JP2019219519A - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】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、蛍光を発光する蛍光体と、拡散反射素子と、青色レーザー光の第１偏光成分と赤色レーザー光とを拡散反射素子に導くとともに、青色レーザー光の第２偏光成分を蛍光体に導く偏光分離合成素子と、第１位相差板と、光合成素子と、第２位相差板と、を備えた光源装置である。偏光分離合成素子は、赤色第１偏光成分と緑色成分と赤色第２偏光成分とを分離し、緑色成分と、赤色第１偏光成分と、拡散反射素子で拡散反射された後に第１位相差板を透過して異なる偏光方向に変換された第１偏光成分及び赤色レーザー光と、を合成した第１合成光を第２位相差板に導く。光合成素子は、第１合成光が第２位相差板を透過することで異なる偏光状態に変換された第２合成光の一部と赤色第２偏光成分とを合成して照明光を生成する。【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。さらに下記特許文献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することで２つの光を同じ方向に射出して照明光を生成する。
ここで、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に必ず損失が生じるため、赤色光の光量が不足し、光源装置から出射する白色光のホワイトバランスを最適にすることが困難である。

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、青色レーザー光を射出する青色レーザー発光素子と、赤色レーザー光を射出する赤色レーザー発光素子と、前記青色レーザー光により励起されて、緑色成分及び赤色成分を含む蛍光を生成する蛍光体と、拡散反射素子と、前記青色レーザー光の第１偏光成分と前記赤色レーザー光とを透過または反射して前記拡散反射素子に導くとともに、前記青色レーザー光の第２成分を反射または透過して前記蛍光体に導く偏光分離合成素子と、前記偏光分離合成素子と前記拡散反射素子との間に設けられた第１位相差板と、光合成素子と、前記偏光分離合成素子と前記光合成素子との間に設けられた第２位相差板と、を備え、前記偏光分離合成素子は、前記赤色成分のうち前記第１偏光成分と同じ偏光方向の赤色第１偏光成分と前記緑色成分とを透過または反射するとともに、前記赤色成分のうち前記第２成分と同じ偏光方向の赤色第２偏光成分を反射または透過することで分離し、前記緑色成分と、前記赤色第１偏光成分と、前記拡散反射素子で拡散反射された後に前記第１位相差板を透過して異なる偏光方向に変換された前記第１偏光成分及び前記赤色レーザー光と、を合成した第１合成光を前記第２位相差板に導き、前記光合成素子は、前記第１合成光が前記第２位相差板を透過することで異なる偏光状態に変換された第２合成光の一部と、前記偏光分離合成素子で分離された前記赤色第２偏光成分とを合成して照明光を生成することを特徴とする。

上記態様の光源装置では、前記第１位相差板は、１／４波長板であり、前記第２位相差板は、１／２波長板又は１／４波長板であるのが好ましい。

上記態様の光源装置では、色分離ミラーと、赤色偏光分離ミラーとをさらに備え、前記色分離ミラーは、前記青色レーザー光を透過させるとともに前記赤色レーザー光を反射し、前記赤色偏光分離ミラーは、前記赤色レーザー光を透過させて前記色分離ミラーに導くととともに前記偏光分離合成素子からの前記赤色第２偏光成分を反射して前記光合成素子に導くのが好ましい。

上記態様の光源装置では、前記第２位相差板は、前記第１合成光に含まれる前記赤色レーザー光及び前記赤色成分に位相差を選択的に付与するのが好ましい。

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。 変形例に係る光源装置の要部構成を示す図である。

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２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２８ａと、ダイクロイックミラー（色分離ミラー）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、位相差板（第１位相差板）２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、赤色補助光源４０と、第２コリメーター光学系４１と、赤色偏光分離ミラー４２と、位相差板（第２位相差板）４６と、光合成素子４７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２８ａと、ダイクロイックミラー２４と、偏光ビームスプリッター２５と、位相差板２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０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。

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、位相差板４６と、光合成素子４７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。

また、赤色補助光源４０と、第２コリメーター光学系４１と、赤色偏光分離ミラー４２と、ダイクロイックミラー２４とは、赤色補助光源４０の光軸ａｘ３上に順次並んで配置されている。

