JP2012150212A - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】励起光の利用効率を向上させるとともに、エテンデュの小さい光源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】基板４１と、基板４１上に設けられ、励起光によって励起されて励起光とは異なる波長の蛍光を射出する蛍光体層４５と、励起光を射出する光源１０と、蛍光体層４５から蛍光を射出する側に、蛍光体層４５に面して設けられ、励起光のピーク波長にあたる光を蛍光体層４５に向けて反射するとともに、蛍光の波長帯域にあたる光を透過する波長選択ミラー６０と、波長選択ミラー６０と蛍光体層４５との間に設けられたピックアップレンズ５０と、を備える。
【選択図】図１

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。

近年、レーザー光源を用いた光源装置として、レーザー光を直接照明光として用いるのではなく、蛍光体に照射して得られる蛍光を照明光として利用する光源装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１の光源装置は、励起光（青色光）を射出する光源と、モーターにより回転される円板上に２種類の蛍光体の層（赤色蛍光体の層と緑色蛍光体の層）を形成してなる蛍光板と、を備えている。円板上には、回転方向に沿って３つのセグメント領域が形成されている。３つのセグメント領域のうち２つには、互いに異なる色光（赤色光と緑色光）を放射する２種類の蛍光体の層が形成され、残りのセグメント領域には、励起光（青色光）を散乱する散乱体が形成されている。

このような光源装置によれば、励起光と２種類の蛍光体の層とを用いて時間分割で３つの色光を順次放射するため、時間積分することにより白色光を得ることを可能とする光源装置となる。

また、特許文献１の図６では、蛍光体の層の射出面に面して、蛍光体の層で波長変換されずに透過した励起光を選択的に反射し蛍光体の層に再度導く励起光反射層を備える構成が提案されている。このような構成によれば、波長変換されなかった励起光を再度蛍光体の層での発光に利用できるため、変換効率（入射する励起光の光量に対する、得られる蛍光の光量の割合）が向上する。

特開２００９−２７７５１６号公報

上記特許文献の光源装置では、蛍光体の層から射出される励起光は、蛍光体で拡散した拡散光となっている。そのため、励起光反射層で反射された励起光によって蛍光体の層が照射される領域の面積は、蛍光体の層が励起光源から射出された励起光によって直接照射される領域の面積よりも大きくなる。すると、蛍光の発光面積が大きくなることになり、蛍光のエテンデュ（Ｅｔｅｎｄｕｅ：光線束の断面積と光源からの放射立体角の積）が増大することになる。

エテンデュが大きい光源では、射出される光が光路内を伝播する際に、光学系の飲み込み角を超えてしまい損失する成分が増加しやすい。そのため、結果として励起光反射層で反射させた励起光の再利用の効果が低下してしまう。

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、励起光の利用効率を向上させるとともに、エテンデュの小さい光源装置を提供することを目的とする。また、このような光源装置を有し、高品質な画像表示が可能な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、基板と、前記基板上に設けられた蛍光体層と、前記蛍光体を励起する第１の光を含む光を射出する光源と、前記蛍光体層から射出される蛍光の波長帯域にあたる光を透過するとともに、前記第１の光のうち前記蛍光体層を透過した透過光のピーク波長にあたる光を反射する波長選択ミラーと、前記波長選択ミラーと前記蛍光体層との間の前記透過光の光路上に設けられた集光光学系と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、蛍光体層を透過した励起光を波長選択ミラーで反射し、再度蛍光体層に照射して蛍光に変換することができるため、励起光の利用効率を向上させることができる。また、波長選択ミラーで反射した励起光を、集光光学系により集光した後に照射することとなるため、励起光の照射面積の増大を低減することができ、蛍光の発光面積の増大を抑制することができる。したがって、エテンデュの小さい蛍光光源とすることができる。

本発明においては、前記基板は、少なくとも前記第１の光のピーク波長にあたる光を透過させる材料で形成され、前記蛍光体層は、前記基板に対して前記第１の光が入射する側とは反対側の面に設けられていることが望ましい。
蛍光体層では、励起光が入射する側で多く蛍光を発し、且つ励起光及び蛍光発光による発熱を生じる。しかし、この構成によれば、蛍光体層で生じた熱を、効率的に基板を介して放熱することができ、蛍光体層の温度上昇を防ぎ、蛍光体層の形成材料の温度消光を抑制することができる。

