JP2012128340A - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギーロスを小さくするとともにスペックルノイズを抑制することが可能な光源装置及びプロジェクターを提供する。
【解決手段】第１の光として励起光を射出する第１光源と、第２の光としてレーザー光を射出する第２光源と、第１光源により射出された第１の光によって励起されて第３の光として蛍光を発する蛍光体層４２と、蛍光体層４２の第２の光が照射される領域を時間的に変動させる駆動装置４５と、を備え、蛍光体層４２は、光透過性を有する基材と、基材の内部に含まれ第３の光として蛍光を発するとともに第２の光を散乱させる複数の蛍光体粒子と、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクターに関するものである。

プロジェクター用の光源としてレーザー光源が注目されている。例えば、特許文献１のプロジェクターは、励起光としてレーザー光を射出する複数の光源と、回転円板に配置された複数の蛍光体層と、を備えている。そして、各蛍光体層の励起波長に対応する励起光のみが各蛍光体層に照射されるように、各光源は回転円板の回転に連動して点灯または消灯される。

特開２０１０−８５７４０号公報

特許文献１のプロジェクターでは、各光源から射出される全てのレーザー光が蛍光体層で蛍光に変換される構成となっているため、蛍光を得るために消費されるエネルギーに比して得られる蛍光が弱く、エネルギーの利用効率が低い。
一方、蛍光のみを画像表示に利用するのではなく、レーザー光を画像表示に利用することも考えられる。しかしながら、レーザー光はコヒーレント光であるため、スクリーン上には、干渉によって生じたスペックルと呼ばれる斑点模様が表示され、表示品質を低下させる原因となる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、エネルギーの利用効率が高く、かつスペックルによる表示品質の低下（スペックルノイズ）を抑制することが可能な光源装置及びプロジェクターを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の光源装置は、光透過性を有する基材および該基材の内部に設けられた複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と、前記蛍光体粒子の励起波長を含む励起光を射出する第１光源と、前記励起波長とは異なる波長を含むレーザー光を射出する第２光源と、前記蛍光体層の前記レーザー光が照射される領域を時間的に変動させる駆動装置と、を備えることを特徴とする。

特許文献１のプロジェクターでは、前述したように、各光源から射出される全てのレーザー光が蛍光体層で蛍光に変換されるため、波長変換に伴うエネルギーロスが生じる。しかし、本発明によれば、第２の光（レーザー光）は蛍光体粒子の励起波長とは異なる波長を含むため、蛍光体層で蛍光に変換されずに蛍光体層から射出される。そのため、本発明による光源装置のエネルギーの利用効率は、各レーザー光が全て各蛍光体層で蛍光に変換される特許文献１の光源装置のエネルギーの利用効率よりも高い。
さらに、本発明によれば、蛍光体層を構成する基材の内部に複数の蛍光体粒子が含まれるため、蛍光体層に入射した第２の光（レーザー光）は複数の蛍光体粒子によって散乱される。散乱された第２の光は干渉が生じにくくなるため、スペックルの発生が抑制される。また、蛍光体層の第２の光が照射される領域が時間的に変動するため、蛍光体層から射出される第２の光によって形成されるスペックルのパターンも時間的に変化する。そして、このようなスペックルのパターンが時間的に重畳され平均化されることで、スペックルが認識されにくくなる。
したがって、エネルギーの利用効率が高く、かつスペックルによる表示品質の低下（スペックルノイズ）が抑制された光源装置を提供することができる。

前記光源装置において、前記蛍光体層は、前記蛍光体層に入射した前記励起光の一部を前記複数の蛍光体粒子によって散乱させて射出してもよい。

この光源装置によれば、蛍光体層に入射した励起光が散乱されるため、励起光においても干渉が生じにくくなる。よって、スペックルノイズがより効果的に抑制される。

前記光源装置において、前記蛍光体層は、回転基板の所定の回転軸の周りに設けられており、前記駆動装置は、前記蛍光体層を前記所定の回転軸の周りに回転させるモーターを含んでもよい。

