JP2020194095A

JP2020194095A - 光源装置及びこれを用いた投写型表示装置

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Publication number: JP2020194095A
Application number: JP2019099721A
Authority: JP
Inventors: 勇樹前田; Yuuki Maeda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2020-12-03
Also published as: US20200379329A1; US10969672B2

Abstract

【課題】本発明は、従来よりも簡易な構成でカラー画像の投写を実現することが可能な光源装置及びこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】第１波長帯域の光を射出する光源部と、前記光源部からの光を前記光源部とは異なる方向に導くための導光部と、前記光源部からの光を前記第１波長帯域の光とは波長帯域が異なる第２波長帯域の光に変換するための波長変換部と、前記光源部からの光を拡散するための拡散部と、を備える光源装置であって、前記導光部は、第１部分と、第２部分と、を有し、前記第１部分は、前記光源部からの光のうち一部を前記波長変換部に導き、残りを前記拡散部に導くとともに、前記拡散部からの光を後段の系に導くように構成されており、前記第２部分は、前記波長変換部からの光を後段の系に導くように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置及びこれを用いた投写型表示装置に関する。

青色光を発する青色レーザーダイオード（以後、青色ＬＤ）と、青色ＬＤからの青色光の一部を黄色光に変換する黄色蛍光体を用いてカラー画像を投写することが可能なプロジェクタとして、特許文献１のプロジェクタが知られている。

特許文献１のプロジェクタにおいては、青色ＬＤからのＳ偏光光を、回転可能なように構成された１／２波長板を用いてＳ偏光成分とＰ偏光成分とが混ざった混合光に変換する。そして、青色ＬＤからの光に対する偏光分離機能を有する偏光分離素子を用いて、前述の混合光のうちＳ偏光成分を黄色蛍光体に導き、Ｐ偏光成分を拡散体に導く。最後に、黄色蛍光体からの黄色光と拡散体からの青色光とを前述の偏光分離素子で合成して白色光を生成している。

特開２０１５−１０６１３０号公報

特許文献１では、偏光分離素子から黄色蛍光体に導かれたＳ偏光成分によって生じた黄色光の多くを後段の系に導くために、偏光分離素子は青色ＬＤからの光に対する偏光分離機能に加えて、黄色光は偏光方向に依らずに透過させる機能も有している。

特許文献１のように、偏光分離素子に特定の波長に対する偏光分離機能と、それ以外の波長については偏光方向に依らずに透過あるいは反射する機能の両方を持たせようとすると、偏光分離素子の構成が複雑になってしまう。

そこで、本発明は、従来よりも簡易な構成でカラー画像の投写を実現することが可能な光源装置及びこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、上記の目的を達成するために、
第１波長帯域の光を射出する光源部と、
前記光源部からの光のうち少なくとも一部を前記光源部とは異なる方向に導くための導光部と、
前記光源部からの光のうち前記導光部によって第１方向へ導かれた光のうち少なくとも一部を前記第１波長帯域の光とは波長帯域が異なる第２波長帯域の光に変換するための波長変換部と、
前記光源部からの光のうち前記導光部によって前記第１方向とは異なる第２方向へ導かれた光のうち少なくとも一部を拡散するための拡散部と、を備える光源装置であって、
前記導光部は、前記光源部からの光が入射する第１部分と、前記波長変換部からの光が入射する第２部分と、を有し、
前記第１部分は、前記光源部からの光のうち一部を前記波長変換部に導き、残りを前記拡散部に導くとともに、前記拡散部からの光を前記光源部とは異なる方向であって、前記第１方向及び前記第２方向とは異なる方向である第３方向に導くように構成されており、
前記第２部分は、前記波長変換部からの光を前記第３方向に導くように構成されている、
ことを特徴とする。

本発明によれば、従来よりも簡易な構成でカラー画像の投写を実現することが可能な光源装置及びこれを用いた投写型表示装置を提供することができる。

各実施例の光源装置を搭載可能なプロジェクタの構成を示す図。第１実施例の光源装置の構成を示す図。第１、第２、第３実施例の導光部の構成を示す図。第１実施例の第１部分の特性を示す図。比較例と第１実施例における青色光の光量分布を示す図。第１実施例の光源装置におけるより好ましい構成を示す図。第２実施例の光源装置の構成を示す図。第３実施例の光源装置の構成を示す図。第３実施例の第１部分の特性を示す図。第４実施例の光源装置の構成を示す図。第４実施例の導光部の構成を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

（投写型表示装置の構成）
まず、図１を用いて後述の各実施例に記載の光源装置を搭載可能なプロジェクタ（投写型表示装置）１００の構成について説明する。

プロジェクタ１００は光源装置１０、光源装置１０からの光を変調する光変調部、スクリーン（被投写面）Ｓに画像を投写する投写レンズ（投写光学系）２４を保持するための保持部２５を備えている。

光変調部は後述の赤色光用の光変調部２２Ｒ、緑色光用の光変調部２２Ｇ、青色光用の光変調部２２Ｂから構成されている。赤色光用の光変調部２２Ｒ、緑色光用の光変調部２２Ｇ、青色光用の光変調部２２Ｂは反射型の液晶パネルである。

なお、保持部２５は投写レンズ２４を取り外し可能に保持してもよいし、投写レンズ２４を保持部２５から取り外せないように保持部２５が構成されていてもよい。また、投写レンズ２４を保持しつつ、投写レンズ２４の光軸と直交する方向に投写レンズ２４をシフト可能なように保持部２５が構成されていてもよい。