本発明においては、前記基板は、所定の回転軸の周りを回転可能に設けられ、前記蛍光体層は、前記基板上において、前記回転軸の周りの環状領域に設けられていることが望ましい。
この構成によれば、励起光が蛍光体層上の同一の位置を照射し続けることがないため、蛍光体層の熱劣化を防止し、装置を長寿命化することができる。

本発明においては、前記光源から射出される光から前記第１の光と第２の光とを分割する導光光学系を有し、前記蛍光と前記第２の光とを射出することが望ましい。
この構成によれば、同一の光源から射出される光を用いて蛍光と第２の光とを形成することができる。そのため、光源の装置構成を簡略化することができる。

本発明においては、前記蛍光と前記第２の光とを合成する合成光学系を有していることが望ましい。
この構成によれば、同一の光路から幅広い波長帯域の光を射出することができる。

本発明においては、前記第１の光は、前記蛍光の補色の色光であることが望ましい。
この構成によれば、白色光を射出する光源装置とすることができる。

本発明においては、前記蛍光体層と、前記基板の前記第１の光が入射する側の表面と、の間において、前記蛍光体層と平面視で重なり、前記第１の光のピーク波長にあたる光を透過させるとともに、前記蛍光の波長帯域にあたる光を反射する波長選択膜が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、蛍光体層で生じた蛍光が、励起光の入射側に戻ることを防ぎ、効果的に射出方向に向かわせることが可能となる。

本発明においては、前記光源は、前記第１の光として青色の波長帯域の光を射出することが望ましい。
この構成によれば、カラー表示における青色領域において明るい表示が可能となる。

本発明においては、前記光源は、固体光源であることが望ましい。
この構成によれば、光源装置を小型化し、光源の長寿命化が可能となる。

本発明においては、前記光源は、半導体レーザーであることが望ましい。
この構成によれば、高出力の励起光を射出することができる。

また、本発明のプロジェクターは、上述の光源装置と、前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、上述の光源装置を有するため、高品質な画像表示が可能となる。

本実施形態の光源装置の構成を示す模式図である。 光源装置および蛍光体層の発光特性を示すグラフである。 本実施形態の光源装置が備える発光素子を示す模式図である。 発光素子が備える蛍光体層の構成を示す模式図である。 蛍光体層を透過する励起光の挙動を示す模式図である。 光拡散部材の構成を示す模式図である。 本実施形態のプロジェクターを示す模式図である。 偏光変換素子の説明図である。

以下、図１〜図８を参照しながら、本発明の実施形態に係る光源装置およびプロジェクターについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

図１は、本実施形態の光源装置１００の構成を示す模式図である。図１に示すように、光源装置１００は、光源部（光源）１０、コリメート光学系２０、導光光学系３０、発光素子４０、ピックアップレンズ（集光光学系）５０、ダイクロイックミラー（波長選択ミラー）６０、光拡散部材７０、合成光学系８０を有している。

光源装置１００では、光源部１０から射出されるレーザー光Ｂの一部を第１の光として発光素子４０に照射することにより、発光素子４０で黄色の蛍光を生じさせる。レーザー光は青色光であり、蛍光とは補色の関係にある。また、レーザー光Ｂの残部は第２の光として光拡散部材７０に入射し、拡散される。光源装置１００は、蛍光と、光拡散部材７０を透過して拡散された青色のレーザー光と、を合成することにより、白色光Ｌを射出する。

本実施形態の光源装置１００は、プロジェクターの照明光として好適に用いることができる。以下、光源装置１００の構成を順に説明する。

光源部１０は、複数（図では３つ）のレーザー光源１１を有し、青色（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ、図２（ａ）参照）のレーザー光Ｂを射出するレーザー光源アレイである。光源部１０では、例えば、半導体レーザー光源（固体光源）１１を２次元状に配列することにより、高出力の励起光源とすることができる。図２（ａ）において、符号Ｂで示すのは、光源部１０が射出する色光（青色光）成分である。

