JP6862904B2 - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

半導体レーザー等の発光素子から射出された励起光を蛍光体に照射して得た蛍光光を、照明光として利用する光源装置を備えたプロジェクターが提案されている。

下記の特許文献１に、青色光を射出する複数の半導体レーザーを備えた固体光源ユニットと、ダイクロイックミラーと、蛍光体層と、位相差板と、拡散板と、反射板と、を備えた光源装置が開示されている。複数の半導体レーザーのうち一部の半導体レーザーは、ダイクロイックミラーに対するＳ偏光を射出し、他の半導体レーザーは、ダイクロイックミラーに対するＰ偏光を射出する。Ｓ偏光はダイクロイックミラーで反射して、蛍光体層を励起させる。蛍光体は黄色の蛍光光を射出する。Ｐ偏光はダイクロイックミラーを透過して拡散板に入射し、さらに反射板で反射されて青色拡散光となる。蛍光体層からの蛍光光と拡散板からの青色拡散光とは、ダイクロイックミラーにより合成され、白色光となる。

特開２０１３−２５０４９４号公報

上記の照明装置において、例えば青色拡散光となるＰ偏光を射出する複数の半導体レーザーが直列接続され、１つの直列回路を構成していたとする。その直列回路にオープン故障（断線モードの故障）が発生した場合、直列回路に含まれる全ての半導体レーザーに電流が供給されなくなり、青色拡散光が生成されなくなる。その結果、白色の照明光が安定して得られないという問題があった。

すなわち、従来の光源装置において、複数の発光素子からなる光源アレイからの光を２つの光線束に分岐させて互いに異なる用途に供する場合、直列回路のオープン故障に伴って一方の光線束が全く射出されなくなると、光源装置が所望の機能を果たせなくなるという問題があった。

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、直列回路のオープン故障が発生したとしても、分岐した複数の光線束のうちの一つが全く射出されないことがない光源装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の光源装置を備えたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光源装置は、複数の第１発光素子と複数の第２発光素子とを備えた光源アレイと、前記複数の第１発光素子から射出された第１の光線束と前記複数の第２発光素子から射出された第２の光線束とを互いに異なる方向に進行させる光分岐素子と、を備える。前記光源アレイは、第１の直列回路と第２の直列回路とを含む複数の直列回路で構成されている。前記第１の直列回路と前記第２の直列回路とのそれぞれは、前記複数の第１発光素子のうちの少なくとも一つの第１発光素子と、前記複数の第２発光素子のうちの少なくとも一つの第２発光素子と、を含んでいる。

本発明の一つの態様の光源装置においては、例えば第１の直列回路にオープン故障が発生して、その直列回路に含まれる発光素子の全てが不点灯になったとしても、オープン故障が発生していない第２の直列回路に第１発光素子と第２発光素子とが含まれているため、第１の光線束と第２の光線束のいずれか一方が全く射出されなくなることがない。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記第１の光線束を蛍光光に変換する波長変換素子をさらに備えてもよい。

この構成によれば、第２の光線束と蛍光光とを用いて所望の色の光を得ることができる。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記波長変換素子に加え、前記第２の光線束を拡散光に変換する拡散素子をさらに備えてもよい。

一般に蛍光光は広い角度分布を有する。上記の構成によれば、第２の光線束の角度分布を蛍光光の角度分布に近付けることができるため、第２の光線束と蛍光光とから得られる射出光の色ムラを抑えることができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記複数の直列回路は第３の直列回路をさらに含み、前記第３の直列回路は前記第１の直列回路と直列に接続されていてもよい。

この構成によれば、複数の直列回路の制御を簡素化することができる。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記光源アレイを制御する光源制御装置をさらに備え、前記複数の直列回路が第４の直列回路をさらに含み、前記第４の直列回路が、前記複数の第１発光素子のうちの少なくとも一つの第１発光素子と、前記複数の第２発光素子のうちの少なくとも一つの第２発光素子と、を含んでおり、前記光源制御装置が、前記第１の直列回路および前記第２の直列回路を作動させるとともに、前記第４の直列回路を作動させないように、前記光源アレイを制御する機能を有してもよい。

この構成によれば、光源制御装置は、通常使用時は第４の直列回路を作動させずに、オープン故障発生時のみ第４の直列回路を作動させることができる。つまり、第４の直列回路は、予備の直列回路としての役割を果たす。これにより、オープン故障発生時の射出光量の低下を抑えることができる。

本発明の一つの態様の光源装置において、前記第１の光線束の波長と前記第２の光線束の波長とは互いに異なっていてもよい。

この構成によれば、第１の光線束と第２の光線束のそれぞれの用途に応じて、各光線束の波長を最適化することができる。

本発明の一つの態様の光源装置は、前記蛍光光と前記第２の光線束とを合成する光線合成光学系をさらに備えてもよい。

この構成によれば、白色の射出光を得ることができる。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を生成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備える。

