JP6383937B2 - 光源装置および投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

本開示技術は、光源装置に関する。また、この光源装置が用いられる投写型映像表示装置に関する。

投写型映像表示装置の光源装置として、固体光源であるレーザと蛍光体を用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１３７７４４号公報

従来は、光源からの光の波長帯域に応じて、１／２波長板を用いて、透過光および反射光が所望の割合となるように構成していた。しかしながら、１／２波長板は、延伸フィルムで構成した場合、耐久性に問題がある。また、１／２波長板は、水晶などの光学結晶で構成した場合は、高コストとなることが問題である。

光源装置は、実質的に第一の方向に偏光した青色光を発するように構成された光源と、
青色光の波長帯域において、第一の方向に偏光した青色光の８０％以上９０％以下を反射し、かつ、１０％を超え２０％未満を透過するように構成された第１のダイクロイックミラーと、第１のダイクロイックミラーによって反射された青色光によって励起され光を発するように構成された発光部材と、を備える。

本開示によれば、耐久性、コストの点で有利な光源装置を提供できる。

投写型映像表示装置の構成を示すブロック図 投写型映像表示装置の一形態の光学構成を説明する模式図 投写型映像表示装置の他形態の光学構成を説明する模式図 第１実施形態に係る光源装置の光学構成を説明する模式図 第１実施形態に係るダイクロイックミラーの４５度入射時の分光特性を示すグラフ 第２実施形態に係る光源装置の光学構成を説明する模式図

以下に、実施の形態が詳細に説明される。実施の形態の説明には、適宜図面が参照される。但し、必要以上に詳細な説明は、省略される場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細な説明や、実質的に同一の構成についての重複した説明は、省略される場合がある。説明が冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供する。発明者らは、請求の範囲に記載された主題が本開示によって限定されることを意図しない。
［１．投写型映像表示装置の概要］
図１に示されるように、投写型映像表示装置１０は、光源装置４０と、映像入力信号に応じて映像を生成する映像生成部７０と、光源装置４０から映像生成部７０へ光を導く導光光学系６０と、生成された映像をスクリーン（不図示）へ投写する投写光学系８０と、光源装置４０や映像生成部７０などの制御を行う制御部９０とを有する。

本開示の光源装置４０は、一例として、半導体レーザ２０を有する。半導体レーザ２０は、一例として、蛍光体を励起発光させる。導光光学系６０は、レンズ、ミラー、ロッドなどに代表される各種の光学部材から構成される。導光光学系６０は、光源装置４０が発生した光を映像生成部７０へ導く。映像生成部７０は、デジタル・マイクロミラー・デバイス（以下、ＤＭＤと省略する）や液晶パネルなどの素子を有する。映像生成部７０は、映像信号に応じて、光を空間変調する。投写光学系８０は、レンズやミラーなどの光学部材から構成され。投写光学系８０は、空間変調された光を拡大して投写する。
［２．ＤＭＤを用いる場合の投写型映像表示装置の光学構成］
図２に示される投写型映像表示装置１０は、一例として、光源装置４０、３つのＤＭＤ１１０、１１１、１１２などを含む。

光源装置４０は、青色光、赤色光、緑色光が混合された白色光を発生する。光源装置４０は、白色光を集光レンズ１００に出射する。集光レンズ１００は、白色光を集光する。集光レンズ１００は、集光された白色光をロッド１０１へ出射する。ロッド１０１は、入射した白色光を内部で複数回反射させることによって、光強度分布を均一化する。ロッド１０１は、光強度分布が均一化した光をリレーレンズ１０２に出射する。リレーレンズ１０２は、白色光を集光した後、ミラー１０３に出射する。ミラー１０３は、白色光をフィールドレンズ１０４に反射する。フィールドレンズ１０４は、白色光を透過することにより、全反射プリズム１０５に導く。

全反射プリズム１０５は２つのプリズム１０５１、１０５２から構成される。プリズム１０５１とプリズム１０５２の界面には薄い空気層１０６が形成されている。空気層１０６は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。全反射プリズム１０５は、入射した白色光を空気層１０６で全反射することにより、カラープリズム１０７に導く。

カラープリズム１０７は３つのプリズム１０７１、１０７２、１０７３から構成される。プリズム１０７１とプリズム１０７２の界面には、青色光を反射するダイクロイックミラー１０８が設けられている。プリズム１０７２とプリズム１０７３の界面には赤色光を反射するダイクロイックミラー１０９が設けられている。