プロジェクタ１００はさらに照明光学系２０、色分離合成系３０、投写レンズ２４を備えている。照明光学系２０は後述の第１フライアイレンズ１１、第２フライアイレンズ１２、偏光変換部１３から構成されている。照明光学系２０は光源装置１０からの光を用いて光変調部を照明する。

色分離合成系３０は後述のクロスダイクロイックミラー１４、ミラー１５及び１７、ダイクロイックミラー１９、コンデンサーレンズ１６及び１８、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ、合成プリズム２３から構成されている。

（光路の説明）
赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂを含む光源装置１０からの白色光は照明光学系２０を介して色分離合成系３０及び光変調部に導かれる。光源装置１０からの白色光は第１フライアイレンズ１１によって複数の光束に分割され、この複数の光束は第２フライアイレンズ１２及びコンデンサーレンズ１６あるいは１８を介して光変調部の被照明面上で重畳される。この結果、光変調部を均一な照度で照明することができる。また、第２フライアイレンズ１２からの光の偏光方向は偏光変換部１３によって所定の偏光方向に変換される。プロジェクタ１００ではＰＢＳ２１ＲＧＢを透過する偏光方向に変換される。

以下、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光ＢをスクリーンＳへ投写する場合の各色光の光路を説明する。

（赤色光Ｒの光路）
照明光学系２０からの白色光のうち赤色光Ｒはクロスダイクロイックミラー１４によってミラー１７へ導かれる。ミラー１７からの赤色光Ｒはコンデンサーレンズ１８、ダイクロイックミラー１９、ＰＢＳ２１Ｒを透過し、赤色光用の光変調部２２Ｒに入射する。赤色光用の光変調部２２Ｒで変調されて偏光方向が変化した赤色光ＲはＰＢＳ２１Ｒで反射され、クロスダイクロイックプリズムである合成プリズム２３、投写レンズ２４を介してスクリーンＳへ投写される。

（緑色光Ｇの光路）
照明光学系２０からの白色光のうち緑色光Ｇはクロスダイクロイックミラー１４によってミラー１７へ導かれる。ミラー１７からの緑色光Ｇはコンデンサーレンズ１８を透過し、ダイクロイックミラー１９で反射され、ＰＢＳ２１Ｇを透過し、緑色光用の光変調部２２Ｇに入射する。緑色光用の光変調部２２Ｇで変調されて偏光方向が変化した緑色光ＧはＰＢＳ２１Ｇで反射され、合成プリズム２３、投写レンズ２４を介してスクリーンＳへ投写される。

（青色光Ｂの光路）
照明光学系２０からの白色光のうち青色光Ｂはクロスダイクロイックミラー１４によってミラー１５へ導かれる。ミラー１５からの青色光Ｂはコンデンサーレンズ１６、ＰＢＳ２１Ｂを透過し、青色光用の光変調部２２Ｂに入射する。青色光用の光変調部２２Ｂで変調されて偏光方向が変化した青色光ＢはＰＢＳ２１Ｂで反射され、合成プリズム２３、投写レンズ２４を介してスクリーンＳへ投写される。

以上の光路でスクリーンＳへ投写された赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂによってカラー画像をスクリーンＳに表示することができる。例えば黒色の画像をスクリーンＳへ表示したい場合には、光変調部で赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂを変調しなければよい。

以上説明したプロジェクタ１００は、反射型の液晶パネルを備えるいわゆる反射型液晶プロジェクタである。しかしながら、後述の各実施例に記載の光源装置を、プロジェクタ１００以外の例えば透過型の液晶パネルを備えるいわゆる透過型液晶プロジェクタや、マイクロミラーデバイスを備えるプロジェクタ等に搭載してもよい。

〔第１実施例〕
（光源装置１０の構成）
図２〜図６を用いて本発明の第１実施例としての光源装置１０の構成について説明する。

図２において１は青色ＬＤ（光源部）であり、１１０は青色ＬＤ１からの青色光Ｂ（第１波長帯域の光）を平行光にするためのコリメータレンズであり、２はコリメータレンズ１１０からの青色光Ｂを拡散するための拡散板である。青色ＬＤ１からの青色光Ｂの波長は４５５ｎｍであるが、青色光Ｂの波長はこれに限定されない。４４５ｎｍや４６５ｎｍなど青色帯域（４３５ｎｍ〜４８０ｎｍ）に含まれる波長であればよい。

光源装置１０は青色ＬＤ１及びコリメータレンズ１１０を１つずつ備えるが、光源装置１０は青色ＬＤ１及びコリメータレンズ１１０を複数備えてもよい。青色ＬＤ１及びコリメータレンズ１１０の個数は実現したい投写画像の明るさに合わせて適宜変更すればよい。

なお、拡散板２は光源装置１０にとって必須の構成ではない。使用上問題が無い程度に青色ＬＤ１からの青色光が充分に拡散された状態でプロジェクタ１００から外部に射出されれば光源装置１０は拡散板２を備えていなくてもよい。また、拡散板２の代わりにマイクロレンズアレイ、ロッドインテグレータ等を用いてもよい。

拡散板２からの青色光Ｂは導光部３が備える第１部分８に入射する。図３に示すように導光部３は第１部分８と第２部分９を備える。より具体的には導光部３は、透明なガラス平板の一部に後述の図４に示す特性を有するダイクロイック膜を設けたものである。このダイクロイック膜が設けられている部分が第１部分８であり、透明なガラス平板のうちダイクロイック膜が設けられていない部分が第２部分９である。第１部分８は拡散板２からの青色光Ｂの大部分を反射して残りを透過させるとともに、緑色光及び赤色光を透過させる特性を有する。第２部分９は可視光を透過させる特性を有する。

