に示されるように拡散層６ｃ上に集光される。図２（ｂ）に対応する時間において第１色光Ｌ１が拡散層６ｃ上に集光されると、金属製ホイール６ａの拡散層６ｃに対応する領域は切り欠かれているため、第１色光Ｌ１は拡散層６ｃを透過し、コリメートレンズ７に入射する。

図１（ｂ）において、コリメートレンズ７に入射した第１色光Ｌ１は、ダイクロイックミラー８に入射する。ダイクロイックミラー８はダイクロイックミラー４と同様の分光特性を有しており、第１色光Ｌ１は反射する。その後、第１色光Ｌ１は、リレーレンズ系９および光路折り曲げミラー１０を介して、ダイクロイックミラー４に入射する。第１色光Ｌ１は、ダイクロイックミラー４で反射し、光源装置５０から照明レンズ１５に向かって射出される。第１色光Ｌ１は、照明レンズ１５、折り曲げミラー１６、および全反射プリズム１７を介して色分離プリズム１８に入射する。色分離プリズム１８は４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長帯域の青色光を透過させる分光特性を有するため、第１色光Ｌ１は第１画像表示素子１９に入射する。その後の光路は蛍光光Ｌｐｈｏｓと同様であるため、詳細な説明は省略する。

図３は、本発明の課題の説明図である。図３（ａ）は、時間経過とともに光源装置５０から射出される光を示している。前述したように、光源装置５０は、蛍光体ホイール６の回転にしたがって、蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓと第１色光Ｌ１を順次射出する。図３（ｂ）および図３（ｃ）はそれぞれ、第１および第２画像表示素子１９，２０に順次入射される色光を示している。

光源装置５０から蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓが射出されるタイミングでは、第１および第２画像表示素子１９，２０にともに光が入射する。一方、光源装置５０から第１色光Ｌ１が射出されるタイミングでは、第１画像表示素子１９のみに光が入射され、第２画像表示素子には光が入射されない。すなわち、第２画像表示素子２０に不使用の時間が発生するため、光利用効率の観点で好ましくない。特許文献１の画像投写装置ではシアン蛍光体を励起することで発生するシアン光を色分離することで生成される青色光と緑色光を２枚の画像表示素子に入射することで上記問題を解決しているが、ホワイトバランスが悪化するという新たな問題が発生してしまう。

このような問題を解決するために本発明では、光源装置５０は第１色光Ｌ１の波長と異なる波長を含む補助色光ＬＳを射出する補助光源１１を備える。補助光源１１は複数のレーザー光源から構成され、各光源は５１５ｎｍを主波長とする緑色光を射出する。図１（ｂ）に示されるように、各光源から射出された光束はそれぞれ平行光束として、正レンズ１２に向かって進行する。補助色光ＬＳは、正レンズ１２で集光され、負レンズ１３によって平行化される。なお、補助光源１１は、ＬＥＤや量子ドットなどの第２色光Ｌ２および第３色光Ｌ３の波長帯域よりも狭帯域の分光分布を有する光源であってもよい。

負レンズ１３から射出された補助色光ＬＳは、折り曲げミラー１４を介してダイクロイックミラー８に入射する。ダイクロイックミラー８は４７０ｎｍ以上の波長帯域の光を透過させる分光特性を有するため、補助色光ＬＳはダイクロイックミラー８を透過し、コリメートレンズ７に入射する。コリメートレンズに入射した補助色光ＬＳは、蛍光体ホイール６上に集光される。

本発明では、補助色光ＬＳは第１色光Ｌ１が光源装置５０から射出されている時間のうち少なくとも一部の時間において光源装置５０から射出される。すなわち、第１色光Ｌ１が拡散層６ｃ上に集光されている時間のうち少なくとも一部の時間において、補助光源１１は点灯する。補助色光ＬＳは、図１（ｂ）に示されるようにコリメートレンズ７側から集光レンズ５側に向かって拡散層６ｃを透過して、ダイクロイックミラー４に入射する。補助色光ＬＳはダイクロイックミラー４を透過して光源装置５０から射出されるが、前述したように補助光色光ＬＳが射出される時間は第１色光Ｌ１が射出されている時間のうち少なくとも一部の時間である。

