JP2019219516A - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】コストを低減しつつ、赤色光を効率良くアシストできる、光源装置及びプロジェクターを提供する。【解決手段】青色レーザー発光素子と、赤色レーザー発光素子と、蛍光体と、青色光及び赤色光に対する偏光分離機能を有する偏光分離素子と、拡散素子と、を備える光源装置である。青色レーザー発光素子から射出された青色光は、偏光分離素子に入射して第１青色偏光成分と第２青色偏光成分とに分離される。第１青色偏光成分は拡散素子に入射して青色拡散光になり、第２青色偏光成分は蛍光体に入射する。蛍光体は第２青色偏光成分によって励起されて前記蛍光を発し、赤色レーザー発光素子から射出された赤色光は、拡散素子に入射して拡散透過されることで赤色拡散光となる。青色拡散光、赤色拡散光及び蛍光が偏光分離素子に入射して、青色拡散光、赤色拡散光及び蛍光の一部が合成されて偏光分離素子から射出される。【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクターに関するものである。

近年、プロジェクターに用いる光源装置として、青色レーザー光と、青色レーザー光で励起して生成した蛍光とを合成して照明光を生成する技術がある。例えば下記特許文献１には、黄色の蛍光、青色レーザー光及び赤色のレーザー光を合成して白色光を生成する光源装置が開示されている。

特開２０１６−２２４３０４号公報

上記光源装置では、合成ミラーにおいて蛍光を透過させるとともに赤色レーザー光を反射されることで２つの光を同じ方向に射出することで照明光を生成する。
ここで、例えば、蛍光に含まれる赤色成分における合成ミラーの透過率を高くした場合、合成ミラーを透過する赤色レーザー光が増加することで、赤色レーザー光に生じる光損失が増大する。一方、例えば、赤色レーザー光における合成ミラーの反射率を高くした場合、蛍光に含まれる赤色成分の合成ミラーによる反射量が増えることで、蛍光に生じる光損失が増大する。このように上記光源装置では、蛍光の赤色成分及び赤色レーザー光のいずれか一方に常に損失が生じるという問題がある。また、上記光源装置では、拡散板を複数用いるため、コストが増加するという問題もあった。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光源装置は、青色光を射出する青色レーザー発光素子と、所定の波長帯を有する赤色光を射出する赤色レーザー発光素子と、励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、前記青色光及び前記所定の波長帯を有する赤色光に対する偏光分離機能を有する偏光分離素子と、入射した光を拡散する拡散層と、前記青色光を反射し、前記赤色光を透過するダイクロイック層と、を含む拡散素子と、を備え、前記青色レーザー発光素子から射出された青色光は、前記偏光分離素子に入射して第１青色偏光成分と第２青色偏光成分とに分離され、前記第１青色偏光成分は前記拡散素子に入射して拡散反射されることで青色拡散光になり、前記第２青色偏光成分は前記励起光として前記蛍光体に入射し、前記蛍光体は前記第２青色偏光成分によって励起されて前記蛍光を発し、前記赤色レーザー発光素子から射出された赤色光は、前記拡散素子に入射して拡散透過されることで赤色拡散光となり、前記青色拡散光、前記赤色拡散光及び前記蛍光が前記偏光分離素子に入射して、前記青色拡散光、前記赤色拡散光及び前記蛍光の一部が合成されて前記偏光分離素子から射出される、ことを特徴とする。

上記態様の光源装置では、前記蛍光体から発せられる蛍光は赤色光と緑色光とを含み、前記蛍光に含まれる赤色光は、前記所定の波長帯を有する第１赤色蛍光成分と、前記所定の波長帯以外の波長を有する第２赤色蛍光成分とを含み、前記第１赤色蛍光成分が前記偏光分離素子によって偏光分離される、のが好ましい。

上記態様の光源装置では、前記第１赤色蛍光成分は前記偏光分離素子によって、第１赤色偏光成分と第２赤色偏光成分とに分離される、のが好ましい。

上記態様の光源装置では、前記蛍光の一部は、前記緑色光、前記第２赤色蛍光成分及び前記第１赤色偏光成分からなる、のが好ましい。

上記態様の光源装置では、前記偏光分離素子と前記拡散素子との間に設けられた第１位相差板と、前記拡散素子と前記赤色レーザー発光素子との間に配置され、前記赤色レーザー発光素子から射出された赤色光が入射する第２位相差板とをさらに備える、のが好ましい。

上記態様の光源装置では、前記青色レーザー発光素子から射出された青色光は、前記第１位相差板を通過するとともに、前記第１位相差板によって１／４波長の位相差が付与され、前記赤色レーザー発光素子から射出された赤色光は、前記第２位相差板と前記第１位相差板とを通過するとともに、前記第２位相差板及び前記第１位相差板によって１／２波長の位相差が付与される、のが好ましい。

