JP2023116386A - 光源装置および投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源装置を小型化する。【解決手段】第１の励起光を射出する第１の光源と、前記第１の光源とは別に設けられ、第２の励起光を射出する第２の光源と、任意の光を反射または透過する光合成素子と、前記光合成素子を介して入射する前記第１の励起光で励起され、第１の蛍光を射出する第１の波長変換素子と、前記光合成素子を介して入射する前記第２の励起光で励起され、第２の蛍光を射出する第２の波長変換素子と、を備え、前記光合成素子は、前記第１の蛍光及び前記第２の蛍光の光の経路上に配置され、前記第１の波長変換素子から射出した前記第１の蛍光と前記第２の波長変換素子から射出した前記第２の蛍光とは、前記光合成素子を介して合成され、同一方向に射出される。【選択図】図１－１

Description

本発明は、光源装置および投射装置に関する。

プロジェクタ用の光源装置では、白色光を生成するために、赤色、緑色、黄色、青色等の光を出力する光源が必要となる。光源装置は、光源に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、レーザ等の固体光源を用いる。ところが、特に緑色、黄色、赤色等の固体光源は、発光効率や温度特性が悪く、明るいプロジェクタとすることが難しい、という問題がある。そこで、従来においては、発光効率のよい青色レーザで蛍光体を励起させることにより、黄色や緑色、赤色等の色を生成する技術が既に多く用いられている。

特許文献１には、高輝度なプロジェクタとすることを目的として、励起光源と蛍光体ホイールを二組用いる技術が開示されている。

特許文献２には、二つの蛍光体から射出する蛍光の角度特性や強度分布を揃えるために、光路長を同じにする技術が開示されている。

しかしながら、従来の技術によれば、蛍光体に励起光を入射させ蛍光体から射出する蛍光を後段に導く光学素子と、二つの蛍光から射出する蛍光を合成する光学素子とが別々に設けられているため、光源装置全体が大型化する、という問題がある。

また、従来の技術によれば、蛍光体に励起光を入射させ蛍光体から射出する蛍光を後段光学系に導く光学素子と、二つの蛍光を合成させる光学素子とが別々に設けられているため、光源装置全体が大型化する、という問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光源装置を小型化することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の励起光を射出する第１の光源と、前記第１の光源とは別に設けられ、第２の励起光を射出する第２の光源と、任意の光を反射または透過する光合成素子と、前記光合成素子を介して入射する前記第１の励起光で励起され、第１の蛍光を射出する第１の波長変換素子と、前記光合成素子を介して入射する前記第２の励起光で励起され、第２の蛍光を射出する第２の波長変換素子と、を備え、前記光合成素子は、前記第１の蛍光及び前記第２の蛍光の光の経路上に配置され、前記第１の波長変換素子から射出した前記第１の蛍光と前記第２の波長変換素子から射出した前記第２の蛍光とは、前記光合成素子を介して合成され、同一方向に射出される、ことを特徴とする。

本発明によれば、光源装置を小型化することができる、という効果を奏する。

図１－１は、第１の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図１－２は、第１の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図２は、各光の光スペクトルの一例を示す図である。 図３は、光分離合成素子の構成を示す図である。 図４は、光分離合成素子の構成の変形例を示す図である。 図５は、光分離合成素子のダイクロイックフィルタ層の透過率スペクトルの一例を示す図である。 図６は、光源装置における各光および各素子の光軸を示す図である。 図７は、光分離合成素子上のレーザスポット位置の一例を示す図である。 図８は、第２の実施の形態にかかる光源装置が備える光分離合成素子の構成を示す図である。 図９は、光分離合成素子のダイクロイックフィルタ層の透過率スペクトルの一例を示す図である。 図１０－１は、第３の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図１０－２は、第３の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図１１－１は、第４の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図１１－２は、第４の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図１１－３は、第４の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図１２－１は、第５の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図１２－２は、第５の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図１２－３は、第５の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図１３は、各光の光スペクトルの一例を示す図である。 図１４は、光分離合成素子の構成を示す図である。 図１５は、光分離合成素子のダイクロイックフィルタ層の透過率スペクトルの一例を示す図である。 図１６－１は、第６の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図１６－２は、第６の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図１６－３は、第６の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図１７は、各光の光スペクトルの一例を示す図である。 図１８は、光分離合成素子の偏光分離フィルタ層の透過率スペクトルの一例を示す図である。 図１９－１は、第７の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図１９－２は、第７の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図２０－１は、第８の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図２０－２は、第８の実施の形態にかかる光源装置の全体構成を示す図である。 図２１－１は、光源装置における課題を示す図である。 図２１－２は、光源装置における課題を示す図である。 図２２は、レーザ光の偏光方向の定義を示す図である。 図２３－１は、第９の実施の形態に係る光源装置の全体構成を示す図である。 図２３－２は、第９の実施の形態に係る光源装置の全体構成を示す図である。 図２４は、レーザ光源と光均一化素子の形状を例示的に示す図である。 図２５は、第１０の実施の形態に係る光源装置の全体構成を示す図である。 図２６－１は、第１１の実施の形態に係る光源装置の全体構成を示す図である。 図２６－２は、第１１の実施の形態に係る光源装置の全体構成を示す図である。 図２７は、第１２の実施の形態に係るプロジェクタを示す概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、光源装置および投射装置の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１－１および図１－２は、第１の実施の形態にかかる光源装置１の全体構成を示す図、図２は各光の光スペクトルの一例を示す図である。

図１－１および図１－２に示すように、光源装置１は、レーザを射出する二個のレーザ光源１１，１２と、レーザが照射されると蛍光を射出する蛍光体４１，４２が設けられた二個の蛍光体ホイール２１，２２と、任意の光を反射または透過する光分離合成素子３１と、を備える。なお、光分離合成素子３１は、図１－１および図１－２に示すように、各光路に対して約４５度（ｄｅｇ）傾けられて配置される。図１－１および図１－２に示すように、光源装置１は、光均一化素子９０に対して光を照射する。光均一化素子９０は、光が入射するとミキシングされ均一光にして射出する。光均一化素子９０は、例えば、ライトトンネル、ロッドインテグレータ、フライアイレンズなどで構成される。

レーザ光源１１，１２は、例えばピーク波長が４５５ｎｍの青色レーザ光源である。第１の光源であるレーザ光源１１から射出された青色レーザ（第１の励起光）は、光合成素子である光分離合成素子３１を介して、第１の波長変換素子である蛍光体ホイール２１の蛍光体４１を励起するために用いられる。第２の光源であるレーザ光源１２から射出された青色レーザ（第２の励起光）は、ミラー５０および光分離合成素子３１を介して、第２の波長変換素子である蛍光体ホイール２２の蛍光体４２を励起するために用いられる。

なお、本実施形態では、レーザ光源としてすべて同じ光源を用いているが、これに限るものではなく、レーザ光源１１，１２は蛍光体ホイール２１，２２の蛍光体４１，４２を励起するものであれば良い。また、光源はレーザ光源に限らず、上記の機能を果たす光源であれば良い。また、本実施形態では、蛍光体ホイール２１，２２に対して、それぞれ別のレーザ光源用いているが、例えば一つのレーザ光源を光分離合成素子や別のミラーで二つの光路に分離させて各蛍光体ホイール２１，２２に照射してもよい。

蛍光体ホイール２１，２２は、モータにより回転駆動される円盤形状である。蛍光体ホイール２１は、反射層の上に、レーザが照射されるとレーザよりも長波長の光に変換した蛍光を射出する蛍光体４１を備える。蛍光体ホイール２２は、反射層の上に、レーザが照射されるとレーザよりも長波長の光に変換した蛍光を射出する蛍光体４２を備える。レーザ光源１１から射出された青色レーザが光分離合成素子３１を介して照射されることにより、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１からは、第１の蛍光である蛍光７１が射出される。レーザ光源１２から射出された青色レーザがミラー５０および光分離合成素子３１を介して照射されることにより、蛍光体ホイール２２の蛍光体４２からは、第２の蛍光である蛍光７２が射出される。

蛍光は、反射層の鉛直方向にランバート配光分布をもって反射される。蛍光体ホイール２１の蛍光体４１には、例えばピーク波長が５４０ｎｍ程度の黄色蛍光体が用いられる。蛍光体ホイール２２の蛍光体４２には、例えばピーク波長が５１５ｎｍ程度の緑色蛍光体が用いられる。

