JP6255680B2

JP6255680B2 - 照明光源装置とこれを用いた投射装置

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Publication number: JP6255680B2
Application number: JP2013048976A
Authority: JP
Inventors: 藤田　和弘; 和弘藤田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: JP2014174442A

Description

この発明は、励起光を発光する励起光源を有する照明光源装置と、この照明光源装置を備えた投射装置とに関する。

従来から、励起光を蛍光体に照射してこの蛍光体から蛍光光を発光させ、この蛍光光をプロジェクタの投影光として使用するプロジェクタが知られている（特許文献１参照）。

かかるプロジェクタは、青色光を発光する第１光源と、この第１光源からの青色光が照射されると緑色光を発光する蛍光体層とその青色光を拡散透過する拡散層とを設けた蛍光ホイールと、赤色光を発光する第２光源と、青色光及び緑色光を透過し赤色光を反射させるダイクロイックミラーと、蛍光ホイールを回転させるモータなどとを備えている。

モータにより蛍光ホイールを回転させるとともに、第１光源から発光した青色光を蛍光ホイールの蛍光体層に照射させてこの蛍光体層から緑色光を発光させ、この緑色光をダイクロイックミラーを透過して導光装置へ導入される。

蛍光ホイールの回転により、第１光源から発光した青色光が蛍光体層から拡散層へ照射位置が移動すると、その青色光は拡散層を透過してダイクロイックミラーに達しここを透過して導光装置へ導入される。

さらに、蛍光ホイールの回転により、青色光の照射位置が拡散層を外れる際には、第１光源が消灯されるとともに第２光源が点灯され、第２光源から赤色光が発光され、この赤色光がダイクロイックミラーで反射されて導光装置へ導入される。
このようにして、緑色光と青色光と赤色光とが順番に導光装置へ導入されていき、プロジェクタの表示素子であるＤＭＤの光の時分割表示により、スクリーンにカラー画像が生成される。

このようなプロジェクタでは、第１光源から発光される青色光を励起光として使用するものであり、この励起光によって蛍光体層から高出力の緑色光を得ることができる。

しかし、蛍光体の特性上から、励起光のパワーを所定以上に上げても、そのパワーに応じて蛍光体から発光する蛍光光のパワーを上げることができないという問題があった。

この発明の目的は、励起光のパワーを所定以上に上げても、そのパワーに応じて蛍光体から発光する蛍光光のパワーを上げることのできる照明光源装置と、この照明光源装置を備えた投射装置を提供することにある。

請求項１の発明は、所定波長の励起光を発光する励起光源と、
この励起光源が発光した励起光を受光して前記所定波長とは異なる波長の光を一色のみ発光する一色の波長変換部材と、
前記励起光源と前記一色の波長変換部材との間に配置されるとともに、前記励起光の光路を少なくとも２つの第１光路と第２光路とに分岐させる光路分岐手段とを備え、
前記励起光源から発光された励起光のうち、前記光路分岐手段によって分岐された第１光路を通る第１励起光と、第２光路を通る第２励起光とが共に、同じ前記一色の波長変換部材内で、シフトした位置にスポットを形成し、
前記波長変換部材は、回転移動する円形基板に所定の幅を有してリング状に形成されていて、前記シフトした位置に形成するスポットの前記シフトの方向を該波長変換部材のリングの幅方向に対して垂直な方向に設定することを特徴とする。