図４に示すように第１部分８において波長４５５ｎｍの青色光Ｂの透過率は３％、逆に反射率は９７％であり、４７０ｎｍ〜７００ｎｍの光の透過率は１００％である。

なお、第１部分８の特性は図４に示す特性に限定されるものではない。青色ＬＤ１からの青色光Ｂの波長の第１部分８における透過率をＴとするとき、光源装置１０は、
０．０１ ≦ Ｔ ≦ ０．１６（１）
を満足すればよい。より好ましくは、光源装置１０は、
０．０２ ≦ Ｔ ≦ ０．０８（１ａ）
を満足すればよい。つまり、第１部分８における青色光に対する反射率は１００％ではない。その理由は後述の通りである。ここでいう透過率Ｔとは第１部分８を透過する前の光量と透過した後の光量の比である。透過率が高いほどより多くの光が第１部分８を透過することになる。

なお、青色ＬＤ１からの青色光Ｂの波長の第１部分８における透過率は青色光Ｂの偏光方向に依らずに一定である。

図２（ａ）に示すように、拡散板２からの青色光Ｂのうち大部分の青色光Ｂ１は第１部分８で反射されて第１方向ｄ１へ導かれ、第１集光レンズユニット４を介して蛍光体ユニット（波長変換部）５に入射する。拡散板２からの青色光Ｂのうちわずかな青色光Ｂ２は第１部分８を透過して第２方向ｄ２に導かれ、第２集光レンズユニット６を介して拡散体ユニット（拡散部）７に入射する。

第１集光レンズユニット４は導光部３からの光を蛍光体ユニット５に向けて収束させる目的に加えて、蛍光体ユニット５からの光を平行光にする目的を達成するための正のパワーを有するレンズユニットである。第２集光レンズユニット６は導光部３からの光を拡散体ユニット７に向けて収束させる目的に加えて、拡散体ユニット７からの光を平行光にする目的を達成するための正のパワーを有するレンズユニットである。

図２において第１集光レンズユニット４は２枚の正レンズで構成され、第２集光レンズユニット６は１枚の正レンズで構成されている。各集光レンズユニットは少なくとも１枚の正レンズを備え、正のパワーを有せば、例えば負レンズをさらに備えていてもよい。

（蛍光光の光路）
図２（ｂ）を用いて蛍光体ユニット５からの蛍光光が照明光学系２０に導かれる光路について説明する。青色光Ｂ１のうち一部は蛍光体ユニット５によって黄色の蛍光光（第２波長帯域の光）に変換される。蛍光体ユニット５は波長変換を行う蛍光体層と、この蛍光体を支持するとともに蛍光光を反射して導光部３に導くための反射基板を有している。蛍光体ユニット５は、矩形の金属製の板状部材上に矩形の蛍光体層を設けた構成でもよいし、蛍光体層を円環状とし、反射基板を回転可能な金属製の円板としてもよい。蛍光体層と反射基板を回転させれば、蛍光体層における青色光Ｂ１の入射位置が常に変化するため、蛍光体層の耐久性を向上することができる。

蛍光体ユニット５からの黄色の蛍光光のうち第１部分８に入射する蛍光光Ｙ１は第１部分８を透過して照明光学系２０（第３方向ｄ３）に導かれる。蛍光体ユニット５からの黄色の蛍光光のうち第２部分９に入射する蛍光光Ｙ２は第２部分９を透過して照明光学系２０に導かれる。第１部分８は黄色光を透過させる特性も有する。第２部分９は可視光を透過させる特性を有する。

蛍光体ユニット５が青色光Ｂ１を黄色の蛍光光Ｙ１、Ｙ２に変換する割合は６０％以上が好ましく、７０％以上であればさらに好ましい。

（非変換光の光路）
図２（ｃ）を用いて蛍光体ユニット５からの非変換光が照明光学系２０に導かれる光路について説明する。ここでいう非変換光とは、青色光Ｂ１のうち蛍光体ユニット５で変換されずに青色光のまま蛍光体ユニット５から出射する光である。

蛍光体ユニット５からの非変換光のうち第１部分８に入射する非変換光Ｂ１０のうち、わずかな（例えば３％）非変換光Ｂ１０１は第１部分８を透過して照明光学系２０に導かれるので、非変換光Ｂ１０１を画像光として使用できる。

蛍光体ユニット５からの非変換光のうち第２部分９に入射する非変換光Ｂ１１は第２部分９を透過して照明光学系２０に導かれる。

（拡散光の光路）
図２（ｄ）を用いて拡散体ユニット７からの拡散光が照明光学系２０に導かれる光路について説明する。拡散体ユニット７は入射した光を拡散する拡散体層と、この拡散体を支持するとともに拡散光を反射して導光部３に導くための反射基板を有している。拡散体ユニット７は、矩形の金属製の板状部材上に矩形の拡散体層を設けた構成でもよいし、拡散体層を円環状とし、反射基板を回転可能な金属製の円板としてもよい。拡散体層と反射基板を回転させれば、拡散体層における青色光Ｂ２の入射位置が常に変化するため、拡散体層の耐久性を向上することができる。

拡散体ユニット７に入射した青色光Ｂ２は拡散体ユニット７によって拡散及び反射され、導光部３へ導かれる。拡散体ユニット７からの拡散光のうち第１部分８に入射する拡散光Ｂ２０のうち大部分の拡散光Ｂ２０１は第１部分８で反射されて照明光学系２０に導かれる。拡散体ユニット７からの拡散光のうち第１部分８に入射する拡散光Ｂ２０のうちわずかな拡散光Ｂ２００は第１部分８を透過して青色ＬＤ１に導かれる。拡散体ユニット７からの拡散光のうち第２部分９に入射する拡散光Ｂ２１は第２部分９を透過して青色ＬＤ１に導かれる。

