JP2018159837A - 光源装置および投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる色の光が蛍光体から集光レンズを経由して合成ミラーに至るまでの光路長の違いを、従来よりも大幅に低減した光源を提供する。【解決手段】回転体１０の回転軸ＲＡに対して傾いた斜面の上に蛍光体１２，１３を設け、集光レンズ１９の光軸と回転体の回転軸を、１０度以上で８０度以下の角度で交差させる。蛍光体を励起するために、第一励起光源１４と第二励起光源１５を回転体の回転軸を挟んで反対側に配置し、合成ダイクロイックミラー２０のミラー面を回転軸の延長方向に沿った向きに配置する。異なる色の発光色について、蛍光体から合成ミラーまでの光路長の違いを大幅に低減したため、高価な補正光学系を設けなくとも、各色成分の角度特性や強度分布が揃った良質な照明光を出力できる。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザと蛍光体を備えた光源装置と、これを用いた投射型表示装置に関する。

近年、高い発光効率で短波長の光を出力する半導体レーザが開発されている。かかる半導体レーザの出力光で蛍光体を励起し、波長変換された光を投射型表示装置の光源として用いることが行われている。

蛍光体を一定の場所に固定して励起光を照射してもよいが、蛍光体の同一点を励起光が常に照射し続けると局所的に温度が上昇し、発光効率が低下する場合や、更には材料劣化が生じる可能性がある。このため、回転する円板の主面上に蛍光体を設けておき、蛍光体の同一点を励起光が定常的には照射しないように構成する光源が多く用いられる。

例えば、特許文献１には、半導体レーザの出力光を集光レンズを使って回転する蛍光板に照射し、蛍光板が発する蛍光をダイクロイックミラーで選択して液晶光変調素子に導く投射型表示装置が記載されている。

また、情報化社会が進展する今日にあっては、投射型表示装置には、カラー表示が要求される場合が多く、例えば特許文献２や特許文献３には、互いに異なる発光色の蛍光体を一つの回転体上に同心円状に設け、複数色を同時に発光可能な光源と、これを用いた投射型表示装置が開示されている。

特開２０１６−１４６２９３号公報 特開２０１３−４７７７７号公報 特開２０１２−１４２２２２号公報

特許文献２や特許文献３に開示された投射型表示装置にあっては、回転体上に設けられた互いに異なる発光色の蛍光体に励起光を照射し、それぞれの蛍光体が発する異なる波長の蛍光を集光してから合成し、光変調素子に照射する。

すなわち、例えば図１２に示す従来の装置では、赤色蛍光体１１２と緑色蛍光体１１３が、モータ１１１で回転する回転板１１０の主面上に、回転板の回転軸を中心とし、半径が異なる２つのリングパターンとして形成されている。そして、赤色蛍光体１１２に対しては励起光源ユニット１１４が、緑色蛍光体１１３に対しては励起光源ユニット１１５が設けられている。各励起光源ユニットは、励起波長の光を発するレーザ光源と、励起光を整形するための光学レンズ群を有している。励起光源ユニット１１４と赤色蛍光体１１２の間には、ダイクロイックミラー１１６と、集光レンズ１１８が配置されている。また、励起光源ユニット１１５と緑色蛍光体１１３の間には、ダイクロイックミラー１１７と集光レンズ１１９が配置されている。
集光レンズ１１８と集光レンズ１１９は、励起光を集光して蛍光体に照射するとともに、蛍光を集光してダイクロイックミラーに伝達するレンズである。

ダイクロイックミラー１１７は、励起光源ユニット１１５からの励起光を緑色蛍光体１１３の方向に透過するが、緑色蛍光体１１３からの蛍光は反射するミラーである。また、ダイクロイックミラー１１６は、励起光源ユニット１１４からの励起光を赤色蛍光体１１２の方向に透過するが、赤色蛍光体１１２からの蛍光は反射し、なおかつダイクロイックミラー１１７を経由して届く緑色蛍光体１１３からの蛍光は透過するミラーである。言い換えれば、ダイクロイックミラー１１６は、赤色の蛍光と緑色の蛍光を合成する合成ミラーの機能も有しているといえる。

かかる光源においては、赤色蛍光体１１２から集光レンズ１１８を経由してダイクロイックミラー１１６（合成ミラー）に至る光路の長さと、緑色蛍光体１１３から集光レンズ１１９を経由してダイクロイックミラー１１６（合成ミラー）に至る光路の長さを比較すると、蛍光体リングパターンの直径にほぼ等しいだけの大きな差異がある。このため、合成光に含まれる赤色光成分と緑色光成分との間で、角度特性や強度分布に著しい差異が生じることがある。

このように、色成分ごとに角度特性や強度分布に差異が生じている合成光を投射型表示装置の照明光として用いると、色成分ごとに照明光学系の反射・合成特性や投射レンズのテレセントリック性能の影響の受け方が異なるため、表示画像に色むらが生じやすくなる。そこで、色むらを抑制しようとすれば、投射レンズで利用できる光を制限する必要が生じ、光利用効率が低下してしまう問題が生じた。

一方、光源側で赤色光成分と緑色光成分の角度特性や強度分布を調整しようとすれば、例えばダイクロイックミラー１１７とダイクロイックミラー（合成ミラー）１１６の間に、光路長の違いによる影響を補正するための補正光学系を設ける必要があるが、現実的には配置するのが困難であったり、補正レンズが高価になってしまう等の問題があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、異なる色の光が蛍光体から集光レンズを経由して合成ミラーに至るまでの光路長の違いを、従来よりも大幅に低減した光源を提供することを目的とする。すなわち、色毎の光路長の差を大幅に低減し、高価な補正光学系を設けなくとも、各色成分の角度特性や強度分布が揃った良質な照明光を出力可能な光源を提供することを目的とする。あわせて、かかる光源装置を備えた高画質の投射型表示装置を、低コストで提供することを目的とする。

本発明は、回転軸を中心に回転可能で、蛍光体で側部の少なくとも一部が被覆された回転体と、前記蛍光体を励起するための第一の励起光源と、前記蛍光体を励起するための第二の励起光源と、前記第一の励起光源からの励起光を透過し、前記蛍光体からの蛍光の少なくとも一部を反射する第一のダイクロイックミラーと、前記第二の励起光源からの励起光を透過し、前記蛍光体からの蛍光の少なくとも一部を反射する第二のダイクロイックミラーと、前記第一のダイクロイックミラーと前記蛍光体の間に配置された第一の集光レンズと、前記第二のダイクロイックミラーと前記蛍光体の間に配置された第二の集光レンズと、前記第一のダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光体からの蛍光を反射し、前記第二のダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光体からの蛍光を透過する合成ミラーと、を有し、前記第一の励起光源と前記第二の励起光源は、前記回転体の回転軸を挟んで反対側に配置され、前記合成ミラーのミラー面は、前記回転体の回転軸の延長上に回転軸に沿った向きで配置されることを特徴とする光源装置である。
また、本発明は、上記光源装置と、光変調素子と、投射レンズとを備えることを特徴とする投射型表示装置である。

本発明によれば、異なる色の光に関し、蛍光体から合成ミラーまでの光路長の違いを、従来よりも大幅に低減した光源を提供することができる。すなわち、色毎の光路長の差を大幅に低減し、高価な補正光学系を設けなくとも、各色成分の角度特性や強度分布が揃った良質な照明光を出力可能な光源を提供することができる。あわせて、かかる光源装置を備えた高画質の投射型表示装置を、低コストで提供することができる。

