JP2021124730A - 光源装置および画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体での未変換光を利用して光利用効率を高めつつ、励起光の強度変化に伴う光源の色変化を制御することが可能な光源装置を提供する。【解決手段】光源装置（１００）は、第１の波長の光を発する光源部（１）と、第１の波長の光の少なくとも一部を第１の波長と異なる第２の波長の光に変換する第１の蛍光素子（３）および第２の蛍光素子（４）と、第１の蛍光素子および第２の蛍光素子のそれぞれに照射される光量を調整する光量調整手段（５）とを有し、第１の蛍光素子は、第１の波長の光を第１の比率で第２の波長の光に変換し、第２の蛍光素子は、第１の波長の光を第１の比率と異なる第２の比率で第２の波長に変換する。【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置および画像投射装置に関する。

従来、レーザダイオード（ＬＤ）からの励起光を蛍光体に照射して発生させた蛍光光を含む照明光を照明光学系により光変調素子に導き、光変調素子により変調された画像光を投射レンズにより投射することでカラー画像を表示する画像投射装置が知られている。例えば、青色ＬＤからの青色光と、青色光を励起光として発生させた黄色の蛍光光とを組み合わせることにより、白色光を形成する画像投射装置がある。

特許文献１には、位相差板を用いて励起光の偏光状態を変更することで偏光分離素子の透過と反射を選択し、蛍光変換する光と励起光をそのまま利用する青色光との分離比率を調整する画像投射装置が開示されている。特許文献２には、異なる蛍光体を用いて各蛍光体への励起光の強度を調整し、白色光を形成する画像投射装置が開示されている。

特開２０１８−２１９９０号公報 特開２０１２−１７８３１９号公報

しかしながら、蛍光体に導かれた光の一部は未変換光として蛍光体で拡散反射される。また、未変換光の量は蛍光体の励起光の強度と相関があり、励起光の強度の変化に伴い未変換光の光量が変化する。特許文献１に開示された画像投射装置では、反射された未変換光は位相差板を通過しないため、偏光状態が変化せず、反射素子によって再度蛍光体へ反射され、利用されない。また、色調整を行うための光路が必要となるため、画像投射装置が大型化する。特許文献２に開示された画像投射装置では、未変換光は意図しない色光となるか、または不可視光である紫外光であるため、利用されない。このため、特許文献１や特許文献２に開示された画像投射装置では、蛍光体へ導かれた光を有効に利用しながら、光源からの光の色を調整することが困難である。

そこで本発明は、蛍光体での未変換光を利用して光利用効率を高めつつ、励起光の強度変化に伴う光源からの光の色変化を制御することが可能な光源装置および画像投射装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての光源装置は、第１の波長の光を発する光源部と、前記第１の波長の光の少なくとも一部を前記第１の波長と異なる第２の波長の光に変換する第１の蛍光素子および第２の蛍光素子と、前記第１の蛍光素子および前記第２の蛍光素子のそれぞれに照射される光量を調整する光量調整手段とを有し、前記第１の蛍光素子は、前記第１の波長の光を第１の比率で前記第２の波長の光に変換し、前記第２の蛍光素子は、前記第１の波長の光を前記第１の比率と異なる第２の比率で前記第２の波長に変換する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、蛍光体での未変換光を利用して光利用効率を高めつつ、励起光の強度変化に伴う光源からの光の色変化を制御することが可能な光源装置および画像投射装置を提供することができる。

実施例１における光源装置の構成図である。 実施例１における各蛍光体の特性図である。 実施例１における照射強度比とＢ／Ｇ比との関係図である。 実施例１における明るさ比と電流比との関係図である。 実施例１における制御後の各蛍光体の特性図である。 実施例１における画像投射装置の構成図である。 実施例２における光源装置の構成図である。 実施例２における蛍光体の特性図である。 実施例３における光源装置の構成図である。 実施例４における光源装置の構成図である。 実施例５における光源装置の構成図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施例１における光源装置について説明する。図１は、本実施例における光源装置１００の構成図である。なお、以下の説明において、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙはそれぞれ、赤、緑、青、黄の意味である。光源装置１００は、青色レーザ光源（光源部）１、第１のレンズ２、第１の蛍光体（第１の蛍光素子）３、第２の蛍光体（第２の蛍光素子）４、および、制御回路（光量調整手段）５を有する。

青色レーザ光源１は、青色の光を発する半導体レーザ（ＬＤ）である。青色レーザ光源１が発する光のピーク波長（第１の波長）は、例えば４５５ｎｍである。青色レーザ光源１から発せられた青色レーザ光は、第１のレンズ２に入射する。第１のレンズ２は、青色レーザ光源１からの光を第１の蛍光体３と第２の蛍光体４へ照射するための光学系である。なお、図１中の矩形領域内に記載されたＢやＹは、各素子間での光強度の分配を示す。それぞれの特徴が分かるようにＬの接頭字と共に示しており、以降で説明の際に使用する。この点は、以降の図においても同様である。

