JP6195321B2 - 光源装置および投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１の波長の光の照射に応じて当該第１の波長の光とは異なる第２の波長の光を発する蛍光ユニットを備えた光源装置、および当該光源装置を備えた投写型表示装置に関する。

光源装置が発する光を、表示パネルを用いて画像光に変調し、当該画像光を投写する投写型表示装置が知られている。

このような投写型表示装置の光源装置として、高輝度の放電ランプを備えた光源装置や、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や半導体レーザーといった、単波長の可視光を発する固体光源を備えた光源装置が用いられている。固体光源は放電ランプに比べて自然環境への影響が小さく、このような理由から、固体光源を備えた光源装置が注目されている。

固体光源を備えた光源装置の一例が特開２０１０−２３７４４３号公報（以下、「特許文献１」と称す）や国際公開第２０１２／１２７５５４号（以下、「特許文献２」と称す）に開示されている。

特許文献１には、青色レーザー光を発する光源本体と当該青色レーザー光の進行経路上に配置された蛍光ユニットとを備え、光源本体と蛍光ユニットとの間にダイクロイックミラーが設けられた光源装置が開示されている。

特許文献２には、青色レーザー光を発する光源本体と当該青色レーザー光の進行経路上に配置された蛍光ユニットと、ダイクロイックミラーと、１／４波長板と、を備えた光源装置が開示されている。ダイクロイックミラーは光源本体と蛍光ユニットとの間に設けられ、１／４波長板は蛍光ユニットとダイクロイックミラーとの間に設けられている。

そして、特許文献１に開示される光源装置も、特許文献２に開示される光源装置も、放電ランプを用いることなく、複数の色の光を同じ方向に出射することができる。

特開２０１０−２３７４４３号公報 国際公開第２０１２／１２７５５４号

しかしながら、特許文献１に開示される光源装置では、蛍光ユニットは光源本体から発せられた光の一部を通すので、蛍光ユニットを通り抜けた後の光の進行経路上に反射ミラーが設けられていなければならない。そのため、当該光源装置は蛍光ユニットへの光の照射方向に関して大型化してしまう。

また、特許文献２に開示の光源装置では、ダイクロイックミラーは、蛍光ユニットを特定の波長（例えば、青色の波長帯域である４５０ｎｍ付近）のＳ偏光とＰ偏光とを分離する特性を有していなければならない。このような特性を有するダイクロイックミラーを製造するのは非常に難しく、当該ダイクロイックミラーはかなり高価である。そのため、光源装置のコストが増加してしまう。

本発明の目的の一例は、蛍光ユニットへの光の照射方向に関して小型化することができ、かつより低コストの光源装置を提供することにある。

本発明の一つの態様は、光源本体と、光学素子と、蛍光ユニットと、集光素子と、を備える。光源本体は第１の波長の光を発する。光学素子は、光源本体から発せられた第１の波長の光の進行経路上に設けられている。また、光学素子は、第１の波長の光を透過させるとともに、第１の波長と異なる第２の波長の光を反射する。蛍光ユニットは、光を反射する反射領域と、第１の波長の光の照射に応じて第２の波長の光を発する蛍光領域と、を含む。そして、蛍光ユニットは、光学素子を透過した第１の波長の光が反射領域および蛍光領域に順次照射されるように設けられている。集光素子は、蛍光領域から発せられた第２の波長の光を平行光に変換するとともに、光学素子において反射した第２の波長の光を集める。光源本体の光軸と、集光素子との光軸と、がシフトしている。反射領域における第１の波長の光の反射方向が、反射領域への第１の波長の光の入射方向と交わっている。蛍光領域は、第１の波長の光の照射に応じて、反射領域への第１の波長の光の入射方向とは反対の方向、および反射領域における第１の波長の光の反射方向に第２の波長の光を発する。また、蛍光領域は、蛍光領域に入射する第２の波長の光を反射可能である。そして、光学素子における第２の波長の光の反射方向は、光学素子を透過した第１の波長の光の向きと同じである。

本発明の光源装置によれば、蛍光ユニットへの光の照射方向に関して小型化され、かつより低コストになる。

本発明の第１の実施形態例に係る光源装置の概略上面図である。 光学素子の特性を示すグラフである。 図１に示される蛍光ユニットの正面図である。 拡散ユニットの正面図である。 図１に示される光源装置を備える投写型表示装置の概略図である。 第１の実施形態例に係る光源装置内における光の経路を説明するための図である。 第１の実施形態例に係る光源装置内における光の経路を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態例に係る光源装置の概略上面図である。 第２の実施形態例に係る光源装置内における光の進路を説明するための図である。 第２の実施形態例に係る光源装置内における光の経路を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態例に係る光源装置の概略上面図である。 図１１に示される蛍光ユニットの正面図である。 分離ユニットの正面図である。 複数の光源本体が発する光を光束径の小さい複数の平行光に変換するレンズ系を説明するための図である。

次に、本発明の実施形態例について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態例）
まず、第１の実施形態例に係る光源装置について、図１ないし図４を用いて説明する。図１は、本実施形態例に係る光源装置の概略上面図である。図１に示すように、本実施形態例に係る光源装置１は、光源本体２と、光学素子３と、蛍光ユニット４と、反射ミラー５と、ロッドインテグレーター６を備える。

