JP6780204B2 - 光源装置および投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光体とレーザー光源とを備えた光源装置、及びそれを用いた投写型表示装置に関する。

近年、信頼性や安定性などの理由から、投写型表示装置の光源として、レーザーダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体光源や、蛍光体を用いた光源などが用いられるようになってきた。
特許文献１には、ＬＥＤからなる光源を用いた投写型表示装置が記載されている。この投写型表示装置は、光源、照明光学系、インテグレータ素子、画像表示素子及び投写光学系を有する。

光源は、赤色ＬＥＤアレイ、青色ＬＥＤアレイ及び緑色ＬＥＤアレイを備える。照明光学系は、赤色ＬＥＤアレイからの赤色光路と青色ＬＥＤアレイからの青色光路と緑色ＬＥＤアレイからの緑色光路とを１つの光路に合成する。
照明光学系の射出光（赤・青・緑）は、インテグレータ素子の入射面に入射する。インテグレータ素子は、ガラスロッド等からなり、入射面から入射した光はロッド内部を伝搬して射出面から射出される。インテグレータ素子の射出光（赤・青・緑）は、照明光として画像表示素子に照射される。赤色光、青色光、緑色光が順に画像表示素子に照射される。
画像表示素子は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等からなり、インテグレータ素子からの照明光（赤・青・緑）を空間的に変調して赤色画像、青色画像及び緑色画像を順に形成する。投写光学系は、画像表示素子に形成された画像（赤・青・緑）をスクリーン等へ投写する。

しかし、ＬＤや蛍光体を用いた光源装置と比較して、ＬＥＤを用いた光源装置の輝度は低い。このため、高輝度化が求められる投写型表示装置では、ＬＤや蛍光体を用いた光源装置が用いられている。例えば、デジタルシネマ用のプロジェクタ等では、蛍光体とレーザー光源とを組み合わせた高出力の光源装置が用いられている。
特許文献２に、蛍光体とレーザー光源とを組み合わせた光源装置が記載されている。この光源装置は、黄色蛍光体、赤色レーザー光源、青色レーザー光源、第１の光合成部及び第２の光合成部を有する。黄色蛍光体は、励起光を受けて黄色蛍光を発する。第１の光合成部は、黄色蛍光体からの黄色蛍光と赤色レーザー光源から射出された赤色レーザー光とを合成した第１の合成光を射出する。第２の光合成部は、第１の光合成部から射出された第１の合成光と青色レーザー光源から射出された青色レーザー光とを合成した第２の合成光を射出する。この第２の合成光が、光源装置の出力光である。
黄色蛍光体を用いた光源、赤色レーザー光源及び青色レーザー光源は、筐体内の同じ面上に並べて配置されている。なお、黄色蛍光体に代えて、緑色蛍光を発する緑色蛍光体を用いることもできる。

特開２０１３−２３８７３９号公報 特開２０１６−２２４３０４号公報

特許文献１に記載の投写型表示装置で用いられている光源装置は、ＬＤや蛍光体を用いたものと比べて、光源の輝度が低いという問題がある。

特許文献２に記載の光源装置は、ＬＥＤを用いた光源よりも高輝度であるが、以下のような問題がある。
黄色蛍光体（又は緑色蛍光体）を用いた光源、赤色レーザー光源及び青色レーザー光源は同一面（例えば、筐体の底面）上に並べて配置されるため、これら光源を収容する筐体の奥行及び横幅が大きくなり、その結果、設置面積が増大する。

また、一般に、蛍光体から発せられた蛍光（黄色蛍光又は緑色蛍光）の拡散角は、赤色レーザー光源や青色レーザー光源から発したレーザー光の拡散角よりも大きい。ここで、拡散角は、光軸に対する光束の最外光線の角度である。この拡散角が大きいほど、光束径が大きくなり、その結果、光路上に配置される光学部品（レンズやミラーなど）のサイズも大きくなる。このような光学部品が大型化する蛍光光路に第１及び第２の光合成部を配置しているため、これら光合成部を構成する光学部品のサイズが大きくなり、その結果、光源装置の大型化を招く。

本発明の目的は、上記課題を解決し、設置面積の削減及び小型化が可能な、高輝度の光源装置及び投写型表示装置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、
第１の収容階と第２の収容階とからなる階層構造を備え、前記第１の収容階に、赤色レーザー光を射出する赤色光源と青色レーザー光を射出する青色光源とが収容され、前記第２の収容階に、緑色蛍光を射出する緑色光源が収容された光源収容部と、
前記第２の収容階側に設けられた射出窓と、
前記赤色光源から射出された前記赤色レーザー光の光路と前記青色光源から射出された前記青色レーザー光の光路とを一つの光路に合成し、前記赤色レーザー光と前記青色レーザー光とを合成した第１の合成光を射出する第１の光合成部と、
前記緑色光源から射出された前記緑色蛍光の光路と前記第１の光合成部から射出された前記第１の合成光の光路とを一つの光路に合成し、前記緑色蛍光と前記第１の合成光とを合成した第２の合成光を前記射出窓に向けて射出する第２の光合成部と、を有する、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、
前記光源装置の出力光を変調して画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成された画像を投写する投写レンズと、を有する、投写型表示装置が提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、
第１および第２の光源装置と、
前記第１の光源装置の出力光の光路と前記第２の光源装置の出力光の光路とを一つの光路に合成し、前記第１および第２の光源装置の出力光を合成した照明光を射出する光合成部と、
前記照明光を変調して画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成された画像を投写する投写レンズと、を有し、
前記第１および第２の光源装置はそれぞれ、
第１の収容階と第２の収容階とからなる階層構造を備え、前記第１の収容階に、赤色レーザー光を射出する赤色光源と青色レーザー光を射出する青色光源とが収容され、前記第２の収容階に、緑色蛍光を射出する緑色光源が収容された光源収容部と、
前記第２の収容階側に設けられた射出窓と、
前記赤色光源から射出された前記赤色レーザー光の光路と前記青色光源から射出された前記青色レーザー光の光路とを一つの光路に合成し、前記赤色レーザー光と前記青色レーザー光とを合成した第１の合成光を射出する第１の光合成部と、
前記緑色光源から射出された前記緑色蛍光の光路と前記第１の光合成部から射出された前記第１の合成光の光路とを一つの光路に合成し、前記緑色蛍光と前記第１の合成光とを合成した第２の合成光を前記射出窓に向けて射出する第２の光合成部と、を有する、投写型表示装置が提供される。

本発明によれば、設置面積の削減及び小型化が可能な、高輝度の光源装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態による光源装置を備えた光源システムを模式的に示す斜視図である。 図１に示す光源装置を上面から見たときの内部構造を示す模式図である。 図１に示す光源装置を側面から見たときの内部構造を示す模式図である。 赤色光源ユニットの構成を示す模式図である。 緑色光源ユニットの構成を示す模式図である。 第１の光合成部の構成を説明するための模式図である。 本発明の第１の実施形態による光源装置を備えた投写型表示装置の構成を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態による光源システムの構成を模式的に示す斜視図である。 図８に示す光源システムの動作を説明するための模式図である。 第１の結像面上に形成される光源装置の光源像を示す模式図である。 反射素子の一例であるＶ字ミラーを示す模式図である。 Ｖ字ミラーを第１の結像面に垂直な方向に移動した場合の光源像の変化を説明するための模式図である。 第１及び第２の光束にケラレが生じるように反射素子を配置した場合の第１の結像面上に形成される合成面光源を示す模式図である。 反射素子の別の例である直角プリズムを示す模式図である。 直角プリズムを第１の結像面に垂直な方向に移動した場合の光源像の変化を示す模式図である。 直角プリズムとＶ字ミラーの頂角部分の位置関係を説明するための模式図である。 図１６Ａに示す状態で第１の結像面上に形成される光源像を説明するための模式図である。 図８に示す光源システムを備えた投写型表示装置の構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態である光源装置の構成を示す模式図である。