第１のレンズ２から出射した光は、励起光として出射する。励起光は、交互に配置されている第１の蛍光体３および第２の蛍光体４に照射される。第１の蛍光体３および第２の蛍光体４にそれぞれ照射された励起光のうち一部の光は第２の波長の蛍光光へ変換され、残りの光は励起光の波長（第１の波長）の光のまま射出される。制御回路５は、第１の蛍光体３を照射する第１の光源１ａと第２の蛍光体４を照射する第２の光源１ｂのそれぞれの出力を独立に調整することで、明るさと色の調整を行う。例えば、制御回路５は、第１の光源１ａおよび第２の光源１ｂのそれぞれの電流値を制御することで、第１の蛍光体３および第２の蛍光体４のそれぞれに照射される光量を調整する。

次に、図２を参照して、第１の蛍光体３および第２の蛍光体４の特性について説明する。図２は、第１の蛍光体３および第２の蛍光体４の特性図である。図２において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は発光強度である。各蛍光体を励起する光の波長帯域（４４０ｎｍ〜４７０ｎｍ）におけるピーク強度を比較すると、第１の蛍光体３のピーク強度は第２の蛍光体４のピーク強度よりも高い。一方、蛍光光の波長帯域（４９０ｎｍ〜７００ｎｍ）におけるピーク強度を比較すると、第１の蛍光体３のピーク強度は、第２の蛍光体４のピーク強度よりも低い。

第１の蛍光体３および第２の蛍光体４は略同一の材料からなり、第１の蛍光体３の発光特性における、５３０ｎｍの波長の光の強度をＩ２_{λ５３０ｎｍ}、６１０ｎｍの波長の光の強度をＩ２_{λ６１０ｎｍ}とし、第２の蛍光体４の発光特性における、５３０ｎｍの波長の光の強度をＩ３_{λ５３０ｎｍ}、６１０ｎｍの波長の光の強度をＩ３_{λ６１０ｎｍ}とした際に、（Ｉ２_{λ５３０ｎｍ}／Ｉ２_{λ６１０ｎｍ}）／（Ｉ３_{λ５３０ｎｍ}／Ｉ３_{λ６１０ｎｍ}）の値が、０．８〜１．２の範囲である。

図２を参照して、本実施例の蛍光体の特性について説明する。第１の蛍光体３と第２の蛍光体４は、同一のＹＡＧ Ｃｅの蛍光体材料からなる蛍光体である。図２において、第１の蛍光体３のＩ２_{λ５３０ｎｍ}は０．１７、Ｉ２_{λ６１０ｎｍ}は０．１０である。また、第２の蛍光体４のＩ３_{λ５３０ｎｍ}は０．２４、Ｉ３_{λ６１０ｎｍ}は０．１４である。したがって、（Ｉ２_{λ５３０ｎｍ}／Ｉ２_{λ６１０ｎｍ}）／（Ｉ３_{λ５３０ｎｍ}／Ｉ３_{λ６１０ｎｍ}）の値が、０．９９となり、同一の蛍光材料であれば、この値が１．０に近い値となる。

第１の蛍光体３と第２の蛍光体４との特性差は、例えば厚みの薄い第１の蛍光体３（〜８０μｍ）と厚みの厚い第２の蛍光体４（〜１２０μｍ）というように同一の材料からなる蛍光体を互いに異なる厚みで形成することで実現可能である。ここで蛍光体の厚みとは、蛍光部材の厚みであり、各蛍光体がＡｌ基板やサファイヤ基板などの基板に蛍光部材を混ぜたバインダを積層して形成されている場合には各蛍光体の発光部分の厚みである。なお、ここでの強度の比率は一例であり、励起する光の波長帯域と蛍光光の波長帯域での強度の関係が満たされている場合には各種応用が可能である。

本実施例において、好ましくは、第１の蛍光体３および第２の蛍光体４はそれぞれ、蛍光材料、および拡散材料（酸化チタン、硫酸バリウムなどの微粒子）を含む。第１の蛍光体３および第２の蛍光体４のそれぞれの蛍光材料は同一である。また、第１の蛍光体３および第２の蛍光体４のそれぞれの厚みを互いに異ならせる構成に限定されるものではなく、蛍光材料の濃度（蛍光材料の充填率）や、拡散材料の混合比率を互いに異ならせた構成でもよい。

次に、各蛍光体に照射されるそれぞれの光について説明する。本実施例において、第１の蛍光体３および第２の蛍光体４に対して４つの励起光Ｌ１１ａ、Ｌ２１ａ、Ｌ３１ａ、Ｌ４１ａが照射されるが、これに限定されるものではない。

