JP2018060127A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モーターによる駆動部の個数を減らすことができ、小型化を実現できるとともに、故障の確率を低減できる光源装置を提供する。【解決手段】 光源装置は、第一波長帯の励起光を発する励起光源と、励起光が入射されると第二波長帯の光及び第三波長帯の光を含む蛍光を発する固定式の蛍光体と、回転式のカラーホイールと、カラーホイールの後段に配置された後段光学系とを備える。カラーホイールは、励起光を透過する第一領域と、励起光を反射する第二領域とを有する。蛍光体は、カラーホイールの第一領域又は第二領域のうちの一方を経由した励起光が入射される構成である。後段光学系は、カラーホイールの第一領域又は第二領域のうちの他方を経由した励起光が入射される構成である。カラーホイールは、第一領域及び第二領域のうち、入射された励起光を蛍光体に向かわせる領域において、第二波長帯の光を透過して第三波長帯の光を反射する領域と、第三波長帯の光を透過して第二波長帯の光を反射する領域とに分割されている。【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は光源装置に関する。

従来、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の空間光変調器を用いたＤＬＰ（Digital Light Processing；登録商標）プロジェクタが知られている。ＤＬＰプロジェクタには、１枚の空間光変調器を利用する単板方式（即ち、１チップ方式）と、３枚の空間光変調器を利用する３板方式（即ち、３チップ方式）とがある。

単板方式とは、１枚の空間光変調器に、カラーホイールを用いてＲ、Ｇ、Ｂ各色の光を時間的に分割して照射することによりカラー画像を投射する方式である。３板方式とは、３枚の空間光変調器のそれぞれに、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の光を投射して各色の変調光を発生させ、それらを合成することによりカラー画像を投射する方式である。単板方式は、３板方式に比べ、装置の小型軽量化が可能になるという利点があり、様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、単板方式の光源装置において、半導体レーザ素子から射出されたレーザ光により蛍光体を励起し、当該蛍光体により生成された蛍光から分離された所定の色成分の光と、レーザ光とを時間的に分割して空間光変調器に照射する光源装置が提案されている。

特開２０１６−１０３０３９号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、モーターによる駆動部の個数が多く、装置が大型化するとともに、故障の確率が高くなるといった問題があった。図８を参照して、詳細に説明する。

図８は、特許文献１に開示された単板方式の光源装置１００の構成を示す模式図である。励起光源１０１は、複数の半導体レーザ素子１０２を備える。各半導体レーザ素子１０２は、青色成分のレーザ光ＢＰを射出する。レーザ光ＢＰは、ダイクロイックミラー１０３に入射する。

ダイクロイックミラー１０３は、青色成分の光を透過し、青色成分以外の色成分の光を反射する。レーザ光ＢＰは、ダイクロイックミラー１０３に入射すると、当該ダイクロイックミラー１０３を透過し、集光レンズ１０４により蛍光ホイール１０５に集光される。蛍光ホイール１０５は、蛍光膜が塗布された反射領域と、蛍光膜が塗布されず、反射防止膜が形成された透過領域とを有する。蛍光ホイール１０５は、モーター１１２により回転駆動する。

レーザ光ＢＰは、蛍光ホイール１０５のうち、反射防止膜が形成された透過領域に入射すると、蛍光ホイール１０５を透過する。蛍光ホイール１０５を透過したレーザ光ＢＰは、集光レンズ１０６により平行光束に変換され、反射ミラー（１０７、１０８）によって反射され、ダイクロイックミラー１０９に入射する。

ダイクロイックミラー１０９は、青色成分の光を透過し、青色成分以外の色成分の光を反射する。レーザ光ＢＰは、ダイクロイックミラー１０９に入射すると当該ダイクロイックミラー１０９を透過し、集光レンズ１１０を介して、ロッドレンズ１１１に集光される。レーザ光ＢＰは、ロッドレンズ１１１から射出されると、ロッドレンズ１１１の後段に位置する図示しない空間光変調器に向かって進行する。

一方、レーザ光ＢＰは、蛍光ホイール１０５のうち、蛍光膜が塗布された反射領域に入射すると、蛍光膜は、レーザ光ＢＰにより励起され、緑色成分の光と赤色成分の光とを含む蛍光ＲＰを発する。蛍光ＲＰは、集光レンズ１０４により平行光束に変換され、ダイクロイックミラー１０３に入射すると、当該ダイクロイックミラー１０３により反射される。

蛍光ＲＰは、ダイクロイックミラー１０３により反射されると、集光レンズ１１２によってカラーホイール１１３に集光される。カラーホイール１１３は、緑色成分の光を透過して赤色成分の光を反射する領域（以下、「緑色成分の光を透過する領域」と呼ぶ）と、赤色成分の光を透過して緑色成分の光を反射する領域（以下、「赤色成分の光を透過する領域」と呼ぶ）とを有する。カラーホイール１１３は、モーター１１４により回転駆動する。

