JP2013178290A - 光源装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源として蛍光体を用いた３板式の投射型表示装置に搭載可能な光源装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザ１は励起光を射出する。反射型蛍光体組立体４２は半導体レーザ１から射出する励起光を受けて所定の色光の蛍光を射出する。ダイクロイックミラー２４は入射する励起光と入射する蛍光のいずれか一方を反射し他方を反射する。放熱部９は反射型蛍光体組立体の発する熱を放熱する。移動機構は反射型蛍光体組立体４２を反射型蛍光体組立体４２の面と平行方向に移動させる。アフォーカル光学系は反射型蛍光体組立体４２からの白色光の光束の大きさを変換する正の光学部材６と負の光学部材５を少なくとも１つずつ有する。
【選択図】図１７

Description

本発明は、光源装置およびそれを用いた投射表示装置に関する。

液晶プロジェクタ等の投射表示装置において、従来、光源として超高圧水銀ランプやキセノンランプ等の放電ランプが用いられてきた。近年、発光ダイオードや半導体レーザを光源等として用いることが検討されている。
特許文献１には、回転制御可能な円形状の透明基材に複数の扇形形状のセグメント領域を有し、透明基材のセグメント領域の少なくとも二つには、半導体レーザから射出する励起光を受けて所定の波長帯域光を発光する異なる蛍光体の層が配置され、可視光領域の励起光を蛍光体に照射する励起光源を備える光源装置が記載されている。

特開２００９−２７７５１６号公報

ところで、特許文献１に記載の光源装置は、蛍光体の層が形成された円板状の透明基材を回転させつつ、励起光を蛍光体の層に照射することにより、赤、緑、青３原色光を順番に射出させるものである。そのため、表示デバイスの３原色用信号を時間順次で切り替え、対応して３原色光を順番に照射するフィールドシーケンシャルカラー方式の投射表示装置には適しているが、３板式の投射表示装置にはそのままでは適用できないものであった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、光源として蛍光体を用いた３板式の投射型表示装置に搭載可能な光源装置を提供することを目的とする。また、蛍光体寿命を長寿命化することができる光源装置を提供することを目的とする。さらに、３原色の色度を調整することができる光源装置を提供することを目的とする。およびそれらを用いた投射型表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、以下の１）〜８）を提供する。

１）半導体レーザ（１）と、前記半導体レーザ（１）から射出する励起光を受けて所定の色光の蛍光を射出する反射型蛍光体組立体（４２）と、入射する前記励起光と入射する前記蛍光のいずれか一方を反射し他方を反射するダイクロイックミラー（２４）と、前記反射型蛍光体組立体の発する熱を放熱する放熱部（９）と、前記反射型蛍光体組立体を前記反射型蛍光体組立体の面と平行方向に移動させる移動機構（１０、１２、１４、１５）と、前記反射型蛍光体組立体からの前記蛍光の光束の大きさを変換する正の光学部材（６）と負の光学部材（５）を少なくとも１つずつ有するアフォーカル光学系と、を備えることを特徴とする光源装置。

２）半導体レーザ（１）と、前記半導体レーザ（１）から射出する励起光を受けて赤色光、緑色光、青色光成分を有する蛍光を白色光として射出する反射型蛍光体組立体（４）と、入射する前記励起光と入射する前記白色光のいずれか一方を反射し他方を反射するダイクロイックミラー（２）と、前記反射型蛍光体組立体（２）の発する熱を放熱する放熱部（９）と、前記反射型蛍光体組立体（４）を前記反射型蛍光体組立体（４）の面と平行方向に移動させる移動機構（１０、１２、１４、１５）と、前記反射型蛍光体組立体からの白色光の光束の大きさを変換する正の光学部材（６）と負の光学部材（５）を少なくとも１つずつ有するアフォーカル光学系と、を備えることを特徴とする光源装置。

３）蛍光として赤色光を発光する赤用蛍光体組立体エレメント、緑色光を発光する緑用蛍光体組立体エレメント、青色光を発光する青用蛍光体組立体エレメントを有する反射型蛍光体組立体（４１）と、前記反射型蛍光体組立体（４１）の発する熱を放熱する放熱部（９）と、前記赤用蛍光体、緑用蛍光体、青用蛍光体をそれぞれ励起する励起光を射出するそれぞれ少なくとも１つずつからなる半導体レーザ１と、それぞれの色に対する蛍光を反射し励起光を透過する前記赤用、緑用、青用のダイクロイックミラー（２１、２２、２３）と、前記反射型蛍光体組立体（４１）を前記反射型蛍光体組立体（４１）の面と平行な方向に移動させる移動機構（１０、１２、１４、１５）と、前記赤色光と前記緑色光と前記青色光とを前記複数のダイクロイックミラー（２１、２２、２３）で合成して得られる白色光の光束の大きさを変換する正の光学部材（６）と負の光学部材（５）を少なくとも１つずつ有するアフォーカル光学系と、を備えることを特徴とする光源装置。

４）蛍光として赤色光を射出する赤用蛍光体組立体エレメント、緑色光を射出する緑用蛍光体組立体エレメント、青色光を射出する青用蛍光体組立体エレメントが色の配列の方向に配列し、前記色の配列の方向と直交する方向には色の色度の異なる複数の蛍光体組立体エレメントを有する反射型蛍光体組立体（４１）と、前記反射型蛍光体組立体（４１）の発する熱を放熱する放熱部（９）と、前記赤用蛍光体、緑用蛍光体、青用蛍光体をそれぞれ励起する励起光を射出するそれぞれ少なくとも１つずつからなる半導体レーザ１と、それぞれの色に対する蛍光を反射し励起光を透過する前記赤用、緑用、青用のダイクロイックミラー（２１、２２、２３）と、前記反射型蛍光体組立体（４１）を前記反射型蛍光体組立体面（４１）と平行な方向であって前記色の配列の方向に移動させる移動機構（１０、１２、１４、１５）と、前記反射型蛍光体組立体（４１）を前記反射型蛍光体組立体（４１）の面と平行な方向であって前記色の色度の異なる蛍光体組立体エレメントの間で移動させる移動機構（１１、１３、１５）と、前記赤色光と前記緑色光と前記青色光とを前記複数のダイクロイックミラー（２１、２２、２３）で合成して得られる白色光の光束の大きさを変換する正の光学部材（６）と負の光学部材（５）を少なくとも１つずつ有するアフォーカル光学系と、を備えることを特徴とする光源装置。