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（拡散反射素子３０）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２８ａに入射する。位相差板２８ａは、例えば回転可能とされた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２８ａの回転角度を適切に設定することにより、位相差板２８ａ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２８ａ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２８ａ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はダイクロイックミラー２４に入射する。ダイクロイックミラー２４は、光線ＢＬを偏光状態にかかわらず透過させるとともに青色の光線ＢＬと異なる波長帯の赤色光を反射させる色分離機能を有する。

ダイクロイックミラー２４を透過した光線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に対して４５°の角度をなすように配置される。

偏光ビームスプリッター２５は、光線ＢＬを、偏光ビームスプリッター２５に対するＳ偏光の光線ＢＬｓ（青色レーザー光の第２偏光成分）とＰ偏光の光線ＢＬｐ（青色レーザー光の第１偏光成分）とに分離する偏光分離機能を有する。

本実施形態の光源装置２では、赤色補助光源４０から射出した光によって照明光ＷＬの赤色成分を補う。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。赤色レーザー発光素子４０ａは、例えば赤色補助光線ＲＬ（例えばピーク波長が６３０〜６５０ｎｍの赤色レーザー光）を射出する。赤色補助光線ＲＬは直線偏光である。なお、赤色レーザー発光素子４０ａの数は特に限定されない。

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２２ａ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を通過した赤色補助光線ＲＬは、赤色偏光分離ミラー４２に入射する。赤色偏光分離ミラー４２は、赤色光のうちＰ偏光を透過させ、赤色光のうちＳ偏光を反射する偏光分離機能を有する。本実施形態において、赤色レーザー発光素子４０ａから射出される赤色補助光線ＲＬは、赤色偏光分離ミラー４２に対するＰ偏光である。そのため、赤色偏光分離ミラー４２は、赤色補助光線ＲＬを透過させてダイクロイックミラー２４に導く。また、赤色偏光分離ミラー４２は、後述のように、偏光ビームスプリッター２５において蛍光ＹＬから分離されたＳ偏光の赤色光を反射する。

赤色偏光分離ミラー４２を透過した赤色補助光線ＲＬはダイクロイックミラー２４で反射されて偏光ビームスプリッター２５に入射する。赤色補助光線ＲＬは、Ｐ偏光として偏光ビームスプリッター２５に入射し、該偏光ビームスプリッター２５を透過する。

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。第１の集光光学系２６は、光線ＢＬｓを蛍光体３４に向けて集光させる。

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。

蛍光体３４は、光線ＢＬｓを吸収して励起される蛍光体を含む。この光線ＢＬｓにより励起された蛍光体は、例えば波長帯が５００〜７００ｎｍの蛍光ＹＬを射出する。

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から射出される。

蛍光ＹＬは偏光ビームスプリッター２５に入射する。蛍光ＹＬは、緑色蛍光成分（緑色成分）ＫＧ及び赤色蛍光成分（赤色成分）ＫＲを含む黄色光である。本実施形態において、偏光ビームスプリッター２５は、蛍光ＹＬのうち赤色蛍光成分ＫＲを、偏光ビームスプリッター２５に対するＰ偏光の赤色Ｐ偏光成分（赤色第１偏光成分）ＫＲｐと、偏光ビームスプリッター２５に対するＳ偏光の赤色Ｓ偏光成分（赤色第２偏光成分）ＫＲｓと、に分離する偏光分離機能を有する。なお、赤色蛍光成分ＫＲに対する赤色Ｐ偏光成分ＫＲｐ及び赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓの比率は５０：５０である。具体的に、偏光ビームスプリッター２５は、Ｓ偏光成分（赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓ）を反射し、Ｐ偏光成分（赤色Ｐ偏光成分ＫＲｐ）を透過させる。また、偏光ビームスプリッター２５は、蛍光ＹＬのうち緑色蛍光成分ＫＧを透過させる特性を有する。