なお、各蛍光体４１，４２は、プロジェクタ用照明光として使用したい光の特性に合わせて任意に決めることができる。例えば、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１には、ピーク波長が６１０ｎｍ程度の赤色蛍光体を用いてもよい。また、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１および蛍光体ホイール２２の蛍光体４２に同一の蛍光体を用いるようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、モータにより回転駆動される円盤形状の蛍光体ホイール２１，２２を適用したが、これに限るものではなく、放熱板等に直接貼り付けられた固定型蛍光体などであってもよい。ただし、蛍光を射出する際に各蛍光体４１，４２の温度が上昇することになるので、蛍光体ホイール２１，２２を回転させることで、冷却効果を得ることができる。

図３は、光分離合成素子３１の構成を示す図である。図３（ａ）は光分離合成素子３１の構成を示す側面図、図３（ｂ）は光分離合成素子３１の構成を示す平面図である。図３に示すように、光分離合成素子３１は、例えばダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラーの一方の面は、レーザ光源１１から射出された青色レーザ（第１の励起光）が入射するダイクロイックフィルタ層３１１（第１の部材）である第１の領域と、レーザ光源１２から射出された青色レーザ（第２の励起光）が入射するダイクロイックフィルタ層３１２（第２の部材）である第２の領域とを有する。より詳細には、光分離合成素子３１は、例えば可視光を透過するガラス板３１３をベースに、表面に所望の波長を透過または反射する特性を持つダイクロイックフィルタ層３１１（第１の部材）とダイクロイックフィルタ層３１２（第２の部材）がガラス板３１３の表面を二つに分割するように設けられる。光分離合成素子３１は、ガラス板３１３の裏面に、反射防止コートであるＡＲ（AntiReflection）コート３１４を備える。ガラス板３１３の表面そのままだと反射率が数％あり光の損失になるため、ＡＲコート３１４を備えることにより、反射率を１％以下に抑えるようにしている。

なお、光分離合成素子３１は、二つのダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の間隔はないほうが光利用効率は良いが、二つのダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の間隔が空いていても良い。二つのダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の間隔は、０．１ｍｍ以下にすると光利用効率が略落ちない。

なお、光分離合成素子３１は、必ずしも図３に示すような構成でなくてもよい。図４は、光分離合成素子３１の構成の変形例を示す図である。図４（ａ）は光分離合成素子３１の構成を示す側面図、図４（ｂ）は光分離合成素子３１の構成を示す平面図である。図４に示すように、光分離合成素子３１は、例えば別々のガラス板３１３ａ，３１３ｂ上にダイクロイックフィルタ層３１１，３１２がそれぞれ設けられており、二つのガラス板３１３ａ，３１３ｂをメカ的に保持した構成にしても良い。この場合も、二つのダイクロイックフィルタ層３１１，３１２間隔は０．１ｍｍ以下とすると光利用効率が良い。

ダイクロイックフィルタ層３１１，３１２は、ダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の透過率の光スペクトル（以下、透過率スペクトルという）を、プロジェクタ用照明光として使用したい光の特性に合わせて任意に決めることができる。なお、光スペクトルとは、光源から射出する光の強度を波長ごとに表した発光特性値である。

ここで、図５は光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の透過率スペクトルの一例を示す図である。図５に示す透過率スペクトルにおいて、縦軸が１となっている波長領域の光は透過し、０となっている波長領域の光は反射する。なお、透過率は、１００％または０％でなくてもよいことは言うまでもない。

図５に示すように、本実施形態においては、光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１の透過率スペクトルは、おおよそ６１０ｎｍ～の赤色の波長のみを反射し、それ以外を透過するように設計されている。また、本実施形態においては、光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１２の透過率スペクトルは、おおよそ４７５～６００ｎｍの緑色波長のみを透過、それ以外を反射するように設計されている。すなわち、第１の領域であるダイクロイックフィルタ層３１１は、レーザ光源１１から射出された青色レーザ（第１の励起光）を透過し、第２の領域であるダイクロイックフィルタ層３１２は、レーザ光源１２から射出された青色レーザ（第２の励起光）を反射する。なお、本実施形態においては、第１の励起光のダイクロイックフィルタ層３１１に対する偏光方向は略Ｐ偏光であり、第２の励起光のダイクロイックフィルタ層３１２に対する偏光方向は略Ｓ偏光である。

図１－１および図１－２に示すように、光源装置１は、正レンズであるレンズ５１，５６と、負レンズであるレンズ５２，５７とを備え、レーザを略平行化させる機能と光束を細くする機能を持つ。レンズ５１，５２は、光分離合成素子３１へ入射するレーザ６１の光束を細くする第１の光線縮小素子である。レンズ５６，５７は、光分離合成素子３１へ入射するレーザ６２の光束を細くする第２の光線縮小素子である。光源装置１は、正レンズであるレンズ５３，５８と、正レンズであるレンズ５４，５９とを備え、蛍光体４１，４２上にレーザを集光させ、蛍光７１，７２を略平行化させる機能を持つ。レンズ５３，５４は、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１へ入射するレーザ６１を集光し、蛍光７１を略平行化する第１の屈折素子である。レンズ５８，５９は、蛍光体ホイール２２の蛍光体４２へ入射するレーザ６２を集光し、蛍光７２を略平行化する第２の屈折素子である。光源装置１は、正レンズであるレンズ５５を備え、光均一化素子９０に効率よく光が入射するように集光させる機能を持つ。これらのレンズ５１～５９は、レーザ光源１１，１２を射出し光均一化素子９０に入射する光路において、なるべく光利用効率が良くなるレンズ構成を記載しているが、この構成に限らない。

本実施形態の光源装置１は、二つの蛍光体４１，４２に励起光を入射させ各蛍光体４１，４２から射出する各蛍光７１，７２を後段光学系に導く機能と、二つの蛍光７１，７２を合成させる機能を一つの光学素子で行うために、光学素子の配置仕方を工夫している。ここで、図６は光源装置１における各光および各素子の光軸を示す図である。図６に示すように、光源装置１は、レーザ光源１１から射出されたレーザ６１とレーザ光源１２から射出されたレーザ６２を異なる方向に分離するために、光分離合成素子３１上で別々の位置に照射させる必要があるため、レーザ光源１１～レンズ５２の光軸と、レーザ光源１２～レンズ５７の光軸と、をずらして配置している。なお、レンズの光軸とは、レンズの回転対称軸と一致する仮想的な直線である。光源の光軸とは、光源の発光面と投影像中心を垂直に結ぶ直線である。投影像中心とは、光源の直後に配置される光学素子に投影される、光源の投影範囲の光強度分布の最小外接円の中心を投影像中心とする。

これにより、レーザ光源１１から射出されたレーザ６１が光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１に照射され、レーザ光源１２から射出されたレーザ６２が光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１２に照射される。

一方で、光源装置１は、二つの蛍光７１，７２を効率よく合成するために、二つの蛍光７１，７２の光軸を合わせる必要がある。そこで、図６に示すように、光源装置１は、蛍光体４１～レンズ５３の光軸と、蛍光体４２～レンズ５８の光軸とを揃えて配置している。また、光源装置１は、蛍光体４１～レンズ５３の光軸と蛍光体４２～レンズ５８の光軸との交点と、光分離合成素子３１の二つのダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の境界線が略一致するように配置されている。

レーザ光源１１から射出されたレーザ６１はレンズ５３，５４の光軸からずれた方向に入射するが、レンズの屈折力により光軸に角度をなすようにして近づき蛍光体４１上に集光される。レーザ光源１２から射出されたレーザ６２も同様である。

続いて、光源装置１における各光路について説明する。

図１－１に示すように、レーザ光源１１から射出されたレーザ６１は、レンズ５１，５２で細い略平行光となり、光分離合成素子３１上のダイクロイックフィルタ層３１１を透過して、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１に照射される。蛍光体ホイール２１の蛍光体４１はレーザ６１によって励起され、蛍光７１を射出する。蛍光体４１から射出した蛍光７１は、ランバート配光分布をもって光分離合成素子３１側に射出するため、ダイクロイックフィルタ層３１１とダイクロイックフィルタ層３１２に照射され、各ダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の特性により、赤色光を主とする特定の波長が反射され、光均一化素子９０へと向かう。