この発明によれば、励起光のパワーを所定以上に上げても、そのパワーに応じて蛍光体から発光する蛍光光のパワーを上げることができる。

この発明に係る照明光源装置の原理を示す説明図である。他の例の照明光源装置の原理を示す説明図である。蛍光体上に形成されるスポット光の強度分布のグラフを示す。複屈折部材を配置した場合の蛍光体上に形成されるスポット光の強度分布のグラフを示す。この発明に係る投射装置の構成を示す光学配置図である。図４に示す投射装置に設けた照明光源装置の構成を示す光学配置図である。基板上に形成された蛍光体を示した説明図である。（Ａ）はレーザ発光ダイオードの配置を示した説明図、（Ｂ）は複屈折部材の常光線として振る舞う偏光方向と異常光線として振る舞う偏光方向とを示した説明図である。従来の合成スポット光を示した説明図である。複屈折部材を用いた場合の合成スポット光を示した説明図である。第２実施例のレーザ発光ダイオードの配列方向を示した説明図である。第３実施例のレーザ発光ダイオードの偏光方向を示した説明図である。レーザ発光ダイオードと複屈折部材の配置関係を示した説明図である。第４実施例の説明図である。レーザ発光ダイオードの偏光方向に対する複屈折部材の回転を示した説明図である。第５実施例を示した説明図である。（Ａ）は複屈折部材に対する常光線成分と異常光線成分のスポット光と、そのスポット光の偏光方向とを示した説明図、（Ｂ）は複屈折部材を反時計回りに４５度回転させた場合のスポット光と、そのスポット光の偏光方向とを示した説明図、（Ｃ）複屈折部材を反時計回りに９０度回転させた場合のスポット光と、そのスポット光の偏光方向とを示す説明図である。第６実施例を示した説明図である。

以下、この発明に係る照明光源装置とこの照明光源装置を備えて投射装置の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。

［原理］
図１にこの発明の原理を示す。図１において、１は半導体レーザ素子（励起光源）、２は半導体レーザ素子１から発光されたレーザ光を集光するカップリングレンズ、３は複屈折部材（光路分岐手段）、４は蛍光体（波長変換部材）、５は蛍光体４を設けた円板である。
半導体レーザ素子１から発光したレーザ光は、複屈折部材３を介してカップリングレンズ２により集光されて蛍光体４上にスポット光状に集光される。
カップリングレンズ２で集光されたレーザ光の光線Ｌ１は、複屈折部材３の特徴である常光線Ｌ２と異常光線Ｌ３とに分離し、屈折率の違いによりある厚みを有した平行平板を通過することで、常光線Ｌ２と異常光線Ｌ３とが一定の量だけシフトする。
つまり、レーザ光の光路を第１光路と第２光路との２つに分離することができる。ここで、第１光路をシフトしない常光線Ｌ２の光路とし、第２光路をシフトする異常光線Ｌ３として図１に示してある。
常光線Ｌ２と異常光線Ｌ３は、蛍光体４上に距離ｄだけシフトした位置にスポットを形成する。
このような複屈折部材３の作用で、光源が１つであるにも関わらず、２つのスポットを得ることできる。当然、シフトする前に一つのスポットが２つに分離されたので、照射パワーが分散されることになる。以下、第１光路を常光線Ｌ２の光路、第２光路を異常光線Ｌ３の光路として説明するが、当然その逆でもかまわない。
なお、異常光線と常光線の成分比は、無偏光の光であるＬＥＤやランプ光源であると、複屈折部材３によりほぼ５０：５０に分離するが、レーザ光のような偏光依存性のある光源は、光源の偏光方向に留意する必要がある。つまり、複屈折部材を通過する光線を常光線として扱うか、異常光線として扱うかは、レーザ光の偏光方向と、複屈折部材の結晶軸との相対関係で決まるものなので、レーザ光源の偏光方向に合わせ、複屈折部材を回転して常光線成分と異常光線成分を得るようにしなければならない。
図１では、半導体レーザ素子１は、Ｙ軸方向がＰ偏光となるように配置されている。そして、複屈折部材３は、Ｘ軸を中心として４５度回転させた方向（ＸＹ方向）が常光線として取り扱う方向に配置すると、レーザ光を同等の強度比で常光線と異常光線とに２分割することができる。
図２は、半導体レーザ素子１とカップリングレンズ２との間に複屈折部材３を配置した例を示す。この場合も、半導体レーザ素子１の偏光方向と複屈折部材３の結晶軸の方向を任意に変更することができ、図１と同様に、レーザ光を同等の強度比で常光線と異常光線とに２分割することができる。すなわち、図２に示すように、常光線Ｌ２と異常光線Ｌ３の光路をシフトさせて、蛍光体４上に距離ｄだけシフトした位置にスポットを形成することができる。
図３Ａは、複屈折部材３を配置しない場合の蛍光体４上に形成されるスポット光の強度分布のグラフＧ１を示す。
図３Ｂは、複屈折部材３を配置した場合の蛍光体４上に形成されるスポット光の強度分布のグラフＧ２,Ｇ３を示す。
図３Ａに示すように複屈折部材３を配置しない場合の蛍光体４上に形成されるスポット光の中心位置の強度を「１」とすると、図３Ｂでは、常光線と異常光線との成分比が５０：５０のとき、２つに分離したスポット光の強度分布の中心位置の強度は１/２となる。この２つの分離したスポット光の強度分布は、互いに距離ｄだけシフトして分離したグラフＧ２,Ｇ３となる。
蛍光体４上には、２つの分離したスポット光が照射されるので、その２つのスポット光を合成した強さの光が照射されることになり、その強度分布を示すグラフＧ４はグラフＧ２＋Ｇ３となり、その最大強度は１/２となる。ここでは、シフトした距離ｄは、スポット光の強度が１/２となるスポット光の径と同一にした場合のグラフＧ２〜Ｇ４を示すが、ピークの９０％の強度となる僅かなシフト量でも最大強度を低下させる効果がある。
また、半導体レーザ素子１などの点光源を用いる場合、蛍光体４上でスポット光の径を小さく絞れるため、複屈折部材３による照射パワー密度の低減効果が高くなる。
一般的に、複屈折部材３の常光線の屈折率をｎo、異常光線の屈折率をｎe、複屈折部材３の板厚をｔとすると、偏光光の光線は、以下の式で表せるシフト量ｄだけ光軸が分離する。