この光源装置によれば、蛍光体層を回転させる際に、簡単な構成でスペックルノイズを抑制することができる。

前記光源装置において、前記駆動装置は、前記蛍光体層に対して前記蛍光体層の厚み方向と交差する方向に振動を付与する圧電素子を含んでもよい。

この光源装置によれば、蛍光体層を振動させる際に、簡単な構成でスペックルノイズを抑制することができる。

前記光源装置において、前記基材の内部に、複数のフィラー粒子が設けられていてもよい。

この光源装置によれば、蛍光体層に入射したレーザー光は、複数の蛍光体粒子によって散乱されることに加えて複数のフィラー粒子によっても散乱される。よって、フィラー粒子を含まない構成と比較して、スペックルノイズがより効果的に抑制される。また、スペックルノイズを効果的に抑制する構成としては、蛍光体粒子の数を増やすことも考えられるが、所望の量の蛍光を取り出すことが困難となる。よって、蛍光体粒子の数を増やすことに替えて複数のフィラー粒子を含む構成とすることで、所望の量の蛍光を取り出しつつスペックルノイズを効果的に抑制することができる。

前記光源装置において、前記蛍光体層における前記励起光の照射スポットの面積は、前記蛍光体層における前記レーザー光の照射スポットの面積と略等しく、前記蛍光体層における前記励起光の照射スポットの少なくとも一部は、前記蛍光体層における前記レーザー光の照射スポットと重なっていてもよい。

この光源装置によれば、蛍光体層から射出される蛍光と蛍光体層を透過するレーザー光とを、一つのコリメート光学系によって照明光学系等に導くことができるため、光利用効率が高く、かつ小型の光源装置を実現できる。

前記光源装置において、前記蛍光体層において前記励起光と前記レーザー光とが入射する面には、前記励起光及び前記レーザー光を透過するとともに、前記蛍光体層から発せられる蛍光を反射する波長選択反射膜が配置されていてもよい。

この光源装置によれば、励起光及びレーザー光を透過しつつ蛍光の後方散乱光を前方に反射することができるため、光の利用効率を高めることができる。

前記光源装置において、前記第２光源と前記蛍光体層との間の前記レーザー光の光路上に設けられた光拡散部をさらに備えていてもよい。

この光源装置によれば、レーザー光が光拡散部と蛍光体層によって２重に拡散されるので、スペックルノイズをより確実に抑制することができる。

前記光源装置において、前記レーザー光は赤色光であってもよい。

人間の眼は、波長ごとに光を感じ取る強さ（視感度）が異なっており、赤色の視感度は青色の視感度よりも高いため、赤色のスペックルは青色のスペックルよりも視認されやすい。そのため、レーザー光として赤色光を用いることで、スペックルノイズが抑制された光源装置を実現することができる。

本発明のプロジェクターは、上述した光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。

このプロジェクターによれば、上述した光源装置を備えているので、エネルギーロスを小さくするとともにスペックルノイズを抑制することが可能なプロジェクターを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクターの光学系を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る光源アレイを示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る回転蛍光板を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る蛍光体層を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る蛍光体層の発光スペクトルを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る波長選択反射膜の反射特性を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る光源装置を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る振動蛍光板を示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係る光源装置を示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係る光拡散部を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

以下の説明においては、図１中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクター１０００の光学系を示す模式図である。なお、図１において、符号１００ａｘは照明光軸（光源装置１から色分離導光光学系２００に向けて射出される光の光軸）である。照明光軸と平行な方向をＹ軸とする。なお、光軸とは、光学系において、系全体を透過する光束の代表となる仮想的な光線を指すものとする。

図１に示すように、プロジェクター１０００は、光源装置１と、色分離導光光学系２００と、光変調装置としての３つの液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ,４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００及び投写光学系６００と、を具備して構成されている。

光源装置１は、第１光源アレイ１０と、第２光源アレイ２０と、集光光学系３０と、回転蛍光板４０と、コリメート光学系５０と、照明光学系１００と、を具備して構成されている。

第１光源アレイ１０は、第１の光として励起光を射出するものである。なお、第１の光はレーザー光からなる青色光である。

図２は、本発明の第１実施形態に係る第１光源アレイ１０を示す模式図である。図２（ａ）は第１光源アレイ１０の側面図であり、図２（ｂ）は第１光源アレイ１０の正面図である。

図２に示すように、第１光源アレイ１０は、基体１１と、基体１１上に配置された複数の第１光源１２と、を備えている（図２（ａ）参照）。第１光源１２としては、レーザー光源あるいは発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源を用いる。本実施形態において、第１光源１２は、励起光として、レーザー光からなる青色光（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）を射出するレーザー光源である。なお、光源として、４４５ｎｍ以外の波長の青色光を射出する光源を用いることもできる。第１光源１２は基体１１上に３行３列で９個配置されているが、第１光源１２の個数は９個に限定されず、適宜変更可能である。

