JP6524612B2 - 光源装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光源装置、特にプロジェクタに使用可能な光源装置に関する。
プロジェクタに使用される光源装置として、赤色光を射出する発光素子と、青色光を射出する励起光源と、青色光を緑色光に波長変換する蛍光体とを備えた光源装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１に記載の光源装置では、回転するホイール（所謂カラーホイール）を用いて、発光素子から出力された赤色光、励起光源から出力された青色光、及び励起光源から出力された励起光（青色光）により蛍光体から出力された緑色光を時分割で出力するようになっている。この場合、赤色光を出力する場合には、発光素子から出力される赤色光だけを用いることになるので、視感度が低く、規格の色調が得られない問題が生じる。発光素子の数を増やせば出力は上げられるが、小型プロジェクタに搭載できる発光素子の数には限りがあり、結果として高出力を得ることはできない。
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、所望の赤色光の色調が得られ、高出力な光源装置であって、小型プロジェクタに搭載可能な発光源装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る光源装置は、赤色光を出力する第１光源と、赤色光と異なる光を出力する第２光源と、前記第２光源から出力された光により、赤色の成分及び赤色以外の成分を含む光を出力する蛍光部材と、前記蛍光部材から出力された光のうち前記赤色の成分の光を透過または反射するフィルタと、を備える。
本発明によれば、所望の赤色光の色調が得られ、高出力な光源装置であって、小型プロジェクタに搭載可能な発光源装置を提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る光源装置及び光源装置を備えたプロジェクタの実施形態について説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。また、各図面が示す部材の位置や大きさ等は、説明を明確にするため誇張していることがある。同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、重複した説明は省略する。
図１は、本発明に係る光源装置の一実施形態の概要を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態の光源装置２は、赤色光を出力する第１光源４と、赤色光と異なる光を出力する第２光源６と、第２光源６から出力された励起光により赤色の成分及び赤色以外の成分を含む光を出力する蛍光部材８と、蛍光部材８から出力された光のうち赤色の成分の光を透過または反射するフィルタ１０と、を備える。
第１光源４から出力される「赤色光」とは、赤色波長域（６２０ｎｍ〜７５０ｎｍ）の光を意味する。第２光源６から出力される「赤色光と異なる光」は、赤色波長域以外の任意の波長域の光が含まれ、可視光には限らない。
「赤色の成分の光」は、例えば、色度ｘ＝０．５６（波長５８７ｎｍに対応）以上の光を意味する。つまり、「赤色の成分の光」には、赤色波長域よりも短波長の光（例えば、黄色波長域に含まれる光）を含んでもよい。また、蛍光体から出力される「赤色の成分及び赤色以外の成分を含む光」には、広い波長帯域の光が含まれるが、例えば、主に黄色波長帯域の光を含む光（波長が主に５７０ｎｍ以上の光）や緑色波長帯域の光を含む光（波長が主に４９５ｎｍ以上の光）を挙げることができる。
「赤色の成分の光」は、例えば、色度ｘ＝０．５６（波長５８７ｎｍに対応）以上の光を意味する。つまり、「赤色の成分の光」には、赤色波長域よりも短波長の光（例えば、黄色波長域に含まれる光）を含んでもよい。また、蛍光体から出力される「赤色の成分及び赤色以外の成分を含む光」には、広い波長帯域の光が含まれるが、例えば、主に黄色波長帯域の光を含む光（波長が主に５７０ｎｍ以上の光）や緑色波長帯域の光を含む光（波長が主に４９５ｎｍ以上の光）を挙げることができる。
第１光源４及び第２光源６として、半導体レーザ素子（ＬＤ）を用いることができる。これにより、小型で高出力の光源を低コストで得ることができる。ただし、光源４、６としてこれに限られるものではなく、光学系で取り込み可能であれば、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）をはじめとする任意の発光素子を用いることができる。
本実施形態では、第２光源６から出力された光が蛍光体８に入射し、蛍光部材８から赤色の成分及び赤色以外の成分を含む光が出力される。そして、蛍光部材８から出力された光は、フィルタ１０に入射する。このとき蛍光部材８から出力された光のうち、主に赤色の成分の光が透過し、他の波長域の光は反射される。一方、第１光源４から出力された赤色光は、波長変換されることなく、蛍光体８を透過し、フィルタ１０も透過する。これにより、フィルタ１０から、第１光源４から出力された赤色光と、第２光源６から出力された光に基づく赤色の成分の光とが合成された光を出力することができる。なお、図１では、第１光源４から出力された光と、第２光源６から出力された光とが所定の間隔で並行に進むように記載されているが、実際には図４に示すように、第１光源４及び第２光源６から出力された光は、光学系により集光され、コリメートされた合成光が出力される。
なお、図１に示す実施形態では、蛍光部材８から出力された光のうち、赤色の成分の光を透過するフィルタ１０により赤色の成分の光を取り出しているが、これに限られるものではなく、蛍光部材８から出力された光のうち赤色の成分の光を反射するフィルタ１０により、赤色の成分の光を取り出すこともできる。これに関し、図２を参照しながら、追って詳細に説明する。
