JP2021179500A - 光源装置および画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長変換素子からの変換光に混ざる不要光を低減する。【解決手段】光源装置は、基板９の第１の面に設けられ、第１の光を該第１の光とは波長が異なる第２の光１５に変換する波長変換体１２と、基板に設けられた光通過領域１１とを有して回転する波長変換素子８と、光源１からの第１の光および波長変換素子からの第２の光のうち一方を透過させ、他方を反射する光分離素子６と、光分離素子からの第１の光を波長変換素子に向けて集光する第１の光学系７と、光通過領域を通過した第１の光を、光分離素子からの第２の光の進行方向に向かわせるように光分離素子に導く第２の光学系１６〜１８を有する。光分離素子において第１の光の一部から生じた不要光１５が第２の光学系を介して基板における第１の面とは反対側の第２の面に導かれる場合において、波長変換素子の回転中心軸ＲＸが第１の光学系の光軸７ａに対して傾いている。【選択図】図１

Description

本発明は、画像投射装置（プロジェクタ）に好適な光源装置に関する。

プロジェクタには、レーザダイオード（ＬＤ）からの励起光を蛍光体により波長変換して発生させた蛍光光を用いて照明光を生成し、該照明光を液晶パネル等の光変調素子により変調して画像を投射するものがある。

特許文献１には、ＬＤからの励起光としての青色光をダイクロイックミラーを透過させて蛍光体ホイールに照射することで蛍光光（変換光）としての黄色光を発生させ、ダイクロイックミラーに戻った黄色光を反射させるプロジェクタが開示されている。このプロジェクタでは、蛍光体ホイールのうち蛍光体が設けられていない光通過領域を透過した青色光が青色光用光学系を介して上記ダイクロイックミラーに導かれ、該ダイクロイックミラーを透過して黄色光と同じ方向に進む。ダイクロイックミラーからこれで反射された蛍光光とこれを透過した青色光とが照明光として交互に出射する。黄色光は別のダイクロイックミラーによって赤色光と緑色光に分離されて２つの光変調素子により変調され、青色光は該２つの光変調素子のうち一方により変調される。

特開２０１４−２１２２３号公報

しかしながら、特許文献１のプロジェクタにおいて用いられるダイクロイックミラーは、一般にＬＤからの青色光を１００％透過させず、数％を反射する。反射された青色光は、上記青色光用光学系を介して蛍光体ホイールにおいて表面にて蛍光体を保持する基板の裏面（光通過領域以外の部分）に導かれ、該裏面で反射されて再度、青色光用光学系を介してダイクロイックミラーに導かれてこれを透過する。このダイクロイックミラーを透過した不要な青色光がダイクロイックミラーで反射された黄色光（赤色光または緑色光）に混ざると、投射画像の色域が変化（例えば狭く）なる。

本発明は、変換光に混ざる不要光を低減することが可能な光源装置およびこれを用いた画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての光源装置は、第１の光を発する光源と、基板の第１の面に設けられ、第１の光を該第１の光とは波長が異なる第２の光に変換する波長変換体と、基板に設けられた光通過領域とを有し、回転する波長変換素子と、光源からの第１の光および波長変換素子からの第２の光のうち一方を透過させ、他方を反射する光分離素子と、光分離素子からの第１の光を波長変換素子に向けて集光する第１の光学系と、光通過領域を通過した第１の光を、光分離素子からの第２の光の進行方向に向かわせるように光分離素子に導く第２の光学系とを有する。光分離素子において第１の光の一部から生じた不要光が第２の光学系を介して基板における第１の面とは反対側の第２の面に導かれる場合において、波長変換素子の回転中心軸が第１の光学系の光軸に対して傾いていることを特徴とする。

本発明の他の一側面としての光源装置は、第１の光を発する光源と、基板の第１の面に設けられ、第１の光を該第１の光とは波長が異なる第２の光に変換する波長変換体と、基板に設けられた光通過領域とを有し、回転する波長変換素子と、光源からの第１の光および波長変換素子からの第２の光のうち一方を透過させ、他方を反射する光分離素子と、光分離素子からの第１の光を波長変換素子に向けて集光する第１の光学系と、光通過領域を通過した第１の光を、光分離素子からの第２の光の進行方向に向かわせるように光分離素子に導く第２の光学系とを有する。光分離素子において第１の光の一部から生じた不要光が第２の光学系を介して基板における第１の面とは反対側の第２の面に導かれる場合において、第２の光学系は、不要光を第２の面に対して第１の光学系の光軸に対して傾いた方向から入射させることを特徴とする。なお、上記各光源装置を用いた画像投射装置も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、波長変換素子からの変換光（第２の光）に混ざる不要光を低減することができる。

