JP7081327B2 - 光源装置及びプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクターに関するものである。

近年、プロジェクターに用いる光源装置として、青色レーザー光と、青色レーザー光で励起して生成した黄色蛍光とを合成して照明光を生成する技術がある。さらに下記特許文献１には、黄色の蛍光、青色レーザー光及び赤色レーザー光を合成して出射する光源装置が開示されている。

特開２０１６－２２４３０４号公報

上記光源装置では、合成ミラーにおいて蛍光を透過させるとともに赤色レーザー光を反射されることで２つの光を同じ方向に射出することで照明光を生成する。
ここで、例えば、蛍光に含まれる赤色成分における合成ミラーの透過率を高くした場合、合成ミラーを透過する赤色レーザー光が増加することで、赤色レーザー光に生じる光損失が増大する。一方、例えば、赤色レーザー光における合成ミラーの反射率を高くした場合、蛍光に含まれる赤色成分の合成ミラーによる反射量が増えることで、蛍光に生じる光損失が増大する。このように上記光源装置では、蛍光の赤色成分及び赤色レーザー光のいずれかに常に損失が生じるため、赤色光を効率良くアシストできなかった。

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、青色レーザー光を射出する青色レーザー発光素子と、赤色レーザー光を射出する赤色レーザー発光素子と、前記青色レーザー光の第１成分により励起されて黄色蛍光を生成する蛍光体と、前記黄色蛍光と前記青色レーザー光の第２成分とを合成し、赤色成分、緑色成分及び青色成分を含む第１合成光を生成する合成手段と、前記合成手段の後段に設けられ、前記赤色レーザー光を反射するとともに、前記赤色成分における第１偏光成分を透過し、前記赤色成分における第２偏光成分を反射し、前記第１合成光における前記緑色成分及び前記青色成分を透過させ、前記赤色レーザー光と前記第１偏光成分と前記緑色成分と前記青色成分とを合成して第２合成光を生成する偏光分離合成素子と、前記偏光分離合成素子の後段に設けられた位相差板と、前記位相差板の後段に設けられ、前記第２合成光が前記位相差板を透過することで異なる偏光状態に変換された第３合成光の一部と、前記偏光分離合成素子で反射された前記第２偏光成分とを合成して照明光を生成する偏光合成素子と、を備えることを特徴とする。

上記態様の光源装置では、前記位相差板は、１／２波長板又は１／４波長板であるのが好ましい。

上記態様の光源装置では、前記偏光分離合成素子で反射された前記第２偏光成分を前記偏光合成素子に導く複数の反射ミラーをさらに備えるのが好ましい。

上記態様の光源装置では、前記位相差板は、前記第２合成光のうち前記赤色レーザー光及び前記第１偏光成分に対して位相を変化させるのが好ましい。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、上記態様に係る光源装置と、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形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、を備えることを特徴とする。

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を示す図である。 変形例に係る光源装置の要部構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１は本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映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、光源装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６とを備えている。

本実施形態の光源装置２は、色分離光学系３に向けて白色の照明光ＷＬを射出する。色分離光学系３は、光源装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ（例えば、波長帯が６００ｎｍ～７００ｎｍの光）と、緑色光ＬＧ（例えば、波長帯が５００ｎｍ～６００ｎｍの光）と、青色光ＬＢ（例えば、波長帯が４４０ｎｍ～４７０ｎｍの光）とに分離する。

色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを概略備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、光源装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過することによって、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９ａは青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂと第２の全反射ミラー８ｂとの間に配置されている。第２のリレーレンズ９ｂは青色光ＬＢの光路中における第２の全反射ミラー８ｂと第３の全反射ミラー８ｃとの間に配置されている。

光変調装置４Ｒ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。光変調装置４Ｇ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。光変調装置４Ｂ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。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂ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及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。以下、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂを単に光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂと称すことにする。

また、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂは、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれをテレセントリック化する。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからの画像光が入射する。合成光学系５は、各々が赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。

投射光学系６は、投射レンズ群からなり、合成光学系５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、拡大されたカラー映像が表示される。

（光源装置）
続いて、光源装置２について説明する。図２は光源装置２の概略構成を示す図である。図２に示すように、光源装置２は、青色アレイ光源２１と、第１コリメーター光学系２２と、ホモジナイザー光学系２３と、第１の位相差板２８ａと、偏光ビームスプリッター（合成手段）２５と、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７と、第２の位相差板２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、第１レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３と、赤色補助光源４０と、第３の集光光学系４１と、拡散板ユニット４２と、ピックアップ光学系４３と、偏光分離合成素子４５と、第３の位相差板４６と、偏光合成素子４７と、反射ミラー４８と、反射ミラー４９とを備えている。

