JP2018124538A - 光源装置および投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体光源から出射する光の偏光特性を利用して、複数の固体光源からの光を効率よく集光し、小型で安価な光源装置を提供する。【解決手段】本開示の光源装置は、複数の固体光源ユニットと、複数の固体光源ユニットからの偏光光を偏光合成する偏光合成ミラーと、偏光合成ミラーからの光の偏光の方位を変換する短冊状の１／２波長板と、１／２波長板からの光の偏光成分の強度比を制御する１／２波長板と、１／２波長板からの光を偏光分離するダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーで偏光分離された光で励起発光する蛍光板とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、光源装置、および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に関する。

近年、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、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からなる光源装置が多数使用されている。その中で、特許文献１には、固体光源から出射する光の偏光特性を利用して、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。また、特許文献２には、複数の固体光源ユニットからの光を効率よく合成するため、反射領域と透過領域を設けて空間的に合成するミラーや偏光合成ミラーを用いた光源装置が開示されている。

特開２０１２−１３７７４４号公報 特開２０１２−１８２０８号公報

本開示は、固体光源から出射する光の偏光特性を利用して、複数の固体光源ユニットからの光を効率よく合成する小型で高輝度な光源装置と、その光源装置を用いた投写型表示装置を提供する。

本開示の光源装置は、複数の固体光源ユニットと、偏光合成ミラーと、第１位相差板と、ダイクロイックミラーと、蛍光板と、第２位相差板と、反射板と、第３位相差板とを備えている。複数の固体光源ユニットは、複数の固体光源と複数のレンズを備えている。偏光合成ミラーは、固体光源ユニットからの光を偏光合成する。第１位相差板は、偏光合成ミラーからの光の偏光状態を変換する。ダイクロイックミラーは、第１位相差板と、固体光源ユニットからの光を偏光分離し、かつ、青の色光と緑および赤の色光を合成する。蛍光板は、ダイクロイックミラーで偏光分離した一方の偏光光で、励起され、緑、赤成分の蛍光を発する。第２位相差板は、ダイクロイックミラーで偏光分離した他方の偏光光を円偏光に変換する。

本開示によれば、複数の固体光源ユニットからの光を合成する偏光合成ミラーの後に、短冊状の位相差板を配置構成することにより、固体光源からの光を効率よく分離、集光し、蛍光と固体光源の光を合成することができる。これにより小型で高輝度な光源装置が構成できるため、長寿命で小型な明るい投写型表示装置が実現できる。

本開示の実施の形態１における光源装置の構成図 偏光合成ミラーの分光透過率特性を示す図 本開示の光源装置における固体光源から第１位相差板の光学構成図 ダイクロイックミラーの分光透過率特性を示す図 本開示の実施の形態２における投写型表示装置の構成図 本開示の実施の形態３における投写型表示装置の構成図

以下本開示を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本開示の実施の形態を示す光源装置の構成図である。尚、図１においては、固体光源２０，２４から出射する各光束の様相と、偏光合成ミラー２８、ダイクロイックミラー３２へ入射する光および偏光合成ミラー２８、ダイクロイックミラー３２から出射する光の偏光方向を示している。

光源装置５０は、第１固体光源ユニット２２と、第２固体光源ユニット２６と、偏光合成ミラー２８と、第１拡散板２９と、第３位相差板である複数の１／２波長板３０と、第１位相差板である１／２波長板３１と、ダイクロイックミラー３２と、コンデンサレンズ３３，３４と、蛍光板３８と、第２位相差板である１／４波長板３９と、コンデンサレンズ４０と、第２拡散板４１と、反射板４２とを備える。

第１固体光源ユニット２２は、複数の半導体レーザーを配置した固体光源２０と、複数のコリメートレンズ２１とから構成され、放熱板２３が取り付けられる。固体光源２０を構成する複数の半導体レーザーは第１固体光源素子の一例である。

第２固体光源ユニット２６は、複数の半導体レーザーを配置した固体光源２４と、複数のコリメートレンズ２５とから構成され、放熱板２７が取り付けられる。固体光源２４を構成する複数の半導体レーザーは第２固体光源素子の一例である。