本発明の実施例１であるプロジェクタの構成を示す図。 実施例１における蛍光体ホイールの構成を示す図。 実施例１における第１および第２の光変調素子が光を変調するタイミングを示す図。 実施例１における蛍光体ホイールの裏面で反射する青色不要光を示す図。 実施例１における投射光のスペクトルを示す図。 実施例１における投射光の色域を示す図。 実施例１における蛍光体ホイールの傾き方向を示す図。 本発明の実施例２であるプロジェクタの構成を示す図。 本発明の実施例３であるプロジェクタの構成を示す図。 本発明の実施例４であるプロジェクタの構成を示す図。 本発明の実施例５であるプロジェクタの構成を示す図。 実施例５におけるダイクロイックミラーの構成を示す図。 本発明の実施例６であるプロジェクタの構成を示す図。

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。

図１は、本発明の実施例１である画像投射装置としてのプロジェクタの構成を示している。以下の説明および図面において、Ｒ、Ｇ、Ｂはそれぞれ、赤、緑、青の意味である。プロジェクタは、青色レーザ光源１、第１のレンズ３、第２のレンズ４、第３のレンズ５、ダイクロイックミラー６、第４のレンズ７、蛍光体ホイール８、モータ１４、第１のミラー１６、第２のミラー１７、第３のミラー１８を含む光源装置と、第５のレンズ１９、ロッドインテグレータ２０、第６のレンズ２１、第７のレンズ２２、全反射プリズム２３、色分離合成プリズム２４、第１の光変調素子２７および第２の光変調素子２８を含む光変調部と、投射レンズ２９とにより構成されている。

青色レーザ光源１は、第１の光としての青色レーザ光（以下、単に青色光という）２を発する半導体レーザ（ＬＤ）であり、例えばＧａＮ系の半導体ＬＤである。青色レーザ光源１の発光ピーク波長は４５５ｎｍである。青色レーザ光源１から発せられた青色光２は、第１のレンズ３に入射する。なお、図中の矢印は、光の進行方向を表している。

第１のレンズ３は、青色光２を平行光に変換する。第２のレンズ４と第３のレンズ５は、第１のレンズ３から出射した青色光２の光束径を調整する。第１のレンズ３から出射した青色光２は、第２のレンズ４および第３のレンズ５に入射して励起光として出射する。励起光としての青色光２は、光分離素子としてのダイクロイックミラー６を透過し、第１の光学系を構成する第４のレンズ（集光レンズ）７を透過して波長変換素子としての蛍光体ホイール８に照射される。ダイクロイックミラー６は、青色光を透過して黄色光を反射する特性を有する。

図２は、ダイクロイックミラー６側から見た蛍光体ホイール８の構成を示している。蛍光体ホイール８は、円板状の基板９と、該基板９に保持された第１の蛍光体１２とを有する。基板９はアルミやアルミと同様な機能を有する材料により形成されている。基板９の表面（第１の面）のうち周方向に延びる第１の領域１０には、波長変換体としての蛍光体１２が塗布されて保持されている。蛍光体１２の材料は、例えばＹＡＧ：Ｃｅである。また基板９の周方向一部には、青色光が通過する第２の領域としての光通過領域１１が設けられている。光通過領域１１には、ガラスや拡散板等の透光性部材が設けられていてもよい。

なお、蛍光体ホイールは、青色光が蛍光体に入射する状態と青色光が蛍光体に入射せずに通過する状態とが交互に生ずれば、図２に示した構成以外の構成を有してもよい。

蛍光体ホイール８（基板９）の中心は、モータ１４の出力軸に固定されている。モータ１４が回転すると、蛍光体ホイール８が回転する。これにより、第１の領域１０（蛍光体１２）と第２の領域１１に青色光２が順次照射される。蛍光体１２に照射された第１の波長の光である青色光２は、該蛍光体２によって第２の光としての蛍光光（変換光）１５に波長変換される。黄色光１５は、蛍光体１２から直接または基板９の表面で反射されてダイクロイックミラー６側に出射する。蛍光体１２から出射した黄色光１５は、第４のレンズ７により平行光に変換されてダイクロイックミラー６により反射されることにより第５のレンズ１９に向かう。