第一の実施形態の光源装置の構成を示す図。 第二の実施形態の光源装置の構成を示す図。 第三の実施形態の投射型表示装置の構成を示す図。 第四の実施形態の光源装置の構成を示す図。 （ａ）第四の実施形態の回転体の平面図。（ｂ）第四の実施形態の光源各部の駆動タイミングを示すタイムチャート。 第五の実施形態の投射型表示装置の構成を示す図。 第六の実施形態の光源装置の構成を示す図。 第七の実施形態の光源装置の構成を示す図。 第八の実施形態の光源装置の構成を示す図。 第九の実施形態の光源装置の構成を示す図。 （ａ）第十の実施形態の回転体の平面図。（ｂ）第十の実施形態の光源各部の駆動タイミングを示すタイムチャート。 従来の光源装置の構成を示す図。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

［第一の実施形態］
図１を参照し、本発明の第一の実施形態である光源装置について説明する。
図中、１は光源装置、１０は回転体、１１はモータ、１２は赤色蛍光体、１３は緑色蛍光体、１４および１５は励起光源ユニット、１６は第一のダイクロイックミラー、１７は第二のダイクロイックミラー、１８および１９は集光レンズ、２０は合成ミラーである。

本装置では、モータ１１により回転可能な回転体１０の側部の斜面上に、発光波長特性が異なる赤色蛍光体１２と緑色蛍光体１３が、回転体１０の回転軸ＲＡを中心とし、半径が異なる２つのリングパターンとして形成されている。言い換えれば、回転軸を中心とする第一の円の周上に赤色蛍光体が設けられ、第一の円とは半径が異なる第二の円の周上に緑色蛍光体が設けられている。回転体１０の基材は、蛍光体の過熱を防ぐため、熱伝導率が高い金属が好適に用いられ、冷却用の凹部が設けられている。

そして、赤色蛍光体１２に対しては励起光源ユニット１４が、緑色蛍光体１３に対しては励起光源ユニット１５が設けられている。各励起光源ユニットは、蛍光体を励起可能な波長の光を発するレーザ光源と、励起光を整形するための光学レンズ群を有している。例えば、アレイ状に配置された複数の青色レーザ光源と、青色レーザ光源の各々に対応して配置された複数のコリメートレンズが一体化されたモジュールを用いるのが好適である。

各モジュールには、青色レーザ光源が２×４にマトリクス配列された発光素子アレイが含まれている。ただし、１つのモジュールに含まれるマトリクス配列の規模は、この例に限られるものではない。より大規模なマトリクス配列でもよいし、縦横が同数のマトリクス配列であってもよい。光源ユニットに用いる青色レーザ光源は、例えば波長４４５ｎｍの光を発する半導体レーザである。各レーザ光源から出力される光は、レンズの作用により、ほぼ平行な光線として励起光源ユニットから出射する。励起光源ユニット１４と励起光源ユニット１５は、同一構成のものを用いることもできる。

励起光源ユニット１４と赤色蛍光体１２の間には、ダイクロイックミラー１６と集光レンズ１８が配置されている。また、励起光源ユニット１５と緑色蛍光体１３の間には、ダイクロイックミラー１７と集光レンズ１９が配置されている。

尚、本実施形態に限らず、以下の全ての実施形態の説明において、励起光源ユニットと蛍光体の間に配置されたダイクロイックラーは、蛍光体を励起するのに適した波長の励起光に対しては高い透過率を有するとともに、蛍光体が発する蛍光のうち当該光源装置から出力させたい波長域の光に対して高い反射率を有するものである。言い換えれば、励起光源ユニットと蛍光体の間に配置されたダイクロイックラーは、蛍光体が発する蛍光の少なくとも一部を反射するが、全てを反射するとは限らない。
また、異なる励起光源ユニットに対応するダイクロイックラー同士の波長特性は異なっているものとする。一例を挙げれば、一方の励起光源ユニットに対応するダイクロイックラーが緑色光は透過するが赤色光を反射する特性を有するのに対し、他方の励起光源ユニットに対応するダイクロイックラーは緑色光を反射する特性を有するものである。もちろん、ダイクロイックラー同士の波長特性の異なり方は、この例に限らず適宜変更され得る。

ダイクロイックミラー１６は、励起光源ユニット１４からの励起光を赤色蛍光体１２の方向に透過するが、赤色蛍光体１２からの蛍光（赤色光）は反射する。また、ダイクロイックミラー１７は、励起光源ユニット１５からの励起光を緑色蛍光体１３の方向に透過するが、緑色蛍光体１３からの蛍光（緑色光）は反射する。ダイクロイックミラー１６とダイクロイックミラー１７のミラー面は、回転体の回転軸ＲＡと平行に配置されている。

集光レンズ１８は、励起光源ユニット１４からの励起光を集光して赤色蛍光体１２に照射するとともに、赤色蛍光体１２が発する蛍光を集光してダイクロイックミラー１６に伝達するレンズである。同様に、集光レンズ１９は、励起光源ユニット１５からの励起光を集光して緑色蛍光体１３に照射するとともに、緑色蛍光体１３が発する蛍光を集光してダイクロイックミラー１７に伝達するレンズである。集光レンズ１８と集光レンズ１９は、図１の例では２枚のレンズで構成しているが、枚数はこれに限らない。集光レンズ１８と集光レンズ１９は、同一構成のものを用いることができる。

合成ミラー２０は、赤色光は反射するが緑色光は透過するダイクロイックミラーである。合成ミラー２０のミラー面は、回転体１０の回転軸ＲＡの延長上に、回転軸ＲＡの方向に沿った向きで配置されている。後述する合成光の光軸に対して、合成ミラー２０のミラー面がなす角をθ３とすると、θ３は４５度に設定される。

本実施形態では、回転体１０の側部の斜面上に設けられた蛍光体に集光レンズで励起光を集光して照射する。図中のＥＡ１は集光レンズ１８の光軸（延長線を含む）、ＥＡ２は集光レンズ１９の光軸（延長線を含む）、ＲＡは回転体１０の回転軸である。本実施形態では、光軸ＥＡ１と光軸ＥＡ２とは直交している。

ここで、本実施形態では、集光レンズ１８の光軸ＥＡ１と、回転体１０の回転軸ＲＡがなす角θ１を、１０度以上で８０度以下としている。また、集光レンズ１９の光軸ＥＡ２と、回転体１０の回転軸ＲＡがなす角θ２を、１０度以上で８０度以下としている。そして、θ１とθ２は、製造上の誤差を除き、同一になるよう配置されており、本実施形態では、ともに４５度に設定されている。このように、集光レンズの光軸と回転軸を平行ではなく、角度を持たせて配置したことにより、モータの軸方向のスラストガタが発生したとしても、集光レンズと蛍光体とが接触する危険性を小さくすることができる。さらに、かかる配置は、回転体の斜面に蛍光体を設けたこととあいまって、集光レンズ１８あるいは集光レンズ１９の保持具と回転体１０とが機械的に干渉する危険性を小さくすることを可能としている。

次に、光源装置の各部の動作を説明する。
励起光源ユニット１４から出射した青色レーザ光は、ダイクロイックミラー１６を透過し、集光レンズ１８により回転体１０の斜面上に設けられたリング状の赤色蛍光体１２に集光される。赤色蛍光体１２が発する赤色光は、集光レンズ１８により集光された後、ダイクロイックミラー１６により合成ミラー２０の方向に向けて反射される。

また、励起光源ユニット１５から出射した青色レーザ光は、ダイクロイックミラー１７を透過し、集光レンズ１９により回転体１０の斜面上に設けられたリング状の緑色蛍光体１３に集光される。緑色蛍光体１３が発する緑色光は、集光レンズ１９により集光された後、ダイクロイックミラー１７により合成ミラー２０の方向に向けて反射される。

ダイクロイックミラー１６とダイクロイックミラー１７は、それぞれが反射する赤色光と緑色光の光路が、互いに直交するような向きに配置される。また、合成ミラー２０は、ダイクロイックミラー１６が反射する赤色光と、ダイクロイックミラー１７が反射する緑色光が、ミラー面の同じ位置に重畳するように配置される。合成ミラー２０は、回転体１０の回転軸ＲＡを延長した位置上に、ミラー面の向きが回転軸ＲＡと一致するように配置される。