第１光源アレイ１０には、複数の第１光源１２が、第１の光の射出方向（＋Ｙ方向）から視て、第１の方向（Ｘ方向）に沿って等間隔で配列されるとともに第１の方向と直交する第２の方向（Ｚ方向）に沿って等間隔で配列されている（図２（ｂ）参照）。第１の方向に沿って配列された複数の第１光源１２の配列間隔は、第２の方向に沿って配列された複数の第１光源１２の配列間隔と同じ間隔になっている。

第２光源アレイ２０も、第１光源アレイ１０と同様に、基体２１と、基体２１上に配置された複数の第２光源２２と、を備えている（図２（ａ）参照）。第２光源２２としては、レーザー光源あるいは発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源を用いる。本実施形態において、第２光源２２は、レーザー光として赤色光（発光強度のピーク：約６３５ｎｍ）を射出するレーザー光源である。なお、光源として、６３５ｎｍ以外の波長の赤色光を射出する光源を用いることもできる。第２光源２２は基体２１上に３行３列で９個配置されているが、第２光源２２の個数は９個に限定されず、適宜変更可能である。

図１に示すように、集光光学系３０は、光源アレイ１０と回転蛍光板４０との間の第１の光の光路上と、光源アレイ２０と回転蛍光板４０との間の第２の光の光路上と、に配置されている。集光光学系３０は、平行化レンズ３１、平行化レンズ３２及び集光レンズ３３を備えている。平行化レンズ３１は複数の凸レンズからなっており、各凸レンズは第１光源アレイ１０の各レーザー光源に対応する位置に配置されている。一方、平行化レンズ３２についても複数の凸レンズからなっており、各凸レンズは第２光源アレイ２０の各レーザー光源に対応する位置に配置されている。集光レンズ３３は凸レンズからなっている。平行化レンズ３１は、励起光を略平行化した状態で集光レンズ３３に入射させる。一方、平行化レンズ３２は、レーザー光を略平行化した状態で集光レンズ３３に入射させる。集光レンズ３３は、励起光及びレーザー光を略集光した状態で回転蛍光板４０に入射させる。

図３は、本発明の第１実施形態に係る回転蛍光板４０を示す模式図である。図３（ａ）は回転蛍光板の側面図であり、図３（ｂ）は回転蛍光板４０の正面図である。回転蛍光板４０は、中心軸ＣＬ１の周りに回転可能に構成されている。

図３に示すように、回転蛍光板４０は、円板（回転基板）４１と、蛍光体層４２と、波長選択反射膜４３と、を備えている。円板４１の一部には、単一の蛍光体層４２が中心軸ＣＬ１の周りに連続して形成されている。円板４１と蛍光体層４２との間には、波長選択反射膜４３が設けられている。回転蛍光板４０は、円板４１の蛍光体層４２が形成されていない側の面が集光光学系３０側に面するように配置される。また、蛍光体層４２は集光光学系３０により集光される第１の光及び第２の光の焦点位置に配置されている。

円板４１は、第１の光及び第２の光の双方の光を透過する光透過材料によって形成されており、例えば石英ガラス、水晶、サファイア、透明樹脂等を用いることができる。特に、第１の光及び第２の光による加熱で変形しないように無機物である石英ガラス、水晶、サファイアが好適に用いられる。

蛍光体層４２は、集光光学系３０によって集光された第１の光及び集光光学系３０によって集光された第２の光のうち第１の光（青色光）によって励起され、青色光を緑色光に変換してコリメート光学系５０に向けて放射する。

図４は、本発明の第１実施形態に係る蛍光体層を示す模式図である。
図４に示すように、蛍光体層４２は、光透過性を有する基材４２１と、第３の光（蛍光）を発する複数の蛍光体粒子４２２と、光透過性を有する粒子状の物質である複数のフィラー粒子４２３と、を有している。蛍光体粒子４２２の屈折率とフィラー粒子４２３の屈折率は、基材４２１の屈折率とは異なり、基材４２１の内部に複数の蛍光体粒子４２２と複数のフィラー粒子４２３とが含まれているため、第１の光及び第２の光は蛍光体層４２によって散乱させられる。