蛍光ＲＰは、カラーホイール１１３のうち、緑色成分の光を透過する領域に入射すると、蛍光ＲＰのうち赤色成分の光が反射され、緑色成分の光がカラーホイール１１３を透過して、集光レンズ１１５を介してダイクロイックミラー１０９に入射する。緑色成分の光は、ダイクロイックミラー１０９に入射すると、当該ダイクロイックミラー１０９により反射され、集光レンズ１１０及びロッドレンズ１１１を介して、図示しない空間光変調器に向かって進行する（図８の破線の光路参照）。

一方、蛍光ＲＰは、カラーホイール１１３のうち、赤色成分の光を透過する領域に入射すると、蛍光ＲＰのうち緑色成分の光が反射され、赤色成分の光がカラーホイール１１３を透過して、集光レンズ１１５を介してダイクロイックミラー１０９に入射する。赤色成分の光は、ダイクロイックミラー１０９に入射すると、当該ダイクロイックミラー１０９により反射され、集光レンズ１１０及びロッドレンズ１１１を介して、図示しない空間光変調器に向かって進行する（図８の二点鎖線の光路参照）。

このように、特許文献１の技術は、蛍光ホイール１０５をモーター１１２により回転駆動することにより、レーザ光ＢＰによって蛍光膜を励起させて蛍光ＲＰを生成するとともに、当該レーザ光ＢＰを空間光変調器に向かって進行させている。また、カラーホイール１１３をモーター１１４により回転駆動することにより、生成された蛍光ＲＰから赤色成分の光、又は、緑色成分の光を分離し、分離後の各光を空間光変調器に向かって進行させている。

即ち、特許文献１の技術では、赤色、緑色、及び、青色の全ての色成分の光を空間光変調器に照射させるためには、蛍光ホイール１０５及びカラーホイール１１３のそれぞれにモーター（１１２、１１４）を設け、各ホイールを回転駆動させなければならなかった。そのため、上記のように、特許文献１の技術では、モーターの個数が多く、装置が大型化するとともに、モーターが駆動源となるために故障の確率が高くなるといった問題があった。

これに対し、蛍光ホイール１０５に代わって固定式の蛍光体を使用することで、モーターの個数を減らすことができるとも思われる。しかしながら、仮に蛍光ホイール１０５に代わり、固定式の蛍光体を使用した場合、蛍光ＲＰは緑色成分の光と赤色成分の光とに分離されて空間光変調器に照射されるものの、レーザ光ＢＰは、蛍光体を透過しないため空間光変調器に照射されない。そのため、固定式の蛍光体を使用することはできなかった。

本発明は、上記の課題に鑑み、モーターによる駆動部の個数を減らすことができ、小型化を実現できるとともに、故障の確率を低減できる光源装置を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、
第一波長帯の励起光を発する励起光源と、前記励起光が入射されると第二波長帯の光及び第三波長帯の光を含む蛍光を発する固定式の蛍光体と、回転式のカラーホイールと、前記カラーホイールの後段に配置された後段光学系とを備え、
前記カラーホイールは、前記励起光を透過する第一領域と、前記励起光を反射する第二領域とを有し、
前記蛍光体は、前記カラーホイールの前記第一領域又は前記第二領域のうちの一方を経由した前記励起光が入射される構成であり、
前記後段光学系は、前記カラーホイールの前記第一領域又は前記第二領域のうちの他方を経由した前記励起光が入射される構成であり、
前記カラーホイールは、前記第一領域及び前記第二領域のうち、入射された前記励起光を前記蛍光体に向かわせる領域において、前記第二波長帯の光を透過して前記第三波長帯の光を反射する領域と、前記第三波長帯の光を透過して前記第二波長帯の光を反射する領域とに分割されていることを特徴とする。

上記構成によれば、励起光は、カラーホイールの第一領域又は第二領域のうちの一方を経由して蛍光体に入射し、他方を経由して後段光学系に入射する。また、蛍光体で生成された蛍光は、カラーホイールのうち、入射された励起光を蛍光体に向かわせる領域に入射すると、第二波長帯の光、又は、第三波長帯の光に分離されて後段光学系に入射する。これにより、第一波長帯、第二波長帯、及び、第三波長帯の光を時間的に分割して射出する光源装置を、固定式の蛍光体を使用して実現できる。即ち、回転式の蛍光ホイールを使用する場合に比べ、モーターによる駆動部の個数を減らすことができ、光源装置の小型化を実現できるとともに、故障の確率を低減できる。

上記構成において、
前記励起光源と前記カラーホイールとの間の光路上に配置された、偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと前記カラーホイールとの間の光路上に配置された、１／４波長板と、をさらに有し、
前記励起光源は、第一偏光状態の前記励起光を射出する構成であり、
前記偏光ビームスプリッタは、
入射された光が、前記第一波長帯であって、前記第一偏光状態、又は、前記第一偏光状態とは異なる第二偏光状態のうちの、いずれか一方である場合には透過させ、
入射された光が、前記第一波長帯であって、前記第一偏光状態、又は、前記第二偏光状態のうちの、他方である場合には反射させる構成であるものとしても構わない。

