JP2016177272A - 光源装置および投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】励起光パワーが増大した場合の蛍光効率の低下や光学系の大型化を招来することのない、小型で、高効率な光学装置を提供する。
【解決手段】固体光源ユニットから出射される青の励起光は、レンズ、拡散板を透過して基板２７を照射する。基板２７の外周側には蛍光体領域と拡散領域が設けられ、その内側にはカラーフィルタ領域と反射防止コート領域が設けられる。励起光が蛍光体領域のセグメント３４、３５、３７、３８を照射することにより得られる蛍光光及び拡散領域のセグメント３６、３９を照射した励起光は、第１の方向に進行し第１の集光レンズで集光された後、ミラーで折り返されて第２の方向に進行し、第２の集光レンズで集光された後、基板２７のカラーフィルタ領域のセグメント４０、４１、４３、４４及び反射防止コート領域のセグメント４２、４５をそれぞれ透過する。
【選択図】図２

Description

本開示は、小型のライトバルブ上に形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置、及びそれに使用される光源装置に関する。

ミラー偏向型のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）や液晶パネルのライトバルブを用いた投写型表示装置の光源として、放電ランプが広く利用されている。放電ランプは寿命が短く信頼性が低いという問題点を抱えている。このため、近年、光源として、長寿命である半導体レーザーや発光ダイオードの固体光源を用いた投写型表示装置が開発されている。

特許文献１には、固体光源からの光を小型で、効率よく集光する光源装置が開示されている。この文献に記載の光源装置では、固体光源からの光は蛍光基板に入射し、蛍光体で励起発光した光はレンズで集光され、ミラーで反射した後、レンズでカラーホイール基板に集光する。集光した光はカラーホイール基板のカラーフィルタで所望の色光となり、ロッドに入射する。蛍光基板とカラーホイール基板の２つの基板を、同一の回転軸をもつモーターで回転制御する構成である。

国際公開第２０１２／０７５９４７号

本開示は、励起光パワーが増大した場合の蛍光効率の低下や光学系の大型化を招来することのない、小型で、高効率な光源装置と、その光源装置を用いた小型の投写型表示装置を提供する。

本開示の光源装置は、固体光源と、固体光源からの励起光により蛍光発光する蛍光体を形成した蛍光体領域と蛍光体領域の内側にカラーフィルタを形成したカラーフィルタ領域とを備えた基板と、蛍光体領域からの光が励起光の入射方向である第１の方向に出射し、第１の方向とは逆の第２の方向からカラーフィルタ領域に入射するように導く光学手段と、を備える。

また、本開示の他の光源装置は、固体光源と、固体光源からの励起光により蛍光発光する蛍光基板と、カラーフィルタを形成したカラーフィルタ基板と、励起光の入射方向である第１の方向に出射する蛍光基板からの光を、第１の方向とは逆の第２の方向からカラーフィルタ基板に入射するように導く光学手段と、を備える。蛍光基板とカラーフィルタ基板は、同一の回転駆動軸の軸方向に並んで配置され、カラーフィルタは、蛍光基板よりも小口径に形成される。

本開示によれば、励起光パワーが増大した場合の蛍光効率の低下や光学系の大型化を招来することのない、小型で、高効率な光源装置と、その光源装置を用いた小型の投写型表示装置を提供できる。

実施の形態１における光源装置の構成図 （ａ）〜（ｃ）は実施の形態１における基板の構成を説明する図 実施の形態２における光源装置の構成図 （ａ）〜（ｃ）は実施の形態２における基板ユニットの構成を説明する図 実施の形態３における光源装置の構成図 実施の形態４における投写型表示装置の構成図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
以下、図１及び図２を用いて、実施の形態１を説明する。図１は、実施の形態１に係る光源装置の構成図である。

光源装置１１は、固体光源である半導体レーザー２０と、放熱板２１と、コリメートレンズ２２とを備えた固体光源ユニット２３を備える。光源装置１１は、さらにヒートシンク２４、レンズ２５、拡散板２６、蛍光体とカラーフィルタを形成した基板２７、モーター２８、１組のレンズ３０ａ及びレンズ３０ｂからなる第１の集光レンズ３０、ミラー３１、ミラー３２、第２の集光レンズ３３を備える。尚、モーター２８は、回転体の一例である。