なお、図１に示す実施形態では、蛍光部材８から出力された光のうち、赤色の成分の光を透過するフィルタ１０により赤色の成分の光を取り出しているが、これに限られるものではなく、蛍光部材８から出力された光のうち赤色の成分の光を反射するフィルタ１０により、赤色の成分の光を取り出すこともできる。これに関し、図２を参照しながら、追って詳細に説明する。
以上のような構成により、本実施形態では、第１光源４から出力された赤色光と、第２光源６から出力された光に基づく赤色の成分の光とが合成されることで、所望の赤色光の色調が得られ、高出力な光源装置２を実現できる。また、赤色光を出力する第１光源４を多数備える必要はないので、小型プロジェクタに搭載可能である。
更に、第１光源４及び第２光源６を１つのユニット内に配置することにより、出力光の光路を共通化することができ、部品点数を削減することができるので、省スペース化に繋げることができる。
更に、第１光源４及び第２光源６を１つのユニット内に配置することにより、出力光の光路を共通化することができ、部品点数を削減することができるので、省スペース化に繋げることができる。
第２光源６、蛍光部材８及びフィルタ１０の配置に関しては、様々な実施形態が考えられる。具体的には、フィルタ１０が、蛍光部材８における第２光源６から出力された光が入射する側に設けられる場合と、フィルタ１０が、蛍光部材８における第２光源４から出力された光が入射する側とは反対側に設けられる場合とがある。また、蛍光部材８及びフィルタ１０が隣接して配置されている場合と、蛍光部材８及びフィルタ１０が離間して配置されている場合とがある。また、フィルタ１０が赤色の成分の光（取り出したい波長の光）を透過する場合と、フィルタ１０が赤色の成分の光（取り出したい波長の光）を反射する場合とがある。以上の場合を組み合わせると、２×２×２＝８通りのパターンがあり得るが、以下に図２を参照しながら、代表的な４つのパターンを説明する。
図２（ａ）には、フィルタ１０が、蛍光部材８における第２光源４から出力された光が入射する側とは反対側に設けられ、蛍光部材８及びフィルタ１０が隣接して配置され、フィルタ１０が赤色の成分の光（取り出したい波長の光）を透過する場合を示す。つまり、図２（ａ）に示す実施形態は、図１に示す実施形態と同様の配置を有する。第２光源６から出力された光が蛍光体８に入射し、蛍光部材８から赤色の成分及び赤色以外の成分を含む光が出力される。蛍光部材８から出力された光は、蛍光部材８における第２光源４から出力された光が入射する側とは反対側に隣接して設けられたフィルタ１０に入射する。このとき、蛍光部材８から出力された光のうち、主に赤色の成分の光が透過し、他の波長帯域の光は反射される。これにより、フィルタ１０（光源装置２）から赤色の成分の光が出力される。
フィルタ１０が、蛍光部材８における第２光源６から出力された光が入射する側とは反対側に設けられているので、蛍光部材８から出力された光を、反射部材等を介さずにフィルタ１０に入射できるので、赤色の成分の光を効率良く出力できる。
更に、フィルタ１０が蛍光部材８に隣接して配置されているので、蛍光部材８から出力された光を直接フィルタ１０に入射できるので、より効率を高めることができる。また、蛍光部材８及びフィルタ１０が隣接して配置されているので、両部材の間に光学系が配置されないため、光源装置２を小型化することができる。
フィルタ１０は、赤色の成分の光を透過させるので、赤色の成分の光を容易に取り出すことができる。
更に、フィルタ１０が蛍光部材８に隣接して配置されているので、蛍光部材８から出力された光を直接フィルタ１０に入射できるので、より効率を高めることができる。また、蛍光部材８及びフィルタ１０が隣接して配置されているので、両部材の間に光学系が配置されないため、光源装置２を小型化することができる。
フィルタ１０は、赤色の成分の光を透過させるので、赤色の成分の光を容易に取り出すことができる。
なお、図２（ａ）に示す実施形態では、蛍光部材８及び赤色成分の光を透過するフィルタ１０が、隣接して配置されているが、これに限られるものではなく、蛍光部材８及び赤色成分の光を透過するフィルタ１０が、離間して配置される場合もあり得る。
この場合には、フィルタ１０が蛍光部材８から離間して配置されているので、フィルタ１０が蛍光部材８で生じた熱の影響を受けず、フィルタ１０が劣化しにくい。また、蛍光部材８とフィルタ１０との間に光学系（レンズ等）を配置することができ、光学系（レンズ等）によって、蛍光部材８からフィルタ１０に入射する光の角度を調節できるため、フィルタ１０の特性精度が高まる。
更に、蛍光部材８及びフィルタ１０が、他の部材を介して接続されている場合も考えられる。この場合にも、光源装置２を小型化することができる。他の部材としては、断熱性を有する透明な部材を例示することができる。このような部材を介することで、蛍光部材８から発生する熱でフィルタ１０が劣化すること未然に防ぐことができる。なお、フィルタ１０が、蛍光部材８における第２光源６から出力された光が入射する側に設けられる場合においても、同様に、蛍光部材８及びフィルタ１０を他の部材を介して接続する形態が実現できる。
この場合には、フィルタ１０が蛍光部材８から離間して配置されているので、フィルタ１０が蛍光部材８で生じた熱の影響を受けず、フィルタ１０が劣化しにくい。また、蛍光部材８とフィルタ１０との間に光学系（レンズ等）を配置することができ、光学系（レンズ等）によって、蛍光部材８からフィルタ１０に入射する光の角度を調節できるため、フィルタ１０の特性精度が高まる。
更に、蛍光部材８及びフィルタ１０が、他の部材を介して接続されている場合も考えられる。この場合にも、光源装置２を小型化することができる。他の部材としては、断熱性を有する透明な部材を例示することができる。このような部材を介することで、蛍光部材８から発生する熱でフィルタ１０が劣化すること未然に防ぐことができる。なお、フィルタ１０が、蛍光部材８における第２光源６から出力された光が入射する側に設けられる場合においても、同様に、蛍光部材８及びフィルタ１０を他の部材を介して接続する形態が実現できる。