光源本体２は第１の波長の光を発する。第１の波長の光は、例えば波長が４５０ｎｍのレーザー光である。もちろん、第１の波長の光は波長が４５０ｎｍのレーザー光に限られず、例えば波長が４１０ｎｍや４６０ｎｍなどのレーザー光であってもよい。青色半導体レーザー光源はこのようなレーザー光を発することができ、また、容易に入手可能である。

光源本体２としての青色半導体レーザー光源は、所定の角度で広がる光を発する。光源本体２から発せられる光の進行経路上にコリメーターレンズ７を設けることで、光源本体２から発せられる光の広がりが抑制され、平行光線束が形成される。

なお、図１に示される例では、光源本体２からの光を平行光線束に変換するレンズ系は１枚の平凸レンズで構成されているが、複数のレンズを用いて当該レンズ系が構成されていてもよい。

光学素子３は、第１の波長の光（例えば青色の光）を透過させ、第１の波長の光とは異なる第２の波長の光（例えば緑色や赤色の光）を反射する。例えば、光学素子３は、緑色や赤色の波長帯域の光を反射し青色の波長帯域の光を透過させる誘電体多層膜を透明なガラス板に蒸着することで形成される。

図２は、光学素子３の特性、すなわちガラス板に蒸着された誘電体多層膜の特性を示すグラフである。横軸が波長を示しており、縦軸が透過率を示している。このような誘電体多層膜は、液晶プロジェクターなどで一般に使われており、容易に入手可能である。

なお、図２に示される特性を有する光学素子３は、ダイクロイックミラーとも呼ばれる。

再び図１を参照する。光学素子３は、光源本体２から発せられる光の進行経路上に設けられている。したがって、光源本体２から発せられた第１の波長の光は、光学素子３を透過して蛍光ユニット４へ向かう。

光学素子３と蛍光ユニット４との間にはレンズ８，９が配置されている。レンズ８，９の材質として光学ガラスや光学樹脂を用いることができる。

レンズ８，９は、光線を集める集光素子１０を形成している。具体的には、集光素子１０に発散光が入射すると、集光素子１０は、当該発散光を集光素子１０の光軸１１に平行な平行光に変換する。また、集光素子１０に平行光が入射すると、集光素子１０は、当該平行光を集光素子１０の光軸１１上のある点に集める。

なお、集光素子１０は、１つまたは３つ以上のレンズから構成されていてもよい。また、集光素子１０は、球面以外の面、例えば、非球面や自由曲面を有するレンズを用いて形成されていてもよい。

光源本体２の光軸すなわち光学素子３を透過した第１の波長の光の光軸と、集光素子１０の光軸１１とは、シフトしている。したがって、光学素子３を透過した第１の波長の光は、集光素子１０の光軸１１から離れた位置にて集光素子１０に入射する。そして、光学素子３を透過した第１の波長の光は、集光素子１０において光軸１１へ近づく方向へ屈折して蛍光ユニット４へ向かう。

蛍光ユニット４は、円形形状を有するガラス板を含む。図３は蛍光ユニット４の正面図である。図３に示されるように、蛍光ユニット４は、蛍光領域１２，１３と、反射領域１４と、を含む。

図１および図３を参照する。蛍光ユニット４は、光学素子３を透過した第１の波長の光が蛍光領域１２，１３および反射領域１４に順次照射されるように設けられている。

本実施形態例では、蛍光ユニット４はモーター１５に連結されている。モーター１５が作動することで、蛍光ユニット４がモーター１５の回転軸を中心に回転する。そして、蛍光領域１２，１３および反射領域１４は、蛍光ユニット４の回転方向に並んでいる。したがって、蛍光ユニット４が回転することで、光学素子３を透過した第１の波長の光が蛍光領域１２，１３および反射領域１４に順次照射される。

反射領域１４は、反射領域１４に入射した光を反射する。したがって、反射領域１４に照射された第１の波長の光は、第１の波長の光のまま反射領域１４において反射する。

蛍光ユニット４は、反射領域１４における第１の波長の光の反射方向が、反射領域１４への第１の波長の光の入射方向と交わるように設けられている。具体的には、反射領域１４は平面形状を有し、反射領域１４に入射する第１の波長の光の向きが反射領域１４の垂線に対して傾斜するように蛍光ユニット４が配置されている。

反射領域１４において反射した第１の波長の光は、集光素子１０を経て反射ミラー５へ向かう。

蛍光領域１２，１３は、第１の波長の光（例えば青色の光）の照射に応じて第１の波長の光とは異なる第２の波長の光（例えば緑色や赤色の光）を発する。例えば、蛍光領域１２，１３は、青色レーザー光の照射に応じて蛍光を発する蛍光体をガラス板の所定の領域に定着させることで形成される。

本実施形態例では、蛍光領域１２は、青色レーザー光の照射に応じて緑色の蛍光を発する蛍光体をガラス板に定着させることで形成された緑色蛍光領域である。また、蛍光領域１３は、青色レーザー光の照射に応じて赤色の蛍光を発する蛍光体をガラス板に定着させることで形成された赤色蛍光領域である。