一方、光通過領域１１に照射された青色光２は、該光通過領域１１を通過して蛍光体ホイール８から出射し、第１のミラー１６、第２のミラー１７および第３のミラー１８により反射されてダイクロイックミラー６に導かれ、該ダイクロイックミラー６を透過して第５のレンズ１９に向かう。すなわち、青色光２は、ダイクロイックミラー６により反射された蛍光光１５の進行方向（反射方向）、すなわち光変調部の方向に向かう。

第１のミラー１６、第２のミラー１７および第３のミラー１８によって第２の光学系としての青色光用光学系が構成される。第１〜第３のミラー１６〜１７およびダイクロイックミラー６において、光変調部（最終的には第１の光変調素子２７）に向かう青色光２が入射する領域をそれらの有効領域といい、該有効領域を辿る青色光２の光路を青色光用光学系の有効光路という。

ダイクロイックミラー６を透過した青色光２とダイクロイックミラー６で反射された蛍光光１５は、第５のレンズ１９、ロッドインテグレータ２０、第６のレンズ２１および第７のレンズ２２を透過して全反射プリズム２３に入射する。第５のレンズ１９は、青色光２と黄色蛍光１５をロッドインテグレータに入射させるように集光する。ロッドインテグレータ２０は、青色光２と黄色光１５のそれぞれを均一化する。第６のレンズ２１と第７のレンズ２２は、ロッドインテグレータ２０から出射した青色光２と黄色光１５の光束を整形する。

全反射プリズム２３に入射した青色光２と黄色光１５は、該全反射プリズム２３内の反射面２３ａで反射されて色分離合成プリズム２４に入射する。色分離合成プリズム２４内の色分離合成面２４ａは、青色光と赤色光を透過し、緑色光を反射する特性を有する。青色光２は色分離合成面２４ａを透過して第１の光変調素子２７に入射する。黄色光１５は、色分離合成面２４ａで赤色光２５と緑色光２６に分離される。赤色光２５は第１の光変調素子２７に入射し、緑色光２６は第２の光変調素子２８に入射する。第１および第２の光変調素子２７、２８は、液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micromirror Device）により構成されている。第１および第２の光変調素子２７、２８は、入射した光をプロジェクタに入力された映像信号に応じて変調して画像光を生成する。

第１の光変調素子２７は、図３（１）に示すように、時系列で交互に入射する青色光と赤色光を変調して青色画像光と赤色画像光を生成する。また、第２の光変調素子２８は、図３（２）に示すように、第１の光変調素子２７に赤色光が入射するタイミングで入射する緑色光を変調して緑色画像光を生成する。図中の１ｆｒａｍｅは、プロジェクタが１フレームの画像を投射する期間である。この１フレーム期間のうち青色光が変調される期間は、蛍光体１２に青色光２が入射する期間であり、緑色光と赤色光が変調される期間は、蛍光体ホイール８の光通過領域１１を青色光２が通過する期間である。

第１および第２の光変調素子２７、２８で変調および反射された青色画像光、赤色画像光および緑色画像光は、それらの光路が色分離合成プリズム２４で合成された後、投射レンズ２９に導かれ、不図示のスクリーン等の被投射面に投射される。これにより、カラー投射画像が表示される。

前述したようにダイクロイックミラー６は青色光を透過する特性を有するが、実際には入射した青色光のうち一部（数％）の光を反射する。この反射した青色光が不要な青色光（以下、青色不要光という）になる。図１に示すように、青色不要光３０は、第３のミラー１８、第２のミラー１７および第１のミラー１６で反射されて蛍光体ホイール８の基板９の裏面（第２の面）に到達する。この際、青色不要光３０の光路上に蛍光体ホイール８の光通過領域１１があると、青色不要光３０は蛍光体ホイール８を通過してダイクロイックミラー６を透過して青色レーザ光源１の方向に戻る。