なお、光源部１０は、レーザー光源アレイではなく、１つのレーザー光源だけを用いることとしてもよい。また、レーザー光源ではなくＬＥＤ等の他の固体光源を用いることも可能である。さらには、後述する蛍光物質を励起させることができる波長の光であれば、４４５ｎｍ以外のピーク波長を有する色光を射出する固体光源以外の光源であっても構わない。

コリメート光学系２０では、コリメーターレンズアレイ２１と、集光レンズ２３と、平行化レンズ２５と、が光路上にこの順で配置されている。光源部１０から出射されたレーザー光Ｂは、光源部１０のレーザー光源に１体１で対応して設けられたコリメーターレンズアレイ２１の小レンズに入射して平行化され、集光レンズ２３で集光された後に平行化レンズ２５を透過することにより、レーザー光全体として光線束が細められる。

導光光学系３０は、第１ミラー３１、第２ミラー３２を含んでいる。これらのうち、第１ミラー３１は、入射するレーザー光Ｂの一部を反射するとともに、残部を透過させるビームスプリッターである。また第２ミラー３２は、レーザー光Ｂを反射する反射ミラーである。

第１ミラー３１は、透明基板上に誘電体多層膜のような光分離膜が形成された構成を有している。用いる第１ミラー３１の反射光と透過光との比率は、光分離膜の構成（屈折率、厚さ等）を制御することにより任意に制御可能である。

コリメート光学系２０から射出されたレーザー光Ｂは、第１ミラー３１に入射し、一部が透過して第１励起光Ｂ１として射出される。また、第１ミラー３１で反射するレーザー光Ｂの残部は、第２ミラー３２で反射し、第２励起光Ｂ２として発光素子４０に入射する。このようにして、レーザー光Ｂは、第１励起光Ｂ１，第２励起光Ｂ２の２つの光線束に分割される。ただし、第１励起光Ｂ１は、光拡散部材７０を励起させる光ではない。第１励起光Ｂ１は光拡散部材７０によって拡散され、配光性が変更された青色光として光拡散部材７０から射出される。第２励起光Ｂ２が本発明における第１の光であり、第１励起光Ｂ１が本発明における第２の光である。

発光素子４０は、発光素子４０に設けられた蛍光体層４５を用いて、第２励起光Ｂ２を第２励起光Ｂ２とは異なる波長の蛍光に変換する。

発光素子４０については、図１、３、４を合わせて参照しながら説明する。図３は、発光素子４０の平面図、図４は、発光素子４０に設けられた蛍光体層４５の一部断面図である。

図１および図３に示すように、発光素子４０は、平面視円形の基板４１と、基板４１の第１主面４１ａ上において設定された環状領域ＡＲに設けられた蛍光体層４５と、を有している。発光素子４０は、基板４１の中心を通る第１主面４１ａの法線と平行に設けられた回転軸４８がモーター４９に接続され、回転可能に設けられている。蛍光体層４５は、図３に示すように、基板４１の回転中心（すなわち回転軸４８と基板４１との交点）に対して略同心に設けられている。

このような発光素子４０では、蛍光体層４５が形成されていない第２主面４１ｂが導光光学系３０側に面し、第２主面４１ｂ側から第２励起光Ｂ２が入射するように配置されている。

蛍光体層４５は、蛍光を発する蛍光体粒子を有しており、第２励起光Ｂ２（青色光）を吸収し黄色（発光強度のピーク：約５５０ｎｍ、図２（ｂ）参照）の蛍光に変換する機能を有する。図２（ｂ）において符号Ｒで示した成分は、蛍光体層４５が射出する黄色光のうち赤色光として利用可能な色光成分であり、符号Ｇで示した成分は、同様に緑色光として利用可能な色光成分である。図１では、赤色光Ｒと緑色光Ｇとを含む蛍光を符号ＲＧで示している。蛍光体層４５の構成については、後に詳述する。

通常、蛍光体層４５では、励起光が入射する側で多く蛍光を発すると共に発熱も生じる。そのため、第２主面４１ｂ側から蛍光体層４５に励起光を照射すると、蛍光体層４５においては、基板４１に近い側での発熱量が多くなる。しかしこのとき、蛍光体層４５で生じた熱は、効率的に基板４１を介して放熱されるため、蛍光体層４５の温度上昇を防ぎ、蛍光体層４５の形成材料の温度消光を抑制することができる。