ｄ＝（ｎe^２−ｎo^２）/（ｎe^２＋ｎo^２）×ｔ
複屈折材料としては、方解石、水晶、サファイなどが上げられるが、透過率や所望のシフト量を得るための厚みなどを考慮して選定される。
例えば、代表的な複屈折材料として水晶を例に取ると、波長４４２nmで、常光線の屈折率ｎo＝１.５５３２４、異常光線の屈折率ｎe＝１.５６２６６であるので、シフト量を０.１mmほど得るためには、複屈折部材３の厚さｔは、ｔ＝１７mmとすればよい。
高い複屈折特性を持つ材料として方解石が好適である。この方解石は、同じ４５０nm近辺の波長で、常光線の屈折率ｎo＝１.６７、異常光線の屈折率ｎe＝１.４８５とそれらの差が大きく、大きなシフト量が得られるので、０.１mmほどのシフト量を得るには、複屈折部材３の厚さは０.８５mmほどで十分である。また、シフト量を０.５mmほど必要とする場合は、複屈折部材３の厚さを４.３mmにすればよい。
光路分岐手段として複屈折部材を例にとって説明したが、液晶素子でもかまわないし、同時に光路を２分する機能を有していればどのような部材であってもよい。
［第１実施例］
図４に示す投射装置１０は、緑色蛍光を発光する照明光源装置２０と、青色光を発光する青光源装置４０と、赤色光を発光する赤光源装置５０と、画像形成素子（ＤＭＤ）６０と、照明光源装置２０の緑色光や青光源装置４０の青色光や赤光源装置５０の赤色光を集光して画像形成素子６０を照明する照明光学系７０と、画像形成素子６０で反射される反射光を図示しないスクリーンに向けて拡大投射する投射光学系８０と、制御装置９０などとを備えている。

制御装置９０は、画像入力インターフェース９１を介して画像情報出力装置９２から入力される画像情報に基づいて、画像形成素子６０や照明光源装置２０,青光源装置４０,赤光源装置５０の各光源駆動装置３５,４１,５１を制御する。

画像形成素子６０は、画像情報に応じて画素単位で光のオン・オフ制御を行って時分割でＲＧＢ成分毎の色画像を形成し、この色画像の色のみの光を投射光学系８０へ反射させるようになっている。
［照明光源装置］
照明光源装置２０は、図５に示すように、ホルダー２１に位置決めされて取り付けられている９個の励起光源であるレーザ発光ダイオード（半導体レーザ素子）２２Ｎ１〜２２Ｎ９と（図６の（Ａ）参照）、各レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の前に配置されたカップリングレンズ２３Ｒ１〜２３Ｒ９と、集光レンズ２４と、複屈折部材（光路分岐手段）２５と、青色光を透過し緑色光を反射するダイクロイックミラー２６と、蛍光装置３０とを有している。