固体光源ユニット２３は、放熱板２１上に一定の間隔で２次元状に８個（２×４）の半導体レーザー２０とコリメートレンズ２２を正方配置したものである。ヒートシンク２４は固体光源ユニット２３を冷却するためのものである。半導体レーザー２０は、４４０ｎｍから４５５ｎｍの波長幅で青色光を発光し出射する青色半導体レーザーである。

複数の半導体レーザー２０を出射した光は、対応するコリメートレンズ２２により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。光束群は凸面のレンズ２５により集光され、拡散板２６に入射する。拡散板２６はガラス製で表面の微細な凹凸形状により光を拡散する。拡散光の最大強度の５０％となる半値角度幅である拡散角度は略３度と小さい。拡散板２６を出射した光は、光強度がピーク強度に対して１３．５％となる直径をスポット径と定義すると、スポット径が１ｍｍ〜２ｍｍのスポット光に重畳されて、基板２７に入射する。拡散板２６はそのスポット光の径が所望の径となるよう光を拡散させている。

基板２７は中央部にモーター２８を備えた回転制御可能な円形基板であり、基板２７上には蛍光体領域とカラーフィルタ領域が形成されている。基板２７は透過率と熱伝導率が高いサファイア基板であり、かつ回転させることにより、励起光による蛍光体の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。図１には、固体光源ユニット２３からの光が基板２７の蛍光体領域に入射する第１の方向と、第１の方向とは逆のカラーフィルタ領域に入射する第２の方向が示されている。

図２（ａ）〜（ｃ）は蛍光体領域とカラーフィルタ領域が形成された基板２７を示しており、図２（ａ）は基板２７を第２の方向に見た平面図、図２（ｂ）は基板２７の正面図、図２（ｃ）は基板２７を第１の方向に見た底面図である。

基板２７の第１の集光レンズ３０側の面の外周側（外周輪帯）には蛍光体領域と拡散領域が形成されている。詳細には、図２（ａ）に示すように、基板２７の外周側は６つのセグメントに分割され、そのうち２つのセグメント３４、３７は、緑色蛍光体が塗布された蛍光体領域であり、他の２つのセグメント３５、３８は、赤色蛍光体が塗布された蛍光体領域であり、残りの２つのセグメント３６、３９は表面を微細な凹凸形状にした青色光の拡散領域である。セグメント３４とセグメント３７、セグメント３５とセグメント３８、セグメント３６とセグメント３９は、基板２７の回転軸に関して対称となる位置にそれぞれ形成されている。拡散角度は略１０度である。緑成分を含む光を蛍光発光する緑色蛍光体として、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、赤色成分を含む光を蛍光発光する赤色蛍光体として、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋を用いている。

基板２７の内周側にはカラーフィルタが形成されたカラーフィルタ領域及び反射防止コートが形成された反射防止コート領域が形成されている。詳細には、図２（ａ）に示すように、基板２７の内周側の領域は６つのセグメントに分割され、セグメント４０、４３には緑色光を透過するダイクロイックフィルタが、セグメント４１、４４には赤色光を透過するダイクロイックフィルタが、セグメント４２、４５には反射防止コートがそれぞれ形成されている。カラーフィルタ領域の緑透過フィルタ、赤透過フィルタ、および反射防止コートの各セグメントは、蛍光体領域の緑色蛍光体、赤色蛍光体、および拡散領域の各セグメントにそれぞれ対応するように分割されている。即ち、緑透過フィルタ、赤透過フィルタおよび反射防止コートは、それぞれ緑色蛍光体、赤色蛍光体および拡散領域の内側に形成されている。

基板２７の固体光源ユニット２３側の面には、図２（ｃ）に示すように、ダイクロイックフィルタ４８が形成されている。ダイクロイックフィルタ４８は、青色光が透過し、緑、赤を含む色光は反射するフィルタであり、蛍光体領域及び拡散領域を形成した面の裏面においてセグメント３４〜３９に対応した領域に形成されている。図２（ａ）（ｃ）には、基板２７の蛍光体領域に入射する励起光スポット４６およびカラーフィルタ領域に入射する集光スポット４７の様相が示されている。