基板４１は、基板本体４２と、基板本体４２と蛍光体層４５との間に設けられた波長選択膜４３と、基板本体４２の波長選択膜４３とは反対側の面に設けられた反射防止膜４４と、を有している。

基板本体４２は、励起光である青色光を透過させる物質を形成材料としており、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア（単結晶コランダム）、透明樹脂などを用いることができる。これらの中では、励起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。さらには、基板４１に、蛍光体層４５において発光する際に生じる発熱を放熱させる場合には、伝熱性等を考慮して水晶を形成材料として用いることが好ましい。

波長選択膜４３は、基板本体４２の表面に積層された誘電体多層膜のような光分離膜である。波長選択膜４３は、第２励起光Ｂ２の波長帯域の色光を選択的に透過させ、それ以外の波長帯域の色光を反射させる波長選択性を有している。具体的には、波長選択膜４３は青色光（例えば、波長が約４４５ｎｍの光）を透過させ、青色光よりも長波長の光（例えば、４８０ｎｍよりも長波長の光）を反射させる。これにより、青色光である第２励起光Ｂ２は波長選択膜４３を透過し、蛍光体層４５に入射する。また、蛍光体層４５で生じる蛍光ＲＧが導光光学系３０の方向に戻ることを防ぎ、射出方向（合成光学系８０の方向）に向かわせることが可能となる。

反射防止膜４４は、通常知られた誘電体多層膜で構成されるものを用いることができる。反射防止膜４４を構成する複数の層は、それぞれ第２励起光Ｂ２の反射を防止するように屈折率が調整されている。これにより、第２主面４１ｂにおける第２励起光Ｂ２の損失を抑えることができる。

図４に示すように、蛍光体層４５は、蛍光を発する複数の蛍光体粒子４５１と、光透過性を有する基材４５２と、を有している。第２励起光Ｂ２は、蛍光体層４５に入射して、一部が蛍光ＲＧに変換される。また、第２励起光Ｂ２のうち蛍光体層４５で蛍光ＲＧに変換されなかった成分は、蛍光体粒子４５１で屈折し拡散しながら射出される。

蛍光体粒子４５１は、第２励起光Ｂ２を吸収し、蛍光ＲＧを発する粒子状の蛍光物質である。例えば、蛍光体粒子４５１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２励起光Ｂ２の一部を、赤色の波長帯域から緑色の波長帯域までを含む光に変換して射出する。このような蛍光体粒子４５１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４５１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４５１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４５１として用いることとしてもよい。例えば、赤色の蛍光を発する（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕで示される組成の蛍光体等の材料と、緑色の蛍光を発する（ＹＧｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅで示される組成の蛍光体等の材料と、を混合して、用いることで、蛍光ＲＧが得られる蛍光体粒子を調整することとしてもかまわない。

ここで、蛍光体粒子４５１の平均粒径は、レーザー回折散乱方式を測定原理とした粒度分布測定装置（例えば、ＳＡＬＤ２２００（島津製作所社製））を用いて測定することができる。本実施形態では、平均粒径としてメジアン粒径（Median Size：粒径分布の中央値）を採用した。

基材４５２は、蛍光体粒子４５１のバインダーとして機能する。基材４５２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を好適に用いることができる。

モーター４９は、発光素子４０を使用時において例えば７５００ｒｐｍで回転させる。この場合、発光素子４０において第２励起光Ｂ２が照射される領域（ビームスポット）は、周方向に移動する。すなわち、モーター４９は、発光素子４０におけるビームスポットの位置を変位させる位置変位手段として機能する。これにより、励起光が発光素子４０上の同一の位置を照射し続けないため、照射位置の熱劣化を防止し、装置を長寿命化することができる。また、蛍光体４５が基板４１の回転中心に対して略同心に設けられているため、第２励起光Ｂ２のビームスポットが描く軌跡と、蛍光体層４５の形状とを一致させることができ、蛍光体層４５を最小限の幅で形成することができる。そのため、材料の無駄を抑制することができる。