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１は、本発明の第１の実施形態による光源装置を備えた光源システムを模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示す光源装置を上面から見たときの内部構造を示す模式図である。図３は、図１に示す光源装置を側面から見たときの内部構造を示す模式図である。なお、図１には、便宜上、一部の光線の軌跡しか示されていない。

図１〜３に示すように、光源システムは、光源装置１００、リレー光学系１３０及びロッドインテグレータ１４０を有する。
光源装置１００は、１階と２階との階層構造を備えた筺体を備え、１階に光源ユニット収容部１０１が設けられ、２階に光源ユニット収容部１０２が設けられている。筺体内には、導光部材１２０がさらに設けられている。

光源ユニット収容部１０１は、赤色光源ユニット１１０Ｒと青色光源ユニット１１０Ｂを収容する。光源ユニット収容部１０２は、緑色光源ユニット１１０Ｇを収容する。筐体の光源ユニット収容部１０２側には、射出窓１０３が設けられている。射出窓１０３は、緑色光源ユニット１１０Ｇの射出光軸上に配置されている。
導光部材１２０は、赤色光源ユニット１１０Ｒから射出された赤色レーザー光、青色光源ユニット１１０Ｂから射出された青色レーザー光、緑色光源ユニット１１０Ｇから射出された緑色蛍光それぞれの光路を１つの光路に合成する。導光部材１２０は、赤色レーザー光、青色レーザー光及び緑色蛍光を合成した合成光を射出窓１０３に向けて射出する。射出窓１０３を通過した合成光（赤・青・緑）は、リレー光学系１３０を介してロッドインテグレータ１４０の入射面に供給される。

ロッドインテグレータ１４０は、柱状の導光体を備え、一方の面から入射した光が導光体内部を伝搬し他方の面から射出される光学素子（光均一化素子）である。光が導光体内部で複数回反射されることで、均一な面光源を射出面に形成することができる。ロッドインテグレータ１４０として、内部を中空にして内面をミラーで構成したライトトンネルや、ガラス等の透明な材料で多角柱を形成したロッドなどを用いることができる。

以下、赤色光源ユニット１１０Ｒ、青色光源ユニット１１０Ｂ、緑色光源ユニット１１０Ｇ及び導光部材１２０の構成を詳細に説明する。
まず、赤色光源ユニット１１０Ｒについて説明する。

図４に、赤色光源ユニット１１０Ｒの構成を示す。
図４を参照すると、赤色光源ユニット１１０Ｒは、光源部１ａ、１ｂ、集光レンズ２ａ、２ｂ、反射ミラー３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、拡散板５、ロッドインテグレータ６およびレンズ７〜９を有する。なお、図４には、便宜上、一部の光線の軌跡しか示されていない。

光源部１ａは、固体光源１１ａ、１２ａと反射ミラー１３ａを含む。固体光源１１ａ、１２ａは同じ構造のものであって、例えば、赤色レーザー光を出力する複数のレーザーダイオード（ＬＤ）を有する。ここでは、（ｎ（行）×ｍ（列））個の赤色ＬＤが放熱部を備えた保持部材上に形成されたものが用いられる。
反射ミラー１３ａは、反射領域と透過領域が交互に配置されたストライプ構造のミラーである。例えば、帯状の反射領域を所定の間隔で透明基板上に蒸着することでストライプ構造のミラーを形成することができる。

固体光源１１ａのＬＤの各列と反射ミラー１３ａの各透過領域とは１対１で対応する。固体光源１１ａの各列の赤色ＬＤより射出した赤色レーザー光は、反射ミラー１３ａの対応する透過領域を通過する。固体光源１２ａの赤色ＬＤの各列と反射ミラー１３ａの各反射領域とは１対１で対応する。固体光源１２ａの各列の赤色ＬＤより射出した赤色レーザー光は反射ミラー１３ａの対応する反射領域によって、透過領域を透過した赤色レーザー光の進行方向と同じ方向に向けて反射される。透過領域を透過した赤色レーザー光と反射領域で反射された赤色レーザー光とが光源部１ａの出力光である。光源部１ａの出力光は、集光レンズ２ａに入射する。
光源部１ｂは、固体光源１１ｂ、１２ｂ及び反射ミラー１３ｂを含む。これら固体光源１１ｂ、１２ｂ及び反射ミラー１３ｂからなる部分は、上記の固体光源１１ａ、１２ａ及び反射ミラー１３ａからなる部分と同じ構造である。固体光源１１ｂより射出した赤色レーザー光は、反射ミラー１３ｂの各透過領域を透過する。固体光源１２ｂより射出した赤色レーザー光は、反射ミラー１３ｂの各反射領域で、透過領域を透過した赤色レーザー光の進行方向と同じ方向に反射される。透過領域を透過した赤色レーザー光と反射領域で反射された赤色レーザー光が光源部１ｂの出力光である。光源部１ｂの出力光は、集光レンズ２ｂに入射する。

集光レンズ２ａを通過した赤色レーザー光は、反射ミラー３ａ、４ａ及び拡散板５を順次通過してロッドインテグレータ６の入射面に入射する。同様に、集光レンズ２ｂを通過した赤色レーザー光は、反射ミラー３ｂ、４ｂ及び拡散板５を順次通過してロッドインテグレータ６の入射面に入射する。集光レンズ２ａ、２ｂおよび反射ミラー３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂは、光折り返し手段と呼ぶことができる。
光源部１ａからロッドインテグレータ６の入射面までの第１の光路の長さは、光源部１ｂからロッドインテグレータ６の入射面までの第２の光路の長さと同じである。集光レンズ２ａの集光角（光軸と光束の最も外側の光線とのなす角度をθとするとき、２θで与えられる角度）は、集光レンズ２ｂのそれと同じである。第１の光路でロッドインテグレータ６の入射面に入射する光束の中心光線の入射角は、第２の光路でロッドインテグレータ６の入射面に入射する光束の中心光線の入射角と同じである。

ロッドインテグレータ６は、ロッドインテグレータ１４０と同様、柱状の導光体からなる。ロッドインテグレータ６として、ライトトンネルや、ガラス等の透明な材料で多角柱を形成したロッドなどを用いることができる。
集光レンズ２ａは、光源部１ａからの赤色レーザー光を集光してロッドインテグレータ６の入射面に入射させる。集光レンズ２ｂは、光源部１ｂからの赤色レーザー光を集光してロッドインテグレータ６の入射面に入射させる。ロッドインテグレータ６の入射面上の集光レンズ２ａ、２ｂそれぞれの集光位置が同じなるように構成されてもよい。
レンズ７〜９は、射出瞳が無限遠にあるテレセントリックレンズを構成する。このテレセントリックレンズを通過した光が赤色光源ユニット１１０Ｒの出力光（収束光）である。

図４に示した赤色光源ユニット１１０Ｒにおいて、光源部１ａ、１ｂがロッドインテグレータ６を挟んで対向するように配置されているが、これに限定されない。光折り返し手段を構成するミラー等の部品が干渉することなく光源部１ａ、１ｂからの光をロッドインテグレータ６の入射面に入射させることができるのであれば、光源部１ａ、１ｂは、ロッドインテグレータ６の周囲のどの位置に配置されてもよい。
また、ロッドインテグレータ６の周囲に配置される光源部の数は２個に限定されない。光折り返し手段を構成するミラー等の部品が干渉することなく光源部からの光をロッドインテグレータ６の入射面に入射させることができるのであれば、３個以上の光源部をロッドインテグレータ６の周囲に配置してもよい。