５）蛍光として赤色光を発光する赤用蛍光体組立体エレメントおよび緑色光を発光する緑用蛍光体組立体エレメントを有する反射型蛍光体組立体（４１）と、前記反射型蛍光体組立体（４１）の発する熱を放熱する放熱部（９）と、前記赤用蛍光体および緑用蛍光体をそれぞれ励起する励起光を射出するそれぞれ少なくとも１つずつからなる半導体レーザ（１）と、青色光を射出する半導体レーザ（１）と、前記青色光を射出する半導体レーザ光を拡散する拡散部材（３５）と、それぞれの色に対する蛍光を反射し励起光を透過する前記赤用、緑用のダイクロイックミラー（２１、２２）と、前記反射型蛍光体組立体（４１）を前記反射型蛍光体組立体（４１）の面と平行な方向であって前記色の配列の方向に移動させる移動機構（１０、１２、１４、１５）と、前記赤色光と前記緑色光と前記青色光とを前記複数のダイクロイックミラー（２１、２２）で合成して得られる白色光の光束の大きさを変換する正の光学部材（６）と負の光学部材（５）を少なくとも１つずつ有するアフォーカル光学系と、を備えることを特徴とする光源装置。

６）蛍光として赤色光を射出する蛍光体組立体エレメントおよび緑色光を射出する蛍光体組立体エレメントが色の配列の方向に配列し、前記色の配列の方向と直交する方向には色の色度の異なる複数の蛍光体組立体エレメントを有する反射型蛍光体組立体（４１）と、前記反射型蛍光体組立体（４１）の発する熱を放熱する放熱部（９）と、前記赤用蛍光体および緑用蛍光体をそれぞれ励起する励起光を射出するそれぞれ少なくとも１つずつからなる半導体レーザ（１）と、青色光を射出する半導体レーザ（１）と、前記青色光を射出する半導体レーザ光を拡散する拡散部材（３５）と、それぞれの色に対する蛍光を反射し励起光を透過する前記赤用、緑用のダイクロイックミラー（２１、２２）と、前記反射型蛍光体組立体（４１）を前記反射型蛍光体組立体の面と平行な方向であって前記色の配列方向に移動させる移動機構（１０、１２、１４、１５）と、前記反射型蛍光体組立体（４１）を前記反射型蛍光体組立体の面と平行な方向であって色の色度の異なる蛍光体組立体エレメントの間で移動させる移動機構（１１、１３、１５）と、前記赤色光と前記緑色光と前記青色光とを前記複数のダイクロイックミラー（２１、２２）で合成して得られる白色光の光束の大きさを変換する正の光学部材（６）と負の光学部材（５）を少なくとも１つずつ有するアフォーカル光学系と、を備えることを特徴とする光源装置。

７）円板上の円周方向においては所定の角度毎に、蛍光として赤色光を射出する赤用蛍光体組立体エレメント、緑色光を射出する緑用蛍光体組立体エレメント、青色光を射出する青用蛍光体組立体エレメントが配置されるとともに、径方向においては色の色度の異なる蛍光体組立体エレメントが配置される反射型カラーホイール（４２）と、前記蛍光体を励起する励起光を射出する少なくとも１つからなる半導体レーザ（１）と、前記反射型カラーホイール（４２）を円板の中心を軸として所定の角度で回転させる回転機構（１０）と、前記反射型カラーホイール（４２）を前記反射型カラーホイール（４２）の面と平行な方向であって色の色度の異なる蛍光体組立体エレメントの間で移動させる移動機構（１３）と、入射する前記励起光と入射する前記蛍光のいずれか一方を反射し他方を反射するダイクロイックミラー（２）と、前記反射型カラーホイール（４２）からの光の光束の大きさを変換する正の光学部材（６）と負の光学部材（５）を少なくとも１つずつ有するアフォーカル光学系と、を備えることを特徴とする光源装置。

８）上記１）ないし７）のいずれか１項に記載の光源装置と、前記光源装置から発する光を変調するデバイス（１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂ）と、前記デバイスで変調された光を投射する投射レンズ（１１３）と、を備えることを特徴とする投射表示装置。

本発明によれば、光源として蛍光体を用いて３板式の投射型表示装置に搭載することができる光源装置を構成することができる。また、蛍光体寿命を長寿命化することができる光源装置を構成することができる。さらに、３原色の色度を調整することができる光源装置を構成することができる。および、それらを用いた３板式の投射型表示装置を構成することができる。

本発明の第１の実施形態の光源装置の原理的な構成を示す構成図である。 図１に示す反射型蛍光組立体４の断面図を示す 反射型蛍光組立体４の他の例を示す断面図である。 反射型蛍光組立体４の他の例を示す断面図である。 図１の原理的な構成の変形例を示す構成図である。 図１に示す光源装置の原理的な構成に対し、ヒートシンクを付加した状態を示す構成図である。 図５に示す構成に対し、ヒートシンクを付加した状態を示す構成図である。 本発明の第１の実施形態の光源装置２０１を示す構成図である。 図８の光源装置２０１における反射型蛍光体組立体４の移動機構を示す図である。 第２の実施形態の光源装置２０２を示す構成図である。 第２の実施形態のヒートシンク９２上に形成されている反射型蛍光体組立体４１の一例を示す正面図である。 図１０の光源装置２０２における反射型蛍光体組立体４１の移動機構を示す図である。 蛍光体組立体エレメントの選択により第２の実施形態の光源装置２０２から射出する３原色の色度が変わる例を模式的に示す色度図である。 第３の実施形態の光源装置２０３を示す構成図である。 第４の実施形態の光源装置２０４を示す構成図である。 第４の実施形態の光源装置２０４の反射型カラーホイール４の光入射面の構造を示す平面図である。 第５の実施形態の光源装置２０５を示す構成図である。 第５の光源装置２０５における反射型蛍光体組立体４２の移動機構を示す図である。 第２の実施形態に係る光源装置２０２を用いた投射型表示装置を示す図である。 第５の実施形態２０５に係る光源装置を用いた投射型表示装置を示す図である。