固体光源２０，２４の各々には、２０個（４×５）の半導体レーザーをピッチｐで２次元上に正方配置している。固体光源２０，２４の半導体レーザーは、４４７ｎｍから４６２ｎｍの波長幅で青の色光を発光し、直線偏光を出射する。固体光源２０，２４は出射する光が偏光合成ミラー２８の入射面に対して、それぞれＳ偏光、Ｐ偏光となるように配置している。

コリメートレンズ２１，２５の各々は、固体光源２０，２４の対応する半導体レーザーからの光を集光するように複数個配置され、平行な光束群に変換する。各コリメートレンズからの平行な光束幅をｄとする。すなわち、コリメートレンズ２１，２５は、固体光源２０，２４の半導体レーザーの出射光を光束幅ｄの平行光として出射する。コリメートレンズ２１は第１レンズの一例、コリメートレンズ２５は第２レンズの一例である。放熱板２３，２７は固体光源２０，２４を冷却するためのものである。このように、第１固体光源ユニット２２からはＳ偏光の光が、第２固体光源ユニット２６からはＰ偏光の光が出射される。ここで、Ｓ偏光は、第１の直線偏光の一例である。Ｐ偏光は、第２の直線偏光の一例である。第１の直線偏光と第２の直線偏光とは、互いに直交関係にある。

また、第１固体光源ユニット２２に対して第２固体光源ユニット２６は、Ｐ偏光方向と平行な方向にｐ／２だけ位置をずらして配置している。第１固体光源ユニット２２および第２固体光源ユニット２６は、半導体レーザーを狭いピッチｐで配置した小型な固体光源ユニットであり、光束幅ｄはｐ／２よりも大きい。第１固体光源ユニット２２から出射するＳ偏光および第２固体光源ユニット２６から出射するＰ偏光の光は、偏光合成ミラー２８に入射した後、合成される。

図２は、偏光合成ミラー２８の分光透過率特性を示す。

図２に示すように、偏光合成ミラー２８は、４４７ｎｍから４６２ｎｍの波長帯域で、Ｐ偏光の光を９６％以上で透過し、Ｓ偏光の光を９８％以上で反射する。第１固体光源ユニット２２、第２固体光源ユニット２６からの光束の光束幅ｄがｄ＞ｐ／２の関係である場合、第１固体光源ユニット２２からの光束は反射し、第２固体光源ユニット２６からの光束は透過する。このため、空間的に合成するミラーでは、第１固体光源ユニット２２から出射するＳ偏光および第２固体光源ユニット２６から出射するＰ偏光の光を効率よく合成できない。しかしながら、本実施の形態のように偏光合成ミラー２８を用いることにより、空間ではなく偏光で合成するため高効率で合成できる。高効率で合成された光は、第１拡散板２９に入射する。

第１拡散板２９は、ガラス製で表面に微細な凹凸形状を加工、もしくは微小なレンズを形成したものであり、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４度と小さく、偏光特性を保持する。第１拡散板２９を透過した光は、第３位相差板を構成する１／２波長板３０に入射する。１／２波長板３０は、固体光源２０の発光中心波長近傍で位相差が１／２波長となる位相差板である。１／２波長板３０は、第１固体光源ユニット２２からのＳ偏光の光束を全てＰ偏光の光束に変換するように、短冊状で光束幅ｄと同じ幅ｄを有しており、光束幅ｄより小さい所定の間隔で複数枚を配置している。本実施の形態では、１／２波長板３０を４個配置しており、１／２波長板のそれぞれに固体光源２０からのＳ偏光の光束が光束幅に合致するように照射される。１／２波長板３０は、図１のＰ偏光方向を０度とした場合に、光学軸を４５度で配置したものである。なお、本実施の形態では、１/２波長板３０を４個配置しているが、少なくとも１個配置していればよい。

第２固体光源ユニット２６からのＰ偏光に対しては、光束幅ｄ＜ｐ／２となる場合には、Ｓ偏光に変換されない。しかしながら、光束幅ｄ＞ｐ／２となる場合には、一部の光束がＳ偏光に変換される。本実施の形態の図１では、光束幅ｄ＞ｐ／２となる場合を示している。このため、１／２波長板３０を透過した光は、Ｐ偏光に一部Ｓ偏光が混在した光となる。