蛍光体が発する光は発散光である。したがって、第１の波長の光の照射に応じて蛍光領域１２，１３から発せられた第２の波長の光は、少なくとも、反射領域１４への第１の波長の光の入射方向とは反対の第１の方向、および反射領域における第１の波長の光の反射方向と同じ第２の方向に進む。

蛍光領域１２，１３から発せられた第２の波長の光は、集光素子１０において平行光へ変換され、光学素子３および反射ミラー５へ向かう。光学素子３は第２の波長の光を反射する特性を有するので（図２参照）、光学素子３へ向った第２の波長の光は、光学素子３において反射する。

光学素子３は、光学素子３における第２の波長の光の反射方向が、光学素子３を透過した第１の波長の光の向きと同じになるように配置されている。したがって、光学素子３において反射された第２の波長の光は、集光素子１０へ向かう。

光学素子３において反射された第２の波長の光は平行光である。したがって、集光素子１０は、当該第２の波長の光を収束させながら当該第２の波長の光を蛍光領域１２，１３へ導く。

蛍光領域１２，１３は、蛍光領域１２，１３に入射する第２の波長の光を乱反射させることが可能である。蛍光領域１２，１３において乱反射した第２の波長の光の一部は第１の方向へ進み、他の部分は第２の方向へ進む。当該一部の光は光学素子３で反射して再び蛍光領域１２，１３へ入射する。

なお、蛍光領域１２，１３は、蛍光領域１２，１３に入射する第２の波長の光を正反射させることが可能であってもよい。すなわち、蛍光領域１２，１３は、蛍光領域１２，１３に入射する第２の波長の光を反射可能であればよい。

反射ミラー５は、可視光を反射する特性を有する極めて一般的な部材である。例えば、反射ミラー５は、板状の部材にアルミやクロム、銀などを蒸着することで製造される。

光学素子３は、集光素子１０の光軸１１よりも、集光素子１０への第１の波長の光の入射位置側にのみ配置されていることが好ましい。また、反射ミラー５は、集光素子１０の光軸１１よりも、当該入射位置とは反対の側にのみ配置されていることが好ましい。

蛍光ユニット４から反射ミラー５へ向かう第１および第２の波長の光は、反射ミラー５において反射し、ロッドインテグレーター６へ向かう。反射ミラー５とロッドインテグレーター６との間にはレンズ１６，１７が配置されており、ロッドインテグレーター６とレンズ１６との間には拡散ユニット１８が配置されている。

レンズ１６，１７は、ロッドインテグレーター６へ向かう光をロッドインテグレーター６の入射面に集めるレンズ系を形成する。レンズ１６，１７の材質として光学ガラスや光学樹脂を用いることができる。

なお、ロッドインテグレーター６に光を集めるレンズ系は、１つまたは３つ以上のレンズから構成されていてもよい。また、当該レンズ系は、球面以外の面、例えば、非球面や自由曲面を有するレンズを用いて形成されていてもよい。

ロッドインテグレーター６は角柱形状を有する部材である。ロッドインテグレーター６の材質として光学ガラスや光学樹脂を用いることができる。

図１では示されていないが、ロッドインテグレーター６の代わりに、４枚の反射ミラーを組み合わせた部材（ライトトンネルとも呼ばれる）を用いてもよい。

また、ロッドインテグレーター６の代わりに、２枚のフライアイレンズからなるインテグレーターを利用することもできる。この場合には、インテグレーターに光を集めるレンズ系は、レンズ１６，１７の形状とは異なる形状を有する少なくとも１枚のレンズを用いて構成される。

拡散ユニット１８は、円形形状を有する透明板（例えば、ガラス板）を含む。図４は拡散ユニット１８の正面図である。図４に示されるように、拡散ユニット１８は、透過領域１９および拡散領域２０を含む。

透過領域１９は、照射された光を拡散させることなく通す。拡散領域２０は、照射された光を拡散させながら通す。

図１および図４を参照する。拡散ユニット１８は、レンズ１７から出射した光が透過領域１９および拡散領域２０に順次照射されるように設けられている。

本実施形態例では、拡散ユニット１８はモーター２１に連結されている。モーター２１が作動することで、拡散ユニット１８がモーター２１の回転軸を中心に回転する。そして、透過領域１９および拡散領域２０は、拡散ユニット１８の回転方向に並んでいる。したがって、拡散ユニット１８が回転することで、レンズ１７から出射した光が透過領域１９および拡散領域２０に順次照射される。

図５は、光源装置１を備える投写型表示装置の概略図である。図５に示すように、投写型表示装置は、ＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）プリズム２２と、表示パネル２３と、投写レンズ２４と、レンズ２５，２６と、を備える。

ＴＩＲプリズム２２は、ロッドインテグレーター６が出射する光の経路上に設けられており、ロッドインテグレーター６からの光を表示パネル２３へ向けて出射するとともに、表示パネル２３からの光を投写レンズ２４へ向けて出射する。

表示パネル２３としては、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いることができる。ＤＭＤが用いられる場合、光は特定の角度でＤＭＤに照射される必要がある。ＴＩＲプリズム２２を用いることで、特定の角度で光をＤＭＤに照射することが可能になる。なお、ＴＩＲプリズム２２は、ＤＭＤを備える投写型表示装置では極めて一般的に利用されている。