以下に、本発明に係る光源装置及び投射表示装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、全図において、共通な機能を有する部品には同一符号を付し、一度説明したものに関しては、説明の繰り返しを省略する。

＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態の光源装置の原理的な構成を示す構成図である。半導体レーザ１は紫外光、近紫外光、青紫光のいずれかの光を発光する。半導体レーザ１はＣＡＮタイプのものを１個使用している。半導体レーザ１から射出した光はダイクロイックミラー２で反射して光路を９０度曲げられる。ダイクロイックミラー２は、半導体レーザ１の射出光である紫外光、近紫外光、青紫光のいずれかを反射し、それらより長波長である青色光、緑色光、赤色光を透過する特性を有する。９０度曲げられた半導体レーザ光は第一の凸レンズ３により所定の位置に集光する。半導体レーザ光が集光する位置には、反射型蛍光体組立体４が配置されている。

図２は図１に示す反射型蛍光体組立体４の断面図を示す。反射型蛍光体組立体４の基材７は、ガラスまたは金属からなる。図２は基材７が金属の場合を示している。基材７としては少なくとも片面に鏡面処理が施されたもの、または鏡面状態であるものが用いられる。図２において、７ａは鏡面状態であることを示す。基材７の上に、紫外光、近紫外光、青紫光によって励起されて赤色光を発する蛍光体８Ｒと、紫外光、近紫外光、青紫光によって励起されて緑色光を発する蛍光体８Ｇと、紫外光、近紫外光、青紫光によって励起されて青色光を発する蛍光体８Ｂとがバインダ８ｂと混合されて所定厚みに塗布されている。ここで、蛍光体は沈殿法やプリントにて塗布される。蛍光体８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、半導体レーザ１の射出光を受けて、赤色光・緑色光、青色光を射出するが、反射型蛍光体組立体４全体としては、それらの光は混合して白色光を射出する。

図３、図４は反射型蛍光体組立体４の他の例を示す断面図である。図３の例では基材７はガラスである。ガラス基材の片面には、レーザ光である紫外光または近紫外光または青紫光を透過し可視光を反射するダイクロイックミラー等の反射膜７ｍが設けられる。反射膜７ｍの上に、蛍光体８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを混入して成型された成形品８ａが接着されている。蛍光体８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、半導体レーザ１の射出光を受けて、赤色光、緑色光、青色光を射出するが、反射型蛍光体組立体４全体としては、それらの光は混合して白色光を射出する。図４の例では、基材７はガラスである。また、蛍光体として白色蛍光体８Ｗが用いられる。以下の実施の形態において、基材７を金属にするかガラスにするか、蛍光体層を塗布する方法で設けるか、成形品を接着する方法で設けるかは、任意に組み合わせることができる。

図１に戻り、反射型蛍光体組立体４から射出した白色拡散光は第一の凸レンズ３で集光され、ダイクロイックミラー２を透過した後、負の光学部材として機能する凹レンズ５と正の光学部材として機能する第二の凸レンズ６によって、所望の直径の平行光とされる。ここで負の光学部材として機能する凹レンズ５と正の光学部材として機能する第二の凸レンズ６はアフォーカル系を構成する。

図５は、図１の原理的な構成の変形例を示す構成図である。図１においては、半導体レーザ１からの光線はダイクロイックミラー２で反射されるが、図５においては、半導体レーザ１からの光線がダイクロイックミラー２を透過する点が異なる。図５におけるダイクロイックミラー２は、半導体レーザ１の射出光である紫外光、近紫外光、青紫光のいずれかを透過し、それらより長波長である青色光、緑色光、赤色光を反射する特性を有する。

図６は図１に示す光源装置の原理的な構成に対し、ヒートシンクを付加した状態を示す構成図である。図１との違いは、半導体レーザ１を３個用いていること、半導体レーザ１はヒートシンク９１に接触して配置されていること、反射型蛍光体組立体４が放熱部として機能するヒートシンク９に接触して配置されていることである。図６では半導体レーザ１を３個使用しているが、３個に限定されない。

図７は、図５に示す構成に対し、ヒートシンクを付加した状態を示す構成図である。図１との違いは、半導体レーザ１を３個用いていること、半導体レーザ１はヒートシンク９１に接触して配置されていること、反射型蛍光体組立体４が放熱部として機能するヒートシンク９に接触して配置されていることである。図７では半導体レーザ１を３個使用しているが、３個に限定されない。図７におけるダイクロイックミラー２は、半導体レーザ１の射出光である紫外光、近紫外光、青紫光のいずれか透過し、それらより長波長である青色光、緑色光、赤色光を反射する特性を有する。

図８は本発明の第１の実施形態の光源装置２０１を示す構成図である。半導体レーザ１は紫外光または近紫外光または青紫光を発光する。図８では、ＣＡＮタイプの半導体レーザ１を３個使用した例を示すが、半導体レーザ１の個数は１個でも複数個でもよい。半導体レーザ１から射出した光はレンズ１ａにより略平行光とされ、ダイクロイックミラー２に向かう。ダイクロイックミラー２は、半導体レーザ１の射出光である紫外光、近紫外光、青紫光のいずれかを透過し、それらより長波長である青色光、緑色光、赤色光を反射する特性を有する。レンズ１ａにより略平行光とされたレーザ光はダイクロイックミラー２を透過し、レンズ３により収束光となって所定の位置に集光する。

半導体レーザ光が集光する位置には、反射型蛍光体組立体４が設けられる。反射型蛍光体組立体４は、ヒートシンク９２の片側を鏡面とされたもの又はヒートシンク９２上に成膜された金属反射膜の上に設けられる。蛍光体層は、図２、図３または図４で説明されたのと同じ構造、製法で設けられる。蛍光体層が蛍光体８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを含む場合、蛍光体８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、半導体レーザ１の射出光を受けて赤色光、緑色光、青色光を発光するが、赤色光・緑色光、青色光は混合して、反射型蛍光体組立体４からは白色光を射出する。蛍光体層が白色蛍光体を含む場合、当初から白色の蛍光を射出する。