図１に戻り、拡散板２６で拡散された光は、第１の方向から、基板２７の外周側に形成されたダイクロイックフィルタ４８に入射し、青透過のダイクロイックフィルタ４８を透過して、基板２７の表面に形成された蛍光体領域又は拡散領域に入射する。蛍光体領域のセグメント３４、３５、３７、３８に入射した光は、緑、赤成分の色光を蛍光発光し、第１の方向に出射する。青透過のダイクロイックフィルタ４８側に発光する光はダイクロイックフィルタ４８で反射し、第１の方向に出射する。拡散領域であるセグメント３６、３９に入射した青色光は、拡散された後、第１の方向に出射する。第１の方向に出射した蛍光光と青色光は第１の集光レンズ３０で集光される。第１の集光レンズ３０は基板２７から出射する光を±７６度の範囲で集光し、平行光に変換する。

第１の集光レンズ３０からの光は、ミラー３１、３２により反射し、第１の方向から、第１の方向とは逆の第２の方向へ光の進行方向が変換される。ミラー３２からの光は第２の集光レンズ３３で集光され、基板２７の内周側に形成されたカラーフィルタ領域又は反射防止コート領域に入射する。入射する光の入射角は±３３度で、スポット径は略２〜４ｍｍである。

緑色光はカラーフィルタ領域のセグメント４０、４３に入射し、赤色光はカラーフィルタ領域のセグメント４１、４４に入射する。カラーフィルタ領域に入射した緑色光、赤色光は、それぞれ不要な色成分の光がカットされ、色純度が良好な緑色光、赤色光となる。反射防止コート領域であるセグメント４２、４５に入射する青色光は透過する。このようにして、基板２７から第２の方向に白色光が出射される。

蛍光体とカラーフィルタを形成した基板を１つの基板で構成しているため、基板重量が軽く、回転バランスの安定性が良好な基板が構成できる。また、蛍光体領域がカラーフィルタ領域よりも外周側に位置するため、小型で蛍光変換効率が高い光源装置１１が構成できる。

基板２７は、熱伝導率がサファイアよりも低下するが、安価な水晶基板を用いてもよい。励起光から各蛍光光への波長変換効率の値をもとに、６つのセグメント３４、３５、３６、３７、３８、３９を適切な分割比（分割角度）とすることで、緑、赤、青色光の強度比が調整され、良好なホワイトバランスの白色光を得ることができる。

また、基板の外周側は、赤色蛍光体、緑色蛍光体、Ｃｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体、拡散領域の８つのセグメントに分割してもよい。そして、基板の内周側も８つのセグメントに分割し、黄色蛍光体を形成する領域に対応した領域に、黄色蛍光体により蛍光発光する黄色光に対応したカラーフィルタを形成する。黄色蛍光体を用いることにより、ホワイトバランスがさらに良好で、明るい白色光を得ることができる。

図１ではひとつの固体光源ユニットを用いているが、複数の固体光源ユニットをミラーで合成して用いてもよい。

以上のように本実施の形態の光源装置１１は、固体光源からの励起光で蛍光発光する蛍光体領域と、カラーフィルタを形成したカラーフィルタ領域を、それぞれ外周側および内周側に備えたひとつの基板と、蛍光体領域からの光が励起光の入射方向である第１の方向に出射し、第１の方向とは逆の第２の方向からカラーフィルタ領域に入射するように導く光学系を備えるため、蛍光変換効率が高く、小型な光源装置が構成できる。

（実施の形態２）
以下、図３及び図４を用いて、実施の形態２を説明する。図３は本実施の形態２にかかる光源装置１２の構成図である。

光源装置１２は、固体光源である半導体レーザー５０と、放熱板５１と、コリメートレンズ５２を備えた固体光源ユニット５３を備える。光源装置１２は、さらにヒートシンク５４、レンズ５５、拡散板５６と蛍光基板５７とモーター５８とにより構成される基板ユニット６０、カラーフィルタ基板５９、１組のレンズ６１ａ及びレンズ６１ｂからなる第１の集光レンズ６１、ミラー６２、６３、第２の集光レンズ６４を備える。実施の形態１と異なる点は、蛍光基板５７とカラーフィルタ基板５９の２つの基板をひとつのモーター５８の回転駆動軸の軸方向に並べて配置され、同時に回転するように取り付けられている点と、蛍光基板５７の外径がカラーフィルタ基板５９の外径よりも大きい点である。尚、モーター５８は、回転体の一例である。