上記構成によれば、１／４波長板を利用して励起光の偏光状態を第一偏光状態から第二偏光状態に変換することができる。これにより、励起光をカラーホイールに入射させるとともに、カラーホイールで反射された励起光を蛍光体に入射させることができる。即ち、第二波長帯の光及び第三波長帯の光とともに、励起光をも時間的に分割して射出する光源装置を実現できる。

上記構成において、
前記偏光ビームスプリッタは、入射された光が、前記第一波長帯であって、前記第一偏光状態である場合には透過させ、前記第二偏光状態である場合には反射させる構成であり、
前記蛍光体は、前記偏光ビームスプリッタにより反射された前記励起光が入射する構成であるものとしても構わない。

上記構成によれば、励起光源から射出される励起光は、偏光ビームスプリッタを透過して１／４波長板を経由し、カラーホイールの第二領域に入射することにより反射され、１／４波長板を再び経由する。これにより、励起光は、偏光状態を第一偏光状態から第二偏光状態に変換されるため、１／４波長板を経由前の段階では偏光ビームスプリッタを透過するのに対し、１／４波長板を二度経由した段階では偏光ビームスプリッタにより反射される。よって、励起光は、偏光ビームスプリッタにより反射されることによって蛍光体に入射することができる。

上記構成において、
前記偏光ビームスプリッタは、入射された光が、前記第一波長帯であって、前記第一偏光状態である場合には反射させ、前記第二偏光状態である場合には透過させる構成であり、
前記蛍光体は、前記偏光ビームスプリッタを透過した前記励起光が入射する構成であるものとしても構わない。

上記構成によれば、励起光源から射出される励起光は、偏光ビームスプリッタによって反射されて１／４波長板を経由し、カラーホイールの第二領域に入射することにより反射され、１／４波長板を再び経由する。これにより、励起光は、偏光状態を第一偏光状態から第二偏光状態に変換されるため、１／４波長板を経由前の段階では偏光ビームスプリッタによって反射されるのに対し、１／４波長板を二度経由した段階では偏光ビームスプリッタを透過する。よって、励起光は、偏光ビームスプリッタを透過することによって蛍光体に入射することができる。

上記構成において、
前記第一偏光状態はｐ偏光であり、前記第二偏光状態はｓ偏光であるものとしても構わない。

上記構成において、
前記励起光源は、青色領域の光を射出する半導体レーザ素子を含み、
前記第二波長帯の光は、緑色領域の光であり、
前記第三波長帯の光は、赤色領域の光であるものとしても構わない。

本発明の光源装置によれば、モーターによる駆動部の個数を減らすことができ、小型化を実現できるとともに、故障の確率を低減できる。

第一実施形態の光源装置の構成を示す模式図である。 第一実施形態の光源装置の構成を示す模式図である。 第一実施形態及び第二実施形態のカラーホイールを示す模式図である。 参考例の光源装置の構成を示す模式図である。 参考例の光源装置による作用効果を説明するためのグラフである。 第一実施形態の光源装置による作用効果を説明するためのグラフである。 第二実施形態の光源装置の構成を示す模式図である。 第三実施形態の光源装置の構成を示す模式図である。 第三実施形態のカラーホイールを示す模式図である。 従来の光源装置の構成を示す模式図である。

本発明の光源装置の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。

（第一実施形態）
［光源装置の構成］
初めに、図１Ａ、図１Ｂ、及び図２を参照して、第一実施形態における光源装置の構成について説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、第一実施形態の光源装置１の構成を示す模式図である。なお、詳細は後述するが、図１Ａは、励起光、及び、蛍光から分離された赤色領域の光が空間光変調器へと進行する状態を示し、図１Ｂは、励起光、及び、蛍光から分離された緑色領域の光が空間光変調器へと進行する状態を示している。

光源装置１は、励起光源３、拡散板５、偏光ビームスプリッタ７、１／４波長板９、集光レンズ１１、カラーホイール１３、モーター１５、ロッドレンズ１７、集光レンズ１９、及び、蛍光体２１を有する。

励起光源３は、基板３１と、当該基板３１に実装された複数の半導体レーザ素子３２とを含む。半導体レーザ素子３２は、後述の蛍光体２１を励起する励起光Ｌ１を発する。なお、図１Ａ及び図１Ｂでは、図の便宜上、一つの半導体レーザ素子３２から射出された励起光Ｌ１のみを図示している。

半導体レーザ素子３２は、一定の偏光状態である励起光Ｌ１を射出する。本実施形態では、励起光Ｌ１は、直線偏光であり、励起光Ｌ１と偏光ビームスプリッタ７の面７Ａに対する法線とを含む入射面（即ち、図１Ａ及び図１Ｂの紙面と平行な面）に対し、平行な方向に電場が振動するｐ偏光である。なお、ｐ偏光が「第一偏光状態」に対応する。