本発明の一つの態様のプロジェクターによれば、所定の色の画像を安定して表示することができる。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 光源ユニットとその近傍の構成を示す斜視図である。 光源ユニットの斜視図である。 光源アレイの等価回路図である。 第２実施形態の光源ユニットの等価回路図である。 第３実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 光源装置の概略構成図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、半導体レーザーを用いた光源装置を備えた液晶プロジェクターの一例である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

本実施形態のプロジェクター１は、スクリーン（被投射面）ＳＣＲ上にカラー映像（画像）を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を用いている。プロジェクター１は、光源装置の発光素子として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザーを用いている。

図１に示すように、プロジェクター１は、光源装置７００と、色分離導光光学系２００と、導光光学系８００と、赤色光用光変調装置４００Ｒと、緑色光用光変調装置４００Ｇと、青色光用光変調装置４００Ｂと、合成光学系５００と、投射光学系６００と、を概略備えている。

光源装置７００は、光源ユニット７１０と、光線束圧縮光学系７２０と、光分岐素子としての分岐ミラー７２５と、ホモジナイザー光学系７３０と、ダイクロイックミラー７３５と、コリメート集光光学系７４０と、波長変換素子７５０と、インテグレーター光学系７６０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備えている。

図２は、光源ユニット７１０とその近傍の構成を示す斜視図である。図３は、光源ユニット７１０の斜視図である。
図２および図３に示すように、光源ユニット７１０は、基板７１１と、アレイ状に配列された複数の発光素子７１２からなる光源アレイ７１６と、フレーム７１３と、カバーガラス７１４と、複数の電極端子７１５と、を備えている。なお、簡略化のため、電極端子７１５を発光素子７１２と接続する配線は図示していない。

光源アレイ７１６は、基板７１１とフレーム７１３とカバーガラス７１４とに囲まれた空間に収容されている。本実施形態では、光源アレイ７１６は、５個の発光素子７１２がＺ方向に所定の間隔をおいて配置されてなる４つの発光素子列がＸ方向に４列並んだ構成を有している。

以下の説明では、図２の右側から順に、４つの発光素子列のそれぞれを、第１の発光素子列７１２Ａ、第２の発光素子列７１２Ｂ、第３の発光素子列７１２Ｃ、第４の発光素子列７１２Ｄと称する。また、第１〜第３の発光素子列７１２Ａ〜７１２Ｃに属する発光素子７１２を第１発光素子７１２ａと称し、第４の発光素子列７１２Ｄに属する発光素子７１２を第２発光素子７１２ｂと称する。なお、第１発光素子７１２ａと第２発光素子７１２ｂとを区別する必要がない場合は、単に発光素子７１２と称することもある。

また、複数の発光素子７１２から射出された複数の光をまとめて光線束と称する。複数の第１発光素子７１２ａから射出された複数の光をまとめて第１の光線束Ｌ１と称し、複数の第２発光素子７１２ｂから射出された複数の光をまとめて第２の光線束Ｌ２と称する。

第１の光線束Ｌ１は、後述する波長変換素子７５０の蛍光体層７５５を励起するための励起光として機能する。第２の光線束Ｌ２は、青色光用光変調装置４００Ｂに入射させて青色の画像光を生成するための光として機能する。なお、図２においては、図面を見やすくするため、一部の光の図示を省略する。

発光素子７１２は、特定の直線偏光状態の青色光を射出する半導体レーザーから構成されている。第１発光素子７１２ａと第２発光素子７１２ｂとは、発光強度のピーク波長が互いに異なっている。具体的には、第１発光素子７１２ａにはピーク波長が例えば４４６ｎｍの半導体レーザーが用いられ、第２発光素子７１２ｂにはピーク波長が例えば４６０ｎｍの半導体レーザーが用いられる。したがって、第１の光線束Ｌ１の波長と第２の光線束Ｌ２の波長とは、互いに異なっている。なお、第１の光線束Ｌ１の波長と第２の光線束Ｌ２の波長とは、同じであってもよい。

基板７１１は、例えば銅等の熱伝導率の高い金属で構成されている。

カバーガラス７１４には、複数のコリメーターレンズ７１７が一体に設けられている。複数のコリメーターレンズ７１７は、光線束を構成する複数の光の各々の光路に設けられている。コリメーターレンズ７１７は、凸レンズで構成されている。コリメーターレンズ７１７は、対応する発光素子７１２から射出された光を平行化する。コリメーターレンズ７１７は、カバーガラス７１４と別体であってもよい。

図３に示すように、Ｘ方向に並ぶ４個の発光素子７１２は、一つのサブマウント７１９に固定されている。これら４個の発光素子７１２は、電気的に直列接続されている。これにより、Ｘ方向に並ぶ４個の発光素子７１２は、一つの直列回路を構成する。

１つの直列回路には、２本の電極端子７１５が接続されている。一方の電極端子７１５は正極として機能し、他方の電極端子７１５は負極として機能し、２本の電極端子７１５によって発光素子７１２へ電流が供給される。