複数の半導体レーザー５０を出射した光は対応するコリメートレンズ５２により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。光束群は凸面のレンズ５５により集光され、拡散板５６に入射する。拡散板５６はガラス製で表面の微細な凹凸形状で光を拡散する。拡散光の最大強度の５０％となる半値角度幅である拡散角度は略３度と小さい。拡散板５６を出射した光は、光強度がピーク強度に対して１３．５％となる直径をスポット径と定義すると、スポット径が１ｍｍ〜２ｍｍのスポット光に重畳され、蛍光基板５７に入射する。拡散板５６はそのスポット光の径が所望の径となるよう光を拡散させている。

蛍光基板５７とカラーフィルタ基板５９は、それぞれ円形基板であり、これら基板は同一のモーター５８の回転駆動軸に配置され、モーター５８によって回転駆動制御される。蛍光基板５７は透過率と熱伝導率が高いサファイア基板であり、かつ回転させることにより、励起光による蛍光体の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。図３には、固体光源ユニット５３からの光が、蛍光基板５７に形成された蛍光体に入射する第１の方向と、第１の方向とは逆のカラーフィルタ基板５９に形成されたカラーフィルタに入射する第２の方向が示されている。

図４（ａ）〜（ｃ）に基板ユニット６０の構造を示す。図４（ａ）は基板ユニット６０を第２の方向に見た平面図、図４（ｂ）は基板ユニット６０の正面図、図４（ｃ）は基板ユニット６０を第１の方向に見た底面図である。

蛍光基板５７の第１の集光レンズ６１側の面には、図４（ａ）に示すように、透明なサファイアガラス基板に蛍光体領域と青色光の拡散領域が、６つのセグメント７３、７４、７５、７６、７７、７８として分割して形成されている。６つのセグメント７３、７４、７５、７６、７７、７８は、カラーフィルタ基板５９の外径よりも外側の蛍光基板５７の外周領域に形成されている。そのうち２つのセグメント７３、７６は緑色蛍光体が塗布された蛍光領域であり、セグメント７４、７７は赤色蛍光体が塗布された蛍光領域であり、セグメント７５、７８は表面を微細な凹凸形状にした拡散領域である。セグメント７３とセグメント７６、セグメント７４とセグメント７７、セグメント７５とセグメント７８は、モーター５８の回転軸に関して対称となる位置にそれぞれ形成されている。

蛍光基板５７の蛍光体が形成された側の面とは反対側の面（固体光源ユニット５３側の面）には、図４（ｃ）に示すように、セグメント７３〜７８に対応した領域に、青色光が透過し、緑、赤を含む色光は反射するダイクロイックフィルタ７２が形成されている。図４（ａ）（ｃ）においては、蛍光基板５７に入射する励起光の集光スポット７９の様相を示している。

カラーフィルタ基板５９は、カラーフィルタである６つのセグメント８１、８２、８３、８４、８５、８６に分割され、セグメント８１、８４は緑色光を透過するダイクロイックフィルタ、セグメント８２、８５は赤色光を透過するダイクロイックフィルタ、セグメント８３、８６は反射防止コート（青透過）を、それぞれ白板ガラス上に形成している。図４（ａ）と（ｃ）において、蛍光基板５７、カラーフィルタ基板５９に入射する集光スポット８０の様相が示されている。カラーフィルタの緑透過、赤透過、青透過のセグメント８１〜８６は、それぞれ各色光の蛍光基板５７のセグメント７３〜７８に対応するように分割されている。即ち、セグメント８１、８４はセグメント７３、７６の内周側に、セグメント８２、８５はセグメント７４、７７の内周側に、セグメント８３、８６はセグメント７５、７８の内周側に、それぞれ位置している。