ピックアップレンズ５０は、蛍光体層４５と後述するダイクロイックミラー６０との間の、第２励起光Ｂ２の残部（蛍光体層４５を透過した光）の光路上に設けられている。蛍光体層４５から射出される蛍光ＲＧ、および蛍光体層４５で蛍光ＲＧに変換されなかった第２励起光Ｂ２の残部は、蛍光体層４５に面して設けられているピックアップレンズ５０に入射する。ピックアップレンズ５０では、蛍光体層４５から拡散しながら射出される光を平行化する。

ピックアップレンズ５０を透過した光は、ダイクロイックミラー（波長選択ミラー）６０に入射する。ダイクロイックミラー６０は、第２励起光Ｂ２の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる波長選択性を有している。具体的には、青色光（例えば、波長が約４４５ｎｍの光）を反射させ、青色光よりも長波長の光（例えば、４８０ｎｍよりも長波長の光）を透過させる。ダイクロイックミラー６０は、誘電体多層膜を有して構成されている。

そのため、このようなダイクロイックミラー６０では、青色光よりも長波長の光である黄色の蛍光ＲＧは透過し、色純度が高い蛍光となって合成光学系８０の方向に射出される。一方で、青色光である第２励起光Ｂ２は蛍光体層４５に向けて反射される。

この際、ダイクロイックミラー６０から蛍光体層４５に向かう第２励起光Ｂ２は、集光レンズとして機能するピックアップレンズ５０を透過することで、蛍光体層４５上に集光する。これにより、以下のような効果を奏する。

ここで、図５を用いて本発明の効果を説明する。ただし、図５では、第１主面４１ａから射出される第２励起光Ｂ２の射出領域を点に近似している。図５は、蛍光体層４５から射出される第２励起光Ｂ２の挙動を示す説明図である。図５（ａ）は従来のようにピックアップレンズ５０が無い場合、図５（ｂ）は本実施例のようにピックアップレンズ５０がある場合を示す。

従来技術では、図５（ａ）に示すように、蛍光体層４５から射出される第２励起光Ｂ２は、拡散したままダイクロイックミラー６０で反射される。そのため、第２励起光Ｂ２のうち、一部の成分（図では、符号Ｂ２ａで示す）は反射しても蛍光体層４５に向かうことなく迷光となり、蛍光発光に利用することができない。

また、蛍光体層４５に入射する成分（図では、符号Ｂ２ｂで示す）は、第２励起光Ｂ２の射出領域よりも広い照射領域を形成する。図５（ａ）では、ダイクロイックミラー６０で反射した第２励起光Ｂ２ｂの照射領域の幅を符号Ｗとして示している。このように、ダイクロイックミラー６０で反射された第２励起光Ｂ２による照射領域は、第１主面４１ａ側から照射される第２励起光Ｂ２による照射領域よりも広くなる。すなわち、第２励起光Ｂ２のうち蛍光の生成に寄与せずに蛍光体層４５を透過した成分を再利用しようとすると、蛍光の発光面積が広がることになり、蛍光のエテンデュが増大してしまう。

対して、本発明によれば、図５（ｂ）に示すように、蛍光体層４５からダイクロイックミラー６０に向かう第２励起光Ｂ２はピックアップレンズ５０によって平行化される。また、ピックアップレンズ５０は、ダイクロイックミラー６０で反射して蛍光体層４５に向かう第２励起光Ｂ２に対しては集光レンズとして働く。そのためダイクロイックミラー６０で反射した第２励起光Ｂ２は蛍光体層４５上に集光され、図５（ａ）と比べて照射領域が狭くなる。そのため、ダイクロイックミラー６０で反射した第２励起光Ｂ２による蛍光の発光面積の増大を抑制し、蛍光のエテンデュを小さく保つことができる。

このようにして、蛍光体層４５から射出された第２励起光Ｂ２は、蛍光体層４５に再度入射し、効果的に蛍光発光に用いられることとなる。

図６には、光拡散部材７０の構成を例示した一部断面図を示している。
まず、図６（ａ）に示すように、光拡散部材７０Ａは、ＴｉＯ_２等の高屈折な透光性を有するフィラー７０１を、光透過性を有する基材７０２に分散させた構成を採用することができる。基材７０２としては、上述の基材４５２と同様の樹脂材料を用いることができる。このような光拡散部材７０Ａは、フィラー７０１を分散した基材７０２の前駆体を塗布し、硬化することにより形成することができる。