図４は、光源アレイ７１６の等価回路図である。
光源アレイ７１６は、第１〜第５の直列回路を含む複数の直列回路を備えている。以下、説明の便宜上、図４の等価回路図において、最上段の直列回路を第１の直列回路７１８Ａと称し、最下段の直列回路を第２の直列回路７１８Ｂと称し、上から２段目の直列回路を第３の直列回路７１８Ｃと称し、下から２段目の直列回路を第４の直列回路７１８Ｄと称し、上から３段目の直列回路を第５の直列回路７１８Ｅと称する。

第１〜第５の直列回路７１８Ａ〜７１８Ｅのそれぞれは、光源制御装置７０８に対して独立して接続されている。光源制御装置７０８は、各直列回路に供給する電流を個別に制御する。第１〜第５の直列回路７１８Ａ〜７１８Ｅのそれぞれは、３個の第１発光素子７１２ａと１個の第２発光素子７１２ｂとを含んでいる。

また、光源制御装置７０８は、例えば第１の直列回路７１８Ａ、第２の直列回路７１８Ｂ、第３の直列回路７１８Ｃ、および第５の直列回路７１８Ｅを作動させるとともに、第４の直列回路７１８Ｄを作動させないように、光源アレイ７１６を制御する機能を有している。

図２に示すように、光線束圧縮光学系７２０は、各発光素子列の最上段および最下段の発光素子７１２の各々から射出された光の光路上に設けられた一対の反射ミラーで構成されている。各光路上において前段の反射ミラーを第１の反射ミラー７２１と称し、後段の反射ミラーを第２の反射ミラー７２２と称する。各反射ミラー７２１，７２２は、短冊状の形状を有しており、長手方向がＸ方向に向くように配置されている。また、各反射ミラー７２１，７２２は、Ｘ方向から見て、反射面がＹ方向およびＺ方向に対して４５°の角度をなすように配置されている。

この構成により、最上段の発光素子７１２から射出された＋Ｙ方向に進む光は、第１の反射ミラー７２１で反射して進行方向が−Ｚ方向に曲げられた後、第２の反射ミラー７２２で反射して進行方向が＋Ｙ方向に曲げられる。また、最下段の発光素子７１２から射出された＋Ｙ方向に進む光は、第１の反射ミラー７２１で反射して進行方向が＋Ｚ方向に曲げられた後、第２の反射ミラー７２２で反射して進行方向が＋Ｙ方向に曲げられる。

最上段および最下段以外の発光素子７１２から射出された光は、反射ミラー７２１，７２２に入射することなく、＋Ｙ方向に直進する。また、最上段の発光素子７１２から射出され、第２の反射ミラー７２２で反射した光の光路は、上から２段目の発光素子７１２から射出された光の光路と、上から３段目の発光素子７１２から射出された光の光路と、の間に位置する。また、最下段の発光素子７１２から射出され、第２の反射ミラー７２２で反射した光の光路は、上から３段目の発光素子７１２から射出された光の光路と、上から４段目の発光素子７１２から射出された光の光路と、の間に位置する。

このようにして、光線束圧縮光学系７２０は、光源ユニット７１０から射出された各光線束Ｌ１，Ｌ２のＺ方向の幅を圧縮する。これにより、後述する分岐ミラー７２５、ホモジナイザー光学系７３０等の光学素子の小型化を図ることができる。

分岐ミラー７２５は、第４の発光素子列７１２Ｄに属する複数の第２発光素子７１２ｂから射出された複数の光、すなわち第２の光線束Ｌ２の光路上に設けられている。分岐ミラー７２５は、短冊状の形状を有しており、長手方向がＺ方向に向くように配置されている。なお、分岐ミラー７２５は、第１の光線束Ｌ１の光路上と第２の光線束Ｌ２の光路上とのうちの少なくとも一方に設けられていればよい。

第４の発光素子列７１２Ｄから射出された＋Ｙ方向に進む第２の光線束Ｌ２は、分岐ミラー７２５で反射し、進行方向が＋Ｘ方向に曲げられる。一方、第１〜第３の発光素子列７１２Ａ〜７１２Ｃから射出された第１の光線束Ｌ１は、分岐ミラー７２５に入射することなく、＋Ｙ方向に直進する。このようにして、分岐ミラー７２５は、第１の光線束Ｌ１と第２の光線束Ｌ２とを互いに異なる方向に進行させる。

図１に示すように、ホモジナイザー光学系７３０は、第１のレンズアレイ７３１と、第２のレンズアレイ７３２と、を備えている。第１のレンズアレイ７３１は、光源ユニット７１０から射出された第１の光線束Ｌ１を複数の部分光線束に分割するための複数のマイクロレンズ７３３を有する。複数のマイクロレンズ７３３は、ＸＺ平面内にマトリクス状に配列されている。

第２のレンズアレイ７３２は、第１のレンズアレイ７３１の複数のマイクロレンズ７３３に対応する複数のマイクロレンズ７３４を備えている。第２のレンズアレイ７３２は、第１のレンズアレイ７３１の各マイクロレンズ７３３の像を波長変換素子７５０の蛍光体層７５５の近傍に結像させる。複数のマイクロレンズ７３４は、ＸＺ平面内にマトリクス状に配列されている。

