JP6202654B2 - 光源装置およびプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、蛍光体を備えた光源装置及びそれを用いたプロジェクタに関する。

特許文献１には、光源として蛍光体を用いたプロジェクタの光源装置が記載されている。図１に、その光源装置の構成を示す。

図１を参照すると、励起光源１１６は、複数の青色レーザーダイオード（ＬＤ）を有する。励起光源１１６から出力された青色励起光は、コリメートレンズアレイ１０６によって平行光束に変換された後、ダイクロイックミラー１１５に入射する。励起光源１１６は、出力光がＳ偏光としてダイクロイックミラー１１５に入射するように配置されている。ダイクロイックミラー１１５は、青色励起光の入射角が４５°になるように配置されている。

図２に、ダイクロイックミラー１１５の分光透過特性を示す。縦軸は透過率を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示す。実線はＳ偏光に対する分光透過特性を示し、破線はＰ偏光に対する分光透過特性を示す。Ｓ偏光のカットオフ波長は４５６ｎｍであり、Ｐ偏光のカットオフ波長は４３４ｎｍである。ここで、カットオフ波長は透過率が５０％になる波長である。

ダイクロイックミラー１１５は、Ｓ偏光の光に対して、４５６ｎｍ以上の光を透過し、４５６ｎｍ未満の光を反射する特性を有し、Ｐ偏光の光に対しては、４３４ｎｍ以上の光を透過し、４３４ｎｍｎｍ未満の光を反射する特性を有する。青色励起光の波長は、例えば４４５ｎｍである。励起光源１１６からの青色励起光（Ｓ偏光）は、ダイクロイックミラー１１５によって反射される。

ダイクロイックミラー１１５によって反射された青色励起光（Ｓ偏光）は、１／４波長板１０８を通過して円偏光になる。１／４波長板１０８を通過した青色励起光（円偏光）は、集光レンズ１０９によって蛍光体層１０３上に集光される。

蛍光体層１０３は、ダイクロイックコートが施された基板上に形成されている。基板は円周方向に第１乃至第３のセグメントに分割されており、蛍光体層１０３は、第１のセグメントに形成された赤色蛍光体領域と、第２のセグメントに形成された緑色蛍光体領域とを含む。第３のセグメントには、反射コートが施されている。基板が回転することにより、青色励起光（円偏光）が第１乃至第３のセグメントに順次照射される。

第１のセグメントでは、青色励起光により励起された蛍光体が赤色の蛍光を発する。第２のセグメントでは、青色励起光により励起された蛍光体が緑色の蛍光を発する。第３のセグメントでは、青色励起光（円偏光）は反射コート面で反射される。

第１のセグメントからの赤色蛍光、第２のセグメントからの緑色蛍光及び第３のセグメントの反射コート面によって反射された青色光（円偏光）は、集光レンズ１０９及び１／４波長板１０８を順次通過する。ここで、第３のセグメントからの青色光（円偏光）は、１／４波長板１０８を通過した際にＰ偏光になる。赤色蛍光、緑色蛍光及び青色光（Ｐ偏光）はそれぞれ、ダイクロイックミラー１１５を透過する。このダイクロイックミラー１１５を透過した赤色蛍光、緑色蛍光及び青色光（Ｐ偏光）が、光源装置の出力光である。

特開２０１２−１０８４８６号公報

ＬＤの発光波長には、個体差によるばらつきがある。加えて、ＬＤの発光波長は温度によっても変化することから、この温度依存性を考慮すると、ＬＤの発光波長のばらつきはさらに大きくなる。このため、特許文献１に記載の光源装置においては、励起光源として使用するＬＤによっては、励起光（Ｓ偏光）や第３のセグメントからの青色光（Ｐ偏光）をダイクロイックミラー１１５で偏光分離することが困難になり、光源装置の光出力強度が低下する場合がある。以下に、この問題を具体的に説明する。

一般に、ＬＤの発光波長の個体差によるばらつき範囲は、発光スペクトルのピーク波長で１５ｎｍ程度であり、発光スペクトルの半値で３０ｎｍ程度である。ここで、発光スペクトルの半値でのばらつき範囲とは、半値幅を波長Ｘ１、Ｘ２（＞Ｘ１）で示す場合に、ピーク波長が最も長いＬＤの発光スペクトルの半値幅の波長Ｘ２とピーク波長が最も短いＬＤの発光スペクトルの半値幅の波長Ｘ１との差を示す。例えば、発光スペクトルのピーク波長が４４５ｎｍとなるように設計したＬＤの発光波長のバラつき範囲は、発光スペクトルの半値で４３０ｎｍ〜４６０ｎｍ程度である。

一方、図２に示したダイクロイックミラー１１５の分光透過特性によれば、Ｐ偏光のカットオフ波長である４３４ｎｍからＳ偏光のカットオフ波長である４５６ｎｍの波長域において、Ｓ偏光とＰ偏光との分離を行うことができる。この偏光分離が可能な波長域は、上記のＬＤの発光波長のバラつき範囲の４３０ｎｍ〜４６０ｎｍに含まれている。このため、励起光源として使用するＬＤによっては、発光スペクトルの半値の波長Ｘ１または波長Ｘ２が、Ｐ偏光のカットオフ波長である４３４ｎｍ以下、または、Ｓ偏光のカットオフ波長である４５６ｎｍ以上になる場合がある。

例えば、発光スペクトルの波長Ｘ１または波長Ｘ２が４５６ｎｍを超えるＬＤを使用した場合は、ＬＤからの励起光は、ダイクロイックミラー１１５を透過する。この場合、第１乃至第３のセグメントを励起光で照射することができない。