光源装置５０から射出された補助色光ＬＳは、蛍光光ＬＳや第１色光Ｌ１と同様に照明レンズ１５、折り曲げミラー１６、および全反射プリズム１７を介して色分離プリズム１８に入射する。色分離プリズム１８は４９０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長帯域の緑色光を反射する分光特性を有するため、補助色光ＬＳは第２画像表示素子２０に入射する。

図４は、本実施例の効果の説明図である。図４（ａ）は、時間経過とともに光源装置５０から射出される光を示している。本実施例では、光源装置５０は、蛍光体ホイール６の回転にしたがって、蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓと第１色光Ｌ１を順次射出すると共に、第１色光Ｌ１が射出される時間において補助色光ＬＳを射出する。図４（ｂ）および図４（ｃ）はそれぞれ、第１および第２画像表示素子１９，２０に順次入射される色光を示している。

本実施例の構成によれば、光源装置５０から蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓが射出されるタイミングでは、第１および第２画像表示素子１９，２０にともに光が入射する。一方、光源装置５０から第１色光Ｌ１が射出されるタイミングでは、第１画像表示素子１９に第１色光Ｌ１が入射し、第２画像表示素子２０に補助色光ＬＳが入射する。すなわち、第２画像表示素子２０の不使用の時間をなくすことができるため、光利用効率の観点で好ましい。

また、第１色光Ｌ１を青色レーザー光源１から射出されるレーザー光そのもので形成しているため、第１色光Ｌ１のパワー密度が高い。したがって、光源装置５０から蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓが射出される時間を第１色光Ｌ１が射出される時間に比べて十分長く設定しても適切なホワイトバランスを維持できる。言い換えれば、蛍光体ホイール６の円周上の光照射領域における蛍光体層６ｂの比率を拡散層６ｃの比率に比べて十分に大きくすることができる。具体的には、光源装置５０から第１色光が射出されている時間割合は、第１色光および蛍光光が射出されている全体の時間割合に対して４０パーセント以下であることが望ましい。

ここで、図５を参照して、具体的な色バランスの補正方法の一例について説明する。図５は、本実施例の色バランスの補正方法の一例の説明図である。図５（ａ）および図５（ｂ）はそれぞれ、第１および第２画像表示素子１９，２０に入射する色光と画像信号を示している。第１画像表示素子１９には、蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓから分離された第２色光Ｌ２と、第１色光Ｌ１とが順次入射される。第２画像表示素子２０には、蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓから分離された第３色光Ｌ３と、補助色光ＬＳとが順次入力される。第１画像表示素子１９には、第１色光Ｌ１および第２色光Ｌ２に対応する画像信号が入力されている。第２画像表示素子２０には、第３色光Ｌ３に対応する画像信号が入力されている。また、第２画像表示素子２０には、補助色光ＬＳが入力されるタイミングにおいて、補助色光ＬＳに対応する画像信号として第３色光Ｌ３に対応する画像信号が入力されている。

図５の例では、投影画像のうち緑色成分に対応する光の分光分布として、蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓから取り出された４９０ｎｍ〜５９０ｎｍの第３色光Ｌ３と、５１５ｎｍを主波長とする狭帯域の補助色光ＬＳとが合成された光の分光分布が取得される。第３色光Ｌ３に補助色光ＬＳを合成した光を投影することで、第３色光Ｌ３のみを投影した場合に比べて、緑色画像の色度座標が５１５ｎｍを主波長とする波長成分だけ広くなり、色再現範囲を拡張することができる。

図６は、本実施例の他の色バランスの補正方法の他の例の説明図である。図６（ａ）および図６（ｂ）はそれぞれ、第１および第２画像表示素子１９，２０に入射する色光と画像信号を示している。図６（ｂ）では、補助色光ＬＳが入力されるタイミングにおいて、補助色光ＬＳに対応する画像信号として、第３色光Ｌ３ではなく第１色光Ｌ１に対応する画像信号が入力されている。他の構成については、図５と同様であるため説明を省略する。