ダイクロイックミラー７３５は、ホモジナイザー光学系７３０からコリメート集光光学系７４０までの光路中に設けられている。ダイクロイックミラー７３５は、光源ユニット７１０の光軸１１０ａｘおよび照明光軸１００ａｘのそれぞれに対して４５°の角度で交差するように配置されている。ダイクロイックミラー７３５は、青色波長域の光を透過させ、赤色光および緑色光を含む黄色波長域の光を反射させる特性を有する。

コリメート集光光学系７４０は、ダイクロイックミラー７３５から射出された第１の光線束Ｌ１を略集光した状態で波長変換素子７５０の蛍光体層７５５に入射させるとともに、蛍光体層７５５から射出される蛍光光ＬＹを略平行化する。コリメート集光光学系７４０は、第１レンズ７４１と、第２レンズ７４２と、を備えている。第１レンズ７４１および第２レンズ７４２は、凸レンズから構成されている。

波長変換素子７５０は、光源ユニット７１０から射出された第１の光線束Ｌ１を赤色光と緑色光とを含む蛍光光ＬＹに変換する。波長変換素子７５０は、蛍光体層７５５と、蛍光体層７５５を支持する基板７５２と、蛍光体層７５５を基板７５２に固定する固定部材７５３と、を有している。波長変換素子７５０において、蛍光体層７５５は、蛍光体層７５５の第１の光線束Ｌ１が入射する側と反対側の面を基板７５２に接触させた状態で、蛍光体層７５５の側面に設けられた固定部材７５３によって基板７５２に支持されている。

蛍光体層７５５は、例えば波長４４６ｎｍの励起光を吸収して励起される蛍光体を含む。励起光により励起された蛍光体は、例えば５００〜７００ｎｍの波長域にピーク波長を有する蛍光光（黄色光）ＬＹを生成する。蛍光体層７５５は、無機材料からなる母剤と、母剤に分散された発光中心となる賦活剤と、を備えている。蛍光体層７５５は、例えばＣｅを賦活剤とした（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２（ＹＡＧ：Ｃｅ）からなるＹＡＧ系蛍光体から構成されている。

蛍光体層７５５の側面および底面には、銀、アルミニウム等の反射率の高い金属からなる反射層（図示略）が設けられている。蛍光体層７５５の内部の励起光や蛍光光は、反射層によって反射される。また、蛍光体層７５５の上面には、研磨処理および反射防止コーティングが施されている。この構成により、第１の光線束Ｌ１が蛍光体層７５５に入射する際の反射が抑制されるとともに、第１の光線束Ｌ１が入射した側の面から蛍光光ＬＹが射出される。すなわち、本実施形態の構成により、反射型の波長変換素子７５０が提供される。

基板７５２は、例えば銅等の熱伝導率の高い金属材料で構成されている。

波長変換素子７５０から射出された蛍光光ＬＹは、コリメート集光光学系７４０によって平行化された後、ダイクロイックミラー７３５で反射され、インテグレーター光学系７６０に入射する。

インテグレーター光学系７６０は、第１のレンズアレイ７６１と、第２のレンズアレイ７６２と、を備えている。第１のレンズアレイ７６１は、ダイクロイックミラー７３５から射出された蛍光光ＬＹを複数の部分光線束に分割するための複数のマイクロレンズ７６３を有する。複数のマイクロレンズ７６３は、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第２のレンズアレイ７６２は、第１のレンズアレイ７６１の複数のマイクロレンズ７６３に対応する複数のマイクロレンズ７６４を備えている。第２のレンズアレイ７６２は、重畳レンズ１５０とともに、第１のレンズアレイ７６１の各マイクロレンズ７６３の像を赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂの各々の画像形成領域の近傍に結像させる。複数のマイクロレンズ７６４は、照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。

偏光変換素子１４０は、第１のレンズアレイ７６１により分割された各部分光線束を、直線偏光の光線束に変換する。偏光変換素子１４０は、図示を省略するが、偏光分離層と、反射層と、位相差層と、を備えている。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光線束を集光して赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂの各々の画像形成領域の近傍で互いに重畳させる。第１のレンズアレイ７６１、第２のレンズアレイ７６２、および重畳レンズ１５０は、波長変換素子７５０から射出された蛍光光ＬＹの面内光強度分布を均一化するインテグレーター光学系を構成する。

色分離導光光学系２００は、蛍光光ＬＹを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離し、赤色光ＬＲを赤色光用光変調装置４００Ｒに入射させ、緑色光ＬＧを緑色光用光変調装置４００Ｇに入射させる。色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０と、第１の反射ミラー２３０と、第２の反射ミラー２２０と、を備えている。

ダイクロイックミラー２１０は、重畳レンズ１５０から射出された蛍光光ＬＹを、赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離する。

第１の反射ミラー２３０は、ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光ＬＲを反射させ、赤色光用光変調装置４００Ｒに入射させる。第２の反射ミラー２２０は、ダイクロイックミラー２１０で反射した緑色光ＬＧを反射させ、緑色光用光変調装置４００Ｇに入射させる。