青色である励起光Ｌ１１ａは、第１の蛍光体３を照射する。第１の蛍光体３は、図２に示される比率（第１の比率）で励起光Ｌ１１ａを蛍光光Ｙに変換し、蛍光光Ｌ１２ａとして発光する。また、第１の蛍光体３に照射された励起光の一部は、未変換光として青色の励起光Ｌ１３ａとなる。同様に、青色である励起光Ｌ２１ａは、第２の蛍光体４を照射する。第２の蛍光体４は、図２に示される比率（第２の比率）で励起光Ｌ２１ａを蛍光光Ｙに変換し、蛍光光Ｌ２２ａとして発光する。また、第２の蛍光体４を照射した光の一部は、未変換光として青色の励起光Ｌ２３ａとなる。励起光Ｌ３１ａは、励起光Ｌ１１ａと同様の作用で、第１の蛍光体３により蛍光光Ｌ３２ａと励起光Ｌ３３ａとして発光される。また励起光Ｌ４１ａは、励起光Ｌ２１ａと同様の作用で、第２の蛍光体４により蛍光光Ｌ４２ａと励起光Ｌ４３ａとして発光される。以上の作用により、第１の蛍光体３を介して発光する場合には励起光の比率が高く、第２の蛍光体４を介して発光する場合には励起光の比率が低い光源発光を得ることができる。

次に、図３および図４を参照して、制御回路５による制御について説明する。図３は、励起光の出力を変更した際の蛍光体からの蛍光光Ｙと未変換光Ｂとの比率変化を示す図である。図３において、横軸は照射強度比、縦軸は照射強度を変更した際のＢ／Ｇ比をそれぞれ示す。蛍光体での変換効率は、励起光の強度が低いと高くなる特性を有する。このため、励起光の出力を落とす制御を行うと、蛍光光Ｙの比率が増大し、色比率が変化（Ｂ／Ｇ比が低下）する。

制御回路５は、励起光の出力を変化した際に光源からの光の色を一致させるように励起光の出力を制御する。第１の蛍光体３および第２の蛍光体４共に、励起光の出力を低下させると蛍光光の比率が増大する。ただし、第１の蛍光体３は元々の蛍光光の比率が少なく、増加する蛍光光の単位出力変化量が第２の蛍光体４に比べて少ない。すなわち、第１の蛍光体３への出力が相対的に占める割合を増加させることで、全体の光に含まれる蛍光光Ｙの比率を維持することができる。

図４は、所定の明るさを実現する際の第１の蛍光体３および第２の蛍光体４を照射する励起光の出力比率を示している。図４において、横軸は実現しようとする明るさ（明るさ比）、縦軸は制御回路５により制御される各光源の電流比をそれぞれ示す。電流比は、第１の蛍光体３および第２の蛍光体４それぞれの系列で最大の明るさを実現する際の電流を基準にした比率である。明るさを低下させる際には、第２の蛍光体４の出力を優先的に下げ、全体に占める割合を低下させるように制御を行う。具体的には、明るさ比が１の際には１：１、すなわち同量の電流比で各光源からの励起光を第１の蛍光体３および第２の蛍光体４に照射する。明るさ比０．５の際には０．６６：０．３３、すなわち第１の蛍光体３への電流比が第２の蛍光体４の２倍となるように相対的な差を与えながら電流を低減させる。

次に、図５を参照して、本実施例における制御後の第１の蛍光体３および第２の蛍光体４の特性について説明する。図５は、制御後の第１の蛍光体３および第２の蛍光体４の特性図である。図５において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は強度をそれぞれ示す。図５は、明るさ比０．５となった際の第１の蛍光体３および第２の蛍光体４の発光強度を示す。比較が簡便なように、強度の絶対値については、図２に示される規格化を行っている（第１の蛍光体３の励起光の強度を１としている）。明るさを低下させているため、励起光の強度が第１の蛍光体３においても０．６程度まで下がっている。また、蛍光光の比率の増加に対応するため、第２の蛍光体４の出力が第１の蛍光体３に比べて大きく下がっている。Ｂ／Ｇ比に着目すると、第１の蛍光体３は５．４から４．５へ低下し、第２の蛍光体４は１．３から０．８へと低下している。相対的に第１の蛍光体３が占める割合が高いため、全体としてはＢ／Ｇ比率が当初の状態を保っている。以上のようにして、予め異なる比率の第１の蛍光体３および第２の蛍光体４を用意し、出力を変更する際には、制御回路５で各蛍光体への照射強度を異なる比率で制御することにより、出力変更時に同等の色を保つ光源部を実現することができる。

次に、図６を参照して、光源装置１００を備えたプロジェクタ（画像投射装置）１０について説明する。図６は、プロジェクタ１０の構成図である。１１１は第１のフライアイレンズ、１１２は第２のフライアイレンズ、１１３は偏光分離素子、１１４は入射側コンデンサーレンズ、１１５は第１のダイクロイックミラー、１１６は第２のダイクロイックミラーである。１１７ａ、１１７ｂはリレーレンズ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは反射ミラーである。１１９ＲはＲ用のコンデンサーレンズ、１１９ＧはＧ用のコンデンサーレンズ、１１９ＢはＢ用のコンデンサーレンズである。１２０ＲはＲ用の透過型液晶表示素子、１２０ＧはＧ用の透過型液晶表示素子、１２０ＢはＢ用の透過型液晶表示素子である。１２１はクロスダイクロイックプリズム、１２２は投影用レンズである。