上記態様の光源装置では、前記拡散層は、前記ダイクロイック層における前記赤色レーザー発光素子からの光入射側に設けられる第１拡散板と、前記ダイクロイック層における前記青色レーザー発光素子からの光入射側に位置する第２拡散板とを有する、のが好ましい。

上記態様の光源装置では、前記赤色レーザー発光素子からの光が前記偏光分離素子に対して入射する方向は、前記青色レーザー発光素子からの光が前記偏光分離素子に対して入射する方向と反対方向である、のが好ましい。

上記態様の光源装置では、前記赤色レーザー発光素子及び前記青色レーザー発光素子は、前記偏光分離素子を挟んで互いに向き合うように配置される、のが好ましい。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、上記態様に係る光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより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、を備えることを特徴とする。

実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 光源装置の概略構成を示す図である。 偏光ビームスプリッターの分光透過率特性を示す図である。 偏光ビームスプリッターを構成するフィルターを示す図である。 偏光ビームスプリッターを構成するフィルターを示す図である。 拡散素子の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１は本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、光源装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６とを備えている。

本実施形態の光源装置２は、色分離光学系３に向けて白色の照明光ＷＬを射出する。色分離光学系３は、光源装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ（例えば、波長帯が６００ｎｍ〜７００ｎｍの光）と、緑色光ＬＧ（例えば、波長帯が５００ｎｍ〜６００ｎｍの光）と、青色光ＬＢ（例えば、波長帯が４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの光）とに分離する。

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。

第１のダイクロイックミラー７ａは、光源装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過することによって、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。

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。緑色光ＬＧ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は青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂと第２の全反射ミラー８ｂとの間に配置されている。第２のリレーレンズ９ｂは青色光ＬＢの光路中における第２の全反射ミラー８ｂと第３の全反射ミラー８ｃとの間に配置されている。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光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には、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。以下、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂを単に光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂと称すことにする。

また、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ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。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は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれをテレセントリック化する。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからの画像光が入射する。合成光学系５は、各々が赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応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に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。

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に向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。

（光源装置）
続いて、光源装置２について説明する。図２は光源装置の概略構成を示す図である。図２に示すように、光源装置２は、青色アレイ光源２１と、第１コリメーター光学系２２と、ホモジナイザー光学系２３と、位相差板２４と、偏光ビームスプリッター（偏光分離合成素子）２５と、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７と、第１位相差板２８ａと、第２の集光光学系２９と、拡散素子５０と、赤色補助光源４０と、第２コリメーター光学系４１と、アフォーカル光学系４２と、第２位相差板２８ｂと、第３の集光光学系４３と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。

青色アレイ光源２１と、第１コリメーター光学系２２と、ホモジナイザー光学系２３と、位相差板２４と、偏光ビームスプリッター２５と、第１位相差板２８ａと、第２の集光光学系２９と、拡散素子５０と、第３の集光光学系４３と、第２位相差板２８ｂと、アフォーカル光学系４２と、第２コリメーター光学系４１と、赤色補助光源４０とは、青色アレイ光源２１の光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。赤色補助光源４０の光軸は、青色アレイ光源２１の光軸ａｘ１と一致している。

また、蛍光発光素子２７と、第１の集光光学系２６と、偏光ビームスプリッター２５と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とは、照明光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と照明光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。

青色アレイ光源２１は複数の青色レーザー発光素子２１ａを備える。複数の青色レーザー発光素子２１ａは光軸ａｘ１と直交する面内において、アレイ状に並んで配置されている。青色レーザー発光素子２１ａは、例えば青色光としての光線ＢＬ（例えば波長帯が４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの青色レーザー光）を射出する。

青色アレイ光源２１から射出された光線ＢＬは、第１コリメーター光学系２２に入射する。第１コリメーター光学系２２は、青色アレイ光源２１から射出された光線ＢＬを平行光に変換する。第１コリメーター光学系２２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の青色レーザー発光素子２１ａに対応して配置される。

第１コリメーター光学系２２を通過した光線ＢＬは、ホモジナイザー光学系２３に入射する。ホモジナイザー光学系２３は、マルチレンズ２３ａ、２３ｂを有する。ホモジナイザー光学系２３は、第１の集光光学系２６と協同して被照明領域（蛍光体３４）における照度分布を均一化する。また、ホモジナイザー光学系２３は、第２の集光光学系２９と協同して被照明領域（拡散素子５０）における照度分布を均一化する。

ホモジナイザー光学系２３を透過した光線ＢＬは位相差板２４に入射する。位相差板２４は、例えば回転可能に配置された１／２波長板である。青色レーザー発光素子２１ａから射出された光線ＢＬは直線偏光である。位相差板２４の回転角度を適切に設定することにより、位相差板２４を透過する光線ＢＬを、後述する偏光ビームスプリッター２５に対するＳ偏光とＰ偏光とを所定の比率で含む光線とすることができる。位相差板２４を回転させることにより、Ｓ偏光とＰ偏光との比率を変化させることができる。