導光光学系８００は、第１の反射ミラー８１０と、集光レンズ８２０と、拡散素子８３０と、ロッドインテグレーター８４０と、第１のレンズ８５０と、第２の反射ミラー８６０と、第２のレンズ８７０と、第３の反射ミラー２５０と、を備えている。第１の反射ミラー８１０、集光レンズ８２０、拡散素子８３０、ロッドインテグレーター８４０、第１のレンズ８５０、第２の反射ミラー８６０、第２のレンズ８７０、および第３の反射ミラー２５０は、分岐ミラー７２５で反射した第２の光線束Ｌ２の光路上にこの順に設けられている。

分岐ミラー７２５から射出された第２の光線束Ｌ２は、第１の反射ミラー８１０で反射して集光レンズ８２０に入射する。

集光レンズ８２０は、四角柱状の光透過性部材からなるロッドインテグレーター８４０の光入射端面に向けて第２の光線束Ｌ２を集光させる。

拡散素子８３０は、拡散板８３１と、回転軸８３２を中心として拡散板８３１を回転させるためのモーター８３３と、を備えている。拡散素子８３０は、第２の光線束Ｌ２を拡散光に変換する。これにより、表示品位を低下させるスペックルの発生を抑制する。拡散板８３１として、例えば光学ガラスからなる磨りガラスが用いられる。

ロッドインテグレーター８４０から射出された第２の光線束Ｌ２は、第１のレンズ８５０、第２の反射ミラー８６０、第２のレンズ８７０、第３の反射ミラー２５０を経由して青色光用光変調装置４００Ｂに入射する。

赤色光用光変調装置４００Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。緑色光用光変調装置４００Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。青色光用光変調装置４００Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。

赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側および射出側には、一対の偏光板（図示せず）が配置されている。本実施形態において、第２の光線束Ｌ２の偏光状態は、その偏光状態が維持されて入射側偏光板を透過できるように設定されている。

赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、フィールドレンズ３００Ｂが配置されている。フィールドレンズ３００Ｒ、フィールドレンズ３００Ｇ、およびフィールドレンズ３００Ｂは、それぞれ赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、青色光用光変調装置４００Ｂに入射する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢを平行化する。

合成光学系５００は、赤色光用光変調装置４００Ｒ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および青色光用光変調装置４００Ｂからの画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系６００に向けて射出する。合成光学系５００には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられる。

投射光学系６００は、投射レンズ群６から構成されている。投射光学系６００は、合成光学系５００により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー画像が表示される。

ここで、図４に示すように、第１の直列回路７１８Ａにオープン故障Ｐが発生したと仮定する。このとき、第１の直列回路７１８Ａに含まれる４つの発光素子７１２に電流が供給されなくなり、これらの発光素子７１２は全て不点灯となる。従来の光源装置において、これらの発光素子の全てが第２発光素子であったとすると、第２の光線束は光源装置から全く射出されなくなり、プロジェクターは所定の色の画像を表示することができない。

これに対し、本実施形態の光源装置７００において、光源アレイ７１６の第１〜第５の直列回路７１８Ａ〜７１８Ｅのそれぞれは、３個の第１発光素子７１２ａと１個の第２発光素子７１２ｂとを含んでいる。したがって、第１の直列回路７１８Ａに含まれる全ての発光素子７１２が不点灯になったとしても、第２〜第５の直列回路７１８Ｂ〜７１８Ｅの各々に含まれる第１発光素子７１２ａと第２発光素子７１２ｂとが点灯しているため、第１の光線束Ｌ１と第２の光線束Ｌ２とが光源装置７００から射出される。その結果、本実施形態のプロジェクター１は、所定の色の画像を表示することができる。

一般に、標準的な白色を得るための青色光と励起光との光量比は、青色光が２０％程度であり、励起光が８０％程度であることが好ましい。その観点からすると、本実施形態のプロジェクター１の場合、光源ユニット７１０の４つの発光素子列７１２Ａ〜７１２Ｄのうち、１つの発光素子列が第２発光素子７１２ｂ（青色光用発光素子）に割り当てられ、３つの発光素子列が第１発光素子７１２ａ（励起光用発光素子）に割り当てられているため、全ての発光素子列７１２Ａ〜７１２Ｄからの光の光量が同じであったとすると、青色光が２５％となり、励起光が７５％程度となる。この光量比は上記の理想的な光量比と近く、青色光量を減らす方向に調整する場合にも５％の調整代がある。そのため、光源ユニット７１０の構成が合理的であり、光源ユニット７１０からの光線束を有効利用することができる。

本実施形態の場合、５つの直列回路７１８Ａ〜７１８Ｅの全てが３個の第１発光素子７１２ａと１個の第２発光素子７１２ｂとを含んでいるため、いずれの直列回路にオープン故障が発生したとしても、青色光と励起光との光量比は変化しない。したがって、この観点からしても、所定の色の画像を表示することができる。

１つの直列回路にオープン故障が発生した場合、光量比は変化しなくても、光量が低下する。この場合、画像が暗くなるという問題と、励起光の光量が減るために蛍光体層の変換効率が高くなり、ホワイトバランスが変化するおそれがあるという問題と、が生じる。この場合、オープン故障が発生していない直列回路に供給する電流を通常時よりも増やすことにより、光量低下の影響を低減することができる。