ロッドインテグレーター６から出射した光の経路上にレンズ２５，２６が配置されている。レンズ２５，２６は、ロッドインテグレーター６の出射面の像を表示パネル２３上に形成する。なお、レンズ２５，２６の枚数や形状は、ロッドインテグレーター６の射出面の面積などに応じて適宜変更される。

光源装置１から出射された光は、表示パネル２３を用いて画像に変調され、投写レンズ２４へ導かれる。投写レンズ２４が光を投射することで、画像が拡大表示される。

次に、本実施形態例に係る光源装置１の動作について、図３、図４、図６および図７を用いて説明する。図６および図７は、光源装置１内における光の経路を説明するための図である。

図６および図７に示されるように、光源本体２から発せられる第１の波長の光２７（青色レーザー光）は、コリメーターレンズ７で略平行化されて光学素子３に達する。光学素子３は第１の波長の光２７を透過する特性を有するので（図２参照）、第１の波長の光２７は光学素子３を透過して集光素子１０へ向かう。

光源本体２の光軸と集光素子１０の光軸１１とがシフトしているので、光学素子３を透過した第１の波長の光２７は、集光素子１０の光軸１１から離れた位置にて集光素子１０に入射し、集光素子１０で屈折する。その結果、集光素子１０を経て蛍光ユニット４へ入射する第１の波長の光２７の向きは、蛍光ユニット４の入射面に対して傾斜する。

第１の波長の光２７が蛍光ユニット４に達した際に、蛍光領域１２，１３が第１の波長の光２７の経路上に位置しているか、反射領域１４が第１の波長の光２７の経路上に位置しているか、で光源装置１の動作が異なるので、ここでは場合を分けて説明する。

まず、蛍光ユニット４の反射領域１４が第１の波長の光２７の経路上に位置している場合について、図３、図４および図６を用いて説明する。

第１の波長の光２７の経路上に反射領域１４が位置しているので、第１の波長の光２７は蛍光ユニット４で反射する。反射領域１４へ入射する第１の波長の光２７の向きが蛍光ユニット４の入射面に対して傾斜しているので、反射領域１４において反射した第１の波長の光２７は、反射領域１４への第１の波長の光２７の入射方向と交わる方向に進んで集光素子１０へ向かう。

集光素子１０へ再び入射した第１の波長の光２７は、集光素子１０で屈折して反射ミラー５へ向かう。反射ミラー５で反射した第１の波長の光２７は、レンズ１６，１７を経て拡散ユニット１８へ達する。

拡散ユニット１８は、蛍光ユニット４の回転に対応して回転している。具体的には、蛍光ユニット４に入射する第１の波長の光２７の進行経路上に反射領域１４が位置する場合に、拡散ユニット１８に入射する第１の波長の光２７の進行経路上に拡散領域２０が位置するように、拡散ユニット１８の回転が制御されている。したがって、拡散ユニット１８に入射した第１の波長の光２７は、拡散領域２０で拡散し、ロッドインテグレーター６に入射する。

ロッドインテグレーター６に入射した第１の波長の光２７は、ロッドインテグレーター６内で反射を繰返して均一な光線となってロッドインテグレーター６から出射され、表示パネル２３（図５参照）といった光学部品に照射される。

続いて、蛍光ユニット４の蛍光領域１２，１３が、蛍光ユニット４に入射する第１の波長の光２７の経路上に位置している場合について、図３、図４および図７を用いて説明する。

蛍光ユニット４に入射する第１の波長の光２７の経路上に蛍光領域１２，１３が位置しているので、蛍光領域１２，１３に第１の波長の光２７が照射される。その結果、蛍光領域１２，１３は、第１の波長と異なる第２の波長の光２８を発する。本実施形態例では、蛍光領域１２が緑色の蛍光を発し、蛍光領域１３が赤色の蛍光を発する。

なお、図７では、第２の波長の光２８は、第１の波長の光２７と区別するために破線で描かれている。

第１の波長の光２７の照射に応じて第２の波長の光２８を発する蛍光領域１２，１３は、光源本体２を励起源とする２次光源とも考えられる。そして、蛍光領域１２，１３から発せられる第２の波長の光２８は、第１の波長の光２７の照射位置から四方へ、特に集光素子１０の側へ広がりながら進む。

集光素子１０に入射した第２の波長の光２８は、集光素子１０を用いて平行光に変換され、光学素子３および反射ミラー５へ向かう。

蛍光領域１２，１３から発せられた第２の波長の光２８のうち、反射ミラー５へ向かう光（以下、当該光を「光２８ａ」と称する）は、反射ミラー５で反射し、レンズ１６，１７を経て拡散ユニット１８へ達する。

蛍光領域１２，１３から発せられた第２の波長の光２８のうち、光学素子３へ向かう光（以下、当該光を「光２８ｂ」と称する）は、光学素子３において反射する。光学素子３における第２の波長の光の反射方向が光学素子３を透過した第１の波長の光の向きと同じなので、光学素子３において反射された第２の波長の光は再び集光素子１０へ向かう。