基材４２１の形成材料としては、光透過性を有する樹脂材料を用いることができ、中でも高い耐熱性を有するシリコーン樹脂（屈折率：約１．４）を好適に用いることができる。

蛍光体粒子４２２は、図１に示す第１光源１２から射出される励起光を吸収し蛍光を発する粒子状の蛍光物質である。例えば、蛍光体粒子４２２には、波長が約４４５ｎｍの青色光によって励起されて蛍光を発する物質が含まれており、第１光源１２が射出する励起光の一部を、緑色の波長帯域を有する光に変換して射出する。このような蛍光体粒子４２２として、平均粒径が１μｍから数十μｍ程度のものが高い発光効率を示すことが知られている。蛍光体粒子４２２としては、通常知られたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。例えば、平均粒径が１０μｍの（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅで示される組成のＹＡＧ系蛍光体（屈折率：約１．８）を用いることができる。

なお、蛍光体粒子４２２の形成材料は、１種であっても良く、２種以上の形成材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体粒子４２２として用いることとしても良い。

フィラー粒子４２３は、蛍光体層４２に入射する第１の光（励起光）及び第２の光、さらには蛍光体粒子４２２から発せられる第３の光（蛍光）を散乱させる機能を有している。フィラー粒子４２３の屈折率は、基材４２１の屈折率とは異なる。また、フィラー粒子４２３の形成材料としては、光透過性を有する粒子状物質であれば、樹脂材料や無機材料など広範な種類の材料を用いることができる。なかでも、高い耐熱性を有する無機材料を好適に用いることができ、例えば平均粒径が１０μｍの酸化チタン（屈折率：約２．５）を用いることができる。

図５は、本発明の第１実施形態に係る蛍光体層の発光スペクトルを示す図である。図５において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は発光強度である。ただし、図５に示した発光スペクトルは、発光強度の最大値が１になるように規格化されている。また、図５において、左側の縦線Ｌ１は本実施形態のプロジェクターにおいて青色の波長と緑色の波長とを区分する線（波長４９０ｎｍにおける線）、右側の線Ｌ２は本実施形態のプロジェクターにおいて緑色の波長と赤色の波長とを区分する線（波長５９０ｎｍにおける線）である。

図５に示すように、蛍光体層の発光スペクトルは、４８０〜７３０ｎｍの波長を含んでいる。本実施形態においては、プロジェクターの緑色光として、４９０〜５９０ｎｍの波長の光を使用しており、蛍光体層の発光スペクトルが含む波長のうち４９０ｎｍ以下の波長の光と５９０ｎｍ以上の波長の光は緑色光としては使用しない。プロジェクターの青色光については、蛍光体層の発光スペクトルが含む波長のうち４９０ｎｍ以下の波長の光と、蛍光体層を透過する波長が４４５ｎｍの第１の光とが混合されて、青色光として使用される。一方、プロジェクターの赤色光については、蛍光体層の発光スペクトルが含む波長のうち５９０ｎｍ以上の波長の光と、蛍光体層を透過する波長が６３５ｎｍの第２の光とが混合されて、赤色光として使用される。

図３に戻り、波長選択反射膜４３は、蛍光体層４２において第１の光及び第２の光が入射する側の面に配置されている。波長選択反射膜４３は、第１の光及び第２の光を透過し、第１の光によって励起された第３の光を反射する波長選択性を有している。このような波長選択反射膜４３は、例えば誘電体多層膜によって形成されている。

図６は、本発明の第１実施形態に係る波長選択反射膜の反射特性を示す図である。図６において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は反射率である。

図６に示すように、波長選択反射膜は、４４５ｎｍよりも大きく６３５ｎｍよりも小さい波長の光をほぼ１００％反射する。言い換えると、波長選択反射膜は、４４５ｎｍ以下の波長の光と６３５ｎｍ以上の波長の光を透過する。すなわち、波長選択反射膜は、第１の光（波長４４５ｎｍ）及び第２の光（波長６３５ｎｍ）を透過し、第３の光（波長が４４５ｎｍよりも大きく６３５ｎｍよりも小さい範囲）を反射する。

図３に戻り、円板４１は、中心部にモーター４５の軸が固定されており、モーター４５により中心軸ＣＬ１の回りに回転可能になっている。すなわち、モーター４５は、蛍光体層４２に第１の光が照射される領域と蛍光体層４２に第２の光が照射される領域とを時間的に変動させる駆動装置として機能する。モーター４５は、駆動時間内において所定の回転数で駆動する。このため、集光光学系３０によって集光された光が円板４１（蛍光体層４２）に照射される領域が特定の領域に固定されない。よって、光の照射により蛍光体層４２において発生する熱を周方向に沿った広い領域において放散させることができる。