図６（ａ）に示すように、このような光拡散部材７０Ａでは、第１励起光Ｂ１は、光拡散部材７０Ａに入射し、フィラー７０１で屈折・散乱することにより、配光性が変更された青色拡散光として射出される。

また他にも、図６（ｂ）に示すように、光拡散部材７０Ｂは、光透過性を有する基材７０３の表面に、複数の凹凸を設けた構成を採用することができる。図６（ｂ）では、基材７０３の表面に複数の凹部７０４を設けることとして図示している。このような光拡散部材７０Ｂは、基材７０３の前駆体を塗布した後、凹部７０４に対応する凸型を用いて型押しした状態で基材７０３を硬化させ、硬化後に凸型を取り除くことにより形成することができる。

図６（ｂ）に示すように、このような光拡散部材７０Ｂでは、第１励起光Ｂ１は、光拡散部材７０に入射し、凹部７０４で屈折・散乱することにより、配光性が変更された青色拡散光として射出される。

また、本実施形態の光源装置１００をプロジェクターの光源として採用した場合、第１励起光Ｂ１はレーザー光であるため、第１励起光Ｂ１によって形成される画像にはスペックルノイズが発生する。しかし、光拡散部材７０をたとえば所定の回転軸の周りに回転させる等によって、第１励起光Ｂ１が光拡散部材７０に入射する位置を時間的に変化させれば、スペックルノイズを低減することができる。

合成光学系８０は、第１合成ミラー８１、第２合成ミラー８２を含んでいる。これらのうち、第１合成ミラー８１は、光を反射する反射ミラーである。また、第２合成ミラー８２は、青色光（例えば、波長が約４４５ｎｍの光）を透過させ、青色光よりも長波長の光（例えば、４８０ｎｍよりも長波長の光）を反射させるダイクロイックミラーである。第２合成ミラー８２は、透明基板上に誘電体多層膜のような光分離膜が形成された構成を有している。

発光素子４０から射出される蛍光ＲＧは、第１合成ミラー８１で反射され、第２合成ミラー８２で反射され、外部に射出される。また、光散乱部材７０から射出される第１励起光Ｂ１は、光散乱部材７０の光射出面に対向して設けられたピックアップレンズ５１を透過して平行化された後、第２合成ミラー８２を透過し、外部に射出される。

このようにして、蛍光ＲＧ、第１励起光Ｂ１は、光路上で合成され混色され、黄色、青色の幅広い波長帯域の光（すなわち白色光Ｌ）として射出される。
本実施形態の光源装置１００は、以上のようにして機能する。

図７は、本実施形態のプロジェクターＰＪを示す模式図である。図に示すようにプロジェクターＰＪは、光源装置１００、色分離光学系２００、液晶ライトバルブ（光変調素子）４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂ、色合成素子５００、投写光学系６００を含んでいる。

プロジェクターＰＪは、概略すると以下のように動作する。光源装置１００から射出された光は、色分離光学系２００により複数の色光に分離される。色分離光学系２００により分離された複数の色光は、それぞれ対応する液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂに入射して変調される。液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂにより変調された複数の色光は、色合成素子５００に入射して合成される。色合成素子５００により合成された光は、投写光学系６００により壁やスクリーン等のスクリーンＳＣＲに拡大投写され、フルカラーの投写画像が表示される。
以下、プロジェクターＰＪの各構成要素について説明する。

コリメート光学系１１０は、光源装置１００から射出された光の広がりを抑える第１レンズ１１２と、第１レンズ１１２から入射される光を略平行化する第２レンズ１１４とを備え、全体として光源装置１００から射出された光を平行化するものである。本実施形態においては、第１レンズ１１２と第２レンズ１１４とは凸レンズで構成されている。