偏光ビームスプリッター２５を透過したＰ偏光の光線ＢＬｐ及び赤色補助光線ＲＬは、位相差板２８ｂに入射する。位相差板２８ｂは、偏光ビームスプリッター２５と拡散反射素子３０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。したがって、偏光ビームスプリッター２５から射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐ及び赤色補助光線ＲＬは、この位相差板２８ｂによって、例えば、右回り円偏光の青色光線ＢＬｃ１及び赤色補助光線ＲＬｃ１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。ホモジナイザー光学系２３及び第２の集光光学系２９を経由した青色光線ＢＬｃ１及び赤色補助光線ＲＬｃ１は、拡散反射素子３０に対して照度分布が均一化された状態で入射する。

拡散反射素子３０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及び赤色補助光線ＲＬｃ１を偏光ビームスプリッター２５に向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０としては、入射した光をランバート反射させつつ、且つ、偏光状態を乱さないものを用いることが好ましい。

以下、拡散反射素子３０によって拡散反射された光を青色光線ＢＬｃ２及び赤色補助光線ＲＬｃ２と称する。本実施形態によれば、青色光線ＢＬｃ１及び赤色補助光線ＲＬｃ１を拡散反射させることで略均一な照度分布の青色光線ＢＬｃ２及び赤色補助光線ＲＬｃ２が得られる。例えば、右回り円偏光の青色光線ＢＬｃ１及び赤色補助光線ＲＬｃ１は左回り円偏光の青色光線ＢＬｃ２及び赤色補助光線ＲＬｃ２として反射される。青色光線ＢＬｃ２及び赤色補助光線ＲＬｃ２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位相差板２８ｂに入射する。

左回り円偏光の青色光線ＢＬｃ２及び赤色補助光線ＲＬｃ２は、位相差板２８ｂによってＳ偏光の青色光線ＢＬｓ１及び赤色補助光線ＲＬｓ１に変換される。Ｓ偏光の青色光線ＢＬｓ１及び赤色補助光線ＲＬｓ１は、偏光ビームスプリッター２５によって位相差板４６に向けて反射される。

偏光ビームスプリッター２５で反射された青色光線ＢＬｓ１及び赤色補助光線ＲＬｓ１は、偏光ビームスプリッター２５を透過する緑色蛍光成分ＫＧと、Ｐ偏光成分（赤色Ｐ偏光成分ＫＲｐ）と合成されて第１合成光ＷＬ１を生成する。すなわち、第１合成光ＷＬ１は、青色光線ＢＬｓ１と、赤色補助光線ＲＬｓ１と、緑色蛍光成分ＫＧと、赤色Ｐ偏光成分ＫＲｐとから構成される。第１合成光ＷＬ１は位相差板４６に入射する。

本実施形態において、位相差板４６は１／２波長板である。位相差板４６は、第１合成光ＷＬ１に含まれる赤色Ｐ偏光成分ＫＲｐ及び赤色補助光線ＲＬｓ１に対して選択的に位相差を付与する。Ｐ偏光の赤色Ｐ偏光成分ＫＲｐは、位相差板４６を透過してＳ偏光の赤色成分ＫＲｓ１に変換される。また、Ｓ偏光の赤色補助光線ＲＬｓ１は、位相差板４６を透過してＰ偏光の赤色補助光線ＲＬｐ２に変換される。

すなわち、位相差板４６は、赤色波長帯の光に対して選択的に位相差を付与する赤色狭帯域の１／２位相差板から構成される。よって、位相差板４６は、該位相差板４６を透過する第１合成光ＷＬ１のうち赤色の光（赤色Ｐ偏光成分ＫＲｐ及び赤色補助光線ＲＬｓ１）に対してのみ位相差板として機能する。

したがって、第１合成光ＷＬ１は位相差板４６を透過することで異なる偏光状態の第２合成光ＷＬ２に変換されて光合成素子４７に入射する。第２合成光ＷＬ２は、Ｓ偏光の赤色成分ＫＲｓ１と、Ｐ偏光の赤色補助光線ＲＬｐ２と、青色光線ＢＬｓ１と、緑色蛍光成分ＫＧとを含む。