図１に戻り、コリメート光学系５０は、回転蛍光板４０と照明光学系１００との間の第１の光の光路上と、第２の光の光路上と、第３の光の光路上とに配置されている。コリメート光学系５０は、第１レンズ５１及び第２レンズ５２を備えている。コリメート光学系５０は、回転蛍光板４０から射出される光（第１の光、第２の光及び第３の光）を略平行化した状態で照明光学系１００（インテグレータ光学系１１０）に入射させる。

照明光学系１００は、コリメート光学系５０と色分離導光光学系２００との間に配置されている。照明光学系１００は、インテグレータ光学系１１０と、偏光変換素子１２０と、重畳レンズ１３０とを備えている。

インテグレータ光学系１１０は、第１フライアイレンズ１１１及び第２フライアイレンズ１１２を備えている。第１フライアイレンズ１１１及び第２フライアイレンズ１１２は、それぞれマトリクス状に配置された複数の要素レンズからなる。第１フライアイレンズ１１１は、第１フライアイレンズ１１１を構成する複数の要素レンズによってコリメート光学系５０からの光（励起光、レーザー光及び蛍光）を分割して個別に集光する機能を有する。第２フライアイレンズ１１２は、第２フライアイレンズ１１２を構成する複数の要素レンズによって第１フライアイレンズ１１１からの分割光束を適当な発散角にして射出する機能を有する。インテグレータ光学系１１０は、コリメート光学系５０により合成された光の光強度分布を均一化する。

偏光変換素子１２０は、ＰＢＳ、ミラー、位相差板等を一組の要素とするアレイで形成されている。偏光変換素子１２０は、第１フライアイレンズ１１１により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える機能を有する。

重畳レンズ１３０は、偏光変換素子１２０を経た照明光を全体として適宜収束させて、液晶光変調装置４００Ｒ,４００Ｇ,４００Ｂの被照明領域に対する重畳照明を可能にする。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０,２２０、反射ミラー２３０,２４０,２５０を備えている。色分離導光光学系２００は、光源装置１（照明光学系１００）からの光（励起光、レーザー光及び蛍光）を赤色光、緑色光及び青色光に分離し、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれの色光を照明対象となる液晶光変調装置４００Ｒ,４００Ｇ,４００Ｂに導光する機能を有する。色分離導光光学系２００と、液晶光変調装置４００Ｒ,４００Ｇ,４００Ｂとの間には、集光レンズ３００Ｒ,３００Ｇ,３００Ｂが配置されている。

ダイクロイックミラー２１０,２２０は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を透過させる波長選択透過膜が形成されたミラーである。具体的には、ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分及び緑色光成分を透過させ、青色光成分を反射する。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、赤色光成分を透過させる。

反射ミラー２３０,２４０,２５０は、入射した光を反射するミラーである。具体的には、反射ミラー２３０は、ダイクロイックミラー２１０を反射した青色光成分を反射する。反射ミラー２４０,２５０は、ダイクロイックミラー２２０を透過した赤色光成分を反射する。

ダイクロイックミラー２１０で反射された青色光は、反射ミラー２３０で反射され、集光レンズ３００Ｂを透過して青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０を透過した緑色光は、ダイクロイックミラー２２０で反射され、集光レンズ３００Ｇを透過して緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２２０を透過した赤色光は、入射側の反射ミラー２４０、射出側の反射ミラー２５０、集光レンズ３００Ｒを経て赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。

反射ミラー２４０,２５０は、ダイクロイックミラー２２０を透過した赤色光成分を液晶光変調装置４００Ｒまで導く機能を有する。これにより、赤色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長い場合であっても、赤色光の発散等による赤色光の利用効率の低下を抑制することができる。なお、他の色光（例えば青色光）の光路の長さが赤色光の光路の長さよりも長い場合は、リレーレンズ及び反射ミラーを青色光の光路に配置する構成も考えられる。

液晶光変調装置４００Ｒ,４００Ｇ,４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、光源装置１の照明対象となる。なお、図示を省略したが、各集光レンズ３００Ｒ,３００Ｇ,３００Ｂと各液晶光変調装置４００Ｒ,４００Ｇ,４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置されている。また、各液晶光変調装置４００Ｒ,４００Ｇ,４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が配置されている。これら入射側偏光板、液晶光変調装置４００Ｒ,４００Ｇ,４００Ｂ及び射出側偏光板によって、入射された各色光の光変調が行われる。