図２（ｂ）には、フィルタ１０が、蛍光部材８における第２光源６から出力された光が入射する側とは反対側に設けられ、蛍光部材８及びフィルタ１０が離間して配置され、フィルタ１０が赤色の成分の光（取り出したい波長の光）を反射する場合を示す。
このような構成において、第２光源６から出力された光が蛍光体８に入射し、蛍光部材８から赤色の成分及び赤色以外の成分を含む光が出力される。蛍光部材８から出力された光は、蛍光部材８における第２光源６から出力された光が入射する側とは反対側に進み、離間して配置されたフィルタ１０に入射する。このとき蛍光部材８から出力された光のうち、主に赤色の成分の光が反射され、他の波長域の光は透過する。透過した他の波長域の光は、吸収膜１８に吸収される。これにより、フィルタ１０から赤色の成分の光が出力される。
このような構成において、第２光源６から出力された光が蛍光体８に入射し、蛍光部材８から赤色の成分及び赤色以外の成分を含む光が出力される。蛍光部材８から出力された光は、蛍光部材８における第２光源６から出力された光が入射する側とは反対側に進み、離間して配置されたフィルタ１０に入射する。このとき蛍光部材８から出力された光のうち、主に赤色の成分の光が反射され、他の波長域の光は透過する。透過した他の波長域の光は、吸収膜１８に吸収される。これにより、フィルタ１０から赤色の成分の光が出力される。
フィルタ１０が蛍光部材８から離間して配置されているので、フィルタ１０が蛍光部材８で生じた熱の影響を受けず、フィルタ１０が劣化しにくい。また、蛍光部材８とフィルタ１０との間に光学系（レンズ等）を配置することができ、光学系（レンズ等）によって、蛍光部材８からフィルタ１０に入射する光の角度を調節できるため、フィルタ１０の特性精度が高まる。
図２（ｃ）には、フィルタ１０が蛍光部材８における第２光源６から出力された光が入射する側に設けられ、蛍光部材８及びフィルタ１０が隣接して配置され、フィルタ１０が赤色の成分の光（取り出したい波長の光）を透過する場合を示す。この場合には、第２光源６とフィルタ１０との間に、ダイクロイックミラー１４が設けられている。このダイクロイックミラー１４は、赤色の成分の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過するようになっている。また、蛍光部材８における第２光源６から出力された光が入射する側とは反対側には、反射膜１２が設けられている。
このような構成において、第２光源６から出力された光は、まずダイクロイックミラー１４に入射して透過し、続いてフィルタ１０に入射して透過する。なお、本実施形態では、青色光及び赤色成分の光を透過させ、その他の波長域の光を反射するフィルタ１０を用いている。
フィルタ１０から出力された光は、蛍光体８に入射し、蛍光部材８から赤色の成分及び赤色以外の成分を含む光が出力される。そして、蛍光部材８から出力された光は、反射膜１２で反射され、１８０度方向転換をして、蛍光体８を透過しフィルタ１０に入射する。このとき蛍光部材８から出力された光のうち、主に赤色の成分の光が透過し、他の波長域の光（青色光は蛍光体で波長変換されている）は反射される。フィルタ１０から出力された赤色の成分の光は、更に進んで、ダイクロイックミラー１４で反射されて、９０度進行方向を替えて出力される。なお、本実施形態では、蛍光部材８及びフィルタ１０が隣接して配置されているが、これに限られるものでなく、蛍光部材８及びフィルタ１０が離間して配置される場合もあり得る。
フィルタ１０から出力された光は、蛍光体８に入射し、蛍光部材８から赤色の成分及び赤色以外の成分を含む光が出力される。そして、蛍光部材８から出力された光は、反射膜１２で反射され、１８０度方向転換をして、蛍光体８を透過しフィルタ１０に入射する。このとき蛍光部材８から出力された光のうち、主に赤色の成分の光が透過し、他の波長域の光（青色光は蛍光体で波長変換されている）は反射される。フィルタ１０から出力された赤色の成分の光は、更に進んで、ダイクロイックミラー１４で反射されて、９０度進行方向を替えて出力される。なお、本実施形態では、蛍光部材８及びフィルタ１０が隣接して配置されているが、これに限られるものでなく、蛍光部材８及びフィルタ１０が離間して配置される場合もあり得る。
このような構成により、赤色の成分の光は、蛍光部材８における第２光源６から出力された光が入射する側に出力されるので、各部材をコンパクトに配置したプロジェクタを実現できる。
図２（ｄ）には、フィルタ１０が、蛍光部材８における第２光源６から出力された光が入射する側に設けられ、蛍光部材８及びフィルタ１０が離間して配置され、フィルタ１０が赤色の成分の光（取り出したい波長の光）を反射する場合を示す。この場合、蛍光部材８における第２光源６から出力された光が入射する側とは反対側に、反射膜１２が設けられている。
このような構成において、第２光源６から出力された光は、赤色成分の光を反射し、その他の波長域の光を透過するフィルタ１０に入射して透過する。更に光が進んで、蛍光体８に入射し、蛍光部材８から赤色の成分及び赤色以外の成分を含む光が出力される。そして、蛍光部材８から出力された光は、反射膜１２で反射され、１８０度方向転換をして、蛍光体８を透過して、第２光源６側へ出力される。出力された光は、更に進んでフィルタ１０に入射する。このとき蛍光部材８から出力された光のうち、主に赤色の成分の光が反射されて、進行方向を９０度変えて、フィルタ１０から赤色の成分の光が出力される。また、他の波長域の光は、フィルタ１０を透過する。
このような構成により、赤色の成分の光は、蛍光部材８における第２光源６から出力された光が入射する側に出力されるので、各部材をコンパクトに配置したプロジェクタを実現できる。また、部材の数も少ないので、光源装置の小型化も実現できる。