光源装置１００から射出された光は、第１のフライアイレンズ１１１と第２のフライアイレンズ１１２とで分割光束に分けられ、偏光変換素子１１３に入射する。偏光変換素子１１３により特定の偏光に統一され、入射側コンデンサーレンズ１１４を介して第１のダイクロイックミラー１１５へ導かれる。第１のダイクロイックミラー１１５は、Ｒを反射し、ＧとＢを透過する特性を有し、色ごとに光を分割する。第１のダイクロイックミラー１１５で反射された光は反射ミラー１１８ｃにより反射され、Ｒ用のコンデンサーレンズ１１９Ｒを介してＲ用の透過型液晶表示素子１２０Ｒに導かれる。第１のダイクロイックミラー１１５を透過したＧとＢの光は、第２のダイクロイックミラー１１６に導かれる。第２のダイクロイックミラー１１６は、Ｇを反射し、Ｂを透過する特性を有し、色ごとに光を分割する。第２のダイクロイックミラー１１６で反射された光は、Ｇ用のコンデンサーレンズ１１９Ｇを介してＧ用の透過型液晶表示素子１２０Ｇに導かれる。第２のダイクロイックミラー１１６で透過された光は、リレーレンズ１１７ａ、１１７ｂ、反射ミラー１１８ａ、１１８ｂ、および、Ｂ用のコンデンサーレンズ１１９Ｂを介して、Ｂ用の透過型液晶表示素子１２０Ｂに導かれる。

各色（ＲＧＢ）用の透過型液晶表示素子（光変調素子）１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂには、入射側と射出側に偏光板が設けられており、偏光状態に応じて透過量が変わる。透過型液晶表示素子１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂは、電気的な制御により液晶の状態を変更することで、透過量を制御する。各色用の透過型液晶表示素子１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂを透過した光は、クロスダイクロイックプリズムにより、Ｇは透過しＲとＢは（異なる斜面で）反射されて投影用レンズ１２２に導かれ、不図示のスクリーンなどの被投射面に投射される。なお各実施例において、光変調素子として透過型液晶パネルを用いているが、反射型液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いてもよい。

以上のように、本実施例において、第１の蛍光体３は、青色レーザ光源１からの第１の波長の光を第１の比率で第２の波長の光に変換し、第２の蛍光体４は、青色レーザ光源１からの第１の波長の光を第１の比率と異なる第２の比率で前記第２の波長に変換する。好ましくは、第１の比率は第２の比率よりも小さく、制御回路５は、第１の蛍光体３に照射される第１の光量が第２の蛍光体４に照射される第２の光量よりも大きくなるように光量を調整する。ただし本実施例は、これに限定されるものではない。
本実施例によれば、２種類の異なる蛍光体（第１の蛍光体３、第２の蛍光体４）に対して互いに異なる比率（第１の比率、第２の比率）で照射光を制御することで、明るさを変更しても変化が少ない白色光を得ることができる。

次に、図７および図８を参照して、本発明の実施例２における光源装置について説明する。図７は、本実施例における光源装置１０１の構成図である。図８は、光源装置１０１に設けられた蛍光体１３（第１の蛍光体１３ａ、第２の蛍光体１３ｂ）の特性図である。図８において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は発光強度である。なお本実施例において、プロジェクタにおける光源装置以外の構成は、実施例１のプロジェクタ１０と同様であるため、その説明を省略する。

本実施例の光源装置１０１は、青色レーザ光源１からの第１の波長の光を集光する第１のレンズ（集光光学系）２を有する。第１のレンズ２は、青色レーザ光源１からの第１の波長の光を第１の光密度（励起光Ｌ１１ｂ）で第１の蛍光体１３ａに照射し、第１の光密度と異なる第２の光密度（励起光Ｌ２１ｂ）で第２の蛍光体１３ｂに照射する。第１の蛍光体１３ａおよび第２の蛍光体１３ｂは、同一の特性を有する蛍光体１３である。なお図７では、図１の光源装置１００と比較して光源の個数が２つに減っているが、その他の構成は同一であるため、その説明を省略する。

第１の蛍光体１３ａおよび第２の蛍光体１３ｂに照射されるそれぞれの光について説明する。本実施例において、第１の蛍光体１３ａおよび第２の蛍光体１３ｂに対して励起光Ｌ１１ｂ、Ｌ２１ｂがそれぞれ照射される。青色である励起光Ｌ１１ｂは、第１の蛍光体１３ａを第１の光密度で照射する。同様に、青色である励起光Ｌ２１ｂは、第１の蛍光体１３ａとは異なる位置に配置された第２の蛍光体１３ｂを、第１の光密度の励起光Ｌ１１ｂとは異なる第２の光密度で照射する。本実施例において、第１の蛍光体１３ａおよび第２の蛍光体１３ｂは、図８に示される比率で励起光を蛍光光Ｙに変換する。なお本実施例では、励起光Ｌ２１ｂの第２の光密度が励起光Ｌ１１ｂの第１の光密度よりも低い場合について説明する。