図３に戻り、拡散板５６で拡散された光は、第１の方向から、蛍光基板５７の固体光源ユニット５３側の面に形成されたダイクロイックフィルタ７２に入射し、青透過のダイクロイックフィルタ７２を透過して、蛍光基板５７の第１の集光レンズ６１側の面に形成された蛍光体領域又は拡散領域に入射する。蛍光体領域のセグメント７３、７４、７６、７７に入射した光は、緑、赤成分の色光を蛍光発光し、第１の方向に出射する。青透過のダイクロイックフィルタ７２側に蛍光発光する光はダイクロイックフィルタ７２で反射し、第１の方向に出射する。拡散領域のセグメント７５、７８に入射した青色光は、拡散された後、第１の方向に出射する。

第１の集光レンズ６１は蛍光基板５７から出射する光を±７６度の範囲で集光し、略平行光に変換する。第１の集光レンズ６１からの光は、ミラー６２、６３により、第１の方向から、第１の方向とは逆の第２の方向へ光の進行方向が変換される。ミラー６３からの光は第２の集光レンズ６４で集光され、蛍光基板５７を透過後、カラーフィルタ基板５９に集光される。カラーフィルタ基板５９に入射する光の入射角は±３３度で、スポット径は略２〜４ｍｍである。

緑色光はカラーフィルタ基板５９のセグメント８１、８４に入射し、赤色光はカラーフィルタ基板５９のセグメント８２、８５に入射する。カラーフィルタ基板５９に入射した緑、赤の光は、不要な色成分の光がカットされ、色純度が良好な緑、赤の色光となる。カラーフィルタ基板５９のセグメント８３、８６に入射する青色光は透過する。このようにして、カラーフィルタ基板５９から第２の方向に白色光が出射される。本実施の形態では、蛍光基板がカラーフィルタ基板よりも大口径、換言すればカラーフィルタ基板は蛍光基板よりも小口径であるため、蛍光変換効率が高く、小型な光源装置が構成できる。

蛍光基板５７は、熱伝導率がサファイアよりも低下するが、安価な水晶基板を用いてもよい。励起光から各蛍光光への波長変換効率の値をもとに、６つのセグメント７３、７４、７５、７６、７７、７８を適切な分割比（分割角度）とすることで、緑、赤、青色光の強度比が調整され、良好なホワイトバランスの白色光を得ることができる。

また、蛍光基板は赤色蛍光体、緑色蛍光体、Ｃｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体、拡散領域の８つのセグメントに分割してもよい。そして、カラーフィルタ基板も８つのセグメントに分割し、黄色蛍光体を形成する領域に対応した領域に、黄色蛍光体により蛍光発光する黄色光に対応したカラーフィルタを形成する。黄色蛍光体を用いることにより、ホワイトバランスがさらに良好で、明るい白色光を得ることができる。

図３では１つの固体光源ユニットを用いているが、複数の固体光源ユニットをミラーで合成して用いてもよい。

以上のように本実施の形態の光源装置１２は、固体光源からの励起光で蛍光発光する蛍光基板と、蛍光基板よりも小さい径のカラーフィルタ基板を、１つのモーターに配置し、蛍光体領域からの光が励起光の入射方向である第１の方向に出射し、第１の方向とは逆の第２の方向からカラーフィルタ領域に入射するように導く光学系を備える。このため、蛍光変換効率が高く、小型な光源装置が構成できる。

なお、実施の形態２では、カラーフィルタ基板５９は蛍光基板５７よりも小口径に形成されているが、カラーフィルタ基板５９のカラーフィルタ及び反射防止コートを形成した部分が蛍光基板５７よりも小口径であればよく、カラーフィルタ基板５９自体の外径は蛍光基板５７と同程度に構成することもできる。この場合、蛍光基板５７とカラーフィルタ基板５９との配置は逆にすることもできる。そして、この拡散部に拡散板５６の機能をもたせることにより、カラーフィルタ基板５９と拡散板５６とを一体に構成することができる。

また、実施の形態２では、蛍光基板５７が第１の集光レンズ６１側に、カラーフィルタ基板５９が拡散板５６側に配置されるが、蛍光基板５７とカラーフィルタ基板５９との配置は逆にすることもできる。