一方、青色不要光３０の光路上に光通過領域１１がないと、青色不要光３０は基板９の裏面で反射する。この反射した青色不要光３０が、第１〜第３のミラー１６〜１８を介してダイクロイックミラー６に導かれこれを透過すると、黄色光１５に混ざり、赤色光とともに第１の光変調素子２７に到達する。この結果、赤色画像光に青色光が混ざって投射される。

このため、本実施例では、蛍光体ホイール８（基板９）の回転中心軸ＲＸ、つまりはモータ１４の回転軸を第４のレンズ７の光軸７ａに対して角度θ_１だけ傾けている。これにより、図４に示すように、青色不要光３０は、蛍光体ホイール８の基板９の裏面に対してその法線Ｎに対して角度θ_１だけ斜めから入射し、さらに法線Ｎに対して入射側とは反対側に角度θ_１だけ傾いた方向に反射する。この結果、基板９の裏面で反射した青色不要光３０は、第１のミラー１６の有効領域に向かわない（青色光用光学系の有効光路から外れる）方向に反射され、再びダイクロイックミラー６には戻らない。このため、青色不要光３０は光変調部に入射しない。

回転中心軸ＲＸの傾き角度θ_１は、基板９の裏面で青色不要光３０が、青色光用光学系の有効光路から外れる方向に反射されればどのような角度であってもよい。

例えば、蛍光体ホイール８の基板９の裏面から第１〜第３のミラー１６〜１８を介してダイクロイックミラー６に至るまでの光路長をＬとし、ダイクロイックミラー６の有効領域の幅である有効径をＤとする。このとき、傾き角度θ_１が以下の式（１）を満足することで、基板９の裏面で反射した青色不要光３０が青色光用光学系の有効光路から外れる方向に反射させることができる。

θ_１＞ｔａｎ^−１（Ｄ／２Ｌ） （１）
蛍光体ホイール８の回転中心軸ＲＸを第４のレンズ７の光軸７ａに対して角度θ_１だけ傾ける（以下、単に蛍光体ホイール８を傾けるという）効果を、図５と図６を用いて説明する。図５（１）は、蛍光体ホイール８を青色不要光３０の光軸に対して傾けなかった場合の、投写光に含まれる各色光のスペクトルを示したものである。図５（２）は、蛍光体ホイール８を青色不要光３０の光軸に対して傾けた効果による赤色光のスペクトルの変化を示したものである。図５（２）から分かるように、蛍光体ホイール８を傾けない場合は、赤色画像光に若干の青色光成分が含まれている。この青色光成分は、青色不要光３０によるものである。これに対して、蛍光体ホイール８を傾けた場合は、赤色画像光に含まれる青色光成分が蛍光体ホイール８を傾けない場合に比べて減少している（無くなっている）。

図６は、図５（２）に示したスペクトルを持つ投射光の色域を示している。蛍光体ホイール８を傾けることにより、傾けない場合に比べて投射光の色域が改善されている。

このように本実施例では、黄色光に混ざる青色不要光を低減し、投射光の色域を改善することができる。

なお、本実施例では、蛍光体ホイール８を傾ける方向を、蛍光体ホイール８の中心が第４のレンズ７から離れる方向としている。図７（２）に示すように、蛍光体ホイール８の中心が第４のレンズ７に近づく方向に蛍光体ホイール８を傾けると、蛍光体ホイール８の内周部が第４のレンズ７と干渉する。一方、図７（１）に示すように蛍光体ホイール８の中心が第４のレンズ７から離れる方向に蛍光体ホイール８を傾けると、蛍光体ホイール８の外周部が第４のレンズ７に近づくが、それらの干渉を回避し易い。このため、蛍光体ホイール８を図７（１）に示すように傾けることが望ましい。

図８は、本発明の実施例２のプロジェクタにおける光源装置の一部の構成を示している。本実施例のプロジェクタおよび光源装置の基本的な構成は実施例１と同じである。ただし、本実施例では、蛍光体ホイール８の回転中心軸ＲＸ（基板９の法線）が第４のレンズ７の光軸７ａに対して平行であり、蛍光体ホイール８の基板９の裏面にて反射した青色不要光３０は第１のミラー１６に入射する。また本実施例では、青色光用光学系の第３のミラー１８が互いに向きが異なる２つのミラー１８１，１８２により構成されているとともに、該青色光用光学系における第３のミラー１８よりもダイクロイックミラー６側に光路シフト素子４０を設けている。