また、ロッドインテグレータ６を構成する導光体は、入射面から射出面に向かって導光部分の断面積が増大するようなテーパー形状の反射面を有してもよい。

次に、青色光源ユニット１１０Ｂの構成を説明する。
青色光源ユニット１１０Ｂは、赤色光源ユニット１１０Ｒとは異なり、ロッドインテグレータや折り返し手段など光学部品は設けられていない。青色光源ユニット１１０Ｂは、二次元に配列された複数の青色固体光源と、これら青色固体光源からの青色光を集光する集光レンズとを有する。青色固体光源は、青色レーザー光を出力する青色ＬＤであっても良い。青色光源ユニット１１０Ｂは、テレセントリックレンズを構成するレンズを有していても良い。また、青色光源ユニット１１０Ｂの一部のレンズと赤色光源ユニット１１０Ｒ側の一部のレンズとでテレセントリックレンズを構成しても良い。

次に、緑色光源ユニット１１０Ｇの構成を詳細に説明する。
図５に、緑色光源ユニット１１０Ｇの構成を示す。
図５を参照すると、緑色光源ユニット１１０Ｇは、光源部２１ａ、２１ｂ、集光レンズ２２ａ、２２ｂ、反射ミラー２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、３４、拡散板２５、ロッドインテグレータ２６、レンズ２７〜３２、ダイクロイックミラー３３および蛍光ホイール３５を有する。なお、図５には、便宜上、一部の光線の軌跡しか示されていない。

光源部２１ａ、２１ｂは、蛍光体を励起するための励起用光源であって、同じ色の励起光を射出する。
光源部２１ａは、同じ色の励起光を射出する固体光源２１１ａ、２１２ａと反射ミラー２１３ａを含む。固体光源２１１ａ、２１２ａは同じ構造のものであって、例えば、青色の波長域に中心波長を有する青色レーザー光を出力する複数のレーザーダイオード（ＬＤ）を備える。ここでは、（ｎ（行）×ｍ（列））個の青色ＬＤが放熱部を備えた保持部材上に形成されたものが用いられる。

反射ミラー２１３ａは、反射領域と透過領域を交互に配置したストライプ構造のミラーである。例えば、帯状の反射領域を所定の間隔で透明基板上に蒸着することでストライプ構造のミラーを形成することができる。
固体光源２１１ａの青色ＬＤの各列と反射ミラー２１３ａの各透過領域とは１対１で対応しており、各列の青色ＬＤより射出した青色レーザー光は、反射ミラー２１３ａの対応する透過領域を通過する。固体光源２１２ａの青色ＬＤの各列と反射ミラー２１３ａの各反射領域とは１対１で対応する。各列の青色ＬＤより射出した青色レーザー光は反射ミラー２１３ａの対応する反射領域によって、透過領域を透過した青色レーザー光の進行方向と同じ方向に反射される。透過領域を透過した青色レーザー光と反射領域で反射された青色レーザー光とが光源部２１ａの出力光である。光源部２１ａの出力光は、集光レンズ２２ａに入射する。

光源部２１ｂは、固体光源２１１ｂ、２１２ｂ及び反射ミラー２１３ｂを含む。これら固体光源２１１ｂ、２１２ｂ及び反射ミラー２１３ｂからなる部分は、上記の固体光源２１１ａ、２１２ａ及び反射ミラー２１３ａからなる部分と同じ構造である。固体光源２１１ｂより射出した青色レーザー光は反射ミラー２１３ｂの各透過領域を透過する。固体光源２１２ｂより射出した青色レーザー光は反射ミラー２１３ｂの各反射領域で、透過領域を透過した青色レーザー光の進行方向と同じ方向に反射される。透過領域を透過した青色レーザー光と反射領域で反射された青色レーザー光が光源部２１ｂの出力光である。光源部２１ｂの出力光は集光レンズ２２ｂに入射する。
集光レンズ２２ａを通過した青色レーザー光は、反射ミラー２３ａ、２４ａ及び拡散板２５を順次通過してロッドインテグレータ２６の入射面に入射する。同様に、集光レンズ２２ｂを通過した青色レーザー光は、反射ミラー２３ｂ、２４ｂ及び拡散板２５を順次通過してロッドインテグレータ２６の入射面に入射する。

光源部２１ａからロッドインテグレータ２６の入射面までの第１の光路の長さは、光源部２１ｂからロッドインテグレータ２６の入射面までの第２の光路の長さと同じである。集光レンズ２２ａの集光角は、集光レンズ２２ｂのそれと同じである。第１の光路でロッドインテグレータ２６の入射面に入射する光束の中心光線の入射角は、第２の光路でロッドインテグレータ２６の入射面に入射する光束の中心光線の入射角と同じである。

ロッドインテグレータ２６は、ロッドインテグレータ１４０と同様、柱状の導光体からなる。ロッドインテグレータ２６として、ライトトンネルや、ガラス等の透明な材料で多角柱を形成したロッドなどを用いることができる。
集光レンズ２２ａは、光源部２１ａからのレーザー光を集光してロッドインテグレータ２６の入射面に入射させる。集光レンズ２２ｂは、光源部２１ｂからのレーザー光を集光してロッドインテグレータ２６の入射面に入射させる。ロッドインテグレータ２６の入射面上の集光レンズ２２ａ、２２ｂそれぞれの集光位置が同じなるように構成されてもよい。

ロッドインテグレータ２６の射出面より射出した青色レーザー光（青色励起光）の進行方向に、レンズ２７、２８およびダイクロイックミラー３３がこの順番で配置されている。レンズ２７、２８は集光レンズである。ダイクロイックミラー３３は、可視光の波長域のうち、青色の波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する反射透過特性を有する。ロッドインテグレータ２６からの青色レーザー光は、レンズ２７、２８を通過した後、ダイクロイックミラー３３で反射される。
ダイクロイックミラー３３からの青色レーザー光（反射光）の進行方向に、レンズ２９〜３１および蛍光ホイール３５がこの順番で配置されている。レンズ２９〜３１は、集光レンズである。

蛍光ホイール３５は、回転可能な円形基板と、この円形基板上に周方向に沿って形成された蛍光体部と、を有する。円形基板の中心部は回転モーターの出力軸に支持されている。回転モーターは、円形基板を回転させる。蛍光体部は、ダイクロイックミラー３３からの青色レーザー光によって励起可能な蛍光体を含む。蛍光体として、緑色蛍光を放出する緑色蛍光体が用いられている。
ダイクロイックミラー３３からの青色レーザー光は、レンズ２９〜３１を通過した後、蛍光ホイール３５の蛍光体部に入射する。蛍光体部から放出された緑色蛍光（発散光）は、レンズ２９〜３０を通過する。レンズ２９〜３０を通過した緑色蛍光は、ダイクロイックミラー３３を透過する。ダイクロイックミラー３３からの緑色蛍光（透過光）の進行方向に、レンズ３２および反射ミラー３４がこの順番で配置されている。レンズ３２は、集光レンズである。

レンズ２７〜３２のうち、レンズ２７〜３１は、ロッドインテグレータ２６の射出面より射出した青色レーザー光を蛍光ホイール３５の蛍光体部上に集光する。また、レンズ２９〜３２は、蛍光体部から放出された緑色蛍光（発散光）を集光するように作用する。レンズ３２を通過した緑色蛍光は、反射ミラー３４で反射される。反射ミラー３４からの反射光（緑色蛍光）が、緑色光源ユニット１１０Ｇの出力光（収束光）である。レンズ３２を通過した緑色蛍光の光路中に、平行光束を得るためのレンズや光束径を調整するためのレンズが配置されてもよい。

次に、導光部材１２０の構成を詳細に説明する。
導光部材１２０は、赤色光源ユニット１１０Ｒから射出された赤色レーザー光の光路と青色光源ユニット１１０Ｂから射出された青色レーザー光の光路とを１つの光路に合成する第１の光合成部と、第１の光合成部から射出された合成光（赤・青）の光路と緑色光源ユニット１１０Ｇから射出された緑色蛍光の光路とを１つの光路に合成する第２の光合成部とを有する。