実施例１で説明したように、照射強度に応じて蛍光体１３の変換効率は変化し、照射強度が弱い場合には変換効率が高くなる。変換された光は蛍光光Ｌ２２ｂとして発光する。また、蛍光体１３を照射した光の一部は、未変換の青色の光として励起光Ｌ２３ｂとなる。励起光Ｌ２１ｂは、励起光Ｌ１１ｂよりも出力（光密度）が低い。このため、変換された蛍光光Ｌ２２ｂと未変換の青色の励起光Ｌ２３ｂとの比率に関して、励起光Ｌ１１ｂから変換された蛍光光Ｌ１２ｂと未変換の青色の励起光Ｌ１３ｂとの比率と比較して、蛍光光Ｙの比率が高い。すなわち本実施例において、第２の光密度は第１の光密度よりも小さく、制御回路（光量調整手段）５は、第１の蛍光体１３ａに照射される第１の光量が第２の蛍光体１３ｂに照射される第２の光量よりも大きくなるように光量を調整する。ただし本実施例は、これに限定されるものではない。

以上の作用により、同一の特性を有する複数の蛍光体１３を利用しつつ、励起光量が多い側の光源では励起光の比率が高く、励起光量が少ない側の光源では励起光の比率が低い光源発光を得ることができる。なお、制御回路５の作用は、実施例１の場合と同様である。明るさを低下させる際には励起光が占める割合の低い方の励起光Ｌ２１ｂから出力を下げ、全体に占める割合を低下させるように制御を行う。その結果、出力変更時にも同等の色を保つ光源とすることができる。

次に、図９を参照して、本発明の実施例３における光源装置について説明する。図９は、本実施例における光源装置１０２の構成図である。なお本実施例において、プロジェクタにおける光源装置以外の構成は、実施例１のプロジェクタ１０と同様であるため、その説明を省略する。

本実施例の光源装置１０２は、青色レーザ光源１からの第１の波長の光を集光する第２のレンズ（集光光学系）１２を有する。第２のレンズ１２は、青色レーザ光源１からの光を第１の蛍光体１３ａおよび第２の蛍光体１３ｂに互いに異なる光密度で照射するための光学系であり、例えば第２のレンズ１２の曲率を変更することにより実現可能である。第２のレンズ１２は、青色レーザ光源１からの第１の波長の光を第１の光密度（励起光Ｌ１１ｃ）で第１の蛍光体１３ａに照射し、第１の光密度と異なる第２の光密度（励起光Ｌ２１ｃ）で第２の蛍光体１３ｂに照射する。第１の蛍光体１３ａおよび第２の蛍光体１３ｂは、同一の特性を有する蛍光体１３である。

第１の蛍光体１３ａおよび第２の蛍光体１３ｂに照射されるそれぞれの光について説明する。本実施例において、第１の蛍光体１３ａおよび第２の蛍光体１３ｂに対して励起光Ｌ１１ｃ、Ｌ２１ｃがそれぞれ照射される。青色である励起光Ｌ１１ｃは、第１の蛍光体１３ａを第１の光密度で照射する。同様に、青色である励起光Ｌ２１ｃは、第１の蛍光体１３ａとは異なる位置に配置された第２の蛍光体１３ｂを、第１の光密度の励起光Ｌ１１ｃとは異なる第２の光密度で照射する。本実施例において、第１の蛍光体１３ａおよび第２の蛍光体１３ｂは、図８に示される比率で励起光を蛍光光Ｙに変換する。なお本実施例では、励起光Ｌ２１ｃの第２の光密度が励起光Ｌ１１ｃの第１の光密度よりも低い場合について説明する。

照射密度が異なるということは、実施例１で説明したような照射光量が異なる際の蛍光体の変換効率が異なる状態と同様に、効率が異なる状態である。変換された光は蛍光光Ｌ２２ｃとして発光する。また、蛍光体１３を照射した光の一部は、未変換の青色の光として励起光Ｌ２３ｃとなる。励起光Ｌ２１ｃは、励起光Ｌ１１ｃよりも光密度が低い。このため、変換された蛍光光Ｌ２２ｃと未変換の青色の励起光Ｌ２３ｃとの比率に関して、励起光Ｌ１１ｃから変換された蛍光光Ｌ１２ｃと未変換の青色の励起光Ｌ１３ｃとの比率と比較して、蛍光光Ｙの比率が高い。すなわち本実施例において、第２の光密度は第１の光密度よりも小さく、制御回路（光量調整手段）５は、第１の蛍光体１３ａに照射される第１の光量が第２の蛍光体１３ｂに照射される第２の光量よりも大きくなるように光量を調整する。ただし本実施例は、これに限定されるものではない。