図１や図２では、第２光源６から出力された光が入射する領域（蛍光体８やフィルタ１０が設けられた領域）が固定配置された態様で示されているが、第２光源６から出力された光が入射する領域が時間の経過とともに変化する可動部材上に配置される場合もあり得る。この場合、可動部材が、蛍光部材が配置された領域を有することになる。更にこの可動部に、異なる色の光を出力する複数の蛍光部材が配置された領域や、光源４、６から出力された光がそのまま透過する領域が備えられている場合もあり得る。
この可動部材としては、例えば、回転運動を行なうホイールや、並進運動や往復運動を行なうシャッターが挙げられる。なお、可動部材としてホイールを用いる場合については、図３、図４を用いて後述する。
可動部材としてシャッターを用いる場合には、光の反射／透過を機械的に制御するシャッターを使用することが考えられる。例えば、図１において図面の水平方向にスライドさせたり、往復移動させたりすることが考えられる。
この可動部材としては、例えば、回転運動を行なうホイールや、並進運動や往復運動を行なうシャッターが挙げられる。なお、可動部材としてホイールを用いる場合については、図３、図４を用いて後述する。
可動部材としてシャッターを用いる場合には、光の反射／透過を機械的に制御するシャッターを使用することが考えられる。例えば、図１において図面の水平方向にスライドさせたり、往復移動させたりすることが考えられる。
以上のような構成により、例えば、青色、緑色、赤色成分の光を時分割で出力する光源装置を実現できる。
次に、図３及び図４を用いて、ホイール２０を備え、時分割で複数の色成分の光を出力可能な光源装置２について、詳細に説明する。図３は、本発明に係る光源装置に用いられるホイールの一実施形態を示す斜視図である。図３、４に示す実施形態では、図２（ａ）に示す場合と同様に、フィルタ１０が蛍光部材８における第１、第２光源４、６から出力された光が入射する側とは反対側に設けられ、蛍光部材８及びフィルタ１０が隣接して配置され、フィルタ１０が赤色の成分の光（取り出したい波長の光）を透過する場合を示す。
第１光源４から赤色光が出力され、第２光源６から赤色光と異なる光として青色光が出力される。ホイール２０には、光源から出力された光が入射して、赤色光が得られる領域、青色光が得られる領域、及び緑色光が得られる領域を有する。ホイール２０が回転して、光源４、６から出力された光の光路を、順次、赤色光が得られる領域、青色光が得られる領域、及び緑色光が得られる領域が横切るので、時分割で、赤色、青色及び緑色を出力することができる。
第１光源４から赤色光が出力され、第２光源６から赤色光と異なる光として青色光が出力される。ホイール２０には、光源から出力された光が入射して、赤色光が得られる領域、青色光が得られる領域、及び緑色光が得られる領域を有する。ホイール２０が回転して、光源４、６から出力された光の光路を、順次、赤色光が得られる領域、青色光が得られる領域、及び緑色光が得られる領域が横切るので、時分割で、赤色、青色及び緑色を出力することができる。
次に、図３のホイール２０を側面方向から見た模式図である図４を用いて、更に詳細に説明する。図４（ａ）は、ホイール２０の赤色光が得られる領域が、光源から出力された光の光路を横切るところを示す。図４（ｂ）は、ホイール２０の青色光が得られる領域が、光源から出力された光の光路を横切るところを示す。図４（ｃ）は、ホイール２０の緑色光が得られる領域が、光源から出力された光の光路を横切るところを示す。
何れの場合においても、光源装置２は、赤色光を出力する第１光源４と、青色光を出力する第２光源６と、ホイール２０と、光源２、４とホイール２０との間の光路上に配置された光学系（例えば、集光レンズ）２２と、ホイール２０の出力側に配置された光学系（例えば、集光レンズ）２４とを備える。
赤色光を出力する第１光源４としては、ピーク波長６４０ｎｍの赤色半導体レーザ素子（ＬＤ）を例示することができる。青色光を出力する第２光源６としては、ピーク波長４４５ｎｍの青色半導体レーザ素子（ＬＤ）を例示することができる。ただし、これに限られるものではなく、その他の任意の光源を用いることができる。
ホイール２０としては、透明なガラスを例示できる。ただし、透過率が十分であり、耐熱性を有すれば、透明な樹脂材料も適用可能であり、この場合にはホイール２０の重量を軽減できる。
また、光源装置２の出力側には、光源装置２から出射された複数の波長の光を順次変調して画像を形成する投影素子３０が配置されている。この投影素子３０については、図８を参照しながら後述する。
何れの場合においても、光源装置２は、赤色光を出力する第１光源４と、青色光を出力する第２光源６と、ホイール２０と、光源２、４とホイール２０との間の光路上に配置された光学系（例えば、集光レンズ）２２と、ホイール２０の出力側に配置された光学系（例えば、集光レンズ）２４とを備える。
赤色光を出力する第１光源４としては、ピーク波長６４０ｎｍの赤色半導体レーザ素子（ＬＤ）を例示することができる。青色光を出力する第２光源６としては、ピーク波長４４５ｎｍの青色半導体レーザ素子（ＬＤ）を例示することができる。ただし、これに限られるものではなく、その他の任意の光源を用いることができる。
ホイール２０としては、透明なガラスを例示できる。ただし、透過率が十分であり、耐熱性を有すれば、透明な樹脂材料も適用可能であり、この場合にはホイール２０の重量を軽減できる。
また、光源装置２の出力側には、光源装置２から出射された複数の波長の光を順次変調して画像を形成する投影素子３０が配置されている。この投影素子３０については、図８を参照しながら後述する。