カラープリズム１０７は、ダイクロイックミラー１０８とダイクロイックミラー１０９によって、入射した白色光を青色光、赤色光、緑色光に分光する。さらに、カラープリズム１０７は、青色光をＤＭＤ１１０に導く。カラープリズム１０７は、赤色光をＤＭＤ１１１に導く。カラープリズム１０７は、緑色光をＤＭＤ１１２に導く。

ＤＭＤ１１０、１１１、１１２は、入射した各色の光を反射する。詳細には、ＤＭＤ１１０、１１１、１１２は、映像信号に応じてマイクロミラーの向きを変えることによって、投写レンズ１１３に入射させる光と、投写レンズ１１３の有効領域外へ進む光とを制御する。

ＤＭＤ１１０、１１１、１１２のそれぞれは、青色光、赤色光、緑色光のそれぞれをカラープリズム１０７に向けて反射する。カラープリズム１０７は、入射した青色光、赤色光、緑色光を合成することにより映像光を生成する。カラープリズム１０７は、映像光を全反射プリズム１０５に導く。全反射プリズム１０５は、映像光を透過する。映像光は空気層１０６に臨界角以下で入射するためである。投写レンズ１１３は、映像光を受け入れる。

投写レンズ１１３は、映像光を、スクリーン（不図示）上に投写する。

光源装置４０は、複数の固体光源（半導体レーザ２０）で構成される。また、光源装置４０は、高効率で良好なホワイトバランスの白色光を出射するため、長寿命で、高輝度な投写型映像表示装置１０を実現できる。また、映像生成部７０はＤＭＤ１１０、１１１、１１２を有するため、液晶パネルを有する場合と比較して、耐光性、耐熱性が高い投写型映像表示装置１０が得られる。さらに、３つのＤＭＤ１１０、１１１、１１２によって、色再現が良好、かつ、明るく高精細な投写映像を得ることができる。
［３．液晶パネルを用いる場合の投写型映像表示装置の光学構成］
図３に示される投写型映像表示装置１５は、一例として、光源装置４０、３つの液晶パネル２１７、２１８、２１９などを含む。

光源装置４０は、青色光、赤色光、緑色光が混合された白色光を発生する。光源装置４０は、白色光を、複数のレンズ素子から構成される第１のレンズアレイ板２００に向けて出射する。第１のレンズアレイ板２００は、入射した白色光を多数の光束に分割する。第２のレンズアレイ板２０１は、分割された多数の光束を収束する。第２のレンズアレイ板２０１は、収束した白色光を偏光変換素子２０２に導く。第１のレンズアレイ板２００が有するレンズ素子は、液晶パネル２１７、２１８、２１９と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板２０１が有するレンズ素子は、第１のレンズアレイ板２００と液晶パネル２１７、２１８、２１９とが実質的に共役関係となるように、その焦点距離が定められている。

偏光変換素子２０２は、偏光分離プリズムと１／２波長板により構成される。偏光変換素子２０２は、ランダム偏光の光を一つの偏光方向（本開示においては、一例として、Ｓ偏光）の光に変換する。偏光変換素子２０２は、Ｓ偏光の光を、重畳用レンズ２０３に導く。

重畳用レンズ２０３は、第２のレンズアレイ板２０１の各レンズ素子が出射した光を重畳して液晶パネル２１７、２１８、２１９に導く機能を有する。

ダイクロイックミラー２０４は、重畳用レンズ２０３から出射された光のうち青色光を反射する。ミラー２０６は、青色光をフィールドレンズ２１２に向けて反射する。フィールドレンズ２１２は、青色光を透過することによって、青色光を入射側偏光板２１５へ導く。入射側偏光板２１５は、青色光を透過することによって、青色光を液晶パネル２１８に導く。つまり、液晶パネル２１８には青色光が入射する。

ダイクロイックミラー２０５は、重畳用レンズ２０３から出射された光のうち緑色光をフィールドレンズ２１１に向けて反射する。フィールドレンズ２１１は、緑色光を透過することによって、緑色光を入射側偏光板２１４に導く。入射側偏光板２１４は、緑色光を透過することによって、緑色光を液晶パネル２１７に導く。つまり、液晶パネル２１７には緑色光が入射する。

リレーレンズ２０９、２１０、ミラー２０７、２０８は、赤色光をフィールドレンズ２１３に導く。赤色光は光路が青色光、緑色光より長いためである。フィールドレンズ２１３は、赤色光を透過することによって、赤色光を入射側偏光板２１６に導く。入射側偏光板２１６は、赤色光を透過することによって、赤色光を液晶パネル２１９に導く。つまり、液晶パネル２１９には赤色光が入射する。