位相差板２４を通過することで生成されたＳ偏光とＰ偏光とを含む光線ＢＬは偏光ビームスプリッター２５に入射する。偏光ビームスプリッター２５は、光軸ａｘ１及び照明光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置される。

ところで、本実施形態の光源装置２は、赤色補助光源４０から射出した光によって照明光ＷＬの赤色成分（赤色光ＬＲ）を補うようにしている。これにより、プロジェクター１における表示画像の赤色成分を補うことで最適なホワイトバランスを有する白色光を表示可能となる。赤色補助光源４０は赤色レーザー発光素子４０ａを複数有する。なお、赤色レーザー発光素子４０ａの数は特に限定されない。

本実施形態において、赤色レーザー発光素子４０ａは所定波長帯を有する赤色補助光線（赤色光）ＲＬを射出する。具体的に、赤色補助光線ＲＬは、例えば６３５〜６４５ｎｍにピーク波長をもつレーザー光である。また、赤色補助光線ＲＬは直線偏光であり、後述する偏光ビームスプリッター２５に対するＰ偏光に相当する。すなわち、赤色レーザー発光素子４０ａは、赤色補助光線ＲＬとして、偏光ビームスプリッター２５において偏光分離される光線ＢＬのＰ偏光（光線ＢＬｐ）と同じ偏光方向を持つ光を射出する。

図３は偏光ビームスプリッターの分光透過率特性を示す図である。図３において、縦軸は偏光ビームスプリッターの透過率を示し、横軸は偏光ビームスプリッターに入射する光の波長を示す。また、図３において、Ｐ偏光における透過率特性を実線で示し、Ｓ偏光における透過率特性を破線で示した。なお、図３において、波長λＢ０は光線ＢＬの波長より長く、蛍光ＹＬの帯域の最短波長より短い波長である。また、図３において、波長λＲ１は赤色補助光線ＲＬの所定波長帯の最短波長と同等もしくは僅かに短く、波長λＲ２は赤色補助光線ＲＬの所定波長帯の最長波長と同等もしくは僅かに長い。すなわち、波長λＲ１および波長λＲ２間の帯域は赤色補助光線ＲＬの波長帯域（６３５ｎｍ〜６４５ｎｍ）と概ね一致させるのが望ましい。

図３に示すように、偏光ビームスプリッター２５において、Ｐ偏光は可視域全域にわたって９０％以上の高い透過率である。偏光ビームスプリッター２５において、Ｓ偏光はλＢ以下の短波長域およびλＲ１とλＲ２の間の波長域で透過率がゼロないしは略ゼロである。このような分光透過率特性は、例えば、図４Ａに示す特性のフィルターと図４Ｂに示す特性のフィルターとを重ねることで実現できる。

本実施形態において、偏光ビームスプリッター２５は、青色レーザー発光素子２１ａからの光線ＢＬを、偏光ビームスプリッター２５に対するＰ偏光の光線ＢＬｐ（青色第１偏光成分）とＳ偏光の光線ＢＬｓ（青色第２偏光成分）とに分離する偏光分離機能を有する。これにより、Ｐ偏光の光線ＢＬｐは偏光ビームスプリッター２５を透過して拡散素子５０に向かい、Ｓ偏光の光線ＢＬｓは偏光ビームスプリッター２５で反射されて蛍光発光素子２７に向かう。なお、本発明において、偏光ビームスプリッタ―２５には、プレート型またはプリズム型の偏光ビームスプリッタ―が適用可能である。

偏光ビームスプリッター２５を透過して拡散素子５０に向かうＰ偏光の光線ＢＬｐは、第１位相差板２８ａに入射する。第１位相差板２８ａは、偏光ビームスプリッター２５と拡散素子５０との間の光路中に配置された１／４波長板から構成される。第１位相差板２８ａは、青色レーザー発光素子２１ａからの光線ＢＬに対して１／４波長の位相差を付与するように設定されている。

したがって、Ｐ偏光の光線ＢＬｐは、この第１位相差板２８ａによって、例えば、右回り円偏光の青色光線ＢＬｃ１に変換された後、第２の集光光学系２９に入射する。第２の集光光学系２９は、例えば１枚のレンズから構成される。第２の集光光学系２９を経由した青色光線ＢＬｃ１は、拡散素子５０に入射する。

拡散素子５０は、偏光ビームスプリッター２５における蛍光体３４の反対側に配置され、第２の集光光学系２９から射出された青色光線ＢＬｃ１を偏光ビームスプリッター２５に向けて拡散反射させる。拡散素子５０の構成については後述する。

一方、赤色レーザー発光素子４０ａから射出された赤色補助光線ＲＬは、第２コリメーター光学系４１に入射する。第２コリメーター光学系４１は、赤色レーザー発光素子４０ａから射出された赤色補助光線ＲＬを平行光に変換する。第２コリメーター光学系４１は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ４１ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ４１ａは、複数の赤色レーザー発光素子４０ａに対応して配置される。