また、発光スペクトルの波長Ｘ１または波長Ｘ２が４３４ｎｍ未満のＬＤを使用した場合は、第１乃至第３のセグメントを励起光で照射することができるが、第３のセグメントからの青色光（Ｐ偏光）は、ダイクロイックミラー１１５によって反射されるため、光源装置の出力光として用いることができない。

本発明の目的は、ＬＤの発光波長のばらつきによる影響を抑制することができる光源装置及びそれを用いたプロジェクタを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
青色の波長域にピーク波長を有する青色光を出力する光源と、
第１の直線偏光を反射又は透過させるために設けられ、前記青色光の前記第１の直線偏光を反射又は透過させる偏光分離素子と、
前記第１の直線偏光を反射又は透過させるために設けられ、前記偏光分離素子からの反射光又は透過光を反射又は透過させるダイクロイックミラーと、
蛍光体が設けられた蛍光体領域と入射光を反射する反射領域とを備え、前記ダイクロイックミラーからの反射光又は透過光が前記蛍光体領域及び反射領域に順次照射されるように可動する蛍光体ユニットと、
前記ダイクロイックミラーと前記蛍光体ユニットとの間の光路上に設けられた１／４波長板と、を有し、
前記ダイクロイックミラーは、前記反射領域で反射された青色光の中心光線の入射角度が４５°より大きくなるように配置された光源装置が提供される。

本発明の別の態様によれば、上記の光源装置と、該光源装置から出力された光を空間的に変調して画像を形成する表示素子と、前記表示素子により形成された画像を拡大投射する投射光学系と、を有するプロジェクタが提供される。

特許文献１に記載の光源装置の構成を示す模式図である。 図１に示す光源装置のダイクロイックミラーの分光透過特性を示す特性図である。 本発明の第１の実施形態による光源装置の構成を示す模式図である。 図３に示す光源装置に用いられる蛍光体ホイールの一例を示す模式図である。 図３に示す光源装置に用いられるカラーホイールの一例を示す模式図である。 図３に示す光源装置のダイクロイックミラーの分光透過特性を示す特性図である。 比較例であるダイクロイックミラーの分光透過特性を示す特性図である。 本発明の光源装置を備えるプロジェクタの一例を示す模式図である。

１ａ 光源
１ｂ コリメータレンズ
１ｃ〜１ｅ、１ｊ、１ｋ、１ｍ レンズ
１ｆ 偏光分離素子
１ｇ 拡散板
１ｈ ダイクロイックミラー
１ｉ １／４波長板
１ｌ 蛍光体ユニット
１ｎ カラーフィルターユニット

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態による光源装置の構成を示す。

図３を参照すると、光源装置１は、光源１ａ、コリメータレンズ１ｂ、レンズ１ｃ〜１ｅ、１ｊ、１ｋ、１ｍ、偏光分離素子１ｆ、拡散板１ｇ、ダイクロイックミラー１ｈ、１／４波長板１ｉ、蛍光体ユニット１ｌ及びカラーフィルターユニット１ｎを有する。

光源１ａは、青色の波長域にピーク波長を有する青色光を出力する青色レーザーダイオード（ＬＤ）よりなる。例えば、光源１ａは、６×４の行列状に配置された青色ＬＤよりなる。ただし、青色ＬＤの数は２４個に限定されない。青色ＬＤの数は、必要に応じて増減してもよい。

コリメータレンズ１ｂは、青色ＬＤ毎に設けられ、青色ＬＤより出力された青色光を平行光束に変換する。

レンズ１ｃ〜１ｅは、光源１ａからコリメータレンズ１ｂを介して入射する各青色光（入射光束）を、光束径を縮小した平行光束に変換する。出射光束の径を入射光束よりも小さくすることで、レンズ１ｃ〜１ｅ以降に配置される部材のサイズを小さくすることができる。ここでは、３つのレンズ１ｃ〜１ｅが用いられているが、レンズの数は３つに限定されない。レンズの数は、必要に応じて増減してもよい。

レンズ１ｃ〜１ｅより出射した青色光は、偏光分離素子１ｆを介してダイクロイックミラー１ｈに入射する。偏光分離素子１ｆとダイクロイックミラー１ｈの間の光路上には、拡散板１ｇが配置されている。拡散板１ｇは、偏光分離素子１ｆからの青色光を拡散する。拡散角は、例えば３°程度である。ここで、拡散角は、光束の中心を通る光線（中心光線）と光束の最も外側を通る光線とのなす角度である。

偏光分離素子１ｆは、Ｓ偏光とＰ偏光を分離する特性を有する。ここでは、偏光分離素子１ｆは、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する特性を有し、光源１ａは、その出力光（青色光）がＳ偏光で分離素子１ｆに入射するように配置されている。偏光分離素子１ｆとして、偏光板やダイクロイックミラーを用いることができる。

偏光分離素子１ｆで反射された青色光（Ｓ偏光）は、ダイクロイックミラー１ｈに入射する。ダイクロイックミラー１ｈは、Ｓ偏光で入射する光に対して、光源１ａの波長（青色光の波長）よりも長い第１の波長以上の光を透過し、第１の波長未満の光を反射する特性を有する。また、ダイクロイックミラー１ｈは、Ｐ偏光で入射する光に対して、光源１ａの波長（青色光の波長）よりも短い第２の波長以上の光を透過し、第２の波長未満の光を反射する特性を有する。このような特性を有するダイクロイックミラー１ｈは、誘電体多層膜より実現できる。

ダイクロイックミラー１ｈは、偏光分離素子１ｆからの青色光（Ｓ偏光）を蛍光体ユニット１ｌに導く。ダイクロイックミラー１ｈと蛍光体ユニット１ｌの間の光路上に、１／４波長板１ｉ及びレンズ１ｊ、１ｋが配置されている。