青色レーザ光源から発せられてダイクロイックミラー６を透過した青色光２は、第４のレンズ７を透過して蛍光体ホイール８に照射される。図示はしていないが、蛍光体ホイール８の蛍光体１２に照射された青色光２は黄色光１５に波長変換される。

また、蛍光体ホイール８に照射されて光通過領域１１を通過した青色光２は、第１のミラー１６、第２のミラー１７および第３のミラー１８のうち第１の反射面であるミラー１８１で反射されて光路シフト素子４０に入射する。

光路シフト素子４０は、石英（ガラス）で形成されており、この光路シフト素子４０に入射した青色光２の光路は石英と空気との屈折率差により光路シフト素子４０内でシフトする。こうして光路がシフトされた青色光２は、ダイクロイックミラー６を透過して光変調部（第５のレンズ）に向かう。

一方、ダイクロイックミラー６で反射した青色不要光３０は、その光路が光路シフト素子４０によりシフトされて第３のミラー１８のうち第２の反射面であるミラー１８２、第２のミラー１７および第１のミラー１６で反射されて蛍光体ホイール８の基板９の裏面に到達する。この際、ミラー１８１の向き（例えば４５°）とは異なる向き（例えば４０°）のミラー１８２で反射された青色不要光３０は、基板９の裏面の法線（つまりは第４のレンズ７の光軸７ａ）に対して傾いた方向から入射し（すなわち基板９の裏面に斜め入射し）、さらに該法線に対して傾いた方向に反射して第１のミラー１６に入射する。この結果、青色不要光３０は第１のミラー１６によって第２のミラー１７の有効領域に向かわない（青色光用光学系の有効光路から外れる）方向に反射され、再びダイクロイックミラー６には戻らない。このため、青色不要光３０は光変調部に入射しない。

このように本実施例でも、黄色光に混ざる青色不要光を低減し、投射光の色域を改善することができる。

光路シフト素子４０における光路のシフト量は、ミラー１８１、１８２の配置に応じて適宜設定すればよい。またミラー１８１、１８２をひとつながりの面（例えば屈曲面や曲面）により形成してもよい。

本実施例では、光路シフト素子４０をダイクロイックミラー６と第３のミラー１８との間に配置した場合について説明したが、蛍光体ホイール８の基板９の裏面に対して青色不要光３０を斜め入射させることができれば、どこに配置してもよい。また、シフト素子４０の形状は、直方体に限らず、三角柱等、どのような形状であってもよい。

図９は、本発明の実施例３であるプロジェクタの光源装置の一部を示している。本実施例では、実施例２の構成に対して、蛍光体ホール８の基板９の裏面で反射され、さらに第１のミラー１６により第２のミラー１７から外れる方向に反射された青色不要光３０を吸収する吸収部材５０を設けている。

吸収部材５０は、例えば、黒色メッキされたアルミのブロックにより構成されている。この吸収部材５０に入射した青色不要光３０は、黒色メッキによって吸収される。青色不要光３０を吸収部材５０により吸収することで、青色不要光３０がプロジェクタ内の他の構成部品に照射されて該構成部品が劣化したり、他の構成部品で反射して迷光となって黄色光に混ざったりするおそれを解消することができる。
吸収部材５０は、黒色メッキでなくても、青色不要光３０を吸収できればどのようなものでもよい。例えば、黒色アルマイトであってもよいし、黒色の金属が蒸着されたものであってもよい。

また実施例１のプロジェクタに、本実施例と同様に、基板９の裏面で反射した青色不要光３０を吸収する吸収部材を設けてもよい。

図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例４であるプロジェクタにおける光源装置の一部の構成を示している。本実施例のプロジェクタおよび光源装置の基本的な構成は実施例２と同じである。ただし、本実施例では、青色光用光学系における第２のミラー１７と第３のミラー１８（１８１、１８２）との間に配置された拡散板（拡散部材）６０を追加している。また図１１には、コンピュータ光変調部の第５のレンズ１９を示している。

拡散板６０は、青色光２を透過させるとともに拡散させる。拡散板６０は、モータ１４０により回転される。拡散板６０によって第２のミラー１７からの青色光２を拡散させることで、投射画像における青色光のスペックルを低減することができる。スペックルは、青色光２としての複数のレーザ光線がレンズ等の素子の表面粗さによって不規則な位相関係で干渉し合うことにより発生する。拡散板６０が回転することで、レーザ光線同士の干渉状態を崩してスペックルを低減することができる。