図５において、２７はヒートシンク、２８はカップリングレンズ２３Ｒ１〜２３Ｒ９を位置決め保持するレンズホルダーである。

レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９は、図６の（Ａ）に示すように３列３行のマトリックス状に配置され、４５０nmの近辺の青色の波長のレーザ光（励起光）を発生する。また、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９から発光するレーザ光の偏光方向は左右方向（Ｘ方向）に対して４５度傾いた矢印方向となるように、各レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９は配置されている。

複屈折部材２５は、図６の（Ｂ）に示すように、入射光線が分離して常光線として振る舞う偏光方向をＹ方向、その分離した他方の光線が異常光線として振る舞う偏光方向をＸ方向となるように、結晶軸を選定して配置されている。この複屈折部材２５のＹ方向に対して、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の偏光方向は４５度となっている。

集光レンズ２４は、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９から発光されたレーザ光を後述する蛍光体３２上に集光させるものである。
［蛍光装置］
蛍光装置３０は、図５に示すように、モータＭによって回転移動する円形の基板３１と、この基板３１上に設けられた蛍光体（波長変換部材）３２とを有している。モータＭは制御装置９０によって制御されるようになっている。
蛍光体３２は、図５Ａに示すように所定の幅Ｗを有するリング状に形成され、青色光が照射されると緑色の蛍光を発光する。また、蛍光体３２は集光レンズ２４の焦点距離の近辺位置に配置さている。
［青光源装置］
青光源装置４０は、図４に示すように、青色光を発光する発光ダイオード４２と、発光ダイオード４２から発光された青色光を集光する集光レンズ４３と、青色光を反射し緑色光を透過するダイクロイックミラー４４とを有している。４１は発光ダイオード４２を駆動させる光源駆動装置である。
［赤光源装置］
赤光源装置５０は、赤色光を発光する発光ダイオード５２と、発光ダイオード５２から発光された赤色光を集光する集光レンズ５３と、赤色光を反射し青色光及び緑色光を透過するダイクロイックミラー５４とを有している。５１は発光ダイオード４２を駆動させる光源駆動装置である。
［照明光学系］
照明光学系７０は、集光レンズ７１と、この集光レンズ７１によって導入される緑色光や青色光や赤色光を内面多重反射により均一な照明光にするライトトンネル７２と、このライトトンネル７２から射出される照明光を集光する集光レンズ７３と、集光レンズ７３によって集光された照明光を反射させて画像形成素子６０を照明するミラー７４,７５とを有している。
［動作］
次に、上記のように構成される投射装置１０の動作について説明する。

制御装置９０は、蛍光装置３０のモータＭを駆動させて基板３１を回転させていく。また、光源駆動装置３５を動作させて照明光源装置２０のレーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９を駆動し、各レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９から励起光としての青色レーザ光が発光される。この青色レーザ光はカップリングレンズ２３Ｒ１〜２３Ｒ９及び集光レンズ２４により集光されて、複屈折部材２５及びダイクロイックミラー２６を介して蛍光装置３０の基板３１の蛍光体３２上にスポット状に集光される。

図７には、複屈折部材２５がない場合の蛍光体３２上に形成されるスポット光Ｐ１〜Ｐ９を示す。図７に示すように、各レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９から発光された青色レーザ光は一点に集光されない。これは、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９やカップリングレンズ２３Ｒ１〜２３Ｒ９の組み付けのバラツキなどにより、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の数だけのスポット光Ｐ１〜Ｐ９が離散的に形成される。

離散的に形成されたスポット光Ｐ１〜Ｐ９の集合体を合成スポットＳＰと定義し、この合成スポットＳＰのサイズを、各スポット光Ｐ１〜Ｐ９が離散的に照射されるエリアの最大領域を示すサイズとする。

簡単のために、合成スポットＳＰのサイズは各スポット光Ｐ１〜Ｐ９が内接する最小の円と定義すると、この円の内部すなわち合成スポットＳＰの内部には、照射されない領域や照射されるが照射パワーの強度が小さい領域が存在する。この照射パワーの強度が小さい領域や照射されない領域を少しでも減らすことにより、蛍光の発光効率を向上させることができる。