蛍光体ユニット１ｌは、励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体が設けた蛍光体領域と反射領域とが円周方向に順に配置された蛍光体ホイールと、蛍光体ホイールを回転する駆動部（モーター）とを有する。

図４に、蛍光体ホイールの一例を示す。図２を参照すると、蛍光体ホイールは、黄色蛍光体領域１０Ｙ、緑色蛍光体領域１０Ｇ及び反射領域１０Ｂを有する。黄色蛍光体領域１０Ｙ、緑色蛍光体領域１０Ｇ及び反射領域１０Ｂは、円周方向に並ぶように形成されている。

反射領域１０Ｂは、光源１ａからの青色光を反射する。黄色蛍光体領域１０Ｙは、励起光により励起されることで黄色の蛍光を発光する蛍光体を含む。緑色蛍光体領域１０Ｇは、励起光により励起されることで緑色の蛍光を発光する蛍光体を含む。黄色蛍光体及び緑色蛍光体はいずれも、光源１ａからの青色光で励起することができる。なお、黄色蛍光は、緑色から赤色の波長範囲の光を含む。

黄色蛍光体領域１０Ｙ、緑色蛍光体領域１０Ｇ及び反射領域１０Ｂそれぞれの円周方向における面積の割合（円周方向の分割比）は、光源装置１の出力光に含まれる黄色光、赤色光、緑色光及び青色光それぞれの光強度のバランスに応じて適宜に設定される。

ダイクロイックミラー１ｈからの青色光（Ｓ偏光）は、１／４波長板１ｉを通過して円偏光となる。レンズ１ｊ、１ｋは、１／４波長板１ｉを通過した青色光（円偏光）を蛍光体ユニット１ｌの蛍光体ホイール上に集光する。

蛍光体ホイールを回転することで、レンズ１ｋからの青色光（円偏光）が、黄色蛍光体領域１０Ｙ、緑色蛍光体領域１０Ｇ及び反射領域１０Ｂに順次照射される。黄色蛍光体領域１０Ｙでは、青色光により励起された黄色蛍光体が黄色蛍光を発する。緑色蛍光体領域１０Ｇでは、青色光により励起された緑色蛍光体が緑色蛍光を発する。反射領域１０Ｂは、レンズ１ｋからの青色光をレンズ１ｋの方向に反射する。

黄色蛍光体領域１０Ｙからの黄色蛍光（非偏光）、緑色蛍光体領域１０Ｇからの緑色蛍光（非偏光）、及び反射領域１０Ｂからの青色光（円偏光）はそれぞれ、レンズ１ｋ、レンズ１ｊ、１／４波長板１ｉを順次通過してダイクロイックミラー１ｈに入射する。ここで、反射領域１０Ｂからの青色光（円偏光）は、１／４波長板１ｉを通過してＰ偏光になる。この青色光（Ｐ偏光）が、ダイクロイックミラー１ｈに入射する。

１／４波長板１ｉを通過した黄色蛍光（非偏光）、緑色蛍光（非偏光）及び青色光（Ｐ偏光）は、ダイクロイックミラー１ｈを透過する。ダイクロイックミラー１ｈを透過した黄色蛍光、緑色蛍光及び青色光は、レンズ１ｍによって集光される。

カラーフィルターユニット１ｎは、カラーホイールを備える。このカラーホイールは、レンズ１ｍの焦点位置よりもレンズ１ｍ側に配置されている。

図５に、カラーホイールの一例を示す。図５を参照すると、カラーホイールは、黄色透過フィルター１１Ｙ、赤色透過フィルター１１Ｒ、緑色透過フィルター１１Ｇ及び拡散板１１Ｂを有する。黄色透過フィルター１１Ｙ、赤色透過フィルター１１Ｒ、緑色透過フィルター１１Ｇ及び拡散板１１Ｂは、円周方向に並ぶように形成されている。

黄色透過フィルター１１Ｙ及び赤色透過フィルター１１Ｒの領域は、図４に示した蛍光体ホイールの黄色蛍光体領域１０Ｙに対応し、緑色透過フィルター１１Ｇ及び拡散板１１Ｂはそれぞれ、図４に示した蛍光体ホイールの緑色蛍光体領域１０Ｇ及び反射領域１０Ｂに対応する。黄色透過フィルター１１Ｙ、赤色透過フィルター１１Ｒ、緑色透過フィルター１１Ｇ及び拡散板１１Ｂの円周方向における面積の割合は、図４に示した蛍光体ホイールのそれぞれ対応する領域の割合と同じである。

なお、黄色透過フィルター１１Ｙ及び赤色透過フィルター１１Ｒの円周方向における面積の割合は、光源装置１の出力光に含まれる黄色光、赤色光、緑色光及び青色光それぞれの光強度のバランスに応じて適宜に設定される。

カラーフィルターユニット１ｎと蛍光体ユニット１ｌは、互いに同期して回転するように構成されている。黄色蛍光体領域１０Ｙからの黄色蛍光は黄色成分の光及び赤色成分の光を含み、黄色成分の光は黄色透過フィルター１１を透過し、赤色成分の光は赤色透過フィルター１１Ｒを透過する。

緑色蛍光体領域１０Ｇからの緑色蛍光は、緑色透過フィルター１１Ｇを透過する。反射領域１０Ｂからの青色光は、拡散板１１Ｂを通過する。拡散板１１Ｂからは青色光の拡散光が出射される。拡散角は、例えば１０°程度であるが、必要に応じて適宜に変更することができる。