光源制御装置７０８は、通常使用時に直列回路７１８Ａ〜７１８Ｅの全てを作動させてもよいが、例えば第１の直列回路７１８Ａ、第２の直列回路７１８Ｂ、第３の直列回路７１８Ｃ、および第５の直列回路７１８Ｅを作動させるとともに、第４の直列回路７１８Ｄを作動させないように光源アレイ７１６を制御してもよい。その場合、光源制御装置７０８は、オープン故障発生時には第４の直列回路７１８Ｄを作動させることができる。これにより、第４の直列回路７１８Ｄを予備の直列回路として用いることができ、オープン故障発生時の光量の低下を抑えることができる。

また、本実施形態の光源装置７００は第１の光線束Ｌ１を蛍光光ＬＹに変換する波長変換素子７５０をさらに備えているため、第２の光線束Ｌ２と蛍光光ＬＹとを用いて所定の色の光を射出することができる。本実施形態の光源装置７００は、第２の光線束Ｌ２を拡散光に変換する拡散素子８３０をさらに備えているため、第２の光線束Ｌ２の角度分布を蛍光光ＬＹの角度分布に近付けることができる。これにより、第２の光線束Ｌ２と蛍光光ＬＹとから得られる射出光の色ムラを抑えることができる。

また、本実施形態の光源装置７００においては、第１の光線束Ｌ１の波長と第２の光線束Ｌ２の波長とが互いに異なっている。そのため、第１の光線束Ｌ１は蛍光体層７５５を励起させる励起光として最適な波長を有し、第２の光線束Ｌ２は画像光を生成する青色光として最適な波長を有する。すなわち、第１の光線束Ｌ１と第２の光線束Ｌ２のそれぞれの用途に応じて、各光線束Ｌ１，Ｌ２の波長を最適化することができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図５を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源ユニットの構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクター全体の説明は省略し、光源ユニットについてのみ説明する。
図５は、第２実施形態の光源ユニットの等価回路図である。
図５において、第１実施形態で用いた図４と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の光源ユニット７７０において、光源アレイ７１６は、第１〜第５の直列回路７１８Ａ〜７１８Ｅを含む複数の直列回路を備えている。また、５つの直列回路７１８Ａ〜７１８Ｅのうち、第３の直列回路７１８Ｃは第１の直列回路７１８Ａと直列に接続されている。第１〜第５の直列回路７１８Ａ〜７１８Ｅのそれぞれは、３個の第１発光素子７１２ａと１個の第２発光素子７１２ｂとを含んでいる。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態においても、所定の色の画像を安定して表示可能なプロジェクターを提供することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態においては、第１の直列回路７１８Ａと第３の直列回路７１８Ｃとが一つの直列回路を構成するため、光源制御装置７０８が制御すべき回路の数が減り、光源制御装置７０８による複数の直列回路の制御を簡素化することができる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図６および図７を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、光源装置および色分離導光光学系の構成が第１実施形態と異なる。
図６は、第３実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図７は、光源装置の概略構成図である。
図６、図７において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態のプロジェクター１０１において、光源装置９００は、蛍光光ＬＹ（黄色光）と第２の光線束Ｌ２（青色光）とを含む白色の照明光ＬＷを射出する。光源装置９００の構成については後述する。

色分離導光光学系９１０は、白色の照明光ＬＷを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。色分離導光光学系９１０は、第１のダイクロイックミラー９１１と、第２のダイクロイックミラー９１２と、第１の反射ミラー２３０と、第２の反射ミラー２２０と、第３の反射ミラー２５０と、第１のリレーレンズ９１４と、第２のリレーレンズ９１５と、を備えている。

第１のダイクロイックミラー９１１は、光源装置９００からの照明光ＬＷを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含む光とに分離する。第１のダイクロイックミラー９１１は、赤色光ＬＲを透過させ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含む光を反射させる。また、第２のダイクロイックミラー９１２は、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含む光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。第２のダイクロイックミラー９１２は、緑色光ＬＧを反射させ、青色光ＬＢを透過させる。

第１の反射ミラー２３０は、第１のダイクロイックミラー９１１を透過した赤色光ＬＲを赤色光用光変調装置４００Ｒに向けて反射する。第２の反射ミラー２２０と第３の反射ミラー２５０とは、第２のダイクロイックミラー９１２を透過した青色光ＬＢを青色光用光変調装置４００Ｂに向けて反射する。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー９１２から緑色光用光変調装置４００Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９１４と第２のリレーレンズ９１５とは、青色光ＬＢの光路中に配置されている。

図７に示すように、光源装置９００は、光源ユニット７１０と、アフォーカル光学系２３と、ホモジナイザー光学系２４と、偏光分離素子５０Ａ（光分岐素子兼光線合成光学系）を含む光学素子２５Ａと、第１のピックアップ光学系２６と、波長変換素子７５０と、位相差板２８と、第２のピックアップ光学系２９と、拡散反射素子３０（拡散素子）と、インテグレーター光学系７６０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備えている。