（実施の形態３）
図５は、実施の形態３を示す光源装置１３の構成図である。光源装置１３は、固体光源である半導体レーザー１００と、放熱板１０１と、コリメートレンズ１０２とを備えた固体光源ユニット１０３を備える。光源装置１３は、さらにヒートシンク１０４、レンズ１０５、拡散板１０６、蛍光体とカラーフィルタを形成した基板１０７、モーター１０８、１組のレンズ１１０ａ及びレンズ１１０ｂからなる第１の集光レンズ１１０、ミラー１１１、１１２、第２の集光レンズ１１３を備える。以上は実施の形態１の光源装置１１と同様の構成である。本実施の形態３において実施の形態１と異なる点は、ミラー１１１とミラー１１２の間に、レンズ１１４、１１５を配置している点である。また、基板１０７の詳細な構成は光源装置１１の基板２７と同様であるので、その重複説明は省略する。

複数の半導体レーザー１００を出射した光は対応するコリメートレンズ１０２により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。光束群は凸面のレンズ１０５により集光され、拡散板１０６に入射する。拡散板１０６はガラス製で表面の微細な凹凸形状で光を拡散する。拡散光の最大強度の５０％となる半値角度幅である拡散角度は略３度と小さい。拡散板１０６を出射した光は、光強度がピーク強度に対して１３．５％となる直径をスポット径と定義すると、スポット径が１ｍｍ〜２ｍｍのスポット光に重畳され、基板１０７に入射する。拡散板１０６はそのスポット光の径が所望の径となるように光を拡散させている。

基板１０７は中央部にモーター１０８を備えた回転制御可能な円形基板であり、基板１０７の外周側には蛍光体領域及び拡散領域が形成され、内周側にはカラーフィルタ領域および反射防止コート領域が形成されている。基板１０７は透過率と熱伝導率が高いサファイア基板であり、かつ回転させることにより、励起光による蛍光体の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。図５には固体光源ユニット１０３からの光が、基板１０７の蛍光体領域に入射する第１の方向と、基板１０７のカラーフィルタ領域に入射する第２の方向を示している。基板１０７の蛍光体領域に入射した光は、緑、赤成分の色光を蛍光発光し、第１の方向に出射する。基板１０７の拡散領域に入射した青色光は、拡散された後、第１の方向に出射する。

第１の方向に出射した蛍光光と青色光は第１の集光レンズ１１０で集光される。第１の集光レンズ１１０は基板１０７から出射する光を±７６度の範囲で集光し、平行光に変換する。第１の集光レンズ１１０からの光は、ミラー１１１を反射後、レンズ１１４とレンズ１１５により、光束径を小径化された平行光となる。レンズ１１５を出射した光はミラー１１２により、第１の方向から、第１の方向とは逆の第２の方向へ光の進行方向が変換される。ミラー１１２からの光は第２の集光レンズ１１３で基板１０７のカラーフィルタ領域または反射防止コート領域に集光される。カラーフィルタ領域または反射防止コート領域に入射する光の入射角は±３３度で、スポット径は略２〜４ｍｍである。

カラーフィルタ領域に入射した緑、赤の光は、不要な色成分の光がカットされ、色純度が良好な緑、赤の色光となる。反射防止コート領域に入射する青色光は透過する。このようにして、基板１０７から第２の方向に白色光が出射される。

以上のように、本実施の形態の光源装置１３は、固体光源からの励起光で蛍光発光する蛍光体領域と、カラーフィルタを形成したカラーフィルタ領域を備えた１つの基板と、蛍光体領域からの光が励起光の入射方向である第１の方向に出射し、第１の方向とは逆の第２の方向からカラーフィルタ領域に入射するように導く。また、光束径を小径化するためのレンズ１１４とレンズ１１５を有する光学系を備えるため、基板１０７を実施の形態１で開示した光源装置１１の基板２７に比べて小径に構成することがで、蛍光変換効率が高く、非常に小型な光源装置が構成できる。