レンズアレイ１２０，レンズアレイ１３０は、コリメート光学系１１０から射出された光の輝度分布を均一化するものである。レンズアレイ１２０は、複数の第１小レンズ１２２を含んでおり、レンズアレイ１３０は複数の第２小レンズ１３２を含んでいる。第１小レンズ１２２は、第２小レンズ１３２と１対１で対応している。コリメート光学系１１０から射出された光は、複数の第１小レンズ１２２に空間的に分かれて入射する。第１小レンズ１２２は、入射した光を対応する第２小レンズ１３２に結像させる。これにより、複数の第２小レンズ１３２の各々に、二次光源像が形成される。なお、第１小レンズ１２２，第２小レンズ１３２の外形形状は、液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂの画像形成領域の外形形状と略相似形となっている。

偏光変換素子１４０は、レンズアレイ１２０，レンズアレイ１３０から射出された光Ｌの偏光状態を揃えるものである。図８に示すように、偏光変換素子１４０は、複数の偏光変換セル１４１を含んでいる。偏光変換セル１４１は、第２小レンズ１３２と１対１で対応している。第２小レンズ１３２に形成された二次光源像からの光Ｌは、この第２小レンズ１３２に対応する偏光変換セル１４１の入射領域１４２に入射する。

偏光変換セル１４１の各々には、入射領域１４２に対応させて、偏光ビームスプリッター膜１４３（以下、ＰＢＳ膜１４３と称する）及び位相差板１４５が設けられている。入射領域１４２に入射した光Ｌは、ＰＢＳ膜１４３によりＰＢＳ膜１４３に対するＰ偏光Ｌ１とＳ偏光Ｌ２とに分離される。Ｐ偏光Ｌ１、Ｓ偏光Ｌ２の一方の偏光（ここではＳ偏光Ｌ２）は、反射部材１４４で反射した後、位相差板１４５に入射する。位相差板１４５に入射したＳ偏光Ｌ２は、位相差板１４５により偏光状態が他方の偏光（ここではＰ偏光Ｌ１）の偏光状態に変換されてＰ偏光Ｌ３になり、Ｐ偏光Ｌ１とともに射出される。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０から射出された光を被照明領域にて重畳させるものである。光源装置１００から射出された光は、空間的に分割された後、重畳されることにより輝度分布が均一化されて光線軸１００ａｘ周りの軸対称性が高められる。

色分離光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０、ミラー２３０、ミラー２４０、ミラー２５０、フィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ，フィールドレンズ３００Ｂ、リレーレンズ２６０、リレーレンズ２７０を含んでいる。ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０は、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる特性を有している。ここでは、ダイクロイックミラー２１０が緑色光と青色光とを反射させ、ダイクロイックミラー２２０が緑色光を反射させる。

光源装置１００から射出された光Ｌは、ダイクロイックミラー２１０に入射する。光Ｌのうちの赤色光Ｒは、ダイクロイックミラー２１０を通ってミラー２３０に入射し、ミラー２３０で反射してフィールドレンズ３００Ｒに入射する。赤色光Ｒは、フィールドレンズ３００Ｒにより平行化された後に、液晶ライトバルブ４００Ｒに入射する。

光Ｌのうちの緑色光Ｇと青色光Ｂとは、ダイクロイックミラー２１０で反射して、ダイクロイックミラー２２０に入射する。緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー２２０で反射してフィールドレンズ３００Ｇに入射する。緑色光Ｇは、フィールドレンズ３００Ｇにより平行化された後に、液晶ライトバルブ４００Ｇに入射する。

ダイクロイックミラー２２０を通った青色光Ｂは、リレーレンズ２６０を通りミラー２４０で反射した後、リレーレンズ２７０を通りミラー２５０で反射してフィールドレンズ３００Ｂに入射する。青色光Ｂは、フィールドレンズ３００Ｂにより平行化された後に、液晶ライトバルブ４００Ｂに入射する。

液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂは、例えば透過型の液晶ライトバルブ等の光変調装置により構成される。液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給するＰＣ等の信号源（図示略）と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂは、供給された画像信号に基づいて、入射光を画素ごとに変調して画像を形成する。液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂは、それぞれ赤色画像、緑色画像、青色画像を形成する。液晶ライトバルブ４００Ｒ，液晶ライトバルブ４００Ｇ，液晶ライトバルブ４００Ｂにより変調された光（形成された画像）は、色合成素子５００に入射する。