以上の構成によって、蛍光体ユニット５で黄色の蛍光光に変換されなかった非変換光Ｂ１１、および拡散体ユニット７より出射して導光部３の第１部分８で反射された拡散光Ｂ２０１などの青色光を照明光学系に導くことができる。黄色光である蛍光光Ｙ１及びＹ２も照明光学系２０に導くことができる。その結果、カラー画像をスクリーンＳに投写することができる。つまり、蛍光体ユニット５からの青色光と拡散体ユニット７からの青色光のうち、第１部分８を透過して青色ＬＤ１へ戻ってしまう青色光Ｂ１００及びＢ２００以外の青色光を照明光学系２０に導いて画像光として利用できる。

（従来よりも簡易な構成でカラー画像の投写を実現することが可能な理由）
前述のように導光部３が有する第１部分８の特性は波長によって透過率あるいは反射率が変化するダイクロイック特性である。さらに第１部分８の青色ＬＤ１からの青色光に対する反射率を意図的に１００％未満にしている。このように導光部３を構成することで、前述の特許文献１のように偏光分離素子に特定の波長に対する偏光分離機能と、それ以外の波長については偏光方向に依らずに透過させるあるいは反射する機能の両方を持たせる必要がなくなる。つまり、本実施例で示す光源装置は従来よりも簡易な構成でカラー画像の投写を実現することができる。詳細は後述の通りだが、仮に第１部分８の青色光に対する反射率が１００％の場合、導光部３から照明光学系２０へ向かう光の第１部分８が設けられている領域では青色光が欠損してしまうために好ましくない。

（その他の構成）
図５（ａ）は光源装置１０からの青色光の一部、より具体的には蛍光体ユニット５からの青色光のうち照明光学系２０に導かれる非変換光Ｂ１１及びＢ１０１の第１フライアイレンズ１１直前の光量分布を示している。図５（ａ）に示す光量分布は、本実施例とは異なり第１部分８の青色光に対する反射率が１００％、つまり図２（ａ）に示す拡散体ユニット７に導かれる青色光Ｂ２が存在しない場合の光量分布と同等と考えることもできる。

光源装置１０からの青色光全体の第１フライアイレンズ１１直前の光量分布が図５（ａ）に示すものである場合、青色光用の光変調部２２Ｂの被照明面における色ムラが増加してしまうおそれがある。さらに、照明光学系２０あるいは投写レンズ２４に設けられた絞りの開口径を変化させた場合に、図５（ａ）において青色光が欠損している矩形の欠損領域（中心の黒色の矩形領域）よりも絞りの開口径が小さくなってしまったとする。この場合、青色光が青色光用の光変調部２２Ｂに導かれなくなってしまう。その結果、青色を含む画像を投写しようとした際に投写画像の色が所望の色ではなくなってしまうおそれがある。

これに対して本実施例における光源装置１０からの青色光全体の第１フライアイレンズ１１直前の光量分布は図５（ｂ）に示すように欠損領域が無い。本実施例においては拡散体ユニット７からの拡散光のうち第１部分８に入射する拡散光Ｂ２０のうち大部分の拡散光Ｂ２０１を照明光学系２０に導くことができる。このため、図５（ａ）に示す照度分布のうち欠損領域をこの拡散光Ｂ２０１で埋めることができる。その結果、図５（ｂ）に示すような青色光の照度分布を実現することができる。

次に第１部分８の面積と第２部分９の面積の関係について説明する。第１部分８が大きすぎると、図２（ｃ）に示した第２部分９に入射して照明光学系２０に導かれる非変換光Ｂ１１の光量が減ってしまうために好ましくない。逆に第１部分８が小さすぎると、図２（ｄ）に示した第１部分８に入射して照明光学系２０に導かれる拡散光Ｂ２０１の光量が減ってしまうために好ましくない。

したがって、導光部３の法線方向から導光部を見た場合に、第１部分８の面積と第２部分９の面積の合計をＳ１＋２とし、第１部分８の面積をＳ１とするとき、光源装置１０が以下の条件を満足することが好ましい。
０．０３ ≦ Ｓ１／Ｓ１＋２ ≦ ０．３０（２）

また、光源装置１０が、
０．０５ ≦ Ｓ１／Ｓ１＋２ ≦ ０．２０（２ａ）
を満足するとより好ましい。光源装置１０が条件式（２）を満足することで第１部分８の大きさが適切になり、前述の青色光の光量が減ってしまうことを抑制することができる。

図２（ｄ）を用いて説明したように、拡散体ユニット７からの拡散光が第１部分８にも第２部分９にも入射する場合、第２部分９に入射した拡散光Ｂ２１は第２部分９を透過して青色ＬＤ１の方向へ導かれる。

このため、図６（ａ）に示すように、蛍光体ユニット７からの拡散光Ｂ２２をあまり広がらないようにすることで拡散光Ｂ２２の多くが第１部分８に入射するようにすることが好ましい。つまり、拡散体ユニット７から第２集光レンズユニット６を介して第１部分８に入射する光束の光束径をＤ１とし、第２集光レンズユニット６の光軸と直交する方向の第１部分８の幅をＤ２とする。このとき、光源装置１０が以下の条件を満足することが好ましい。
０．５ ≦ Ｄ１／Ｄ２ ≦ １．１（３）

