JP2015135436A - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】スペックルの発生が防止された光源装置およびプロジェクターを提供する。【解決手段】第１励起光源から射出される第１の波長帯の励起光によって第２の波長帯の蛍光を射出する第１の蛍光発光素子と、第２励起光源から射出される第３の波長帯の励起光によって第４の波長帯の蛍光を射出する第２の蛍光発光素子と、第２の波長帯の蛍光と第４の波長帯の蛍光を合成する合成手段と、を備え、合成手段は、前記第１の波長帯の励起光を透過又は反射させ、前記第３の波長帯の励起光を反射又は透過させ、前記第２の波長帯の蛍光を反射又は透過させ、前記第４の波長帯の蛍光を透過又は反射させる光学素子である光源装置に関する。【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関するものである。

従来、照明装置から射出された照明光により光変調装置を照明し、その光変調装置により変調されて射出された画像光を投射光学系によりスクリーンに拡大投射するプロジェクターが広く知られている。近年、プロジェクター用の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーなどのレーザー光源が注目されている。

レーザー光源を用いた照明装置として、半導体レーザーから射出された励起光（青色光）と、この励起光により蛍光体を励起することによって生成された蛍光光（赤色光、緑色）とを利用することが行われている。（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００９−２７７５１６号公報

しかしながら、上記従来技術においては、照明装置から照射される光にレーザー光が混じっているため、スペックルが少なからず発生してしまうといった問題があった。

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、スペックルの発生が防止された光源装置およびプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明の第１態様に従えば、第１励起光源から射出される第１の波長帯の励起光によって第２の波長帯の蛍光を射出する第１の蛍光発光素子と、第２励起光源から射出される第３の波長帯の励起光によって第４の波長帯の蛍光を射出する第２の蛍光発光素子と、前記第２の波長帯の蛍光と前記第４の波長帯の蛍光を合成する合成手段と、を備え、前記合成手段は、前記第１の波長帯の励起光を透過又は反射させ、前記第３の波長帯の励起光を反射又は透過させ、前記第２の波長帯の蛍光を反射又は透過させ、前記第４の波長帯の蛍光を透過又は反射させる光学素子である光源装置が提供される。

第１態様に係る光源装置によれば、非コヒーレンス光である蛍光のみを合成することで画像形成用の光が生成される。よって、コヒーレンス光によるスペックルノイズの無い光を射出することができる。

上記第１態様において、前記第２の蛍光発光素子は、第１の蛍光体層と第２の蛍光体層とを含み、前記第１の蛍光体層からの光と前記第２の蛍光体層からの光とが合成されることで前記第４の波長帯の蛍光が生成される構成としてもよい。
この構成によれば、第１の蛍光体層からの光と第２の蛍光体層からの光とを合成することによって第４の波長帯の蛍光が得られるため、ひとつの蛍光体層によって第４の波長帯の蛍光を得る場合と比較して、それぞれの蛍光体層にかかる熱的負荷が小さくなる。そのため、熱による蛍光体層の発光効率の低下を小さく抑えることができる。

本発明の第２態様に従えば、照明光を照射する照明装置と、前記照明光を画像情報に応じて変調することによって画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備え、前記照明装置として、上記第１態様に係る光源装置を用いるプロジェクターが提供される。

第２態様に係るプロジェクターの構成によれば、上述の光源装置を照明装置として備えるので、本プロジェクター自体もスペックルフリーで明るい画像を投射することができる。

第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す平面図である。 第１実施形態に係る照明装置の概略構成を示す平面図である。 第２実施形態に係る照明装置の概略構成を示す平面図である。 第３実施形態に係る照明装置の概略構成を示す平面図である。 第４実施形態に係る照明装置の概略構成を示す平面図である。 第５実施形態に係る照明装置の概略構成を示す平面図である。

以下、本発明の光源装置及びプロジェクターの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１実施形態）
本実施形態に係るプロジェクターの構成について説明する。図１は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す平面図である。
プロジェクター１は、図１に示すように、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像（画像）を表示する投射型画像表示装置であり、照明装置として本発明の光源装置の一実施形態に係るものを備えている。また、プロジェクター１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。さらに、プロジェクター１は、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー（レーザー光源）を用いている。

プロジェクター１は、図１に示すように、照明光（白色光）ＷＬを射出する照明装置（光源装置）２と、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢに分離する色分離光学系３と、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを画像情報に応じて変調し、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢに対応した画像光を形成する光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからの画像光を合成する合成光学系５と、合成光学系５からの画像光をスクリーンＳＣＲに向かって投射する投射光学系６とを概略備えている。

色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを概略備えている。

このうち、第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲとその他の色光ＬＧ，ＬＢとに分離する機能を有し、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の色光ＬＧ，ＬＢを反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、その他の色光ＬＧ，ＬＢを緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する機能を有し、分離された緑色光ＬＧを反射すると共に、青色光ＬＢを透過する。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。なお、緑色光ＬＧについては、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路の、第２のダイクロイックミラー７ｂの下流に配置されている。第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路長が赤色光ＬＲや緑色光ＬＧの光路長よりも長くなることによる青色光ＬＢの光損失を補償する機能を有している。

光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ各々は、液晶パネルからなり、入射側及び射出側それぞれに図示しない偏光板を備えている。光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ各々は、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを画像情報に応じて変調することによって画像光を形成する。

また、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射面側には、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに入射する各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを平行化するフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。