光源ユニット７１０は、第１実施形態と同様の光源アレイ７１６を備えており、第１の光線束Ｌ１と第２の光線束Ｌ２とを射出する。

光源ユニット７１０から射出された第１の光線束Ｌ１と第２の光線束Ｌ２とを含む光は、アフォーカル光学系２３に入射する。アフォーカル光学系２３は、光の光束径を調整する。アフォーカル光学系２３は、例えば第１アフォーカルレンズ２３ａと、第２アフォーカルレンズ２３ｂと、から構成されている。

アフォーカル光学系２３から射出された光Ｌ０は、ホモジナイザー光学系２４に入射する。ホモジナイザー光学系２４は、光Ｌ０の強度分布を均一な状態（いわゆるトップハット分布）に変換するものである。ホモジナイザー光学系２４、例えば第１マルチレンズアレイ２４ａと、第２マルチレンズアレイ２４ｂと、から構成されている。

ホモジナイザー光学系２４から射出された光Ｌ０は、光学素子２５Ａに入射する。光学素子２５Ａは、例えば波長選択性を有するダイクロイックプリズムから構成されている。ダイクロイックプリズムは、光軸１００ａｘおよび光軸１２０ａｘに対して４５°の角度をなす傾斜面Ｋを有している。光学素子２５Ａとしては、ダイクロイックプリズムのようなプリズム形状のものに限らず、平行平板状のダイクロイックミラーを用いてもよい。

傾斜面Ｋには、波長選択性を有する偏光分離素子５０Ａが設けられている。偏光分離素子５０Ａは、光Ｌ０を、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とに分離する偏光分離機能を有している。さらに、偏光分離素子５０Ａは、第１の光線束Ｌ１および第２の光線束Ｌ２（青色帯の光）とは波長帯が異なる蛍光光ＬＹ（黄色帯の光）を、その偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。以上の特性により、偏光分離素子５０Ａは、第１の光線束Ｌ１と第２の光線束Ｌ２とを分離するとともに、蛍光光ＬＹと第２の光線束Ｌ２とを合成する。

具体的に、第１の光線束Ｌ１は偏光分離素子５０Ａで反射されるＳ偏光であるため、偏光分離素子５０Ａで波長変換素子７５０に向けて反射される。第２の光線束Ｌ２の偏光方向は偏光分離素子５０Ａを透過するＰ偏光であるため、偏光分離素子５０Ａを拡散反射素子３０に向けて透過する。

偏光分離素子５０Ａから射出された第１の光線束Ｌ１ｓは、第１のピックアップ光学系２６によって集光されて、蛍光体層７５５に入射する。第１のピックアップ光学系２６は、例えば第１ピックアップレンズ２６ａと、第２ピックアップレンズ２６ｂと、から構成されている。

波長変換素子７５０から射出された蛍光光ＬＹは、非偏光光のため、第１のピックアップ光学系２６によって平行化された後、偏光分離素子５０Ａを透過し、インテグレーター光学系７６０に入射する。

一方、偏光分離素子５０Ａから射出された第２の光線束Ｌ２ｐは、位相差板２８によって、例えば右回りの円偏光の第２の光線束Ｌ２ｃ１に変換される。位相差板２８は、偏光分離素子５０Ａと拡散反射素子３０との間の光路中に配置された１／４波長板から構成されている。第２の光線束Ｌ２ｃ１は、第２のピックアップ光学系２９によって集光されて、拡散反射素子３０に入射する。

第２のピックアップ光学系２９は、例えばピックアップレンズ２９ａから構成されている。

拡散反射素子３０は、第２の光線束Ｌ２ｃ１を例えば左回りの円偏光の第２の光線束Ｌ２ｃ２に変換して、偏光分離素子５０Ａに向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０として、拡散反射素子３０に入射した第２の光線束Ｌ２をランバート反射させる反射素子を用いることが好ましい。

第２の光線束Ｌ２ｃ２は、位相差板２８によってＳ偏光の第２の光線束Ｌ２ｓに変換される。第２の光線束Ｌ２ｓは、偏光分離素子５０Ａでインテグレーター光学系７６０に向けて反射される。

第２の光線束Ｌ２ｓと蛍光光ＬＹとは、偏光分離素子５０Ａから互いに同方向に向けて射出され、照明光ＬＷとなる。
インテグレーター光学系７６０より後段の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態の光源装置９００は、第１実施形態の光源装置７００と異なり、光源装置９００の内部で第２の光線束Ｌ２ｓと蛍光光ＬＹとを合成し、白色の照明光ＬＷを射出する。この種の従来の光源装置において、１つの直列回路に第２発光素子７１２ｂのみが割り当てられ、その直列回路にオープン故障が発生したとすると、照明光に青色光成分が含まれなくなるため、白色の照明光が得られなくなる。