３枚の液晶パネル２１７、２１８、２１９のそれぞれは、映像信号に応じて、入射する光の偏光状態を変える。

液晶パネル２１７の入射側には入射側偏光板２１４が配置される。出射側には、出射側偏光板２２０が配置される。入射側偏光板２１４と、出射側偏光板２２０は、透過軸が直交するように配置される。これらの構成によって、青色の映像が生成される。

液晶パネル２１８の入射側には入射側偏光板２１５が配置される。出射側には、出射側偏光板２２１が配置される。入射側偏光板２１５と、出射側偏光板２２１は、透過軸が直交するように配置される。これらの構成によって、緑色の映像が生成される。

液晶パネル２１９の入射側には入射側偏光板２１６が配置される。出射側には、出射側偏光板２２２が配置される。入射側偏光板２１６と、出射側偏光板２２２は、透過軸が直交するように配置される。これらの構成によって、赤色の映像が生成される。

色合成プリズム２２３は、出射側偏光板２２０、２２１、２２２を透過した青色光、緑色光、赤色光を合成することによって映像光を生成する。色合成プリズム２２３は、映像光を、投写レンズ２２４に導く。投写レンズ２２４は、映像光を受け入れる。

投写レンズ２２４は、映像光をスクリーン（不図示）上に投写する。

光源装置４０は、複数の固体光源（半導体レーザ２０）で構成される。また、光源装置４０は、高効率で良好なホワイトバランスの白色光を出射するため、長寿命で、高輝度な投写型映像表示装置１５を実現できる。

また、映像生成部７０は、時分割方式ではなく、光の偏光を利用する３枚の液晶パネル２１７、２１８、２１９を有する。よって、カラーブレイキング（色残像ノイズ）が無く、色再現が良好で、明るく高精細な投写映像を得ることができる。

また、３つのＤＭＤを用いた場合と比較すると、全反射プリズムが不要になり、かつ、色合成用のプリズムが４５度入射の小型プリズムになる。よって、より小型の投写型映像表示装置１５が得られる。
［４．光源装置４０の構成］
投写型映像表示装置１０が有する光源装置４０の実施形態として、以下に第１実施形態と、第２実施形態が示される。
［４−１．第１実施形態］
［４−１−１．光の進み方］
図４に示される光源装置４０における光の進み方の概要が以下に説明される。半導体レーザ２０が発したＰ偏光の青色光は、集光レンズ２２を経て凸レンズ２６、凹レンズ２７を透過する。凹レンズ２７を透過した青色光は拡散板２８を経て、第１のダイクロイックミラー２９に入射する。第１のダイクロイックミラー２９に入射したＰ偏光の青色光の一部は反射し、一部は透過する。

第１のダイクロイックミラー２９が反射したＰ偏光の青色光はコンデンサレンズ３０を経て、蛍光体層３１を有する蛍光板３４に入射する。蛍光板３４に入射した青色光が、蛍光体層３１に含まれる蛍光体を励起する。蛍光体層３１は、緑色光と赤色光の混合光を発する。混合光は第１のダイクロイックミラー２９を透過する。第１のダイクロイックミラー２９を透過した混合光は、導光光学系６０に進む。

第１のダイクロイックミラーが透過したＰ偏光の青色光は１／４波長板３５、コンデンサレンズ３６を経て、円偏光となって拡散反射板３７に入射する。拡散反射板３７によって反射された青色光は、コンデンサレンズ３６、１／４波長板３５を経て、Ｓ偏光となって第１のダイクロイックミラー２９に入射する。第１のダイクロイックミラー２９は、Ｓ偏光の青色光を反射する。第１のダイクロイックミラー２９によって反射された青色光は、導光光学系６０に進む。

図４に示されるように、本開示においてＰ偏光とは図４の紙面と平行な方向の偏光を意味する。Ｓ偏光とは、図４の紙面と垂直な方向の偏光を意味する。なお、Ｐ偏光の青色光には、Ｐ偏光以外の偏光成分が含まれてもよい。つまり、実質的にＰ偏光であればよい。実質的にＰ偏光であれば、本開示の技術的内容から逸脱しない。Ｓ偏光の青色光には、Ｓ偏光以外の偏光成分が含まれてもよい。つまり、実質的にＳ偏光であればよい。実質的にＳ偏光であれば、本開示の技術的内容から逸脱しない。
［４−１−２．構成］
図４に示される光源装置４０の詳細な構成が以下に示される。光源装置４０は、固体光源ユニット２３を含む。固体光源ユニット２３は、放熱板２１上に配置された複数の半導体レーザ２０を有する。複数の半導体レーザ２０は、一例として、６個×４列で一定の間隔で正方形状に配置される。複数の集光レンズ２２が、複数の半導体レーザ２０のそれぞれに対向するように配置される。