図１－２に示すように、レーザ光源１２から射出されたレーザ６２は、レンズ５６，５７で細い略平行光となり、ミラー５０で反射されて光分離合成素子３１上のダイクロイックフィルタ層３１２で反射され、蛍光体ホイール２２の蛍光体４２に照射される。蛍光体ホイール２２の蛍光体４２はレーザ６２によって励起され、蛍光７２を射出する。蛍光体４２から射出された蛍光７２は、ランバート配光分布をもって光分離合成素子３１側に射出するため、ダイクロイックフィルタ層３１１とダイクロイックフィルタ層３１２に照射され、各ダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の特性により緑色光を主とする特定の波長が透過され、光均一化素子９０へと向かう。

なお、光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１とダイクロイックフィルタ層３１２とは、コート特性は異なるものの、どちらも６００ｎｍ～の赤色光を反射する。ダイクロイックフィルタ層３１１で反射された赤色光とダイクロイックフィルタ層３１２で反射された赤色光とが合わさることにより、色光８１になる。蛍光７２とダイクロイックフィルタ層３１１との関係も同様である。

なお、ミラー５０は光源装置１を小型化するために使用しているが設けられなくてもよく、レンズ５７から射出したレーザ６２が直接光分離合成素子３１に入射するように構成しても良い。

本実施形態では、レーザ光源１１から射出されたレーザ６１をレンズ５３，５４の光軸に対してずらして入射させるが、このずらし量が大きすぎると、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１上でのレーザ６１のスポット形状が歪んだり、レンズ５３，５４の端に当たったりするなどして、光利用効率が低下することになる。このずらし量をなるべく小さくするためには、光分離合成素子３１上のレーザ６１、レーザ６２のスポット径をなるべく近づけることが必要になる。

ここで、図７は光分離合成素子３１上のレーザスポット位置の一例を示す図である。図７に示すように、光分離合成素子３１上のレーザ６１、レーザ６２のスポットは、矩形や楕円形となることが多い。スポット径が長いほうを長軸、スポット径が短いほうを短軸としたとき、ダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の境界線に対して長軸が略平行となるようにすると、よりスポット径同士を近づけることができる。

このように本実施形態によれば、二つの蛍光体４１，４２にそれぞれ励起光を入射させ各蛍光体４１，４２から射出する各蛍光７１，７２を後段の光学系に導く機能と、二つの蛍光７１，７２を合成させる機能とを一の光分離合成素子３１で行うため、小型な光学装置とすることができる。

また、上述したように、光分離合成素子３１は、照明光として利用する光の色を選択する機能も備えている。照明光として利用する光の色は上記で述べた場合に限らず、光分離合成素子３１上に設けられたダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の透過率スペクトルを任意に設定して決めることができる。例えば、色純度をより高くしたい場合は、ダイクロイックフィルタ層の透過率スペクトルが０となる領域をより狭くすれば、色光８２はより色純度の高い光となる。このように必要な光のスペクトルによって、任意に光源のスペクトルやダイクロイックフィルタ層の透過率スペクトルを設計することができる。

なお、カラーホイールを用いる別の問題点として、カラーホイールを回転させるためにはモータが必要であるため、寿命や騒音の問題もある。プロジェクタに使用される素子の中でモータの寿命は最も短く、プロジェクタの寿命のボトルネックとなる。現状は、カラーホイールとともに蛍光体ホイールも用いられることが多く、より熱が加わる分、蛍光体ホイールの方が寿命のボトルネックとなっているが、モータを使用しない固定型の蛍光体が多く開発されているため、将来的には固定型蛍光体が主流になることが予想される。そうなったときにカラーホイールを使用しない本発明の方式のメリットがさらに出てくると考えられる。

また、カラーホイールを用いる別の問題点として、ダイクロイックフィルタへの入射角度の問題もある。カラーホイールは、２色の光が混じる時間をなるべく減らすため、光を絞った位置（光のスポットが小さくなる位置）に配置されるのが一般的である。光を絞るためにはレンズで集光する必要があるため、様々な角度で光がカラーホイールに入射することになる。ダイクロイックフィルタは通常、任意の入射角での入射を想定して設計されているため、それと異なる入射角で入射すると透過の光スペクトル特性が変わってしまう。このように様々な角度で入射すると、照明光として利用する光が所望の光スペクトル特性とならない、また、明るさが低下するなどの問題が生じる。本発明の方式ではダイクロイックフィルタを透過させるときに集光させる必要がないため、すべての光をダイクロイックフィルタの設計値通りの角度で入射させることができ、上記の問題が生じない。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。

第２の実施の形態は、光分離合成素子３１の構成が、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図８は、第２の実施の形態にかかる光源装置１が備える光分離合成素子３１の構成を示す図である。図８（ａ）は光分離合成素子３１の構成を示す側面図、図８（ｂ）は光分離合成素子３１の構成を示す平面図である。図８に示すように、本実施形態にかかる光源装置１が備える光分離合成素子３１は、例えば可視光を透過するガラス板３１３をベースに、表面に所望の波長を透過または反射する特性を持つダイクロイックフィルタ層３１２と反射防止コートであるＡＲコート３１４とがガラス板３１３の表面を二つに分割するように設けられる。また、光分離合成素子３１は、ガラス板３１３の裏面全体に、ダイクロイックフィルタ層３１１を備える。

ここで、図９は光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の透過率スペクトルの一例を示す図である。図９に示す透過率スペクトルにおいて、縦軸が１となっている波長領域の光は透過し、０となっている波長領域の光は反射する。

図９に示すように、本実施形態においては、光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１の透過率スペクトルは、おおよそ６１０ｎｍ～の赤色光のみを反射し、それ以外の光を透過するように設計されている。また、本実施形態においては、光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１２の透過率スペクトルは、おおよそ４７０ｎｍの青色光のみを反射し、それ以外の光を透過するように設計されている。

このような構成の光分離合成素子３１を備えた光源装置１によれば、最終的に得られる色光８１、８２は、第１の実施の形態と同様になる。

具体的には、レーザ光源１１から射出されたレーザ６１は、ＡＲコート３１４とダイクロイックフィルタ層３１１を透過し、蛍光体４１に照射される。蛍光体４１から射出する蛍光７１のうちの赤色を主とする色光８１は、ダイクロイックフィルタ層３１１で反射されて光均一化素子９０に導かれる。

レーザ光源１２から射出されたレーザ６２は、ダイクロイックフィルタ層３１２で反射されて蛍光体４２に照射される。蛍光体４２から射出する蛍光７２は、ダイクロイックフィルタ層３１２とＡＲコート３１４とを透過し、さらにダイクロイックフィルタ層３１１で緑色を主とする色光８２のみが透過され、光均一化素子９０に導かれる。

このように本実施形態によれば、ダイクロイックフィルタ層の透過率特性や位置に関わらず、任意の光を得ることができる。

また、第１の実施の形態で説明したダイクロイックフィルタ層のようなバンドパス型のフィルタは、ローパスフィルタやハイパスフィルタに比べて、製造が困難な場合や、コストが高くなる場合がある。本実施形態では、ダイクロイックフィルタ層にはハイパスフィルタとローパスフィルタのみを使用した構成とすることができるため、光源装置のコストを低減できる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。

第３の実施の形態は、光分割合成素子３１の各ダイクロイックフィルタ層３１１，３１２が、同一平面上にはないガラス板にそれぞれ設けられる点が、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第３の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図１０－１および図１０－２は、第３の実施の形態にかかる光源装置１の全体構成を示す図である。図１０－１および図１０－２に示すように、本実施形態の光源装置１は、第１の実施の形態とは異なり、光分割合成素子３１の各ダイクロイックフィルタ層３１１，３１２が、同一平面上にはないガラス板３１４ａ，３１４ｂにそれぞれ設けられる。

このような構成により、レーザ光源１１から射出されたレーザ６１は、ダイクロイックフィルタ層３１２で反射されて蛍光体４２に照射され、レーザ光源１２から射出されたレーザ６２がダイクロイックフィルタ層３１１を透過して蛍光体４１に照射される。

このような構成の光源装置１によれば、最終的に得られる色光８１、８２は、第１の実施の形態と同様になる。

このように光分離合成素子３１の各ダイクロイックフィルタ層３１１，３１２は、同一平面上になくてもよく、所望の照明光が得られればどのように配置しても良い。

このように本実施形態によれば、ダイクロイックフィルタ層３１１，３１２を同一平面上に配置しないことにより、実際製造するときに、ダイクロイックフィルタ層３１１，３１２をそれぞれ備える二つのミラーを接して保持する際に、振動などでミラー同士がこすれて欠ける等の問題を回避することができる。