例えば、液晶光変調装置４００Ｒ,４００Ｇ,４００Ｂは、一対の透明基板に液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板（図示略）から射出された１種類の直線偏光の偏向方向を変調する。

クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光板（図示略）から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなしている。直角プリズムを貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投写光学系６００によって拡大投写され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。

本実施形態の光源装置１によれば、第２の光（レーザー光）は蛍光体粒子４２２の励起波長とは異なる波長を含むため、蛍光体層４２で蛍光に変換されずに蛍光体層４２から射出される。そのため、本実施形態の光源装置１のエネルギーの利用効率は、各レーザー光が全て各蛍光体層で蛍光に変換される特許文献１の光源装置のエネルギーの利用効率よりも高い。
さらに、本実施形態の光源装置１によれば、基材４２１の内部に複数の蛍光体粒子４２２が含まれるため、蛍光体層４２に入射した第２の光（レーザー光）は複数の蛍光体粒子４２２によって散乱される。散乱された第２の光は干渉が生じにくくなるため、スペックルの発生が抑制される。また、蛍光体層４２の第２の光が照射される領域が時間的に変動するため、蛍光体層４２から射出される第２の光によって形成されるスペックルのパターンも時間的に変化する。そして、このようなスペックルのパターンが時間的に重畳され平均化されることで、スペックルが認識されにくくなる。
したがって、エネルギーの利用効率が高く、かつスペックルノイズが抑制された光源装置１を提供することができる。

また、この構成によれば、蛍光体層４２に入射した第１の光が散乱されるため、第２の光の場合と同様に、第１の光においても干渉が生じにくくなる。よって、スペックルノイズがより効果的に抑制される。

また、この構成によれば、駆動装置がモーター４５を含むので、蛍光体層４２を回転させる際に、簡単な構成でスペックルノイズを抑制することができる。

また、この構成によれば、基材４２１の屈折率とは異なる屈折率を有する複数のフィラー粒子４２３が基材４２１の内部に含まれているので、蛍光体層４２に入射した第２の光は、複数の蛍光体粒子４２２によって散乱されることに加えて複数のフィラー粒子４２３によっても散乱される。よって、フィラー粒子４２３を含まない構成と比較して、スペックルノイズがより効果的に抑制される。また、スペックルノイズを効果的に抑制する構成としては、蛍光体粒子の数を増やすことも考えられるが、所望の量の蛍光を取り出すことが困難となる。よって、蛍光体粒子の数を増やすことに替えて複数のフィラー粒子を含む構成とすることで、所望の量の蛍光を取り出しつつスペックルノイズを効果的に抑制することができる。

また、この構成によれば、蛍光体層４２において第１の光及び第２の光が入射する側の面に波長選択反射膜４３が配置されているので、第１の光及び第２の光を透過しつつ第３の光の後方散乱光を前方に反射することができる。よって、光の利用効率を高めることができる。

本実施形態の光源装置１からは、緑色光としては蛍光が射出され、青色光としては第１光源アレイ１０から射出されるレーザー光が射出され、赤色光としては第２光源アレイ２０から射出されるレーザー光が射出される。蛍光はコヒーレント光ではないため、緑色光にはスペックルは発生しないが、青色光と赤色光はいずれもコヒーレント光であるため、スペックルが発生する。人間の眼は、波長ごとに光を感じ取る強さ（視感度）が異なっており、赤色の視感度は青色の視感度よりも高いため、赤色のスペックルは青色のスペックルよりも視認されやすい。そのため、第２の光として赤色光を用いることで、スペックルノイズが抑制された光源装置を実現することができる。

本実施形態のプロジェクター１０００によれば、上述した光源装置１を備えているので、エネルギーロスを小さくするとともにスペックルノイズを抑制することが可能なプロジェクター１０００を提供することができる。

なお、本実施形態の光源装置１では、第１の光が青色光であり、第２の光が赤色光であり、第３の光が緑色光である構成を例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、第１の光と第３の光とが互いに同じ色である構成においても適用可能である。また、第２の光と第３の光とが互いに同じ色である構成においても適用可能である。

また、本実施形態の光源装置１では、第１光源及び第２光源としてレーザー光を射出する光源を用いたが、これに限らない。例えば、第１光源としてレーザー光以外の光を射出する光源を用い、第２光源としてレーザー光を射出する光源を用いてもよい。すなわち、少なくとも第２光源としてレーザー光を射出する光源を用いればよい。