放熱板２１にはヒートシンク２４が接続される。ヒートシンク２４は、固体光源ユニット２３を冷却する。半導体レーザ２０は、波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下、直線偏光の青色光を出射する。それぞれの半導体レーザ２０は、半導体レーザ２０から出射する光の偏光方向が、第１のダイクロイックミラー２９の入射面に対して、Ｐ偏光となるように配置される。

それぞれの集光レンズ２２は、半導体レーザ２０から出射した光を集光し、かつ、平行な光束２５に変換する。凸レンズ２６と凹レンズ２７は、複数の光束２５の群をより小径化する。

拡散板２８は、光束２５の群を拡散する。拡散板２８は、一例として、表面が微細な凹凸形状を有するガラス板である。拡散板２８は、一例として、拡散光の最大強度が５０％となる半値角度幅（拡散角度）が約３度である。小さい半値角度幅によって、偏光特性の変動が低減される。

第１のダイクロイックミラー２９は、光源装置４０からの青色光が４５度の角度で入射するように配置される。第１のダイクロイックミラー２９は、後に詳しく説明される蛍光板３４からの混合光が４５度の角度で入射するように配置される。第１のダイクロイックミラー２９は、ダイクロイック膜（不図示）を備える。ダイクロイック膜は、種々の光学薄膜である誘電体膜の積層で構成される。誘電体膜は、ＴｉＯ₂（二酸化チタン）などの高屈折率膜と、ＳｉＯ₂（二酸化珪素）などの低屈折率膜と、それらの中間の屈折率膜が用いられる。

図５に示されるように、本開示の第１のダイクロイックミラー２９は、一例として、波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下、Ｐ偏光の光を、平均で１５％透過、８５％反射する。第１のダイクロイックミラー２９は、波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下、Ｓ偏光の光を平均で９５％以上反射する。つまり、第１のダイクロイックミラー２９は、波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下、Ｓ偏光の光を実質的に全反射する。

第１のダイクロイックミラー２９は、波長５００ｎｍ以上の光をＰ偏光、Ｓ偏光ともに９６％以上透過する。つまり、第１のダイクロイックミラー２９は、緑色光および赤色光については、Ｐ偏光、Ｓ偏光ともに実質的に全透過する。

従来のダイクロイックミラーでは、Ｐ偏光とＳ偏光とで、透過率が５０％となる半値波長が約２０ｎｍシフトしていた。具体的には、レーザ光の平均発光波長を４４８ｎｍとして設計すると、Ｐ偏光およびＳ偏光の半値波長はそれぞれ４３８ｎｍ、４５８ｎｍとなる。このようなダイクロイックミラーを用いると、波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下の１５ｎｍの帯域幅のあるレーザ光では、短波長側の４４０ｎｍでのＰ偏光の透過率は６４％となり、長波長側の４５５ｎｍでのＳ偏光の反射率は７２％となる。

すなわち、従来のダイクロイックミラーでは、波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下、Ｐ偏光の光について８５％以上の反射率、波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下、Ｓ偏光の光について９５％以上の反射率を得ることができない。

このため、従来は、ダイクロイックミラーへ入射する光の波長帯域に応じて、１／２波長板を用いて、透過光および反射光が所望の割合となるように構成していた。しかしながら、１／２波長板は、延伸フィルムで構成した場合、耐久性に問題がある。また、１／２波長板は、水晶などの光学結晶で構成した場合は、高コストとなることが問題である。

そこで、本開示において、１／２波長板は用いられない。本開示においては、第１のダイクロイックミラー２９の特性により、半導体レーザ２０から出射された青色光を一定の強度比率で、透過光と反射光に分離する。

図４に示されるように、コンデンサレンズ３０は、第１のダイクロイックミラー２９で反射したＰ偏光の青色光を、スポット径が１ｍｍ〜２ｍｍとなるように重畳する。本開示において、スポット径とは、光強度がピーク強度に対して１３．５％となる直径と定義される。拡散板２８の拡散特性は、蛍光板３４に入射する光の直径が、拡散板２８とコンデンサレンズ３０とによって、上記所望の径となるように設計すればよい。

蛍光板３４は、反射膜（不図示）、蛍光体層３１を有するアルミニウム基板３２およびアルミニウム基板３２の中央部にモータ３３、を備えた回転制御可能な円形基板である。蛍光板３４が有する反射膜は、可視光を反射する金属膜もしくは誘電体膜である。反射膜は、アルミニウム基板３２上に形成される。蛍光体層３１は、反射膜上に形成される。蛍光体層３１は、一例として、青色光により励起され、緑、赤成分を含んだ黄色光を発光するＣｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体を含む。つまり、蛍光体層３１は、青色光により励起されることにより緑色光と赤色光の混合光を発する。なお、蛍光体層３１から反射膜方向に発生した混合光は、反射膜によって反射される。混合光の偏光はランダム偏光である。なお本開示における蛍光体の結晶母体の代表的な化学式は、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂である。蛍光体層３１は、幅を有する円環状に形成されている。