反射型蛍光体組立体４から射出した白色光は、再びレンズ３に入射し平行光となり、ダイクロイックミラー２により反射され、負のレンズ５と正のレンズ６で構成されるレンズ系により所望の口径の平行光にして系外に射出する。これらのレンズはいわゆるアフォーカル光学系を構成する。
一方、蛍光体を励起する紫外光または近紫外光または青紫光であって発光に寄与することなく反射する成分は、ダイクロイックミラー２で反射することなく透過するため、系外に射出することはない。なお、図８に示す第１の実施形態の光源装置において、図６に示すように、ダイクロイックミラー２は白色光を透過し、励起光である半導体レーザ光を反射するような配置としてもよい。

図９は図８の光源装置２０１における反射型蛍光体組立体４の移動機構を示す図である。保持ジグ１５は、反射型蛍光体組立体４が設けられるヒートシンク９を保持する。保持ジグ１５は、ヒートシンク９を一方向に移動可能とする機構を有する。具体的には、保持ジグの側壁１５ａとヒートシンク９の一方の短手側面との間にばね１４が配置され、ヒートシンクの他方の短手側面にはカム１２が配置される。モータ１０によりカム１２が回転すると、ヒートシンク９は長手方向に移動する。一方、保持ジグ１５は、ヒートシンク９を短手方向には移動不能に保持する。このように、保持ジグ１５、ばね１４、カム１２、モータ１０は全体として移動機構として機能する。

反射型蛍光体組立体４が移動すると、反射型蛍光体組立体４に対する入射レーザ光の位置は相対的に変化する。種々の移動の態様が適用され得る。たとえば、定時間経過後に一定距離移動してもよいし、わずかな一定速度で移動してもよい。移動することで新たな蛍光体が使用され、その結果、反射型蛍光体組立体４の長寿命化が図られる。図９では、移動の方向は、ヒートシンク９の長手方向であるが、それ以外の方向を選択してもよい。また、後述する図１１のように、左右以外に上下方向を含め２次元的に移動させてもよい。

＜第２の実施形態＞
図１０は第２の実施形態の光源装置を示す構成図である。図８では、半導体レーザ１、ダイクロイックミラー２、第１の凸レンズが１系統であるのに対し、図１０では、３系統の半導体レーザ１、ダイクロイックミラー２１、２２、２３、第１の凸レンズ３１、３２、３３を有している点が異なる。半導体レーザ１は紫外光、近紫外光、青紫光のいずれかを発光する。半導体レーザ１はＣＡＮタイプのものを使用している。３系統の半導体レーザ１から発せられた光はそれぞれのレンズ１ａにより略平行光とされ、それぞれの系統のダイクロイックミラー２１、２２、２３を透過してそれぞれの系統の第１のレンズ３１、３２、３３によりそれぞれ所定の位置に集光する。半導体レーザ光が集光する位置には、反射型蛍光体組立体４１が設けられている。

図１１は、図１０に示すヒートシンク９上に形成されている反射型蛍光体組立体４１の一例を示す正面図である。本実施形態における反射型蛍光体組立体４１の構造、製法は、基本的に第１の実施形態の光源装置の場合と同じであるが、互いに異なる蛍光体層を有する蛍光組立体エレメントが２次元的に配置されている点が異なる。すなわち、３原色の色の配列に対応して、３つの蛍光体組立体エレメントが配置され、かつ、直交する方向には、色度の異なるスペクトルを発光する蛍光体組立体エレメントが配置されている。

具体的には、図１１の下段においては、左から右に向かって蛍光体組立体エレメントＲ１、Ｇ１、Ｂ１が配置されている。中段においては、左から右に向かって蛍光体組立体エレメントＲ２、Ｇ２、Ｂ２が、上段においては、左から右に向かって蛍光体組立体エレメントＲ３、Ｇ３、Ｂ３が配置されている。
一方、図１１を上下方向に見ると、左側の列では、下から上に向かって蛍光体組立体エレメントＲ１、Ｒ２、Ｒ３が配置されている。中央の列では、下から上に向かって蛍光体組立体エレメントＧ１、Ｇ２、G３が、右側の列では、下から上に向かってＢ１、Ｂ２、Ｂ３の蛍光体組立体エレメントが配置されている。ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂの次の数字は系列を示す。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は同じ赤色光を発光するが色の色度が互いに異なる蛍光体組立体エレメントである。Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３は同じ緑色光を発光するが光の色度が互いに異なる蛍光体組立体エレメントである。Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は同じ青色光を発光するが色の色度が互いに異なる蛍光体組立体エレメントである。

図１２は図１０の光源装置における反射型蛍光体組立体４１の移動機構を示す図である。保持ジグ１５は、反射型蛍光体組立体４が設けられるヒートシンク９を保持する。保持ジグ１５は、ヒートシンク９を一方向に移動可能とする機構を有する。具体的には、保持ジグの側壁１５ａとヒートシンク９の一方の短手側面の間にばね１４が配置され、ヒートシンク９の他方の短手側面にはカム１２が配置される。モータ１０によりカム１２が回転することにより、ヒートシンク９は長手方向に移動する。一方、保持ジグ１５は、ヒートシンク９を短手方向には移動不能に保持する。

一方、保持ジグ１５自体は図示されていない部材により、保持ジグ１５の短手方向に移動可能に保持される。モータ１０に回転により保持ジグ短手側面に当接するギア１３が回転することで、保持ジグ１５は保持ジグ１５の短手方向に移動する。保持ジグ１５は長手方向には移動できない。

以上の結果、ヒートシンク９上の反射型蛍光体組立体４１は直交する２方向に移動可能とされる。図１２においては、保持ジグ１５、ばね１４、カム１２、ギア１３、モータ１０、１１は全体として移動機構として機能する。