まず、図４（ａ）の赤色光が得られる領域が、光源４、６から出力された光の光路を横切るところを説明する。図４（ａ）に示すホイール２０には、ホイール２０の光源４、６から出力された光が入射する側とは反対側に、ホイール２０側から（つまり光の進む方向で）順に、バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６、蛍光部材８、及びフィルタ１０が隣接して設けられている。一方、ホイール２０の光源４、６から出力された光が入射する側に、反射防止膜１４が設けられている。なお、蛍光部材８の配置は、ホイール２０において光源４、６から出力された光の光入射側または光出射側（光入射側とは反対側）のどちらでも可能であるが、図４（ａ）に示すように、光出射側に設けるのが好ましい。これにより、光学系２４と蛍光部材８とが近い状態で配置され、蛍光体８から出力された光を光学系２４へ効率を高く取り込むことができる。
ここで、蛍光部材８は、励起光として青色光が入射すると黄色光を発する黄色蛍光体を含んでいる。更に詳細に述べれば、蛍光体として、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２Ｃｅを例示でき、この場合には５５０ｎｍ程度の波長帯域の光を発する。
また、バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６は、蛍光部材８の蛍光体から発する黄色成分の光を反射し、その他の波長帯域の光を透過するようになっている。また、反射防止膜１４は、第１、第２光源４、６から出力された光が反射されるのを防止して、より多くの光がホイール２０内を透過できるようにするものである。更に詳細には、ＳｉＯ２とＮｂ２Ｏ５との多層膜といったような誘電体多層膜を例示することができる。
また、バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６は、蛍光部材８の蛍光体から発する黄色成分の光を反射し、その他の波長帯域の光を透過するようになっている。また、反射防止膜１４は、第１、第２光源４、６から出力された光が反射されるのを防止して、より多くの光がホイール２０内を透過できるようにするものである。更に詳細には、ＳｉＯ２とＮｂ２Ｏ５との多層膜といったような誘電体多層膜を例示することができる。
赤色光が得られる領域が光源４、６から出力された光路を横切るタイミングにおいては、第１光源４及び第２光源６が同時にオンとなっている。第１光源４から出力された赤色光は、光学系２２で略集光されて、ホイール２０の入側に達し、反射防止膜１４、ホイール２０、バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６、蛍光部材８及びフィルタ１０を透過して、光源４、６とは反対側に出力される。そして、出力された光が光学系２４に入射し、光学系２４で略集光されて、投影素子３０に入射する。つまり、第１光源４から出力された赤色光は、波長変換されずに、そのまま各部材を透過して出力される。
なお、第１光源４や光学系の配置により、第１光源４から出力された赤色光がホイール２０を通過しないで、投影素子３０に入射するようにすることも可能である。
なお、第１光源４や光学系の配置により、第１光源４から出力された赤色光がホイール２０を通過しないで、投影素子３０に入射するようにすることも可能である。
一方、第２光源６から出力された青色光は、光学系２２で略集光されて、ホイール２０の入側に達し、反射防止膜１４、ホイール２０、バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６を透過して、蛍光部材８に入射する。蛍光部材８に含まれる蛍光体は、青色光により励起されて黄色光を発する。蛍光体は蛍光部材８内に分散されているため、黄色光は拡散して発光されるが、第２光源６側に戻る黄色光は、バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６により反射されるため、大半の黄色光がフィルタ１０側に進んでフィルタ１０に入射する。フィルタ１０により、黄色光のうちの主に赤色成分の光が透過し、その他の波長帯域の光は反射される。これにより、主に赤色成分の光がフィルタ１０から出力されて、光学系２４で略集光されて、投影素子３０に入射する。これにより、第２光源６から出力された光に基づく赤色の成分の光と、第１光源４から出力された赤色光とが合成されて出力される。
よって、第１光源４から出力された赤色光と、第２光源６から出力された光に基づく赤色の成分の光とが合成されることで、所望の赤色光の色調が得られ、高出力な光源装置２を実現できる。また、赤色光を出力する第１光源４を多数備える必要はないので、小型プロジェクタに搭載可能である。
よって、第１光源４から出力された赤色光と、第２光源６から出力された光に基づく赤色の成分の光とが合成されることで、所望の赤色光の色調が得られ、高出力な光源装置２を実現できる。また、赤色光を出力する第１光源４を多数備える必要はないので、小型プロジェクタに搭載可能である。
なお、本実施形態では、蛍光部材８が、励起光として青色光が入射されると黄色光を発する黄色蛍光体を含んでいるが、これに限られるものではなく、蛍光部材８が、励起光として青色光が入射されると緑色光を発する緑色蛍光体を含んでいる場合も考えられる。更に詳細には、蛍光体として、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２Ｃｅを例示でき、この場合には５２０nm程度の波長帯域の光を発する。
また、蛍光部材８が、励起光として青色光が入射されると黄色光を発する黄色蛍光体、及び励起光として青色光が入射されると緑色光を発する緑色蛍光体の両方を含んでいる場合もあり得る。この場合においても、フィルタ１０により赤色成分の光を取り出すことができるので、黄色蛍光体を含む場合と同様に、第１光源４から出力された赤色光と、第２光源６から出力された光に基づく赤色の成分の光が合成されることで、所望の赤色光の色調が得られ、高出力な光源装置２を実現できる。なお、黄色蛍光体であれば、緑色蛍光体よりも赤色の成分をより多く取り出すことができ、より高出力にすることができる。