また、半導体レーザ素子３２は、一例として、４４０〜４７０ｎｍの波長の青色領域の光を射出する。なお、４４０〜４７０ｎｍが「第一波長帯」の一例である。

半導体レーザ素子３２から射出された励起光Ｌ１は、拡散板５に入射する。拡散板５は、励起光Ｌ１を拡散させる。これにより、後述の蛍光体２１を照射する励起光Ｌ１の径（即ち、励起スポット）が調整される。なお、光源装置１は、拡散板５を有さないものとしても構わない。

励起光Ｌ１は、拡散板５を経由すると、偏光ビームスプリッタ７に入射する。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、偏光ビームスプリッタ７は、励起光源３と後述のカラーホイール１３との間の光路上に配置されている。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ７は、４４０〜４７０ｎｍの波長の青色領域の光が入射すると、当該青色領域の光の偏光状態がｐ偏光である場合には透過し、ｓ偏光である場合には反射する。また、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ７は、青色領域以外の色領域の光が入射すると、当該光を反射する。

上記のように、半導体レーザ素子３２から射出された励起光Ｌ１は、青色領域の光であり、ｐ偏光である。そのため、半導体レーザ素子３２から射出された励起光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ７を透過する。

励起光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ７を透過すると、１／４波長板９に入射する。１／４波長板９は、偏光ビームスプリッタ７と後述のカラーホイール１３との間の光路上に配置されている。１／４波長板９は、互いに垂直な方向に振動する偏光に、１／４波長の位相差を与える位相板であり、直線偏光を円偏光に、円偏光を直線偏光に変換する。励起光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ７を透過して、１／４波長板９を経由すると、直線偏光（具体的には、ｐ偏光）から円偏光に変換される。

励起光Ｌ１は、１／４波長板９から射出されると、集光レンズ１１によってカラーホイール１３に集光される。カラーホイール１３は、モーター１５によって回転駆動する。以下、図２を参照して、カラーホイール１３について説明する。

図２は、カラーホイール１３を図１Ａ及び図１Ｂの紙面右方向にみたときの模式図である。図２に示すように、カラーホイール１３は、第一領域１３１と第二領域１３２とを有する。

第一領域１３１は、青色領域の励起光Ｌ１を透過し、青色領域以外の色領域の光を反射する領域である。第二領域１３２は、励起光Ｌ１を反射する領域であり、赤色透過領域１３３と、緑色透過領域１３４とに分割される。赤色透過領域１３３は、赤色領域の光を透過し、緑色領域の光を反射する領域である。緑色透過領域１３４は、緑色領域の光を透過し、赤色領域の光を反射する領域である。

なお、本実施形態において、赤色領域の光は、一例として５８０〜６５０ｎｍの光であり、緑色領域の光は、一例として４８０〜５７０ｎｍの光である。４８０〜５７０ｎｍが「第二波長帯」の一例であり、５８０〜６５０ｎｍが「第三波長帯」の一例である。

図１Ａ及び図１Ｂに戻って説明を続ける。上記のように、カラーホイール１３は、モーター１５によって回転駆動する。励起光Ｌ１は、カラーホイール１３のうち第一領域１３１に入射すると、当該カラーホイール１３を透過し、カラーホイール１３の後段に配置されたロッドレンズ１７に入射する。ロッドレンズ１７は、入射した光を複数回反射させることによって、光強度分布を均一化する。励起光Ｌ１は、ロッドレンズ１７を経由すると、図示省略した空間光変調器を照射する。なお、ロッドレンズ１７以後の光学系が「後段光学系」に対応する。

一方、励起光Ｌ１は、カラーホイール１３のうち第二領域１３２に入射すると、当該第二領域１３２によって反射され、集光レンズ１１に向かって進行する。励起光Ｌ１は、集光レンズ１１に入射すると、平行光束に変換され、１／４波長板９に再び入射する。

上記のように、励起光Ｌ１は、１回目の１／４波長板９の経由により、偏光状態を直線偏光（具体的には、ｐ偏光）から円偏光に変換されている。励起光Ｌ１は、カラーホイール１３の第二領域１３２によって反射され、１／４波長板９を再び経由すると、円偏光から直線偏光（具体的には、ｓ偏光）に変換される。

励起光Ｌ１は、１／４波長板９から射出されると、偏光ビームスプリッタ７に入射する。上記のように、偏光ビームスプリッタ７は、青色領域のｓ偏光を反射する。そのため、励起光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ７に入射すると、当該偏光ビームスプリッタ７によって反射され、集光レンズ１９によって蛍光体２１に集光される。

蛍光体２１は、固定式の蛍光体である。蛍光体２１は、励起光Ｌ１が入射すると励起され、赤色領域の光と緑色領域の光とを含む蛍光Ｌ２を発する。蛍光Ｌ２は、集光レンズ１９によって平行光束に変換され、偏光ビームスプリッタ７に入射する。