（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。

第４の実施の形態は、レーザ光源１１とレーザ光源１２の光軸が図面方向に対して垂直方向にずれている点が、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第４の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図１１－１ないし図１１－３は、第４の実施の形態にかかる光源装置１の全体構成を示す図である。なお、図１１－３は図１１－１を光均一化素子９０側から見た図である。また、図１１－３においては、見やすさのため、光均一化素子９０とレンズ５５とは図示していない。

図１１－１ないし図１１－３に示すように、本実施形態の光源装置１においては、第１の実施の形態とは異なり、光分割合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１とダイクロイックフィルタ層３１２とが図面方向に対して垂直方向に並んでおり、それに伴いレーザ光源１１とレーザ光源１２の光軸も図面方向に対して垂直方向にずれている。

図１１－３に示すように、レーザ光源１１から射出されたレーザ６１は、上側のダイクロイックフィルタ層３１１を透過し、レンズ５３，５４の上側を通って光軸に角度をなすようにして進み、蛍光体４１に照射される。なお、図示していないが、レーザ光源１２から射出されたレーザ６２は、下側のダイクロイックフィルタ層３１２で反射されて、レンズ５８，５９の下側を通って光軸に角度をなすようにして進み、蛍光体４２に照射される。

このような構成の光源装置１によれば、最終的に得られる色光８１、８２は、第１の実施の形態と同様になる。

なお、第１の実施の形態では、レーザ光源１１の光軸に対してレーザ光源１２の光軸を図面方向にずらすので、光源装置１の図面方向が大きくなる。一方、本実施形態の構成では、レーザ光源１１の光軸に対してレーザ光源１２の光軸を図面方向に対して垂直方向にずらしているので、図面方向の大きさを抑えることができる。このように、光軸をずらす方向は光源装置のサイズ等によって自由に変えることができる。

（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について説明する。

第５の実施の形態は、レーザ光源１１の波長とレーザ光源１２の波長とが異なっている点が、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第５の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図１２－１ないし図１２－３は、第５の実施の形態にかかる光源装置１の全体構成を示す図、図１３は各光の光スペクトルの一例を示す図である。なお、図１２－３は図１２－１を光均一化素子９０側から見た図である。また、図１２－３においては、見やすさのため、光均一化素子９０とレンズ５５とは図示していない。本実施形態においては、レーザ光源１１の波長とレーザ光源１２の波長とが異なっている。

図１４は、光分離合成素子３１の構成を示す図である。図１４（ａ）は光分離合成素子３１の構成を示す側面図、図１４（ｂ）は光分離合成素子３１の構成を示す平面図である。図１４に示すように、光分離合成素子３１は、第１の実施の形態とは異なり、例えば可視光を透過するガラス板３１３をベースに、表面に所望の波長を透過または反射する特性を持つダイクロイックフィルタ層３１１のみを備える。

ここで、図１５は光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１の透過率スペクトルの一例を示す図である。図１５に示す透過率スペクトルにおいて、縦軸が１となっている波長領域の光は透過し、０となっている波長領域の光は反射する。

図１５に示すように、本実施形態においては、光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１の透過率スペクトルは、おおよそ４５０～６００ｎｍの青～緑色光を透過し、それ以外を反射するように設計されている。つまり、レーザ光源１１から射出されたレーザ６１は、光分離合成素子３１で透過され、蛍光体４１に照射され、レーザ光源１２から射出されたレーザ６２は、光分離合成素子３１で反射され、蛍光体４２に照射される。それ以降の光路は、第１の実施の形態と同様である。

このように本実施形態によれば、光分離合成素子３１の面上に二つのダイクロイックフィルタ層を設ける必要がないため、コストを低減することができる。また、二つのダイクロイックフィルタ層の間隔がないため、蛍光の光利用効率の低下を抑制できる。また、二つのダイクロイックフィルタ層が設けられたガラス板を位置調整する必要がなく製造が簡易的である。

（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態について説明する。

第６の実施の形態は、光の偏光を操作して光分離合成を行う点が、第１の実施の形態ないし第５の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第６の実施の形態の説明では、第１の実施の形態ないし第５の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態ないし第５の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図１６－１ないし図１６－３は、第６の実施の形態にかかる光源装置１の全体構成を示す図、図１７は各光の光スペクトルの一例を示す図である。なお、図１６－３は図１６－１を光均一化素子９０側から見た図である。また、図１６－３においては、見やすさのため、光均一化素子９０とレンズ５５とは図示していない。

本実施形態の光源装置１においては、レーザ光源１１とレーザ光源１２とは、どちらも４５５ｎｍ程度の同じ波長を用いるが、レーザ光源１２から射出するレーザ６２の光路にのみ偏光変換素子９１を備える。偏光変換素子９１は、１／２λ板などが用いられ、光の偏光を９０度（ｄｅｇ）回転する機能を持つ。なお、本実施形態においては、偏光変換素子９１を用いて二つのレーザ光源１１，１２からの光の偏光の向きを変えるようにしたが、これに限るものではなく、偏光変換素子９１を用いずに、二つのレーザ光源１１，１２からの光の偏光の向きを変えるようにしてもよい。具体的には、レーザ光源は光の偏光の向きがそろっているので、光軸中心に回転させることで任意の偏光にすることができる。すなわち、例えば、レーザ光源１１からの光の向きがＰ偏光のとき、レーザ光源１２の向きを９０度（ｄｅｇ）回転させて配置するとレーザ光源１２からの光をＳ偏光にすることができる。

レーザ光源１１は、Ｐ偏光のレーザ６１を射出し、光分離合成素子３１に照射する。レーザ光源１２は、Ｐ偏光のレーザ６２を偏光変換素子９１に向けて射出する。偏光変換素子９１は、Ｐ偏光のレーザ６２をＳ偏光に変換し、光分離合成素子３１に照射する。

図１６－３に示すように、光分離合成素子３１は、ガラス板３１３に偏光分離フィルタ層３１５を備えている。

ここで、図１８は光分離合成素子３１の偏光分離フィルタ層３１５の透過率スペクトルの一例を示す図である。図１８に示す透過率スペクトルにおいて、縦軸が１となっている波長領域の光は透過し、０となっている波長領域の光は反射する。

図１８に示すように、本実施形態においては、光分離合成素子３１の偏光分離フィルタ層３１５の透過率スペクトルは、Ｓ偏光の光とＰ偏光の光とで異なるように設計されている。Ｓ偏光の光は、おおよそ４７５～６００ｎｍの緑色光を透過し、それ以外を反射する。Ｐ偏光の光は、おおよそ６００ｎｍ～の赤色光を反射し、それ以外は透過する。つまり、Ｓ偏光のレーザ６２は光分離合成素子３１で反射され、蛍光体４２に照射され、Ｐ偏光のレーザ６１は、光分離合成素子３１を透過し、蛍光体４１に照射される。それ以降の光路は、第１の実施の形態と同様である。

このように本実施形態によれば、光分離合成素子３１の面上に二つのダイクロイックフィルタ層を設ける必要がないため、コストを低減することができる。また、二つのダイクロイックフィルタ層の間隔がないため、蛍光の光利用効率の低下を抑制できる。また、二つのダイクロイックフィルタ層が設けられたガラス板を位置調整する必要がなく製造が簡易的である。

（第７の実施の形態）
次に、第７の実施の形態について説明する。

第７の実施の形態は、レーザが蛍光体ですべて蛍光に変換されず、一部のレーザが蛍光体から射出する点が、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第７の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図１９－１および図１９－２は、第７の実施の形態にかかる光源装置１の全体構成を示す図である。図１９－１および図１９－２に示すように、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１で変換されなかったレーザ６１は、レンズ５３，５４の光軸に角度をなして離れる方向に進み、光分割合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１２で反射されて、光均一化素子９０へ向かう。一方、蛍光体ホイール２２の蛍光体４２で変換されなかったレーザ６２は、レンズ５８，５９の光軸に角度をなして離れる方向に進み、光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１で透過されて、光均一化素子９０へ向かう。

このように本実施形態によれば、一部のレーザは波長変換されずに青色光のまま光均一化素子９０へ入射するため、色光８１および色光８２と合わせて白色光を生成することができる。これは、第１の実施の形態～第４の実施の形態にも適応可能である。

（第８の実施の形態）
次に、第８の実施の形態について説明する。

第８の実施の形態は、光分離合成素子３１を射出する色光８１と色光８２に青色光を合成させる点が、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第８の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図２０－１および図２０－２は、第８の実施の形態にかかる光源装置１の全体構成を示す図である。図２０－２は、図２０－１を蛍光体ホイール２１側から見た図である。