ところで、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９のＦＦＰは数μmであるので、点光源としてみなしてもよい。この点光源が蛍光体３２上に形成されようにレーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９やカップリングレンズ２３Ｒ１〜２３Ｒ９の配置位置などを設計する。設計にもよるが、点光源の大きさは、一般的には蛍光体３２上に０.数mmから１mm、大きくても３mm程度の大きさである。

しかしながら、９個のレーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の配列精度や、カップリングレンズ２３Ｒ１〜２３Ｒ９との相対位置関係のバラツキにより、９個のスポット光Ｐ１〜Ｐ９が一点に重なることはほとんど起こり得ない。これを実際に行うとなると、数多くの調整が必要であり、その調整時間を鑑みると、その実行は避けた方がよい。

そこで、この実施例では、調整しないことを想定している。レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９とカップリングレンズ２３Ｒ１〜２３Ｒ９の位置ズレとして、スポット光は０.０５mm程度大きくなる。また、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の製造誤差による発光点位置のバラツキや、カップリングレンズ２３Ｒ１〜２３Ｒ９のサイズのバラツキやその他もろもろの誤差を積み上げると、０.１mm〜０.５mm程度のスポット光の径の大きさの誤差は起き得る。

この場合、１つのスポット光の径のバラツキは１mm以下程度と小さいが、合成スポット径は１つのスポット光の径よりも大きくなる。光学系にもよるが、数mm〜５mm程度となる。

ここで、シフト量ｄを０.５mmほど大きくしても、合成スポット径はシフト量ｄしか大きくならないので、蛍光体３２上の蛍光発光部の大きさが大きくなることによるパネル（スクリーン）への照明効率の低下はほとんど影響を受けない。

複屈折部材２５は、図６の（Ｂ）に示すように、複屈折部材２５のＹ方向に対して、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の偏光方向は４５度となっているので、各スポット光Ｐ１〜Ｐ９は、図５に示すように複屈折部材２５によって常光線（第１光路）Ｌ２と異常光線（第２光路）Ｌ３との２つに分離する。そして、図８に示すように、常光線によるスポット光（第１励起光）Ｐ１ａ〜Ｐ９ａと異常光線によるスポット光（第２励起光）Ｐ１ｂ〜Ｐ９ｂとが距離ｄだけシフトして蛍光体３２を照射する。

この蛍光体３２を照射するスポット光Ｐ１ａ〜Ｐ９ａ,Ｐ１ｂ〜Ｐ９ｂは青色光の励起光であるので、蛍光体３２の照射部分から緑色光の蛍光が発光することになる。

ところで、図７に示す合成スポットＳＰのサイズは、シフト量ｄの値に対して十分に大きいので、図８に示す合成スポットＳＰ１のサイズは、そのシフト量ｄによって合成スポットＳＰのサイズとほとんど変わらない。

すなわち、２次光源としての光源サイズを大きくすることなく、本来発光に使用されなかった照射パワーの強度の小さい領域や照射されない領域に励起光が照射されるので、蛍光体３２の発光効率を高めることができる。

つまり、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９から発光する励起光である青色レーザ光のパワーを所定以上に上げても、蛍光体３２から発光する緑光の蛍光光のパワーが頭打ちになってしまうことなく、励起光である青色レーザ光のパワーに応じて蛍光体から発光する蛍光光のパワーを上げることができる。

また、基板３１上に設けた蛍光体３２は、基板３１の周方向に沿って帯状に形成されているので、複屈折部材２５によりスポット光Ｐ１ｂ〜Ｐ９ｂがシフトする方向を図８に示すように左右方向に設定する。このようにすることにより、合成スポットＳＰ１が多少なり広がっても蛍光体３２からはみ出てしまうことを防止することができ、蛍光体３２の発光効率の低下が防止される。

また、シフトする方向は、シフトしない方向に比べて合成スポットＳＰ１の径が長くなるので、パネル（スクリーン）のアスペクト比に合わせ、パネルの長手方向にシフトするようにシフト方向を設定すれば、蛍光体３２で発光した蛍光の利用効率を向上させることができる。