上記のように、偏光ビームスプリッタ７は、青色領域以外の色領域の光を反射する。そのため、蛍光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ７によって反射され、１／４波長板９と集光レンズ１１とを経由して、カラーホイール１３に入射する。なお、蛍光体２１から発せられる蛍光Ｌ２は、一定の偏光状態を有さない。即ち、蛍光Ｌ２は、偏光状態が揃っていない。そのため、１／４波長板９は、蛍光Ｌ２の偏光状態に対して作用を及ぼさない。

蛍光Ｌ２は、カラーホイール１３のうち赤色透過領域１３３（図２参照）に入射すると、図１Ａに示すように、赤色領域の光Ｌ３（二点鎖線）がカラーホイール１３を透過し、緑色領域の光Ｌ４（破線）が当該赤色透過領域１３３により反射される。赤色領域の光Ｌ３は、カラーホイール１３を透過すると、ロッドレンズ１７を経由して、図示省略した空間光変調器を照射する。

一方、蛍光Ｌ２は、カラーホイール１３のうち緑色透過領域１３４（図２参照）に入射すると、図１Ｂに示すように、緑色領域の光Ｌ４（破線）がカラーホイール１３を透過し、赤色領域の光Ｌ３（二点鎖線）が緑色透過領域１３４により反射される。緑色領域の光Ｌ４は、カラーホイール１３を透過すると、ロッドレンズ１７を経由して、図示省略した空間光変調器を照射する。

なお、蛍光Ｌ２は、カラーホイール１３の第一領域１３１（図２参照）に入射すると、当該第一領域１３１によって反射される。

［作用効果］
以下、第一実施形態の光源装置１による作用効果を説明する。

第一実施形態の光源装置１によれば、青色領域の励起光Ｌ１は、カラーホイール１３のうち第一領域１３１を透過して、ロッドレンズ１７に入射する。赤色領域の光Ｌ３は、カラーホイール１３のうち赤色透過領域１３３を透過して、ロッドレンズ１７に入射する。緑色領域の光Ｌ４は、カラーホイール１３のうち緑色透過領域１３４を透過して、ロッドレンズ１７に入射する。これにより、青色領域の励起光Ｌ１、赤色領域の光Ｌ３、及び、緑色領域の光Ｌ４を時間的に分割して射出する光源装置１を実現できる。

また、上記のように、光源装置１は、固定式の蛍光体２１を利用する。そのため、回転式の蛍光ホイールを使用する場合に比べ、モーターによる駆動部の個数を減らすことができ、光源装置の小型化を実現できるとともに、故障の確率を低減できる。

また、本発明者は、白色光を発する蛍光体を使用して白色光を生成し、カラーホイールによって当該白色光を時間的に分割する光源装置（以下、参考例の光源装置と呼ぶ）を構成し、本実施形態の光源装置１と比較した。すると、本実施形態の光源装置１によれば、参考例の光源装置に比べて光の利用効率が上がることが分かった。図３及び図４を参照して詳細に説明する。

図３は、参考例の光源装置９０の構成を示す模式図である。参考例の光源装置９０は、図示省略した蛍光体によって白色光ＬＷを生成し、当該白色光ＬＷを、カラーホイール９１によって、赤色領域の光、緑色領域の光、及び、青色領域の光に時間的に分割して射出する。

カラーホイール９１は、赤色領域の光を透過して、緑色領域の光及び青色領域の光を反射する赤色透過領域９１１と、緑色領域の光を透過して、赤色領域の光及び青色領域の光を反射する赤色透過領域９１２と、青色領域の光を透過して、赤色領域の光及び緑色領域の光を反射する青色透過領域９１３とを有する。白色光ＬＷは、赤色透過領域９１１に入射すると、赤色領域の光が分離され、緑色透過領域９１２に入射すると、緑色領域の光が分離され、青色透過領域９１３に入射すると、青色領域の光が分離されて、各光が空間光変調器９３を照射し、投射レンズ９５に入射する。なお、図３では、白色光ＬＷが赤色透過領域９１１に入射し、赤色領域の光Ｌ３が空間光変調器９３及び投射レンズ９５を経由した状態を示している。

図４Ａは、参考例の光源装置９０における光利用効率を示すグラフである。図４Ａにおいて、縦軸は、光の強度を示し、励起光の強度を１００％としたときの各光の強度（％）を示す。

図４Ａ示すように、励起光の強度を１００％としたとき、蛍光体によって発せられる白色光ＬＷの強度は、６５．４％である。これは、蛍光体の変換効率が６５．４％であることを示す。なお、６５．４％の白色光のうち、１６．１％が青色光であり、４９．３％が黄色の蛍光である。