本実施形態にかかる光源装置１は、図２０－２の下方向（図２０－１の図面奥方向に）第３の光源であるレーザ光源１３を備え、第３の励起光であるレーザ６３を射出する。

また、本実施形態にかかる光源装置１は、ミラー１０１、レンズ１０２，１０３を備える。ミラー１０１は、色光８１、色光８２を透過し、レーザ６３を反射する。そのため、レーザ６３は、色光８１および色光８２に合成されて、光均一化素子９０へ向かう。

このように本実施形態によれば、レーザ６３を色光８１および色光８２と合わせて白色光を生成することができる。これは、第１の実施の形態～第７の実施の形態にも適応可能である。

（第９の実施の形態）
次に、第９の実施の形態について説明する。

第９の実施の形態は、蛍光体ホイール２１に緑色蛍光体、蛍光体ホイール２２に黄色蛍光体を用いている点が、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第９の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

まず、第１の実施の形態にかかる光源装置１における課題について説明する。

ここで、図２１－１および図２１－２は光源装置１における課題を示す図である。図２１－１に示すように、理想的には、レーザ光源１１を点灯している時間内は、蛍光体ホイール２１のみが励起され、色光８１のみが光均一化素子９０に向かう。また、図２１－２に示すように、理想的には、レーザ光源１２を点灯している時間内は、蛍光体ホイール２２のみが励起され、色光８２のみが光均一化素子９０に向かう。

しかし、実際には、光分離合成素子３１の二つのダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の反射率・透過率は、完全に１００％もしくは０％にすることができず、一般的に９５～９９％程度となっている。

例えば、図２１－１において、光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１の透過率が９７％（反射率が３％）であるとする。この場合、レーザ光源１１を点灯すると、レーザ光源１１から射出されたレーザ６１のうち９７％のレーザ光は蛍光体ホイール２１に向かうが、３％のレーザ光は蛍光体ホイール２２に向かう。すると、色光８１（赤色光）に、わずかに色光８２（緑色光）が混じり、赤色光の色純度が低下することになる。

同様に、例えば、図２１－２において、光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１２の反射率が９７％（透過率が３％）であるとする。この場合、レーザ光源１２を点灯すると、レーザ光源１２から射出されたレーザ６２のうち９７％のレーザ光は蛍光体ホイール２２に向かうが、３％のレーザ光は蛍光体ホイール２１に向かう。すると、色光８２（緑色光）に色光８１（赤色光）が混じり、緑色光の色純度が低下することになる。

さらに、第１の実施の形態にかかる光源装置１の光学系に用いられる光源がレーザ光源１１，１２であるため、光源装置１においてはレーザ光源に特有な課題がある。

光分離合成素子３１の二つのダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の透過率・反射率は、ランダム偏光での透過率を用いて例えば９７％などと表される。しかしながら、実際は、光分離合成素子３１の二つのダイクロイックフィルタ層３１１，３１２に対する入射レーザ光の偏光方向によって透過率・反射率は異なることになる。以下において、詳述する。

ここで、図２２はレーザ光の偏光方向の定義を示す図である。図２２（ａ）に示すように、ダイクロイックミラーに対する偏光方向は、入射光線と反射光線に水平な面に垂直な偏光方向であればＳ偏光、図２２（ｂ）に示すように、平行な偏光方向であればＰ偏光と呼ばれる。ダイクロイックミラーに対する偏光方向は、一般的に、Ｓ偏光のときに反射率が高く、Ｐ偏光のときに透過率が高い。このため、ダイクロイックミラーを反射用に用いるときはＳ偏光で、透過で用いるときにはＰ偏光で入射させる方が効率がよい。レーザ光源は直線偏光であるため、これを考慮して設計することが求められる。

上述したように、第１の実施の形態にかかる光源装置１では、レーザ光源１１からの第１の励起光のダイクロイックフィルタ層３１１に対する偏光方向は略Ｐ偏光であり、レーザ光源１２からの第２の励起光のダイクロイックフィルタ層３１２に対する偏光方向は略Ｓ偏光である。

図２３－１および図２３－２は、第９の実施の形態に係る光源装置１の全体構成を示す図、図２４はレーザ光源と光均一化素子の形状を例示的に示す図である。

図２３－１および図２３－２に示すように、本実施の形態にかかる光源装置１では、レーザ光源１１からの第１の励起光のダイクロイックフィルタ層３１１に対する偏光方向（透過利用）と、レーザ光源１２からの第２の励起光のダイクロイックフィルタ層３１２に対する偏光方向（反射利用）は、同じ偏光方向（第１の実施の形態では略Ｓ偏光）としている。このようにレーザ光源１１からの第１の励起光のダイクロイックフィルタ層３１１に対する偏光方向（透過利用）と、レーザ光源１２からの第２の励起光のダイクロイックフィルタ層３１２に対する偏光方向（反射利用）とを同じ偏光方向（略Ｓ偏光）にする理由は、下記の通りである。

図２４に示すように、レーザ光源１１，１２の光出射面と光均一化素子９０の開口部９０ａは同一のアスペクト比を有している。すなわち、光均一化素子９０の開口部９０ａの長辺と、光均一化素子９０の開口部９０ａに照射される第１の蛍光の投影像の長辺および光均一化素子９０の開口部９０ａに照射される第２の蛍光との投影像の長辺と、が略平行になる。このようにレーザ光源１１，１２の光出射面と光均一化素子９０の開口部９０ａは同一のアスペクト比を有するようにしたのは、アスペクト比を合わせて配置するほうが光利用効率を良くすることができるためである。

しかしながら、本実施の形態にかかる光源装置１では、レーザ光源１１とレーザ光源１２の向きを揃える（＝偏光方向を揃える）配置にしており、結果として図２１－１で示したような、色純度の低下が起きやすいという課題がある。

図２３－１および図２３－２に示すように、本実施形態の光源装置１は、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１に、例えばピーク波長が５１５ｎｍ程度の緑色蛍光体を用いる。また、本実施形態の光源装置１は、蛍光体ホイール２２の蛍光体４２に、例えばピーク波長が５４０ｎｍ程度の黄色蛍光体を用いる。

なお、本実施形態の光源装置１は、蛍光体ホイール２１に緑色の蛍光体４１、蛍光体ホイール２２に黄色の蛍光体４２を用いることに応じて光分離合成素子３１の二つのダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の透過率・反射率特性も変えているが、第１の実施の形態～第８の実施の形態と同様の考え方のため、説明は省略する。

このように蛍光体ホイール２１に緑色蛍光体、蛍光体ホイール２２に黄色蛍光体を用いる理由は、比視感度の違いによる。比視感度とは、光の波長ごとの人の目が感じる明るさの度合いである。具体的には、人間の目は５５５ｎｍ付近の緑色の光を最も明るく感じ、赤色や青色の光は暗く感じる。このため、赤色光に緑色光が混じると、緑色光が人の目に感じやすく、赤の色純度の低下は顕著である。一方で、緑色光に赤色光が混じっても、赤色光は人の目に感じにくいため、緑の色純度の低下は認識されづらい。

そこで、本実施形態の光源装置１は、レーザ光源１１の光路においてダイクロイックフィルタ層３１１に対してＳ偏光で透過しているため、色純度の低下が起きやすい蛍光体ホイール２１に緑色の蛍光体４１を配置することで、色純度の低下を実質目立たなくさせるようにしている。

続いて、本実施形態の光源装置１における各光路について説明する。

図２３－１に示すように、レーザ光源１１から射出されたレーザ６１は、レンズ５１，５２で細い略平行光となり、レーザ光源１１から射出されたレーザ６１のうち多くのレーザ光は光分離合成素子３１上のダイクロイックフィルタ層３１１を透過して、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１に照射される。蛍光体ホイール２１の蛍光体４１はレーザ６１によって励起され、蛍光７１を射出する。蛍光体４１から射出した蛍光７１は、ランバート配光分布をもって光分離合成素子３１側に射出するため、ダイクロイックフィルタ層３１１とダイクロイックフィルタ層３１２に照射され、各ダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の特性により、緑色光を主とする特定の波長の色光８１が反射され、光均一化素子９０へと向かう。一方、レーザ光源１１から射出されたレーザ６１のうち少量のレーザ光は、蛍光体ホイール２２の蛍光体４２に照射される。蛍光体ホイール２２の蛍光体４２はレーザ６１によって励起され、蛍光７２を射出する。蛍光体４２から射出された蛍光７２は、ランバート配光分布をもって光分離合成素子３１側に射出するため、ダイクロイックフィルタ層３１１とダイクロイックフィルタ層３１２に照射され、各ダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の特性により赤色光を主とする特定の波長の色光８２が透過され、光均一化素子９０へと向かう。すると、色光８１（緑色光）に、わずかに色光８２（赤色光）が混じることになるが、緑色光に赤色光が混じっても、赤色光は人の目に感じにくいため、緑の色純度の低下は認識されづらく、緑色光の色純度が低下することはない。