蛍光体３２で発光した緑色光は、図５に示すようにダイクロイックミラー２６で反射され、図４に示すダイクロイックミラー４４,５４を透過して集光レンズ７１によってライトトンネル７２の一端から導入される。導入された緑色光は、ライトトンネル７２の他端から射出されて集光レンズ７３により集光されてミラー７４,７５によって反射されて画像形成素子６０を照明する。

画像形成素子６０は、制御装置９０により制御されて、緑色成分を有する緑色画像を形成し、この緑色画像に緑色光が照明されると、その緑色画像で反射した緑色光が投射光学系８０に入射する。投射光学系８０は、入射した緑色光を図示しないスクリーンへ拡大投射して緑色成分の画像を形成する。

この後、制御装置９０は、照明光源装置２０のレーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の駆動を停止させるとともに、光源駆動装置４１を動作させて発光ダイオード４２を駆動させる。発光ダイオード４２は駆動して青色光を発光し、この青色光は集光レンズ４３に集光されてダイクロイックミラー４４に達し、ここで反射されてダイクロイックミラー５４を透過し、集光レンズ７１によってライトトンネル７２の一端から導入される。

一方、画像形成素子６０は、制御装置９０によって青色成分を有する青色画像を形成し、この青色画像はライトトンネル７２の他端から射出される青色光によって上記と同様にして照明される。この青色画像で反射した青色光は投射光学系８０によりスクリーンへ拡大投射されて青色成分の画像が形成される。

この後、制御装置９０は、光源駆動装置４１の動作を停止させて発光ダイオード４２の駆動を停止し、青色光の発光を停止させるとともに、光源駆動装置５１を動作させて発光ダイオード５２を駆動させる。発光ダイオード５２は駆動して赤色光を発光し、上記と同様にして、赤色光が集光レンズ５３に集光されてダイクロイックミラー５４に達し、ここで反射されて集光レンズ７１によりライトトンネル７２の一端から導入される。
一方、画像形成素子６０は、制御装置９０によって赤色成分を有する赤色画像を形成し、この赤色画像はライトトンネル７２の他端から射出される赤色光によって上記と同様にして照明される。この赤色画像で反射した赤色光は投射光学系８０によりスクリーンへ拡大投射されて赤色成分の画像が形成される。
これら上記の動作が短時間で繰り返し行われることにより、スクリーンにフル画像が形成されて表示されることになる。
第１実施例の投射装置１０は、大きなパワーを有する高価な固体光源を３つ使用せずに、発光ダイオード４２と発光ダイオード５２の２つだけを使用しているので、コストを抑えることができる。
また、蛍光体３２から視感度特性の高い緑色光を発光させているので、励起光である青色レーザ光を発光するレーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９のパワーは相当小さなものでよいことになる。このため、安価な照明光源装置２０と投射装置１０を提供することができる。
［第２実施例］
図９は第２実施例のレーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の配列方向を示す。この第２実施例では、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９を円環状に配列して、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の冷却効率を上げるようにしたものである。他の構成は第１実施例と同じである。
レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の偏光方向は、第１実施例と同じであり、その効果は第１実施例と同様な効果を得ることができる。
［第３実施例］
図１０は第３実施例のレーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の配列方向を示す。この第３実施例では、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９を円環状に、且つ、レーザ光の偏光方向（矢印方向）が円環状に配列されるように配列したものである。
レーザ発光ダイオード２２Ｎ１から発光されるレーザ光の広がり角度の大きさは、偏光方向（矢印方向）では大きく、偏光方向と直交する方向では小さくなり、レーザ光のスポット形状は楕円形Ｄ１〜Ｄ９となる。
このため、レーザ光の偏光方向を円環状に配列すると、広がり角の大きい方が周方向に沿い、広がり角の小さい方が外周側に位置することになる。これにより、集光レンズ２４によるレーザ光のカップリング効率を高めることができる。
［第４実施例］
図１１及び図１２は第４実施例を示す。この第４実施例では、各レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９に対応して、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９とカップリングレンズ２３Ｒ１〜２３Ｒ９との間に複屈折部材２５Ｆ１〜２５Ｆ９を配置したものである。