反射型蛍光体組立体４が図１２の左右方向に移動すると、反射型蛍光体組立体４に対する入射レーザ光の位置は相対的に変化する。種々の移動の態様が適用され得る。たとえば、定時間経過後に一定距離移動してもよいし、わずかな一定速度で移動してもよい。移動することで新たな蛍光体が使用され、その結果、反射型蛍光体組立体４の長寿命化が図られる。

次に、反射型蛍光体組立体４が図１２の上下方向に移動する場合を説明する。当初、半導体レーザ光は蛍光体組立体エレメントＲ１、Ｇ１、Ｂ１に入射しているとして、保持ジグが移動することにより、半導体レーザ光は蛍光体組立体エレメントＲ２、Ｇ２、B２に入射し、さらに保持ジグが移動すると、半導体レーザ光は蛍光体組立体エレメントＲ３、Ｇ３、Ｂ３に入射する。すなわち、半導体レーザ光の照射領域をそれぞれの色の色度が異なる蛍光体組立体エレメントの間で移動させることで、色の色度が異なる蛍光体組立体エレメントを選択し、３原色の色度を変えることができ、色再現範囲の変更を可能とする。図１３は、蛍光体組立体エレメントの選択により第２の実施形態の光源装置２０２から射出する３原色の色度が変わる例を模式的に示す色度図である。例えば、蛍光体組立体エレメントの組合せがＲ１、Ｇ１、Ｂ１の場合には実線の三角形の色再現範囲、蛍光体組立体エレメントの組合せがＲ２、Ｇ２、Ｂ２の場合には一点鎖線の三角形の色再現範囲、蛍光体組立体エレメントの組合せがＲ３、Ｇ３、Ｂ３の場合には点線三角形の色再現範囲というように色再現範囲が変化する。

図１０に戻り、反射型蛍光体組立体４の蛍光体から射出した赤色光、緑色光、青色光は、再びレンズ３１、３２、３３に入射し略平行光となり、ダイクロイックミラー２１、２２、２３により、反射され負のレンズ５と正のレンズ６で構成されるレンズ系により所望の口径の平行光にして系外に射出する。ここで、ダイクロイックミラー２１、２２、２３は半導体レーザの射出光である紫外光、近紫外光、青紫光のいずれかを透過する特性を有する。また図１０の配置の場合、ダイクロイックミラー２１は赤色光を反射、緑色光、青色光を透過する特性を有する。また、ダイクロイックミラー２２は緑色光を反射し、青色光を透過する特性を有する。また、ダイクロイックミラー２３は青色光を反射する特性を有する。赤緑青の順序が異なれば、ダイクロイックミラー２１、２２、２３の特性は上記の特性とは異なる。なお、蛍光体を励起する紫外光または近紫外光または青紫光であって発光に寄与することなく反射する成分は、ダイクロイックミラーで反射することなく透過するため、系外に射出することはない。

本実施形態の光源装置は、第１の実施例の光源装置と異なり３原色用の蛍光体組立体エレメントを個別に配置し、励起光源もそれぞれ配置する。そのため、同じ光束を射出するのに蛍光体へ照射する励起光の単位面積あたりのエネルギーが少ない。したがって、さらなる高輝度化をすることができる。その際、３原色用の各々の半導体レーザ１の個数は、３原色用それぞれに必要な蛍光の輝度に対応した必要最小限の個数でよい。また青色光、緑色光、赤色光のそれぞれの蛍光の輝度を個々の半導体レーザ１の出力を個別に制御して白バランスを調整することもできる。
なお、図１０において、反射型蛍光体組立体４１が赤用、緑用、青用の蛍光体組立体エレメント各１つのみであり、保持ジグ１５全体が移動しない態様であってもよい。

＜第３の実施形態＞
図１４は第３の実施形態の光源装置２０３を示す構成図である。図１０に示した第２の実施形態の光源装置２０２との相違点は、青色光について、レーザ光源を直接照明光として用いる点である。それ以外の構成は図１０と同様であり、同様な部分の説明は省略する。青色光を発する半導体レーザ１は、凹レンズ５と第２の凸レンズ６で作る光軸の延長上の点に配置される。半導体レーザ光はレンズ１ａ、レンズ１ｃで集光され拡散板３５に入射する。拡散板３５で拡散した半導体レーザ光はレンズ３４で平行光とされ２枚のダイクロイックミラーを透過して、凹レンズ５と第２の凸レンズ６で構成されるレンズ系により所望の口径の平行光にして系外に射出する。

図１４において、ヒートシンク９上の反射型蛍光体組立体４１は直交する２方向に移動可能とされ、反射型蛍光体組立体４１は赤用、緑用とも複数の蛍光体組立体エレメントを有する。なお、反射型蛍光体組立体４１が赤用、緑用、青用の蛍光体組立体エレメント各１つのみを有し、保持ジグ１５全体が移動しない態様であってもよい。

＜第４の実施形態＞
図１５は第４の実施形態の光源装置２０４を示す構成図である。半導体レーザ１は紫外光、近紫外光、青紫光のいずれかを発光する。図１５では、ＣＡＮタイプの半導体レーザ１を３個使用した例を示すが、３個には限定されない。半導体レーザ１から射出した光はレンズ１ａにより略平行光とされ、ダイクロイックミラー２に向かう。ダイクロイックミラー２は、半導体レーザの射出光である紫外光、近紫外光、青紫光を反射し、それらより長波長である青色光、緑色光、赤色光を透過する特性を有する。レンズ１ａにより略平行光とされたレーザ光はダイクロイックミラー２で反射されて９０度向きを変えられ、レンズ３により収束光となって所定の位置に集光する。レーザ光が集光する位置には、反射型カラーホイール４が配置される。

反射型カラーホイール４３は円板状の形状を有する。反射型カラーホイール４３の基材は、ガラスまたは金属からなる。金属基材は、少なくとも片面に鏡面処理が施されたもの、または鏡面状態であるものが用いられる。ガラス基材の場合は、レーザ光である紫外光または近紫外光または青紫光を透過し可視光を反射するダイクロイックミラー等の反射膜がその片側に設けられる。反射型カラーホイール４３の中心部分は回転機構として機能するモータ１０と接続しており、反射型カラーホイール４３は回転可能な状態で配置されている。一方、図示されていないモータとギア１３により構成される移動機構は反射型カラーホイール４３を上下に変位させる。