カラーフィルターユニット１ｎを通過した黄色光、赤色光、緑色光及び青色光が、光源装置１の出力光である。

本実施形態では、ダイクロイックミラー１ｈの入射角依存性を利用し、反射領域１０Ｂからの青色光の中心光線の入射角θが４５°より大きくなるようダイクロイックミラー１ｈを配置することで、Ｓ偏光とＰ偏光との分離が可能な波長域を広げている。例えば、ダイクロイックミラー１ｈは、入射角θが５５°になるように配置されている。これにより、個体差や温度依存性によるＬＤの発光波長のばらつきの影響を抑制する。なお、入射角は、入射光線と入射点に立てた法線とのなす角度である。

図６に、反射領域１０Ｂからの青色光の中心光線の入射角θが５５°の場合のダイクロイックミラー１ｈの分光透過特性を示す。図６において、縦軸は透過率を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示す。破線はＰ偏光の光に対する特性を示し、実線はＳ偏光の光に対する特性を示す。

なお、反射領域１０Ｂからの青色光は拡散光であり、その拡散角は３°である。このため、中心光線の入射角θが５５°の場合、ダイクロイックミラー１ｈに入射する青色拡散光の入射角範囲は５２°〜５８°である。図６では、５２°、５５°、５８°のそれぞれの入射角についての特性が示されている。

カットオフ波長を透過率が５０％になる波長と定義する。入射角５５°の特性において、Ｐ偏光の光に対するカットオフ波長は４２９ｎｍであり、Ｓ偏光の光に対するカットオフ波長は４７０ｎｍである。この場合、ダイクロイックミラー１ｈは、波長が４２９ｎｍ以上のＰ偏光の光を概ね透過し、波長が４２９ｎｍより短いＰ偏光の光を概ね反射する。また、ダイクロイックミラー１ｈは、波長が４７０ｎｍ以上のＳ偏光の光を概ね透過し、波長が４７０ｎｍより短いＳ偏光の光を概ね反射する。

入射角５２°の特性において、Ｐ偏光の光に対するカットオフ波長は４３５ｎｍであり、Ｓ偏光の光に対するカットオフ波長は４７３ｎｍである。この場合、ダイクロイックミラー１ｈは、波長が４３５ｎｍ以上のＰ偏光の光を概ね透過し、波長が４３５ｎｍより短いＰ偏光の光を概ね反射する。また、ダイクロイックミラー１ｈは、波長が４７３ｎｍ以上のＳ偏光の光を概ね透過し、波長が４７３ｎｍより短いＳ偏光の光を概ね反射する。

入射角５８°の特性において、Ｐ偏光の光に対するカットオフ波長は４２３ｎｍであり、Ｓ偏光の光に対するカットオフ波長は４６７ｎｍである。この場合、ダイクロイックミラー１ｈは、波長が４２３ｎｍ以上のＰ偏光の光を概ね透過し、波長が４２３ｎｍより短いＰ偏光の光を概ね反射する。また、ダイクロイックミラー１ｈは、波長が４６７ｎｍ以上のＳ偏光の光を概ね透過し、波長が４６７ｎｍより短いＳ偏光の光を概ね反射する。

図６に示す分光透過特性によれば、入射角５２°の特性におけるＰ偏光のカットオフ波長４３５ｎｍから入射角５８°の特性におけるＳ偏光のカットオフ波長４６７ｎｍまでの波長域において、青色拡散光に対するＳ偏光とＰ偏光の分離を確実に行うことができる。すなわち、偏光分離可能な波長域は４３５ｎｍ〜４６７ｎｍであり、その上限と下限の差は３２ｎｍである。これは、ＬＤの発光波長のばらつき範囲の上限と下限の差である３０ｎｍよりも広い。よって、ＬＤの発光スペクトルのピーク波長が偏光分離可能な波長域の中心の波長付近になるように設計すれば、ＬＤの発光波長のばらつきによる影響を抑制することができる。

例えば、発光スペクトルのピーク波長が４５０ｎｍとなるように設計したＬＤにおける発光波長のバラつき範囲は、４３５ｎｍ〜４６５ｎｍ程度であり、偏光分離可能な波長域内である。よって、ＬＤの発光波長のばらつきによる影響を抑制することができる。

図７に、比較例として、中心光線の入射角が４５°の場合のダイクロイックミラーの分光透過特性を示す。図７において、縦軸は透過率を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示す。破線はＰ偏光の光に対する特性を示し、実線はＳ偏光の光に対する特性を示す。図６と同様、拡散角３°の青色拡散光がダイクロイックミラーに入射する。青色拡散光の入射角範囲は４２°〜４８°である。図７では、４２°、４５°、４８°のそれぞれの入射角についての特性が示されている。

入射角４５°の特性において、Ｐ偏光の光に対するカットオフ波長は４３７ｎｍであり、Ｓ偏光の光に対するカットオフ波長は４６５ｎｍである。この場合、ダイクロイックミラーは、波長が４３７ｎｍ以上のＰ偏光の光を概ね透過し、波長が４３７ｎｍより短いＰ偏光の光を概ね反射する。また、ダイクロイックミラーは、波長が４６５ｎｍ以上のＳ偏光の光を概ね透過し、波長が４６５ｎｍより短いＳ偏光の光を概ね反射する。

入射角４２°の特性において、Ｐ偏光の光に対するカットオフ波長は４４３ｎｍであり、Ｓ偏光の光に対するカットオフ波長は４６８ｎｍである。この場合、ダイクロイックミラーは、波長が４４３ｎｍ以上のＰ偏光の光を概ね透過し、波長が４４３ｎｍより短いＰ偏光の光を概ね反射する。また、ダイクロイックミラーは、波長が４６８ｎｍ以上のＳ偏光の光を概ね透過し、波長が４６８ｎｍより短いＳ偏光の光を概ね反射する。