これに対し、本実施形態の光源装置９００では、光源アレイ７１６の第１〜第５の直列回路のそれぞれが、少なくとも１個の第１発光素子７１２ａと少なくとも１個の第２発光素子７１２ｂとを含んでいる。そのため、いずれか一つの直列回路にオープン故障が発生したとしても、光源装置９００から、第２の光線束Ｌ２ｓと蛍光光ＬＹとが合成された白色の照明光ＬＷが射出される。その結果、本実施形態のプロジェクター１０１は、所定の色の画像を表示することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記第１実施形態では、光源ユニットの４つの発光素子列のうち、３つの発光素子列を励起光用とし、１つの発光素子列を青色光用としたが、各々に割り当てる発光素子列の数は、必ずしも上記の例に限定されることなく、例えば２つの発光素子列からの光線束を分岐ミラーに入射させる構成としてもよく、適宜変更が可能である。

また、上記実施形態では、一方向に並んだ複数の発光素子が一つの直列回路を構成する例を挙げたが、必ずしも一方向に並んだ複数の発光素子が一つの直列回路を構成していなくてもよい。例えば、２行２列に並んだ４個の発光素子が一つの直列回路を構成してもよい。本発明の光源装置は、この直列回路を構成する４個の発光素子が、少なくとも一つの第１発光素子と、少なくとも一つの第２発光素子と、を含む構成であればよい。

また、光分岐素子として、ミラーに代えて、プリズム等の光学素子が用いられてもよい。また、第１実施形態の拡散素子として、拡散板を回転させる構成の例を挙げたが、拡散板を振動させる、拡散板を揺動させる等の構成であってもよい。

その他、光源装置およびプロジェクターを構成する各構成要素の数、形状、材料、配置等については、適宜変更が可能である。また、光変調装置としては、上述した液晶パネルに限らず、例えばデジタルミラーデバイスなどを用いることもできる。

また、上記実施形態では本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。

１，１０１…プロジェクター、３０…拡散反射素子（拡散素子）、５０Ａ…偏光分離素子（光分岐素子、光線合成光学系）、４００Ｂ…青色光用光変調装置（光変調装置）、４００Ｇ…緑色光用光変調装置（光変調装置）、４００Ｒ…赤色光用光変調装置（光変調装置）、６００…投射光学系、７００，９００…光源装置、７０８…光源制御装置、７１２…発光素子、７１２ａ…第１発光素子、７１２ｂ…第２発光素子、７１６…光源アレイ、７１８Ａ…第１の直列回路、７１８Ｂ…第２の直列回路、７１８Ｃ…第３の直列回路、７１８Ｄ…第４の直列回路、７１８Ｅ…第５の直列回路、７２５…分岐ミラー（光分岐素子）、７５０…波長変換素子、８３０…拡散素子。

Claims (6)

1. 複数の第１発光素子と複数の第２発光素子とを備えた光源アレイと、
   前記複数の第１発光素子から射出された第１の光線束または前記複数の第２発光素子から射出された第２の光線束が入射され、前記第１の光線束と前記第２の光線束とを互いに異なる方向に進行させる光分岐素子と、
   前記第１の光線束を蛍光光に変換する波長変換素子と、
   前記第２の光線束を拡散光に変換する拡散素子と、を備え、
   前記光源アレイは、第１の直列回路と第２の直列回路とを含む複数の直列回路で構成されており、
   前記第１の直列回路は、前記複数の第１発光素子のうちの少なくとも一つの第１発光素子と、前記複数の第２発光素子のうちの少なくとも一つの第２発光素子と、を含み、
   前記第２の直列回路は、前記複数の第１発光素子のうちの少なくとも一つの第１発光素子と、前記複数の第２発光素子のうちの少なくとも一つの第２発光素子と、を含み、
   前記第１の直列回路に含まれる前記少なくとも一つの第１発光素子から射出された光と、前記第２の直列回路に含まれる前記少なくとも一つの第１発光素子から射出された光とは、前記波長変換素子に入射し、
   前記第１の直列回路に含まれる前記少なくとも一つの第２発光素子から射出された光と、前記第２の直列回路に含まれる前記少なくとも一つの第２発光素子から射出された光とは、前記拡散素子に入射する光源装置。
2. 前記複数の直列回路は第３の直列回路をさらに含み、
   前記第３の直列回路は、前記複数の第１発光素子のうちの少なくとも一つの第１発光素子と、前記複数の第２発光素子のうちの少なくとも一つの第２発光素子と、を含んでおり、
   前記第３の直列回路は前記第１の直列回路と直列に接続されている請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光源アレイを制御する光源制御装置をさらに備え、
   前記複数の直列回路は第４の直列回路をさらに含み、
   前記第４の直列回路は、前記複数の第１発光素子のうちの少なくとも一つの第１発光素子と、前記複数の第２発光素子のうちの少なくとも一つの第２発光素子と、を含んでおり、
   前記光源制御装置は、前記第１の直列回路および前記第２の直列回路を作動させるとともに、前記第４の直列回路を作動させないように、前記光源アレイを制御する機能を有する請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記第１の光線束の波長と前記第２の光線束の波長とは互いに異なっている請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記蛍光光と前記第２の光線束とを合成する光線合成光学系をさらに備えた請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光源装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を生成する光変調装置と、
   前記画像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクター。

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