合成光学系５は、クロスダイクロイックプリズムからなり、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂから入射した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系６に向かって射出する。

投射光学系６は、投射レンズ群からなり、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向かって拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像（画像）が表示される。

（照明装置）
続いて、上記プロジェクター１に用いられる照明装置２の構成について説明する。図２は、照明装置２の概略構成を示す平面図である。

照明装置２は、図２に示すように、アレイ光源２１と、コリメータ光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、ダイクロイックプリズム（合成手段）２５と、ピックアップ光学系２７と、ピックアップ光学系４１と、蛍光発光素子１２７と、蛍光発光素子１２８と、インテグレータ光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１とを概略備えている。

アレイ光源２１は、複数の半導体レーザー（第１励起光源）２１ａをアレイ状に配置した第１アレイ光源２１Ａと、複数の半導体レーザー（第２励起光源）２１ｂをアレイ状に配置した第２アレイ光源２１Ｂと、を含む。本実施形態において、アレイ光源２１から後述する蛍光発光素子１２７に向けて射出される光の光軸を光軸ａｘ１とする。また、後述する蛍光発光素子１２８から重畳光学系３１側に向けて射出される光の光軸を光軸ａｘ２とする。なお、図２では、簡略化のため、１個の半導体レーザー２１ａと１個の半導体レーザー２１ｂを描いてある。

光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは同一平面内にあり、且つ互いに直交している。光軸ａｘ１上においては、アレイ光源２１と、コリメータ光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、ダイクロイックプリズム２５と、ピックアップ光学系４１と、蛍光発光素子（第２の蛍光発光素子）１２７とが、この順に並んで配置されている。
一方、光軸ａｘ２上においては、蛍光発光素子（第１の蛍光発光素子）１２８と、ピックアップ光学系２７と、ダイクロイックプリズム２５と、インテグレータ光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１とが、この順に並んで配置されている。

半導体レーザー２１ａは、第１の波長域の光として、４００〜４１０ｎｍの波長域にピーク波長（例えば、４０５ｎｍ）を有する紫色の励起光ＰＬを射出する。また、各半導体レーザー２１ａから射出される励起光ＰＬは、コヒーレントな直線偏光の光であり、ダイクロイックプリズム２５に向かって光軸ａｘ１と平行に射出される。

半導体レーザー２１ｂは、第３の波長帯の励起光として、４４０〜４６０ｎｍの波長域にピーク波長（例えば、４４０ｎｍ）を有する青色の励起光ＢＬを射出する。また、各半導体レーザー２１ｂから射出される励起光ＢＬは、コヒーレントな直線偏光の光であり、ダイクロイックプリズム２５に向かって光軸ａｘ１と平行に射出される。

このようにして、アレイ光源２１から射出された励起光ＢＬおよび励起光ＰＬは、それぞれコリメータ光学系２２に入射する。

コリメータ光学系２２は、各半導体レーザー２１ａ、２１ｂに対応してアレイ状に並んで配置された複数のコリメータレンズ２２ａを有する。コリメータ光学系２２は、アレイ光源２１から射出された励起光ＢＬおよびＰＬを平行光に変換する。コリメータ光学系２２により平行光に変換された励起光ＢＬおよびＰＬは、アフォーカル光学系２３に入射する。

アフォーカル光学系２３は、励起光ＢＬおよびＰＬのサイズ（スポット径）を調整する。アフォーカル光学系２３は、例えば２枚のアフォーカルレンズ２３ａ，アフォーカルレンズ２３ｂから構成されている。アフォーカル光学系２３を通過することによりサイズが調整された励起光ＢＬおよびＰＬは、ホモジナイザ光学系２４に入射する。

ホモジナイザ光学系２４は、例えば一対のマルチレンズアレイ２４ａ，マルチレンズアレイ２４ｂからなる。ホモジナイザ光学系２４とピックアップ光学系４１とを用いることによって、蛍光発光素子１２７を励起光ＢＬで均一に照射することができる。また、ホモジナイザ光学系２４とピックアップ光学系２７とを用いることによって、蛍光発光素子１２８を励起光ＰＬで均一に照射することができる。

ダイクロイックプリズム２５は、プリズム５２と、プリズム５３と、これらプリズム５２およびプリズム５３間に設けられた誘電体多層膜５１と、を有する。ダイクロイックプリズム２５は、光軸ａｘ１、ａｘ２に対して誘電体多層膜５１がそれぞれ４５°の角度をなすように配置されている。ダイクロイックプリズム２５は、互いに直交する光軸ａｘ１，ａｘ２の交点と誘電体多層膜５１の光学中心とが一致するように配置されている。誘電体多層膜５１は、第３の波長帯の励起光ＢＬ（青色光）を主として透過させ、第１の波長帯の励起光ＰＬ（紫色光）を主として反射する。また、誘電体多層膜５１は、後述のように励起光ＢＬの照射によって蛍光発光素子１２７から射出される第４の波長帯の蛍光光（黄色光）ＹＬを主として反射させ、励起光ＰＬの照射によって蛍光発光素子１２８から射出される第２の波長帯の蛍光光（青色光）ＢＬ１を主として透過させる。

ここで、誘電体多層膜５１が励起光ＢＬを主として透過させるとは、励起光ＢＬの透過率が励起光ＢＬの反射率よりも高いことを意味する。好ましくは、励起光ＢＬの透過率が少なくとも９０％である。