青色アレイ光源２１と、第１コリメーター光学系２２と、ホモジナイザー光学系２３と、第１の位相差板２８ａと、偏光ビームスプリッター２５と、第２の位相差板２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０とは、青色アレイ光源２１の光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。

また、蛍光発光素子２７と、第１の集光光学系２６と、偏光ビームスプリッター２５と、偏光分離合成素子４５と、第３の位相差板４６と、偏光合成素子４７と、第１レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とは、照明光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と照明光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。

また、赤色補助光源４０と、第３の集光光学系４１と、拡散板ユニット４２と、ピックアップ光学系４３と、偏光分離合成素子４５と、反射ミラー４８とは、赤色補助光源４０の光軸ａｘ３上に順次並んで配置されている。

青色アレイ光源２１は複数の青色レーザー発光素子２１ａを備える。複数の青色レーザー発光素子２１ａは光軸ａｘ１と直交する面内において、アレイ状に並んで配置されている。青色レーザー発光素子２１ａは、例えば青色レーザー光として光線ＢＬ（例えば波長帯が４４０ｎｍ～４７０ｎｍの青色レーザー光）を射出する。

青色アレイ光源２１から射出された光線ＢＬは、第１コリメーター光学系２２に入射する。第１コリメーター光学系２２は、青色アレイ光源２１から射出された光線ＢＬを平行光に変換する。第１コリメーター光学系２２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の青色レーザー発光素子２１ａに対応して配置される。

第１コリメーター光学系２２を通過した光線ＢＬは、ホモジナイザー光学系２３に入射する。ホモジナイザー光学系２３は、マルチレンズ２３ａ、２３ｂを有する。ホモジナイザー光学系２３は、第１の集光光学系２６と協同して被照明領域（蛍光体３４）における照度分布を均一化する。また、ホモジナイザー光学系２３は、第２の集光光学系２９と協同して被照明領域（拡散反射素子３０）における照度分布を均一化する。

ホモジナイザー光学系２３を透過した光線ＢＬは第１の位相差板２８ａに入射する。第１の位相差板２８ａは、例えば回転可能とされた１／２波長板である。青色レーザー発光素子２１ａから射出された光線ＢＬは直線偏光である。第１の位相差板２８ａの回転角度を適切に設定することにより、第１の位相差板２８ａを透過する光線ＢＬを、偏光ビームスプリッター２５に対するＳ偏光とＰ偏光とを所定の比率で含む光線とすることができる。第１の位相差板２８ａを回転させることにより、Ｓ偏光とＰ偏光との比率を変化させることができる。

第１の位相差板２８ａを通過することで生成されたＳ偏光とＰ偏光とを含む光線ＢＬは偏光ビームスプリッター２５に入射する。偏光ビームスプリッター２５は、光軸ａｘ１及び照明光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置される。
偏光ビームスプリッター２５は、光線ＢＬを、偏光ビームスプリッター２５に対するＳ偏光の光線ＢＬｓとＰ偏光の光線ＢＬｐとに分離する偏光分離機能を有する。また、偏光ビームスプリッター２５は光線ＢＬとは波長帯が異なる蛍光ＹＬ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する。

具体的に、偏光ビームスプリッター２５は、Ｓ偏光の光線ＢＬｓ（青色レーザー光の第１成分）を反射させ、Ｐ偏光の光線ＢＬｐ（青色レーザー光の第２成分）を透過させる。偏光ビームスプリッター２５から射出されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第１の集光光学系２６に入射する。第１の集光光学系２６は、光線ＢＬｓを蛍光体３４に向けて集光させる。

本実施形態において、第１の集光光学系２６は、例えば第１レンズ２６ａ及び第２レンズ２６ｂから構成される。ホモジナイザー光学系２３及び第１の集光光学系２６を経由した光線ＢＬｓは、蛍光発光素子２７の被照明領域に対して照度分布が均一化された状態で入射する。蛍光発光素子２７は、蛍光体３４と、この蛍光体３４を支持する基板３５と、蛍光体３４を基板３５に固定する固定部材３６とを有している。