合成ミラー２０において、赤色光は反射されるが、緑色光は透過するため、２色の光は重畳され、合成される。尚、本実施形態の光源装置では、励起光源ユニット１４および励起光源ユニット１５から、回転体上の２色の蛍光体に同時に、かつ連続的に励起光を照射することが可能なため、時間的に途切れることなく合成光を出力することが可能である。
図１２で説明した従来の光源装置では、各色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長は、蛍光体のリングパターンの直径とほぼ等しい大きな距離差があった。

これに対して、本実施形態の光源装置では、赤色蛍光体１２から合成ミラー２０までの光路と、緑色蛍光体１３から合成ミラー２０までの光路の距離差は、図１に示す蛍光体のリングパターン同士の距離Ｐ程度に過ぎない。

蛍光体の過熱を防止するため、リングパターンの直径はある程度大きくせざるを得ないが、２色のリングパターン同士の距離Ｐは近接させることが可能である。というのも、赤色蛍光体に対応する集光レンズやダイクロイックミラーと、緑色蛍光体に対応する集光レンズやダイクロイックミラーとは、回転軸ＲＡを挟んで反対側に配置されるため、互いに機械的に干渉しあう心配がなく、Ｐを小さくしても支障がないからである。

したがって、本実施形態の光源装置では、異なる色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長の違いを、従来よりも大幅に低減している。このため、高価な補正光学系を設けなくとも、各色成分の角度特性や強度分布が揃った良質な照明光を出力可能な光源を実現することができた。

尚、上記の実施形態では、赤色蛍光体と緑色蛍光体を用いたが、光源装置に求められるスペックに応じて、上記以外の色の組み合わせを用いてもよい。蛍光体の色の組み合わせに応じて、適宜ダイクロイックミラーや合成ミラーの波長選択性を変更すれば、さまざまなスペックの光源装置を実現することが可能である。

また、各励起光源ユニットからの励起光の出力強度を各々独立に制御することにより、当該光源装置から出力する合成光の色バランスを容易に変更したり調整することが可能である。かかる変更や調整は、適宜のタイミングで行うことが出来る。

［第二の実施形態］
図２を参照し、本発明の第二の実施形態である光源装置について説明する。第一の実施形態は、赤色成分と青色成分の強度分布や角度特性が揃った良質な合成光を出力可能な光源装置であったが、第二の実施形態は、合成光に青色成分光を重畳する光学系を有する。

図２において、２１は光源装置、１０は回転体、１１はモータ、１２は赤色蛍光体、１３は緑色蛍光体、１４および１５は励起光源ユニット、１６は第一のダイクロイックミラー、１８および１９は集光レンズ、２２は青色光源ユニット、２３は第二のダイクロイックミラー、２４は合成ミラーである。

本実施形態において、赤色と緑色の発光にかかわる部分、すなわち回転体１０、モータ１１、赤色蛍光体１２、緑色蛍光体１３、励起光源ユニット１４、励起光源ユニット１５、第一のダイクロイックミラー１６、集光レンズ１８、集光レンズ１９は、第一の実施形態と同様の構成である。

一方、本実施形は、青色光源ユニット２２を備えている。青色光源ユニット２２は、蛍光体の励起用光源ではなく、赤色光および緑色光に青色光を重畳させるための光源である。

ダイクロイックミラー２３は、励起光源ユニット１５および青色光源ユニット２２の出力光は透過するが、緑色蛍光体１３が発する緑色光は反射する。ダイクロイックミラー１６とダイクロイックミラー２３のミラー面は、回転体の回転軸と平行に配置されている。
また、合成ミラー２４は、赤色蛍光体１２が発する赤色光は反射するが、青色光源ユニット２２の出力光と緑色蛍光体１３が発する緑色光は透過する。

青色光源ユニット２２と、励起光源ユニット１４および励起光源ユニット１５とは、同一の発光波長の青色レーザ光源を用いてもよいが、蛍光体の励起波長と、合成光の青色成分の波長を異ならせたいときには、異なる波長のレーザ光源を用いてもよい。尚、集光レンズ１９を介してダイクロイックミラー２３に入射する赤色光と、青色光源ユニット２２からダイクロイックミラー２３に入射する青色光のビーム形態をマッチさせるように、青色光源ユニット２２には整形レンズや、場合によっては拡散板などを設けるのが望ましい。

このような構成の第二の実施形態の光源装置は、第一の実施形態と同様に、回転体上に設けられた赤色と緑色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長の差が小さいため、合成光の角度特性や強度分布が優れている上、さらに青色のレーザ光を重畳して合成することができる。励起光源ユニット１４、励起光源ユニット１５、青色光源ユニット２２を点灯し続ければ、光源装置からは、赤色光、緑色光、青色光を重畳した出力光を連続して取り出すことが可能である。

また、各励起光源ユニットからの励起光および青色光源ユニットの出力強度を各々独立に制御することにより、当該光源装置から出力する合成光の色バランスを容易に変更したり調整することが可能である。かかる変更や調整は、適宜のタイミングで行うことが出来る。

［第三の実施形態］
第三の実施形態として、図３に、本発明の第二の実施形態である光源装置２１を備えた投射型表示装置の全体構成を示す。
同図に示すように、第三の実施形態である投射型表示装置は、光源装置２１、リレーレンズ３１０、第一レンズアレイ３２０、第二レンズアレイ３３０、偏光変換素子３４０、重畳レンズ３５０、ダイクロイックミラー３６０、３６１、反射ミラー３６２、３６３、３６４、クロスダイクロイックプリズム３７０、Ｒ用レンズ３８１、Ｒ用透過型液晶パネル３８２、Ｇ用レンズ３８３、Ｇ用透過型液晶パネル３８４、Ｂ用レンズ３８５、Ｂ用透過型液晶パネル３８６、投射レンズ３９０、を備えている。さらに、投影スクリーン３９１を備える場合もある。
光源装置２１は、第二の実施形態で説明した光源装置であり、赤色光、緑色光、青色光を重畳した出力光を連続して出力することが可能である。

光源装置２１から出射された光は、リレーレンズ３１０を介して第一レンズアレイ３２０に導かれる。第一レンズアレイ３２０は、光を複数の部分光束に分割するため、マトリクス状に配置された複数の小レンズを備える。第二レンズアレイ３３０および重畳レンズ３５０は、第一レンズアレイ３２０の小レンズの像を、Ｒ用透過型液晶パネル３８２、Ｇ用透過型液晶パネル３８４、Ｂ用透過型液晶パネル３８６の画面領域近傍に結像させる。第一レンズアレイ３２０、第二レンズアレイ３３０および重畳レンズ３５０は、光源装置２１の光強度を、透過型液晶パネルの面内方向で均一化する。

偏光変換素子３４０は、第一レンズアレイ３２０により分割された部分光束を、直線偏光に変換する。ダイクロイックミラー３６０は、赤色光を反射させ、緑色光および青色光を透過させるダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー３６１は、緑色光を反射させ、青色光を透過させるダイクロイックミラーである。反射ミラー３６２と３６３は、青色光を反射させる反射ミラーである。反射ミラー３６４は、赤色光を反射させる反射ミラーである。

直線偏光された赤色光は、Ｒ用レンズ３８１を介してＲ用透過型液晶パネル３８２に入射し、画像信号に応じて変調され、映像光として出射する。尚、Ｒ用レンズ３８１とＲ用透過型液晶パネル３８２の間、およびＲ用透過型液晶パネル３８２とクロスダイクロイックプリズム３７０の間には、それぞれ入射側偏光版（不図示）と出射側偏光版（不図示）が配置されている。赤色と同様に、緑色光はＧ用透過型液晶パネル３８４により、青色光はＢ用透過型液晶パネル３８６により変調され、映像光として出射する。