また、誘電体多層膜５１が励起光ＰＬを主として反射させるとは、励起光ＰＬの反射率が励起光ＰＬの透過率よりも高いことを意味する。好ましくは、励起光ＰＬの反射率が少なくとも９０％である。

また、誘電体多層膜５１が蛍光光ＢＬ１を主として透過させるとは、蛍光光ＢＬ１の透過率が蛍光光ＢＬ１の反射率よりも高いことを意味する。好ましくは、蛍光光ＢＬ１の透過率が少なくとも９０％であることを意味する。また、誘電体多層膜５１が蛍光光ＹＬを主として反射させるとは、蛍光光ＹＬの反射率が蛍光光ＹＬの透過率よりも高いことを意味する。好ましくは、蛍光光ＹＬの反射率が少なくとも９０％であることを意味する。

ダイクロイックプリズム２５の誘電体多層膜５１を透過した励起光ＢＬは、ピックアップ光学系４１に入射する。このピックアップ光学系４１は、励起光ＢＬを蛍光発光素子１２７に向かって集光させるものであり、例えばピックアップレンズ４１ａ，ピックアップレンズ４１ｂから構成されている。ピックアップ光学系４１により集光された励起光ＢＬは、蛍光発光素子１２７に入射する。

ダイクロイックプリズム２５の誘電体多層膜５１で反射された励起光ＰＬは、ピックアップ光学系２７に入射する。このピックアップ光学系２７は、励起光ＰＬを蛍光発光素子１２８に向かって集光させるものであり、例えばピックアップレンズ２７ａ，ピックアップレンズ２７ｂから構成されている。ピックアップ光学系２７により集光された励起光ＰＬは、蛍光発光素子１２８に入射する。

蛍光発光素子１２７は、蛍光体層１２２と、この蛍光体層１２２を支持する反射基板１２３とを有している。蛍光発光素子１２７では、蛍光体層１２２の励起光ＢＬが入射する側とは反対側の面を反射基板１２３に接触させた状態で、蛍光体層１２２が反射基板１２３に固定支持されている。反射基板１２３は、蛍光体層１２２の支持面側が鏡面反射面から構成されている。鏡面反射面は、蛍光体層１２２で生成された蛍光光を反射する。

蛍光体層１２２は、第３の波長帯の励起光ＢＬを吸収して励起される蛍光体を含み、この励起光ＢＬにより励起された蛍光体は、第３の波長帯とは異なる第４の波長帯の光として、例えば５００〜６８０ｎｍの波長帯にピーク波長を有する蛍光光（黄色光）ＹＬを生成する。

蛍光体層１２２で生成された蛍光光ＹＬのうち、一部の蛍光光は、反射基板１２３によって反射され、蛍光体層１２２の外部へと射出される。また、蛍光体層１２２で生成された蛍光光ＹＬのうち、他の一部の蛍光光は、反射基板１２３を介さずに蛍光体層１２２の外部へと直接射出される。このようにして、蛍光体層１２２からピックアップ光学系４１に向かって蛍光光ＹＬが射出される。

蛍光発光素子１２８は、蛍光体層１３２と、この蛍光体層１３２を支持する反射基板１３３とを有している。蛍光発光素子１２８では、蛍光体層１３２の励起光ＰＬが入射する側とは反対側の面を反射基板１３３に接触させた状態で、蛍光体層１３２が反射基板１３３に固定支持されている。反射基板１３３は、蛍光体層１３２の支持面側が鏡面反射面から構成されている。鏡面反射面は、蛍光体層１３２で生成された蛍光光を反射する。

なお、反射素子として反射基板１３３に代えて、例えば、熱伝導性が比較的高い銅などの基板と蛍光体層１３２との間に設けた反射膜を反射素子として用いても良い。反射膜としてはアルミニウムなどの高反射率材料を用いることができる。

蛍光体層１３２は、第１の波長帯の光である励起光ＰＬを吸収して励起される蛍光体を含み、この励起光ＰＬにより励起された蛍光体は、第１の波長帯とは異なる第２の波長帯の光として、例えば４４０〜４６０ｎｍの波長域にピーク波長を有する蛍光光（青色光）ＢＬ１を生成する。

蛍光体層１３２で生成された蛍光光ＢＬ１のうち、一部の蛍光光は、反射基板１３３によって反射され、蛍光体層１３２の外部へと射出される。また、蛍光体層１３２で生成された蛍光光ＢＬ１のうち、他の一部の蛍光光は、反射基板１３３を介さずに蛍光体層１３２の外部へと直接射出される。このようにして、蛍光体層１３２からピックアップ光学系２７に向かって蛍光光ＢＬ１が射出される。

上記蛍光体層１２２および１３２には、耐熱性及び表面加工性に優れたものを用いることが好ましい。例えば、蛍光体層１２２および１３２としては、アルミナ等の無機バインダー中に蛍光体粒子を分散させた蛍光体層や、バインダーを用いずに蛍光体粒子を焼結した蛍光体層などを好適に用いることができる。

本実施形態において、蛍光体層１２２および１３２は、側面に設けられた光反射特性を有する無機接着剤Ｓによって反射基板１２３および１３３に固定されている。これにより、蛍光発光素子１２８および１２７は、光反射特性を有する無機接着剤Ｓによって蛍光体層１２２および１３２の側面から漏れ出す光を蛍光体層１２２および１３２内へと反射させることが可能である。よって、蛍光体層１２２および１３２で生成された蛍光光の光取り出し効率を高めることができる。