この第４実施例によれば、各レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の偏光方向に対応して複屈折部材２５Ｆ１〜２５Ｆ９をＸ,Ｙ平面内で回転させることにより、常光線と異常光線の強度比率を個別に調整することができる。

図１３は、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の偏光方向に対応して複屈折部材２５Ｆ１〜２５Ｆ９をＸ,Ｙ平面内で回転させた状態を示す。すなわち、複屈折部材２５Ｆ１〜２５Ｆ９の常光線（あるいは異常光線）として振る舞う偏光方向（Ｘ軸方向が常光線として振る舞う偏光方向、Ｙ軸方向が異常光線として振る舞う偏光方向）に対して、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の偏光方向を相対的に４５度回転させたものである。このようにすることにより、常光線と異常光線の強度比率が等しくなる。

この第４実施例によれば、各レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９に対して、個別に複屈折部材２５Ｆ１〜２５Ｆ９を配置したので、全てのレーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の光源をシフト量ｄだけ離れた２つの光源が存在するかのようにすることができる。

また、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の偏光方向と、複屈折部材２５Ｆ１〜２５Ｆ９の方向を個別に調整することにより、シフトする方向を３６０度の任意の方向に設定することができる。例えば、シフト方向を円環状に配置したレーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の中心線に向かって分割するようにシフト方向を定めることも可能となる。この詳細な説明は、図１５において説明する。
異常光線によるスポット光Ｐ１ｂ〜Ｐ９ｂ（図８参照）を中心に向かってシフトさせることで、合成スポットサイズを変えることなく、励起光の照射パワー密度を低減することができる。

第４実施例では、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９を円環状に配列しているが、シフト方向を内側にする場合には、マトリックス状に配列しても同様な効果を得ることができる。

第４実施例では、各レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９に対応して複屈折部材２５Ｆ１〜２５Ｆ９を配置しているが、必ずしも１対１で対応する必要はない。例えば、常光線と異常光線の強度比率を５０：５０にする必要のない場合、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１の両隣りのレーザ発光ダイオード２２Ｎ９,２２Ｎ２を含めた３つのレーザ発光ダイオード２２Ｎ１,２２Ｎ９,２２Ｎ２を１つの複屈折部材でシフト方向を調整すれば、９個のレーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９に対して３つの複屈折部材で済む。このため、コスト低下や組み付け調整の作業を省くことができる。
［第５実施例］
図１４は第５実施例を示す。この第５実施例のものは、複屈折部材を使用せずに、ハーフミラーＨ１〜Ｈ９と反射ミラーＥ１〜Ｅ９とを用いて各レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９から発光されたレーザ光を２つに分岐するようにしたものである。ハーフミラーＨ１〜Ｈ９と反射ミラーＥ１〜Ｅ９はほぼ平行に配置されており、ハーフミラーＨ１〜Ｈ９を透過した透過光線（透過励起光）に対して、ハーフミラーＥ１〜Ｅ９及び反射ミラーＥ１〜Ｅ９で反射させた反射光線（反射励起光）をシフトさせることで分岐させている。

反射ミラーＥ１〜Ｅ９の角度を調整することで、透過光線に対する反射光線のシフト量を自在に設定することができる。
この第５実施例では、レーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９は図６に示すようにマトリックス状に配列され、これに合わせてカップリングレンズ２３Ｒ１〜２３Ｒ９やハーフミラーＨ１〜Ｈ９及び反射ミラーＥ１〜Ｅ９もマトリックス状に配列されているが、図９及び図１０に示すように円環状に配列してもよい。
［第６実施例］
図１５の（Ａ）は、複屈折部材３によって分離した常光線及び異常光線のスポット光Ｑａ,Ｑｂの複屈折部材３に対する位置と、そのスポット光Ｑａ,Ｑｂの偏光方向Ｕａ,Ｕｂとを示したものである。