また、蛍光部材８が、励起光として青色光が入射されると黄色光を発する黄色蛍光体、及び励起光として青色光が入射されると緑色光を発する緑色蛍光体の両方を含んでいる場合もあり得る。この場合においても、フィルタ１０により赤色成分の光を取り出すことができるので、黄色蛍光体を含む場合と同様に、第１光源４から出力された赤色光と、第２光源６から出力された光に基づく赤色の成分の光が合成されることで、所望の赤色光の色調が得られ、高出力な光源装置２を実現できる。なお、黄色蛍光体であれば、緑色蛍光体よりも赤色の成分をより多く取り出すことができ、より高出力にすることができる。
次に、図４（ｂ）の青色光が得られる領域が、光源６から出力された光の光路を横切るところを説明する。図４（ｂ）に示すホイール２０には、ホイール２０の第２光源６から出力された光が入射する側に、反射防止膜１４が設けられている。この反射防止膜１４は、第２光源６から出力された光が反射されるのを防止して、より多くの光がホイール２０内を透過できるようにするものである。ホイール２０の第２光源６から出力された光が入射する側とは反対側には、部材が設けられていない。
青色光が得られる領域を光源６から出力された光路を横切るタイミングにおいては、第１光源４はオフとなり、第２光源６のみオンとなっている。第２光源６から出力された青色光は、光学系２２で略集光されて、ホイール２０の入側に達し、反射防止膜１４、ホイール２０を透過して、第２の光源６と反対側に出力される。そして、光学系２４で略集光されて、投影素子３０に入射する。つまり、第２光源６から出力された青色光は、波長変換されずに、そのまま出力される。
次に、図４（ｃ）の緑色光が得られる領域が、光源６から出力された光の光路を横切るところを説明する。図４（ｃ）に示すホイール２０には、ホイール２０の第２光源６から出力された光が入射する側とは反対側に、ホイール２０側から（つまり光の進む方向で）順に、バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６、及び蛍光部材８が隣接して設けられている。一方、ホイール２０の第２光源６から出力された光が入射する側に、反射防止膜１４が設けられている。
ここで、蛍光部材８は、励起光として青色光が入射されると緑色光を発する緑色蛍光体を含んでいる。また、バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６は、蛍光部材８の蛍光体から発する緑色成分の光を反射し、その他の波長帯域の光を透過するようになっている。また、反射防止膜１４は、第２光源６から出力された光が反射されるのを防止して、より多くの光がホイール２０内を透過できるようにするものである。
なお、図４に示す実施形態では、反射防止膜１４がホイール２０において光源４、６から出力された光の光入射側に配置されているが、これに限られるものではなく、光出射側（光入射側とは反対側）に配置することも可能である。この場合、ホイール２０に最も近い位置に配置することが好ましく、例えば、図４（ａ）や（ｃ）の場合であれば、ホイール２０とバンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６との間に配置することが好ましい。
なお、図４に示す実施形態では、反射防止膜１４がホイール２０において光源４、６から出力された光の光入射側に配置されているが、これに限られるものではなく、光出射側（光入射側とは反対側）に配置することも可能である。この場合、ホイール２０に最も近い位置に配置することが好ましく、例えば、図４（ａ）や（ｃ）の場合であれば、ホイール２０とバンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６との間に配置することが好ましい。
緑色光が得られる領域が光源６から出力された光の光路を横切るタイミングにおいては、第１光源４はオフとなり、第２光源６だけがオンとなっている。第２光源６から出力された青色光は、光学系２２で略集光されて、ホイール２０の入側に達し、反射防止膜１４、ホイール２０、バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６を透過して、蛍光部材８に入射する。蛍光部材８に含まれる蛍光体は、青色光により励起されて緑色光を発する。蛍光体は蛍光部材８内に分散されているため、緑色光は拡散して発光されるが、第２光源６側に戻る緑色光は、バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６により反射されるため、大半の緑色光がホイール２０から出力される。出力された緑色光が、光学系２４で略集光されて、投影素子３０に入射する。
以上のように、図３、４に示す光源装置２により、時分割で赤色光、青色光及び緑色光を出力して、投影素子３０に入射する。これにより、時分割式のカラープロジェクタを実現できる。
なお、図４（ｂ）、（ｃ）に示す実施形態では、第１光源４がオフとなっているが、これに限られるものではなく、常に第１光源４をオンの状態にすることもできる。この場合、青色光が得られる領域、及び緑色光が得られる領域のホイール２０において、光源４から出力された光が入射する側に、赤色光を反射する反射膜を設けることにより、第１光源４をオンにしておいても、赤色光が不要に出力されることを防ぐことができる。
上述の実施形態では、第１光源４及び第２光源６を１個ずつ備えているが、スペースが許されれば、複数個備えることもできる。
以上のように、図３、４に示す光源装置２により、時分割で赤色光、青色光及び緑色光を出力して、投影素子３０に入射する。これにより、時分割式のカラープロジェクタを実現できる。