第２コリメーター光学系４１を通過した複数の赤色補助光線ＲＬは、アフォーカル光学系４２にそれぞれ入射する。アフォーカル光学系４２は、凸レンズ４２ａ及び凹レンズ４２ｂから構成され、複数の赤色補助光線ＲＬを含む光線束の光束径を縮小する。

アフォーカル光学系４２を透過することで光束径が縮小した複数の赤色補助光線ＲＬを含む光線束は第２位相差板２８ｂを透過した後、拡散素子５０及び第１位相差板２８ａを経由して偏光ビームスプリッター２５に入射する。

本実施形態において、赤色レーザー発光素子４０ａからの光（赤色補助光線ＲＬ）が偏光ビームスプリッター２５に対して入射する方向は、青色レーザー発光素子２１ａから射出された光（光線ＢＬ）が偏光ビームスプリッター２５に対して入射する方向と反対方向である。

本実施形態において、赤色レーザー発光素子４０ａ及び青色レーザー発光素子２１ａは、偏光ビームスプリッター２５を挟んで互いに向き合うように配置される。すなわち、赤色レーザー発光素子４０ａは偏光ビームスプリッター２５の一方面側に対向するよう配置され、青色レーザー発光素子２１ａは偏光ビームスプリッター２５の他方面側に対向するよう配置される。

ここで、第１位相差板２８ａは上述のように青色レーザー発光素子２１ａから射出された光線ＢＬに対して１／４波長の位相差を付与するように設定される。そのため、波長帯の異なる赤色補助光線ＲＬに対して付与される位相差は１／４波長よりもずれる。そこで、本実施形態の第２位相差板２８ｂは、拡散素子５０の後段に配置された第１位相差板２８ａによる変調作用を受けた結果、赤色補助光線ＲＬをＳ偏光に変換する位相差を付与するように設定される。すなわち、第２位相差板２８ｂの位相差特性は、該第２位相差板２８ｂ及び第１位相差板２８ａを順次透過した赤色補助光線ＲＬに全体として１／２波長の位相差が付与されるように設定される。

以下、第２位相差板２８ｂを透過することで所定の偏光状態に変換された赤色補助光線ＲＬを赤色補助光線ＲＬ１と称する。赤色補助光線ＲＬ１は、第３の集光光学系４３に入射する。赤色補助光線ＲＬ１は、第３の集光光学系４３により拡散素子５０上に集光される。赤色補助光線ＲＬ１は、拡散素子５０を透過することで拡散される。

図５は拡散素子の構成を示す断面図である。
図５に示すように、拡散素子５０は、拡散板５０Ａとモーター５４とを備える。拡散板５０Ａは、拡散層として機能する第１拡散板５１及び第２拡散板５２と、ダイクロイック層５３とを有する。第１拡散板５１は、ダイクロイック層５３における赤色レーザー発光素子４０ａからの光入射側に設けられる。第２拡散板５２は、ダイクロイック層５３における青色レーザー発光素子２１ａからの光入射側に設けられる。ダイクロイック層５３は、第１拡散板５１及び第２拡散板５２間に配置される。第１拡散板５１及び第２拡散板５２はそれぞれ円板状を有する。拡散板５０Ａは、正面視した状態において、円板形状を有する。モーター５４は拡散板５０Ａを所定の回転軸周りに回転させる。

ダイクロイック層５３は、赤色補助光線ＲＬ１を透過し、青色光線ＢＬｃ１を反射する特性を有する。

拡散素子５０に入射した赤色補助光線ＲＬ１は第１拡散板５１、ダイクロイック層５３及び第２拡散板５２をそれぞれ透過することで拡散される。拡散素子５０に入射した青色光線ＢＬｃ１は第２拡散板５２を透過した後、ダイクロイック層５３で反射されることで再び第２拡散板５２を透過することで拡散光として射出される。

ここで、赤色補助光線ＲＬ１は、拡散素子５０で拡散される際、第１拡散板５１及び第２拡散板５２を通過するので、拡散板を２回通過することになる。また、青色光線ＢＬｃ１は、拡散素子５０で拡散される際、第２拡散板５２を２回通過する。本実施形態において、第１拡散板５１及び第２拡散板５２は、例えば同等の厚さをもつ体積型の拡散板から構成される。この構成によれば、赤色補助光線ＲＬ１及び青色光線ＢＬｃ１の拡散板における光路長が略等しくなるので、赤色補助光線ＲＬ１及び青色光線ＢＬｃ１における拡散素子５０による拡散度合いを略同等にすることができる。