なお、実施の形態３の光源装置１３は、基板１０７として、実施の形態１で開示した光源装置１１の基板２７と同様のものを用いたが、実施の形態２で開示した光源装置１２の基板ユニット６０と同様のものを用いることもできる。

（実施の形態４）
図６は、本開示の実施の形態４を示す投写型表示装置１０である。画像形成手段として、１つのＤＭＤを用いている。

光源装置１１は、固体光源である半導体レーザー２０、放熱板２１、コリメートレンズ２２から構成される固体光源ユニット２３を備える。光源装置１１はさらに、ヒートシンク２４、レンズ２５、拡散板２６、蛍光体とカラーフィルタを形成した基板２７、モーター２８、第１の集光レンズ３０、ミラー３１、３２、第２の集光レンズ３３を備える。図６には固体光源ユニット２３からの光が、基板２７の蛍光体領域に入射する第１の方向と、基板２７のカラーフィルタ領域に入射する第２の方向を示している。以上は本開示の実施の形態１の光源装置１１と同じ構成であり、図６において図１及び図２と同一部分には同一符号を付している。

光源装置１１から出射する光は、基板２７の回転により、時系列的に赤、緑、青色光を出射する。光源装置１１からの光は集光レンズ１２０により、平行光に変換された後、複数のレンズ素子から構成される第１のレンズアレイ板１２１に入射する。第１のレンズアレイ板１２１に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第２のレンズアレイ板１２２に収束する。第１のレンズアレイ板１２１のレンズ素子はＤＭＤ１２７と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板１２２のレンズ素子は第１のレンズアレイ板１２１とＤＭＤ１２７が略共役関係となるようにその焦点距離を決めている。第２のレンズアレイ板１２２から出射した光は重畳用レンズ１２３に入射する。重畳用レンズ１２３は第２のレンズアレイ板１２２の各レンズ素子からの出射した光をＤＭＤ１２７上に重畳照明するためのレンズである。

重畳用レンズ１２３からの光は、ミラー１２４で反射された後、フィールドレンズ１２５に入射する。フィールドレンズ１２５は照明光を効率よく投写レンズ１２８に集光する。フィールドレンズ１２５からの照明光は全反射プリズム１２６に入射する。全反射プリズム１２６は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層を形成し、空気層は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。フィールドレンズ１２５からの照明光は全反射させて、ＤＭＤ１２７を照明するとともに、ＤＭＤから出射する投写光を透過する。このように、集光レンズ１２０〜全反射プリズム１２６は、被照明領域であるＤＭＤを照明する照明光学系を構成する。ミラー偏向型のＤＭＤは画像形成素子の一例である。

ＤＭＤ１２７に入射する光は映像信号に応じて、画像形成に必要な光束のみを偏向し、全反射プリズム１２６を透過後、投写レンズ１２８に入射する。投写レンズ１２８はＤＭＤ１２７で変調形成される画像光を拡大投写する。１つのＤＭＤを用い、光源装置に本開示の実施の形態１の光源装置１１を用いるため、小型で明るい、長寿命の投写型表示装置が構成できる。

投写画像の均一性を確保するためのインテグレータ光学系として、２枚のレンズアレイ板を用いているが、ロッドを用いて構成してもよい。

以上のように、本開示の投写型表示装置は、固体光源からの励起光で蛍光発光する蛍光体領域と、カラーフィルタを形成したカラーフィルタ領域を、それぞれ外周側および内周側に備えたひとつの基板と、蛍光体領域からの光が励起光の入射方向である第１の方向に出射し、第１の方向とは逆の第２の方向からカラーフィルタ領域に入射するように導く光学系を備えた光源装置を備える。そして、かかる光源装置を使用し、レンズアレイを用いたインテグレータ照明光学系と、１つのＤＭＤを用いて構成した投写型表示装置であるため、小型で、投写画像の均一性が高く、明るい投写型表示装置が構成できる。

なお、実施の形態４の投写型表示装置１０は、光源装置として実施の形態１で開示した光源装置１１を用いるが、実施の形態２、３で開示した光源装置１２、１３を用いることもできる。