なお、図４（ｂ）、（ｃ）に示す実施形態では、第１光源４がオフとなっているが、これに限られるものではなく、常に第１光源４をオンの状態にすることもできる。この場合、青色光が得られる領域、及び緑色光が得られる領域のホイール２０において、光源４から出力された光が入射する側に、赤色光を反射する反射膜を設けることにより、第１光源４をオンにしておいても、赤色光が不要に出力されることを防ぐことができる。
上述の実施形態では、第１光源４及び第２光源６を１個ずつ備えているが、スペースが許されれば、複数個備えることもできる。
次に、図５を参照しながら、ホイール２０の一実施形態の更に詳細な構造を説明する。図５では、図４（ａ）の赤色光が得られる領域の構造を示す。本実施形態では、ホイール２０と透明基板２６とが接着された構造を示す。ホイール２０の光源４、６から出力する光が入射する側とは反対側に、ホイール２０側から（つまり光の進む方向で）順に、バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６、及び蛍光部材８が設けられている。ホイール２０の光源４、６から出力された光が入射する側に、反射防止膜１４が設けられている。
一方、透明基板２６の光源４、６から出力された光が入射する側とは反対側に、フィルタ１０が設けられ、透明基板２６の光源４、６から出力された光が入射する側に、反射防止膜１４が設けられている。そして、接着剤により、ホイール２０の蛍光部材８を備えた面と、透明基板２６の反射防止膜１４を備えた面とが接合される。これにより、第１、第２光源４、６から出力された光が進む方向の順に、反射防止膜１４、ホイール２０、バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６、蛍光部材８、反射防止膜１４、透明基板２６及びフィルタ１０が配置された構成が得られる
一方、透明基板２６の光源４、６から出力された光が入射する側とは反対側に、フィルタ１０が設けられ、透明基板２６の光源４、６から出力された光が入射する側に、反射防止膜１４が設けられている。そして、接着剤により、ホイール２０の蛍光部材８を備えた面と、透明基板２６の反射防止膜１４を備えた面とが接合される。これにより、第１、第２光源４、６から出力された光が進む方向の順に、反射防止膜１４、ホイール２０、バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）１６、蛍光部材８、反射防止膜１４、透明基板２６及びフィルタ１０が配置された構成が得られる
（実施例の説明）
以上のような図１〜図５に示す構成の本発明の光源装置について、各波長における発光強度を実際に測定した。図６に測定結果である波長−発光強度グラフを示す。このグラフでは、横軸に波長（ｎｍ）を示し、縦軸に発光強度（ａ．ｕ．)を示す。
ピーク波長４４５ｎｍの青色半導体レーザ素子（ＬＤ）である第２光源６から出力された青色光が、黄色蛍光体（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２Ｃｅ）を含む蛍光部材８に入射して、図６の破線で示される黄色光が出力される。そして、フィルタ１０により、赤色成分の光（波長５９０〜７００ｎｍの光）が取り出される。取り出された赤色成分の光と、ピーク波長６４０ｎｍの赤色半導体レーザ素子（ＬＤ）である第１光源４から出力された赤色光が合成されて、図６のグラフの実線で示す高出力な赤色光が得られる。６４０ｎｍ近傍でピークを有する図６のグラフから、本発明の光源装置により、高出力な赤色光を出力可能なことが明らかとなった。
以上のような図１〜図５に示す構成の本発明の光源装置について、各波長における発光強度を実際に測定した。図６に測定結果である波長−発光強度グラフを示す。このグラフでは、横軸に波長（ｎｍ）を示し、縦軸に発光強度（ａ．ｕ．)を示す。
ピーク波長４４５ｎｍの青色半導体レーザ素子（ＬＤ）である第２光源６から出力された青色光が、黄色蛍光体（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２Ｃｅ）を含む蛍光部材８に入射して、図６の破線で示される黄色光が出力される。そして、フィルタ１０により、赤色成分の光（波長５９０〜７００ｎｍの光）が取り出される。取り出された赤色成分の光と、ピーク波長６４０ｎｍの赤色半導体レーザ素子（ＬＤ）である第１光源４から出力された赤色光が合成されて、図６のグラフの実線で示す高出力な赤色光が得られる。６４０ｎｍ近傍でピークを有する図６のグラフから、本発明の光源装置により、高出力な赤色光を出力可能なことが明らかとなった。
一方、図７に示す色度座標（ｘ−ｙ）により、所望の赤色光の色調を得られることが示される。図７において、第２光源６から出力された青色光が黄色蛍光体（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２Ｃｅ）を含む蛍光部材８に入射して、黄色光が出力される。この黄色光の色度が、「トリミング無し」と記載された着色された◇印のプロットで示される。そして、フィルタ１０により、この黄色光から、５９０〜７００ｎｍ以外の波長域の光を除去した赤色成分を含む光が得られる。この赤色成分を含む光の色度が、「５９０〜７００ｎｍ」と記載された白抜き□印のプロットで示される。この赤色成分を含む光に、「６４０ｎｍＬＤ」と記載された白抜き△印のプロットで示される第１光源４から出力された赤色光が合成される。この合成された赤色光の色度が、「５９０〜７００ｎｍ＋６４０ｎｍＬＤ」として記載された着色■印のプロットで示される。これが、本発明の光源装置から出力された赤色光の色度となる。これにより、色調が良好な赤色（つまり所望の赤色光の色調）が得られることが明らかとなった。なお、色調が良好な赤色とは、ＲＥＣ７０９の規格（ＨＤビデオの世界的標準仕様の色域）に近づくことを意味する。
（本発明のプロジェクタの説明）
次に、図８を用いて、本発明のプロジェクタの一実施形態の説明を行なう。本実施形態では、プロジェクタ５０が、本発明の光源装置２と、画像データに基づいて、光源装置２から出力された複数の波長の光を順次変調して画像を形成する投影素子３０と、その画像を拡大して投射する投射手段４０とを備えている。光源装置２としては、上述の任意の実施形態のものを採用することができる。