集光素子１０へ再び入射した光２８ｂは、蛍光ユニット４へ向かい、蛍光領域１２，１３へ達する。蛍光領域１２，１３へ入射した光２８ｂは、蛍光領域１２，１３において乱反射するので、再び集光素子１０へ向かう。すなわち、蛍光領域１２，１３は、光２８ｂの照射に応じて光を発する２次光源として機能する。

蛍光領域１２，１３に照射された光２８ｂの一部は、光２８ａの進行経路に沿って進み、ロッドインテグレーター６へ向かう。

また、蛍光領域１２，１３に照射された光２８ｂのうち光学素子３へ向かう光は、再び蛍光領域１２，１３に照射される。光学素子３での反射および蛍光領域１２，１３への照射を繰返すことで、蛍光領域１２，１３から発せられた第２の波長の光２８のうちの大部分がロッドインテグレーター６へ向かう。

拡散ユニット１８は、蛍光ユニット４の回転に対応して回転している。具体的には、蛍光ユニット４に入射する第１の波長の光２７の進行経路上に蛍光領域１２，１３が位置する場合に、拡散ユニット１８に入射する光２８ａの進行経路上に透過領域１９が位置するように、拡散ユニット１８の回転は制御されている。したがって、拡散ユニット１８に入射した光２８ａは、透過領域１９を透過してロッドインテグレーター６に入射する。

ロッドインテグレーター６に入射した第１および第２の波長の光２７，２８は、ロッドインテグレーター６内で反射を繰返して均一な光線となってロッドインテグレーター６から出射され、表示パネル２３（図５参照）といった光学部品に照射される。光源装置１が出射する光の色と同期するように表示パネル２３（図５参照）の変調を制御することで、カラー画像を投写することができる。

本実施形態例に係る光源装置１では、光源本体２から発せられた第１の波長の光２７が蛍光ユニット４を通り抜けることがない。したがって、光源装置１は、蛍光ユニット４の、光が照射される側とは反対の側に反射ミラーを必要としない。その結果、蛍光ユニット４への光の照射方向に関して光源装置１を小型化することができる。

また、光源装置１は、反射領域１４における第１の波長の光２７の反射方向が反射領域１４への第１の波長の光２７の入射方向と交わっているので、第１の波長の光２７のＳ偏光成分とＰ偏光成分とを分離するダイクロイックミラーを必要としない。したがって、より安価な部材で光源装置１を製造することができ、光源装置のコストが抑制される。

さらに、蛍光領域１２，１３から発せられた第２の波長の光２８のうち光源本体２へ向かう光２８ｂは光学素子３を用いて再び蛍光領域１２，１３に入射するので、より多くの第２の波長の光２８を第１の波長の光２７と同じ方向に向けることが可能になる。

加えて、本実施形態例は、蛍光領域１２，１３から発せられた第２の波長の光２８を平行光に変換する集光素子１０を有するので、第２の波長の光２８の大部分が光学素子３および反射ミラー５へ向かう。その結果、蛍光領域１２，１３から発せられた第２の波長の光２８がほとんど損失せず、より明るい第２の波長の光２８を第１の波長の光２７と同じ方向に出射することが可能になる。

ところで、レーザー光を用いて画像を投写すると、レーザー光のコヒーレンス（干渉性）に起因するいわゆるスペックルノイズが生じ、投写画像の品位が低下することがある。

本実施形態例によれば、拡散領域２０がレーザー光を拡散させるので、第１の波長の光のスペックルノイズが大幅に軽減する。したがって、スペックルノイズをほとんど含まない光を用いて画像が投写されるので、投写画像の品位が向上する。

特に、拡散ユニット１８は回転しているので、第１の波長の光が照射される部分は拡散領域２０内で時間の経過とともに変化する。したがって、スペックルが大幅に低減される。

また、本実施形態では、蛍光ユニットからの第１および第２の波長の光２７，２８ｂの向きを変える反射ミラー５を備えるので、ロッドインテグレーター６の設計位置を自由に変えることが可能になる。

なお、拡散ユニット１８は、ロッドインテグレーター６から出射される光の経路上に位置していてもよい。

（第２の実施形態例）
次に、本発明の第２の実施形態例に係る光源装置について、図８を用いて説明する。なお、第１の実施形態例の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図８は、本実施形態例に係る光源装置の概略上面図である。図８に示すように、本実施形態例に係る光源装置２９では、光学素子３を透過する第１の波長の光の向きは、光源本体２から発せられる第１の波長の光の向きとほぼ垂直に交わっている。そして、光源装置２９は、光源本体２から発せられた第１の波長の光を光学素子３に導く光路変換素子３０を備える。

光源装置２９は、図１に示される反射ミラー５を備えていない。したがって、蛍光ユニット４からロッドインテグレーター６まで光は真っ直ぐに進む。

光源本体２は第１の波長の光を発する。光源本体２から発せられた第１の波長の光はコリメーターレンズ７を用いて略平行な光に変換される。コリメーターレンズ７から出射された第１の波長の光は光路変換素子３０に入射し、光学素子３へ向けて光路変換素子３０から出射される。

なお、本書において、光源本体２の光軸は、光路変換素子３０から出射された光の光軸も含むものとする。

光路変換素子３０としては、直角三角プリズムを用いることができる。光学ガラス製の直角三角プリズムは比較的安価にかつ比較的容易に入手することができる。反射ミラーを光路変換素子３０として用いてもよい。