クロスダイクロイックプリズム３７０は、４つの直角プリズムを張り合わせて構成され、張り合わせ部のＸ字形界面には、誘電体多層膜が形成されている。Ｒ用透過型液晶パネル３８２およびＢ用透過型液晶パネル３８６から出力された映像光は、投射レンズ３９０に向けて誘電体多層膜で反射され、Ｇ用透過型液晶パネル３８４から出力された映像光は、投射レンズ３９０に向けて誘電体多層膜を透過する。各色の映像光は重畳され、投射レンズ３９０により投影スクリーン３９１に投射される。

第三の実施形態である投射型表示装置は、各色成分の角度特性や強度分布が揃った良質な光源装置２１を用いて各色用の透過型液晶パネル（光変調素子）を照明するため、色むらの少ない高い画質の映像表示を行うことが可能である。

また、各励起光源ユニットからの励起光および青色光源ユニットの出力強度を各々独立に制御することにより、投射型表示装置の表示映像の色バランスを容易に変更あるいは調整することが可能である。かかる変更や調整は、適宜のタイミングで行うことが出来る。

［第四の実施形態］
図４を参照し、本発明の第四の実施形態である光源装置について説明する。
図中、４０１は光源装置、４０は回転体、４１はモータ、４２は赤色蛍光体と緑色蛍光体が塗り分けられた蛍光体部、４４および４５は励起光源ユニット、４６は第一のダイクロイックミラー、４７は第二のダイクロイックミラー、４８および４９は集光レンズ、５０は合成ミラー、５１は青色光源ユニットである。また、ＲＡは回転体４０の回転軸であり、ＥＡ３は集光レンズ４８の光軸、ＥＡ４は集光レンズ４９の光軸である。

本装置では、モータ４１により回転可能な回転体４０の側部の斜面上に、蛍光体部４２が設けられている。蛍光体部の過熱を防ぐため、回転体４０の基材としては熱伝導率が高い金属が好適に用いられ、上面の中央には冷却用の凹部が設けられている。

蛍光体部４２は、赤色蛍光体４２Ｒと緑色蛍光体４２Ｇとが塗り分けられた円環形状の領域である。図５（ａ）は、回転体４０を回転軸上方から見た平面図であり、回転体４０の回転軸ＲＡを中心とする円環形状の領域が蛍光体部４２であり、蛍光体部４２は赤色蛍光体４２Ｒと緑色蛍光体４２Ｇとで半分ずつ塗り分けられている。言い換えれば、同一円周上の異なる領域に赤色蛍光体４２Ｒと緑色蛍光体４２Ｇが設けられている。

集光レンズ４８の光軸ＥＡ３と、集光レンズ４９の光軸ＥＡ４は、回転体４０の回転軸ＲＡを挟んで反対側に配置されている。言い換えれば、図５（ａ）のように回転体４０を上から見たとき、光軸ＥＡ３と光軸ＥＡ４は、円環形状の蛍光体部４２の直径上に、回転軸ＲＡを挟んで互いに反対側に配置されている。したがって、回転体４０が回転するにつれ、集光レンズ４８と集光レンズ４９のそれぞれの直下には、赤色蛍光体４２Ｒと緑色蛍光体４２Ｇが交互に位置することになるが、集光レンズ４８と集光レンズ４９の直下に同時に同色の蛍光体が位置することはない。

図４に戻り、回転体４０の回転軸ＲＡを挟んで、赤色蛍光体４２Ｒを励起するための励起光源ユニット４４と、緑色蛍光体４２Ｇを励起するための励起光源ユニット４５が設けられている。各励起光源ユニットは、蛍光体を励起可能な波長の光を発するレーザ光源と、励起光を整形するための光学レンズ群を有している。

例えば、アレイ状に配置された複数の青色レーザ光源と、青色レーザ光源の各々に対応して配置された複数のコリメートレンズを有し、青色レーザ光源とコリメートレンズが一体化されたモジュールを用いるのが好適である。各モジュールには、青色レーザ光源が２×４にマトリクス配列された発光素子アレイが含まれている。ただし、１つのモジュールに含まれるマトリクス配列の規模は、この例に限られるものではない。より大規模なマトリクス配列でもよいし、縦横が同数のマトリクス配列であってもよい。光源ユニットに用いる青色レーザ光源は、例えば波長４４５ｎｍの光を発する半導体レーザである。各レーザ光源から出力される光は、レンズの作用により、ほぼ平行な光線として励起光源ユニットから出射する。励起光源ユニット４４と励起光源ユニット４５は、同一構成のものを用いることもできる。

励起光源ユニット４４と蛍光体部４２の間には、ダイクロイックミラー４６と集光レンズ４８が配置されている。また、励起光源ユニット４５と蛍光体部４２の間には、ダイクロイックミラー４７と集光レンズ４９が配置されている。ダイクロイックミラー４６とダイクロイックミラー４７のミラー面は、回転体の回転軸ＲＡと平行に配置されている。

集光レンズ４８は、励起光源ユニット４４からの励起光を集光して蛍光体部４２に照射するとともに、蛍光を集光してダイクロイックミラー４６に伝達するレンズである。同様に、集光レンズ４９は、励起光源ユニット４５からの励起光を集光して蛍光体部４２に照射するとともに、蛍光を集光してダイクロイックミラー４７に伝達するレンズである。集光レンズ４８と集光レンズ４９は、図４の例では２枚のレンズで構成しているが、枚数はこれに限らない。集光レンズ４８と集光レンズ４９は、同一構成のものを用いることができる。

ダイクロイックミラー４６は、励起光源ユニット４４からの励起光を蛍光体部４２の方向に透過するが、赤色蛍光体４２Ｒが発する赤色光を合成ミラー５０の方向に反射する。また、ダイクロイックミラー４７は、励起光源ユニット４５からの励起光を蛍光体部４２の方向に透過するが、緑色蛍光体４２Ｇが発する緑色光を合成ミラー５０の方向に反射する。また、ダイクロイックミラー４７は、青色光源ユニット５１の光を合成ミラー５０の方向に透過する。

合成ミラー５０は、赤色光は反射するが緑色光と青色光は透過するダイクロイックミラーである。合成ミラー５０のミラー面は、回転体４０の回転軸ＲＡの延長線上に、延長方向に沿った向きで配置されている。後述する合成光の光軸に対して、合成ミラー５０のミラー面がなす角をθ６とすると、θ６は４５度に設定される。

本実施形態では、回転体４０の側部の斜面上に設けられた蛍光体に集光レンズで励起光を集光して照射する。ここで、本実施形態では、集光レンズ４８の光軸ＥＡ３と、回転体４０の回転軸ＲＡがなす角θ４を、１０度以上で８０度以下としている。また、集光レンズ４９の光軸ＥＡ４と、回転体４０の回転軸ＲＡがなす角θ５を、１０度以上で８０度以下としている。そして、θ４とθ５は、製造上の誤差を除き、同一になるよう配置されており、本実施形態では、ともに４５度に設定されている。このように、集光レンズの光軸と回転軸を平行ではなく、角度を持たせて配置したことにより、モータの軸方向のスラストガタが発生したとしても、集光レンズと蛍光体とが接触する危険性を小さくすることができる。さらに、かかる配置は、回転体の斜面に蛍光体を設けたこととあいまって、集光レンズ４８あるいは集光レンズ４９の保持具と回転体４０とが機械的に干渉する危険性を小さくすることを可能としている。

次に、本実施形態の光源装置の各部の動作を説明する。
本実施形態の光源装置は、後述する第五の実施形態の投射型表示装置に用いるべく、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄（Ｙ）の４色の出力光を時系列的に切り替えながら出力することができるように構成される。

光源装置４０１では、例えばロータリーエンコーダのように回転位置を検出可能なデバイスを回転体４０に付設しておき、塗分けられた赤色蛍光体４２Ｒおよび緑色蛍光体４２Ｇと、励起光源ユニット４４および励起光源ユニット４５の相対的な位置関係を把握できるようにしておく。そして、励起光源ユニット４４、励起光源ユニット４５、青色光源ユニット５１の点灯タイミングを、蛍光体が塗分けられた回転体４０の回転と同期させて制御する。かかる構成を採用したことで、光源装置４０１は異なる色の光を、時系列的に切り替えて出力することが可能である。