なお、第１拡散板５１及び第２拡散板５２として表面拡散型の拡散板を使用してもよい。この場合においても、赤色補助光線ＲＬ１及び青色光線ＢＬｃ１が拡散作用を受ける拡散板表面の数を同一に調整すればよい。例えば、第２拡散板５２の両面に拡散機能を持たせることで青色光線ＢＬｃ１は拡散素子５０に入射して射出されるまでの間に３面による拡散作用を受ける。これに対し、赤色補助光線ＲＬは第２拡散板５２を透過する際に２面で拡散作用を受けるので、第１拡散板５１の片面に拡散作用を持たせればよい。このようにすれば、赤色補助光線ＲＬ及び青色光線ＢＬｃ１はそれぞれ３面による拡散作用を受けるので、赤色補助光線ＲＬ及び青色光線ＢＬｃ１における拡散素子５０による拡散度合いを略同等にすることができる。

本実施形態において、青色光線ＢＬｃ１が拡散素子５０により反射された後の光を青色光線ＢＬｃ２と称する。例えば、右回り円偏光の青色光線ＢＬｃ１は拡散素子５０により左回り円偏光の青色光線ＢＬｃ２として反射される。青色光線ＢＬｃ２は第２の集光光学系２９によって平行光に変換された後に再び第１位相差板２８ａに入射する。

また、拡散素子５０で拡散反射された後、第１位相差板２８ａを経由して異なる偏光状態に変換された光を青色拡散光ＢＬｓ１と称する。本実施形態によれば、左回り円偏光の青色光線ＢＬｃ２は、第１位相差板２８ａによってＳ偏光の青色拡散光ＢＬｓ１に変換される。Ｓ偏光の青色拡散光ＢＬｓ１は、偏光ビームスプリッター２５によってレンズインテグレーター３１に向けて反射される。

また、本実施形態において、赤色補助光線ＲＬ１が拡散素子５０を透過することで拡散された後の光を赤色拡散光ＲＬ２と称す。赤色拡散光ＲＬ２は第２の集光光学系２９によって平行光に変換された後に第１位相差板２８ａを透過する。上述のように赤色補助光線ＲＬは、第２位相差板２８ｂ及び第１位相差板２８ａを透過することで１／２波長の位相差が付与され、Ｓ偏光に変換される。本実施形態において、赤色拡散光ＲＬ２が第１位相差板２８ａを透過後のＳ偏光の光を赤色拡散光ＲＬ２ｓと称す。Ｓ偏光の赤色拡散光ＲＬ２ｓは、偏光ビームスプリッター２５に入射する。

図３に示したように、本実施形態の偏光ビームスプリッター２５は、赤色レーザー発光素子４０ａから射出された光である赤色補助光線ＲＬの波長帯において、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光分離特性を有する。赤色補助光線ＲＬの拡散光である赤色拡散光ＲＬ２ｓは、偏光ビームスプリッター２５に対するＳ偏光であるため、赤色拡散光ＲＬ２ｓは偏光ビームスプリッター２５で反射される。この結果、赤色拡散光ＲＬ２ｓは青色拡散光ＢＬｓ１とともにレンズインテグレーター３１に向かって進む。

また、青色アレイ光源２１から出射した後、偏光ビームスプリッター２５で反射されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第１の集光光学系２６に入射する。本実施形態において、第１の集光光学系２６は、例えば第１レンズ２６ａ及び第２レンズ２６ｂから構成される。ホモジナイザー光学系２３及び第１の集光光学系２６を経由した光線ＢＬｓは、蛍光発光素子２７の被照明領域に対して照度分布が均一化された状態で入射する。蛍光発光素子２７は、蛍光体３４と、この蛍光体３４を支持する基板３５と、蛍光体３４を基板３５に固定する固定部材３６とを有している。

本実施形態において、蛍光体３４は、該蛍光体３４の側面と基板３５との間に設けられた固定部材３６により、基板３５に固定される。蛍光体３４は、光線ＢＬｓの入射する側と反対側の面において、基板３５に接触する。なお、基板３５及び固定部材３６は光透過性を有する。

蛍光体３４は、励起光としての光線ＢＬｓを吸収して励起される。光線ＢＬｓにより励起された蛍光体３４は、例えば波長帯が５００〜７００ｎｍの蛍光ＹＬを発する。

蛍光体３４の光線ＢＬｓが入射する側とは反対側（第１の集光光学系２６とは反対側）には反射部３７が設けられている。反射部３７は、蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、基板３５に向かって進む成分を反射する。

基板３５の蛍光体３４を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３８が配置されている。蛍光発光素子２７では、このヒートシンク３８を介して放熱できるため、蛍光体３４の熱劣化を防ぐことができる。

蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、一部の蛍光ＹＬは、反射部３７によって反射され、蛍光体３４の外部へと射出される。また、蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、他の一部の蛍光ＹＬは、反射部３７を介さずに蛍光体３４の外部へと射出される。このようにして、蛍光ＹＬが蛍光体３４から第１の集光光学系２６に向けて射出される。蛍光ＹＬの光束は第１の集光光学系２６によって平行化されて、偏光ビームスプリッター２５に入射する。