入射角４８°の特性において、Ｐ偏光の光に対するカットオフ波長は４３１ｎｍであり、Ｓ偏光の光に対するカットオフ波長は４６２ｎｍである。この場合、ダイクロイックミラーは、波長が４３１ｎｍ以上のＰ偏光の光を概ね透過し、波長が４３１ｎｍより短いＰ偏光の光を概ね反射する。また、ダイクロイックミラーは、波長が４６２ｎｍ以上のＳ偏光の光を概ね透過し、波長が４６２ｎｍより短いＳ偏光の光を概ね反射する。

図７に示す比較例の分光透過特性によれば、入射角４２°の特性におけるＰ偏光のカットオフ波長４４３ｎｍから入射角４８°の特性におけるＳ偏光のカットオフ波長４６２ｎｍまでの波長域において、青色拡散光をＳ偏光とＰ偏光の分離を行うことができる。しかし、この偏光分離可能な波長域４４３ｎｍ〜４６２ｎｍの上限と下限の差は１９ｎｍである。これは、ＬＤの発光波長のばらつき範囲の上限と下限の差である３０ｎｍよりも狭い。よって、ＬＤの発光波長のばらつきによる影響を受ける。

上記のように、本実施形態では、反射領域１０Ｂからの青色光の中心光線の入射角θが４５°より大きい角度、具体的には、５５°になるようダイクロイックミラー１ｈを配置することで、ＬＤの発光波長のばらつきによる影響を抑制することができる。

ただし、ダイクロイックミラー１ｈの透過率は入射角θの増大に伴って低下する。例えば、図７に示した分光透過特性では、偏光分離可能な波長域におけるＰ偏光の透過率は略１００％であるのに対して、図６に示した分光透過特性では、偏光分離可能な波長域におけるＰ偏光の透過率は９５％である。このため、反射領域１０Ｂからの青色光（Ｐ偏光）の一部はダイクロイックミラー１ｈによって反射される。

ダイクロイックミラー１ｈで反射された青色光（Ｐ偏光）が光源１ａまで戻ってしまうと、ＬＤの発振動作が不安定になり、ＬＤの出力が低下する。特に、反射領域１０Ｂと光源１ａ（ＬＤの発光点）が結像関係にある場合は、反射領域１０Ｂからの青色光が光源１ａの発光点へ戻るため、ＬＤの出力低下の問題はより顕著なものとなる。

本実施形態では、ダイクロイックミラー１ｈから光源１ａ側に戻る青色光を除去するために、ダイクロイックミラー１ｈと光源１ａの間の光路上に偏光分離素子１ｆが配置されている。ダイクロイックミラー１ｈで反射された青色光（Ｐ偏光）は、偏光分離素子１ｆを透過する。偏光分離素子１ｆを透過した青色光（Ｐ偏光）は、光源１ａの方向とは異なる方向に進み、光源１ａの発光点へは戻らない。よって、ＬＤの発振動作が不安定になることはない。

以上のように、本実施形態の光源装置によれば、個体差や温度依存性によるＬＤの発光波長のばらつきの影響を抑制し、かつ、戻り光による光源の出力低下を防止することができる。

なお、反射領域１０Ｂからの青色光の中心光線の入射角θは５５°に限定されない。入射角θが４５°より大きければ、Ｓ偏光とＰ偏光との分離が可能な波長域を広げることができ、その結果、個体差や温度依存性によるＬＤの発光波長のばらつきの影響を抑制することができる。

ただし、入射角θが４５°より大きく、５５°未満の場合は、ダイクロイックミラー１ｈの偏光分離が可能な波長域の一部がＬＤの発光波長のばらつきの範囲と重なる場合がある。

例えば、偏光分離が可能な波長域の上限側がＬＤの発光波長のばらつきの範囲と重なった場合は、光源１ａとして使用するＬＤによっては、ＬＤからの励起光（Ｓ偏光）の一部がダイクロイックミラー１ｈを透過してしまい、その結果、蛍光体ユニット１ｌに照射される励起光の強度が低下する。この場合、カラーフィルターユニット１ｎから出射した黄色光、赤色光、緑色光及び青色光の全ての光強度が低下する。

一方、偏光分離が可能な波長域の下限側がＬＤの発光波長のばらつきの範囲と重なった場合は、光源１ａとして使用するＬＤによっては、蛍光体ユニット１ｌの反射領域１０Ｂからの青色光（Ｐ偏光）の一部がダイクロイックミラー１ｈによって光源１ａ側に反射される。この場合、カラーフィルターユニット１ｎから出射した黄色光、赤色光、緑色光及び青色光のうち、青色光の光強度が低下する。この場合の投射画像の輝度への影響は、上記の偏光分離が可能な波長域の上限側がＬＤの発光波長のばらつきの範囲と重なった場合のそれよりも十分に小さい。

したがって、入射角θが４５°より大きく、５５°未満の場合は、偏光分離が可能な波長域の上限の波長がＬＤの発光波長のばらつきの範囲の上限の波長よりも長くなるように設定することが望ましい。

より望ましくは、偏光分離が可能な波長域の上限の波長がＬＤの発光波長のばらつきの範囲の上限の波長よりも長く、かつ、偏光分離が可能な波長域の下限の波長がＬＤの発光波長のばらつきの範囲の下限の波長よりも短くなるように設定する。例えば、ＬＤの発光波長のばらつきの範囲の上限と下限の差は３０ｎｍであるので、Ｓ偏光の分光透過特性のカットオフ波長とＰ偏光の分光透過特性のカットオフ波長の差が少なくとも３０ｎｍになるように設定する。これにより、ＬＤの発光波長のばらつきの影響を確実に抑制することができる。