図１５の（Ｂ）は、複屈折部材３を図１５の（Ａ）の位置から反時計回りに４５度回転させた場合、この複屈折部材３に対するスポット光Ｑａ,Ｑｂの位置と、そのスポット光Ｑａ,Ｑｂの偏光方向Ｕａ,Ｕｂとを示したものである。
図１５の（Ｃ）は、複屈折部材３を図１５の（Ａ）の位置から反時計回りに９０度回転させた場合、この複屈折部材３に対するスポット光Ｑａ,Ｑｂの位置と、そのスポット光Ｑａ,Ｑｂの偏光方向Ｕａ,Ｕｂとを示したものである。

これら図１５の（Ａ）〜（Ｃ）から分かるように、複屈折部材３を回転させても常光線のスポット光Ｑａの位置は変わらないが、異常光線のスポット光Ｑｂは、スポット光Ｑａの位置を中心にして、複屈折部材３の回転に応じて回転している。

つまり、常光線と異常光線の２つのスポット光に分かれる際に、分かれる方向が複屈折部材３の回転に応じて設定できることが分かる。すなわち、異常光線のスポット光を所定方向にシフトさせることができる。例えば、図１１に示す円環状に配置したレーザ発光ダイオード２２Ｎ１〜２２Ｎ９の中心線、すなわち合成スポットの内側方向に向かってシフトさせることができる。
この原理を応用すれば、複屈折部材を多段に配置することにより、２つに分岐された２つのスポット光をさらに分岐させることができる。
図１６に第６実施例のものを示す。この第６実施例のものは、複屈折部材２５,２５Ａを２段配置したもので、複屈折部材２５と複屈折部材２５Ａとは結晶軸の方向が異なるように回転させて配置し、４つのスポット光が得られるようにしたものである。
なお、複屈折部材２５を透過した常光線と異常光線の偏光方向は互いに直交する方向に偏光している。このため、複屈折部材２５Ａは複屈折部材２５に対して４５度回転させた状態とすることで、複屈折部材２５Ａによって分岐するスポット光の割合が１：１となり、分岐の効果が発揮される。なお、複屈折部材を３段、４段と重ねることも可能である。
上記実施例では、照明光源装置２０は緑色蛍光を発光するが、青色蛍光または赤色蛍光を発光するようにして、青光源装置４０または赤光源装置５０の替わりに設けてもよい。この場合、照明光源装置２０を緑色を発光する発光ダイオードに置き換える。

この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１０投射装置
２０照明光源装置
２２Ｎ１〜２２Ｎ９レーザ発光ダイオード（励起光源：半導体レーザ素子）
２５複屈折部材（光路分岐手段）
３２蛍光体（波長変換部材）
Ｈ１〜Ｈ９ハーフミラー
Ｅ１〜Ｅ９反射ミラー

特開２０１１−１３３１６号公報

Claims

所定波長の励起光を発光する励起光源と、
この励起光源が発光した励起光を受光して前記所定波長とは異なる波長の光を一色のみ発光する一色の波長変換部材と、
前記励起光源と前記一色の波長変換部材との間に配置されるとともに、前記励起光の光路を少なくとも２つの第１光路と第２光路とに分岐させる光路分岐手段とを備え、
前記励起光源から発光された励起光のうち、前記光路分岐手段によって分岐された第１光路を通る第１励起光と、第２光路を通る第２励起光とが共に、同じ前記一色の波長変換部材内で、シフトした位置にスポットを形成し、
前記波長変換部材は、回転移動する円形基板に所定の幅を有してリング状に形成されていて、前記シフトした位置に形成するスポットの前記シフトの方向を該波長変換部材のリングの幅方向に対して垂直な方向に設定することを特徴とする照明光源装置。
前記光路分岐手段は、複屈折部材であることを特徴とする請求項１に記載の照明光源装置。
前記光路分岐手段は、前記励起光を２分割して一方を透過して透過励起光と他方を反射して反射励起光とにするハーフミラーと、このハーフミラーで反射された前記反射励起光を反射して波長変換部材へ入射させる反射ミラーとを有することを特徴とする請求項１に記載の照明光源装置。
前記励起光源は、半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか1つに記載の照明光源装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の照明光源装置と、この照明光源装置で得られた照明光で照明される画像形成素子と、この画像形成素子で形成される画像をスクリーンに向けて投影する投射光学系とを備えたことを特徴とする投射装置。