一方、拡散板６０を透過および拡散した青色光２の光束は、その拡散度に応じて広がる。拡散板６０の拡散度は、例えば２°であり、ガラスにエッチング処理やサンドブラスト処理を行うことで拡散板６０に任意の拡散度を付与することができる。

本実施例でも、第３のミラー１８（１８１、１８２）とダイクロイックミラー６との間には、光路シフト素子４０が配置されている。

図１１（ａ）に示すように、青色レーザ光源から発せられてダイクロイックミラー６および第４のレンズ７を透過し、さらに蛍光体ホイール８の光通過領域１１を通過した青色光２は、第１のミラー１６および第２のミラー１７で反射された後、拡散板６０にて拡散される（図では太矢印で示す）。

拡散された青色光２は、第３のミラー１８のミラー１８１、１８２で反射されて光路シフト素子４０に入射する。ミラー１８１、１８２のそれぞれから光路シフト素子４０に入射した青色光２の光路は、該光路シフト素子４０によってシフトされ、いずれもダイクロイックミラー６を透過する。ミラー１８１、１８２のそれぞれで反射された青色光２同士は互いに進行方向が異なるが、第５のレンズ１９の有効領域に入射して、最終的に第１の光変調素子２７により青色画像光に変調される。

一方、図１１（ｂ）に示すように、ダイクロイックミラー６で反射した青色不要光３０は、その光路が光路シフト素子４０によりシフトされて第３のミラー１８のうちミラー１８２に入射する。このとき青色不要光３０は、拡散板６０により拡散される前であるので、ミラー１８２にのみによって反射される。

ミラー１８２により反射された青色不要光３０は、拡散板６０により拡散された後、第２のミラー１７および第１のミラー１６で反射されて蛍光体ホイール８の基板９の裏面に到達する。実施例２でも説明したように、ミラー１８１の向きとは異なる向きのミラー１８２で反射された青色不要光３０は、基板９の裏面に斜め入射し、さらに該裏面の法線に対して傾いた方向に反射して第１のミラー１６に入射する。この結果、青色不要光３０は第１のミラー１６によって第２のミラー１７に向かわない方向に反射され、再びダイクロイックミラー６には戻らない。このため、青色不要光３０は光変調部に入射しない。
このように本実施例でも、黄色光に混ざる青色不要光を低減し、投射光の色域を改善することができる。

図１１は、本発明の実施例５であるプロジェクタの構成を示している。本実施例のプロジェクタは、実施例１のプロジェクタに対して赤色レーザ光源１１０を追加し、ダイクロイックミラー６を図１２に示すダイクロイックミラー６に変更した構成を有する。実施例１と共通する構成要素についての詳しい説明は省略する。本実施例では、第１〜第３のミラー１８（第２の光学系）を、青色光と赤色光用の光学系として用いる。

本実施例のダイクロイックミラー６は、図１２に示すように、周辺部に青色光を透過して黄色光を反射する特性を有する第１のダイクロイック領域６１を有するとともに、中心部にマゼンタ光を透過して緑色光を反射する特性を有する第２のダイクロイック領域６２を有する。

青色レーザ光源１から発せられて第１のレンズ３により平行光に変換され、さらに第２のレンズ４と第３のレンズ５により光束径が調整された青色光２は、ダイクロイックミラー６の第１のダイクロイック領域６１を透過し、第４のレンズ７を透過して蛍光体ホイール８に照射される。蛍光体ホイール８（蛍光体１２）は、青色光２を波長変換して黄色光１５を生成するとともにこれを拡散させる。

拡散された黄色光１５のうち赤色光成分の一部はダイクロイックミラー６の中心部の第２の領域６２を透過して赤色レーザ光源１１０側に戻る。一方、黄色光１５の大部分は、ダイクロイックミラー６の第１のダイクロイック領域６１により反射されて光変調部の第５のレンズ１９に導かれる。また、蛍光体ホイール８（光通過領域１１）を通過した青色光２は、実施例１で説明したように光変調部の第５のレンズ１９に導かれる。光変調部に入射した青色光２および黄色光（赤色光および緑色光）１５は、実施例１で説明したように第１および第２の光変調素子２７、２８により変調されて赤色画像光および緑色画像光として投射される。