蛍光板３４は、熱伝導率の高いアルミニウム基板３２を有し、かつ、回転することにより、励起光による蛍光体層３１の温度上昇を抑制する。よって、蛍光板３４は、蛍光変換効率を安定して維持することができる。

コンデンサレンズ３０は、蛍光板３４から発生した混合光（反射膜によって反射された光を含む）を平行に集光する。第１のダイクロイックミラー２９は、図５に示される特性にもとづいて、混合光を透過する。

位相差板である１／４波長板３５は、第１のダイクロイックミラー２９を透過したＰ偏光の青色光を円偏光に変換する。１／４波長板３５は、半導体レーザ２０の発光波長近傍の光の位相差を１／４波長とする位相差板である。１／４波長板３５は、水晶や延伸フィルムなどで構成される。

コンデンサレンズ３６は、円偏光の青色光を集光する。コンデンサレンズ３６の焦点距離は、コンデンサレンズ３０と同程度である。コンデンサレンズ３６は、拡散反射板３７の表面近傍に集光スポットを形成する。コンデンサレンズ３６によって集光される青色光のスポット径は、コンデンサレンズ３０によって集光される青色光のスポット径と同程度である。この構成によって、混合光と青色光が合成されて生成される白色光の『何の？』均一性が保たれる。

拡散反射板３７は、入射するレーザ光である円偏光の青色光を拡散させて、光強度分布を均一化する。さらに、拡散反射板３７は、レーザ光のスペックルを低減し、かつ、コンデンサレンズ３６に向けて反射する。拡散反射板３７は、薄い板ガラスの一面に拡散面を有し、他方の面に、反射膜を有する。拡散面は、薄い板ガラスの表面に設けられた微細な凹凸形状によって構成される。反射膜は、アルミニウムや誘電体多層膜などによって構成される。拡散反射板３７は、拡散面への１回の透過で約７度の拡散角度を有する。小さい拡散角度によって、偏光特性の変動が低減される。

拡散反射板３７は、拡散光を反射する。さらに、拡散反射板３７は、円偏光の位相を反転させる。つまり、反射光は、入射光と逆回りの円偏光となる。

コンデンサレンズ３６は、反射光を集光する。１／４波長板３５は、１／４波長板３５に入射する円偏光をＳ偏光へ変換する。第１のダイクロイックミラー２９は、図５に示される特性にもとづいて、Ｓ偏光の青色光を反射する。つまり、第１のダイクロイックミラー２９は、混合光と、Ｓ偏光の青色光から白色光を合成する。よって、光源装置４０は、白色光を出射する。本開示の白色光は、混合光に含まれる緑色光と赤色光、および青色光とにより、良好なホワイトバランスが得られる。本開示における白色光が投写型映像表示装置の光学系で青、緑、赤の３原色光に分離されても、所望の色度座標の単色光が得られる。
［４−１−３．まとめ］
第１実施形態に係る光源装置４０は、実質的にＰ偏光の青色光（波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下）を発するように構成された半導体レーザ２０と、Ｐ偏光の青色光の８０％以上９０％以下を反射し、かつ、１０％を超え２０％未満を透過するように構成された第１のダイクロイックミラー２９と、第１のダイクロイックミラー２９によって反射された青色光によって励起され光を発するように構成された蛍光板３４と、を有する。蛍光板３４は、赤色光と緑色光が混ざった混合光を第１のダイクロイックミラー２９に向けて発光するように構成される。第１のダイクロイックミラー２９を透過した前記第一の方向に偏光した前記青色光に１／４波長の位相差を与えることによって円偏光に変換する１／４波長板３５と、円偏光に変換された青色光を、１／４波長板３５を透過することによりＰ偏光と直交するＳ偏光に変換して第１のダイクロイックミラー２９側に反射させるように構成された拡散反射板３７とを、さらに有する。第１のダイクロイックミラー２９は、混合光を実質的に全透過し、Ｓ偏光の青色光を実質的に全反射し、混合光に含まれる緑色光と赤色光、および青色光を合成するように構成される。