また、光源装置１０が、
０．６ ≦ Ｄ１／Ｄ２ ≦ １．０（３ａ）
を満足するとより好ましい。光源装置１０が条件式（３）を満足することは拡散光Ｂ２２の多くが第１部分８に入射することを意味する。条件式（３）の上限値を逸脱することは拡散光Ｂ２２のうち第２部分９に入射して照明光学系２０に導かれない損失となる光が多すぎることを意味する。条件式（３）の下限値を逸脱することは第１部分８の面積が大きすぎることを意味する。第１部分８の面積が大きすぎると、前述のように図２（ｃ）に示した第２部分９に入射して照明光学系２０に導かれる非変換光Ｂ１１の光量が減ってしまうために好ましくない。

図６（ａ）に示す拡散体ユニット７からの拡散光Ｂ２２の拡散角度（発散角度）をθ１とするとき、θ１は２０度以下であることが好ましい。より好ましくは、θ１は２度以上１０度以下であることが好ましい。また、図６（ｂ）に示す蛍光体ユニット５からの非変換光Ｂ１１あるいは蛍光光Ｙ２の拡散角度をθ２とするとき、光源装置１０が以下の条件式を満足することが好ましい。
θ１／θ２＜１．０（４）

また、光源装置１０が、
０．２ ≦ θ１／θ２ ≦ ０．８（４ａ）
を満足するとより好ましい。光源装置１０が条件式（４）を満足することは、拡散光Ｂ２２の拡散角度θ１が小さいために、拡散光Ｂ２２の多くが第１部分８に入射することを意味する。条件式（４）の上限値を逸脱することは拡散光Ｂ２２のうち第２部分９に入射して照明光学系２０に導かれない損失となる光が多すぎることを意味する。条件式（４ａ）の下限値を逸脱することは拡散光Ｂ２２の拡散角度θ１が小さすぎる、すなわち、拡散体ユニット７でレーザー光である青色光ＬＤ１からの光が充分に拡散されないことを意味する。

拡散角度θ１は次に説明するように計測すればよい。例えば、まず、第２集光レンズユニット６のうち最も拡散体ユニット７側に配置されているレンズの拡散体ユニット側の面の頂点を通り、このレンズの光軸と直交する平面における、拡散体ユニット７からの光の光量分布を計測する。そして、この光量分布における半値全幅を計測する。前述の平面において半値全幅の端部に相当する２点と拡散体ユニット７の拡散体層の入射面上の中心点の合計３点がなす角度を拡散角度θ１とすればよい。拡散角度θ２についても同様に計測すればよい。

〔第２実施例〕
図７を用いて本発明の第２実施例としての光源装置６０の構成について説明する。前述の第１実施例と同じ構成のものは同じ符号を付与して説明を省略する場合がある。

前述の第１実施例においては青色ＬＤ１から見たときに導光部３を透過する方向に第２集光レンズユニット６及び拡散体ユニット７が設けられ、導光部３で反射される方向に第１集光レンズユニット４及び蛍光体ユニット５が設けられていた。本実施例では第１実施例とは逆に、青色ＬＤ１から見たときに導光部６３を透過する方向に第１集光レンズユニット４及び蛍光体ユニット５が設けられ、導光部３で反射される方向に第２集光レンズユニット６及び拡散体ユニット７が設けられている。このような構成の本実施例も前述の第１実施例と同様の効果を得ることができる。

導光部６３は第１部分８の代わりに第１部分８１を備えており、第２部分９の代わりに第２部分９１を備えている。第１部分８１は拡散板２からの青色光Ｂの大部分（例えば９７％）を透過させて残り（例えば３％）を反射するとともに、緑色光及び赤色光を反射する特性を有する。第２部分９は可視光を反射する特性を有する。

青色ＬＤ１からの青色光がコリメータレンズ１１０及び拡散板２を介して第１部分８１に入射すると、そのほとんどが第１部分８１を透過して第１集光レンズユニット４を介して蛍光体ユニット５に入射する。

蛍光体ユニット５からの黄色光は第１部分８１及び第２部分９１で反射されて照明光学系２０に導かれる。蛍光体ユニット５からの非変換光のうち第１部分８１に入射した非変換光は、ほとんどが第１部分８１を透過して青色光源ＬＤ１へ導かれ、残りは第１部分で反射されて照明光学系２０に導かれる。蛍光体ユニット５からの非変換光のうち第２部分９１に入射した非変換光は第２部分９１で反射されて照明光学系２０に導かれる。

第１部分８１に入射した青色ＬＤ１からの青色光のうちわずかな成分は第１部分８１で反射されて第２集光レンズユニット６を介して拡散体ユニット７に入射して拡散及び反射される。

拡散体ユニット７からの青色光のうち第１部分８１に入射した青色光のほとんどは第１部分８１を透過して照明光学系２０に導かれ、残りは第１部分８１で反射されて青色光源ＬＤ１へ導かれる。拡散体ユニット７からの青色光のうち第２部分９１に入射した青色光は第２部分９１で反射されて青色ＬＤ１へ導かれる。

以上の構成によって、青色光と黄色光を照明光学系２０に導くことができ、その結果、カラー画像をスクリーンＳに投写することができる。

（その他の構成）
第１部分８１において波長４５５ｎｍの青色光の反射率は３％、逆に透過率は９７％であり、４７０ｎｍ〜７００ｎｍの光の反射率は１００％であるが、第１部分８１の特性はこれに限定されるものではない。すなわち、青色ＬＤ１からの青色光の波長の第１部分８１における反射率をＲとするとき、光源装置６０は、
０．０１ ≦ Ｒ ≦ ０．１６（５）
を満足すればよい。より好ましくは、光源装置６０は、
０．０２ ≦ Ｒ ≦ ０．０８（５ａ）
を満足すればよい。ここでいう反射率Ｒとは第１部分８１を透過する前の光量と透過した後の光量の比である。反射率が高いほどより多くの光が第１部分８１で反射され、透過する成分が少なくなることになる。なお、青色ＬＤ１からの青色光の波長の第１部分８１における反射率は青色ＬＤ１からの青色光の偏光方向に依らずに一定である。