まず、導光部材１２０の第１の光合成部の構成を詳細に説明する。
図６に、上面側から見た場合の第１の光合成部の構成を模式的に示す。図６に示すように、第１の光合成部は、ミラー１２１、１２３及びダイクロイックミラー１２２を含む。
赤色光源ユニット１１０Ｒの射出光軸と青色光源ユニット１１０Ｂの射出光軸とは互いに平行である。ミラー１２１は、青色光源ユニット１１０Ｂの射出光軸に対して４５°の角度で配置されている。青色光源ユニット１１０Ｂから射出された青色レーザー光は、略４５°の入射角でミラー１２１に入射する。ミラー１２１は、青色レーザー光を反射する。

ミラー１２１からの反射光である青色レーザー光の光路は、赤色光源ユニット１１０Ｒから射出された赤色レーザー光の光路と直交する。これら光路の交差部に、ダイクロイックミラー１２２が配置されている。
ダイクロイックミラー１２２は、可視光の波長域のうち、赤色の波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する反射透過特性を有する。ミラー１２１からの青色レーザー光は、ダイクロイックミラー１２２を透過する。赤色光源ユニット１１０Ｒからの赤色レーザー光は、ダイクロイックミラー１２２で反射される。ダイクロイックミラー１２２を透過した青色レーザー光とダイクロイックミラー１２２で反射された赤色レーザー光は、同一の光路で、ミラー１２３に入射する。ミラー１２３は、ダイクロイックミラー１２２からの合成光である赤・青色レーザー光を第２の光合成部に向けて反射する。

次に、第２の光合成部の構成を詳細に説明する。
第２の光合成部は、図３に示したミラー１２４、レンズ１２５、拡散板１２６及びダイクロイックミラー１２７を有する。
第１の光合成部のミラー１２３からの合成光（赤・青）は、ミラー１２４に入射する。ミラー１２４は、１階に配置されており、ミラー１２３からの合成光（赤・青）を２階に向けて反射する。ミラー１２４の反射方向は、例えば、鉛直方向と一致する。

ミラー１２４で反射された合成光（赤・青）の進行方向に、レンズ１２５、拡散板１２６及びダイクロイックミラー１２７がこの順番で配置されている。ミラー１２４からの合成光（赤・青）は、レンズ１２５及び拡散板１２６を順に通過してダイクロイックミラー１２７に入射する。
拡散板１２６を通過した合成光（赤・青）の光路は、緑色光源ユニット１１０Ｇから射出された緑色蛍光の光路と直交する。これら光路の交差部に、ダイクロイックミラー１２７が配置されている。ダイクロイックミラー１２７は、可視光の波長域のうち、緑色の波長域の光を透過し、それ以外の波長域の光を反射する反射透過特性を有する。

緑色光源ユニット１１０Ｇからの緑色蛍光は、ダイクロイックミラー１２７を透過する。拡散板１２６からの合成光（赤・青）は、ダイクロイックミラー１２７で反射される。ダイクロイックミラー１２７からの反射光である合成光（赤・青）とダイクロイックミラー１２７からの透過光である緑色蛍光とは、同一の光路で、図１に示した射出窓１０３に入射する。すなわち、赤色レーザー光と青色レーザー光と緑色蛍光とを合成した合成光が、射出窓１０３から射出される。
上記の第２の光合成部において、拡散板１２６は、赤色光源ユニット１１０Ｒ及び青色光源ユニット１１０Ｂに共通のものである。スペックルを抑制するために、拡散板１２６を振動させてもよい。

また、レンズ１２５は、ダイクロイックミラー１２７に入射する合成光（赤・青）の光束径をダイクロイックミラー１２７に入射する緑色蛍光の光束径と一致させるための調整用レンズである。ダイクロイックミラー１２７において、合成光（赤・青）と緑色蛍光はともに収束光であるので、ダイクロイックミラー１２７のサイズを小さくすることができる。

再び、図１を参照する。射出窓１０３の射出光（赤・青・緑）は、リレー光学系１３０を介してロッドインテグレータ１４０の入射面に入射する。リレー光学系１３０は、ミラー１３２、１３３及びレンズ１３１、１３４からなる。レンズ１３１、１３４は、リレーレンズである。
射出窓１０３の射出光（赤・青・緑）は、レンズ１３１を介してミラー１３２に入射する。ミラー１３２は、レンズ１３１の光軸に対して４５°の角度で配置されている。レンズ１３１の射出光（赤・青・緑）は、略４５°の入射角でミラー１３２に入射する。ミラー１３２は、レンズ１３１の射出光を２階から１階へ向かう方向（例えば、鉛直方向）に向けて反射する。
ミラー１３２からの反射光（赤・青・緑）は、ミラー１３３に入射する。ミラー１３３、レンズ１３４及びロッドインテグレータ１４０は、１階に相当する高さに配置されている。ミラー１３３は、ミラー１３２からの反射光（赤・青・緑）をロッドインテグレータ１４０に向けて反射する。ミラー１３３からの反射光（赤・青・緑）は、レンズ１３４を介してロッドインテグレータ１４０の入射面に入射する。

上述した光源装置１００によれば、以下のような効果を奏する。
１階の光源ユニット収容部１０１に、赤色光源ユニット１１０Ｂと青色光源ユニット１１０Ｂが収容され、２階の光源ユニット収容部１０２に、緑色光源ユニット１１０Ｇが収容されている。このように１階と２階に分けて光源ユニットを収容する階層構造（２フロア構造）によれば、全ての光源ユニットを同一面上に並べて配置する１フロア構造と比較して、筐体の奥行及び横幅を小さくすることができ、設置面積を小さくすることができる。

また、導光部材１２０では、第１の合成部で赤色レーザー光と青色レーザー光とを合成し、第２の合成部で、第１の合成部からの合成光（赤・青色レーザー光）と緑色蛍光とを合成する。この場合、第１の合成部を構成するミラー１２１、１２３及びダイクロイックミラー１２２はいずれも、緑色蛍光に比べて拡散角が小さなレーザー光の光路上に配置される。よって、ミラー１２１、１２３及びダイクロイックミラー１２２のサイズを小さくすることができる。

同様に、第２の光合成部を構成するミラー１２４、レンズ１２５、拡散板１２６及びダイクロイックミラー１２７のうち、ミラー１２４、レンズ１２５及び拡散板１２６も、レーザー光の光路上に配置される。よって、ミラー１２４、レンズ１２５及び拡散板１２６のサイズを小さくすることができる。
また、ダイクロイックミラー１２７に入射する、合成光（赤・青）と緑色蛍光は、ともに収束光である。よって、ダイクロイックミラー１２７のサイズを小さくすることができる。

なお、射出窓１０３を１階に設けて、１階で、赤色レーザー光と青色レーザー光とを合成した合成光と緑色蛍光とを合成することもできる。しかし、この場合は、緑色蛍光を２階から１階へ導くためのミラー等の導光部材が必要になるため、以下の問題を生じる。
一般に、人間の目は緑色の光を最も強く感じることから、緑色光が光源の明るさに一番影響すると言える。レンズやミラーなどの導光部材では、数％の光損失を生じるため、明るさに一番影響する緑色光路に、導光部材を設けることは好ましくない。
また、緑色蛍光の拡散角はレーザー光よりも大きいため、蛍光光路に導光部材を設けると、導光部材のサイズを大きくする必要がある。導光部材のサイズを大きくすることは、光源装置の大型化を招く。

次に、光源装置１００を備えた投写型表示装置の構成を説明する。
図７は、光源装置１００を備えた投写型表示装置の構成を示す模式図である。
図７を参照すると、投写型表示装置は、光源装置１００、リレー光学系１３０、ロッドインテグレータ１４０、照明光学系１５０、プリズム部１６０、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）１６１及び投写レンズ１７０を有する。光源装置１００、リレー光学系１３０及びロッドインテグレータ１４０については、既に説明しているため、ここでは、それらの構成の具体的な説明は省略する。