また、白色光ＬＷがカラーホイール９１によって時間的に分離されると、分離後の光の強度は、２１．８％であり、分離前の強度の約１／３となっていることが分かる。これは、カラーホイール９１が、白色光ＬＷのうち赤色、緑色、及び青色のうちの一色の光だけを分離して利用し、他の色の光を利用しないことに起因する。なお、２１．８％の白色光のうち、５．４％が青色光であり、１６．４％が黄色の蛍光である。以上のように、参考例の光源装置９０では、励起光の強度を１００％とすると、２１．８％の強度の白色光しか利用できないことが分かる。

一方、図４Ｂに第一実施形態の光源装置１における光利用効率を示すグラフを示す。図４Ｂにおいても、縦軸は、光の強度を示し、励起光Ｌ１の強度を１００％としたときの各光の強度（％）を示す。

図４Ｂに示すように、励起光Ｌ１の強度を１００％としたとき、８．５％の励起光Ｌ１がカラーホイール１３を透過し、９１．５％の励起光Ｌ１がカラーホイール１３により反射され、蛍光体２１に向かう。８．５％の励起光Ｌ１は、空間光変調器の照射にそのまま利用される。一方、９１．５％の励起光Ｌ１は、蛍光体２１により蛍光Ｌ２に変換される。蛍光Ｌ２の強度は、５０．９％である。蛍光Ｌ２は、カラーホイール１３により、赤色または緑色の光に分離されて利用される。５０．９％の蛍光Ｌ２のうち、２５．５％の蛍光Ｌ２が空間光変調器の照射に利用される。

即ち、励起光Ｌ１の強度を１００％とすると、参考例の光源装置９０では２１．８％の強度の白色光しか利用できていなかったのに対し、第一実施形態の光源装置１によれば、３４．０（８．５＋２５．５）％の強度の白色光を利用できていることが分かる。これは、第一実施形態の光源装置１は、参考例の光源装置９０に比べて、同一強度の励起光を利用して、より明るい光を射出できることを示している。即ち、第一実施形態の光源装置１は、光の利用効率が高いことを示している。

さらに、本実施形態の光源装置１によれば、半導体レーザ素子３２から射出された励起光Ｌ１がカラーホイール１３の第一領域１３１に入射するとき、蛍光体２１は当該励起光Ｌ１によって励起されない。そのため、蛍光体として固定式の蛍光体２１を使用した場合であっても、当該蛍光体２１が励起光Ｌ１によって常に励起されることを防ぐことができ、蛍光体２１の損傷を抑制できる。

（第二実施形態）
続いて、図５を参照して、第二実施形態における光源装置の構成について説明する。なお、第二実施形態において、第一実施形態の光源装置１と同様の構成については、同一符号を付し、説明を省略する。

［光源装置の構成］
図５は、第二実施形態の光源装置５０の構成を示す模式図である。なお、詳細は後述するが、図５は、励起光、及び、蛍光から分離された赤色領域の光が空間光変調器へと進行する状態を示している。第二実施形態の光源装置５０は、第一実施形態の光源装置１と比較して、偏光ビームスプリッタ７に代わり偏光ビームスプリッタ５１を備える点と、蛍光体２１及び励起光源３の配置位置とが異なる。以下、第二実施形態の光源装置５０について、第一実施形態と異なる点について重点的に説明する。

半導体レーザ素子３２は、励起光Ｌ１を射出する。励起光Ｌ１は、青色領域のｐ偏光である。励起光Ｌ１は、拡散板５により拡散され、偏光ビームスプリッタ５１に入射する。

偏光ビームスプリッタ５１は、青色領域の光が入射すると、当該青色領域の光の偏光状態がｐ偏光である場合には反射し、ｓ偏光である場合には透過する。また、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ５１は、青色領域以外の色領域の光が入射すると、当該光を透過する。

上記のように、励起光Ｌ１は、青色領域のｐ偏光である。そのため、励起光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ５１によって反射され、１／４波長板９に入射する。励起光Ｌ１は、１／４波長板９を経由すると、直線偏光（具体的には、ｐ偏光）から円偏光に変換され、集光レンズ１１によってカラーホイール１３に集光される。

励起光Ｌ１は、カラーホイール１３のうち第一領域１３１（図２参照）に入射すると、当該第一領域１３１を透過し、ロッドレンズ１７を経由して、図示省略した空間光変調器を照射する。

一方、励起光Ｌ１は、カラーホイール１３のうち第二領域１３２（図２参照）に入射すると、当該第二領域１３２によって反射され、集光レンズ１１を経由して、１／４波長板９に入射する。励起光Ｌ１は、１／４波長板９を経由すると、円偏光から直線偏光（具体的には、ｓ偏光）に変換され、偏光ビームスプリッタ５１に入射する。

上記のように、偏光ビームスプリッタ５１は、青色領域のｓ偏光を透過する。そのため、励起光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ５１を透過し、集光レンズ１９によって蛍光体２１に集光される。