図３は、固体光源から第１位相差板である１／２波長板３１までの光学構成図を示す。

図３において、偏光合成ミラー２８で合成された光の偏光が混在した一部の光束を斜線にて示している。例えば、第１固体光源ユニット２２からの光束４３と第２固体光源ユニット２６からの光束４４において、偏光合成ミラー２８で合成された後、偏光が混在した斜線の光束４５が１／２波長板３０に入射する。１／２波長板３０では、光束４５のＳ偏光がＰ偏光に、Ｐ偏光がＳ偏光に変換される。

１／２波長板３０を透過した光は、第１位相差板である１／２波長板３１に入射する。１／２波長板３１は、図３のＰ偏光方向を０度とした場合に、光学軸を３２．５度で配置したものである。光学軸が３２．５度の場合、Ｐ偏光は１／２波長板３１により偏光の方位が６５度に変換され、Ｐ偏光成分の光強度が１８％、Ｓ偏光成分の光強度が８２％となり、所望の白色光色度を得ることができる。１／２波長板３１は、回転調整が可能な機構を設けて、その光学軸の配置角度を調整できるようにしている。このため、光束幅ｄ＞ｐ／２で一部Ｓ偏光が混在した場合においても、Ｓ偏光成分が１８％以下であれば、その光学軸を３２．５度から、偏光方位を変換しない０度の範囲で調整することが出来る。その結果、Ｐ偏光成分の光強度を１８％に、Ｓ偏光成分の強度を８２％に変換調整が可能となる。このようにして、１／２波長板３１を出射した光は、Ｐ偏光成分の光強度は１８％、Ｓ偏光成分の光強度が８２％とすることができる。

１／２波長板３０，３１、および図１で示す１／４波長板３９は、誘電体材料の斜め蒸着による複屈折を利用した薄膜位相差板である。薄膜位相差板は無機材料で構成され、水晶などの無機光学結晶と同様に耐久性、信頼性に優れ、水晶よりも比較的安価に構成できる。

第１位相差板である１／２波長板３１を出射した光は、ダイクロイックミラー３２に入射する。

図４は、ダイクロイックミラーの分光透過率特性を示す。

図４に示すように、青色光は、透過率が５０％となる波長がＳ偏光で４６５ｎｍ、Ｐ偏光で４４２ｎｍの特性で透過、反射する。緑、赤成分を含む色光は、９６％以上で透過する特性である。ダイクロイックミラー３２へ入射する光のＳ偏光成分は、反射され、Ｐ偏光成分は透過する。１／２波長板３１により、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の光強度は、それぞれ８２％、１８％で反射、透過する。

ダイクロイックミラー３２で反射した８２％のＳ偏光の青色光は、コンデンサレンズ３３、３４により集光される。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、８２％のＳ偏光の青色光は、スポット径が１．５ｍｍ〜２．５ｍｍのスポット光に重畳され、蛍光板３８に入射する。第１拡散板２９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。

蛍光板３８は、反射膜と、蛍光体層３５を形成したアルミニウム基板３６と、中央部のモーター３７とから構成される。蛍光板３８は、回転制御可能な円形基板である。蛍光板３８の反射膜は、可視光を反射する金属膜もしくは誘電体膜であり、アルミニウム基板上に形成される。さらに、反射膜上には蛍光体層３５が形成される。蛍光体層３５には、青色光により励起され、緑、赤成分を含んだ黄色光を発光するＣｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体を形成している。この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組成はＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２である。蛍光体層３５は、円環状に形成している。スポット光で励起された蛍光体層３５は、緑、赤成分の光を含む黄色光を発光する。蛍光板３８は、アルミニウム基板であり、かつ回転させることにより、励起光による蛍光体層３５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。蛍光体層３５に入射した光は、緑、赤成分の色光を発光し、蛍光板３８を出射する。また、反射膜側に発光する光は反射膜で反射し、蛍光板３８を出射する。蛍光板３８から出射した緑および赤の色光は、自然光となり、再びコンデンサレンズ３３、３４で集光され、略平行光に変換された後、ダイクロイックミラー３２を透過する。