ロッドインテグレータ１４０の射出面から射出された光（赤・青・緑）は、照明光学系１５０を介してプリズム部１６０に入射する。照明光学系１５０は、レンズ１５１、１５２、１５４及びミラー１５３からなる。プリズム部１６０は、ＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズムと、ダイクロイック膜を備えた色分離合成プリズムとを含む。プリズム部１６０は、入射面、射出面及び第１乃至第３の側面を有する。第１乃至第３の側面にはそれぞれ、第１乃至第３のＤＭＤ１６１が配置されている。
照明光学系１５０からの照明光が、プリズム部１６０の入射面に入射する。プリズム部１６０では、入射面から入射した光は、赤色光、青色光及び緑色光に分離される。赤色光は、第１の側面から第１のＤＭＤ１６１に照射される。青色光は、第２の側面から第２のＤＭＤ１６１に照射される。緑色光は、第３の側面から第３のＤＭＤ１６１に照射される。レンズ１５１、１５２、１５４は、ロッドインテグレータ１４０の射出面に形成された光源像を第１乃至第３のＤＭＤ１６１それぞれの画像形成面に結像する。

第１のＤＭＤ１６１は、赤色光を変調して赤色画像を形成する。第２のＤＭＤ１６１は、青色光を変調して青色画像を形成する。第３のＤＭＤ１６１は、緑色光を変調して緑色画像を形成する。赤色画像光は、第１のＤＭＤ１６１から第１の側面に入射する。青色画像光は、第２のＤＭＤ１６１から第２の側面に入射する。緑色画像光は、第３のＤＭＤ１６１から第３の側面に入射する。第１乃至第３の側面から入射した赤色画像光、青色画像光及び緑色画像光はそれぞれ、射出面から投写レンズ１７０に向けて射出される。
投写レンズ１７０は、赤色画像光、青色画像光及び緑色画像光を不図示の投写面上に拡大投写する。

上述した投写型表示装置によれば、光源装置１００を２フロア構造としたことで、以下のような効果を奏する。
光源装置１００、リレー光学系１３０、ロッドインテグレータ１４０、照明光学系１５０、プリズム部１６０、ＤＭＤ１６１及び投写レンズ１７０のそれぞれの高さを比較すると、最も高いのはプリズム部１６０である。ここで、高さは、投写型表示装置の筐体の底面からの高さである。投写型表示装置の筐体の高さは、プリズム部１６０の高さに設定されることから、光源装置１００などの他の部材が配置された空間では、上部にデッドスペースが存在する。光源装置１００では、この上部のデッドスペースを利用して、高さ方向における筐体の大型化を招くことなく、２フロワー構造を実現している。光源装置１００を２フロワー構造としたことで、投写型表示装置自体の設置面積の削減及び小型化が可能である。

また、射出窓１０３は光源装置１００の２階に設けられ、ロッドインテグレータ１４０は１階の高さに配置されている。この構造によれば、射出窓１０３の光軸とロッドインテグレータ１４０の光軸との間隔を十分に大きくとることができるため、リレー光学系１３０の各要素の配置の自由度が増大する。なお、射出窓１０３の光軸とロッドインテグレータ１４０の光軸との間隔が狭い場合には、ミラー１３２、１３３及びレンズ１３１、１３４の光学部材が互いに干渉したり、一部の光学部材でケラレが生じたりする場合がある。

（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態による光源システムを模式的に示す斜視図である。
図８を参照すると、光源システムは、２台の光源装置１００ａ、１００ｂ、第１の光学系５１、第２の光学系５６及びロッドインテグレータ１４０を有する。光源装置１００ａ、１００ｂはいずれも、第１の実施形態で説明した光源装置１００と同じものである。ロッドインテグレータ１４０は、第１の実施形態で説明した通りのものである。

光源装置１００ａの射出光（赤・青・緑）と光源装置１００ｂの射出光（赤・青・緑）はそれぞれ、第１の光学系５１及び第２の光学系５６を介してロッドインテグレータ１４０の入射面に入射する。第１の光学系５１は、レンズ８１ａ、８１ｂ、８３ａ、８３ｂ、ミラー８２ａ、８２ｂ及び反射素子５３を有する。第２の光学系５６は、レンズ９１、９３、９５及びミラー９２、９４を有する。
光源装置１００ａの射出光は、レンズ８１ａを介してミラー８２ａに入射する。ミラー８２ａは、レンズ８１ａの光軸に対して４５°の角度で配置されている。レンズ８１ａの射出光（赤・青・緑）は、略４５°の入射角でミラー８２ａに入射する。ミラー８２ａは、レンズ８２ａの射出光をレンズ８３ａに向けて反射する。ミラー８２ａからの反射光は、レンズ８３ａを介して反射素子５３に入射する。ここで、レンズ８１ａ、８３ａと光源装置１００ａ内部のレンズとで第１の両側テレセントリック光学系を構成しても良い。両側テレセントリック光学系とは、物体側および像側ともに光軸と主光線が平行なテレセントリック光学系を意味する。

光源装置１００ｂの射出光は、レンズ８１ｂを介してミラー８２ｂに入射する。ミラー８２ｂは、レンズ８１ｂの光軸に対して４５°の角度で配置されている。レンズ８１ｂの射出光（赤・青・緑）は、略４５°の入射角でミラー８２ｂに入射する。ミラー８２ｂは、レンズ８２ｂの射出光をレンズ８３ｂに向けて反射する。ミラー８２ｂからの反射光は、レンズ８３ｂを介して反射素子５３に入射する。ここで、レンズ８１ｂ、８３ｂと光源装置１００ｂ内部のレンズとで第２の両側テレセントリック光学系を構成しても良い。

以下、光源システムの動作を説明する。
図９は、図８に示した光源システムの動作を説明するための模式図である。
第１の光学系５１は、光源装置１００ａ、１００ｂの光源像を第１の結像面５５上の異なる領域に結像する。第１の光学系５１は、反射素子５３を有する。光源装置１００ａの光源像は、赤色光源ユニット１１０Ｒ、青色光源ユニット１１０Ｂ及び緑色光源ユニット１１０Ｇそれぞれの光源像を重ね合わせた光学像である。ここで、赤色光源ユニット１１０Ｒの光源像は、図４に示したロッドインテグレータ６の射出面に形成された光源像である。青色光源ユニット１１０Ｂの光源像は、２次元に配列された青色固体光源の光源像である。緑色光源ユニット１１０Ｇの光源像は、図５に示した蛍光ホイール３５の蛍光体部上の蛍光放出領域（励起光スポットの領域）である面光源の光源像である。

反射素子５３は、互いに直角をなすように設けられた第１および第２の反射面５３ａ、５３ｂを備える。レンズ８１ａ、８３ａを含む第１の両側テレセントリック光学系は、光源装置１００ａの光源像を、第１の反射面５３ａを介して第１の結像面５５上に結像する。レンズ８１ｂ、８３ｂを含む第２の両側テレセントリック光学系は、光源装置１００ｂの光源像を第２の反射面５３ｂを介して第１の結像面５５上に結像する。
第１の両側テレセントリック光学系と第２の両側テレセントリック光学系は同じ構造であり、互いの射出面が反射素子５３を挟んで対向するように配置されている。第１の両側テレセントリック光学系からの第１の光束の光軸と第２の両側テレセントリック光学系からの第２の光束の光軸とは同一軸上に一致している。

仮想結像面５４は、第１の両側テレセントリック光学系と第２の両側テレセントリック光学系それぞれの、第１および第２の反射面５３ａ、５３ｂが介在しない状態での結像面を示す。仮想結像面５４と第１の結像面５５とは互いに直交する。
第１の反射面５３ａと仮想結像面５４とのなす角度は４５°であり、第１の両側テレセントリック光学系からの光束の光軸と第１の反射面５３ａとのなす角度は４５°である。同様に、第２の反射面５３ｂと仮想結像面５４とのなす角度も４５°であり、第２の両側テレセントリック光学系からの光束の光軸と第２の反射面５３ｂとのなす角度も４５°である。第１の反射面５３ａと第２の反射面５３ｂは、第１の両側テレセントリック光学系からの第１の光束及び第２の両側テレセントリック光学系からの第２の光束を同一方向に反射する。