また、偏光ビームスプリッター２５で反射されることで蛍光ＹＬから分離されたＳ偏光の赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓは、ダイクロイックミラー２４で反射されて赤色偏光分離ミラー４２に入射する。赤色偏光分離ミラー４２は、Ｓ偏光の赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓを反射して光合成素子４７に導く。

光合成素子４７は、照明光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置される。光合成素子４７は、第２合成光ＷＬ２の一部と、偏光ビームスプリッター２５で分離された赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓとを合成して照明光ＷＬを生成する。

より具体的に、光合成素子４７は、入射する光の赤色成分を光合成素子４７に対するＳ偏光とＰ偏光の光線とに分離する偏光分離機能を有する。また、光合成素子４７は、入射する光の緑色蛍光成分ＫＧ及び青色成分（青色光線ＢＬｓ１）を偏光状態にかかわらず透過させる特性を有する。

本実施形態において、光合成素子４７は、第２合成光ＷＬ２の赤色成分（Ｓ偏光の赤色成分ＫＲｓ１とＰ偏光の赤色補助光線ＲＬｐ２）を偏光分離する。Ｐ偏光の赤色補助光線ＲＬｐ２は光合成素子４７を透過するとともに、Ｓ偏光の赤色成分ＫＲｓ１は光合成素子４７で反射されて赤色補助光線ＲＬｐ２と異なる方向に射出される。なお、光合成素子４７で反射された赤色補助光線ＲＬｓ１は不図示の遮光部材で遮光され、照明光ＷＬとして利用されない。

光合成素子４７は、緑色蛍光成分ＫＧ及び青色光線ＢＬｓ１を透過させる。すなわち、光合成素子４７は、第２合成光ＷＬ２の一部（赤色補助光線ＲＬｐ２、緑色蛍光成分ＫＧ及び青色光線ＢＬｓ１）を透過させる。また、光合成素子４７は、赤色偏光分離ミラー４２からの赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓを反射して赤色補助光線ＲＬｐ２、緑色蛍光成分ＫＧ及び青色光線ＢＬｓ１と同じ方向に射出する。

このように本実施形態の光合成素子４７は、第２合成光ＷＬ２の一部（赤色補助光線ＲＬｐ２、緑色蛍光成分ＫＧ及び青色光線ＢＬｓ１）と赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓとを合成して照明光ＷＬを生成する。赤色補助光線ＲＬｐ２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％）に相当し、赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓは蛍光ＹＬの赤色蛍光成分ＫＲにおける全光束の半分（５０％）に相当する。

このように本実施形態の光源装置２では、蛍光ＹＬの赤色蛍光成分ＫＲの５０％を照明光ＷＬとして利用し、赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬの１００％を照明光ＷＬとして利用することができる。

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、蛍光ＹＬの赤色蛍光成分ＫＲの５０％と赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬの１００％とを利用して照明光ＷＬの赤色光ＬＲを生成できる。よって、赤色光ＬＲを効率良くアシストした照明光ＷＬを生成することができる。

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、偏光ビームスプリッター２５で分離した蛍光ＹＬの赤色蛍光成分ＫＲ（赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓ）をダイクロイックミラー２４及び赤色偏光分離ミラー４２で反射して光合成素子４７に導くことで、赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓを照明光ＷＬとして利用することができる。

また、本実施形態の光源装置２によれば、位相差板４６として、赤色波長帯に対して選択的に位相差を付与する赤色狭帯域１／２位相差板を備えるので、赤色の光（赤色Ｐ偏光成分ＫＲｐ及び赤色補助光線ＲＬｓ１）にのみ位相差を選択的に付与することができる。これにより、赤色レーザー光（赤色補助光線ＲＬｓ１）をＰ偏光に変換することで光合成素子４７において照明光ＷＬとして利用することができる。

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、光利用効率が高く、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、上記実施形態では、位相差板４６が１／２波長板である場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。
図３は変形例に係る光源装置の要部構成を示す図である。図３に示すように、位相差板１４６は１／４波長板である。図３に示す光源装置２Ａは、位相差板１４６が１／４波長板から構成される以外、上記実施形態と同じ構成を有する。そのため、以下では位相差板１４６による作用を主体に説明し、その他の構成については説明を省略若しくは簡略化する。