図６の例では、投影画像のうち緑色成分に対応する光の分光分布として、青色レーザー光源１の４５０ｎｍを主波長とする第１色光Ｌ１と、５１５ｎｍを主波長とする狭帯域の補助色光ＬＳとが合成された２つのピークを有する光の分光分布が取得される。青色レーザー光源１の４５０ｎｍを主波長とする第１色光Ｌ１を青色の単色とする場合の色度座標は、いわゆるｓＲＧＢ色度範囲の青色画像の色度座標に対して若干マゼンダがかった位置にある。この場合例えば、空などの青色画像を投写する際に空の青色が、マゼンダがかった色になるなど、画質上好ましくない。青色レーザー光源１の４５０ｎｍを主波長とする第１色光Ｌ１に５１５ｎｍを主波長とする狭帯域の補助色光ＬＳを合成すると、第１色光Ｌ１のみを投影した場合に比べてｓＲＧＢ色度範囲の青色画像の色度座標に近づけることができる。これにより、色バランスとしてより好ましい画像を投写することができる。

以上説明したように、図５の例では、第１画像表示素子１９には第１色光（青色光）Ｌ１と第２色光（赤色光）Ｌ２に対応する画像信号が順次入力され、第２画像表示素子２０には第３色光（緑色光）Ｌ３に対応する画像信号が連続して入力される。これにより、緑色画像の色再現範囲を拡張することができる。図６の例では、第１画像表示素子１９には第１色光（青色光）Ｌ１と第２色光（赤色光）Ｌ２に対応する画像信号が順次入力され、第２画像表示素子２０には第１色光（青色光）Ｌ１と第３色光（緑色光）Ｌ３に対応する画像信号が順次入力される。これにより、青色光と補助色光の波長成分が時間的に合成され、青色画像の色バランスを調整することができる。どの補正方法を使用するかは、画像投写装置１００の画質モードに応じて決定すればよい。

また、本実施例では、第１色光Ｌ１と補助色光ＬＳが拡散層６ｃに入射した後、互いに反対方向へ射出される。これにより、補助色光ＬＳ、第１色光Ｌ１および蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓを光源装置５０から同一方向へ射出することができ、光源装置５０から射出した補助色光ＬＳを同軸として照明光学系に導くことができる。例えば、ダイクロイックミラーなどで、照明レンズ１５の後段で補助光ＬＳを合成すると、補助光ＬＳの狭帯域の部分に対応する蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓの波長成分が削られてしまう。したがって、このような構成により、効率よく補助色光ＬＳによる色バランスの調整を実現できる。

本実施例の画像投写装置は基本的に、実施例１の画像投写装置と同様の構成を有する。本実施例では、実施例１と異なる構成について説明する。

本実施例では、補助光源１１の各光源は、６５０ｎｍを主波長とする赤色レーザー光を射出する。また、色分離プリズム１８は、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長帯域の青色光および４９０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長帯域の緑色光を透過させ、６００〜７００ｎｍの波長帯域の赤色光を反射する分光特性を有する。

図７は、本実施例の効果の説明図である。図７（ａ）は、時間経過とともに光源装置５０から射出される光を示している。図７（ａ）に示されるように、蛍光体ホイール６の回転にしたがって、光源装置５０から蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓと第１色光（青色光）Ｌ１が順次射出される。また、補助色光ＬＳは、第１色光Ｌ１が光源装置５０から射出されている時間のうち少なくとも一部の時間において射出される。

図７（ｂ）および図７（ｃ）はそれぞれ、第１および第２画像表示素子１９，２０に入射される色光を示している。第１画像表示素子１９には、蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓから分離された第２色光（緑色光）Ｌ２と、第１色光Ｌ１とが順次入射される。第２画像表示素子２０には、蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓから分離された第３色光（赤色光）Ｌ３と、補助色光Ｌｓとが順次入射される。

本実施例では、実施例１と同様に、第１画像表示素子１９の不使用の時間をなくすことができるので光利用効率の観点で好ましい。また、第１色光Ｌ１を青色レーザー光源１から射出されるレーザー光そのもので形成しているため、光源装置５０から蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓを射出する時間を、第１色光Ｌ１を射出する時間に比べて十分長く設定しても適切なホワイトバランスを維持することができる。