また、入射角θの増大は、ダイクロイックミラー１ｈの偏光分離可能な波長域におけるＰ偏光の透過率が低下し、光源装置１の出力光強度が低下する場合がある。加えて、入射角θの増大は、ダイクロイックミラー１ｈの大型化やコスト増大、光源装置の大型化を招く場合もある。

具体的に説明すると、光源１ａからの青色光や蛍光体ホイールからの蛍光及び青色光はいずれも平行光束としてダイクロイックミラー１ｈに入射する。この場合、入射角θが増大すると、ダイクロイックミラー１ｈの光入射領域が広がる。光入射領域が広がると、ダイクロイックミラー１ｈのサイズを大きくする必要があり、ダイクロイックミラー１ｈ自体のコストが増大する。

また、ダイクロイックミラー１ｈのサイズが大きくなると、１／４波長板１ｉとレンズ１ｍの間隔を大きくする必要があり、その結果、光源装置１の大型化を招く。

さらに、蛍光体ホイールからの青色光の光軸とダイクロイックミラー１ｈとのなす角度が小さいほど、１／４波長板１ｉとレンズ１ｍの間隔は大きくなる。入射角θが増大すると、蛍光体ホイールからの青色光の光軸とダイクロイックミラー１ｈとのなす角度が小さくなるため、１／４波長板１ｉとレンズ１ｍの間隔が大きくなり、その結果、光源装置１の大型化を招く。

上記各問題を考慮すると、入射角θは５０°〜６０°の範囲に設定することが望ましい。

また、拡散角が３°拡散板１ｇを用いた場合は、入射角θは５５°に設定することが望ましい。この場合は、ＬＤの発光波長のばらつきの影響を確実に抑制することができ、かつ、ダイクロイックミラー１ｈの大型化やコスト増大及び光源装置の大型化やコスト増大を抑制することができる。

（プロジェクタ）
図８に、図３に示した光源装置１を備えるプロジェクタの構成を示す。

図８を参照すると、プロジェクタは、光源装置１、照明光学系２、投射光学系３及び表示素子４を有する。

照明光学系２は、光源装置１の出力光を表示素子４に導くとともに、矩形かつ均一な光を表示素子４に供給する。照明光学系２は、ライトトンネル２ａ、レンズ２ｂ、２ｃ、２ｅ及びミラー２ｄを有する。

ライトトンネル２ａは、直方体形状のものであって、光源装置１の出力光が一方の端部より内部に入射し、入射した光が内部を伝搬して他方の端部より出射される。ライトトンネル２ａの一方の端部の面（入射面）は、図３に示した光源装置１のレンズ１ｍの焦点位置に配置されている。蛍光体ユニット１ｌの蛍光体ホイールの照射面とライトトンネル２ａの入射面とは結像関係にある。

ライトトンネル２ａの他方の端部より出射した光は、レンズ２ｂ、２ｃ、ミラー２ｄ及びレンズ２ｅを介して表示素子４に照射される。レンズ２ｂ、２ｃ、２ｅは集光レンズである。

表示素子４は、映像信号に応じて照明光学系２からの光束を空間的に変調して画像を形成する。表示素子４は、例えば、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。ＤＭＤは、複数の微小ミラーを有し、各微小ミラーは、駆動電圧に応じて角度が変化するように構成されており、オン状態を示す駆動電圧が供給された場合とオフ状態を示す駆動電圧が供給された場合とで反射角度が異なる。映像信号に応じて各微小ミラーをオンオフ制御することで、入射光束を空間的に変調して画像を形成する。なお、表示素子４として、ＤＭＤの他、液晶パネルなどを用いることもできる。

投射光学系３は、表示素子４に形成された画像を投射面上に拡大投射する。投射面は、スクリーンや壁など、画像を投射できるものであればよい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態の光源装置について説明する。

本実施形態の光源装置は、図３に示した光源装置１において、Ｓ偏光及びＰ偏光の関係が逆になるように構成したものである。具体的には、図３において、偏光分離素子１ｆ、拡散板１ｇ、ダイクロイックミラー１ｈ、レンズ１ｍ及びカラーフィルターユニット１ｎはそのままの配置とする。光源１ａ、コリメータレンズ１ｂ及びレンズ１ｃ〜１ｅを、偏光分離素子１ｆの拡散板１ｇ側とは反対側に配置する。１／４波長板１、レンズ１ｊ、１ｋ及び蛍光体ユニット１ｌを、ダイクロイックミラー１ｈの偏光分離素子１ｆ側とは反対側に配置する。

偏光分離素子１ｆは、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する特性を有する。光源１ａは、その出力光がＰ偏光として偏光分離素子１ｆに入射するように配置されている。

光源１ａからの青色光（Ｐ偏光）は、コリメータレンズ１ｂ及びレンズ１ｃ〜１ｅを介して偏光分離素子１ｆに入射する。青色光（Ｐ偏光）は、偏光分離素子１ｆを透過し、拡散板１ｇを介してダイクロイックミラー１ｈに入射する。

ダイクロイックミラー１ｈは、Ｐ偏光で入射する光に対して、青色光の波長より長い第１の波長以下の光を透過し、第１の波長より長い波長の光を反射する第１の特性を有する。また、ダイクロイックミラー１ｈは、Ｓ偏光で入射する光に対して、青色光の波長より短い第２の波長以下の光を透過し、該第２の波長より長い波長の光を反射する第２の特性を有する。ここで、第１の波長は第１の特性のカットオフ波長であり、第２の波長は第２の特性のカットオフ波長である。このような特性を有するダイクロイックミラー１ｈは、誘電体多層膜より実現できる。