一方で、図２３－２に示すように、レーザ光源１２から射出されたレーザ６２は、レンズ５６，５７で細い略平行光となり、ミラー５０で反射される。レーザ光源１２から射出されたレーザ６２のうち多くのレーザ光は光分離合成素子３１上のダイクロイックフィルタ層３１２で反射され、蛍光体ホイール２２の蛍光体４２に照射される。蛍光体ホイール２２の蛍光体４２はレーザ６２によって励起され、蛍光７２を射出する。蛍光体４２から射出された蛍光７２は、ランバート配光分布をもって光分離合成素子３１側に射出するため、ダイクロイックフィルタ層３１１とダイクロイックフィルタ層３１２に照射され、各ダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の特性により赤色光を主とする特定の波長の色光８２が透過され、光均一化素子９０へと向かう。一方、レーザ光源１２から射出されたレーザ６２のうち少量のレーザ光は、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１に照射される。蛍光体ホイール２１の蛍光体４１はレーザ６１によって励起され、蛍光７１を射出する。蛍光体４１から射出した蛍光７１は、ランバート配光分布をもって光分離合成素子３１側に射出するため、ダイクロイックフィルタ層３１１とダイクロイックフィルタ層３１２に照射され、各ダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の特性により、緑色光を主とする特定の波長の色光８１が反射され、光均一化素子９０へと向かう。この場合、色光８２（赤色光）に、わずかに色光８１（緑色光）が混じることになり、赤色光の色純度が低下することになるが、レーザ光源１２の光路においてダイクロイックフィルタ層３１２にてＳ偏光で反射させているため反射率が高く、赤色光の色純度の低下は少ない。

上述したように、本実施形態の光源装置１は、レーザ光源１１の光路においてダイクロイックフィルタ層３１１に対してＳ偏光で透過しているため、色純度の低下が起きやすい蛍光体ホイール２１に緑色の蛍光体４１を配置することで、色純度の低下を実質的に目立たなくさせるようにしている。

このように本実施形態によれば、第１の励起光に基づく第１の蛍光の比視感度を、第２の励起光に基づく第２の蛍光の比視感度よりも高くすることにより、色純度の低下を実質的に目立たなくさせることができる。

なお、本実施形態においては、レーザ光源１１からの第１の励起光のダイクロイックフィルタ層３１１に対する偏光方向（透過利用）と、レーザ光源１２からの第２の励起光のダイクロイックフィルタ層３１２に対する偏光方向（反射利用）とを同じ偏光方向（略Ｓ偏光）として説明したが、これに限るものではない。例えば、レーザ光源１１からの第１の励起光のダイクロイックフィルタ層３１１に対する偏光方向（透過利用）と、レーザ光源１２からの第２の励起光のダイクロイックフィルタ層３１２に対する偏光方向（反射利用）とを同じ偏光方向（略Ｐ偏光）とした場合には、第２の励起光に基づく第２の蛍光の比視感度を、第１の励起光に基づく第１の蛍光の比視感度よりも高くすることにより、色純度の低下を実質目立たなくさせることができる。

（第１０の実施の形態）
次に、第１０の実施の形態について説明する。

第１０の実施の形態は、レーザ光源１１から射出する光路の光分離合成素子３１の光照射方向の上流側に偏光変換素子９２を備える点が、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第１０の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図２５は、第１０の実施の形態に係る光源装置１の全体構成を示す図である。図２５に示すように、本実施形態の光源装置１は、レーザ光源１１から射出するレーザ６１の光路の光分離合成素子３１の光照射方向の上流側に偏光変換素子９２を備える。

偏光変換素子９２は、例えば１／２λ板であり、偏光方向を９０度（ｄｅｇ）回転させる素子である。これにより、レーザ光源１１から射出するＳ偏光がＰ偏光に変換されるため、光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１での透過率は向上し、色純度の低下を抑制できる。

このように本実施形態によれば、色純度の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態においては、レーザ光源１１と光分離合成素子３１との間に、偏光変換素子９２を備えるようにしたが、これに限るものではなく、レーザ光源１２と光分離合成素子３１との間に、偏光変換素子９２を備えるようにしてもよい。

（第１１の実施の形態）
次に、第１１の実施の形態について説明する。

第１１の実施の形態は、レーザ光源１１とレーザ光源１２と光均一化素子９０とがそれぞれ１０度（ｄｅｇ）傾いている点、および、レーザ光源１１の光路の光分離合成素子３１の光照射方向の上流側に偏光変換素子９３を備えるとともに、レーザ光源１２の光路の光分離合成素子３１の光照射方向の上流側に偏光変換素子９４を備える点が、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第１０の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

ここで、図２６－１および図２６－２は第１１の実施の形態に係る光源装置１の全体構成を示す図である。

図２６－１および図２６－２に示す光源装置１は、第１の実施の形態に係る光源装置１と比べて、レーザ光源１１とレーザ光源１２と光均一化素子９０とがそれぞれ１０度（ｄｅｇ）傾けられて配置されている。光均一化素子９０は、プロジェクタ１００の照明光学系の画像形成素子（画像表示素子）との兼ね合いにより、傾けて配置されることはよくある。それに合わせて、レーザ光源１１およびレーザ光源１２も傾けて配置されている。

このようにレーザ光源１１およびレーザ光源１２を１０度（ｄｅｇ）傾けて配置すると、レーザ光源１１およびレーザ光源１２の偏光方向も１０度（ｄｅｇ）傾くことになる。このため、光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１に対してレーザ光源１１からのレーザ光は、図２６－１に示すように、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の両方を有する偏光状態（１）を持つ。また、レーザ光源１２からのレーザ光は、図２６－２に示すように、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の両方を有する偏光状態（２）を持つ。

加えて、図２６－１および図２６－２に示すに示す光源装置１は、レーザ光源１１の光路の光分離合成素子３１の光照射方向の上流側に偏光変換素子９３を備えるとともに、レーザ光源１２の光路の光分離合成素子３１の光照射方向の上流側に偏光変換素子９４を備える。

偏光変換素子９３は、例えば波長板である。偏光変換素子９３は、レーザ光源１１からのレーザ光の偏光を、８０度（ｄｅｇ）回転させる軸を持つ。これにより、図２６－１に示すように、偏光変換素子９３は、レーザ光源１１からのレーザ光の偏光状態（１）を、Ｐ偏光に変換する機能を有する。

偏光変換素子９４は、例えば波長板である。偏光変換素子９４は、レーザ光源１２からのレーザ光の偏光を、１０度（ｄｅｇ）回転させる軸を持つ。これにより、図２６－２に示すように、偏光変換素子９４は、レーザ光源１２からのレーザ光の偏光状態（２）を、Ｓ偏光に変換する機能を有する。

このように本実施形態によれば、透過利用の光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１２に対してレーザ光源１２からのレーザ光をＰ偏光で入射させることができ、反射利用の光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１２に対してレーザ光源１２からのレーザ光をＳ偏光で入射させることができる。これにより、光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１，３１２への入射光の偏光状態を操作することができ、色純度の低下を抑制することができる。

なお、上記の実施例に限らず、光分離合成素子３１のダイクロイックフィルタ層３１１，３１２の特性に応じて、入射光の偏光状態は任意に設定することができる。

また、光源のアスペクト比を揃える必要がなければ、光源自体を回転させてＰ偏光もしくはＳ偏光を作り出しても良い。

（第１２の実施の形態）
次に、第１２の実施の形態について説明する。

第１２の実施の形態は、第１の実施の形態ないし第１１の実施の形態のいずれかの光源装置１を備える画像投影装置である点が、第１の実施の形態ないし第１１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第１２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態ないし第１１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態ないし第１１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図２７は、第１２の実施の形態に係るプロジェクタ１００を示す概略構成図である。