図８は、本実施例の色バランスの補正方法の一例を示す図である。図８（ａ）および図８（ｂ）はそれぞれ、第１および第２画像表示素子１９，２０に入射する色光と画像信号を示している。第１画像表示素子１９には、蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓから分離された第２色光Ｌ２と、第１色光Ｌ１とが順次入射される。第２画像表示素子２０には、蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓから分離された第３色光Ｌ３と、補助色光ＬＳとが順次入力される。第１画像表示素子１９には、第１色光Ｌ１および第３色光Ｌ３に対応する画像信号が入力されている。第２画像表示素子２０には、第２色光Ｌ２に対応する画像信号が入力されている。また、第２画像表示素子２０には、補助色光ＬＳが入力されるタイミングにおいて、補助色光ＬＳに対応する画像信号として第２色光Ｌ２に対応する画像信号が入力されている。

投影画像のうち赤色光の波長成分として、蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓから取り出された６００ｎｍ〜７００ｎｍの第２色光Ｌ２の波長成分と補助色光ＬＳの６５０ｎｍを主波長とする狭帯域の波長成分とが合成された波長成分が取得される。第２色光Ｌ２に補助色光ＬＳを合成した光を投影することで、第２色光Ｌ２のみを投影した場合に比べて、赤色画像の色度座標が６５０ｎｍを主波長とする波長成分だけ広くなり、色再現範囲を拡張することができる。

以上説明したように、補助色光ＬＳは緑色光ではなく赤色光であってもよく、色分離プリズム１８の分光特性によって第２色光および第３色光はそれぞれ、赤色光および緑色光であってもよい。

図９は、本実施例の光源装置６０を搭載している画像投写装置２００の構成図である。図９（ａ）および図９（ｂ）では、蛍光体ホイール（波長変換部）２７の回転位置が異なり、光源装置６０から異なる色の光が射出されている。

画像投写装置２００は、光源装置６０および照明光学系を有する。光源装置６０は、青色レーザー光源２１、補助光源２２、正レンズ２３、負レンズ２４、部分ダイクロイックミラー２５、集光レンズ２６、蛍光体ホイール２７、コリメートレンズ２８、リレーレンズ系２９、および光路折り曲げミラー３０を有する。照明光学系は、照明レンズ３１、ミラー３２、全反射プリズム３３、色分離プリズム３４、第１画像表示素子３５、および第２画像表示素子３６を有する。

本実施例の構成は、第１色光Ｌ１の波長と異なる波長を含む補助色光ＬＳを射出する補助光源２２が青色レーザー光源２１の間に配置されている点が実施例１の構成と異なる。また、蛍光体ホイール２７（拡散層２７ｃ）に対して第１色光Ｌ１と補助色光ＬＳが同一方向から入射する点で実施例１の構成と異なる。

青色レーザー光源２１は複数の光源から構成され、各光源は４５０ｎｍを主波長とする青色光を射出する。各光源から射出された光束はそれぞれ平行光束として、正レンズ２３に向かって進行する。第１色光（青色光）Ｌ１は、正レンズ２３で集光され、負レンズ２４によって平行化される。これにより、光束の幅が適正な大きさに設定される。負レンズ２４から射出された第１色光Ｌ１は、部分ダイクロイックミラー２５に入射する。

補助光源２２は複数のレーザー光源から構成され、各光源は６５０ｎｍを主波長とする赤色光を射出する。各光源から射出された光束はそれぞれ平行光束として、正レンズ２３に向かって進行する。補助色光ＬＳは、正レンズ２３で集光され、負レンズ２４によって平行化される。これにより、光束の幅が適正な大きさに設定される。負レンズ２４から射出された補助色光ＬＳは、部分ダイクロイックミラー２５に入射する。

図１０は、部分ダイクロイックミラー２５の正面図である。部分ダイクロイックミラー２５は、互いに異なる分光特性を有する、第１領域２５ａおよび第２領域２５ｂが同一平板上に形成された素子である。第１領域２５ａには第１色光Ｌ１が入射し、第２領域２５ｂには補助色光ＬＳが入射するように、正レンズ２３および負レンズ２４のレンズ系のパワー配置や青色レーザー光源２１および補助光源２２の配置が設定されている。