第１の両側テレセントリック光学系、第２の両側テレセントリック光学系及び反射素子５３は、合成面光源が所定の形状（例えば、アスペクト比）になるように配置されている。ここで、所定の形状は、エテンデューを考慮し、ロッドインテグレータ１４０以降の光学系における光利用効率を向上させることが可能な形状である。導光部５７ａの射出面５７ｃの形状（アスペクト比）は、画像形成面の形状（アスペクト比）と略一致する。
ここで、エテンデューについて、簡単に説明する。
一般に、プロジェクタにおいては、光束の断面積と発散角（光が定める立体角）との積で定義されるエテンデューと呼ばれる制約がある。光源からの光を投射光として効率よく利用するためには、照射側のエテンデューを取込側のエテンデュー以下にする必要がある。照射側のエテンデューは、光源の面積とその光源より射出した光の発散角との乗算値で与えられ、取込側のエテンデューは、表示素子の面積と投射レンズのＦナンバーで決まる取り込み角（立体角）との乗算値で与えられる。
第１の両側テレセントリック光学系からの第１の光束の光軸と第２の両側テレセントリック光学系からの第２の光束の光軸とは、同一軸上に位置する。第１の反射面５３ａと第２の反射面５３ｂとに直交する面に垂直な方向から見た場合に、第１および第２の反射面５３ａ、５３ｂの接合部である頂角部分が、第１および第２の光束の再外周部よりも光軸側に配置されてもよい。この場合、頂角部分で第１及び第２の光束にケラレを生じさせることで、光利用効率の向上を図ることが可能になる。
第２の光学系５６は、第１の結像面５５上に結像された光源装置１００ａ、１００ｂそれぞれの光源像からなる合成面光源を導光部５７ａの入射面５７ｂ上に結像する。第２の光学系５６は、第３の両側テレセントリックレンズ光学系を含んでもよい。

図１０に、第１の結像面５５上に形成される光源装置１００ａ、１００ｂの光源像を模式的示す。図１０において、光源像５８ａは光源装置１００ａの光源像であり、光源像５８ｂは光源装置１００ｂの光源像である。光源像５８ａ、５８ｂは、互いに線対称な形を有する。光源像５８ａ、５８ｂは、間隔ｄで形成されている。合成面光源５８は、光源像５８ａ、５８ｂからなる。合成面光源５８の水平方向の大きさＨと垂直方向の大きさＶとの比（Ｈ：Ｖ）がアスペクト比である。このアスペクト比がロッドインテグレータ１４０以降の光学系における光利用効率を向上させることができる所定のアスペクトになるように、第１及び第２の両側テレセントリック光学系と反射素子５３が配置されている。
本実施形態の光源システムによれば、高輝度化を図ることができるとともに、光利用効率が向上するという効果を奏する。

以下、本実施形態の光源システムの具体的な構成を説明する。
本実施形態の光源システムにおいて、反射素子５３は、Ｖ字ミラーや直角プリズムで構成することができる。
図１１に、反射素子５３の一例であるＶ字ミラーを模式的に示す。このＶ字ミラーは、互いの反射面が直角をなすように設けられた２つの反射部６０ａ、６０ｂからなる。反射部６０ａ、６０ｂはいずれも仮想結像面５４側とは反対側の面に反射面が形成されており、この反射面と仮想結像面５４（又は第１の結像面５５）とのなす角度は４５°である。

図１２に、Ｖ字ミラーを第１の結像面５５に垂直な方向に移動した場合の光源像５８ａ、５８ｂの変化を模式的に示す。図１２において、実線の矢印Ａ１は第１の両側テレセントリック光学系の光軸（第１の光束の主光線）を示し、実線の矢印Ａ２は第２の両側テレセントリック光学系の光軸（第２の光束の主光線）を示す。符号Ｚ１、Ｚ２は、反射部６０ａの反射面上の光軸Ａ１との交点から仮想結像面５４までの距離を示し、符号Ｚ１’、Ｚ２’は、反射部６０ａの反射面上の光軸Ａ１との交点から第１の結像面５５までの距離を示す。
図１２の左側には、Ｚ１＝Ｚ１’の場合に形成される光源像５８ａ、５８ｂが示され、図１２の右側には、Ｚ２（＞Ｚ１）＝Ｚ２’の場合に形成される光源像５８ａ、５８ｂが示されている。Ｚ１＝Ｚ１’の場合に比較して、Ｚ２（＞Ｚ１）＝Ｚ２’の場合は、光源像５８ａ、５８ｂの面積（スポットサイズ）が大きくなり、光源像５８ａ、５８ｂの間隔も広くなる。

反射素子５３を第１の結像面５５に垂直な方向に移動させた場合、以下の条件がある。
（１）反射部６０ａ、６０ｂ（又は第１の結像面５５）への第１及び第２の光束の入射角は変化しない。
（２）第１の結像面５５への光源装置１００ａ、１００ｂの光源像５８ａ、５８ｂの結像性能は変化しない。
（３）頂角部分でケラレが生じた場合、光源像５８ａ、５８ｂの面積は小さくなる。
（４）合成面光源５８の水平方向の幅Ｈ及び光源像５８ａ、５８ｂの間隔Ｄは、反射素子５３の垂直方向の移動量の２倍に比例する。

上記の条件を考慮し、ロッドインテグレータ１４０以降の光学系における光利用効率を向上させることができる所定の形状になるように、第１及び第２の両側テレセントリック光学系と反射素子５３が配置される。具体的には、反射部６０ａ、６０ｂの頂角にて第１及び第２の光束にケラレが生じるように反射素子５３が配置される。
図１３に、第１及び第２の光束にケラレが生じるように反射素子５３を配置した場合の第１の結像面５５上に形成される合成面光源５８を模式的に示す。第１及び第２の光束にケラレが生じるように反射素子５３を配置したことで、光源像５８ａ、５８ｂの間隔Ｄをできるだけ小さくすることができる。このように、合成面光源５８を所定の形状にし、かつ、光源像５８ａ、５８ｂの間隔Ｄを小さくすることで、エテンデューの制約による光利用効率の劣化を最小限に抑えることができ、その結果、高輝度化を図ることができる。

以下、ＤＭＤを例に反射素子５３のケラレとエテンデューの関係を具体的に説明する。
ＤＭＤの微小ミラーの振れ角をθとすると、投写レンズのＦ値（Ｆナンバー）は、以下の式１で与えられる。
Ｆ_no＝１／（２×ｓｉｎθ) （式１）

例えば、微小ミラーが±１２°の振れ角で動作する場合、上記式１により、Ｆ_no＝２．４０４８６（≒Ｆ／２．４）となる。Ｆ_noが変化すると、その変化の比の二乗で、明るさが変化する。現行の１．３８型サイズＤＭＤでは、Ｆ／２．５（≒１１．５°以下）であるので、以下では、Ｆ／２．５を例に説明する。
エテンデューは、以下の式２で与えられる。
Ｅ=π×Ａ×ｓｉｎ²θ=π×Ａ÷４Ｆ_no ² （式２）
ここで、ＡはＤＭＤの面積（画像形成面の面積）であり、θは微小ミラーの振れ角である。１．３８型サイズＤＭＤの水平方向（Ｈ）の大きさは３０．９６ｍｍ、垂直方向（Ｖ）の大きさは１６．３３ｍｍである（Ａ＝５０５．６６ｍｍ²）。上記式２より、Ｆ／２．５とすると、Ｅ＝６３．５４である。よって、第１の結像面５５上に形成される面光源の面積とこの面光源から射出した光の発散角（立体角）との積算値を６３．５４に近づけることで、光源からの光を効率よく利用することができる。