蛍光ＹＬは、緑色光ＫＧ及び赤色光ＫＲを波長成分として含む。蛍光ＹＬに含まれる赤色光ＫＲは、赤色補助光線ＲＬのピーク波長帯である６３５ｎｍ〜６４５ｎｍの波長帯（所定の波長帯）を有する第１赤色蛍光成分ＫＲ１と、所定の波長帯以外の波長を有する第２赤色蛍光成分ＫＲ２とを含む。そして上述のように偏光ビームスプリッター２５は、６３５ｎｍ〜６４５ｎｍの赤色光に対して偏光分離機能を有する。このため、偏光ビームスプリッター２５は、赤色光ＫＲの一部である所定の波長帯の成分、すなわち６３５ｎｍ〜６４５ｎｍの波長帯を有する第１赤色蛍光成分ＫＲ１に対して偏光分離機能を有する。ここで、所定の波長帯に対応する第１赤色蛍光成分ＫＲ１とは、図３に示した波長λＲ１および波長λＲ２間の帯域の成分に相当する。

すなわち、本実施形態の偏光ビームスプリッター２５は、赤色光ＫＲのうち第１赤色蛍光成分ＫＲ１を、偏光ビームスプリッター２５に対するＰ偏光である赤色Ｐ偏光成分（第１赤色偏光成分）ＫＲ１ｐと、偏光ビームスプリッター２５に対するＳ偏光である赤色Ｓ偏光成分（第２赤色偏光成分）ＫＲ１ｓと、に分離する偏光分離機能を有する。

赤色Ｐ偏光成分ＫＲ１ｐは偏光ビームスプリッター２５を透過するとともに、赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓは偏光ビームスプリッター２５で反射される。偏光ビームスプリッター２５で反射された赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓは後述の照明光ＷＬとして利用されない。

一方、偏光ビームスプリッター２５は、蛍光ＹＬのうち第１赤色蛍光成分ＫＲ１を除いた大部分の成分、すなわち主蛍光成分ＹＬ１に対して、偏光分離機能を有さない。ここで、主蛍光成分ＹＬ１とは、赤色光ＫＲのうち第１赤色蛍光成分ＫＲ１を除いた第２赤色蛍光成分ＫＲ２と、緑色光ＫＧとを含む。主蛍光成分ＹＬ１は、偏光ビームスプリッター２５を透過することでレンズインテグレーター３１に向かう。

本実施形態の偏光ビームスプリッター２５では、蛍光ＹＬのうちの赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓのみが照明光ＷＬとして利用されない。すなわち、赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓは光損失となるが、赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓは狭帯域であって蛍光ＹＬ全体に占める割合は僅かであるので、光源装置２全体で考えた場合、蛍光ＹＬの赤色成分の光損失は非常に少ないと。そして、赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓによる損失は赤色補助光源４０から射出される赤色補助光線ＲＬによって補償可能である。したがって、本実施形態の光源装置２では、蛍光ＹＬの赤色成分の利用効率が従来よりも向上する。これに加えて赤色補助光源４０によって必要な補償が施される。

なお、図３に示した波長λＲ１および波長λＲ２間の帯域は赤色補助光線ＲＬの波長帯と完全に一致させるのが望ましい。このようにすれば、照明光として利用できない赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓの量を最小限に抑えることができる。

本実施形態の偏光ビームスプリッター２５は、拡散素子５０によって拡散された青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬ２ｓと、第１赤色蛍光成分ＫＲ１から偏光分離によって分離した赤色Ｐ偏光成分ＫＲ１ｐと、主蛍光成分ＹＬ１（第２赤色蛍光成分ＫＲ２および緑色光ＫＧ）と、を一方向（レンズインテグレーター３１に向かう方向）に射出する。すなわち、青色拡散光ＢＬｓ１、赤色拡散光ＲＬ２ｓ及び蛍光ＹＬの一部（緑色光ＫＧ、第２赤色蛍光成分ＫＲ２及び赤色Ｐ偏光成分ＫＲ１ｐ）が偏光ビームスプリッター２５から射出される。

本実施形態の偏光ビームスプリッター２５は、青色拡散光ＢＬｓ１、赤色拡散光ＲＬ２ｓ及び蛍光ＹＬの一部（緑色光ＫＧ、第２赤色蛍光成分ＫＲ２及び赤色Ｐ偏光成分ＫＲ１ｐ）を合成して照明光ＷＬとして射出する。本実施形態において、赤色拡散光ＲＬ２ｓは赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬの全光束（１００％）に相当する。

照明光ＷＬは、レンズインテグレーター３１に向けて射出される。レンズインテグレーター３１は、第１マルチレンズ３１ａと第２マルチレンズ３１ｂとを有する。第１マルチレンズ３１ａは照明光ＷＬを複数の部分光線束に分割するための複数の第１小レンズ３１ａｍを有する。

第１マルチレンズ３１ａのレンズ面（第１小レンズ３１ａｍの表面）と光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域とは互いに共役となっている。そのため、第１小レンズ３１ａｍ各々の形状は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の形状と略相似形（矩形状）となっている。これにより、第１マルチレンズ３１ａから射出された部分光束各々が光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ効率良く入射する。