本開示において、波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下のＰ偏光の光を一定の強度比率で分離する第１のダイクロイックミラー２９の特性は、透過率、反射率がそれぞれ１５％、８５％である。Ｐ偏光の透過率が１０％以下では、青色光の光量が不足する。よって、ホワイトバランスを一定の範囲に維持するために、混合光の光量を低下させることになる。よって、光源装置４０が出射する白色光の明るさが低下する。また、Ｐ偏光の透過率が２０％以上では、波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下でのＳ偏光反射率も追従して高くなる。また、蛍光体層３１を励起させるための光量が小さくなることによって、混合光の光量が低下する。よって、ホワイトバランスを一定の範囲に維持することが難しくなる。

以上の理由によって、第１のダイクロイックミラー２９はＰ偏光した青色光の８０％以上９０％以下を反射し、かつ、１０％を超え２０％未満を透過し、Ｓ偏光の青色光を実質的に全反射するように構成されることが好ましい。上記の構成によれば、青色光と混合光の光量比を最適化し、ホワイトバランスを一定の範囲に維持しつつ、最大明るさを得ることができる。
［４−２．第２実施形態］
［４−２−１．光の進み方］
図６に示される光源装置４０における光の進み方の概要が以下に説明される。半導体レーザ２０が発したＰ偏光の青色光は、集光レンズ２２を経て凸レンズ２６、凹レンズ２７を透過する。凹レンズ２７を透過した青色光は拡散板２８を経て、第１のダイクロイックミラー５０に入射する。第１のダイクロイックミラー５０に入射したＰ偏光の青色光の一部は反射し、一部は透過する。

第１のダイクロイックミラー５０が反射したＰ偏光の青色光はコンデンサレンズ３０を経て、蛍光体層３１を有する蛍光板３４に入射する。蛍光板３４に入射した青色光が、蛍光体層３１に含まれる蛍光体を励起する。蛍光体層３１は、緑色光と赤色光の混合光を発する。混合光は第１のダイクロイックミラー５０を透過する。第１のダイクロイックミラー５０を透過した混合光は、第２のダイクロイックミラー５９を透過して、導光光学系６０に進む。

第１のダイクロイックミラー５０が透過したＰ偏光の青色光は、リレー光学系５１を通って、導光光学系６０に進む。リレー光学系５１は、複数のコンデンサレンズ５２、５４、５６、５８、複数のミラー５３、５７などを経て、第２のダイクロイックミラー５９に入射する。第２のダイクロイックミラー５９は、青色光を反射する。第２のダイクロイックミラー５９によって反射された青色光は、導光光学系６０に進む。
［４−２−２．構成］
図６に示される光源装置４０の詳細な構成が以下に示される。主に、第１実施形態との相違点が説明される。

第２実施形態に係る第１のダイクロイックミラー５０は、一例として、波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下、Ｐ偏光の光を、平均で１５％透過、８５％反射する。

第１のダイクロイックミラー５０は、波長５００ｎｍ以上の光をＰ偏光、Ｓ偏光ともに９６％以上透過する。つまり、第１のダイクロイックミラー５０は、緑色光および赤色光については、Ｐ偏光、Ｓ偏光ともに実質的に全透過する。

第１のダイクロイックミラー５０が第１のダイクロイックミラー２９と異なる点は、波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下、Ｓ偏光の光の反射率を規定する必要が無い点である。よって、第１のダイクロイックミラー５０が備える光学薄膜の層数は、第１のダイクロイックミラー２９が備える光学薄膜の層数より少なくて済む。よって、第１のダイクロイックミラー５０の製造コストは、第１のダイクロイックミラー２９より低くできる。

リレー光学系５１は、複数のコンデンサレンズ５２、５４、５６、５８、複数のミラー５３、５７、第２拡散板５５および第２のダイクロイックミラー５９から構成される。

コンデンサレンズ５２、５４、ミラー５３は、第１のダイクロイックミラー５０を透過したＰ偏光の青色光を、第２拡散板５５に集光する。コンデンサレンズ５２、５４の組み合わせによって得られる焦点距離は、コンデンサレンズ３０と同程度である。コンデンサレンズ５２、５４の組み合わせは、第２拡散板５５の表面近傍に集光スポットを形成する。コンデンサレンズ５２、５４の組み合わせによって集光される青色光のスポット径は、コンデンサレンズ３０によって集光される青色光のスポット径と同程度である。

第２拡散板５５の拡散面は、薄い板ガラスの表面に設けられた微細な凹凸形状によって構成される。第２拡散板５５は、拡散面への１回の透過で約７度の拡散角度を有する。小さい拡散角度によって、偏光特性の変動が低減される。

コンデンサレンズ５６、５８、ミラー５７は、第２拡散板５５で拡散された光を略平行光に変換する。コンデンサレンズ５６、５８を組み合わせによって得られる焦点距離は、コンデンサレンズ５２、５４の組み合わせによって得られる焦点距離と同等である。