一方、ダイクロイックミラー３２を透過する１８％のＰ偏光の青色光は、第２位相差板である１／４波長板３９に入射する。１／４波長板３９は半導体レーザーの発光中心波長近傍で位相差が１／４波長となる位相差板である。１／４波長板３９は、図３のＰ偏光方向を０度とした場合に、光学軸を４５度で配置している。１／４波長板３９を透過した光は円偏光に変換され、コンデンサレンズ４０に入射して、集光する。コンデンサレンズ４０の焦点距離は集光角度が４０度以下となるようにし、反射板４２の近傍に集光スポットを形成する。コンデンサレンズ４０で集光された光は第２拡散板４１に入射する。第２拡散板４１は入射する光を拡散させて、光強度分布を均一化するとともに、レーザー光のスペックルを解消する。第２拡散板４１は薄板のガラス表面に微細な凹凸形状もしくは微小なレンズで光を拡散するものである。第２拡散板４１は拡散面への１回の透過光で略４度の拡散角度を有し、偏光特性を維持するものである。第２拡散板４１を透過した円偏光の光は、アルミニウムや誘電体多層膜などの反射膜を形成した反射板４２で位相が反転され、逆回りの円偏光となる。反射板４２で反射した光は、再度、第２拡散板４１で拡散された後、コンデンサレンズ４０で平行光に変換され、１／４波長板３９に入射する。１／４波長板３９に入射した逆回りの円偏光は、Ｓ偏光に変換され後、ダイクロイックミラー３２で反射する。

このようにして、蛍光板３８からの蛍光と、効率よく偏光変換された青色光とが、ダイクロイックミラー３２で合成され、白色光として出射される。蛍光の緑、赤成分を含む黄色光と半導体レーザーの青色光により、良好なホワイトバランスの発光特性を得ることができる。この発光スペクトル特性は、投写型表示装置の光学系で青、緑、赤の３原色光に分離しても、所望の色度座標の単色光を得ることができる。

第３位相差板である１／２波長板３０は、第１固体光源ユニットからのＳ偏光をＰ偏光に変換する位置に配置したが、第２固体光源からのＰ偏光の光をＳ偏光に変換する位置に配置してもよい。この場合、主にＳ偏光の光に一部Ｐ偏光の光が混在する光束となるため、第１位相差板は出射する光のＰ偏光成分の光強度を１８％、Ｓ偏光成分の光強度を８２％となるように、その光学軸を適切な角度に変更すればよい。

また、第３位相差板を第２固体光源からのＰ偏光の光をＳ偏光に変換する位置に配置した場合、第１位相差板に入射する光が主にＳ偏光となる。したがって、Ｓ偏光成分の強度を８２％、Ｐ偏光成分の強度を１２％にするため、第１位相差板に１／４波長板を用いてもよい。１／４波長板は光軸の配置角度により、Ｓ偏光成分が入射した場合、Ｓ偏光成分を１００％から最大５０％の光強度に、Ｐ偏光成分を０％から最大５０％の光強度に分離制御できるためである。

１／２波長板３０，３１や１／４波長板３９には、薄膜位相差板を用いて説明したが、高価であるが耐光性に優れた水晶を用いてもよい。また、光の波長よりも小さい微細周期構造で生じる複屈折を利用した微細構造性位相差板を用いてもよい。

以上のように、本開示の光源装置は、複数の固体光源ユニットからの光を偏光合成ミラーにより合成し、偏光合成ミラーからの一方の偏光の方位を短冊状の第３位相差板で変換し、この第３位相差板から得られるＰ偏光、Ｓ偏光の比率を第１位相差板で制御して、偏光分離するダイクロイックミラーに出射するようになっている。そして、ダイクロイックミラーで偏光分離した一方の光で蛍光板を励起発光して得た色光と、偏光分離したもう一方の光を第２位相差板により偏光変換して得た青色光とを、効率よく集光、合成して白色光を得るようにしているため、小型で高輝度な光源装置が構成できる。

（実施の形態２）
以下、図５を用いて、実施の形態２を説明する。実施の形態１と同様の構成要素については同様の符号を付し、その説明は省略する場合がある。

図５は、本開示の実施の形態２にかかる投写型表示装置である。映像信号に応じて画像を形成する画像形成素子として、ＴＮ（Twisted Nematic）モードもしくはＶＡ（Vertical Alignment）モードであって、画素領域に薄膜トランジスタを形成したアクティブマトリクス方式の透過型の液晶パネルを用いている。