反射基板１２３および１３３の蛍光体層１２２および１３２を支持する面とは反対側の面には、それぞれヒートシンク１２４および１３４が配置されている。ヒートシンク１２４および１３４は、蛍光体層の熱を放熱する。これにより、蛍光発光素子１２７および１２８は、蛍光体層１２２および１３２の熱劣化を防ぐことができる。

ピックアップ光学系４１を透過した蛍光光ＹＬは、ダイクロイックプリズム２５に入射する。蛍光光ＹＬは、誘電体多層膜５１で反射されてインテグレータ光学系２９に入射する。

また、ピックアップ光学系２７を透過した蛍光光ＢＬ１は、ダイクロイックプリズム２５に入射する。蛍光光ＢＬ１は、誘電体多層膜５１を透過してインテグレータ光学系２９に入射する。

このようにして、ダイクロイックプリズム２５によって黄色である蛍光光ＹＬと青色である蛍光光ＢＬ１とが混ざることによって、照明光（白色光）ＷＬが得られる。この照明光ＷＬは、インテグレータ光学系２９に入射する。

インテグレータ光学系２９は、一対のレンズアレイ２９ａ，レンズアレイ２９ｂからなる。これら一対のレンズアレイ２９ａ，２９ｂは、複数のレンズがアレイ状に配列されたものからなる。そして、このインテグレータ光学系２９を通過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３０に入射する。

偏光変換素子３０は、照明光ＷＬの偏光方向を揃えるものであり、例えば偏光分離膜と位相差板とを組み合わせたものからなる。特に、この偏光変換素子３０は、偏光方向が揃っていない照明光ＷＬの偏光方向を所定の偏光方向（例えば、Ｓ偏光）と一致させるように変換する。そして、この偏光変換素子３０を通過することにより偏光方向が揃えられた照明光ＷＬは、重畳光学系３１に入射する。なお、照明光ＷＬの偏光方向が揃っている場合、偏光変換素子３０を設けなくても良い。

重畳光学系３１は、重畳レンズ３１ａからなり、照明光ＷＬは、この重畳光学系３１を通過することにより光変調装置上で重畳される。インテグレータ光学系２９と重畳光学系３１とを用いることによって、光変調装置上での照度分布が均一化される。

以上のような構成を有する照明装置２では、蛍光発光素子１２７で生成された蛍光光ＹＬおよび蛍光発光素子１２８で生成された蛍光光ＢＬ１を合成することで照明光（白色光）ＷＬを生成することができる。よって、非コヒーレンス光のみから構成された照明光ＷＬはスペックルノイズの無い光となる。

したがって、このような照明装置２をプロジェクター１の照明装置に適用することで、プロジェクター１自体はスペックルフリーで明るい画像を投射することができる。よって、プロジェクター１は、画像品質に優れた表示を行うことが可能となる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係るプロジェクターに用いられる照明装置の構成について説明する。図３は、第２実施形態に係る照明装置２Ａの概略構成を示す平面図である。なお、以下の説明では、上記実施形態と共通の部材および構成について同じ符号を付し、その詳細な説明については省略若しくは簡略化するものとする。

本実施形態において、照明装置２Ａは、図３に示すように、アレイ光源２１と、コリメータ光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、ダイクロイックプリズム（合成手段）１２５と、ピックアップ光学系２７と、ピックアップ光学系４１と、蛍光発光素子１２７と、蛍光発光素子１２８と、インテグレータ光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１と、を概略備えている。

本実施形態では、アレイ光源２１から蛍光発光素子１２８に向けて射出される光の光軸を光軸ａｘ１とする。また、蛍光発光素子１２７から重畳光学系３１側に向けて射出される光の光軸を光軸ａｘ２とする。なお、図３では、簡略化のため、１個の半導体レーザー２１ａと１個の半導体レーザー２１ｂを描いてある。

本実施形態において、光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは同一平面内にあり、且つ互いに直交している。光軸ａｘ１上においては、アレイ光源２１と、コリメータ光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、ダイクロイックプリズム１２５と、ピックアップ光学系２７と、蛍光発光素子１２８とが、この順に並んで配置されている。
一方、光軸ａｘ２上においては、蛍光発光素子１２７と、ピックアップ光学系４１と、ダイクロイックプリズム１２５と、インテグレータ光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１とが、この順に並んで配置されている。

本実施形態において、ダイクロイックプリズム１２５は、プリズム５２と、プリズム５３と、これらプリズム５２およびプリズム５３間に設けられた誘電体多層膜５４と、を有する光学素子である。本実施形態に係る誘電体多層膜５４は、第３の波長帯の励起光ＢＬ（青色光：黄色蛍光体用励起光）を主として反射させ、第１の波長帯の励起光ＰＬ（紫色光）を主として透過する。また、誘電体多層膜５４は、後述のように第３の波長帯の励起光ＢＬの照射によって蛍光発光素子１２７から射出される第４の波長帯の蛍光光（黄色光）ＹＬを主として透過させ、第１の波長帯の励起光ＰＬの照射によって蛍光発光素子１２８から射出される第２の波長帯の蛍光光（青色光：画像形成用青色光）ＢＬ１を主として反射させる。すなわち、本実施形態において、ダイクロイックプリズム１２５は、励起光ＰＬおよびＢＬに対する反射特性および透過特性が第１実施形態に係るダイクロイックプリズム２５とは反対となっている。