偏光分離素子１ｆからの青色光（Ｐ偏光）は、ダイクロイックミラー１ｈを透過し、１／４波長板１ｉ及びレンズ１ｊ、１ｋを介して蛍光体ユニット１ｌに照射される。青色光（Ｐ偏光）は、１／４波長板１ｉを通過すると円偏光となる。青色光（円偏光）が、黄色蛍光体領域１０Ｙ、緑色蛍光体領域１０Ｇ及び反射領域１０Ｂに順次照射される。

黄色蛍光体領域１０Ｙでは、青色光により励起された黄色蛍光体が黄色蛍光を発する。緑色蛍光体領域１０Ｇでは、青色光により励起された緑色蛍光体が緑色蛍光を発する。反射領域１０Ｂは、レンズ１ｋからの青色光をレンズ１ｋの方向に反射する。

黄色蛍光体領域１０Ｙからの黄色蛍光（非偏光）、緑色蛍光体領域１０Ｇからの緑色蛍光（非偏光）、及び反射領域１０Ｂからの青色光（円偏光）はそれぞれ、レンズ１ｋ、レンズ１ｊ、１／４波長板１ｉを順次通過してダイクロイックミラー１ｈに入射する。ここで、反射領域１０Ｂからの青色光（円偏光）は、１／４波長板１ｉを通過してＳ偏光になる。この青色光（Ｓ偏光）が、ダイクロイックミラー１ｈに入射する。

１／４波長板１ｉを通過した黄色蛍光（非偏光）、緑色蛍光（非偏光）及び青色光（Ｐ偏光）は、ダイクロイックミラー１ｈで反射される。ダイクロイックミラー１ｈで反射された黄色蛍光、緑色蛍光及び青色光は、レンズ１ｍを介してカラーフィルターユニット１ｎのカラーホールに入射する。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、ダイクロイックミラー１ｈは、反射領域１０Ｂからの青色光の中心光線の入射角が４５°より大きくなるように配置され、ダイクロイックミラー１ｈから光源１ａ側に戻る青色光（Ｓ偏光）は偏光分離素子１ｆによって除去される。これにより、第１の実施形態と同様の作用効果を得る。

本実施形態においても、第１の実施形態で説明した変形や望ましい入射角の範囲を適用することができる。

また、本実施形態の光源装置は、図８に示したプロジェクタに適用することができる。具体的には、図８に示したプロジェクタにおいて、光源装置１を本実施形態の光源装置に置き換える。

以上説明した各実施形態の光源装置及びプロジェクタは本発明の一例であり、その構成や動作は適宜に変更することができる。

例えば、第１の実施形態において、カラーフィルターユニット１ｎを削除し、図４に示した蛍光体ユニット１ｌの蛍光体ホイールにおいて、反射領域１０Ｂ上に拡散層を設け、黄色蛍光体領域１０Ｙの一部または全部を赤色蛍光体領域で置き換えてもよい。この変形は、第２の実施形態にも適用することができる。

また、本発明は、以下の付記１〜９のような形態をとり得るが、これら形態に限定されない。
［付記１］
青色の波長域にピーク波長を有する青色光を出力する光源と、
第１の直線偏光を反射又は透過させるために設けられ、前記青色光の前記第１の直線偏光を反射又は透過させる偏光分離素子と、
前記第１の直線偏光を反射又は透過させるために設けられ、前記偏光分離素子からの反射光又は透過光を反射又は透過させるダイクロイックミラーと、
蛍光体が設けられた蛍光体領域と入射光を反射する反射領域とを備え、前記ダイクロイックミラーからの反射光又は透過光が前記蛍光体領域及び反射領域に順次照射されるように可動する蛍光体ユニットと、
前記ダイクロイックミラーと前記蛍光体ユニットとの間の光路上に設けられた１／４波長板と、を有し、
前記ダイクロイックミラーは、前記反射領域で反射された青色光の中心光線の入射角度が４５°より大きくなるように配置された光源装置。
［付記２］
前記ダイクロイックミラーは、前記第１の直線偏光の光に対して、前記青色光の波長より長い第１の波長以上の光を透過し、前記第１の波長未満の光を反射する第１の特性と、前記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光の光に対して、前記青色光の波長より短い第２の波長以上の光を透過し、該第２の波長未満の光を反射する第２の特性を備え、前記反射領域から前記１／４波長板を介して入射する前記第２の直線偏光の一部を前記偏光分離素子側へ反射し、
前記偏光分離素子は、前記第１の直線偏光を反射し、前記第２の直線偏光を透過する特性を備え、前記ダイクロイックミラーからの前記第２の直線偏光を透過させる、付記１に記載の光源装置。
［付記３］
前記ダイクロイックミラーは、前記第１の波長と前記第２の波長との差が３０ｎｍより大きくなるように構成されている、付記２に記載の光源装置。
［付記４］
前記ダイクロイックミラーは、前記第１の直線偏光の光に対して、前記青色光の波長より長い第１の波長以下の光を透過し、前記第１の波長より長い光を反射する第１の特性と、前記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光の光に対して、前記青色光の波長より短い第２の波長以下の光を透過し、該第２の波長より長い波長の光を反射する第２の特性を備え、前記反射領域から前記１／４波長板を介して入射する前記第２の直線偏光の一部を前記偏光分離素子側へ透過させ、
前記偏光分離素子は、前記第１の直線偏光を透過し、前記第２の直線偏光を反射する特性を備え、前記ダイクロイックミラーからの前記第２の直線偏光を反射させる、付記１に記載の光源装置。
［付記５］
前記ダイクロイックミラーは、前記第１の波長と前記第２の波長との差が３０ｎｍより大きくなるように構成されている、付記４に記載の光源装置。
［付記６］
前記ダイクロイックミラーは、前記青色光の中心光線の入射角度が５０°〜６０°になるように配置されている、付記１から５のいずれか１つに記載の光源装置。
［付記７］
前記ダイクロイックミラーと前記偏光分離素子との間の光路上に設けられ、入射光を拡散する拡散板を、さらに有し、
前記拡散板の拡散角が３°であり、前記ダイクロイックミラーは、前記青色光の中心光線の入射角度が５５°になるように配置されている、付記１から６のいずれか１つに記載の光源装置。
［付記８］
黄色透過フィルター、赤色透過フィルター、緑色透過フィルター及び拡散領域を有し、前記蛍光体ユニットからの光が前記ダイクロイックミラーを介して前記黄色透過フィルター、赤色透過フィルター、緑色透過フィルター及び拡散領域に順次入射するように可動するカラーフィルターユニットを、さらに有し、
前記蛍光体領域は、黄色蛍光を発する蛍光体が設けられた黄色蛍光体領域と、緑色蛍光を発する蛍光体が設けられた緑色蛍光体領域と、を有し、
前記黄色蛍光体領域からの前記黄色蛍光が前記黄色透過フィルター及び赤色透過フィルターに順次入射し、前記緑色蛍光体領域からの緑色蛍光が前記緑色透過フィルターに入射し、前記反射領域からの青色光が前記拡散領域に入射する、付記１から７のいずれか１つに記載の光源装置。
［付記９］
付記１から８のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出力された光を空間的に変調して画像を形成する表示素子と、
前記表示素子により形成された画像を拡大投射する投射光学系と、を有するプロジェクタ。