投写型表示装置は、第１のレンズアレイ板２００、第２のレンズアレイ板２０１、偏光変換素子２０２、重畳用レンズ２０３、青反射のダイクロイックミラー２０４、緑反射のダイクロイックミラー２０５、反射ミラー２０６，２０７，２０８、リレーレンズ２０９，２１０，フィールドレンズ２１１，２１２，２１３、入射側偏光板２１４，２１５，２１６、液晶パネル２１７，２１８，２１９、出射側偏光板２２０，２２１，２２２、赤反射のダイクロイックミラーと青反射のダイクロイックミラーから構成される色合成プリズム２２３、投写レンズ２２４を備える。

光源装置５０からの白色光は、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２００に入射する。第１のレンズアレイ板２００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２０１に収束する。第１のレンズアレイ板２００のレンズ素子は液晶パネル２１７，２１８，２１９と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板２０１のレンズ素子は、第１のレンズアレイ板２００と液晶パネル２１７，２１８，２１９と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２０１から出射した光は、偏光変換素子２０２に入射する。偏光変換素子２０２は、偏光分離プリズムと１／２波長板により構成され、光源からの自然光を一つの偏光方向の光に変換する。蛍光は自然光であるため、自然光をひとつの偏光方向に偏光変換されるが、青色光はＳ偏光の光で入射するため、偏光は変換されない。偏光変換素子２０２からの光は、重畳用レンズ２０３に入射する。重畳用レンズ２０３は、第２のレンズアレイ板２０１の各レンズ素子からの出射した光を液晶パネル２１７，２１８，２１９上に重畳するためのレンズである。第１のレンズアレイ板２００、第２のレンズアレイ板２０１と、偏光変換素子２０２と、重畳用レンズ２０３を光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明光学系としている。

重畳用レンズ２０３からの光は、色分離手段である青反射のダイクロイックミラー２０４、緑反射のダイクロイックミラー２０５により、青、緑、赤の色光に分離される。緑の色光は、フィールドレンズ２１１、入射側偏光板２１４を透過して、液晶パネル２１７に入射する。青の色光は、反射ミラー２０６で反射した後、フィールドレンズ２１２、入射側偏光板２１５を透過して液晶パネル２１８に入射する。赤の色光は、リレーレンズ２０９，２１０を透過した後、反射ミラー２０７，２０８で反射する。反射した光は、フィールドレンズ２１３、入射側偏光板２１６を透過して、液晶パネル２１９に入射する。

３枚の液晶パネル２１７，２１８、２１９は、映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により入射する光の偏光状態を変化させる。次に、それぞれの液晶パネル２１７，２１８，２１９の両側に透過軸を直交するように配置したそれぞれの入射側偏光板２１４，２１５，２１６および出射側偏光板２２０，２２１，２２２を組み合わせて光を変調し、緑、青、赤の画像を形成する。出射側偏光板２２０，２２１，２２２を透過した各色光は色合成プリズム２２３により、赤、青の各色光がそれぞれ赤反射のダイクロイックミラー、青反射のダイクロイックミラーによって反射し、緑の色光と合成され、液晶パネルで形成された画像である映像光として投写レンズ２２４に入射する。投写レンズ２２４に入射した光は、スクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

光源装置は、複数の固体光源ユニットで小型に構成され、高効率で良好なホワイトバランスの白色光を出射するため、長寿命で、高輝度な投写型表示装置を実現できる。また、画像形成手段には、時分割方式ではなく偏光を利用する３枚の液晶パネルを用いているため、カラーブレイキングがなく色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。また、３つのＤＭＤ素子を用いた場合よりも、全反射プリズムが不要で、色合成用のプリズムが４５度入射の小型プリズムになるため、投写型表示装置が小型に構成できる。

以上のように、本実施の形態の投写型表示装置は、複数の固体光源ユニットからの光を偏光合成ミラーにより合成し、偏光合成ミラーからの一方の偏光の方位を短冊状の第３位相差板で変換し、この第３位相差板からのＰ偏光、Ｓ偏光の比率を第１位相差板で制御して、偏光分離するダイクロイックミラーに出射するようになっている。そして、ダイクロイックミラーで偏光分離した一方の光で蛍光板を励起発光して得た色光と、偏光分離したもう一方の光を第２位相差板により偏光変換して得た青色光とを、効率よく集光、合成して白色光を得ることができる光源装置を用いている。このため、小型で高輝度な投写型表示装置が構成できる。

画像形成手段として、透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶パネルを用いて構成してもよい。反射型の液晶パネルを用いることにより、より小型で高精細な投写型表示装置が構成できる。