次に、図８を用いて、本発明のプロジェクタの一実施形態の説明を行なう。本実施形態では、プロジェクタ５０が、本発明の光源装置２と、画像データに基づいて、光源装置２から出力された複数の波長の光を順次変調して画像を形成する投影素子３０と、その画像を拡大して投射する投射手段４０とを備えている。光源装置２としては、上述の任意の実施形態のものを採用することができる。
投影素子３０は、光変調素子及びその駆動制御回路から構成され、本実施形態では、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子を用いることができる。ＤＭＤ素子は、各画素に相当する微細なミラーがマトリックス状に配列され、各ミラーの傾きを変えてオン／オフ切り替えを行なうことができる。つまり、入射した光が投射手段４０へ反射するようにミラーを傾けた場合がオンの状態であり、入射した光が投射手段４０へ反射しないようにミラーを傾けた場合がオフの状態である。
また、オンにしている時間とオフにしている時間の比率によって、投射手段４０へ入射する光の階調を変化させることができるので、画像データに基づいた階調表示が可能になる。ＤＭＤ素子は、マイクロ秒単位でオン／オフの切り替えが可能である。なお、本実施形態では、投影素子３０の構成素子として、ＤＭＤ素子を用いているが、これに限られるものではなく、用途に応じて、その他任意の光変調素子を用いることができる。
また、オンにしている時間とオフにしている時間の比率によって、投射手段４０へ入射する光の階調を変化させることができるので、画像データに基づいた階調表示が可能になる。ＤＭＤ素子は、マイクロ秒単位でオン／オフの切り替えが可能である。なお、本実施形態では、投影素子３０の構成素子として、ＤＭＤ素子を用いているが、これに限られるものではなく、用途に応じて、その他任意の光変調素子を用いることができる。
投射手段４０は、主に投射レンズから構成され、投影素子３０で順次変調して形成された画像を、所定の大きさに拡大して投射することができる。
以上のように、本実施形態においては、所望の赤色光の色調が得られる、高出力でコンパクトなプロジェクタを、低い製造コストで提供することができる。
以上のように、本実施形態においては、所望の赤色光の色調が得られる、高出力でコンパクトなプロジェクタを、低い製造コストで提供することができる。
＜本発明プロジェクタのその他の実施形態の説明＞
上述では、本発明の光源装置２を時分割のプロジェクタに用いる場合を示しているが、これに限られるものではなく、例えば、液晶表示装置や液晶式プロジェクタにおけるカラー光源として用いることができる。この場合、光源装置２から、赤色光、青色光及び緑色光を各画素に対応した位置に同時に出力する。よって、液晶装置側でカラーフィルタ等を備える必要はない。この場合においても、所望の赤色光の色調が得られ、高出力な表示装置やプロジェクタを実現できる。
上述では、本発明の光源装置２を時分割のプロジェクタに用いる場合を示しているが、これに限られるものではなく、例えば、液晶表示装置や液晶式プロジェクタにおけるカラー光源として用いることができる。この場合、光源装置２から、赤色光、青色光及び緑色光を各画素に対応した位置に同時に出力する。よって、液晶装置側でカラーフィルタ等を備える必要はない。この場合においても、所望の赤色光の色調が得られ、高出力な表示装置やプロジェクタを実現できる。
２ 光源装置
４ 第１光源
６ 第２光源
８ 蛍光部材
１０ フィルタ
１２ 反射膜
１４ 反射防止膜
１６ バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）
１８ 吸収膜
２０ ホイール
２２ 光学系
２４ 光学系
２６ 透明基板
３０ 投影素子
４０ 投射手段
５０ プロジェクタ
４ 第１光源
６ 第２光源
８ 蛍光部材
１０ フィルタ
１２ 反射膜
１４ 反射防止膜
１６ バンドパスフィルタ（蛍光体光反射用フィルタ）
１８ 吸収膜
２０ ホイール
２２ 光学系
２４ 光学系
２６ 透明基板
３０ 投影素子
４０ 投射手段
５０ プロジェクタ
Claims (6)
- 赤色光を出力する第１光源と、
赤色光と異なる光を出力する第２光源と、
前記第２光源から出力された光により、赤色の成分及び赤色以外の成分を含む光を出力する蛍光部材と、
前記蛍光部材から出力された光のうち前記赤色の成分の光を透過するフィルタと、
を備え、
前記第１光源から出力された光が、前記蛍光部材及び前記フィルタを透過し、
前記第２光源から出力光が入射する領域が時間の経過とともに変化する可動部材を更に備え、
前記可動部材が、前記蛍光部材が配置された領域を有することを特徴とする光源装置。 - 前記第２光源は青色光を出力する光源であり、前記蛍光部材は少なくとも黄色蛍光体または緑色蛍光体のいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
- 前記フィルタは、前記蛍光部材における前記第２光源から出力された光が入射する側とは反対側に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
- 前記フィルタは、前記蛍光部材と隣接して配置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。
- 前記フィルタは、前記蛍光部材と離間して配置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。
- 前記第１光源及び前記第２光源が半導体レーザ素子である請求項１〜５の何れか１項に記載の光源装置。
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