図５（ｂ）を参照して、励起光源ユニット４４、励起光源ユニット４５、青色光源ユニット５１の点灯タイミングについて説明する。図５（ｂ）の４つのタイムチャートにおいて、横軸は時間を表しており、回転体４０の１回転に相当する長さを示している。言い換えれば、図中で横軸を４分割する目盛りの一目盛りは、回転体４０が９０度回転する位相に相当する。

４つのタイムチャートは、上から順に、出力光の色の切り替えタイミング、青色光源ユニット５１の点灯タイミング、励起光源ユニット４５の点灯タイミング、励起光源ユニット４４の点灯タイミングを、同一の時間軸上で表したものである。尚、図５（ｂ）で示したのはタイミング制御の一例であり、点灯の順番、時間的な長さ、位相関係等は、この例に限られるものではない。

まず、光源装置４０１が青色光を出力するには、青色光源ユニット５１を点灯し、励起光源ユニット４４および励起光源ユニット４５を消灯する。青色光源ユニット５１が発する青色光は、ダイクロイックミラー４７および合成ミラー５０を透過して、光源装置４０１から出力される。

次に、光源装置４０１が緑色光を出力するには、集光レンズ４９の直下に緑色蛍光体４２Ｇが存在するタイミングで、励起光源ユニット４５を点灯し、励起光源ユニット４４および青色光源ユニット５１を消灯する。励起光源ユニット４５から出射した励起光Ｅｘは、ダイクロイックミラー４７を透過し、集光レンズ４９により回転体４０の斜面上に設けられた緑色蛍光体４２Ｇに集光される。緑色蛍光体４２Ｇが発する緑色光は、集光レンズ４９により集光された後、ダイクロイックミラー４７により合成ミラー５０の方向に向けて反射され、合成ミラー５０を透過して、光源装置４０１から出力される。

次に、光源装置４０１が黄色光を出力するには、集光レンズ４９の直下に緑色蛍光体４２Ｇが存在し、集光レンズ４８の直下に赤色蛍光体４２Ｒが存在するタイミングで、励起光源ユニット４５および励起光源ユニット４４を点灯し、青色光源ユニット５１を消灯する。

励起光源ユニット４５から出射した励起光Ｅｘは、ダイクロイックミラー４７を透過し、集光レンズ４９により回転体４０の斜面上に設けられた緑色蛍光体４２Ｇに集光される。緑色蛍光体４２Ｇが発する緑色光は、集光レンズ４９により集光された後、ダイクロイックミラー４７により合成ミラー５０の方向に向けて反射され、合成ミラー５０を透過して、光源装置４０１から出力される。これと同時に、励起光源ユニット４４から出射した励起光Ｅｘは、ダイクロイックミラー４６を透過し、集光レンズ４８により回転体４０の斜面上に設けられた赤色蛍光体４２Ｒに集光される。赤色蛍光体４２Ｒが発する赤色光は、集光レンズ４８により集光された後、ダイクロイックミラー４６により合成ミラー５０の方向に向けて反射され、合成ミラー５０で更に反射されて、光源装置４０１から出力される。すなわち、緑色光と赤色光が重畳された黄色の合成光が光源装置４０１から出力される。

次に、光源装置４０１が赤色光を出力するには、集光レンズ４８の直下に赤色蛍光体４２Ｒが存在するタイミングで、励起光源ユニット４４を点灯し、励起光源ユニット４５および青色光源ユニット５１を消灯する。励起光源ユニット４４から出射した励起光Ｅｘは、ダイクロイックミラー４６を透過し、集光レンズ４８により回転体４０の斜面上に設けられた赤色蛍光体４２Ｒに集光される。赤色蛍光体４２Ｒが発する赤色光は、集光レンズ４８により集光された後、ダイクロイックミラー４６により合成ミラー５０の方向に向けて反射され、合成ミラー５０で更に反射されて、光源装置４０１から出力される。

赤色蛍光体４２Ｒと緑色蛍光体４２Ｇが塗り分けられた回転体を回転させながら、これと同期して励起光源ユニット４４、励起光源ユニット４５、青色光源ユニット５１の点灯タイミングを制御することにより、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄（Ｙ）の４色の出力光を時系列的に切り替えながら連続的に出力することができる。
図１２で説明した従来の光源装置では、各色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長には、蛍光体のリングパターンの直径程度に大きな距離差があった。

これに対して、本実施形態の光源装置では、赤色蛍光体４２Ｒから合成ミラー５０までの光路の長さと、緑色蛍光体４２Ｇから合成ミラー５０までの光路の距離差を、原理的には完全に等しくすることができる。

したがって、本実施形態の光源装置では、異なる色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長を、製造上の誤差を除けば等しくすることができる。このため、高価な補正光学系を設けなくとも、各色成分の角度特性や強度分布が揃った良質な照明光を出力可能な光源を実現することができた。

尚、上記の実施形態では、赤色蛍光体と緑色蛍光体を用いたが、光源装置に求められるスペックに応じて、上記以外の色の組み合わせを用いてもよい。蛍光体の色の組み合わせに応じて、適宜ダイクロイックミラーや合成ミラーの波長選択性を変更すれば、さまざまなスペックの光源装置を実現することが可能である。

また、必ずしも緑色光と赤色光を合成して黄色光を出力しなければならないわけではなく、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のみを出力するように励起光の照射タイミングを制御してもよい。

また、各励起光源ユニットからの励起光および青色光源ユニットの出力強度を各々独立に制御することにより、当該光源装置から出力する光の色バランスを容易に変更したり調整することが可能である。かかる変更や調整は、適宜のタイミングで行うことが出来る。

［第五の実施形態］
第五の実施形態として、図６に、本発明の第四の実施形態である光源装置４０１を備えた投射型表示装置の全体構成を示す。
図６に示すように、第五の実施形態である投射型表示装置は、光源装置４０１、リレーレンズ６１０、リレーレンズ６２０、ライトトンネル６４０、照明レンズ６５０、光変調デバイス６６０、プリズム６７１、プリズム６７２、投射レンズ６８０、を備えている。さらに、投影スクリーン６９０を備える場合もある。

リレーレンズ６１０およびリレーレンズ６２０は、光源装置４０１が発する光を導いてライトトンネル６４０の入射口に集光するためのレンズである。リレーレンズは、必ずしも２枚のレンズで構成しなければならないわけではない。

照明レンズ６５０は、ライトトンネル６４０で伝播された光を、光変調デバイス６６０を照明するのに適した光束に整形するレンズである。単数もしくは複数のレンズで構成される。

プリズム６７１とプリズム６７２は、合わせてＴＩＲプリズム（内部全反射プリズム）を構成している。ＴＩＲプリズムは、照明光を内部全反射させて、光変調デバイス６６０に所定の角度で入射させ、光変調デバイス６６０で変調された反射光を投射レンズ６８０に向けて透過させる。

光変調デバイス６６０は、映像信号に基づき入射光を変調する素子で、マイクロミラーデバイスをアレイ状に設けたＤＭＤを用いている。ただし、反射型液晶デバイスのような、他の反射型光変調デバイスを用いることも可能である。
投射レンズ６８０は、光変調デバイス６６０により変調された光を、映像として投射するためのレンズである。単数もしくは複数のレンズで構成される。

投影スクリーン６９０は、リヤプロジェクション型の表示装置を構成する場合に用いられる。また、フロントプロジェクション型の場合にも設置されることが多いが、ユーザが任意の壁面などに投射する場合には、必ずしも備える必要はない。

尚、光源装置４０１から出射される照明光の色純度を更に高めたい場合などには、リレーレンズとライトトンネルの間にカラー選択ホイールを配置し、光源装置の色切り替えタイミングと同期させてカラー選択ホイールを回転させてもよい。
次に投射型表示装置の全体動作について説明する。