第２マルチレンズ３１ｂは、第１マルチレンズ３１ａの複数の第１小レンズ３１ａｍに対応する複数の第２小レンズ３１ｂｍを有する。第２マルチレンズ３１ｂは、重畳レンズ３３とともに、第１マルチレンズ３１ａの各第１小レンズ３１ａｍの像を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域の近傍に結像させる。

レンズインテグレーター３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板（１／２位相差板）とをアレイ状に並べて構成される。偏光変換素子３２は、照明光ＷＬの偏光方向を所定方向に変換する。より具体的に、偏光変換素子３２は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの光入射側に配置された偏光板（不図示）の透過軸の方向に照明光ＷＬの偏光方向を対応させる。これにより、上述のように照明光ＷＬを分離して得られる赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの偏光方向は、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射側偏光板の透過軸方向に対応する。よって、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢは入射側偏光板でそれぞれ遮光されることなく、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ良好に導かれる。

偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３に入射する。重畳レンズ３３はレンズインテグレーター３１と協同して、被照明領域における照明光ＷＬによる照度分布を均一化する。

以上のように、本実施形態の光源装置２によれば、偏光ビームスプリッター２５により赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬを反射させることで、赤色補助光線ＲＬの１００％を利用して照明光ＷＬの赤色光ＬＲを生成できる。

また、本実施形態の光源装置２では、偏光ビームスプリッター２５における蛍光ＹＬの損失（赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓ）が小さいため、当該損失を補償するために用いられる赤色補助光線ＲＬの出力が小さくて済む。よって、赤色光ＬＲを効率良くアシストすることで最適なホワイトバランスを有する白色の照明光ＷＬを生成できる。

また、本実施形態の光源装置２では、赤色補助光源４０から射出する赤色補助光線ＲＬの出力を調整することで、照明光ＷＬの赤色成分（赤色光ＬＲ）のアシスト量を任意に制御できる。よって、所望の色味の赤色光ＬＲを効率良く生成できる。

また、本実施形態の光源装置２では、第２位相差板２８ｂ及び第１位相差板２８ａを透過させたＰ偏光の赤色補助光線ＲＬに１／２波長の位相差を付与することで、Ｓ偏光に変換することができる。よって、第２位相差板２８ｂ及び第１位相差板２８ａと拡散素子５０とを経由した赤色拡散光ＲＬ２ｓを偏光ビームスプリッター２５で反射して照明光ＷＬとして効率良く利用できる。

また、本実施形態の光源装置２では、赤色レーザー発光素子４０ａ及び青色レーザー発光素子２１ａが偏光ビームスプリッター２５を挟んで互いに向き合うように配置されるので、赤色補助光線ＲＬと光線ＢＬとが偏光ビームスプリッター２５に対してそれぞれ反対方向から入射する構成となる。そのため、赤色レーザー発光素子４０ａ及び青色レーザー発光素子２１ａを離間して配置することができるので、赤色レーザー発光素子４０ａ及び青色レーザー発光素子２１ａ同士が近づくことで干渉するといった不具合の発生を防止できる。

また、本実施形態の光源装置２では、青色レーザー発光素子２１ａからの光線ＢＬと赤色レーザー発光素子４０ａからの赤色補助光線ＲＬとを１つの拡散素子５０で拡散させることができる。そのため、拡散反射素子をそれぞれ設ける構成に比べて、光源装置２の低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態の光源装置２では、第１拡散板５１、第２拡散板５２及びダイクロイック層５３を備える拡散素子５０を有するので、赤色補助光線ＲＬ及び青色光線ＢＬｃ１における拡散素子５０による拡散度合いが略同等とすることができる。よって、赤色補助光線ＲＬ及び青色光線ＢＬｃ１による拡散光（青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬ２ｓ）は蛍光ＹＬの発光分布に近づくので、青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬ２ｓと蛍光ＹＬとを合成した照明光ＷＬは表示画像に色ムラを生じさせ難くすることができる。

また、本実施形態の光源装置２によれば、本実施形態の光源装置２は、位相差板２４を回転させることで、Ｓ偏光（光線ＢＬｓ）とＰ偏光（光線ＢＬｐ）との比率を変化させて、蛍光ＹＬと青色拡散光ＢＬｓ１との比率を調整できる。よって、照明光ＷＬの色バランス（ホワイトバランス）を所望の値に調整することができる。

また、本実施形態のプロジェクター１によれば、上記光源装置２を備えるので、赤色光ＬＲが十分に補われることで、最適なホワイトバランスを有する白色光を生成することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態において、偏光ビームスプリッター２５に対する拡散素子５０と蛍光体３４との位置を入れ替えてもよい。すなわち、偏光ビームスプリッター２５で反射したＳ偏光の光線ＢＬｓ（青色レーザー光の第２成分）を拡散素子５０に入射させ、偏光ビームスプリッター２５を透過したＰ偏光の光線ＢＬｐ（青色レーザー光の第１成分）を励起光として蛍光体３４に入射させる構成としてもよい。この場合、赤色レーザー発光素子４０ａは、赤色補助光線ＲＬとして、偏光ビームスプリッター２５において偏光分離される光線ＢＬのＳ偏光（光線ＢＬｓ）と同じ偏光方向を持つ光を射出する。