以上の作用により、同一の特性を有する複数の蛍光体１３を利用しつつ、励起光密度が高い側の光源では励起光の比率が高く、励起光密度が低い側の光源では励起光の比率が低い光源発光を得ることができる。なお、制御回路５の作用は、実施例１および実施例２の場合と同様である。明るさを低下させる際には励起光が占める割合の低い方の励起光Ｌ２１ｃから出力を下げ、全体に占める割合を低下させるように制御を行う。その結果、出力変更時にも同等の色を保つ光源とすることができる。

次に、図１０を参照して、本発明の実施例４における光源装置について説明する。図１０は、本実施例における光源装置１０３の構成図である。なお本実施例において、プロジェクタにおける光源装置以外の構成は、実施例１のプロジェクタ１０と同様であるため、その説明を省略する。

本実施例の光源装置１０３は、青色レーザ光源１からの光を分割する分割光学素子（分割手段）２２、第１の波長の光の少なくとも一部を第１の波長と異なる第２の波長の光に変換する蛍光体１３および、第１の波長の光を拡散させる拡散板１４を有する。蛍光体１３と拡散板１４は互いに異なる位置に配置されている。制御回路（光量調整手段）５は、蛍光体１３および拡散板１４のそれぞれに照射される光量を調整する。

青色レーザ光源１から発せられた青色レーザ光は、分割光学素子２２に入射する。分割光学素子２２は、ＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）などで形成されているが、これに限定されるものではない。分割光学素子２２は、第１の光源１ａおよび第２の光源１ｂからの入射光を混合、分割して蛍光体１３および拡散板１４をそれぞれ照射する。また分割光学素子２２は、青色レーザ光源１からの第１の波長の光の一部（Ｌ１１ｄ）を第１の分配率（励起光Ｌ１１ｄ１、Ｌ１１ｄ２）で蛍光体１３と拡散板１４とに照射する。また分割光学素子２２は、青色レーザ光源１からの第１の波長の光の残りの少なくとも一部（Ｌ２１ｄ）を第１の分配率と異なる第２の分配率（励起光Ｌ２１ｄ１、Ｌ２１ｄ２）で蛍光体１３と拡散板１４とに照射する。

ここで、蛍光体１３と拡散板１４へと照射されるそれぞれの光について説明する。本実施例では、蛍光体１３と拡散板１４に対して２つの励起光Ｌ１１ｄ、Ｌ２１ｄを照射する例を示す。励起光Ｌ１１ｄは分割光学素子２２により励起光Ｌ１１ｄ１、Ｌ１１ｄ２に分割される。励起光Ｌ１１ｄ１は、拡散板１４を照射する。励起光Ｌ１１ｄ２は、蛍光体１３を照射する。励起光Ｌ２１ｄは、分割光学素子２２により励起光Ｌ２１ｄ１、Ｌ２１ｄ２に分割される。励起光Ｌ２１ｄ１は、拡散板１４を照射する。励起光Ｌ２１ｄ２は蛍光体１３を照射する。

拡散板１４を照射する光に対する分割光学素子２２での分割比率は、励起光Ｌ１１ｄ１が励起光Ｌ２１ｄ１よりも小さい。励起光Ｌ１１ｄ１、Ｌ２１ｄ１はそれぞれ拡散板１４を照射するため、蛍光変換されることなく励起光Ｌ１３ｄ、Ｌ２３ｄとして利用される。その結果、励起光Ｌ２１ｄを元とした励起光が相対的に多い状態で利用される。一方、蛍光体１３を照射する光に対する分割光学素子２２での分割比率は、励起光Ｌ１１ｄ２が励起光Ｌ２１ｄ２よりも大きい。励起光Ｌ１１ｄ２、Ｌ２１ｄ２はそれぞれ蛍光体１３を照射するため、蛍光変換され、蛍光光Ｌ１２ｄ、Ｌ２２ｄとして利用される。その結果、励起光Ｌ１１ｄを元とした蛍光光が相対的に多い状態で利用される。すなわち本実施例において、制御回路５は、分割光学素子２２で分割される光のうち、第１の分配率で分割される光が第２の分配率で分割される光よりも大きくなるように光量を調整する。

以上の作用により、光源装置１０３の射出時において、励起光Ｌ１１ｄを元にした蛍光光Ｌ１２ｄと励起光Ｌ１３ｄの組み合わせは、励起光Ｌ２１ｄを元にした蛍光光Ｌ２２ｄと励起光Ｌ２３ｄとの組み合わせに対して、相対的に蛍光比率が多い光源となる。また、制御回路５の作用に関しては、実施例１および実施例２の場合と同様である。明るさを低下させる際には励起光が占める割合の低い方の励起光Ｌ２１ｄから出力を下げ、全体に占める割合を低下させるように制御を行う。その結果、出力変更時にも同等の色を保つ光源とすることができる。