図１６は、第４の実施形態の光源装置２０４の反射型カラーホイール４３の光入射面の構造を示す平面図である。蛍光体組立体エレメント８ＲＬまたは蛍光体組立体エレメント８ＧＬまたは蛍光体組立体エレメント８ＢＬは、図２または図３にて説明した構造を有している。３種類の蛍光体組立体エレメントは、円周方向に等分に分割されており、各蛍光体組立体エレメントは円周方向に２０度の領域を占有する（この角度をセグメント角度と称する）。なお、蛍光体組立体エレメント８ＲＬまたは蛍光体組立体エレメント８ＧＬまたは蛍光体組立体エレメント８ＢＬのセグメント角度は、最終的に得られる３原色の強度比、すなわち、ホワイトバランスが所定の値になるように異なる角度に設定してもよい。一方、径方向には、同じ色ではあるが色度の異なる蛍光を発光する蛍光体組立体エレメントを外周から内周にむかって配置する。赤では、外周から内周にむかってＲ１、Ｒ２、Ｒ３の蛍光体組立体エレメントを、緑ではＧ１、Ｇ２、Ｇ３の蛍光体組立体エレメントを、青ではＢ１、Ｂ２、Ｂ３の蛍光体組立体エレメントを配置する。ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂの次の数字は系列を示す。

このような反射型カラーホイール４３を十分に早い速度で回転させることで、３板式投射型表示装置において使用できる光源を可能にする。反射型カラーホイール４３は、時間順次に射出する３原色が白色光と見なせるような回転数で回転する。一般的に、いわゆるカラーブレイクの見えない周波数が１０００Ｈｚ以上であるとされている。いま、セグメント角度（個々の蛍光体組立体エレメントの角度）をＳ（度）、反射型カラーホイール４３の回転数をＲ（ｒｐｍ）、１秒間のＲＧＢ光の点灯サイクルをＸとして、
Ｘ＝（Ｒ÷６０）×（３６０÷（３×Ｓ））＝（２×Ｒ）÷Ｓであるから、
カラーブレイクの見えない下限の回転数は、
Ｒ＝（Ｓ×Ｘ）÷２
となる。Ｘ＝１０００Ｈｚと置くと、
Ｒ＝５００×Ｓ
となる。

図１６の場合Ｓ＝２０度であるから、反射型カラーホイール４３の回転数は、Ｒ＝１００００（ｒｐｍ）となる。Ｓ＝８度ではＲ＝４０００（ｒｐｍ）、Ｓ＝２度ではＲ＝１０００（ｒｐｍ）となる。また、反射型カラーホイール４３の回転は表示素子の映像表示の期間と同期する必要は無く、又反射型カラーホイール４３の回転数に回転ムラがあっても問題はない。

一方、上述の移動機構で反射型カラーホイール４３を上下に変位させることで、１番の系列の蛍光体組立体エレメント、２番の系列の蛍光体組立体エレメント、３番の系列の蛍光体組立体エレメントを選択することができ、３原色（青色光、緑色光、赤色光）の発光スペクトルが変わり３原色の色度の調整が可能である。外周側の蛍光体組立体エレメントほど、同じ角度における面積が大きくなることから、使用頻度の高い色相を外周側に配置することが、蛍光体の長寿命化の点で望ましい。

蛍光体層を射出する蛍光は、レンズ２により略平行光になり、ダイクロイックミラーを透過し負のレンズ３と正のレンズ４で構成されるレンズ系により所望の口径の平行光にして系外に射出する。一方、半導体レーザ光で蛍光の発光に寄与することなく反射する成分は、ダイクロイックミラーで透過することなく反射するため、系外に射出することはない。なお、図１５に示す第４の実施形態の光源装置において、図８に示すように、ダイクロイックミラー２は白色光を反射し、励起光である半導体レーザ光を透過するような配置としてもよい。

＜第５の実施形態＞
図１７は本発明の第５の実施形態の光源装置２０５を示す構成図である。第５の実施形態の光源装置は、図８に示す第１の実施形態の光源装置と外観構成が同一である。また、蛍光体層は、図２、図３または図４で説明されたのと同じ構造、製法で設けられる。第１の実施形態の光源装置との相違点は、第１の実施形態において、反射型蛍光体組立体４は、白色光を発光する蛍光体を使用しているのに対し、第５の実施形態において、反射型蛍光体組立体４２は、所定の光として、青色光または緑色光または赤色光を発光する蛍光体を使用する点である。具体的には、蛍光体層は蛍光体８Ｒ、８Ｇ、８Ｂのいずれかを含む。蛍光体８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、半導体レーザ１の射出光を受けて赤色光、緑色光、青色光を発光する。また、ダイクロイックミラー２４は、半導体レーザ１の射出光である紫外光、近紫外光、青紫光のいずれかを透過し、それらより長波長である蛍光体の発光光を反射する特性を有する。それ以外は図８の構成と同じである。

図１８は図１７の光源装置２０５における反射型蛍光体組立体４２の移動機構を示す図である。反射型蛍光体組立体４２が異なる以外は図９と同じであるので、重複する説明は省略する。

図１９は、第２の実施形態に係る光源装置２０２を用いた投射型表示装置を示す図である。光源装置から射出した照明光（白色光）は、第１のインテグレータ１０１及び第２のインテグレータ１０２により光の輝度分布を均一化され、偏光変換素子１０３により、偏光方向を一方向に揃えられる。本実施形態では、偏光変換素子１０３を射出した光の偏光方向はＰ偏光（電界ベクトルが紙面と平行な偏光）である。偏光変換素子１０３を射出したＰ偏光は、コンデンサレンズ１０４を透過して、Ｂ／ＲＧ分離クロスダイクロイックミラー１０５で青色光（Ｐ偏光）と赤緑色光（Ｐ偏光）に分離される。青色光（Ｐ偏光）はミラー１０６で光路を曲げられ Ｂフィールドレンズ１０９ｂを通過する。