図８に示される例では光学素子３は光路変換素子３０から離されているが、光学素子３は光路変換素子３０に近接して配置、または光路変換素子３０に接着されていてもよい。光路変換素子３０の出射面に、図２に示される特性を有するダイクロイック膜が蒸着されていてもよい。

光源本体２の光軸と、集光素子１０の光軸１１と、はシフトしている。したがって、光学素子３を透過した第１の波長の光は、集光素子１０の光軸１１から離れた位置にて集光素子１０に入射する。そして光学素子３を透過した第１の波長の光は、集光素子１０において光軸１１へ近づく方向へ屈折して蛍光ユニット４へ向かう。

光学素子３および光路変換素子３０は、集光素子１０の光軸１１よりも、集光素子１０への第１の波長の光の入射位置側にのみ配置されていることが好ましい。

集光素子１０、蛍光ユニット４、レンズ１６，１７、拡散ユニット１８およびロッドインテグレーターの構造および動作については第１の実施形態例と同じであるため、ここではそれらの説明を省略する。

光源装置２９の動作について、図３、図４、図９および図１０を用いて説明する。図９および図１０は、光源装置２９内における光の経路を説明するための図である。

図９および図１０に示されるように、光源本体２から発せられた第１の波長の光２７（青色レーザー光）は、コリメーターレンズ７で略平行化された後、光路変換素子３０に達する。光路変換素子３０に入射された第１の波長の光２７は光学素子３へ向けて出射される。

光学素子３は第１の波長の光２７を透過する特性を有するので（図２参照）、第１の波長の光２７は光学素子３を透過して集光素子１０へ向かう。

光源本体２の光軸と集光素子１０の光軸１１とがシフトしているので、光学素子３を透過した第１の波長の光２７は、集光素子１０の光軸１１から離れた位置にて集光素子１０に入射し、集光素子１０で屈折する。その結果、蛍光ユニット４への第１の波長の光２７の入射方向は、蛍光ユニット４の入射面に対して傾斜する。

第１の波長の光２７が蛍光ユニット４に達した際に、蛍光領域１２，１３が第１の波長の光２７の経路上に位置しているか、反射領域１４が第１の波長の光２７の経路上に位置しているか、で光源装置１の動作が異なるので、ここでは場合を分けて説明する。

まず、蛍光ユニット４の反射領域１４が第１の波長の光２７の経路上に位置している場合について、図３、図４および図９を用いて説明する。

第１の波長の光２７の経路上に反射領域１４が位置しているので、第１の波長の光２７は蛍光ユニット４で反射する。反射領域１４への第１の波長の光２７の入射方向が蛍光ユニット４の入射面に対して傾斜しているので、反射領域１４で反射した第１の波長の光２７は、反射領域への第１の波長の光２７の入射方向と交わる方向に進みながら集光素子１０へ向かう。

集光素子１０へ再び入射した第１の波長の光２７は、集光素子１０で屈折し、レンズ１６，１７を経て拡散ユニット１８へ達する。拡散ユニット１８は蛍光ユニット４の回転に対応して回転している。したがって、レンズ１６から出射された第１の波長の光２７は、拡散ユニット１８の拡散領域２０で拡散し、ロッドインテグレーター６に入射する。

続いて、蛍光ユニット４の蛍光領域１２，１３が蛍光ユニット４に入射する第１の波長の光２７の経路上に位置している場合について、図３、図４および図１０を用いて説明する。

蛍光ユニット４に入射する第１の波長の光２７の経路上に蛍光領域１２，１３が位置しているので、蛍光領域１２，１３に第１の波長の光２７が照射される。その結果、蛍光領域１２，１３は、第１の波長と異なる第２の波長の光２８を発する。本実施形態例では、蛍光領域１２が緑色の蛍光を発し、蛍光領域１２が赤色の蛍光を発する。

なお、図１０では、第２の波長の光２８は、第１の波長の光２７と区別するために破線で描かれている。

第１の波長の光２７の照射に応じて第２の波長の光２８を発する蛍光領域１２，１３は、光源本体２を励起源とする２次光源とも考えられる。そして、蛍光領域１２，１３から発せられる第２の波長の光２８は、第１の波長の光２７の照射位置から四方へ、特に集光素子１０の側へ広がりながら進む。

集光素子１０に入射した第２の波長の光２８は、集光素子１０を用いて平行光に変換され、光学素子３およびレンズ１６へ向かう。

光学素子３から出射された第２の波長の光２８のうち、レンズ１６へ向かう光２８ａは、レンズ１６，１７を経て拡散ユニット１８へ達する。

光学素子３から出射された第２の波長の光２８のうち、光学素子３へ向かう光２８ｂは、光学素子３において反射する。光学素子３における第２の波長の光の反射方向が光学素子３を透過した第１の波長の光２７の向きと同じなので、光学素子３において反射された光２８ｂは再び集光素子１０へ向かう。

集光素子１０へ再び入射した光２８ｂは、蛍光ユニット４へ向かい、蛍光領域１２，１３へ達する。蛍光領域１２，１３へ入射した光２８ｂは、蛍光領域１２，１３において乱反射するので、再び集光素子１０へ向かう。すなわち、蛍光領域１２，１３は、光２８ｂの照射に応じて光を発する２次光源として機能する。