位相差板１４６は、赤色波長帯に対して選択的に位相差を付与する赤色狭帯域の１／４位相差板から構成される。すなわち、位相差板１４６は、第１合成光ＷＬ１に含まれる赤色Ｐ偏光成分ＫＲｐ及び赤色補助光線ＲＬｓ１に対して選択的に位相差を付与する。Ｐ偏光である赤色Ｐ偏光成分ＫＲｐは、位相差板１４６を透過することで、例えば右回り円偏光の赤色成分ＫＲ１ｃに変換される。また、Ｓ偏光である赤色補助光線ＲＬｓ１は、位相差板１４６を透過することで、例えば左回り円偏光の赤色補助光線ＲＬｃ３に変換される。

したがって、第１合成光ＷＬ１は位相差板１４６を透過することで異なる偏光状態の第２合成光ＷＬ２´に変換されて光合成素子１４７に入射する。第２合成光ＷＬ２´は、右回り円偏光の赤色成分ＫＲ１ｃと、左回り円偏光の赤色補助光線ＲＬｃ３と、青色光線ＢＬｓ１と、緑色蛍光成分ＫＧとを含む。

本変形例において、光合成素子１４７は、第２合成光ＷＬ２´の赤色成分を偏光分離する。
光合成素子１４７は、第２合成光ＷＬ２´のうち右回り円偏光の赤色成分ＫＲ１ｃをＰ偏光の赤色成分ＫＲ２ｐとＳ偏光の赤色成分ＫＲ２ｓとに分離する。ここで、赤色成分ＫＲ１ｃ及び赤色成分ＫＲ２ｐの比率は５０：５０であり、Ｐ偏光の赤色成分ＫＲ２ｐのみが光合成素子１４７を透過することで後述のように照明光として利用される。

また、光合成素子１４７は、第２合成光ＷＬ２´のうち左回り円偏光の赤色補助光線ＲＬｃ３をＰ偏光の赤色補助光線ＲＬｐ３とＳ偏光の赤色補助光線ＲＬｓ３とに分離する。ここで、赤色補助光線ＲＬｐ３及び赤色補助光線ＲＬｓ３の比率は５０：５０であり、Ｐ偏光の赤色補助光線ＲＬｐ３のみが光合成素子１４７を透過することで後述のように照明光として利用される。

Ｐ偏光である赤色成分ＫＲ２ｐ及び赤色補助光線ＲＬｐ３は光合成素子１４７を透過するとともに、Ｓ偏光である赤色成分ＫＲ２ｓ及び赤色補助光線ＲＬｓ３は光合成素子１４７で反射されて赤色成分ＫＲ２ｐ及び赤色補助光線ＲＬｐ３と異なる方向に射出される。なお、光合成素子１４７で反射された赤色成分ＫＲ２ｓ及び赤色補助光線ＲＬｓ３は不図示の遮光部材で遮光され、照明光として利用されない。

本変形例の光合成素子１４７は、第２合成光ＷＬ２´の一部（赤色成分ＫＲ２ｐ、赤色補助光線ＲＬｐ３、緑色蛍光成分ＫＧ及び青色光線ＢＬｓ１）を透過させ、赤色偏光分離ミラー４２からの赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓを第２合成光ＷＬ２´の一部と同じ方向に射出する。

このように本変形例の光合成素子１４７は、第２合成光ＷＬ２´の一部（赤色成分ＫＲ２ｐ、赤色補助光線ＲＬｐ３、緑色蛍光成分ＫＧ及び青色光線ＢＬｓ１）と赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓとを合成して照明光ＷＬ´を生成する。ここで、赤色補助光線ＲＬｐ３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（５０％）に相当し、赤色Ｓ偏光成分ＫＲｓは蛍光ＹＬの赤色蛍光成分ＫＲにおける全光束の半分（５０％）に相当し、赤色成分ＫＲ２ｐは蛍光ＹＬの赤色蛍光成分ＫＲにおける全光束の１／４（２５％）に相当する。