次に、図１１を参照して、本発明の実施例５における光源装置について説明する。図１１は、本実施例における光源装置１０４の構成図である。なお本実施例において、プロジェクタにおける光源装置以外の構成は、実施例１のプロジェクタ１０と同様であるため、その説明を省略する。

本実施例の光源装置１０４は、青色レーザ光源１からの第１の波長の光を分割する分割光学素子（分割手段）２２、および、分割光学素子２２により分割された第１の波長の光の透過率または反射率を制御する（光出力を低減させる）振幅変調素子３１を有する。また振幅変調素子３１は、青色レーザ光源１と第１の蛍光体３または第２の蛍光体４の少なくとも一方との間に配置されている。

青色レーザ光源１から発せられた青色レーザ光は、分割光学素子２２に入射する。分割光学素子２２は、ＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）などで形成されているが、これに限定されるものではない。分割光学素子２２は、青色レーザ光源１からの入射光を分割して第１の蛍光体３および第２の蛍光体４をそれぞれ照射する。本実施例において、分割光学素子２２と第２の蛍光体４の間には振幅変調素子３１が配置されている。振幅変調素子３１は、青色レーザ光源１の出力を調整して第２の蛍光体４を照射することができる。なお本実施例において、振幅変調素子３１を分割光学素子２２と第１の蛍光体３との間や、分割光学素子２２と第１の蛍光体３および第２の蛍光体４のそれぞれとの間（第１の蛍光体３および第２の蛍光体４の両方に対応する位置）に配置してもよい。

ここで、第１の蛍光体３および第２の蛍光体４に照射されるそれぞれの光について説明する。本実施例では、第１の蛍光体３および第２の蛍光体４に対して１つの励起光Ｌ１１ｅを照射する例を示す。励起光Ｌ１１ｅは、分割光学素子２２により励起光Ｌ１１ｅ１、Ｌ１１ｅ２に分割される。励起光Ｌ１１ｅ１は、第１の蛍光体３を照射する。励起光Ｌ１１ｅ２は、振幅変調素子３１を介して第２の蛍光体４を照射する。励起光Ｌ１１ｅ１により第１の蛍光体３を照射した光は、蛍光変換された蛍光光Ｌ１２ｅ１と未変換光Ｌ１３ｅ１となる。励起光Ｌ１１ｅ２により第２の蛍光体４を照射した光は、蛍光変換された蛍光光Ｌ１２ｅ２と未変換光Ｌ１３ｅ２となる。

以上の作用により、光源装置１０４は、光の射出時に、振幅変調素子３１により出力調整されない際には第１の蛍光体３と第２の蛍光体４の特性に基づき、第１の蛍光体３を介して発光する場合には励起光の比率が高く、第２の蛍光体４を介して発光する場合には励起光の比率が低くなる。また、制御回路５の作用に関しては、明るさを低下させる際には励起光が占める割合の低い方の第２の蛍光体４への出力が相対的に低下するように、青色レーザ光源１の出力低下に合わせて全体に占める割合を低下させるように制御を行う。その結果、出力変更時にも同等の色を保つ光源とすることができる。

（その他の実施例）
前述した実施例では、蛍光体や拡散板を青色レーザが透過する構成にて説明したが、反射型でもよい。その際には、拡散素子を配合する量を調整することで未変換光と蛍光のバランスを調整してもよい。青色光源としてレーザ光源を用いたが、ＬＥＤ光源でも良い。また、前述した実施例では、蛍光体を照射する位置が変わらない例で示したが、円環状に配置された蛍光体が回転する等の照射位置が変更される系であっても良い。光源の個数が１から４の個数で示したが、それぞれのブロックがユニット化されている等でそれ以上の個数の光源からなる場合でもよい。また、特性に対応した光源ブロックの数については４までの数に限定されることはなく、光源装置からの射出時に、少なくとも２つの特性を実現していればよい。

各実施例によれば、蛍光体での未変換光を利用して光利用効率を高めつつ、励起光の強度変化に伴う光源からの光の色変化を制御することが可能な光源装置および画像投射装置を提供することができる。

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

１ 青色レーザ光源（光源部）
３ 第１の蛍光体（第１の蛍光素子）
４ 第２の蛍光体（第２の蛍光素子）
５ 制御装置（光量調整手段）
１００ 光源装置

Claims (12)