蛍光領域１２，１３に照射された光２８ｂの一部は、光２８ａの進行経路に沿って進み、ロッドインテグレーター６へ向かう。

また、蛍光領域１２，１３に照射された光２８ｂのうち光学素子３へ向かう光は、再び蛍光領域１２，１３に照射される。光学素子３での反射および蛍光領域１２，１３への照射を繰返すことで、蛍光領域１２，１３から発せられた第２の波長の光２８のうちの大部分がレンズ１６および１７を経て拡散ユニット１８へ向かう。

拡散ユニット１８は蛍光ユニット４の回転に対応して回転しているので、拡散ユニット１８に入射した第２の波長の光２８は、透過領域１９を透過してロッドインテグレーター６に入射する。

ロッドインテグレーター６に入射した第１および第２の波長の光２７，２８は、ロッドインテグレーター６内で反射を繰返して均一な光線となってロッドインテグレーター６から出射され、表示パネル２３（図５参照）といった光学部品に照射される。光源装置２９が出射する光の色と同期するように表示パネル２３（図５参照）の変調を制御することで、カラー画像を投写することができる。

本実施形態例に係る光源装置２９では、光源本体２から発せられた第１の波長の光２７が蛍光ユニット４を通り抜けることがない。したがって、光源装置２９は、蛍光ユニット４の、光が照射される側とは反対の側に反射ミラーを必要としない。その結果、蛍光ユニット４への光の照射方向に関して光源装置２９を小型化することができる。

また、光源装置２９は、反射領域１４における第１の波長の光２７の反射方向が反射領域１４への第１の波長の光２７の入射方向と交わっているので、第１の波長の光２７のＳ偏光成分とＰ偏光成分とを分離するダイクロイックミラーを必要としない。したがって、より安価な部材で光源装置２９を製造することができ、光源装置２９のコストが抑制される。

さらに、蛍光領域１２，１３から発せられた第２の波長の光２８のうち光源本体２へ向かう光２８ｂは光学素子３を用いて再び蛍光領域１２，１３に入射するので、より多くの第２の波長の光２８を第１の波長の光２７と同じ方向に向けることが可能になる。

加えて、本実施形態例は、蛍光領域１２，１３から発せられた第２の波長の光２８を平行光に変換する集光素子１０を有するので、第２の波長の光２８の大部分が光学素子３およびレンズ１６へ向かう。その結果、蛍光領域１２，１３から発せられた第２の波長の光２８がほとんど損失せず、より明るい第２の波長の光２８を第１の波長の光２７と同じ方向に出射することが可能になる。

（第３の実施形態例）
続いて、本発明の第３の実施形態例に係る光源装置について、図１１ないし図１３を用いて説明する。なお、第１，２の実施形態例の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１１は、本実施形態例に係る光源装置の概略上面図である。図１１に示すように、本実施形態例に係る光源装置３１は、図１に示される拡散ユニット１８の代わりに、分離ユニット３２を備える。

図１２は、本実施形態例に含まれる蛍光ユニット４の正面図である。図１２に示すように、本実施形態例に係る蛍光ユニット４は、第１の波長の光の照射に応じて黄色の波長帯域の光を発する蛍光領域３３と、反射領域１４と、を含む。蛍光領域３３は、第１の波長の光の照射に応じて黄色の波長帯域の光を発する蛍光体をガラス板の所定の領域に定着させることで形成される。

図１３は、本実施形態例に含まれる分離ユニット３２の正面図である。図１３に示されるように、分離ユニット３２は、蛍光領域３３を含む蛍光ユニット４（図１２参照）に対応して、緑色光透過領域３４と、赤色光透過領域３５と、拡散領域３６と、を含む。緑色光透過領域３４は黄色の波長帯域の光のうち緑色の波長帯域の光のみを通す特性を有し、赤色光透過領域３５は黄色の波長帯域の光のうち赤色の波長帯域の光のみを通す特性を有する。

緑色光透過領域３４および赤色光透過領域３５は、誘電体多層膜を所定の条件でガラス板に蒸着することで形成される。誘電体多層膜の形成および誘電体多層膜のガラス板への蒸着は、ダイクロイックミラーを形成する際に用いられる周知の技術である。

ここで、蛍光ユニット４および分離ユニット３２の回転の制御について、図１１ないし図１３を用いて説明する。

まず、緑色の光を表示パネル２３（図５参照）に照射する場合を考える。

蛍光ユニット４は、光源本体２から発せられた第１の波長の光の経路上に蛍光ユニット４の蛍光領域３３が位置するように制御される。また、分離ユニット３２は、ロッドインテグレーター６に入射する光、またはロッドインテグレーター６から出射される光の経路上に分離ユニット３２の緑色光透過領域３４が位置するように制御される。

次に、赤色の光を表示パネル２３（図５参照）に照射する場合を考える。

蛍光ユニット４は、光源本体２から発せられた第１の波長の光の経路上に蛍光ユニット４の蛍光領域３３が位置するように制御される。また、分離ユニット３２は、ロッドインテグレーター６に入射する光、またはロッドインテグレーター６から出射される光の経路上に分離ユニット３２の赤色光透過領域３５が位置するように制御される。