Ｂフィールドレンズ１０９ｂを通過したＰ偏光は、ワイヤーグリッド型偏光ビームスプリッタ（以下、「ＷＧ−ＰＢＳ」という。）１１０ｂを透過し、Ｂ用デバイス１１１ｂで変調された光の内Ｓ偏光成分がＢ用 ＷＧ−ＰＢＳ１１０ｂで反射され合成ダイクロイックプリズム１１２に向かう。Ｂ／ＲＧ分離クロスダイクロイックミラー１０５で分離された赤緑色光は、ミラー１０７で光路を曲げられ、ＲＧダイクロイックミラー１０８で赤色光と緑色光に分離され、青色光の場合と同様、フィールドレンズ１０９ｒ、１０９ｇ、 ＷＧ−ＰＢＳ１１０ｒ、１１０ｇと通過し、デバイス１１１ｒ、１１１ｇで変調された光の内Ｓ偏光成分が ＷＧ−ＰＢＳ１１０ｒ、１１０ｇで反射され後合成ダイクロイックプリズム１１２に向かう。合成ダイクロイックプリズム１１２で３色が合成され投射レンズ１１３でスクリーンに投影される。

以上、第２の実施形態に係る光源装置を用いた投射型表示装置と同様に、第１、第３、第４実施形態に係る光源装置も投射表示装置の光源部分として用いることができる。

図２０は、本発明の第５の実施形態に係る光源装置２０５を用いた投射型表示装置を示す図である。光源装置から射出した青色光、緑色光、赤色光は、それぞれ第１のインテグレータ１０１ｂ、１０１ｇ、１０１ｒ及び第２のインテグレータ１０２ｂ、１０２ｇ、１０２ｒにより光の輝度分布が均一化され、偏光変換素子１０３１b、１０３１ｇ、１０３１rにより、偏光方向が一方向に揃えられる。本実施形態では、偏光変換素子１０３１b、１０３１ｇ、１０３１rを射出した光の偏光方向はＰ偏光（電界ベクトルが紙面と平行な偏光）である。偏光変換素子を射出した青色光はコンデンサ１０４１b、フィールドレンズ１０９bを透過する。偏光変換素子を射出した緑色光はコンデンサレンズ１０４１ｇ、フィールドレンズ１０９ｇを透過する。偏光変換素子を射出した赤色光はコンデンサレンズ１０４１r、フィールドレンズ１０９rを透過する。

フィールドレンズ１０９ｂ、１０９ｇ、１０９ｒを通過した青色光、緑色光、赤色光（Ｐ偏光）は、それぞれワイヤーグリッド型偏光ビームスプリッタ（以下、「ＷＧ−ＰＢＳ」という。）１１０ｂ、１１０ｇ、１１０ｒを透過し、Ｂ用デバイス１１１ｂ、Ｇ用デバイス１１１ｇ、Ｒ用デバイス１１１ｒで変調されつつ反射される。変調された光の内Ｓ偏光成分が ＷＧ−ＰＢＳ１１０ｂ、１１０ｇ、１１０ｒで反射され合成ダイクロイックプリズム１１２に向かう。合成ダイクロイックプリズム１１２で３色が合成され投射レンズ１１３でスクリーンに投影される。

また、上記実施例の投射型表示装置は反射型液晶素子を用いているが、透過型液晶素子を用いてもよい。

１ 半導体レーザ、１ａ レンズ、１ｃ レンズ、
２ ２１、２２、２３、２４ ダイクロイックミラー、
３ ３１、３２、３３、 第一の凸レンズ、
４、４１、４２ 反射型蛍光体組立体、４３ 反射型カラーホイール、
５ 凹レンズ（負の光学部材）、６ 第二の凸レンズ（正の光学部材）、
７ 基材、８ 蛍光体層、
８Ｒ 赤用蛍光体、８Ｇ 緑用蛍光体、８Ｂ 青用蛍光体、
８ＲＬ 赤用蛍光体組立体エレメント、８ＧＬ 緑用蛍光体組立体エレメント、
８ＢＬ 青用蛍光体組立体エレメント、
９ ヒートシンク（放熱部）
９１、９２ ヒートシンク、
１０、１１ モータ（回転機構）、
１２ カム（移動機構）、１３ ギア（移動機構）、
１４ ばね（移動機構）、１５ 保持ジグ（移動機構）、
３４ レンズ、３５ 拡散板、
１０１ 第１のインテグレータ、１０２ 第２のインテグレータ、
１０３、１０３１ｒ、１０３１ｇ、１０３１ｂ 偏光変換素子、
１０４、１０４１ｒ、１０４１ｇ、１０４１ｂ コンデンサレンズ、
１０５ Ｂ／ＲＧ分離クロスダイクロイックミラー、１０６ ミラー、
１０７ ミラー、１０８ ＲＧダイクロイックミラー、
１０９ｒ、１０９ｇ １０９ｂ フィールドレンズ、
１１０ｒ、１１０ｇ、１１０ｂ ＷＧ−ＰＢＳ、
１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂ デバイス、
１１２ 合成ダイクロイックプリズム、１１３ 投射レンズ、
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５ 光源装置

Claims (8)