第２のダイクロイックミラー５９は、波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下、Ｐ偏光の光を９６％以上反射する。第２のダイクロイックミラー５９は、略平行光の青色光を実質的に全反射する。第２のダイクロイックミラー５９は、波長５００ｎｍ以上の光をＰ偏光、Ｓ偏光ともに９６％以上透過する。つまり、第２のダイクロイックミラー５９は、緑色光および赤色光については、Ｐ偏光、Ｓ偏光ともに実質的に全透過する。

つまり、第２のダイクロイックミラー５９は、混合光と、Ｐ偏光の青色光から白色光を合成する。よって、光源装置４０は、白色光を出射する。本開示の白色光は、混合光に含まれる緑色光と赤色光、および青色光とにより、良好なホワイトバランスが得られる。本開示における白色光が投写型映像表示装置の光学系で青、緑、赤の３原色光に分離されても、所望の色度座標の単色光が得られる。
［４−２−３．まとめ］
第２実施形態に係る光源装置４０は、実質的にＰ偏光の青色光（波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下）を発するように構成された半導体レーザ２０と、Ｐ偏光の青色光の８０％以上９０％以下を反射し、かつ、１０％を超え２０％未満を透過するように構成された第１のダイクロイックミラー５０と、第１のダイクロイックミラー５０によって反射された青色光によって励起され光を発するように構成された蛍光板３４と、第２のダイクロイックミラー５９と、を有する。蛍光板３４は、赤色光と緑色光が混ざった混合光を第１のダイクロイックミラー５０に向けて発光するように構成される。第１のダイクロイックミラー５０は、混合光を実質的に全透過するように構成される。第２のダイクロイックミラー５９は、第１のダイクロイックミラー５０を透過した混合光を実質的に全透過し、第１のダイクロイックミラー５０を透過した青色光を実質的に全反射することにより、混合光に含まれる緑色光と赤色光、および青色光を合成するように構成される。

本開示において、波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下のＰ偏光の光を一定の強度比率で分離する第１のダイクロイックミラー５０の特性は、透過率、反射率がそれぞれ１５％、８５％である。Ｐ偏光の透過率が１０％以下では、青色光の光量が不足する。よって、ホワイトバランスを一定の範囲に維持するために、混合光の光量を低下させることになる。よって、光源装置４０が出射する白色光の明るさが低下する。また、Ｐ偏光の透過率が２０％以上では、蛍光体層３１を励起させるための光量が小さくなることによって、混合光の光量が低下する。よって、ホワイトバランスを一定の範囲に維持することが難しくなる。

以上の理由によって、第１のダイクロイックミラー５０はＰ偏光した青色光の８０％以上９０％以下を反射し、かつ、１０％を超え２０％未満を透過するように構成されることが好ましい。上記の構成によれば、青色光と混合光の光量比を最適化し、ホワイトバランスを一定の範囲に維持しつつ、最大明るさを得ることができる。
［５．効果等］
本開示の光源装置４０は、実質的にＰ偏光の青色光（波長４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下）を発するように構成された半導体レーザ２０と、青色光の波長において、Ｐ偏光の青色光の８０％以上９０％以下を反射し、かつ、１０％を超え２０％未満を透過するように構成された第１のダイクロイックミラー２９、５０と、第１のダイクロイックミラー２９、５０によって反射された青色光によって励起され光を発するように構成された蛍光板３４と、を備える。

本開示の光源装置４０は、半導体レーザ２０から出射される青色光の偏光特性と第１のダイクロイックミラー２９、５０の特性を組み合わせることによって、半導体レーザ２０と第１のダイクロイックミラー２９、５０との間に透過光および反射光が所望の割合とするための１／２波長板を用いなくてもよい。

よって、本開示の光源装置４０は、１／２波長板を用いる場合と比較して、耐久性、コストの点で有利である。

なお本開示において、半導体レーザ２０の発振波長が、一例として、４４０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下である場合についての説明がなされた。しかし、半導体レーザ２０の発信波長幅は上記には限られない。発信波長幅１５ｎｍで波長帯域がシフトした場合（例えば、波長４４７ｎｍ以上４６２ｎｍ以下あるいは波長４５７ｎｍ以上４７２ｎｍ以下）であっても、第１のダイクロイックミラー２９、５０の特性を半導体レーザ２０の波長に応じて変更すればよい。つまり、第１のダイクロイックミラー２９、５０は、青色光の波長において、Ｐ偏光の青色光の８０％以上９０％以下を反射し、かつ、１０％を超え２０％未満を透過するように構成されればよい。