（実施の形態３）
以下、図６を用いて、実施の形態３を説明する。実施の形態１と同様の構成要素については同様の符号を付し、その説明は省略する場合がある。

図６は、本開示の実施の形態３にかかる投写型表示装置である。映像信号に応じて画像を形成する画像形成素子として、３つのＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いている。

光源装置５０から出射した白色光は、集光レンズ１００に入射し、ロッド１０１へ集光する。ロッド１０１への入射光はロッド内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化され出射する。ロッド１０１からの出射光はリレーレンズ１０２により集光され、反射ミラー１０３で反射した後、フィールドレンズ１０４を透過し、全反射プリズム１０５に入射する。このように集光レンズ１００、ロッド１０１、リレーレンズ１０２、反射ミラー１０３、フィールドレンズ１０４は、光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明光学系を構成する。

全反射プリズム１０５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１０６を形成している。空気層１０６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１０４からの光は、全反射プリズム１０５の全反射面で反射されて、カラープリズム１０７に入射する。カラープリズム１０７は３つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には、青反射のダイクロイックミラー１０８と赤反射のダイクロイックミラー１０９が形成されている。カラープリズム１０７の青反射のダイクロイックミラー１０８と赤反射のダイクロイックミラー１０９により、青、赤、緑の色光に分離され、それぞれＤＭＤ１１０，１１１，１１２に入射する。

ＤＭＤ１１０，１１１，１１２は映像信号に応じてマイクロミラーを偏向させ、投写レンズ１１３に入射する光と、投写レンズ１１３の有効外へ進む光とに反射させる。ＤＭＤ１１０，１１１，１１２により反射された光は、再度、カラープリズム１０７を透過する。カラープリズム１０７を透過する過程で、分離された青、赤、緑の各色光は合成され、全反射プリズム１０５に入射する。全反射プリズム１０５に入射した光は空気層１０６に臨海角以下で入射するため、透過して、投写レンズ１１３に入射する。このようにして、ＤＭＤ１１０，１１１，１１２により形成された画像光がスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

光源装置は、複数の固体光源で構成され、高効率で良好なホワイトバランスの白色光を出射するため、長寿命で、高輝度な投写型表示装置を実現できる。また、画像形成手段にＤＭＤを用いているため、液晶を用いた画像形成手段と比べて、耐光性、耐熱性が高い投写型表示装置が構成できる。さらに、３つＤＭＤを用いているため、色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。

以上のように、本実施の形態の投写型表示装置は、複数の固体光源ユニットからの光を偏光合成ミラーにより合成し、偏光合成ミラーからの一方の偏光の方位を短冊状の第３位相差板で変換し、この第３位相差板からのＰ偏光、Ｓ偏光の比率を第１位相差板で制御して、偏光分離するダイクロイックミラーに出射する。そして、ダイクロイックミラーで偏光分離した一方の光で蛍光板を励起発光して得た色光と、偏光分離したもう一方の光を第２位相差板により偏光変換して得た青色光とを、効率よく集光、合成して白色光を得ることができる光源装置を用いている。このため、小型で高輝度な投写型表示装置が構成できる。

本開示は、蛍光体を励起発光する光源を使用する光源装置、およびそれを使用した投写型表示装置に適用可能である。

２０，２４ 固体光源
２１，２５ コリメートレンズ
２２，２６ 固体光源ユニット
２３，２７ 放熱板
２８ 偏光合成ミラー
２９ 第１拡散板
３０ １／２波長板
３１ １／２波長板
３２ ダイクロイックミラー
３３，３４，４０ コンデンサレンズ
３５ 蛍光体層
３６ アルミニウム基板
３７ モーター
３８ 蛍光板
３９ １／４波長板
４１ 第２拡散板
４２ 反射板
４３，４４，４５ 光束
５０ 光源装置
１００ 集光レンズ
１０１ ロッド
１０２，２０９，２１０ リレーレンズ
１０３，２０６，２０７，２０８ 反射ミラー
１０４，２１１，２１２，２１３ フィールドレンズ
１０５ 全反射プリズム
１０６ 空気層
１０７ カラープリズム
１０８，２０４ 青反射のダイクロイックミラー
１０９ 赤反射のダイクロイックミラー
１１０，１１１，１１２ ＤＭＤ
１１３，２２４ 投写レンズ
２００ 第１のレンズアレイ板
２０１ 第２のレンズアレイ板
２０２ 偏光変換素子
２０３ 重畳用レンズ
２０５ 緑反射のダイクロイックミラー
２１４，２１５，２１６ 入射側偏光板
２１７，２１８，２１９ 液晶パネル
２２０，２２１，２２２ 出射側偏光板
２２３ 色合成プリズム