ダイクロイックプリズム１２５の誘電体多層膜５４を透過した励起光ＰＬは、ピックアップ光学系２７に入射し、ピックアップ光学系２７により集光されて蛍光発光素子１２８に入射する。蛍光発光素子１２８は、蛍光体層１３２で生成した蛍光光ＢＬ１をピックアップ光学系２７に向けて射出する。

一方、ダイクロイックプリズム１２５の誘電体多層膜５４で反射された励起光ＢＬは、ピックアップ光学系４１に入射し、ピックアップ光学系４１により集光されて蛍光発光素子１２７に入射する。蛍光発光素子１２７は、蛍光体層１２２で生成した蛍光光ＹＬをピックアップ光学系４１に向けて射出する。

ピックアップ光学系２７を透過した蛍光光ＢＬ１は、ダイクロイックプリズム１２５に入射する。蛍光光ＢＬ１は、誘電体多層膜５４で反射されてインテグレータ光学系２９に入射する。
一方、ピックアップ光学系４１を透過した蛍光光ＹＬは、ダイクロイックプリズム１２５に入射する。蛍光光ＹＬは、誘電体多層膜５４を透過してインテグレータ光学系２９に入射する。
このようにダイクロイックプリズム１２５の下流側の光路上において黄色である蛍光光ＹＬと青色である蛍光光ＢＬ１とが混ざることによって、照明光（白色光）ＷＬが得られる。

本実施形態に係る照明装置２Ａにおいても、非コヒーレンス光のみから構成された照明光（白色光）ＷＬを生成することができる。したがって、このような照明装置２Ａを備えたプロジェクターは、スペックルフリーで明るい画像品質に優れた表示を行うことができる。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態に係るプロジェクターに用いられる照明装置の構成について説明する。図４は、第３実施形態に係る照明装置２Ｂの概略構成を示す平面図である。なお、以下の説明では、上記実施形態と共通の部材および構成について同じ符号を付し、その詳細な説明については省略若しくは簡略化するものとする。

本実施形態において、照明装置２Ｂは、図４に示すように、第１アレイ光源１２１Ａと、第２アレイ光源１２１Ｂと、コリメータ光学系２２と、偏光ビームスプリッター１４０と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、ダイクロイックプリズム１２５と、ピックアップ光学系２７と、ピックアップ光学系４１と、蛍光発光素子１２７と、蛍光発光素子１２８と、インテグレータ光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１と、を概略備えている。

本実施形態では、第１アレイ光源１２１Ａから偏光ビームスプリッター１４０に向けて射出される光の光軸を光軸ａｘ３とする。また、蛍光発光素子１２７から重畳光学系３１側に向けて射出される光の光軸を光軸ａｘ２とする。また、第２アレイ光源１２１Ｂから偏光ビームスプリッター１４０に向けて射出される光の光軸を光軸ａｘ１とする。

本実施形態において、第１アレイ光源１２１Ａは、アレイ状に配置した複数の半導体レーザー（第１励起光源）１２１ａを有し、第２アレイ光源１２１Ｂは、アレイ状に配置した複数の半導体レーザー（第２励起光源）１２１ｂを有する。なお、図４では、簡略化のため、２個の半導体レーザー１２１ａと２個の半導体レーザー１２１ｂとを描いてある。

本実施形態において、光軸ａｘ１、光軸ａｘ２および光軸ａｘ３はそれぞれ同一平面内にある。光軸ａｘ１および光軸ａｘ２は互いに直交し、光軸ａｘ１および光軸ａｘ３は互いに直交している。光軸ａｘ１上においては、第２アレイ光源１２１Ｂと、コリメータ光学系２２と、偏光ビームスプリッター１４０と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、ダイクロイックプリズム１２５と、ピックアップ光学系２７と、蛍光発光素子１２８とが、この順に並んで配置されている。
また、光軸ａｘ２上においては、蛍光発光素子１２７と、ピックアップ光学系４１と、ダイクロイックプリズム１２５と、インテグレータ光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１とが、この順に並んで配置されている。
また、光軸ａｘ３上においては、第１アレイ光源１２１Ａと、コリメータ光学系２２と、偏光ビームスプリッター１４０とが、この順に並んで配置されている。

半導体レーザー１２１ａは、第１の波長域の光として、４００〜４１０ｎｍの波長域にピーク波長（例えば、４０５ｎｍ）を有する紫色の励起光ＰＬを射出する。また、各半導体レーザー１２１ａから射出される励起光ＰＬは、コヒーレントな直線偏光の光であり、偏光ビームスプリッター１４０に向かって光軸ａｘ３と平行に射出される。本実施形態において、励起光ＰＬはＳ偏光の光である。

半導体レーザー１２１ｂは、第３の波長帯の励起光として、４４０〜４６０ｎｍの波長域にピーク波長（例えば、４４０ｎｍ）を有する青色の励起光ＢＬを射出する。また、各半導体レーザー１２１ｂから射出される励起光ＢＬは、コヒーレントな直線偏光の光であり、偏光ビームスプリッター１４０に向かって光軸ａｘ１と平行に射出される。本実施形態において、励起光ＢＬはＰ偏光の光である。