さらに、本開示において、ひとつの固体光源ユニット２３を用いる場合についての説明がなされた。しかし、複数の固体光源ユニットを用いてもよい。その場合、複数の固体光源ユニットが発する光を合成するミラーが用いられる。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態が説明された。そのために、添付図面および詳細な説明が提供された。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものである。よって、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、ライトバルブを用いた投写型映像表示装置に適用可能である。

１０、１５ 投写型映像表示装置
２０ 半導体レーザ
２１ 放熱板
２２ 集光レンズ
２３ 固体光源ユニット
２４ ヒートシンク
２５ 光束
２６ 凸レンズ
２７ 凹レンズ
２８ 拡散板
２９、５０ 第１のダイクロイックミラー
３０、３６、５２、５４、５６、５８ コンデンサレンズ
３１ 蛍光体層
３２ アルミニウム基板
３３ モータ
３４ 蛍光板
３５ １／４波長板
３７ 拡散反射板
４０ 光源装置
５１ リレー光学系
５３、５７、１０３、２０６、２０７、２０８ ミラー
５５ 第２拡散板
５９ 第２のダイクロイックミラー
１０８、２０４、２０５ ダイクロイックミラー
６０ 導光光学系
７０ 映像生成部
８０ 投写光学系
９０ 制御部
１００ 集光レンズ
１０１ ロッド
１０２、２０９、２１０ リレーレンズ
１０４、２１１、２１２、２１３ フィールドレンズ
１０５ 全反射プリズム
１０６ 空気層
１０７ カラープリズム
１０９ ダイクロイックミラー
１１０、１１１、１１２ ＤＭＤ
１１３、２２４ 投写レンズ
２００ 第１のレンズアレイ板
２０１ 第２のレンズアレイ板
２０２ 偏光変換素子
２０３ 重畳用レンズ
２１４、２１５、２１６ 入射側偏光板
２１７、２１８、２１９ 液晶パネル
２２０、２２１、２２２ 出射側偏光板
２２３ 色合成プリズム
１０５１、１０５２、１０７１、１０７２、１０７３ プリズム

Claims (2)

1. 実質的に第一の方向に偏光した青色光を発するように構成された光源と、
   前記青色光の波長において、前記第一の方向に偏光した前記青色光の８０％以上９０％以下を反射し、かつ、１０％を超え２０％未満を透過するように、高屈折率膜と、低屈折率膜とが積層された誘電体膜から構成されたダイクロイック膜を備える第１のダイクロイックミラーと、
   前記第１のダイクロイックミラーによって反射された前記青色光によって励起され光を発するように構成された発光部材と、
   第２のダイクロイックミラーと、を備え、
   前記発光部材は、赤色光と緑色光が混ざった混合光を発し、前記混合光を前記第１のダイクロイックミラーに向けて発光するように構成され、
   前記第１のダイクロイックミラーは、前記混合光を実質的に全透過するように構成されており、
   前記第２のダイクロイックミラーは、前記第１のダイクロイックミラーを透過した前記混合光を実質的に全透過し、前記第１のダイクロイックミラーを透過した前記青色光を実質的に全反射することにより、前記混合光に含まれる前記緑色光と前記赤色光、および前記青色光を合成するように構成された、
   光源装置。
2. 映像入力信号に応じて映像を生成するように構成された映像生成部と、
   緑色光、赤色光および青色光が合成された白色光を発するように構成された光源装置と、
   前記白色光を前記映像生成部へ導くように構成された導光光学系と、
   前記映像を投写するように構成された投写光学系と、を備え、
   前記光源装置は、
   実質的に第一の方向に偏光した青色光を発するように構成された光源と、
   前記青色光の波長において、前記第一の方向に偏光した前記青色光の８０％以上９０％以下を反射し、かつ、１０％を超え２０％未満を透過するように、高屈折率膜と、低屈折率膜とが積層された誘電体膜から構成されたダイクロイック膜を備える第１のダイクロイックミラーと、
   前記第１のダイクロイックミラーによって反射された前記青色光によって励起され光を発するように構成された発光部材と、
   第２のダイクロイックミラーと、を有し、
   前記発光部材は、前記赤色光と前記緑色光が混ざった混合光を前記第１のダイクロイックミラーに向けて発光するように構成され、
   前記第１のダイクロイックミラーは、前記混合光を実質的に全透過するように構成され、
   前記第２のダイクロイックミラーは、前記第１のダイクロイックミラーを透過した前記混合光を実質的に全透過し、前記第１のダイクロイックミラーを透過した前記青色光を実質的に全反射することにより、前記混合光に含まれる前記緑色光と前記赤色光、および前記青色光を合成するように構成された、
   投写型映像表示装置。

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