光源装置４０１から出射した照明光は、リレーレンズ６１０、リレーレンズ６２０、ライトトンネル６４０と照明レンズ６５０を経由して、ＴＩＲプリズムのプリズムに入射する。プリズム６７１の全反射面で反射された光は、光変調デバイス６６０に所定角度で入射する。

光変調デバイス６６０は、アレイ状に設けられたマイクロミラーデバイスを有し、照明光の色の切り替えに同期させて、映像の各色成分信号に応じてマイクロミラーデバイスを駆動して、映像光をプリズム６７１に向けて所定角度で反射する。映像光は、プリズム６７１およびプリズム６７２を透過して、投射レンズ６８０に導かれ、投影スクリーン６９０に投射される。

第五の実施形態である投射型表示装置は、各色成分の角度特性や強度分布が揃った良質な光源装置４０１を用いて光変調素子を照明するため、色むらの少ない高い画質の映像表示を行うことが可能である。

また、各励起光源ユニットからの励起光および青色光源ユニットの出力強度を各々独立に制御することにより、投射型表示装置の表示映像の色バランスを容易に変更あるいは調整することが可能である。かかる変更や調整は、適宜のタイミングで行うことが出来る。

［第六の実施形態］
第六の実施形態として、第二の実施形態の変形例を図７に示す。
第二の実施形態では、集光レンズ１８の光軸ＥＡ１と、集光レンズ１９の光軸ＥＡ２とを直交させていた。また、集光レンズ１８の光軸ＥＡ１と回転体１０の回転軸ＲＡがなす角θ１、集光レンズ１９の光軸ＥＡ２、回転体１０の回転軸ＲＡがなす角θ２、合成光の光軸に対して合成ミラー２４のミラー面がなす角をθ３は、いずれも４５度に設定していた。
一方、かかる光源装置を投射型表示装置に実装する場合に、割り当てられた実装空間内に納めるため、光源装置の形態を調整する必要が生じる場合もありえる。

かかる要請に対応するため、第六の実施形態では、集光レンズ１８の光軸ＥＡ１と、集光レンズ１９の光軸ＥＡ２とが交差する角度を８０度としている。また、θ１、θ２、θ３を、いずれも４０度に設定している。ダイクロイックミラー１６とダイクロイックミラー２３のミラー面は、回転体の回転軸ＲＡと平行に配置されている。

集光レンズ１８の光軸ＥＡ１、ダイクロイックミラー１６から合成ミラーに至る赤色光の光路、集光レンズ１９の光軸ＥＡ２、ダイクロイックミラー２３から合成ミラーに至る緑色光の光路、の４つの直線に着目すると、第二の実施形態ではこれらは正方形を構成していたが、第六の実施形態では、これらは平行四辺形を構成している。

かかる第六の実施形態においては、各色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長の距離差は、蛍光体のリングパターン同士の距離Ｐよりも若干長くはなるものの、図１２で説明した従来の光源装置と比較すれば、極めて小さくすることができる。このため、高価な補正光学系を設けなくとも、各色成分の角度特性や強度分布が揃った良質な照明光を出力可能な光源を実現することができ、投射型表示装置に実装する際の設計自由度も拡大する。

尚、本実施形態では、集光レンズ１８の光軸ＥＡ１と、集光レンズ１９の光軸ＥＡ２とが交差する角度を８０度としたが、この角度に限定する必要はなく、先に説明した４つの直線が平行四辺形を構成するような配置でありさえすればよい。

また、各励起光源ユニットからの励起光および青色光源ユニットの出力強度を各々独立に制御することにより、当該光源装置から出力する合成光の色バランスを容易に変更したり調整することが可能である。かかる変更や調整は、適宜のタイミングで行うことが出来る。

［第七の実施形態］
第七の実施形態として、第一の実施形態の変形例を図８に示す。
第一の実施形態では、集光レンズ１８の光軸ＥＡ１と、集光レンズ１９の光軸ＥＡ２とを直交させていた。また、集光レンズ１８の光軸ＥＡ１と回転体１０の回転軸ＲＡがなす角θ１、集光レンズ１９の光軸ＥＡ２と回転体１０の回転軸ＲＡがなす角θ２、合成光の光軸に対して合成ミラー２４のミラー面がなす角をθ３は、いずれも４５度に設定していた。そして、各色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長には、従来の装置と比較すれば極めて小さいながらも、蛍光体のリングパターン同士の距離Ｐ程度の差が生じていた。
第七の実施形態は、各色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長の差を、第一の実施形態よりも、さらに小さくするものである。

第七の実施形態では、緑色蛍光体８２と赤色蛍光体８３のうち、合成ミラー２０に近い側である赤色蛍光体８３からの蛍光の光路に関し、ダイクロイックミラー１６から合成ミラー２０に至る光路長が大きくなるように、励起光源ユニット１４の配置や、集光レンズ１８の光軸ＥＡ１の方向を変更している。ただし、本実施形態においても、ダイクロイックミラー１６とダイクロイックミラー１７のミラー面は、回転体の回転軸ＲＡと平行に配置されている。

本実施形態では、集光レンズ１８の光軸ＥＡ１の方向を第一の実施形態と比較して図中で反時計回りにθ７だけ傾けている。赤色蛍光体８３からダイクロイックミラー１６までの距離をＬとし、赤色蛍光体８３と緑色蛍光体８２の距離をＰとしたとき、θ７は下記のように表される。
θ７＝ＡＲＣＳＩＮ（Ｌ／Ｐ）

集光レンズ１８の光軸ＥＡ１をθ７だけ傾けた結果、ダイクロイックミラー１６から合成ミラー２０に至る赤色光の光路長は、ダイクロイックミラー１７から合成ミラー２０に至る緑色光の光路長とほぼ等しくなる。また、赤色蛍光体８３からダイクロイックミラー１６までの距離と、緑色蛍光体８２からダイクロイックミラー１７までの距離は、等しくＬである。

したがって、本実施形態においては、赤色蛍光体８３から合成ミラー２０までの赤色光の光路長と、緑色蛍光体８２から合成ミラー２０までの緑色光の光路長を、ほぼ等しくすることができた。

尚、第一の実施形態においては、集光レンズ１８の光軸ＥＡ１と回転体１０の回転軸ＲＡがなす角θ１と、集光レンズ１９の光軸ＥＡ２と回転体１０の回転軸ＲＡがなす角θ２が等しかったため、回転体の縁部斜面に２色の蛍光体を設けるにあたり、２色とも同一傾斜角の斜面上に設けていた。本実施形態では、集光レンズ１８の光軸ＥＡ１の方向を第一の実施形態と比較してθ７だけ傾けたが、赤色蛍光体８３からの蛍光の取出し効率を低下させないために、赤色蛍光体８３の下地面が光軸ＥＡ１と直交するようにしている。すなわち、赤色蛍光体８３の下地面の角度を、緑色蛍光体８２の下地面の角度に対してθ７だけ傾けている。
本実施形態の具体例を挙げれば、Ｌ＝２２ｍｍ、Ｐ＝５ｍｍ、θ１＝５８．１３７度、θ２＝４５度、θ３＝４５度、θ７＝１３．１３７度、である。
図１２で説明した従来の光源装置では、各色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長には、蛍光体のリングパターンの直径程度に大きな距離差があった。

これに対して、本実施形態の光源装置では、赤色蛍光体８３から合成ミラー２０までの光路と、緑色蛍光体８２から合成ミラー２０までの光路の距離差を、ほぼ無くすことができた。

したがって、本実施形態の光源装置では、異なる色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長の違いを、従来よりも大幅に低減している。このため、高価な補正光学系を設けなくとも、各色成分の角度特性や強度分布が揃った良質な照明光を出力可能な光源を実現することができた。