本実施形態において、偏光ビームスプリッター１４０は、半導体レーザー１２１ｂから射出されたＰ偏光の励起光ＢＬを透過させるとともに、半導体レーザー１２１ａから射出されたＳ偏光の励起光ＰＬを反射させる特性を有する。図４においては、図を見易くするため、偏光ビームスプリッター１４０よりも下流側の光路において、偏光ビームスプリッター１４０を透過した励起光ＢＬおよび偏光ビームスプリッター１４０で反射された励起光ＰＬの光を１個づつ図示している。

偏光ビームスプリッター１４０を透過した励起光ＢＬと偏光ビームスプリッター１４０で反射された励起光ＰＬとは、それぞれアフォーカル光学系２３およびホモジナイザ光学系２４を経てダイクロイックプリズム１２５に入射する。

励起光ＰＬはダイクロイックプリズム１２５の誘電体多層膜５４を透過し、ピックアップ光学系２７に入射し、ピックアップ光学系２７により集光されて蛍光発光素子１２８に入射する。蛍光発光素子１２８は、蛍光体層１３２で生成した蛍光光ＢＬ１をピックアップ光学系２７に向けて射出する。

一方、励起光ＢＬはダイクロイックプリズム１２５の誘電体多層膜５４で反射され、ピックアップ光学系４１に入射し、ピックアップ光学系４１により集光されて蛍光発光素子１２７に入射する。蛍光発光素子１２７は、蛍光体層１２２で生成した蛍光光ＹＬをピックアップ光学系４１に向けて射出する。

ピックアップ光学系２７を透過した蛍光光ＢＬ１は、ダイクロイックプリズム１２５に入射する。蛍光光ＢＬ１は、誘電体多層膜５４で反射されてインテグレータ光学系２９に入射する。また、ピックアップ光学系４１を透過した蛍光光ＹＬは、ダイクロイックプリズム１２５に入射する。蛍光光ＹＬは、誘電体多層膜５４を透過してインテグレータ光学系２９に入射する。このようにダイクロイックプリズム１２５の下流側の光路上において黄色である蛍光光ＹＬと青色である蛍光光ＢＬ１とが混ざることによって、照明光（白色光）ＷＬが得られる。

本実施形態に係る照明装置２Ｂにおいても、非コヒーレンス光のみから構成された照明光（白色光）ＷＬを生成することができる。したがって、このような照明装置２Ｂを備えたプロジェクターは、スペックルフリーで明るい画像品質に優れた表示を行うことができる。

（第４実施形態）
続いて、第４実施形態に係るプロジェクターに用いられる照明装置の構成について説明する。図５は、第４実施形態に係る照明装置２Ｃの概略構成を示す平面図である。なお、以下の説明では、上記実施形態と共通の部材および構成について同じ符号を付し、その詳細な説明については省略若しくは簡略化するものとする。

本実施形態において、照明装置２Ｃは、図５に示すように、アレイ光源２２１と、コリメータ光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、偏光ビームスプリッター（合成手段）１４１と、ピックアップ光学系２７と、ピックアップ光学系４１と、蛍光発光素子２２７と、蛍光発光素子１２８と、インテグレータ光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１と、を概略備えている。

本実施形態において、アレイ光源２２１は、アレイ状に配置した複数の半導体レーザー（第１励起光源）２２１ａを有する第１アレイ光源２２１Ａと、アレイ状に配置した複数の半導体レーザー（第２励起光源）２２１ｂを有する第２アレイ光源２２１Ｂと、を有する。本実施形態において、アレイ光源２２１から蛍光発光素子２２７に向けて射出される光の光軸を光軸ａｘ１とする。また、蛍光発光素子１２８から色分離光学系３側に向けて射出される光の光軸を光軸ａｘ２とする。なお、図５では、簡略化のため、１個の半導体レーザー２２１ａと１個の半導体レーザー２２１ｂとを描いてある。

光軸ａｘ１と光軸ａｘ２とは同一平面内にあり、且つ互いに直交している。光軸ａｘ１上においては、アレイ光源２２１と、コリメータ光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、偏光ビームスプリッター１４１と、ピックアップ光学系４１と、蛍光発光素子２２７とが、この順に並んで配置されている。
一方、光軸ａｘ２上においては、蛍光発光素子１２８と、ピックアップ光学系２７と、偏光ビームスプリッター１４１と、インテグレータ光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１とが、この順に並んで配置されている。

半導体レーザー２２１ａは、第１の波長域の光として、４１０ｎｍの波長域にピーク波長を有する紫色のＳ偏光である励起光ＰＬｓを射出する。また、各半導体レーザー２２１ａから射出される励起光ＰＬｓは、偏光ビームスプリッター１４１に向かって光軸ａｘ１と平行に射出される。

半導体レーザー２２１ｂは、第３の波長帯の励起光として、４００ｎｍの波長域にピーク波長を有する紫色のＰ偏光である励起光ＰＬｐを射出する。各半導体レーザー２２１ｂから射出される励起光ＰＬｐは、偏光ビームスプリッター１４１に向かって光軸ａｘ１と平行に射出される。

本実施形態において、偏光ビームスプリッター１４１は、半導体レーザー２２１ｂから射出されたＰ偏光の励起光ＰＬｐを透過させるとともに、半導体レーザー２２１ａから射出されたＳ偏光の励起光ＰＬｓを反射させる特性を有する光学素子である。また、偏光ビームスプリッター１４１は、後述のように第３の波長帯の励起光ＰＬｐの照射によって蛍光発光素子２２７から射出される第４の波長帯の蛍光光（黄色光）ＹＬを反射させ、第１の波長帯の励起光ＰＬｓの照射によって蛍光発光素子１２８から射出される第２の波長帯の蛍光光（青色光）ＢＬ１を透過させる特性を有する。