〔第３実施例〕
図８及び図９を用いて本発明の第３実施例としての光源装置７０の構成について説明する。前述の各実施例と同じ構成のものは同じ符号を付与して説明を省略する場合がある。

前述の第１実施例と本実施例の違いは、位相板７１を更に備える点と、導光部３の代わりに導光部７３を備える点である。位相板（波長板）７１は１／２波長板であり、位相板７１の法線方向回りに回転可能になっている。

導光部７３は第１部分８の代わりに第１部分８２を備えている。図９に示すように第１部分８２は青色ＬＤ１の青色光（波長４５５ｎｍ）においてＳ偏光は９９％以上を反射し、Ｐ偏光であれば９４％程度を反射する特性を有している。なお、図９では省略しているが、第１部分８２は緑色光及び赤色光については偏光方向に依らず透過させる特性を有している。

青色ＬＤ１からのＳ偏光である青色光は拡散板２を介して波長板７１に入射する。前述のように波長板７１は回転可能に構成されており、波長板７１の回転角度に応じて青色ＬＤ１からの青色光の偏光方向が変化する。例えば、波長板７１に入射する前はＳ偏光であった青色光をＰ偏光に変化させたり、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分が混ざった状態の光に変化させたり、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分のバランスを変化させたりすることができる。

Ｓ偏光成分とＰ偏光成分のバランスを変化させる理由は次の通りである。波長板７１からの光に含まれるＳ偏光成分とＰ偏光成分のバランスを変化させると、波長板７１からの光のうち蛍光体ユニット５に導かれる成分と拡散体ユニット７に導かれる成分のバランスが変化する。蛍光体ユニット５に導かれる成分の一部は黄色の蛍光光に変換され、拡散体ユニット７に導かれる成分は青色光のままである。したがって、波長板７１からの光に含まれるＳ偏光成分とＰ偏光成分のバランスを変化させると光源装置７０からの光の色味、言い換えれば、青色光が含まれる割合を変化させることができる。ユーザーによる操作やスクリーンの色味などの情報に応じて波長板７１を自動的に回転させて光源装置７０からの光の色味を変化させることができる。

前述の第１及び第２実施例と比較して本実施例の導光部は構成が複雑になってしまうが、本実施例では、上記のように光源装置からの光の色味を変化させることができるという前述の第１及び第２実施例にない機能を実現できる。

以下の説明では、波長板７１からの青色光はＳ偏光成分が５０％、Ｐ偏光成分が５０％になっているとする。

波長板７１からの青色光のうちＳ偏光成分は９９％以上が第１部分８２で反射されて第１集光レンズユニット４を介して蛍光体ユニット４へ入射し、その一部は青色光から黄色光へ変換される。蛍光体ユニット４からの黄色光は第１部分８２及び第２部分９を透過して照明光学系２０に導かれる。蛍光体ユニット４からの非変換光のうち第１部分８２に入射した非変換光のうちＳ偏光成分は９９％以上が第１部分８２で反射されて青色ＬＤ１へ導かれ、Ｐ偏光成分の６％程度は第１部分８２を透過して照明光学系２０に導かれる。蛍光体ユニット４からの非変換光のうち第２部分９に入射した非変換光は第２部分９を透過して照明光学系２０に導かれる。なお、蛍光体ユニット４に入射した光の偏光状態は蛍光体ユニット４によって大きく変化する。

波長板７１からの青色光に含まれるＳ偏光成分のうち１％以下のわずかな量のＳ偏光成分は、第１部分８２を透過して第２集光レンズユニット６を介して拡散体ユニット７で拡散及び反射される。拡散体ユニット７に入射した光の偏光状態は維持されるように拡散体ユニット７は構成されている。したがって、波長板７１から第１部分８２を透過して拡散体ユニット７に入射したわずかなＳ偏光成分は拡散体ユニット７で拡散及び反射され、そのほとんどが第１部分８２で反射され、照明光学系２０に導かれる。

波長板７１からの青色光のうちＰ偏光成分は９４％程度が第１部分８２で反射され、前述の波長板７１からの青色光のうちＳ偏光成分の９９％以上の成分と同じ光路を辿る。波長板７１からの青色光のうちＰ偏光成分は６％程度が第１部分８２を透過し、前述の波長板７１からの青色光のうちのわずかなＳ偏光成分と同じ光路を辿る。

（その他の構成）
前述のように第１部分８２は青色光のＳ偏光成分に対する反射率Ｒｓが９９％以上であり、Ｐ偏光成分に対する反射率Ｒｐは９４％程度であったが、第１部分８２の特性はこれに限定されるものではない。すなわち、青色ＬＤ１からの青色光のＳ偏光成分の第１部分８２における透過率をＴｓとし、Ｐ偏光成分の第１部分８２における透過率をＴｐとするとき、光源装置７０は、
０．０２ ≦ Ｔｐ ≦ ０．３０（６）
０．００ ≦ Ｔｓ ≦ ０．１０（７）
｜Ｔｐ−Ｔｓ｜ ≧ ０．０２（８）
を満足すればよい。一般的にＰ偏光の透過率を高め、Ｓ偏光の透過率を低くする設計の方が逆の設計よりも難易度が低いため、より簡易な構成の光源装置を実現するためには、条件式（６）（７）（８）を同時に満足することが好ましい。