また、各励起光源ユニットからの励起光の出力強度を各々独立に制御することにより、当該光源装置から出力する合成光の色バランスを容易に変更したり調整することが可能である。かかる変更や調整は、適宜のタイミングで行うことが出来る。

［第八の実施形態］
第八の実施形態として、第一の実施形態の変形例を図９に示す。第八の実施形態も、各色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長の差を、第一の実施形態よりも、さらに小さくするものである。また、第八の実施形態は、第七の実施形態の変形例であるとも言える。

第七の実施形態では、合成ミラーに近い側の赤色蛍光体８３からの蛍光の光路に関して、ダイクロイックミラー１６から合成ミラー２０に至る光路長が大きくなるように、励起光源ユニット１４の配置や集光レンズ１８の光軸ＥＡ１の方向を変更したが、合成ミラーから遠い側の緑色蛍光体８２からの蛍光の光路については、第一の実施形態から変更していなかった。言い換えれば、赤色蛍光体と緑色蛍光体を隔てる距離Ｐによる影響を、第七の実施形態では、赤色光の光路長を長くすることで低減していた。

これに対して、第八の実施形態は、第一の実施形態を基準にしたとき、合成ミラーに近い側の蛍光体からの蛍光の光路を長くするとともに、合成ミラーから遠い側の蛍光体からの蛍光の光路を短くすることで、両光路の距離が等しくなる方向に調整するものである。

図９に示すように、本実施形態では、励起光源ユニット１４、ダイクロイックミラー１６、および集光レンズ１８は、合成ミラー２０から遠い側の蛍光体を担当し、励起光源ユニット１５、ダイクロイックミラー１７、および集光レンズ１９は、合成ミラー２０に近い側の蛍光体を担当している。ダイクロイックミラー１６とダイクロイックミラー１７のミラー面は、回転体の回転軸と平行に配置されている。

本実施形態では、集光レンズ１８の光軸ＥＡ１の方向を第一の実施形態と比較して図中で時計回りにθ８だけ傾けている。蛍光体からダイクロイックミラー１６までの距離をＬとし、蛍光体と蛍光体の距離をＰとしたとき、θ８は下記のように表される。
θ８＝ＡＲＣＳＩＮ（２×Ｌ／Ｐ）
同時に、本実施形態では、集光レンズ１９の光軸ＥＡ２の方向を第一の実施形態と比較して図中で時計回りにθ８だけ傾けている。

集光レンズ１８の光軸ＥＡ１および集光レンズ１９の光軸ＥＡ２をθ８だけ傾けた結果、ダイクロイックミラー１６から合成ミラー２０に至る赤色光の光路長Ｔは、ダイクロイックミラー１７から合成ミラー２０に至る緑色光の光路長Ｔとほぼ等しくなる。また、各蛍光体から各ダイクロイックミラーまでの距離は、等しくＬである。

したがって、本実施形態においては、蛍光体から合成ミラーまでの赤色光の光路長と、蛍光体から合成ミラーまでの緑色光の光路長を、ほぼ等しくすることができた。

尚、第一の実施形態においては、集光レンズ１８の光軸ＥＡ１と回転体１０の回転軸ＲＡがなす角θ１と、集光レンズ１９の光軸ＥＡ２と回転体１０の回転軸ＲＡがなす角θ２が等しかったため、回転体の縁部斜面に２色の蛍光体を設けるにあたり、２色とも同一傾斜角の斜面上に設けていた。本実施形態では、集光レンズ１８の光軸ＥＡ１および集光レンズ１９の光軸ＥＡ２の方向を第一の実施形態と比較してθ８だけ傾けたが、蛍光体からの蛍光の取出し効率を低下させないために、各色蛍光体の下地面が各集光レンズの光軸と直交するようにしている。すなわち、蛍光体の下地面は、色毎に異なった傾きの平面を構成している。

本実施形態の具体例を挙げれば、Ｌ＝２２ｍｍ、Ｐ＝５ｍｍ、Ｔ＝４８ｍｍ、θ１＝３８．４７５度、θ２＝５１．５２５度、θ３＝４５度、θ８＝６．５２５度、である。
図１２で説明した従来の光源装置では、各色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長には、蛍光体のリングパターンの直径程度に大きな距離差があった。

これに対して、本実施形態の光源装置では、赤色蛍光体から合成ミラー２０までの光路と、緑色蛍光体から合成ミラー２０までの光路の距離差を、ほぼ無くすことができた。

したがって、本実施形態の光源装置では、異なる色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長の違いを、従来よりも大幅に低減している。このため、高価な補正光学系を設けなくとも、各色成分の角度特性や強度分布が揃った良質な照明光を出力可能な光源を実現することができた。

また、各励起光源ユニットからの励起光の出力強度を各々独立に制御することにより、当該光源装置から出力する合成光の色バランスを容易に変更したり調整することが可能である。かかる変更や調整は、適宜のタイミングで行うことが出来る。

［第九の実施形態］
第九の実施形態として、第一の実施形態の変形例を図１０に示す。第九の実施形態も、各色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長の差を、第一の実施形態よりも、さらに小さくするものである。尚、第九の実施形態は、第八の実施形態の変形例であるとも言える。

第九の実施形態は、励起光源ユニット、ダイクロイックミラー、集光レンズ、合成ミラー、回転体の配置関係については、第八の実施形態と同様である。すなわち、Ｌ、Ｐ、Ｔ、θ１、θ２、θ３、θ８については、説明が重複するので省略する。

第九の実施形態は、蛍光体が設けられている回転体の縁面が、断面を取ったときに弧（円の一部）に見えるような曲面であることが、第八の実施形態と異なる。すなわち、ダイクロイックミラー１６あるいはダイクロイックミラー１７の中央を中心とする半径Ｌの円上に、蛍光体の下地面が位置するように、回転体１００の斜面形状が調整されている。

本実施形態の光源装置においても、赤色蛍光体から合成ミラー２０までの光路と、緑色蛍光体から合成ミラー２０までの光路の距離差を、ほぼ無くすことができた。

したがって、本実施形態の光源装置では、異なる色の蛍光体から合成ミラーまでの光路長の違いを、従来よりも大幅に低減している。このため、高価な補正光学系を設けなくとも、各色成分の角度特性や強度分布が揃った良質な照明光を出力可能な光源を実現することができた。

また、各励起光源ユニットからの励起光の出力強度を各々独立に制御することにより、当該光源装置から出力する合成光の色バランスを容易に変更したり調整することが可能である。かかる変更や調整は、適宜のタイミングで行うことが出来る。

［第十の実施形態］
第十の実施形態として、第四の実施形態の変形例を説明する。本実施形態の光源装置の基本構成は、図４に示した通りである。ただし、第四の実施形態では回転体４０に設けられた蛍光体部４２は、図５（ａ）に示したように回転軸ＲＡを中心とする円環形状の領域が４２Ｒと４２Ｇの異なる色の蛍光体で塗り分けられたものを用いたのに対し、本実施形態では図１１（ａ）に示すように、回転体４０の回転軸ＲＡを中心とする円環形状の領域が発光色が同一の蛍光体部５２で形成されている点が異なる。
第四の実施形態で用いた４２Ｒと４２Ｇは、各々が赤色と緑色の発光特性に優れた蛍光体であることが好ましいが、本実施形態の蛍光体部５２では、黄色あるいは白色に発光するような発光スペクトルが広い蛍光体が好適に用いられる。

本実施形態で用いるダイクロイックミラー４６は、励起光源ユニット４４からの励起光を蛍光体部５２の方向に透過するが、蛍光体部５２が発する蛍光のうち赤色光成分を合成ミラー５０の方向に反射する。また、ダイクロイックミラー４７は、励起光源ユニット４５からの励起光を蛍光体部５２の方向に透過するが、蛍光体部５２が発する蛍光のうち緑色光成分を合成ミラー５０の方向に反射する。また、ダイクロイックミラー４７は、青色光源ユニット５１の光を合成ミラー５０の方向に透過する。