色合成素子５００は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤色光が反射し緑色光が透過するミラー面と、青色光が反射し緑色光が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。ダイクロイックプリズムに入射した緑色光は、ミラー面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズムに入射した赤色光、青色光は、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。このようにして３つの色光（画像）が重ね合わされて合成され、合成された色光が投写光学系６００によってスクリーンＳＣＲに拡大投写される。
本実施形態のプロジェクターＰＪは、以上のような構成となっている。

以上のような構成の光源装置１００によれば、励起光の利用効率が向上するとともに、エテンデュが小さい光源装置能とすることができる。

また、以上のような構成のプロジェクターＰＪによれば、高品質な画像表示が可能となる。

また、本実施形態においては、波長選択膜４３は、基板本体４２の一面に全面に設けることとしたが、蛍光体層４５が設けられる環状領域ＡＲに重なって設けられていれば、他の領域にはなくてもよい。

また、本実施形態においては、蛍光体層４５から励起光の補色である黄色の蛍光を射出することとし、光源装置１００全体として白色光を射出する構成であることとしたが、これに限らず、任意の色の蛍光を射出する蛍光体層を用いることが可能である。

また、本実施形態においては、光源装置１００から射出する光が、合成光学系８０で合成することとしたが、これに限らず、第１励起光Ｂ１と蛍光ＲＧとを別々に射出することとしても構わない。

また、本実施形態においては、第１合成ミラー８１とピックアップレンズ５０との間にダイクロイックミラー６０を設けているが、これに限らず、第１合成ミラー８１と第２合成ミラー８２との間にダイクロイックミラー６０を設けてもよい。

また、本実施形態においては、光源部１０から射出するレーザー光Ｂを導光光学系３０で分離することとしたが、光源部１０から発光素子４０を励起する光のみを射出することとしてもよい。その場合、プロジェクターＰＪでフルカラー表示を行うためには、別途青色光源を用意するとよい。

また、本実施形態においては、基板４１が回転軸周りを回転する構成の発光素子４０を用いることとしたが、発光素子を固定式とすることもできる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

１０…光源、１１…半導体レーザー光源（固体光源）、３０…導光光学系、４１…基板、４３…波長選択膜、４５…蛍光体層、５０…ピックアップレンズ（集光光学系）、６０…ダイクロイックミラー（波長選択ミラー）、７０…光拡散部材、８０…合成光学系、１００…光源装置、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…液晶ライトバルブ（光変調素子）、６００…投写光学系、ＡＲ…環状領域、ＰＪ…プロジェクター、ＲＧ…蛍光、

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられた蛍光体層と、
   前記蛍光体を励起する第１の光を含む光を射出する光源と、
   前記蛍光体層から射出される蛍光の波長帯域にあたる光を透過するとともに、前記第１の光のうち前記蛍光体層を透過した透過光のピーク波長にあたる光を反射する波長選択ミラーと、
   前記波長選択ミラーと前記蛍光体層との間の前記透過光の光路上に設けられた集光光学系と、を備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記基板は、少なくとも前記第１の光のピーク波長にあたる光を透過させる材料で形成され、
   前記蛍光体層は、前記基板に対して前記第１の光が入射する側とは反対側の面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記基板は、所定の回転軸の周りを回転可能に設けられ、
   前記蛍光体層は、前記基板上において、前記回転軸の周りの環状領域に設けられている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. 前記光源から射出される光から前記第１の光と第２の光とを分割する導光光学系を有し、
   前記蛍光と前記第２の光とを射出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 前記蛍光と前記第２の光とを合成する合成光学系を有してい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の光は、前記蛍光の補色の色光であることを特徴とする請求項４または５に記載の光源装置。
7. 前記蛍光体層と、前記基板の前記第１の光が入射する側の表面と、の間において、前記蛍光体層と平面視で重なり、前記第１の光のピーク波長にあたる光を透過させるとともに、前記蛍光の波長帯域にあたる光を反射する波長選択膜が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記光源は、前記第１の光として青色の波長帯域の光を射出することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光源装置。
9. 前記光源は、固体光源であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光源装置。
10. 前記光源は、半導体レーザーであることを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項の光源装置と、前記光源装置から射出される光を変調する光変調素子と、前記光変調素子によって変調された光を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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