図１１は、部分ダイクロイックミラー２５の分光特性図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）はそれぞれ、第１領域２５ａおよび第２領域２５ｂの分光特性を示している。第１領域２５ａは、４７０ｎｍ以下の波長帯域の光を反射し、４７０ｎｍ以上の波長帯域の光を透過させる分光特性を有する。第２領域２５ｂは、４００ｎｍ〜４７０ｎｍの波長帯域の光および６４０〜７００ｎｍの波長帯域の光を反射し、４７０ｎｍ〜６４０ｎｍの波長帯域の光を透過させる分光特性を有する。これにより、第１色光Ｌ１と補助色光ＬＳはともに、部分ダイクロイックミラー２５で反射し、集光レンズ２６に入射する。集光レンズ２６に入射した第１色光Ｌ１と補助色光ＬＳは、蛍光体ホイール２７上に集光される。

図１２は、本実施例の蛍光体ホイール２７の構成図である。蛍光体ホイール２７は、第１色光Ｌ１の少なくとも一部の光を第１色光Ｌ１の波長と異なる第２色光Ｌ２と第１色光Ｌ１および第２色光Ｌ２の波長と異なる第３色光Ｌ３の波長を含む蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓに変換する。蛍光体ホイール２７では、金属製ホイール２７ａの円周上に、蛍光体層２７ｂが形成されている。蛍光体層２７ｂの一部の領域は、金属製ホイール２７ａごと切欠かれており、代わりに透光性の拡散層（拡散素子）２７ｃが形成されている。２７ｄは蛍光体ホイール２７上に集光された第１色光Ｌ１の集光スポットである。

第１色光Ｌ１は、ある時間では図１２（ａ）に示されるように蛍光体層２７ｂ上に集光される。図１２（ａ）に対応する時間において第１色光Ｌ１が蛍光体層６ｂ上に集光されると、蛍光体は第１色光Ｌ１を吸収し、励起される。第１色光Ｌ１は、４８０ｎｍ〜７００ｎｍの波長成分を含む蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓに変換される。蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓは全方位に発生するが、ほとんどの成分は金属製ホイール６ａにより反射され、集光レンズ２６に向かって進行する。

図１２（ａ）に対応する時間から蛍光体ホイール２７が回転すると、第１色光Ｌ１はある時間では図１２（ｂ）に示されるように拡散層２７ｃ上に集光される。図１２（ｂ）に対応する時間において第１色光Ｌ１が拡散層２７ｃ上に集光されると、金属製ホイール２７ａの拡散層２７ｃに対応する領域は切り欠かれているため、第１色光Ｌ１は拡散層２７ｃを透過し、コリメートレンズ２８に入射する。蛍光体ホイール２７からコリメートレンズ２８に入射した第１色光Ｌ１は、リレーレンズ系２９および光路折り曲げミラー３０を介して部分ダイクロイックミラー２５に入射し、部分ダイクロイックミラー２５で反射した後、照明レンズ３１に入射する。

本実施例では、実施例１，２とは異なり、拡散層２７ｃの第１色光Ｌ１の射出面の側に青色光を透過し、補助色光ＬＳを反射するダイクロイック層（光学素子）２７ｅが設けられている。第１色光Ｌ１が拡散層２７ｃに入射するタイミングで補助光源２２が点灯された場合、補助色光ＬＳも拡散層２７ｃに入射する。補助色光ＬＳは、ダイクロイック層２７ｅで反射して、第１色光Ｌ１と反対方向へ進行し、集光レンズ２６に入射する。

補助色光ＬＳは、ダイクロイック層２７ｅで反射するが拡散層２７ｃを介しているので、入射時よりも拡散層２７ｃから大きな配光分布で反射する。したがって、補助色光ＬＳは、集光レンズ２６で平行化され、第１領域２５ａおよび第２領域２５ｂにまたがる太い光束として部分ダイクロイックミラー２５に入射される。部分ダイクロイックミラー２５に再入射する補助色光ＬＳのうち、第２領域２５ｂに入射する成分は反射して補助光源２２の側に戻るが、第１領域２５ａに入射する成分は透過して照明レンズ３１に入射する。

本実施例では、第１色光Ｌ１と補助色光ＬＳが拡散層２７ｃに同一方向から入射し、互いに反対方向へ射出されるため、実施例１，２のように補助光源２２のための圧縮レンズ系やミラーを配置する必要がない。このような構成により、補助色光ＬＳ、第１色光Ｌ１および蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓを光源装置６０から同一方向へ射出することができ、光源装置６０から射出した補助色光ＬＳを同軸として照明光学系に導くことができるため、光源装置６０を小型化可能である。また、青色レーザー光源２１と補助光源２２が同じ場所に配置されるので共通の冷却装置を用いることができ、より光源装置６０を小型化可能である。