光源装置７０が条件式（６）（７）（８）を同時に満たさない場合として、ＴｐとＴｓの差が０．０２以上あるものの、各透過率が大きすぎる場合が考えられる。この場合、青色ＬＤ１からの青色光の多くが蛍光体ユニット５ではなく拡散体ユニット７に導かれてしまい、黄色光が不足してしまうおそれがあるために好ましくない。

光源装置７０が条件式（６）（７）（８）を同時に満たさない場合として、ＴｐとＴｓが等しい場合が考えられる。この場合、前述のように一般的にＰ偏光の透過率を高め、Ｓ偏光の透過率を低くする設計は難易度が比較的に低いのに対して、ＴｐとＴｓが等しい場合にはＴｐを小さくしてＴｓに近づける必要がある。あるいは、Ｔｓを大きくしてＴｐに近づける必要があり、設計の難易度が上がってしまうため好ましくない。

なお、条件式（６）（７）（８）を、
０．０４ ≦ Ｔｐ ≦ ０．１６（６ａ）
０．００ ≦ Ｔｓ ≦ ０．０５（７ａ）
｜Ｔｐ−Ｔｓ｜ ≧ ０．０４（８ａ）
としてもよい。

Ｓ偏光の透過率を高め、Ｐ偏光の透過率を低くする設計は前述のように難易度が上がるが、本実施例とは異なり、光源装置が、
０．０４ ≦ Ｔｓ ≦ ０．１６（９）
０．００ ≦ Ｔｐ ≦ ０．０５（１０）
｜Ｔｐ−Ｔｓ｜ ≧ ０．０４（１１）
を同時に満足する構成としてもよい。

なお、条件式（８）（８ａ）の上限値を０．５０あるいは０．３０としてもよく、（１１）の上限値を０．３０あるいは０．１６としてもよい。本実施例では第１部分８２はＰ偏光のほとんどを透過させつつ、Ｓ偏光のほとんどを反射させるようなほぼ完全な偏光分離を行う必要はない。

〔第４実施例〕
図１０及び図１１を用いて本発明の第４実施例としての光源装置８０の構成について説明する。前述の各実施例と同じ構成のものは同じ符号を付与して説明を省略する場合がある。

前述の第１実施例と本実施例の違いは、青色ＬＤ１、コリメータレンズ１１０、拡散板２をそれぞれ複数備える点と、導光部８の代わりに導光部８３を備える点である。

導光部８３は、図１１に示すように互いに異なる位置に設けられた２つの第１部分８を備えている。その理由は次に述べる通りである。本実施例では２つの第１部分８は互いに所定の距離を隔てて異なる位置に設けられ、２つの第１部分８の間の部分８９は第２部分９の一部となっている。すなわち部分８９は可視光を透過する特性を有し、蛍光体ユニット５からの非変換光のうち部分８９に入射した非変換光を透過させて照明光学系２０へ導くことができる。

仮に部分８９が、第１部分８と同じダイクロイック膜であった場合は、蛍光体ユニット５からの非変換光が反射され、青色ＬＤ１の方向へ導かれて損失となる。本実施例では、蛍光体ユニット５からの非変換光が部分８９を透過するようにすることで、非変換光を有効に照明光学系へと導けるように考慮されている。

拡散体ユニット７からの青色光のうち部分８９に入射した青色光は部分８９を透過して青色ＬＤ１の方向へ戻ってしまう。光源装置８０を前述の条件式（４）あるいは（４ａ）を満足するように構成することで拡散体ユニット７から部分８９に入射する青色光の量を減らすことができるため好ましい。

なお、本実施例では導光部８３は２つの第１部分８を備えるが、導光部８３は互いに異なる位置に設けられた第１部分８を複数備えてれば、第１部分８の数は限定されない。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、前述のＰＢＳ２１ＲＧＢはいわゆるワイヤーグリッドタイプの偏光分離素子であるが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、ＰＢＳ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを誘電体多層膜である偏光分離膜をプリズムで挟んだ構成としてもよい。