すなわち、本変形例の光源装置２Ａでは、蛍光ＹＬの赤色蛍光成分ＫＲの７５％を照明光ＷＬ´として利用し、赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬの５０％を照明光ＷＬ´として利用できる。本変形例によれば、蛍光ＹＬからなる赤色蛍光成分ＫＲの割合を増やし、レーザー光からなる赤色補助光線ＲＬの割合を減らした照明光ＷＬ´を生成することができる。よって、スペックルを低減しつつ、赤色光ＬＲを効率良くアシストした照明光ＷＬ´を生成できる。

また、上記実施形態において、偏光ビームスプリッター２５に対する拡散反射素子３０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）を拡散反射素子３０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偏光成分）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。

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、２４…ダイクロイックミラー（色分離ミラー）、２５…偏光ビームスプリッター（偏光分離合成素子）、２８ｂ…位相差板（第１位相差板）、３０…拡散反射素子、３４…蛍光体、４０ａ…赤色レーザー発光素子、４２…赤色偏光分離ミラー、４６，１４６…位相差板（第２位相差板）、４７，１４７…光合成素子、ＢＬｐ…光線（青色レーザー光の第１偏光成分）、ＢＬｓ…光線（青色レーザー光の第２偏光成分）、ＫＧ…緑色蛍光成分（緑色成分）、ＫＲ…赤色蛍光成分（赤色成分）、ＫＲｐ…赤色Ｐ偏光成分（赤色第１偏光成分）、ＫＲｓ…赤色Ｓ偏光成分（赤色第２偏光成分）、ＬＧ…緑色光、ＬＲ…赤色光、ＷＬ，ＷＬ´…照明光、ＷＬ１…第１合成光、ＷＬ２，ＷＬ２´…第２合成光、ＹＬ…蛍光。

Claims (5)

1. 青色レーザー光を射出する青色レーザー発光素子と、
   赤色レーザー光を射出する赤色レーザー発光素子と、
   前記青色レーザー光により励起されて、緑色成分及び赤色成分を含む蛍光を発光する蛍光体と、
   拡散反射素子と、
   前記青色レーザー光の第１偏光成分と前記赤色レーザー光とを透過または反射して前記拡散反射素子に導くとともに、前記青色レーザー光の第２偏光成分を反射または透過して前記蛍光体に導く偏光分離合成素子と、
   前記偏光分離合成素子と前記拡散反射素子との間に設けられた第１位相差板と、
   光合成素子と、
   前記偏光分離合成素子と前記光合成素子との間に設けられた第２位相差板と、を備え、
   前記偏光分離合成素子は、
   前記赤色成分のうち前記第１偏光成分と同じ偏光方向の赤色第１偏光成分と前記緑色成分とを透過または反射するとともに、前記赤色成分のうち前記第２偏光成分と同じ偏光方向の赤色第２偏光成分を反射または透過することで分離し、
   前記緑色成分と、前記赤色第１偏光成分と、前記拡散反射素子で拡散反射された後に前記第１位相差板を透過して異なる偏光方向に変換された前記第１偏光成分及び前記赤色レーザー光と、を合成した第１合成光を前記第２位相差板に導き、
   前記光合成素子は、
   前記第１合成光が前記第２位相差板を透過することで異なる偏光状態に変換された第２合成光の一部と、前記偏光分離合成素子で分離された前記赤色第２偏光成分とを合成して照明光を生成する
   光源装置。
2. 前記第１位相差板は、１／４波長板であり、
   前記第２位相差板は、１／２波長板又は１／４波長板である
   請求項１に記載の光源装置。
3. 色分離ミラーと、赤色偏光分離ミラーとをさらに備え、
   前記色分離ミラーは、前記青色レーザー光を透過させるとともに前記赤色レーザー光を反射し、
   前記赤色偏光分離ミラーは、前記赤色レーザー光を透過させて前記色分離ミラーに導くととともに前記偏光分離合成素子からの前記赤色第２偏光成分を反射して前記光合成素子に導く
   請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記第２位相差板は、前記第１合成光に含まれる前記赤色レーザー光及び前記赤色成分に位相差を選択的に付与する
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光源装置と、
   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
   プロジェクター。

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