蛍光体２１は、励起光Ｌ１によって励起され、蛍光Ｌ２を発する。蛍光Ｌ２は、集光レンズ１９によって平行光束に変換され、偏光ビームスプリッタ５１に入射する。

上記のように、偏光ビームスプリッタ５１は、青色領域以外の色領域の光を透過する。そのため、蛍光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ５１を透過し、１／４波長板９及び集光レンズ１１を経由して、カラーホイール１３に入射する。なお、蛍光Ｌ２は、一定の偏光状態を有さないため、１／４波長板９は、蛍光Ｌ２の偏光状態に対して作用を及ぼさない。

蛍光Ｌ２は、カラーホイール１３のうち赤色透過領域１３３（図２参照）に入射すると、図５に示すように、赤色領域の光Ｌ３が、蛍光Ｌ２から分離され、ロッドレンズ１７を経由して、図示省略した空間光変調器を照射する。

一方、蛍光Ｌ２は、カラーホイール１３のうち緑色透過領域１３４（図２参照）に入射すると、図示省略するが、緑色領域の光Ｌ４が、蛍光Ｌ２から分離され、ロッドレンズ１７を経由して、図示省略した空間光変調器を照射する。

なお、蛍光Ｌ２は、カラーホイール１３の第一領域１３１（図２参照）に入射すると、当該第一領域１３１によって反射される。

第二実施形態の光源装置５０によっても、第一実施形態と同様の作用効果を奏するのは勿論である。

（第三実施形態）
続いて、図６及び図７を参照して、第三実施形態における光源装置の構成について説明する。なお、第三実施形態において、第一実施形態の光源装置１と同様の構成については、同一符号を付し、説明を省略する。

［光源装置の構成］
図６は、第三実施形態の光源装置６０の構成を示す模式図である。半導体レーザ素子３２は、青色領域の励起光Ｌ１を射出する。第三実施形態において、励起光は、偏光状態が一定であっても構わないし、一定でなくても構わない。また、偏光状態が一定であるとき、直線偏光（ｐ偏光又はｓ偏光）であっても構わないし、円偏光であっても構わない。

励起光Ｌ１は、集光レンズ６１によってカラーホイール６３に集光される。カラーホイール６３は、モーター７２によって回転駆動する。図７にカラーホイール６３の模式図を示す。図７に示すように、カラーホイール６３は、第一領域６３１と、第二領域６３２とを有する。

第一領域６３１は、励起光Ｌ１を透過する領域であり、赤色透過領域６３３と、緑色透過領域６３４とに分割される。赤色透過領域６３３は、赤色領域の光を透過し、緑色領域の光を反射する領域である。緑色透過領域６３４は、緑色領域の光を透過し、赤色領域の光を反射する領域である。第二領域６３２は、青色領域の光、赤色領域の光、及び、緑色領域の光を反射する領域である。

図６に戻って説明を続ける。励起光Ｌ１は、カラーホイール６３のうち、第二領域６３２に入射すると、当該第二領域６３２によって反射され、集光レンズ（７０、７１）、及び、ロッドレンズ１７を経由して、図示省略した空間光変調器に入射する。

一方、励起光Ｌ１は、カラーホイール６３のうち、第一領域６３１に入射すると、当該第一領域６３１を透過し、集光レンズ６４、及び、反射ミラー（６５、６６）を経由して、ダイクロイックミラー６７に入射する。

ダイクロイックミラー６７は、青色領域の光を反射し、青色領域以外の色領域の光を透過する。そのため、励起光Ｌ１は、ダイクロイックミラー６７によって反射され、集光レンズ６８によって蛍光体２１に集光される。

蛍光体２１は、蛍光Ｌ２を生成する。蛍光Ｌ２は、集光レンズ６８を経由してダイクロイックミラー６７を透過し、集光レンズ６９によってカラーホイール６３に集光される。

蛍光Ｌ２は、カラーホイール６３のうち赤色透過領域６３３（図７参照）に入射すると、赤色領域の光Ｌ３がカラーホイール６３を透過し、緑色領域の光が当該赤色透過領域６３３により反射される。赤色領域の光Ｌ３は、カラーホイール６３を透過すると、集光レンズ（７０、７１）、及び、ロッドレンズ１７を経由して、図示省略した空間光変調器を照射する。

一方、蛍光Ｌ２は、カラーホイール６３のうち緑色透過領域６３４（図７参照）に入射すると、緑色領域の光Ｌ４がカラーホイール６３を透過し、赤色領域の光が当該緑色透過領域６３４により反射される。緑色領域の光Ｌ４は、カラーホイール６３を透過すると、集光レンズ（７０、７１）、及び、ロッドレンズ１７を経由して、図示省略した空間光変調器を照射する。

なお、蛍光Ｌ２は、カラーホイール６３のうち第二領域６３２（図７参照）に入射すると、当該第二領域６３２によって反射される。

第三実施形態の光源装置６０によっても、第一実施形態と同様の作用効果を奏するのは勿論である。

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。
〈１〉第一実施形態において、半導体レーザ素子３２は、ｐ偏光の励起光Ｌ１を射出すると説明したが、ｓ偏光の励起光を射出する構成であっても構わない。この場合、偏光ビームスプリッタ７は、青色領域のｓ偏光を透過し、青色領域のｐ偏光を反射し、青色領域と異なる色領域の光を反射するものとしても構わない。