１青色レーザーダイオード（光源部）
３導光部
５蛍光体ユニット（波長変換部）
７拡散体ユニット（拡散部）
８第１部分
９第２部分

Claims

第１波長帯域の光を射出する光源部と、
前記光源部からの光のうち少なくとも一部を前記光源部とは異なる方向に導くための導光部と、
前記光源部からの光のうち前記導光部によって第１方向へ導かれた光のうち少なくとも一部を前記第１波長帯域の光とは波長帯域が異なる第２波長帯域の光に変換するための波長変換部と、
前記光源部からの光のうち前記導光部によって前記第１方向とは異なる第２方向へ導かれた光のうち少なくとも一部を拡散するための拡散部と、を備える光源装置であって、
前記導光部は、前記光源部からの光が入射する第１部分と、前記波長変換部からの光が入射する第２部分と、を有し、
前記第１部分は、前記光源部からの光のうち一部を前記波長変換部に導き、残りを前記拡散部に導くとともに、前記拡散部からの光を前記光源部とは異なる方向であって、前記第１方向及び前記第２方向とは異なる方向である第３方向に導くように構成されており、
前記第２部分は、前記波長変換部からの光を前記第３方向に導くように構成されている、
ことを特徴とする光源装置。
前記第１部分における前記第１波長帯域の光の透過率をＴとするとき、前記光源装置は、
０．０１ ≦ Ｔ ≦ ０．１６
を満足し、前記第２部分は前記第１波長帯域の光及び前記第２波長帯域の光を透過させる特性を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
０．０２ ≦ Ｔ ≦ ０．０８
をさらに満足する、
ことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
前記第１部分における前記第１波長帯域の光の透過率は前記第１波長帯域の光の偏光方向に依らずに一定である、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の光源装置。
前記第１部分における前記第１波長帯域の光の反射率をＲとするとき、
０．０１ ≦ Ｒ ≦ ０．１６
を満足し、前記第２部分は前記第１波長帯域の光及び前記第２波長帯域の光を反射する特性を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
０．０２ ≦ Ｒ ≦ ０．０８
をさらに満足する、
ことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
前記第１部分における前記第１波長帯域の光の反射率は前記第１波長帯域の光の偏光方向に依らずに一定である、
ことを特徴とする請求項５または６に記載の光源装置。
前記導光部より前記第３の方向に導かれた光は、照明光学系へと入射されるように構成した、
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。
第１波長帯域の光を射出する光源部と、
前記光源部からの光のうち少なくとも一部を前記光源部とは異なる方向に導くための導光部と、
前記光源部からの光のうち前記導光部によって第１方向へ導かれた光のうち少なくとも一部を前記第１波長帯域の光とは波長帯域が異なる第２波長帯域の光に変換するための波長変換部と、
前記光源部からの光のうち前記導光部によって前記第１方向とは異なる第２方向へ導かれた光のうち少なくとも一部を拡散するための拡散部と、を備える光源装置であって、
前記導光部は、前記光源部からの光が入射する第１部分と、前記波長変換部からの光が入射する第２部分と、を有し、
前記第１部分における前記第１波長帯域の光の透過率をＴとするとき、前記光源装置は、
０．０１ ≦ Ｔ ≦ ０．１６
を満足し、
前記第２部分は前記第１波長帯域の光及び前記第２波長帯域の光を透過させる特性を有する、
ことを特徴とする光源装置。
０．０２ ≦ Ｔ ≦ ０．０８
をさらに満足する、
ことを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
第１波長帯域の光を射出する光源部と、
前記光源部からの光のうち少なくとも一部を前記光源部とは異なる方向に導くための導光部と、
前記光源部からの光のうち前記導光部によって第１方向へ導かれた光のうち少なくとも一部を前記第１波長帯域の光とは波長帯域が異なる第２波長帯域の光に変換するための波長変換部と、
前記光源部からの光のうち前記導光部によって前記第１方向とは異なる第２方向へ導かれた光のうち少なくとも一部を拡散するための拡散部と、を備える光源装置であって、
前記導光部は、前記光源部からの光が入射する第１部分と、前記波長変換部からの光が入射する第２部分と、を有し、
前記第１部分における前記第１波長帯域の光の反射率をＲとするとき、前記光源装置は、
０．０１ ≦ Ｒ ≦ ０．１６
前記第２部分は前記第１波長帯域の光及び前記第２波長帯域の光を反射する特性を有する、
ことを特徴とする光源装置。
０．０２ ≦ Ｒ ≦ ０．０８
をさらに満足する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
前記第１部分における前記第１波長帯域の光の透過率及び反射率は前記第１波長帯域の光の偏光方向に依らずに一定である、
ことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の光源装置。
前記導光部の法線方向から前記導光部を見た場合の、前記第１部分の面積と前記第２部分の面積の合計をＳ１＋２とし、前記第１部分の面積をＳ１とするとき、
０．０３ ≦ Ｓ１／Ｓ１＋２ ≦ ０．３０
を満足する、
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光源装置。
０．０５ ≦ Ｓ１／Ｓ１＋２ ≦ ０．２０
をさらに満足する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の光源装置。
前記導光部と前記拡散部との間に設けられ、正のパワーを有する集光レンズユニットをさらに備え、
前記拡散部から前記集光レンズユニットを介して前記第１部分に入射する光束の径をＤ１とし、前記集光レンズユニットの光軸と直交する方向の前記第１部分の幅をＤ２とするとき、前記光源装置は、
０．５ ≦ Ｄ１／Ｄ２ ≦ １．１
を満足する、
ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光源装置。
０．６ ≦ Ｄ１／Ｄ２ ≦ １．０
をさらに満足する、
ことを特徴とする請求項１６に記載の光源装置。
前記拡散部からの光の拡散角度をθ１とし、前記波長変換部からの光の拡散角度をθ２とするとき、
θ１／θ２＜１．０
を満足する、
ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の光源装置。
０．２ ≦ θ１／θ２ ≦ ０．８
をさらに満足する、
ことを特徴とする請求項１８に記載の光源装置。
前記光源部と前記導光部との間に設けられた波長板をさらに有し、
前記波長板は前記波長板の法線方向回りに回転可能に構成されており、
前記第１部分における前記第１波長帯域の光のＰ偏光成分に対する透過率は、前記第１部分における前記第１波長帯域の光のＳ偏光成分に対する透過率よりも高い、
ことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の光源装置。
前記Ｐ偏光成分に対する透過率をＴｐとし、前記Ｓ偏光成分に対する透過率をＴｓとするとき、
０．０２ ≦ Ｔｐ ≦ ０．３０
０．００ ≦ Ｔｓ ≦ ０．１０
｜Ｔｐ−Ｔｓ｜ ≧ ０．０２
を満足する、
ことを特徴とする請求項２０に記載の光源装置。
０．０４ ≦ Ｔｐ ≦ ０．１６
０．００ ≦ Ｔｓ ≦ ０．０５
｜Ｔｐ−Ｔｓ｜ ≧ ０．０４
をさらに満足する、
ことを特徴とする請求項２１に記載の光源装置。
請求項１乃至２２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変調するための光変調部と、
前記光源装置からの光を用いて前記光変調部を照明するための照明光学系と、を備える、
ことを特徴とする投写型表示装置。