本実施形態では、光利用効率の劣化を最小限に抑えるために、図１３に示したようにケラレを生じさせる。これにより、合成面光源５８のＨ、Ｖをそれぞれ１４．０ｍｍ、７．６ｍｍとすることができ、Ｅ＝６７．５を得ることができる（ただし、ケラレのために、３％の光がカットされている。）。このエテンデュー値の６７．５は、上記のエテンデュー値の６３．５４に近い。
なお、ケラレが生じないように反射素子５３を配置した場合は、Ｅ＝９４．５となり、上記のエテンデュー値の６３．５４から大きく外れる。

Ｅ＝６７．５の場合のＤＭＤの画像形成面上での角度は１１．９°である。一方、Ｅ＝９４．５の場合のＤＭＤの画像形成面上での角度は１４．１°である。これら角度をＦナンバーに換算して明るさの比をとると、Ｅ＝６７．５の方が約２９％明るい。
以上のように、反射素子５３でケラレを生じさることで、エテンデューの制約による光利用効率の劣化を最小限に抑え、高輝度化を図ることができる。

次に、反射素子５３の別の例を説明する。
図１４に、反射素子５３の別の例である直角プリズムを模式的に示す。直角プリズム６１は、互いに直角をなす反射面６１ａ、６１ｂを有する。反射面６１ａと仮想結像面５４（又は第１の結像面５５）とのなす角度は４５°である。反射面６１ｂと仮想結像面５４（又は第１の結像面５５）とのなす角度も４５°である。

図１５に、直角プリズム６１を第１の結像面５５に垂直な方向に移動した場合の光源像５８ａ、５８ｂの変化を模式的に示す。図１５において、実線の矢印Ａ１は第１の両側テレセントリック光学系５２ａの光軸（第１の光束の主光線）を示し、実線の矢印Ａ２は第２の両側テレセントリック光学系５２ｂの光軸（第２の光束の主光線）を示す。符号Ｚ１、Ｚ２は、反射面６１ａ上の光軸Ａ１との交点から仮想結像面５４までの距離を示し、符号Ｚ１’、Ｚ２’は、反射面６１ａ上の光軸Ａ１との交点から第１の結像面５５までの距離を示す。
図１５の左側には、Ｚ１＝Ｚ１’の場合に形成される光源像５８ａ、５８ｂが示され、図７の右側には、Ｚ２（＞Ｚ１）＝Ｚ２’の場合に形成される光源像５８ａ、５８ｂが示されている。図１２に示したＶ字ミラーと同様、Ｚ１＝Ｚ１’の場合に比較して、Ｚ２（＞Ｚ１）＝Ｚ２’の場合は、光源像５８ａ、５８ｂの面積（スポットサイズ）が大きくなり、光源像５８ａ、５８ｂの間隔も広くなる。

合成面光源５８がロッドインテグレータ１４０以降の光学系における光利用効率を向上させることができる所定の形状になるように、第１及び第２の両側テレセントリック光学系と直角プリズム６１が配置されている。具体的には、反射面６１ａ、６１ｂの頂角にて第１及び第２の光束にケラレが生じるように直角プリズム６１を配置する。
上記の直角プリズム６１を用いた場合も、Ｖ字ミラーを用いた場合と同様の作用効果を奏する。

また、Ｖ字ミラーと比較して、直角プリズム６１を用いた場合には、以下のような効果もある。
図１６Ａに、ケラレが生じた状態で所定の形状（大きさ）になるように合成面光源５８を形成する場合の、直角プリズム６１とＶ字ミラーの頂角部分の位置関係を模式的に示す。図１６Ｂに、図１６Ａに示した状態で第１の結像面５５上に形成される光源像５８ａ、５８ｂを模式的に示す。
直角プリズム６１の頂角部分は直角の面であるのに対して、Ｖ字ミラーの頂角部分（反射部６０ａ、６０ｂの接合部分）は直角の面にはなっていない。このため、図１６Ａに示すように、第１の結像面５５に垂直な方向において、直角プリズム６１の頂角部分は、高さｄ１だけ、Ｖ字ミラーの反射部６０ａ、６０ｂの接合部分よりも第１の結像面５５側に位置する。その結果、図１６Ｂに示すように、直角プリズム６１を用いた場合の光源像５８ａ、５８ｂ（破線）は、Ｖ字ミラーを用いた場合の光源像５８ａ、５８ｂ（実線）よりも大きくなる。直角プリズム６１を用いた場合とＶ字ミラーを用いた場合とで、合成面光源５８の大きさは変わらないが、光源像５８ａ、５８ｂ（実線）が大きくなることで、より効率よく光を取り込むことができ、光利用効率がさらに向上することができる。

次に、上述した光源システムを備えた投写型表示装置の構成を説明する。
図１７は、図８に示した光源システムを備えた投写型表示装置の構成を示す模式図である。
図１７を参照すると、投写型表示装置は、光源装置１００ａ、１００ｂ、第１の光学系５１、第２の光学系５６、ロッドインテグレータ１４０、照明光学系１５０、プリズム部１６０、ＤＭＤ１６１及び投写レンズ１７０を有する。照明光学系１５０、プリズム部１６０、ＤＭＤ１６１及び投写レンズ１７０は、第１の実施形態で説明したものである。
ロッドインテグレータ１４０の射出面から射出された光（赤・青・緑）は、照明光学系１５０を介してプリズム部１６０に入射する。プリズム部１６０では、照明光学系１５０からの照明光が赤色光、青色光及び緑色光に分離される。赤色光は、第１のＤＭＤ１６１に照射される。青色光は、第２のＤＭＤ１６１に照射される。緑色光は、第３のＤＭＤ１６１に照射される。

第１のＤＭＤ１６１は、赤色光を変調して赤色画像を形成する。第２のＤＭＤ１６１は、青色光を変調して青色画像を形成する。第３のＤＭＤ１６１は、緑色光を変調して緑色画像を形成する。第１のＤＭＤ１６１からの赤色画像光、第２のＤＭＤ１６１からの青色画像光及び第３のＤＭＤ１６１からの緑色画像光は、プリズム部１６０を介して投写レンズ１７０に入射する。投写レンズ１７０は、赤色画像光、青色画像光及び緑色画像光を不図示の投写面上に拡大投写する。

上述した投写型表示装置によれば、２台の光源装置１００ａ、１００ｂを用いることで高輝度化を図ることができる。
また、２台の光源装置１００ａ、１００ｂはいずれも２フロア構造であるので、１フロア構造の光源装置を２台使用する場合と比較して、投写型表示装置の小型化及び設置面積の削減を図ることができる。

（第３の実施形態）
図１８は、本発明の第３の実施形態である光源装置の構成を示す模式図である。
図１８に示すように、光源装置は、光源収容部４０、射出窓４１、第１の光合成部４２及び第２の光合成部４３を有する。光源収容部４０は、第１の収容階４０ａと第２の収容階４０ｂとからなる階層構造を備える。第１の収容階４０ａに、赤色レーザー光を射出する赤色光源４４Ｒと青色レーザー光を射出する青色光源４４Ｂとが収容されている。第２の収容階４０ｂに、緑色蛍光を射出する緑色光源４４Ｇが収容されている。射出窓４１は、第２の収容階４０ｂ側に設けられている。

第１の光合成部４２は、赤色光源４４Ｒから射出された赤色レーザー光の光路と青色光源４４Ｂから射出された青色レーザー光の光路とを一つの光路に合成する。第１の光合成部４２は、赤色レーザー光と青色レーザー光とを合成した第１の合成光を射出する。
第２の光合成部４３は、緑色光源４４Ｇから射出された緑色蛍光の光路と第１の光合成部４２から射出された第１の合成光の光路とを一つの光路に合成する。第２の光合成部４３は、緑色蛍光と第１の合成光とを合成した第２の合成光を射出窓４１に向けて射出する。

本実施形態の光源装置の光源装置によれば、以下のような効果を奏する。
第１の収容階４０ａに、赤色光源４４Ｒと青色光源４４Ｂが収容され、第２の収容階４０ｂに、緑色光源４４Ｇが収容されている。このような階層構造（２フロア構造）によれば、全ての光源ユニットを同一面上に並べて配置する１フロア構造と比較して、筐体の奥行及び横幅を小さくすることができ、設置面積を小さくすることができる。