続いて、青色の光を表示パネル２３（図５参照）に照射する場合を考える。

蛍光ユニット４は、光源本体２から発せられた第１の波長の光の経路上に蛍光ユニット４の反射領域１４が位置するように制御される。また、分離ユニット３２は、ロッドインテグレーター６に入射する光、またはロッドインテグレーター６から出射される光の経路上に分離ユニット３２の拡散領域３６が位置するように制御される。

このように蛍光ユニット４および分離ユニット３２が制御されることで、緑色、赤色、青色の光が表示パネル２３（図５参照）に照射される。このような制御は、蛍光ユニット４および分離ユニット３２に位置センサー等を設けることで可能になる。カラーホイールを使用している周知の投写型表示装置で使われている技術を応用することで、このような制御が実現される。

なお、第１ないし第３の実施形態例は、１つの光源本体２しか備えていない。本発明では、図１４に示されるように、複数の光源本体２が並べられていてもよい。この場合、個々の光源本体２が発する光をレンズ３７，２８からなるレンズ系を用いて光束径の小さい複数の平行光として利用することが望ましい。

蛍光体は、蛍光体を励起する励起光の強度の増加に応じてより多くの蛍光を発する。したがって光源本体２の数を増やして第１の波長の光の強度を高めることで、輝度がより高い光源装置、および投写型表示装置を得ることができる。

以上、実施形態例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１ 光源装置
２ 光源本体
３ 光学素子
４ 蛍光ユニット
５ 反射ミラー
６ ロッドインテグレーター
７ コリメーターレンズ
８ レンズ
９ レンズ
１０ 集光素子
１１ 光軸
１２ 蛍光領域
１３ 蛍光領域
１４ 反射領域
１５ モーター
１６ レンズ
１７ レンズ
１８ 拡散ユニット
１９ 透過領域
２０ 拡散領域
２１ モーター
２２ ＴＩＲプリズム
２３ 表示パネル
２４ 投写レンズ
２５ レンズ
２６ レンズ
２７ 第１の波長の光
２８ 第２の波長の光
２９ 光源装置
３０ 光路変換素子
３１ 光源装置
３２ 分離ユニット
３３ 蛍光領域
３４ 緑色光透過領域
３５ 赤色光透過領域
３６ 拡散領域
３７ レンズ
３８ レンズ

Claims (8)

1. 第１の波長の光を発する光源本体と、
   前記光源本体から発せられた前記第１の波長の光の進行経路上に設けられ、該第１の波長の光を透過させるとともに該第１の波長と異なる第２の波長の光を反射する光学素子と、
   光を反射する反射領域と、前記第１の波長の光の照射に応じて前記第２の波長の光を発する蛍光領域と、を含み、前記光学素子を透過した前記第１の波長の光が前記反射領域および前記蛍光領域に順次照射されるように設けられた蛍光ユニットと、
   前記蛍光領域から発せられた前記第２の波長の光を平行光に変換するとともに、前記光学素子において反射した前記第２の波長の光を集める集光素子と、備え、
   前記光源本体の光軸と、前記集光素子との光軸と、がシフトしており、
   前記反射領域における前記第１の波長の光の反射方向が、前記反射領域への前記第１の波長の光の入射方向と交わっており、
   前記蛍光領域は、前記第１の波長の光の照射に応じて前記入射方向とは反対の方向および前記反射方向に前記第２の波長の光を発するとともに、該蛍光領域に入射する前記第２の波長の光を反射可能であり、
   前記光学素子における前記第２の波長の光の反射方向は、該光学素子を透過した前記第１の波長の光の向きと同じである、光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記光学素子は、前記集光素子の光軸よりも、前記集光素子への前記第１の波長の光の入射位置側にのみ配置されている、光源装置。
3. 請求項１または２に記載の光源装置において、
   前記反射領域において反射した前記第１の波長の光の進行経路上に設けられた反射ミラーをさらに備える、光源装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光源装置において、
   前記蛍光領域は、前記第１の波長の光の照射に応じて緑色の蛍光を発する緑色蛍光領域と、前記第１の波長の光の照射に応じて赤色の蛍光を発する赤色蛍光領域と、を含む、光源装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光源装置において、
   前記反射領域において反射された前記第１の波長の光を拡散させる拡散ユニットをさらに備える、光源装置。
6. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光源装置において、
   前記第２の波長の光は黄色の波長帯域の光であり、
   前記光源装置は、前記黄色の波長帯域の光のうち緑色の波長帯域の光のみを透過させる緑色光透過領域と、前記黄色の波長帯域の光のうち赤色の波長帯域の光のみを透過させる赤色光透過領域と、を含む分離ユニットをさらに備え、
   前記分離ユニットは、前記蛍光ユニットから発せられた前記黄色の波長帯域の光が前記緑色光透過領域と前記赤色光透過領域とに順次照射されるように設けられている、光源装置。
7. 請求項６に記載の光源装置において、
   前記分離ユニットが、前記反射領域において反射された前記第１の波長の光を拡散させる拡散領域をさらに備える、光源装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光源装置と、
   前記光源装置から出射される光を用いて画像を形成する表示パネルと、を備えた、投写型表示装置。

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