プロジェクタ（投射装置）１００は、光源装置１と、光均一化素子９０と、照明光学系１１１と、画像形成素子（画像表示素子）１１２と、投射光学系１１３と、を有している。

光源装置１は、例えば、ＲＧＢの各色に対応する波長を含んだ光を射出する。

光均一化素子９０は、光源装置１から射出された光をミキシングすることで均一化する。より詳細には、光均一化素子９０は、入射側面から入射した光束を、反射を繰り返しながら内部を伝搬して射出面から射出する。光均一化素子９０は、入射側面から入射した光束を、内部で複数回反射することで、均一な面光源を射出面上に形成する。光均一化素子９０としては、例えば、内部を中空にして内面に４枚のミラーを組み合わせたライトトンネル、ガラス等の透明な材料で角柱を形成したロッドインテグレータ、フライアイレンズ等が用いられる。例えば、光均一化素子９０としてライトトンネルを適用した場合、画像形成素子（画像表示素子）１１２のアスペクト比とほぼ同じにして、ライトトンネルの出口の形を画像形成素子（画像表示素子）１１２の面上に投影する形とするので、画像形成素子（画像表示素子）１１２の面上に無駄なく効率よく照明することができる。

照明光学系１１１は、光均一化素子９０が均一化した光で照明光学系１１１を略均一に照明する。照明光学系１１１は、例えば、１枚以上のレンズや１面以上の反射面等を有している。

画像形成素子（画像表示素子）１１２は、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル等のライトバルブを有している。画像形成素子（画像表示素子）１１２は、照明光学系１１１により照明される光（光源装置１の光源光学系からの光）を変調することにより画像を形成する。

投射光学系１１３は、画像形成素子（画像表示素子）１１２が形成した画像をスクリーン（被投射面）に拡大投射する。投射光学系１１３は、例えば、１枚以上のレンズを有している。投射光学系１１３は、画像形成素子（画像表示素子）１１２の面の像を、所望のスクリーン（被投射面）の位置に拡大像として結像するような共役関係としているので、画像形成素子（画像表示素子）１１２の面上に空間変調された画像を拡大投射して映し出す。

このように本実施形態によれば、光源装置１を用いるため、小型化されたプロジェクタとすることができる。

なお、上述した各実施の形態では、本発明の好適な実施具体例を示したが、本発明はその内容に限定されることはない。

特に、上述した各実施の形態で例示した各部の具体的形状および数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例にすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

このように、本発明は、上述した各実施の形態で説明した内容に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することができる。

本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞
第１の励起光を射出する第１の光源と、
前記第１の光源とは別に設けられ、第２の励起光を射出する第２の光源と、
任意の光を反射または透過する光合成素子と、
前記光合成素子を介して入射する前記第１の励起光で励起され、第１の蛍光を射出する第１の波長変換素子と、
前記光合成素子を介して入射する前記第２の励起光で励起され、第２の蛍光を射出する第２の波長変換素子と、
を備え、
前記光合成素子は、前記第１の蛍光及び前記第２の蛍光の光の経路上に配置され、
前記第１の波長変換素子から射出した前記第１の蛍光と前記第２の波長変換素子から射出した前記第２の蛍光とは、前記光合成素子を介して合成され、同一方向に射出される、
ことを特徴とする光源装置。
＜２＞
前記光合成素子は、表面に所望の波長を透過または反射する特性を持つ一つの部材を備える、
ことを特徴とする＜１＞に記載の光源装置。
＜３＞
前記光合成素子は、表面に所望の波長を透過または反射する特性を持つ、略同一平面上にある複数の部材を備える、
ことを特徴とする＜１＞に記載の光源装置。
＜４＞
前記光合成素子は、前記第１の励起光の光路上にある第１の部材と、前記第２の励起光の光路上にある第２の部材と、を備える、
ことを特徴とする＜３＞に記載の光源装置。
＜５＞
前記光合成素子は、ダイクロイックミラーであり、
前記ダイクロイックミラーの一方の面は、前記第１の励起光が入射する第１の領域と、前記第２の励起光が入射する第２の領域とを有する、
ことを特徴とする＜１＞乃至＜４＞の何れか一に記載の光源装置。
＜６＞
前記第１の領域は、前記第１の励起光を透過し、
前記第２の領域は、前記第２の励起光を反射する、
ことを特徴とする＜５＞に記載の光源装置。
＜７＞
前記第１の励起光の前記第１の領域に対する偏光方向は、略Ｐ偏光であり、
前記第２の励起光の前記第２の領域に対する偏光方向は、略Ｓ偏光である、
ことを特徴とする＜６＞に記載の光源装置。
＜８＞
前記第１の光源と前記光合成素子との間と、前記第２の光源と前記光合成素子との間との少なくとも何れか一方に、偏光変換素子を備える、
ことを特徴とする＜７＞に記載の光源装置。
＜９＞
前記光源装置から入射した光を均一化して射出する光均一化素子の開口部の長辺と、前記光均一化素子の開口部に照射される前記第１の蛍光の投影像の長辺および前記光均一化素子の開口部に照射される前記第２の蛍光の投影像の長辺とが、略平行である、
ことを特徴とする＜１＞乃至＜８＞の何れか一に記載の光源装置。
＜１０＞
前記第１の励起光の前記第１の領域に対する偏光方向は、略Ｓ偏光であり、
前記第２の励起光の前記第２の領域に対する偏光方向は、略Ｓ偏光であり、
前記第１の蛍光の比視感度が前記第２の蛍光の比視感度よりも高い、
ことを特徴とする＜６＞に記載の光源装置。
＜１１＞
前記第１の励起光の前記第１の領域に対する偏光方向は、略Ｐ偏光であり、
前記第２の励起光の前記第２の領域に対する偏光方向は、略Ｐ偏光であり、
前記第２の蛍光の比視感度が前記第１の蛍光の比視感度よりも高い、
ことを特徴とする＜６＞に記載の光源装置。
＜１２＞
前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記第１の蛍光を反射し、前記第２の蛍光を透過する、
ことを特徴とする＜６＞に記載の光源装置。
＜１３＞
前記光合成素子は、ダイクロイックミラーであり、
前記第１の励起光の波長と前記第２の励起光の波長とが異なるものであり、
前記第１の励起光と前記第２の励起光とは、前記ダイクロイックミラーの特性により分離される、
ことを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の光源装置。
＜１４＞
前記光合成素子は、偏光分離素子であり、
前記第１の励起光の偏光方向と前記第２の励起光の偏光方向とが異なるものであり、
前記第１の励起光と前記第２の励起光とは、前記偏光分離素子の特性により分離される、
ことを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の光源装置。
＜１５＞
前記光合成素子は、前記第１の蛍光をフィルタリングすることによる第１の色光への変換と、前記第２の蛍光をフィルタリングすることによる第２の色光への変換と、の少なくとも何れか一方を行う、
ことを特徴とする＜１＞乃至＜１４＞の何れか一に記載の光源装置。
＜１６＞
前記第１の波長変換素子から射出して前記光合成素子に入射する前記第１の蛍光の光路長と、前記第２の波長変換素子から射出して前記光合成素子に入射する前記第２の蛍光の光路長とは、略同一の光路長である、
ことを特徴とする＜１＞乃至＜１５＞の何れか一に記載の光源装置。
＜１７＞
前記光合成素子を射出して同一方向に進む前記第１の蛍光と前記第２の蛍光との光束は、少なくとも一部が重なる、
ことを特徴とする＜１＞乃至＜１６＞の何れか一に記載の光源装置。
＜１８＞
前記光合成素子を射出して同一方向に進む前記第１の蛍光と前記第２の蛍光との光束は、略一致する、
ことを特徴とする＜１＞乃至＜１６＞の何れか一に記載の光源装置。
＜１９＞
前記第２の光源が射出する前記第２の励起光は、前記第１の光源が射出する前記第１の励起光と同様である、
ことを特徴とする＜１＞乃至＜１２＞の何れか一に記載の光源装置。
＜２０＞
前記光合成素子へ入射する前記第１の励起光の光束を細くする第１の光線縮小素子と、
前記光合成素子へ入射する前記第２の励起光の光束を細くする第２の光線縮小素子と、
を備えることを特徴とする＜１＞乃至＜１９＞の何れか一に記載の光源装置。
＜２１＞
前記第１の波長変換素子へ入射する前記第１の励起光を集光し、前記第１の蛍光を略平行化する第１の屈折素子と、
前記第２の波長変換素子へ入射する前記第２の励起光を集光し、前記第２の蛍光を略平行化する第２の屈折素子と、
を備えることを特徴とする＜１＞乃至＜２０＞の何れか一に記載の光源装置。
＜２２＞
前記光合成素子は、前記第１の屈折素子と前記第２の屈折素子との光軸の交点に備えられる、
ことを特徴とする＜２１＞に記載の光源装置。
＜２３＞
前記光合成素子上の前記第１の励起光のスポット径の長軸方向と、前記光合成素子上の前記第２の励起光のスポット径の長軸方向とは、略平行である、
ことを特徴とする＜１＞乃至＜２２＞の何れか一に記載の光源装置。
＜２４＞
前記光合成素子上の前記第１の励起光のスポット径の長軸方向と、前記光合成素子上の前記第２の励起光のスポット径の長軸方向とは、前記第１の領域と前記第２の領域との境界面に対して略平行である、
ことを特徴とする＜６＞に記載の光源装置。
＜２５＞
青色光である第３の励起光を射出する第３の光源と、
前記光合成素子により合成された前記第１の蛍光と前記第２の蛍光とに対して、前記第３の励起光を合成するミラーと、
を備え、
前記第１の蛍光と前記第２の蛍光と前記第３の励起光とは、同一方向に射出される、
ことを特徴とする＜１＞乃至＜２４＞の何れか一に記載の光源装置。
＜２６＞
前記第１の蛍光と前記第２の蛍光と前記第３の励起光とは、略白色光を形成する、
ことを特徴とする＜２５＞に記載の光源装置。
＜２７＞
＜１＞乃至＜２６＞の何れか一に記載の光源装置と、
前記光源装置から入射した光を均一化して射出する光均一化素子と、
前記光均一化素子からの光を変調して画像を形成する画像表示素子と、
前記画像を被投射面に拡大投射する投射光学系と、
を備えることを特徴とする投射装置。