1. 第１の波長の光を発する光源部と、
   前記第１の波長の光の少なくとも一部を前記第１の波長と異なる第２の波長の光に変換する第１の蛍光素子および第２の蛍光素子と、
   前記第１の蛍光素子および前記第２の蛍光素子のそれぞれに照射される光量を調整する光量調整手段と、を有し、
   前記第１の蛍光素子は、前記第１の波長の光を第１の比率で前記第２の波長の光に変換し、
   前記第２の蛍光素子は、前記第１の波長の光を前記第１の比率と異なる第２の比率で前記第２の波長に変換することを特徴とする光源装置。
2. 前記第１の比率は、前記第２の比率よりも小さく、
   前記光量調整手段は、前記第１の蛍光素子に照射される第１の光量が前記第２の蛍光素子に照射される第２の光量よりも大きくなるように前記光量を調整することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光源部は、前記第１の波長の光を発する第１の光源および第２の光源を有し、
   前記光量調整手段は、前記第１の光源および前記第２の光源のそれぞれの電流値を制御することで、前記第１の蛍光素子および前記第２の蛍光素子のそれぞれに照射される前記光量を調整す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. 前記光源部からの前記第１の波長の光を分割する分割手段と、
   前記分割手段により分割された前記第１の波長の光の透過率または反射率を制御する振幅変調手段と、を更に有し、
   前記振幅変調手段は、前記光源部と前記第１の蛍光素子または前記第２の蛍光素子の少なくとも一方との間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記第１の蛍光素子および前記第２の蛍光素子はそれぞれ、蛍光体および拡散材料を含み、
   前記第１の蛍光素子および前記第２の蛍光素子のそれぞれの前記蛍光体の材料は同一であり、
   前記第１の蛍光素子および前記第２の蛍光素子のそれぞれの前記蛍光体の濃度、厚み、または前記拡散材料の混合比率の少なくとも一つは、互いに異な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. 前記第１の蛍光素子によって第１の比率で変換された前記第２の波長の光における、５３０ｎｍの光強度をＩ２_{λ５３０ｎｍ}とし、６１０ｎｍの光強度をＩ２_{λ６１０ｎｍ}とし、
   前記第２の蛍光素子によって第２の比率で変換された前記第２の波長の光における、５３０ｎｍの光強度をＩ３_{λ５３０ｎｍ}とし、６１０ｎｍの光強度をＩ３_{λ６１０ｎｍ}としたとき、
   （Ｉ２_{λ５３０ｎｍ}／Ｉ２_{λ６１０ｎｍ}）／（Ｉ３_{λ５３０ｎｍ}／Ｉ３_{λ６１０ｎｍ}）の値が、０．８〜１．２の範囲であ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。
7. 第１の波長の光を発する光源部と、
   前記光源部からの前記第１の波長の光を集光する集光光学系と、
   前記集光光学系により集光された前記第１の波長の光の少なくとも一部を前記第１の波長と異なる第２の波長の光に変換する第１の蛍光素子および第２の蛍光素子と、
   前記第１の蛍光素子および前記第２の蛍光素子のそれぞれに照射される光量を調整する光量調整手段と、を有し、
   前記集光光学系は、前記第１の波長の光を第１の光密度で前記第１の蛍光素子に照射し、前記第１の光密度と異なる第２の光密度で前記第２の蛍光素子に照射することを特徴とする光源装置。
8. 前記第２の光密度は、前記第１の光密度よりも小さく、
   前記光量調整手段は、前記第１の蛍光素子に照射される第１の光量が前記第２の蛍光素子に照射される第２の光量よりも大きくなるように前記光量を調整することを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
9. 前記第１の蛍光素子によって変換された前記第２の波長の光における、５３０ｎｍの光強度をＩ２_{λ５３０ｎｍ}とし、６１０ｎｍの光強度をＩ２_{λ６１０ｎｍ}とし、
   前記第２の蛍光素子によって変換された前記第２の波長の光における、５３０ｎｍの光強度をＩ３_{λ５３０ｎｍ}とし、６１０ｎｍの光強度をＩ３_{λ６１０ｎｍ}としたとき、
   （Ｉ２_{λ５３０ｎｍ}／Ｉ２_{λ６１０ｎｍ}）／（Ｉ３_{λ５３０ｎｍ}／Ｉ３_{λ６１０ｎｍ}）の値が、０．８〜１．２の範囲であることを特徴とする請求項７または８に記載の光源装置。
10. 第１の波長の光を発する光源部と、
    前記光源部からの光を分割する分割手段と、
    前記第１の波長の光の少なくとも一部を前記第１の波長と異なる第２の波長の光に変換する蛍光素子と、
    前記第１の波長の光を拡散させる拡散素子と、
    前記蛍光素子および前記拡散素子のそれぞれに照射される光量を調整する光量調整手段と、を有し、
    前記分割手段は、前記第１の波長の光の一部を第１の分配率で前記蛍光素子と前記拡散素子とに照射し、前記第１の波長の光の残りの少なくとも一部を前記第１の分配率と異なる第２の分配率で前記蛍光素子と前記拡散素子とに照射することを特徴とする光源装置。
11. 前記第２の分配率は、前記第１の分配率よりも小さく、
    前記光量調整手段は、前記分割手段で分割される光のうち、前記第１の分配率で分割される光が前記第２の分配率で分割される光よりも大きくなるように前記光量を調整することを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
12. 請求項１乃至１１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光変調素子と、を有することを特徴とする画像投射装置。

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