赤色レーザ光源１１０は、黄色光の波長域の一部の第３の光としての赤色レーザ光（以下、赤色光という）を発する半導体ＬＤあり、例えばＧａＡｓ系の半導体ＬＤである。赤色レーザ光源１１０の発光ピーク波長は６４０ｎｍである。赤色レーザ光源１１０から発せられ、青色光２と同様に第１のレンズ３により平行光に変換され、さらに第２のレンズ４と第３のレンズ５により光束径が調整されたた赤色光１２０は、ダイクロイックミラー６の第２のダイクロイック領域６２を透過し、第４のレンズ７を透過して蛍光体ホイール８に照射される。

赤色レーザ光源１１０は、赤色光が回転する蛍光体ホイール８上の蛍光体１２（第１の領域１０）にのみ照射されるように間欠点灯する。蛍光体１２に照射された赤色光１２０は波長変換されることなく拡散して直接または基板９の表面で反射されてダイクロイックミラー６側に戻される。この赤色光１２０は、第４のレンズ７で平行光に変換されてダイクロイックミラー６に入射する。

赤色光１２０は蛍光体１２によって拡散されるため、赤色光１２０の一部はダイクロイックミラー６の中心部の第２の領域６２を透過して赤色レーザ光源１１０側に戻るが、赤色光１２０の大部分はダイクロイックミラー６の第２のダイクロイック領域６１により反射されて光変調部の第５のレンズ１９に導かれる。光変調部に入射した赤色光１２０は、蛍光光１５における赤色光と同様に第１の光変調素子２７により変調されて赤色画像光として投射される。

このように、本実施例では、蛍光光１５における赤色光に赤色レーザ光源１１０からの赤色光１２０が重畳されることで、投射画像の赤色の色域を広げることが可能となる。

なお、本実施例でも、実施例１と同様に蛍光体ホイール８を傾けることにより青色不要光３０が光変調部に入射しないようにしている。

図１３は、本発明の実施例６であるプロジェクタの構成を示している。本実施例のプロジェクタは、実施例５のプロジェクタにおけるダイクロイックミラー６を、その全体が青色光を透過して黄色光を反射する特性を有するものに変更した構成を有する。実施例１および実施例５と共通する構成要素についての詳しい説明は省略する。

青色レーザ光源１から発せられた青色光２および蛍光体ホイール８（蛍光体１２）にて生成された黄色光１５は、実施例１と同様に光変調部の第５のレンズ１９に導かれる。光変調部において、黄色光（赤色光および緑色光）１５は実施例１と同様に第１および第２の光変調部２７、２８により変調されて赤色画像光および緑色画像光として投射される。

一方、赤色レーザ光源１１０から発せられて第1、第２および第３のレンズ３、４、５を透過した赤色光１２０は、ダイクロイックミラー６にて反射され、さらに第３のミラー１８、第２のミラー１７および第１のミラー１６によって反射されて蛍光体ホイール８の基板９の裏面に到達する。このとき、赤色光１２０の光路上に蛍光体ホイール８の光通過領域１１がないときは、赤色光１２０は、青色不要光３０と同様の赤色不要光として、傾いた蛍光体ホイール８の基板９の裏面にて第１のミラー１６から外れる方向に反射される。

また、赤色光１２０の光路上に蛍光体ホイール８の光通過領域１１があるときは、赤色光１２０は蛍光体ホイール８を通過し、第４のレンズ７を透過してダイクロイックミラー６により反射されて第５のレンズ１９に導かれる。この赤色光１２０は、蛍光光１５の赤色光と同様に第１の光変調素子２７により変調されて赤色画像光として投射される。

このように、本実施例でも、蛍光光１５における赤色光に赤色レーザ光源１１０からの赤色光１２０が重畳されることで、投射画像の赤色の色域を広げることが可能となる。

上記各実施例では、光分離素子としてのダイクロイックミラー６によって青色光２を透過させ、黄色光１５を反射させる場合について説明したが、青色光を反射して黄色光を透過させる光分離素子を用いてもよい。すなわち、光分離素子は、第１の光と第２の光のうち一方を透過させ、他方を反射させればよい。