本実施形態の光源装置も、第四の実施形態と同様に、第五の実施形態の投射型表示装置に用いるべく、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄（Ｙ）の４色の出力光を時系列的に切り替えながら出力することができるように構成され得る。その場合には、例えば図５（ｂ）に示したように、青色光源ユニット５１、励起光源ユニット４５、励起光源ユニット４４の点灯タイミングを制御すればよい。もちろん、図５（ｂ）で示したのはタイミング制御の一例であり、点灯の順番、時間的な長さ、位相関係等は、この例に限られるものではない。また、必ずしも緑色光と赤色光を合成して黄色光を出力しなければならないわけではなく、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のみを出力するように励起光の照射タイミングを制御してもよい。

ただし、本実施形態の場合には、円環形状の蛍光体部５２は同一種類の蛍光体で形成されているため、蛍光体が塗り分けられた第四の実施形態とは異なり、回転体の回転と各光源ユニットの発光タイミングを同期させる必要がない。このため、第四の実施形態では回転体にロータリーエンコーダを付設していたが、本実施形態ではその必要がなく、装置の構成およびタイミング制御を簡便にすることができる。

また、本実施形態の光源装置は、図３に示した第三の実施形態の投射型表示装置において、光源装置２１に代えて用いることができる。その場合には、出力光の色を時系列的に切り替える必要がないため、図１１（ｂ）に示すように、青色光源ユニット５１、励起光源ユニット４５、励起光源ユニット４４を常時点灯させ、白色光Ｗを連続的に出力するように制御すればよい。

各励起光源ユニットからの励起光および青色光源ユニットの出力強度を各々独立に制御することにより、当該光源装置から出力する光の色バランスを容易に変更したり調整することが可能である。かかる変更や調整は、適宜のタイミングで行うことが出来る。

本実施形態の光源装置においても、赤色光についての蛍光体から合成ミラー５０までの光路と、緑色光についての蛍光体から合成ミラー５０までの光路の距離差を、ほぼ無くすことができた。

したがって、本実施形態の光源装置では、異なる色の光について蛍光体から合成ミラーまでの光路長の違いを、従来よりも大幅に低減している。このため、高価な補正光学系を設けなくとも、各色成分の角度特性や強度分布が揃った良質な照明光を出力可能な光源を実現することができた。

［その他の実施形態］
回転体に設ける蛍光体の色や配置は、上述の実施形態の例に限るものではない。たとえば、赤色発光、緑色発光の蛍光体に代えて、黄色発光や白色発光の蛍光体を設けてもよい。

回転体としては、側部に斜面が形成され、斜面の上に蛍光体が被覆された形態が好適であるが、要は、回転軸に対して斜めの面に蛍光体を被覆し、集光レンズの光軸Ａｘ−Ｌと回転体の回転軸Ａｘ−Ｒがなす角を、１０度以上で８０度以下とすればよい。

また、回転体の基体には、蛍光体の温度上昇を抑制するための種々の放熱構造を設けることができる。実施形態に図示したようにモータと反対側の面の回転軸近傍に凹部を設けてもよいし、逆にモータに近い側の面に凹部を設けることもできる。凹部を設けることにより、基体と空気との接触面積を増大させたり、気流を生じさせたりして、放熱効果を高めることができる。

以上説明した全ての光源装置は、反射型光変調デバイスを有する投射型表示装置でも、透過型光変調デバイスを有する投射型表示装置でも、自由に組み合わせて用いることができる。また、全ての実施形態に示した光源装置の構成部品の形状、大きさ、組み合わせ、配置などは、本発明が適用される投射型表示装置の構成や仕様等の各種条件により、適宜変更され得る。

１・・・光源装置／１０・・・回転体／１１・・・モータ／１２・・・赤色蛍光体／１３・・・緑色蛍光体／１４・・・励起光源ユニット／１５・・・励起光源ユニット／１６・・・ダイクロイックミラー／１７・・・ダイクロイックミラー／１８・・・集光レンズ／１９・・・集光レンズ／２０・・・合成ミラー／２１・・・光源装置／２２・・・青色光源ユニット／３１０・・・リレーレンズ／３２０・・・第一レンズアレイ／３３０・・・第二レンズアレイ／３４０・・・偏光変換素子／３５０・・・重畳レンズ／３６０・・・ダイクロイックミラー／３６１・・・ダイクロイックミラー／３６２、３６３、３６４・・・反射ミラー／３７０・・・クロスダイクロイックプリズム／３８１・・・Ｒ用レンズ／３８２・・・Ｒ用透過型液晶パネル／３８３・・・Ｇ用レンズ／３８４・・・Ｇ用透過型液晶パネル／３８５・・・Ｂ用レンズ／３８６・・・Ｂ用透過型液晶パネル／３９０・・・投射レンズ／３９１・・・投影スクリーン／４０１・・・光源装置／４０・・・回転体／４１・・・モータ／４２・・・蛍光体部／４２Ｒ・・・赤色蛍光体／４２Ｇ・・・緑色蛍光体／４４・・・励起光源ユニット／４５・・・励起光源ユニット／５０・・・合成ミラー／５１・・・青色光源ユニット／５２・・・蛍光体部／６１０・・・リレーレンズ／６２０・・・リレーレンズ／６４０・・・ライトトンネル／６５０・・・照明レンズ／６６０・・・光変調デバイス／６７１・・・プリズム／６７２・・・プリズム／６８０・・・投射レンズ／６９０投影スクリーン／ＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３、ＥＡ４・・・集光レンズの光軸／ＲＡ・・・回転体の回転軸

Claims (8)

1. 回転軸を中心に回転可能で、蛍光体で側部の少なくとも一部が被覆された回転体と、
   前記蛍光体を励起するための第一の励起光源と、
   前記蛍光体を励起するための第二の励起光源と、
   前記第一の励起光源からの励起光を透過し、前記蛍光体からの蛍光の少なくとも一部を反射する第一のダイクロイックミラーと、
   前記第二の励起光源からの励起光を透過し、前記蛍光体からの蛍光の少なくとも一部を反射する第二のダイクロイックミラーと、
   前記第一のダイクロイックミラーと前記蛍光体の間に配置された第一の集光レンズと、
   前記第二のダイクロイックミラーと前記蛍光体の間に配置された第二の集光レンズと、
   前記第一のダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光体からの蛍光を反射し、前記第二のダイクロイックミラーにより反射された前記蛍光体からの蛍光を透過する合成ミラーと、を有し、
   前記第一の励起光源と前記第二の励起光源は、前記回転体の回転軸を挟んで反対側に配置され、
   前記合成ミラーのミラー面は、前記回転体の回転軸の延長上に回転軸に沿った向きで配置される、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記第一の集光レンズの光軸と前記回転体の回転軸は、１０度以上で８０度以下の角度で交差し、
   前記第二の集光レンズの光軸と前記回転体の回転軸は、１０度以上で８０度以下の角度で交差する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第一のダイクロイックミラーと前記第二のダイクロイックミラーのミラー面は、前記回転体の回転軸と平行である、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記蛍光体の発光波長とは異なる発光波長のレーザ光源を更に備え、
   前記レーザ光源の出力光を前記合成ミラーを介して出力する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか１項に記載の光源装置。
5. 前記蛍光体は、互いに発光波長特性が異なる第一の蛍光体と第二の蛍光体を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の光源装置。
6. 前記第一の蛍光体と前記第二の蛍光体は、前記回転体の回転軸を中心とする同一円周上の異なる領域に設けられている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記回転体の回転軸を中心とする第一の円の周上に前記第一の蛍光体が設けられ、
   前記回転体の回転軸を中心とし、前記第一の円とは半径が異なる第二の円の周上に前記第二の蛍光体が設けられている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
8. 請求項１乃至７のうちの何れか１項に記載の光源装置と、
   光変調素子と、投射レンズと、を備える、
   ことを特徴とする投射型表示装置。

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