1. 半導体レーザと、
   前記半導体レーザから射出する励起光を受けて所定の色光の蛍光を射出する反射型蛍光体組立体と、
   入射する前記励起光と入射する前記蛍光のいずれか一方を反射し他方を反射するダイクロイックミラーと、
   前記反射型蛍光体組立体の発する熱を放熱する放熱部と、
   前記反射型蛍光体組立体を前記反射型蛍光体組立体の面と平行方向に移動させる移動機構と、
   前記反射型蛍光体組立体からの前記蛍光の光束の大きさを変換する正の光学部材と負の光学部材を少なくとも１つずつ有するアフォーカル光学系と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
2. 半導体レーザと、
   前記半導体レーザから射出する励起光を受けて赤色光、緑色光、青色光成分を有する蛍光を白色光として射出する反射型蛍光体組立体と、
   入射する前記励起光と入射する前記白色光のいずれか一方を反射し他方を反射するダイクロイックミラーと、
   前記反射型蛍光体組立体の発する熱を放熱する放熱部と、
   前記反射型蛍光体組立体を前記反射型蛍光体組立体の面と平行方向に移動させる移動機構と、
   前記反射型蛍光体組立体からの白色光の光束の大きさを変換する正の光学部材と負の光学部材を少なくとも１つずつ有するアフォーカル光学系と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
3. 蛍光として赤色光を発光する赤用蛍光体組立体エレメント、緑色光を発光する緑用蛍光体組立体エレメント、青色光を発光する青用蛍光体組立体エレメントを有する反射型蛍光体組立体と、
   前記反射型蛍光体組立体の発する熱を放熱する放熱部と、
   前記赤用蛍光体、緑用蛍光体、青用蛍光体をそれぞれ励起する励起光を射出するそれぞれ少なくとも１つずつからなる半導体レーザと、
   それぞれの色に対する蛍光を反射し励起光を透過する前記赤用、緑用、青用のダイクロイックミラーと、
   前記反射型蛍光体組立体を前記反射型蛍光体組立体の面と平行な方向に移動させる移動機構と、
   前記赤色光と前記緑色光と前記青色光とを前記複数のダイクロイックミラーで合成して得られる白色光の光束の大きさを変換する正の光学部材と負の光学部材を少なくとも１つずつ有するアフォーカル光学系と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
4. 蛍光として赤色光を射出する赤用蛍光体組立体エレメント、緑色光を射出する緑用蛍光体組立体エレメント、青色光を射出する青用蛍光体組立体エレメントが色の配列の方向に配列し、前記色の配列の方向と直交する方向には色の色度の異なる複数の蛍光体組立体エレメントを有する反射型蛍光体組立体と、
   前記反射型蛍光体組立体の発する熱を放熱する放熱部と、
   前記赤用蛍光体、緑用蛍光体、青用蛍光体をそれぞれ励起する励起光を射出するそれぞれ少なくとも１つずつからなる半導体レーザと、
   それぞれの色に対する蛍光を反射し励起光を透過する前記赤用、緑用、青用のダイクロイックミラーと、
   前記反射型蛍光体組立体を前記反射型蛍光体組立体面と平行な方向であって前記色の配列の方向に移動させる移動機構と、
   前記反射型蛍光体組立体を前記反射型蛍光体組立体の面と平行な方向であって前記色の色度の異なる蛍光体組立体エレメントの間で移動させる移動機構と、
   前記赤色光と前記緑色光と前記青色光とを前記複数のダイクロイックミラーで合成して得られる白色光の光束の大きさを変換する正の光学部材と負の光学部材を少なくとも１つずつ有するアフォーカル光学系と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
5. 蛍光として赤色光を発光する赤用蛍光体組立体エレメントおよび緑色光を発光する緑用蛍光体組立体エレメントを有する反射型蛍光体組立体と、
   前記反射型蛍光体組立体の発する熱を放熱する放熱部と、
   前記赤用蛍光体および緑用蛍光体をそれぞれ励起する励起光を射出するそれぞれ少なくとも１つずつからなる半導体レーザと、
   青色光を射出する半導体レーザと、
   前記青色光を射出する半導体レーザ光を拡散する拡散部材と、
   それぞれの色に対する蛍光を反射し励起光を透過する前記赤用、緑用のダイクロイックミラーと、
   前記反射型蛍光体組立体を前記反射型蛍光体組立体の面と平行な方向であって前記色の配列の方向に移動させる移動機構と、
   前記赤色光と前記緑色光と前記青色光とを前記複数のダイクロイックミラーで合成して得られる白色光の光束の大きさを変換する正の光学部材と負の光学部材を少なくとも１つずつ有するアフォーカル光学系と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
6. 蛍光として赤色光を射出する蛍光体組立体エレメントおよび緑色光を射出する蛍光体組立体エレメントが色の配列の方向に配列し、前記色の配列の方向と直交する方向には色の色度の異なる複数の蛍光体組立体エレメントを有する反射型蛍光体組立体と、
   前記反射型蛍光体組立体の発する熱を放熱する放熱部と、
   前記赤用蛍光体および緑用蛍光体をそれぞれ励起する励起光を射出するそれぞれ少なくとも１つずつからなる半導体レーザと、
   青色光を射出する半導体レーザと、
   前記青色光を射出する半導体レーザ光を拡散する拡散部材と、
   それぞれの色に対する蛍光を反射し励起光を透過する前記赤用、緑用のダイクロイックミラーと、
   前記反射型蛍光体組立体を前記反射型蛍光体組立体の面と平行な方向であって前記色の配列方向に移動させる移動機構と、
   前記反射型蛍光体組立体を前記反射型蛍光体組立体の面と平行な方向であって色の色度の異なる蛍光体組立体エレメントの間で移動させる移動機構と、
   前記赤色光と前記緑色光と前記青色光とを前記複数のダイクロイックミラーで合成して得られる白色光の光束の大きさを変換する正の光学部材と負の光学部材を少なくとも１つずつ有するアフォーカル光学系と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
7. 円板上の円周方向においては所定の角度毎に、蛍光として赤色光を射出する赤用蛍光体組立体エレメント、緑色光を射出する緑用蛍光体組立体エレメント、青色光を射出する青用蛍光体組立体エレメントが配置されるとともに、径方向においては色の色度の異なる蛍光体組立体エレメントが配置される反射型カラーホイールと、前記蛍光体を励起する励起光を射出する少なくとも１つからなる半導体レーザと、
   前記反射型カラーホイールを円板の中心を軸として所定の角度で回転させる回転機構と、
   前記反射型カラーホイールを前記反射型カラーホイールの面と平行な方向であって色の色度の異なる蛍光体組立体エレメントの間で移動させる移動機構と、
   入射する前記励起光と入射する前記蛍光のいずれか一方を反射し他方を反射するダイクロイックミラーと、
   前記反射型カラーホイールからの光の光束の大きさを変換する正の光学部材と負の光学部材を少なくとも１つずつ有するアフォーカル光学系と、
   を備えることを特徴とする光源装置。
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、
   前記光源装置から発する光を変調するデバイスと、
   前記デバイスで変調された光を投射する投射レンズと、
   を備えることを特徴とする投射表示装置。
   
   
   

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