本実施形態において、蛍光発光素子２２７は、蛍光体層２２２と、反射基板１２３と、を有する。蛍光体層２２２は、第３の波長帯の励起光ＰＬｐを吸収して励起される蛍光体を含み、この励起光ＰＬｐにより励起された蛍光体は、例えば５００〜６８０ｎｍの第４の波長帯にピーク波長を有する蛍光光（黄色光）ＹＬを生成する。

偏光ビームスプリッター１４１を透過した励起光ＰＬｐは、ピックアップ光学系４１に入射し、ピックアップ光学系４１により集光されて蛍光発光素子２２７に入射する。蛍光発光素子２２７は、蛍光体層２２２で生成した蛍光光ＹＬをピックアップ光学系４１に向けて射出する。ピックアップ光学系４１を透過した蛍光光ＹＬは、偏光ビームスプリッター１４１で反射されてインテグレータ光学系２９に入射する。

一方、偏光ビームスプリッター１４１で反射された励起光ＰＬｓは、ピックアップ光学系２７に入射し、ピックアップ光学系２７により集光されて蛍光発光素子１２８に入射する。蛍光発光素子１２８は、蛍光体層１３２で生成した蛍光光ＢＬ１をピックアップ光学系２７に向けて射出する。ピックアップ光学系２７を透過した蛍光光ＢＬ１は、偏光ビームスプリッター１４１を透過してインテグレータ光学系２９に入射する。

このように偏光ビームスプリッター１４１の下流側の光路上において黄色である蛍光光ＹＬと青色である蛍光光ＢＬ１とが混ざることによって、照明光（白色光）ＷＬが得られる。

本実施形態に係る照明装置２Ｃにおいても、非コヒーレンス光のみから構成された照明光（白色光）ＷＬを生成することができる。したがって、このような照明装置２Ｃを備えたプロジェクターは、スペックルフリーで明るい画像品質に優れた表示を行うことができる。

（第５実施形態）
続いて、第５実施形態に係るプロジェクターに用いられる照明装置の構成について説明する。図６は、第５実施形態に係る照明装置２Ｄの概略構成を示す平面図である。なお、以下の説明では、上記実施形態と共通の部材および構成について同じ符号を付し、その詳細な説明については省略若しくは簡略化するものとする。

本実施形態において、照明装置２Ｄは、図６に示すように、アレイ光源２１と、コリメータ光学系２２と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザ光学系２４と、ダイクロイックプリズム２５と、ピックアップ光学系２７と、ピックアップ光学系３４１と、ピックアップ光学系４４１と、蛍光発光素子１２８と、蛍光発光素子（第２の蛍光発光素子）１５０と、偏光ビームスプリッター１４５と、インテグレータ光学系２９と、偏光変換素子３０と、重畳光学系３１と、を概略備えている。

本実施形態において、蛍光発光素子１５０は、緑色蛍光発光素子３２７と、赤色蛍光発光素子４２７と、を含む。

本実施形態において、半導体レーザー２１ｂから射出された励起光ＢＬは、偏光ビームスプリッター１４５に対するＰ偏光とＳ偏光の成分を含んでいる。誘電体多層膜５１は、第３の波長帯の励起光ＢＬ（青色光）を主として透過させ、第１の波長帯の励起光ＰＬ（紫色光）を主として反射する。偏光ビームスプリッター１４５は、ダイクロイックプリズム２５を透過した励起光ＢＬを偏光成分に基づいて分離する。具体的に、偏光ビームスプリッター１４５は、励起光ＢＬのうちＳ偏光の成分で構成された一部の励起光ＢＬｓを反射し、励起光ＢＬのうちＰ偏光の成分で構成された一部の励起光ＢＬｐを透過する特性を有する。また、偏光ビームスプリッター１４５は、後述のように緑色蛍光発光素子３２７で生成された蛍光光ＧＬを、その偏光状態によらず透過させ、後述のように赤色蛍光発光素子４２７で生成された蛍光光ＲＬを、その偏光状態によらず反射させる。

偏光ビームスプリッター１４５を透過した励起光ＢＬｐは、ピックアップレンズ３４１ａ，ピックアップレンズ３４１ｂから構成されたピックアップ光学系３４１により集光されて緑色蛍光発光素子３２７に入射する。
偏光ビームスプリッター１４５で反射された励起光ＢＬｓは、ピックアップレンズ４４１ａ，ピックアップレンズ４４１ｂから構成されたピックアップ光学系４４１により集光されて赤色蛍光発光素子４２７に入射する。

緑色蛍光発光素子３２７は、蛍光体層（第１の蛍光体層）３２２と、この蛍光体層３２２を支持する反射基板３２３とを有している。反射基板３２３は、蛍光体層３２２の支持面側が鏡面反射面から構成されている。鏡面反射面は、蛍光体層３２２で生成された蛍光光を反射する。蛍光体層３２２は、青色の励起光ＢＬｐを吸収して励起される蛍光体を含み、この励起光ＢＬｐにより励起された蛍光体は、緑色の蛍光光ＧＬを生成する。