また、上記実施形態において、赤色補助光源４０と第３の集光光学系４３との間にホモジナイザー光学系を配置してもよい。この構成によれば、拡散素子５０上における赤色補助光線ＲＬの照度分布の均一性を向上できる。

また、上記実施形態では本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。

１…プロジェクター、２…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、２１ａ…青色レーザー発光素子、２５…偏光ビームスプリッター（偏光分離合成素子）、２８ａ…第１位相差板、２８ｂ…第２位相差板、３４…蛍光体、４０ａ…赤色レーザー発光素子、５０…拡散素子、５１…第１拡散板（拡散層）、５２…第２拡散板（拡散層）、５３…ダイクロイック層、ＢＬ…光線（青色光）、ＢＬｓ…光線（励起光）、ＢＬｓ１…青色拡散光、ＫＧ…緑色蛍光、ＫＲ…赤色蛍光、ＫＲ１…第１赤色蛍光成分、ＫＲ２…第２赤色蛍光成分、ＫＲ１ｐ…赤色Ｐ偏光成分（第１赤色偏光成分）、ＫＲ１ｓ…赤色Ｓ偏光成分（第２赤色偏光成分）、ＲＬ…赤色補助光線（赤色光）、ＲＬ２，ＲＬ２ｓ…赤色拡散光、ＷＬ…照明光、ＹＬ…蛍光。

Claims (10)

1. 青色光を射出する青色レーザー発光素子と、
   所定の波長帯を有する赤色光を射出する赤色レーザー発光素子と、
   励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、
   前記青色光及び前記所定の波長帯を有する赤色光に対する偏光分離機能を有する偏光分離素子と、
   入射した光を拡散する拡散層と、前記青色光を反射し、前記赤色光を透過するダイクロイック層と、を含む拡散素子と、を備え、
   前記青色レーザー発光素子から射出された青色光は、前記偏光分離素子に入射して第１青色偏光成分と第２青色偏光成分とに分離され、
   前記第１青色偏光成分は前記拡散素子に入射して拡散反射されることで青色拡散光になり、
   前記第２青色偏光成分は前記励起光として前記蛍光体に入射し、
   前記蛍光体は前記第２青色偏光成分によって励起されて前記蛍光を発し、
   前記赤色レーザー発光素子から射出された赤色光は、前記拡散素子に入射して拡散透過されることで赤色拡散光となり、
   前記青色拡散光、前記赤色拡散光及び前記蛍光が前記偏光分離素子に入射して、前記青色拡散光、前記赤色拡散光及び前記蛍光の一部が合成されて前記偏光分離素子から射出される、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記蛍光体から発せられる蛍光は赤色光と緑色光とを含み、
   前記蛍光に含まれる赤色光は、前記所定の波長帯を有する第１赤色蛍光成分と、前記所定の波長帯以外の波長を有する第２赤色蛍光成分とを含み、
   前記第１赤色蛍光成分が前記偏光分離素子によって偏光分離される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第１赤色蛍光成分は前記偏光分離素子によって、第１赤色偏光成分と第２赤色偏光成分とに分離される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記蛍光の一部は、前記緑色光、前記第２赤色蛍光成分及び前記第１赤色偏光成分からなる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記偏光分離素子と前記拡散素子との間に設けられた第１位相差板と、
   前記拡散素子と前記赤色レーザー発光素子との間に配置され、前記赤色レーザー発光素子から射出された赤色光が入射する第２位相差板とをさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記青色レーザー発光素子から射出された青色光は、前記第１位相差板を通過するとともに、前記第１位相差板によって１／４波長の位相差が付与され、
   前記赤色レーザー発光素子から射出された赤色光は、前記第２位相差板と前記第１位相差板とを通過するとともに、前記第２位相差板及び前記第１位相差板によって１／２波長の位相差が付与される、
   ことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記拡散層は、前記ダイクロイック層における前記赤色レーザー発光素子からの光入射側に設けられる第１拡散板と、前記ダイクロイック層における前記青色レーザー発光素子からの光入射側に位置する第２拡散板とを有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光源装置。
8. 前記赤色レーザー発光素子からの光が前記偏光分離素子に対して入射する方向は、前記青色レーザー発光素子からの光が前記偏光分離素子に対して入射する方向と反対方向である、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 前記赤色レーザー発光素子及び前記青色レーザー発光素子は、前記偏光分離素子を挟んで互いに向き合うように配置される、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光源装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光源装置と、
    前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調することにより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、を備える、
    ことを特徴とするプロジェクター。

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