〈２〉第二実施形態において、半導体レーザ素子３２は、ｓ偏光の励起光を射出する構成であっても構わない。この場合、偏光ビームスプリッタ５１は、青色領域のｓ偏光を反射し、青色領域のｐ偏光を透過し、青色領域と異なる色領域の光を透過するものとしても構わない。

〈３〉第一実施形態から第三実施形態において、「光を透過する」とは、当該光を反射する割合に比べ、透過する割合が大きいことを指し、「光を反射する」とは、当該光を透過する割合に比べ、反射する割合が大きいことを指しても構わない。換言すると、「光を透過する」とは、当該光を１００％透過することを含むし、また、例えば、当該光を９０％透過し、１０％反射することも含む。「光を反射する」についても同様である。

〈４〉第一実施形態及び第二実施形態において、半導体レーザ素子３２は、偏光状態が一定である励起光Ｌ１（より具体的には、ｐ偏光の励起光Ｌ１）を射出すると説明したが、これに限らない。例えば、半導体レーザ素子３２は、偏光状態が揃っていない励起光Ｌ１を射出し、当該励起光Ｌ１が偏光板を経由することによって一定の偏光状態（例えば、ｐ偏光）を有するように変換されても構わない。

〈５〉第一実施形態から第三実施形態の光源装置は、一例として、プロジェクタの光源装置として使用されるが、他の装置の光源として使用しても構わない。

１ ： 第一実施形態の光源装置
３ ： 励起光源
３１ ： 基板
３２ ： 半導体レーザ素子
５ ： 拡散板
７ ： 偏光ビームスプリッタ
９ ： １／４波長板
１１、１９ ： 集光レンズ
１３ ： カラーホイール
１３１ ： 第一領域
１３２ ： 第二領域
１３３ ： 赤色透過領域
１３４ ： 緑色透過領域
１５ ： モーター
１７ ： ロッドレンズ
２１ ： 蛍光体
５０ ： 第二実施形態の光源装置
５１ ： 第二実施形態の偏光ビームスプリッタ
６０ ： 第三実施形態の光源装置
６３ ： 第三実施形態のカラーホイール
６３１ ： 第一領域
６３２ ： 第二領域
６３３ ： 赤色透過領域
６３４ ： 緑色透過領域
６７ ： ダイクロイックミラー

Claims (6)

1. 第一波長帯の励起光を発する励起光源と、前記励起光が入射されると第二波長帯の光及び第三波長帯の光を含む蛍光を発する固定式の蛍光体と、回転式のカラーホイールと、前記カラーホイールの後段に配置された後段光学系とを備え、
   前記カラーホイールは、前記励起光を透過する第一領域と、前記励起光を反射する第二領域とを有し、
   前記蛍光体は、前記カラーホイールの前記第一領域又は前記第二領域のうちの一方を経由した前記励起光が入射される構成であり、
   前記後段光学系は、前記カラーホイールの前記第一領域又は前記第二領域のうちの他方を経由した前記励起光が入射される構成であり、
   前記カラーホイールは、前記第一領域及び前記第二領域のうち、入射された前記励起光を前記蛍光体に向かわせる領域において、前記第二波長帯の光を透過して前記第三波長帯の光を反射する領域と、前記第三波長帯の光を透過して前記第二波長帯の光を反射する領域とに分割されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記励起光源と前記カラーホイールとの間の光路上に配置された、偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタと前記カラーホイールとの間の光路上に配置された、１／４波長板と、をさらに有し、
   前記励起光源は、第一偏光状態の前記励起光を射出する構成であり、
   前記偏光ビームスプリッタは、
   入射された光が、前記第一波長帯であって、前記第一偏光状態、又は、前記第一偏光状態とは異なる第二偏光状態のうちの、いずれか一方である場合には透過させ、
   入射された光が、前記第一波長帯であって、前記第一偏光状態、又は、前記第二偏光状態のうちの、他方である場合には反射させる構成であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記偏光ビームスプリッタは、入射された光が、前記第一波長帯であって、前記第一偏光状態である場合には透過させ、前記第二偏光状態である場合には反射させる構成であり、
   前記蛍光体は、前記偏光ビームスプリッタにより反射された前記励起光が入射する構成であることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記偏光ビームスプリッタは、入射された光が、前記第一波長帯であって、前記第一偏光状態である場合には反射させ、前記第二偏光状態である場合には透過させる構成であり、
   前記蛍光体は、前記偏光ビームスプリッタを透過した前記励起光が入射する構成であることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
5. 前記第一偏光状態はｐ偏光であり、前記第二偏光状態はｓ偏光であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記励起光源は、青色領域の光を射出する半導体レーザ素子を含み、
   前記第二波長帯の光は、緑色領域の光であり、
   前記第三波長帯の光は、赤色領域の光であ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。

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