また、上記各実施例では、２つの光変調素子を用いるプロジェクタについて説明したが、光変調素子を１つのみ用いて赤色光、緑色光および青色光を順に変調してもよいし、赤色光、緑色光および青色光を３つの光変調素子により変調してもよい。

さらに、上記各実施例ではプロジェクタに用いられる光源装置について説明したが、各実施例の光源装置はプロジェクタ以外の各種装置に使用することもできる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１ 青色レーザ光源
２ 青色光
６ ダイクロイックミラー
７ 第４のレンズ
８ 蛍光体ホイール
９ 基板
１１ 光通過領域
１２ 蛍光体
１４ モータ
１５ 蛍光光
１６ 第１のミラー
１７ 第２のミラー
１８ 第３のミラー
３０ 青色不要光

Claims (10)

1. 第１の光を発する光源と、
   基板の第１の面に設けられ、前記第１の光を該第１の光とは波長が異なる第２の光に変換する波長変換体と、前記基板に設けられた光通過領域とを有し、回転する波長変換素子と、
   前記光源からの前記第１の光および前記波長変換素子からの前記第２の光のうち一方を透過させ、他方を反射する光分離素子と、
   前記光分離素子からの前記第１の光を前記波長変換素子に向けて集光する第１の光学系と、
   前記光通過領域を通過した前記第１の光を、前記光分離素子からの前記第２の光の進行方向に向かわせるように前記光分離素子に導く第２の光学系とを有し、
   前記光分離素子において前記第１の光の一部から生じた不要光が前記第２の光学系を介して前記基板における前記第１の面とは反対側の第２の面に導かれる場合において、前記波長変換素子の回転中心軸が前記第１の光学系の光軸に対して傾いていることを特徴とする光源装置。
2. 前記回転中心軸の前記光軸に対する傾き角度は、前記第２の面で反射された前記不要光が前記第２の光学系における前記第１の光の光路から外れる方向に向かう角度であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 第１の光を発する光源と、
   基板の第１の面に設けられ、前記第１の光を該第１の光とは波長が異なる第２の光に変換する波長変換体と、前記基板に設けられた光通過領域とを有し、回転する波長変換素子と、
   前記光源からの前記第１の光および前記波長変換素子からの前記第２の光のうち一方を透過させ、他方を反射する光分離素子と、
   前記光分離素子からの前記第１の光を前記波長変換素子に向けて集光する第１の光学系と、
   前記光通過領域を通過した前記第１の光を、前記光分離素子からの前記第２の光の進行方向に向かわせるように前記光分離素子に導く第２の光学系とを有し、
   前記光分離素子において前記第１の光の一部から生じた不要光が前記第２の光学系を介して前記基板における前記第１の面とは反対側の第２の面に導かれる場合において、前記第２の光学系は、前記不要光を前記第２の面に対して前記第１の光学系の光軸に対して傾いた方向から入射させることを特徴とする光源装置。
4. 前記第２の光学系は、前記第２の面で反射した前記不要光を前記第２の光学系における前記第１の光の光路から外れる方向に向かわせるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記第２の光学系は、
   前記光通過領域を通過した前記第１の光を前記光分離素子に導くための第１の反射面と、
   前記第１の反射面とは向きが異なり、前記不要光を前記基板の前記第２の面に対して前記傾いた方向から入射させるための第２の反射面とを有することを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記第２の光学系は、前記第１の反射面で反射されて前記光分離素子に向かう前記第１の光の光路と前記光分離素子から前記第２の反射面に向かう前記不要光の光路をそれぞれシフトさせる光路シフト素子を有することを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記第２の光学系は、入射した光を拡散させる拡散部材を有し、
   前記拡散部材は、前記第２の光学系のうち前記光路シフト素子よりも前記波長変換素子側に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 前記第２の面で反射された前記不要光を吸収する吸収部材を有することを特徴とする請求項２および４から７のいずれか一項に記載の光源装置。
9. 前記第２の光の波長域の一部の波長の第３の光を発する他の光源を有し、
   前記第３の光は、前記光分離素子から、前記光通過領域および前記第２の光学系を介して又は前記第２の光学系および前記光通過領域を介して、前記光分離素子に導かれ、該光分離素子から前記第２の光の進行方向に向かうことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光源装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の光源装置と、
    前記光源装置からの光を変調する光変調素子とを有し、
    前記光変調素子により変調された光を投射して画像を表示する画像投射装置。

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