Claims (16)

1. 複数の固体光源と複数のレンズを備えた複数の固体光源ユニットと、
   前記固体光源ユニットからの光を偏光合成する偏光合成ミラーと、
   前記偏光合成ミラーからの光の偏光状態を変換する第１位相差板と、
   前記固体光源ユニットからの光を偏光分離し、かつ、青の色光と緑および赤の色光を合成するダイクロイックミラーと、
   前記ダイクロイックミラーで偏光分離した一方の偏光光で励起され、緑、赤成分の蛍光を発する蛍光板と、
   前記ダイクロイックミラーで偏光分離した他方の偏光光を円偏光に変換する第２位相差板と、
   前記第２位相差板で変換された円偏光を前記第２位相差板に反射する反射板と、
   前記偏光合成ミラーと前記第１位相差板の間に配置され、前記偏光合成ミラーで合成された合成光束の一方の偏光光に対して、偏光の方位を変換する第３位相差板とを備えた、光源装置。
2. 前記第１位相差板は１／２波長板もしくは１／４波長板である請求項１記載の光源装置。
3. 前記第２位相差板は１／４波長板である請求項１記載の光源装置。
4. 前記第３位相差板は１／２波長板である請求項１記載の光源装置。
5. 前記第１から第３の位相差板は誘電体材料の斜め蒸着による複屈折を用いた薄膜位相差板である請求項１記載の光源装置。
6. 前記第１から第３の位相差板は微細構造による複屈折を用いた微細構造性位相差板である請求項１記載の光源装置。
7. 前記第１から第３の位相差板は水晶である請求項１記載の光源装置。
8. 前記第１の位相差板は回転調整可能な機構を備えた請求項１記載の光源装置。
9. 前記複数の固体光源は青色半導体レーザーである請求項１記載の光源装置。
10. 前記複数の固体光源を出射する光が直線偏光の光である請求項１記載の光源装置。
11. 前記蛍光板は、回転制御可能な円形基板であって、Ｃｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体を形成した蛍光体層を備えた請求項１記載の光源装置。
12. 請求項１記載の光源装置と、
    前記光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明光学系と、
    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画像を拡大投写する投写レンズを備えた、投写型表示装置。
13. 前記画像形成素子が液晶パネルである請求項１２記載の投写型表示装置。
14. 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。
15. ピッチｐで配置され、第１の直線偏光を出射する複数の第１固体光源素子と、前記第１固体光源素子の出射側に配置され、前記第１固体光源素子の出射光を光束幅ｄの平行光として出射する複数の第１レンズとを有し、以下の条件（１）を満たす、第１光源ユニットと、
    ｄ＞ｐ／２ ・・・（１）
    前記ピッチｐで配置され、前記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光を出射する複数の第２固体光源素子と、前記第２固体光源素子の出射側に配置され、前記第２固体光源素子の出射光を前記光束幅ｄの平行光として出射する複数の第２レンズとを有し、以下の条件（２）を満たし、
    ｄ＞ｐ／２ ・・・（２）
    かつ前記第１レンズからの出射光と前記第２レンズからの出射光が直交するとともに前記第１光源ユニットに対して第２の直線偏光の偏光方向と平行な方向にｐ／２ずらした位置に配置された第２光源ユニットと、
    前記第１の直線偏光を透過し、前記第２の直線偏光を前記第１の直線偏光と同方向に反射する偏光合成ミラーと、
    前記偏光合成ミラーから出射される第１の直線偏光と第２の直線偏光のそれぞれの光の強度を所定の割合にして透過する第１位相差板と、
    前記光束幅ｄと同じ幅ｄを有する短冊状であって、前記第１の直線偏光の光束が光束幅ｄに合致するよう照射される少なくとも１つの第３位相差板と、を備える光源装置。
16. 第３位相差板は、前記光束幅ｄより小さい所定の間隔で配置される請求項１５記載の光源装置。

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