１ 光学装置
１１ 第１の光源
１２ 第２の光源
１３ 第３の光源
２１ 第１の波長変換素子
２２ 第２の波長変換素子
３１ 光合成素子
５１，５２ 第１の光線縮小素子
５３，５４ 第１の屈折素子
５６，５７ 第２の光線縮小素子
５８，５９ 第２の屈折素子
６１ 第１の励起光
６２ 第２の励起光
６３ 第３の励起光
７１ 第１の蛍光
７２ 第２の蛍光
９２，９３，９４ 偏光変換素子
１００ 投射装置
１０１ ミラー
１１２ 画像表示素子
１１３ 投射光学系
３１１ 第１の部材
３１２ 第２の部材

特許第６４０６７３６号公報 特開２０１８－１５９８３７号公報

Claims (27)

1. 第１の励起光を射出する第１の光源と、
   前記第１の光源とは別に設けられ、第２の励起光を射出する第２の光源と、
   任意の光を反射または透過する光合成素子と、
   前記光合成素子を介して入射する前記第１の励起光で励起され、第１の蛍光を射出する第１の波長変換素子と、
   前記光合成素子を介して入射する前記第２の励起光で励起され、第２の蛍光を射出する第２の波長変換素子と、
   を備え、
   前記光合成素子は、前記第１の蛍光及び前記第２の蛍光の光の経路上に配置され、
   前記第１の波長変換素子から射出した前記第１の蛍光と前記第２の波長変換素子から射出した前記第２の蛍光とは、前記光合成素子を介して合成され、同一方向に射出される、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記光合成素子は、表面に所望の波長を透過または反射する特性を持つ一つの部材を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光合成素子は、表面に所望の波長を透過または反射する特性を持つ、略同一平面上にある複数の部材を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. 前記光合成素子は、前記第１の励起光の光路上にある第１の部材と、前記第２の励起光の光路上にある第２の部材と、を備える、
   ことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記光合成素子は、ダイクロイックミラーであり、
   前記ダイクロイックミラーの一方の面は、前記第１の励起光が入射する第１の領域と、前記第２の励起光が入射する第２の領域とを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
6. 前記第１の領域は、前記第１の励起光を透過し、
   前記第２の領域は、前記第２の励起光を反射する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記第１の励起光の前記第１の領域に対する偏光方向は、略Ｐ偏光であり、
   前記第２の励起光の前記第２の領域に対する偏光方向は、略Ｓ偏光である、
   ことを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 前記第１の光源と前記光合成素子との間と、前記第２の光源と前記光合成素子との間との少なくとも何れか一方に、偏光変換素子を備える、
   ことを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
9. 前記光源装置から入射した光を均一化して射出する光均一化素子の開口部の長辺と、前記光均一化素子の開口部に照射される前記第１の蛍光の投影像の長辺および前記光均一化素子の開口部に照射される前記第２の蛍光の投影像の長辺とが、略平行である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
10. 前記第１の励起光の前記第１の領域に対する偏光方向は、略Ｓ偏光であり、
    前記第２の励起光の前記第２の領域に対する偏光方向は、略Ｓ偏光であり、
    前記第１の蛍光の比視感度が前記第２の蛍光の比視感度よりも高い、
    ことを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
11. 前記第１の励起光の前記第１の領域に対する偏光方向は、略Ｐ偏光であり、
    前記第２の励起光の前記第２の領域に対する偏光方向は、略Ｐ偏光であり、
    前記第２の蛍光の比視感度が前記第１の蛍光の比視感度よりも高い、
    ことを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
12. 前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記第１の蛍光を反射し、前記第２の蛍光を透過する、
    ことを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
13. 前記光合成素子は、ダイクロイックミラーであり、
    前記第１の励起光の波長と前記第２の励起光の波長とが異なるものであり、
    前記第１の励起光と前記第２の励起光とは、前記ダイクロイックミラーの特性により分離される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
14. 前記光合成素子は、偏光分離素子であり、
    前記第１の励起光の偏光方向と前記第２の励起光の偏光方向とが異なるものであり、
    前記第１の励起光と前記第２の励起光とは、前記偏光分離素子の特性により分離される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
15. 前記光合成素子は、前記第１の蛍光をフィルタリングすることによる第１の色光への変換と、前記第２の蛍光をフィルタリングすることによる第２の色光への変換と、の少なくとも何れか一方を行う、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
16. 前記第１の波長変換素子から射出して前記光合成素子に入射する前記第１の蛍光の光路長と、前記第２の波長変換素子から射出して前記光合成素子に入射する前記第２の蛍光の光路長とは、略同一の光路長である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
17. 前記光合成素子を射出して同一方向に進む前記第１の蛍光と前記第２の蛍光との光束は、少なくとも一部が重なる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
18. 前記光合成素子を射出して同一方向に進む前記第１の蛍光と前記第２の蛍光との光束は、略一致する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
19. 前記第２の光源が射出する前記第２の励起光は、前記第１の光源が射出する前記第１の励起光と同様である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
20. 前記光合成素子へ入射する前記第１の励起光の光束を細くする第１の光線縮小素子と、
    前記光合成素子へ入射する前記第２の励起光の光束を細くする第２の光線縮小素子と、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
21. 前記第１の波長変換素子へ入射する前記第１の励起光を集光し、前記第１の蛍光を略平行化する第１の屈折素子と、
    前記第２の波長変換素子へ入射する前記第２の励起光を集光し、前記第２の蛍光を略平行化する第２の屈折素子と、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
22. 前記光合成素子は、前記第１の屈折素子と前記第２の屈折素子との光軸の交点に備えられる、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の光源装置。
23. 前記光合成素子上の前記第１の励起光のスポット径の長軸方向と、前記光合成素子上の前記第２の励起光のスポット径の長軸方向とは、略平行である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
24. 前記光合成素子上の前記第１の励起光のスポット径の長軸方向と、前記光合成素子上の前記第２の励起光のスポット径の長軸方向とは、前記第１の領域と前記第２の領域との境界面に対して略平行である、
    ことを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
25. 青色光である第３の励起光を射出する第３の光源と、
    前記光合成素子により合成された前記第１の蛍光と前記第２の蛍光とに対して、前記第３の励起光を合成するミラーと、
    を備え、
    前記第１の蛍光と前記第２の蛍光と前記第３の励起光とは、同一方向に射出される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
26. 前記第１の蛍光と前記第２の蛍光と前記第３の励起光とは、略白色光を形成する、
    ことを特徴とする請求項２５に記載の光源装置。
27. 請求項１乃至２６の何れか一項に記載の光源装置と、
    前記光源装置から入射した光を均一化して射出する光均一化素子と、
    前記光均一化素子からの光を変調して画像を形成する画像表示素子と、
    前記画像を被投射面に拡大投射する投射光学系と、
    を備えることを特徴とする投射装置。

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