光源装置６０から第１色光Ｌ１、蛍光光Ｌ_ｐｈｏｓおよび補助色光ＬＳが照明光学系に進行する光路や構成、および発明の効果を得るための方法は実施例２と同様なので説明を省略する。

なお、本実施例では、補助光源２２は赤色レーザー光源であるが、色分離プリズムの色分離構成を変えて緑色レーザー光源を使用してもよい。また、第２画像表示素子２０に目的に応じて赤色、緑色、または青色に対応する画像信号を入力することで適切に色バランスを設定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Ｌ１ 第１色光
Ｌ２ 第２色光
Ｌ３ 第３色光
Ｌ_ｐｈｏｓ 蛍光光
ＬＳ 補助色光
１，２１ 青色レーザー光源（第１光源）
６，２７ 蛍光体ホイール（波長変換部）
１１，２２ 補助光源（第２光源）
１９ 第１の画像表示素子
２０ 第２の画像表示素子
５０，６０ 光源装置

Claims (12)

1. 第１色光を射出する第１光源と、
   前記第１色光の少なくとも一部の光を該第１色光の波長と異なる第２色光と前記第１および第２色光の波長と異なる第３色光の波長を含む蛍光光に変換する波長変換部と、
   前記第１色光の波長と異なる波長を含む補助色光を射出する第２光源とを有し、前記第１色光および前記蛍光光を順次射出する光源装置と、
   前記第１色光および前記蛍光光から分離された前記第２色光は、第１の画像表示素子に入射し、
   前記蛍光光から分離された前記第３色光は、第２の画像表示素子に入射し、
   前記補助色光は、前記第１色光が射出されている時間のうち少なくとも一部の時間において前記第２の画像表示素子に入射することを特徴とする光源装置。
2. 前記第１色光が射出されている時間割合は、前記第１色光および前記蛍光光が射出されている全体の時間割合に対して４０パーセント以下であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記補助色光の波長帯域は、前記第２色光または前記第３色光の波長帯域よりも狭帯域であることを特徴する請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記波長変換部は、前記第１色光および前記補助色光を拡散する拡散素子を備え、
   前記第１色光および補助色光は、前記拡散素子に入射した後、互いに反対方向へ射出されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光源装置。
5. 前記第１色光および前記補助色光は、互いに反対方向から前記拡散素子に入射することを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記第１色光および前記補助色光は、同一方向から前記拡散素子に入射することを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
7. 前記波長変換部は、前記拡散素子の前記第１色光の射出面の側に前記第１色光を透過すると共に前記補助色光を反射する光学素子を備えることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 第１色光を射出する第１光源と、前記第１色光の少なくとも一部の光を該第１色光の波長と異なる第２色光と前記第１および第２色光の波長と異なる第３色光の波長を含む蛍光光に変換する波長変換部と、前記第１色光の波長と異なる波長を含む補助色光を射出する第２光源とを備え、前記第１色光および前記蛍光光を順次射出する光源装置と、
   前記第１色光および前記蛍光光から分離された前記第２色光が入射する第１の画像表示素子と、
   前記蛍光光から分離された前記第３色光が入射する第２の画像表示素子とを有し、
   前記補助色光は、前記第１色光が射出されている時間のうち少なくとも一部の時間において前記第２の画像表示素子に入射することを特徴とする画像投写装置。
9. 前記第１の画像表示素子には前記第１および第２色光に対応する画像信号が順次入力され、
   前記第２の画像表示素子には前記第３色光および前記補助色光に対応する画像信号が順次入力されていることを特徴とする請求項８に記載の画像投写装置。
10. 前記補助色光に対応する画像信号は、前記第３色光に対応する画像信号であることを特徴とする請求項９に記載の画像投写装置。
11. 前記補助色光に対応する画像信号は、前記第１色光に対応する画像信号であることを特徴とする請求項９に記載の画像投写装置。
12. 前記第１および第２の画像表示素子からの光に基づく画像を被投写面に投写する投写光学系を更に有することを特徴とする請求項９乃至１１の何れか一項に記載の画像投写装置。
    

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