本開示は、画像形成手段を用いた投写型表示装置に適用可能である。

１０ 投写型表示装置
１１，１２，１３ 光源装置
２０，５０，１００ 半導体レーザー
２１，５１，１０１ 放熱板
２２，５２，１０２ コリメートレンズ
２３，５３，１０３ 固体光源ユニット
２４，５４，１０４ ヒートシンク
２５，３０ａ，３０ｂ，５５，６１ａ，６１ｂ，１０５，１１０ａ，１１０ｂ，１１４，１１５ レンズ
２６，５６，１０６ 拡散板
２７，１０７ 基板
２８，５８，１０８ モーター
３０，６１，１１０ 第１の集光レンズ
３１，３２，６２，６３，１１１，１１２，１２４ ミラー
３３，６４，１１３ 第２の集光レンズ
３４，３５，３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４，４５，７３，７４，７５，７６，７７，７８，８１，８２，８３，８４，８５，８６ セグメント
４８，７２ ダイクロイックフィルタ
５７ 蛍光基板
５９ カラーフィルタ基板
６０ 基板ユニット
１２０ 集光レンズ
１２１ 第１のレンズアレイ板
１２２ 第２のレンズアレイ板
１２３ 重畳用レンズ
１２５ フィールドレンズ
１２６ 全反射プリズム
１２７ ＤＭＤ
１２８ 投写レンズ

Claims (13)

1. 固体光源と、
   前記固体光源からの励起光により蛍光発光する蛍光体を形成した蛍光体領域と、前記蛍光体領域の内側にカラーフィルタを形成したカラーフィルタ領域と、を備えた基板と、
   前記蛍光体領域からの光が、前記励起光の入射方向である第１の方向に出射し、前記第１の方向とは逆の第２の方向から前記カラーフィルタ領域に入射するように導く光学手段と、
   を備えた、光源装置。
2. 固体光源と、
   前記固体光源からの励起光により蛍光発光する蛍光基板と、
   カラーフィルタを形成したカラーフィルタ基板と、
   前記励起光の入射方向である第１の方向に出射する前記蛍光基板からの光を、前記第１の方向とは逆の第２の方向から前記カラーフィルタ基板に入射するように導く光学手段と、を備え、
   前記蛍光基板と前記カラーフィルタ基板は、同一の回転駆動軸の軸方向に並んで配置され、
   前記カラーフィルタは、前記蛍光基板よりも小口径に形成される、光源装置。
3. 前記光学手段は、前記第１の方向に蛍光発光する光を集光して略平行光に変換する第１の集光レンズと、前記第１の方向を前記第２の方向に変換するミラーと、前記略平行光の光束を前記カラーフィルタ領域に集光する第２の集光レンズとを備えた、請求項１または２記載の光源装置。
4. 前記光学手段は、前記第１の方向に蛍光発光する光を集光して略平行光に変換する第１の集光レンズと、前記第１の集光レンズからの略平行光を小径化するレンズと、小径化された平行光を前記カラーフィルタ領域に集光する第２の集光レンズと、前記第１の方向を前記第２の方向に変換するミラーと、を備えた、請求項１または２記載の光源装置。
5. 前記固体光源は青色半導体レーザーである、請求項１または２記載の光源装置。
6. 前記蛍光体領域と前記カラーフィルタ領域とが形成された基板は回転制御可能な円形状基板である、請求項１記載の光源装置。
7. 前記蛍光体領域と前記カラーフィルタ領域とが形成された基板はサファイア基板である、請求項１記載の光源装置。
8. 前記蛍光体領域と前記カラーフィルタ領域とが形成された基板は水晶基板である、請求項１記載の光源装置。
9. 前記蛍光基板と前記カラーフィルタ基板とは回転制御可能な円形状基板である、請求項２記載の光源装置。
10. 前記蛍光基板はサファイア基板である、請求項２記載の光源装置。
11. 前記蛍光基板は水晶基板である、請求項２記載の光源装置。
12. 請求項１または２記載の光源装置と、前記光源装置からの光を集光する照明光学系と、前記照明光学系で集光された光から映像信号に応じて画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子で形成された前記画像を拡大投写する投写レンズと、を備える、投写型表示装置。
13. 前記画像形成素子がミラー偏向型のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）である、請求項１２記載の投写型表示装置。

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