また、本実施形態の光源装置１では、コリメート光学系における第１レンズ及び第２レンズとして凸レンズを用いたが、これに限らない。要するに、コリメート光学系が、蛍光体層によって散乱された光を略平行化した状態で照明光学系に入射させるようになっていればよい。また、コリメート光学系を構成するレンズの枚数は、１枚であってもよく、３枚以上であってもよい。

また、本実施形態の光源装置１では、蛍光体層が回転基板の回転方向に沿って形成されているが、これに限らない。例えば、蛍光体層が回転基板全体に形成されていてもよい。

また、本実施形態の光源装置１では、モーター４５が駆動時間内において所定の回転数で駆動する例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、駆動時間内においてモーター４５の回転数が時間的に変動してもよい。

また、本実施形態のプロジェクター１０００では、液晶光変調装置として３つの液晶光変調装置を用いたが、これに限らない。１つ、２つ又は４つ以上の液晶光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。

また、本実施形態のプロジェクター１０００では、透過型のプロジェクターを用いたが、これに限らない。例えば、反射型のプロジェクターを用いてもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を透過するタイプであることを意味している。「反射型」とは、反射型の液晶表示装置等のように光変調手段としての光変調装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターに本発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を奏することができる。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る光源装置２を示す模式図である。
図７に示すように、本実施形態に係る光源装置２は、上述の回転蛍光板４０に替えて振動蛍光板１４０を備えている点、で上述の第１実施形態に係る光源装置１と異なっている。すなわち、上述の第１実施形態では駆動装置がモーターを含む構成となっているのに対し、本実施形態の駆動装置は圧電素子を含む構成となっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

光源装置２は、第１光源アレイ１０と、第２光源アレイ２０と、集光光学系３０と、振動蛍光板１４０と、コリメート光学系５０と、照明光学系１００と、を具備して構成されている。

図８は、本発明の第２実施形態に係る振動蛍光板を示す模式図である。図８（ａ）は振動蛍光板１４０の側面図であり、図８（ｂ）は振動蛍光板１４０の正面図である。なお、図８において、符号ＣＬ２は振動蛍光板の中心軸である。

図８に示すように、振動蛍光板１４０は、基板１４１と、蛍光体層１４２と、波長選択反射膜１４３と、を備えている。基板１４１の中央部には蛍光体層１４２が形成されている。基板１４１と蛍光体層１４２との間には、波長選択反射膜１４３が設けられている。振動蛍光板１４０は、基板１４１の蛍光体層１４２が形成されていない側の面が集光光学系３０側に面するように配置される。また、蛍光体層１４２は集光光学系３０により集光される第１の光及び第２の光の焦点位置に配置されている。

基板１４１は、第１の光及び第２の光を透過する光透過材料によって形成されている。 蛍光体層１４２は、集光光学系３０によって集光された第１の光及び集光光学系３０によって集光された第２の光のうち第１の光（青色光）によって励起され、青色光を緑色光に変換してコリメート光学系５０に向けて放射する。波長選択反射膜１４３は、第１の光及び第２の光を透過し、第３の光を反射する波長選択性を有している。

基板１４１は、一端部に圧電素子１４５が固定されており、圧電素子１４５により振動可能になっている。すなわち、圧電素子１４５は、蛍光体層１４２に第１の光が照射される領域と蛍光体層１４２に第２の光が照射される領域とを時間的に変動させる駆動装置として機能する。圧電素子１４５は、蛍光体層１４２に対して蛍光体層１４２の厚み方向と交差する方向（中心軸ＣＬ２と交差する方向、例えば図８に示す矢印の方向）に振動を付与する。圧電素子１４５は、駆動時間内において所定の振動の振幅で駆動する。

本実施形態の光源装置２によれば、駆動装置が圧電素子１４５を含むので、蛍光体層１４２を振動させる際に、簡単な構成でスペックルノイズを抑制することができる。

なお、本実施形態の光源装置２では、圧電素子１４５が駆動時間内において所定の振動の振幅で駆動する例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、駆動時間内において圧電素子１４５の振動の振幅は時間的に変動してもよい。

また、本実施形態の光源装置２では、基板１４１の一端部に１個の圧電素子１４５を配置した構成を例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、基板１４１に配置する圧電素子の数は、２個以上であってもよい。また、基板１４１に配置する圧電素子の配置位置についても適宜変更することができる。