赤色蛍光発光素子４２７は、蛍光体層（第２の蛍光体層）４２２と、この蛍光体層４２２を支持する反射基板４２３とを有している。反射基板４２３は、蛍光体層４２２の支持面側が鏡面反射面から構成されている。鏡面反射面は、蛍光体層４２２で生成された蛍光光を反射する。蛍光体層４２２は、青色の励起光ＢＬｓを吸収して励起される蛍光体を含み、この励起光ＢＬｓにより励起された蛍光体は、赤色の蛍光光ＲＬを生成する。

本実施形態において、ダイクロイックプリズム２５の誘電体多層膜５１で反射された励起光ＰＬは、ピックアップ光学系２７に入射し、ピックアップ光学系２７により集光されて蛍光発光素子１２８に入射する。蛍光発光素子１２８は、蛍光体層１３２で生成した蛍光光ＢＬ１をピックアップ光学系２７に向けて射出する。

一方、ダイクロイックプリズム２５の誘電体多層膜５１を透過した励起光ＢＬは、偏光ビームスプリッター１４５で励起光ＢＬｐと励起光ＢＬｓとに分離される。励起光ＢＬｐがピックアップ光学系３４１により集光されて緑色蛍光発光素子３２７に入射するとともに第２の波長帯の励起光ＢＬｓがピックアップ光学系４４１により集光されて赤色蛍光発光素子４２７に入射する。

緑色蛍光発光素子３２７は、蛍光体層３２２で生成した蛍光光ＧＬをピックアップ光学系３４１に向けて射出する。ピックアップ光学系３４１を透過した蛍光光ＧＬは、偏光ビームスプリッター１４５に入射する。

また、赤色蛍光発光素子４２７は、蛍光体層４２２で生成した蛍光光ＲＬをピックアップ光学系４４１に向けて射出する。ピックアップ光学系４４１を透過した蛍光光ＲＬは、偏光ビームスプリッター１４５に入射する。

このようにして、偏光ビームスプリッター１４５によって赤色である蛍光光ＲＬと緑色である蛍光光ＧＬとが混ざることによって、第４の波長帯である黄色の蛍光光ＹＬが得られる。この蛍光光ＹＬは、ダイクロイックプリズム２５に入射する。

ピックアップ光学系２７を透過した蛍光光ＢＬ１は、ダイクロイックプリズム２５の誘電体多層膜５１を透過してインテグレータ光学系２９に入射する。また、蛍光光ＹＬはダイクロイックプリズム２５の誘電体多層膜５１で反射されてインテグレータ光学系２９に入射する。このようにダイクロイックプリズム２５の下流側の光路上において黄色である蛍光光ＹＬと青色である蛍光光ＢＬ１とが混ざることによって、照明光（白色光）ＷＬが得られる。

本実施形態に係る照明装置２Ｄにおいても、非コヒーレンス光のみから構成された照明光（白色光）ＷＬを生成することができる。したがって、このような照明装置２Ｄを備えたプロジェクターは、スペックルフリーで明るい画像品質に優れた表示を行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、ダイクロイックプリズム２５としてはプリズム形状のものに限らず、平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。

また、上記実施形態では、照明装置２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが備える光源としては、半導体レーザーを用いる場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体発光素子を用いてもよい。

また、上記実施形態では、３つの光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの光変調装置でカラー映像（画像）を表示するプロジェクターに適用することも可能である。さらに、光変調装置としては、液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ：米国テキサスインツルメンツ社の登録商標）などを用いることもできる。

１…プロジェクター、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ…照明装置、３…色分離光学系、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…光変調装置、６…投射光学系、２１ａ…半導体レーザー（第１励起光源）、２１ｂ…半導体レーザー（第２励起光源）、２５，１２５…ダイクロイックプリズム（合成手段）、１２７、１５０…蛍光発光素子（第２の蛍光発光素子）、１２８…蛍光発光素子（第１の蛍光発光素子）、１４４…偏光ビームスプリッター（合成手段）、３２２…蛍光体層（第１の蛍光体層）、４２２…蛍光体層（第２の蛍光体層）、ＢＬ…励起光ＢＬ（黄色蛍光体用励起光）、ＢＬ１…蛍光光（画像形成用青色光）

Claims (3)

1. 第１励起光源から射出される第１の波長帯の励起光によって第２の波長帯の蛍光を射出する第１の蛍光発光素子と、
   第２励起光源から射出される第３の波長帯の励起光によって第４の波長帯の蛍光を射出する第２の蛍光発光素子と、
   前記第２の波長帯の蛍光と前記第４の波長帯の蛍光を合成する合成手段と、を備え、
   前記合成手段は、前記第１の波長帯の励起光を透過又は反射させ、前記第３の波長帯の励起光を反射又は透過させ、前記第２の波長帯の蛍光を反射又は透過させ、前記第４の波長帯の蛍光を透過又は反射させる光学素子である
   光源装置。
2. 前記第２の蛍光発光素子は、第１の蛍光体層と第２の蛍光体層とを含み、
   前記第１の蛍光体層からの光と前記第２の蛍光体層からの光とが合成されることで前記第４の波長帯の蛍光が生成される
   請求項１に記載の光源装置。
3. 照明光を照射する照明装置と、
   前記照明光を画像情報に応じて変調することによって画像光を形成する光変調装置と、
   前記画像光を投射する投射光学系と、を備え、
   前記照明装置として、請求項１又は２に記載の光源装置を用いるプロジェクター。

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