Claims (9)

1. 青色の波長域にピーク波長を有する青色光を出力する光源と、
   第１の直線偏光を反射又は透過させるために設けられ、前記青色光の前記第１の直線偏光を反射又は透過させる偏光分離素子と、
   前記第１の直線偏光を反射又は透過させるために設けられ、前記偏光分離素子からの反射光又は透過光を反射又は透過させるダイクロイックミラーと、
   蛍光体が設けられた蛍光体領域と入射光を反射する反射領域とを備え、前記ダイクロイックミラーからの反射光又は透過光が前記蛍光体領域及び反射領域に順次照射されるように可動する蛍光体ユニットと、
   前記ダイクロイックミラーと前記蛍光体ユニットとの間の光路上に設けられた１／４波長板と、を有し、
   前記ダイクロイックミラーは、前記反射領域で反射された青色光の中心光線の入射角度が４５°より大きくなるように配置された光源装置。
2. 前記ダイクロイックミラーは、前記第１の直線偏光の光に対して、前記青色光の波長より長い第１の波長以上の光を透過し、前記第１の波長未満の光を反射する第１の特性と、前記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光の光に対して、前記青色光の波長より短い第２の波長以上の光を透過し、該第２の波長未満の光を反射する第２の特性を備え、前記反射領域から前記１／４波長板を介して入射する前記第２の直線偏光の一部を前記偏光分離素子側へ反射し、
   前記偏光分離素子は、前記第１の直線偏光を反射し、前記第２の直線偏光を透過する特性を備え、前記ダイクロイックミラーからの前記第２の直線偏光を透過させる、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記ダイクロイックミラーは、前記第１の波長と前記第２の波長との差が３０ｎｍより大きくなるように構成されている、請求項２に記載の光源装置。
4. 前記ダイクロイックミラーは、前記第１の直線偏光の光に対して、前記青色光の波長より長い第１の波長以下の光を透過し、前記第１の波長より長い光を反射する第１の特性と、前記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光の光に対して、前記青色光の波長より短い第２の波長以下の光を透過し、該第２の波長より長い波長の光を反射する第２の特性を備え、前記反射領域から前記１／４波長板を介して入射する前記第２の直線偏光の一部を前記偏光分離素子側へ透過させ、
   前記偏光分離素子は、前記第１の直線偏光を透過し、前記第２の直線偏光を反射する特性を備え、前記ダイクロイックミラーからの前記第２の直線偏光を反射させる、請求項１に記載の光源装置。
5. 前記ダイクロイックミラーは、前記第１の波長と前記第２の波長との差が３０ｎｍより大きくなるように構成されている、請求項４に記載の光源装置。
6. 前記ダイクロイックミラーは、前記青色光の中心光線の入射角度が５０°〜６０°になるように配置されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記ダイクロイックミラーと前記偏光分離素子との間の光路上に設けられ、入射光を拡散する拡散板を、さらに有し、
   前記拡散板の拡散角が３°であり、前記ダイクロイックミラーは、前記青色光の中心光線の入射角度が５５°になるように配置されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 黄色透過フィルター、赤色透過フィルター、緑色透過フィルター及び拡散領域を有し、前記蛍光体ユニットからの光が前記ダイクロイックミラーを介して前記黄色透過フィルター、赤色透過フィルター、緑色透過フィルター及び拡散領域に順次入射するように可動するカラーフィルターユニットを、さらに有し、
   前記蛍光体領域は、黄色蛍光を発する蛍光体が設けられた黄色蛍光体領域と、緑色蛍光を発する蛍光体が設けられた緑色蛍光体領域と、を有し、
   前記黄色蛍光体領域からの前記黄色蛍光が前記黄色透過フィルター及び赤色透過フィルターに順次入射し、前記緑色蛍光体領域からの緑色蛍光が前記緑色透過フィルターに入射し、前記反射領域からの青色光が前記拡散領域に入射する、請求項１から７のいずれか１項に記載の光源装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の光源装置と、
   前記光源装置から出力された光を空間的に変調して画像を形成する表示素子と、
   前記表示素子により形成された画像を拡大投射する投射光学系と、を有するプロジェクタ。

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