（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態に係る光源装置３を示す模式図である。
図９に示すように、本実施形態に係る光源装置３は、集光光学系３０と回転蛍光板４０との間の第２の光の光路上に、光拡散部６０と、集光光学系７０と、が配置されている点で上述の第１実施形態に係る光源装置１と異なっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

光源装置３は、第１光源アレイ１０と、第２光源アレイ２０と、集光光学系３０と、光拡散部６０と、集光光学系７０と、回転蛍光板４０と、コリメート光学系５０と、照明光学系１００と、を具備して構成されている。

光拡散部６０は、集光光学系３０から射出された第１の光及び第２の光を拡散して拡散光を生成し、生成した拡散光を射出端面から射出させる。

図１０は、本発明の第３実施形態に係る光拡散部６０を示す模式図である。
図１０に示すように、光拡散部６０は、例えば透明樹脂等の光透過材料からなる基材６１内に光拡散性を有する拡散粒子６２を分散させて構成されている。拡散粒子６２は、基材６１において光拡散部６０において集光光学系３０により射出された光が集光する位置に分散されている。この光拡散部６０（基材６１）の厚みは、約１〜２ｍｍである。

図９に戻り、集光光学系７０は、第１レンズ７１及び第２レンズ７２を備えている。集光光学系７０は、光拡散部６０により拡散された第１の光及び第２の光を集光して回転蛍光板４０（蛍光体層４２）に入射させる。

本実施形態の光源装置３によれば、第２の光が光拡散部６０と蛍光体層４２によって２重に拡散されるので、スペックルノイズをより確実に抑制することができる。

また、この構成によれば、第１の光についても光拡散部６０と蛍光体層４２によって２重に拡散されるので、スペックルノイズをより確実に抑制することができる。

なお、本実施形態の光源装置３では、光拡散部６０が集光光学系３０と回転蛍光板４０との間の第２の光の光路上に配置されている構成を例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、光拡散部６０が回転蛍光板４０と照明光学系１００との間の第２の光の光路上に配置されていてもよい。

本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも、適用することができる。

上記各実施形態においては、本発明の光源装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、これに限らない。例えば、本発明の光源装置を他の光学機器（例えば、光ディスク装置、自動車のヘッドランプ、照明機器等）に適用することも可能である。

１，２，３…光源装置、１２…第１光源、２２…第２光源、４１…円板（回転基板）、４２，１４２…蛍光体層、４３，１４３…波長選択反射膜、４５…モーター（駆動装置）、６０…光拡散部、７０…集光光学系、１４５…圧電素子（駆動装置）、４００Ｒ,４００Ｇ,４００Ｂ…液晶光変調装置（光変調装置）、４２１…基材、４２２…蛍光体粒子、４２３…フィラー粒子、６００…投写光学系、１０００…プロジェクター

Claims (10)

1. 光透過性を有する基材および該基材の内部に設けられた複数の蛍光体粒子を含む蛍光体層と、
   前記蛍光体粒子の励起波長を含む励起光を射出する第１光源と、
   前記励起波長とは異なる波長を含むレーザー光を射出する第２光源と、
   前記蛍光体層の前記レーザー光が照射される領域を時間的に変動させる駆動装置と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記蛍光体層は、前記蛍光体層に入射した前記励起光の一部を前記複数の蛍光体粒子によって散乱させて射出することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記蛍光体層は、回転基板の所定の回転軸の周りに設けられており、
   前記駆動装置は、前記蛍光体層を前記所定の回転軸の周りに回転させるモーターを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記駆動装置は、前記蛍光体層に対して前記蛍光体層の厚み方向と交差する方向に振動を付与する圧電素子を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
5. 前記基材の内部に、複数のフィラー粒子が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記蛍光体層における前記励起光の照射スポットの面積は、前記蛍光体層における前記レーザー光の照射スポットの面積と略等しく、
   前記蛍光体層における前記励起光の照射スポットの少なくとも一部は、前記蛍光体層における前記レーザー光の照射スポットと重なっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置。
7. 前記蛍光体層において前記励起光と前記レーザー光とが入射する面には、前記励起光及び前記レーザー光を透過するとともに、前記蛍光体層から発せられる蛍光を反射する波長選択反射膜が配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記第２光源と前記蛍光体層との間の前記レーザー光の光路上に設けられた光拡散部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 前記レーザー光は赤色光であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光源装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光源装置と、
    前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
    前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系と、
    を備えることを特徴とするプロジェクター。

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