また、第１の合成部４２は、赤色レーザー光と青色レーザー光とを合成する。この場合、第１の合成部４２を構成する光学部材（ミラー、ダイクロイックミラーなど）は、緑色蛍光に比べて拡散角が小さなレーザー光の光路上に配置されるので、光学部材のサイズを小さくすることができる。

なお、図１８に示した例では、第１の収容階４０ａが１階とされ、第２の収容階４０ｂが２階とされているが、これに限定されない。第１の収容階４０ａを２階とし、第２の収容階４０ｂを１階としてもよい。
また、第２の合成光の光路上に拡散板を設けても良い。
さらに、第２の合成光の光路上に、第２の合成光の光束径を緑色蛍光の光束径に合わせるための光束径調整用レンズを設けても良い。

次に、本実施形態の光源装置を用いた投写型表示装置について説明する。
投写型表示装置は、本実施形態の光源装置と、該光源装置の出力光を変調して画像を形成する画像形成部と、該画像形成部で形成された画像を投写する投写レンズと、を有する。
上記の投写型表示装置において、光源装置の出力光を画像形成部に導く光学系を、さらに有していても良い。この場合、画像形成部は、第１乃至第３の表示素子を有し、光学系は、角柱状のロッド部からなり、一方の面より入射した光がロッド内部を伝搬して他方の面から射出されるロッドインテグレータと、光源装置の出力光をロッドインテグレータの一方の面に入射させるリレー光学系と、ロッドインテグレータの他方の面から射出された光を画像形成部に向けて反射し、画像形成部からの画像光を投写レンズに向けて射出するプリズム部と、を有していても良い。光源装置、画像形成部、投写レンズ及び光学系を収容する筐体の底面を基準面とし、光源装置の基準面からの高さがプリズム部の基準面からの高さよりも低くなるように構成されても良い。

別の投写型表示装置は、本実施形態の光源装置を２台備える。具体的には、投写型表示装置は、第１および第２の光源装置と、第１の光源装置の出力光の光路と第２の光源装置の出力光の光路とを一つの光路に合成し、第１および第２の光源装置の出力光を合成した照明光を射出する光合成部と、照明光を変調して画像を形成する画像形成部と、記画像形成部で形成された画像を投写する投写レンズと、を有する。第１および第２の光源装置はそれぞれ、図１８に示した構成を有する。

４０ 光源収容部
４０Ｒ 赤色光源
４０Ｂ 青色光源
４０Ｇ 緑色光源
４１ 射出窓
４２ 第１の光合成部
４３ 第２の光合成部

Claims (12)

1. 赤色レーザー光を射出する赤色光源と、
   青色レーザー光を射出する青色光源と、
   緑色蛍光を射出する緑色光源と、
   第１の収容階と第２の収容階とからなる階層構造を備えた光源収容部と、を有し、
   前記赤色光源と前記青色光源とが前記第１の収容階に収容され、前記緑色光源が前記第２の収容階に収容され、前記赤色光源から射出された前記赤色レーザー光と前記青色光源から射出された前記青色レーザー光とを合成した合成光に、前記緑色光源から射出された前記緑色蛍光を合成する、光源装置。
2. 赤色レーザー光を射出する赤色光源と、
   青色レーザー光を射出する青色光源と、
   緑色蛍光を射出する緑色光源と、
   第１の収容階と第２の収容階とからなる階層構造を備えた光源収容部と、を有し、
   前記赤色光源と前記青色光源とが前記第１の収容階に収容され、前記緑色光源が前記第２の収容階に収容されている、光源装置。
3. 請求項１または２に記載の光源装置において、
   前記赤色光源から射出された前記赤色レーザー光の光路と前記青色光源から射出された前記青色レーザー光の光路とを一つの光路に合成し、前記赤色レーザー光と前記青色レーザー光とを合成した第１の合成光を射出する第１の光合成部と、
   前記緑色光源から射出された前記緑色蛍光の光路と前記第１の光合成部から射出された前記第１の合成光の光路とを一つの光路に合成し、前記緑色蛍光と前記第１の合成光とを合成した第２の合成光を射出する第２の光合成部と、を有する、光源装置。
4. 請求項３に記載の光源装置において、
   前記第２の収容階側に設けられた射出窓を有し、
   前記第２の光合成部は、前記第２の合成光を前記射出窓に向けて射出する、光源装置。
5. 請求項３または４に記載の光源装置において、
   前記第２の合成光の光路上に拡散板を有する、光源装置。
6. 請求項３乃至５のいずれか一項に記載の光源装置において、
   前記第１の合成光の光路上に設けられた、前記第１の合成光の光束径を前記緑色蛍光の光束径に合わせるための光束径調整用レンズを、さらに有する、光源装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光源装置において、
   前記第２の収容階は、前記第１の収容階の上に設けられている、光源装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置の出力光を変調して画像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部で形成された画像を投写する投写レンズと、を有する、投写型表示装置。
9. 請求項８に記載の投写型表示装置において、
   前記光源装置の出力光を前記画像形成部に導く光学系を、さらに有し、
   前記画像形成部は、第１乃至第３の表示素子を有し、
   前記光学系は、
   角柱状のロッド部からなり、一方の面より入射した光がロッド内部を伝搬して他方の面から射出されるロッドインテグレータと、
   前記光源装置の出力光を前記ロッドインテグレータの前記一方の面に入射させるリレー光学系と、
   前記ロッドインテグレータの前記他方の面から射出された光を前記画像形成部に向けて反射し、前記画像形成部からの画像光を前記投写レンズに向けて射出するプリズム部と、を有し、
   前記光源装置、前記画像形成部、前記投写レンズ及び前記光学系を収容する筐体の底面を基準面とし、前記光源装置の前記基準面からの高さが前記プリズム部の前記基準面からの高さよりも低い、投写型表示装置。
10. 第１および第２の光源装置と、
    前記第１の光源装置の出力光の光路と前記第２の光源装置の出力光の光路とを一つの光路に合成し、前記第１および第２の光源装置の出力光を合成した照明光を射出する光合成部と、
    前記照明光を変調して画像を形成する画像形成部と、
    前記画像形成部で形成された画像を投写する投写レンズと、を有し、
    前記第１および第２の光源装置はそれぞれ、
    赤色レーザー光を射出する赤色光源と、
    青色レーザー光を射出する青色光源と、
    緑色蛍光を射出する緑色光源と、
    第１の収容階と第２の収容階とからなる階層構造を備えた光源収容部と、を有し、
    前記赤色光源と前記青色光源とが前記第１の収容階に収容され、前記緑色光源が前記第２の収容階に収容され、前記赤色光源から射出された前記赤色レーザー光と前記青色光源から射出された前記青色レーザー光とを合成した合成光に、前記緑色光源から射出された前記緑色蛍光を合成する、投写型表示装置。
11. 請求項１０に記載の投写型表示装置において、
    前記第１および第２の光源装置はそれぞれ、
    前記赤色光源から射出された前記赤色レーザー光の光路と前記青色光源から射出された前記青色レーザー光の光路とを一つの光路に合成し、前記赤色レーザー光と前記青色レーザー光とを合成した第１の合成光を射出する第１の光合成部と、
    前記緑色光源から射出された前記緑色蛍光の光路と前記第１の光合成部から射出された前記第１の合成光の光路とを一つの光路に合成し、前記緑色蛍光と前記第１の合成光とを合成した第２の合成光を射出する第２の光合成部と、を有する、投写型表示装置。
12. 請求項１１に記載の投写型表示装置において、
    前記第１および第２の光源装置はそれぞれ、前記第２の収容階側に設けられた射出窓を有し、前記第２の光合成部が、前記第２の合成光を前記射出窓に向けて射出するように構成されている、投写型表示装置。

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