本実施形態において、蛍光体３４は、該蛍光体３４の側面と基板３５との間に設けられた固定部材３６により、基板３５に固定される。蛍光体３４は、光線ＢＬｓの入射する側と反対側の面において、基板３５に接触する。

蛍光体３４は、光線ＢＬｓを吸収して励起される蛍光体を含む。この光線ＢＬｓにより励起された蛍光体は、例えば波長帯が５００～７００ｎｍの蛍光（黄色蛍光）ＹＬを射出する。

蛍光体３４の光線ＢＬｓが入射する側とは反対側（第１の集光光学系２６とは反対側）には反射部３７が設けられている。反射部３７は、蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、基板３５に向かって進む成分を反射する。

基板３５の蛍光体３４を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３８が配置されている。蛍光発光素子２７では、このヒートシンク３８を介して放熱できるため、蛍光体３４の熱劣化を防ぐことができる。

蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、一部の蛍光ＹＬは、反射部３７によって反射され、蛍光体３４の外部へと射出される。また、蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、他の一部の蛍光ＹＬは、反射部３７を介さずに蛍光体３４の外部へと射出される。このようにして、蛍光ＹＬが蛍光体３４から射出される。なお、蛍光ＹＬは非偏光の光である。

一方、偏光ビームスプリッター２５から射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐは、第２の位相差板２８ｂに入射する。第２の位相差板２８ｂは、偏光ビームスプリッター２５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る。したがって、偏光ビームスプリッター２５から射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐは、この第２の位相差板２８ｂによって、例えば、右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１に変換された後、第２の集光光学系２９に入射する。第２の集光光学系２９は、例えばレンズ２９ａ，２９ｂから構成される。ホモジナイザー光学系２３及び第２の集光光学系２９を経由した青色光ＢＬｃ１は、拡散反射素子３０に対して照度分布が均一化された状態で入射する。

拡散反射素子３０は、偏光ビームスプリッター２５における蛍光体３４の鏡像関係の位置に配置され、第２の集光光学系２９から射出された青色光ＢＬｃ１を偏光ビームスプリッター２５に向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０としては、青色光ＢＬｃ１をランバート反射させつつ、且つ、偏光状態を乱さないものを用いることが好ましい。

以下、拡散反射素子３０によって拡散反射された光を青色光ＢＬｃ２と称する。本実施形態によれば、青色光ＢＬｃ１を拡散反射させることで略均一な照度分布の青色光ＢＬｃ２が得られる。例えば、右回り円偏光の青色光ＢＬｃ１は左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２として反射される。青色光ＢＬｃ２は第２の集光光学系２９によって平行光に変換された後に再び第２の位相差板２８ｂに入射する。

左回り円偏光の青色光ＢＬｃ２は、第２の位相差板２８ｂによってＳ偏光の青色光ＢＬｓ１に変換される。Ｓ偏光の青色光ＢＬｓ１は、偏光ビームスプリッター２５によって第１レンズインテグレーター３１に向けて反射される。

このように青色光ＢＬｓ１及び蛍光ＹＬは、偏光ビームスプリッター２５から互いに同一方向に向けて射出される。したがって、青色光ＢＬｓ１及び蛍光ＹＬは、偏光ビームスプリッター２５で互いに合成されて第１合成光ＷＬ１を生成する。第１合成光ＷＬ１は、赤色成分ＬＲ１、緑色成分ＬＧ１及び青色成分ＬＢ１を含む白色光である。なお、青色成分ＬＢ１とは青色光ＢＬｓ１に相当する。

ところで、例えば、照明光として６５００Ｋの白色光を生成する場合、第１合成光ＷＬ１では赤色成分が不足する。本実施形態の光源装置２では、赤色補助光源４０から射出した光によって照明光ＷＬの赤色成分を補う。赤色補助光源４０は赤色レーザー発光素子４０ａを有する。赤色レーザー発光素子４０ａは、例えば赤色レーザー光として赤色補助光線ＲＬ（例えばピーク波長が６３０～６５０ｎｍの赤色レーザー光）を射出する。赤色補助光線ＲＬは直線偏光である。具体的に、赤色補助光線ＲＬは、後述する偏光分離合成素子４５に対するＳ偏光である。なお、赤色レーザー発光素子４０ａの数は特に限定されない。

赤色レーザー発光素子４０ａから射出された赤色補助光線ＲＬは、第３の集光光学系４１に入射する。第３の集光光学系４１は、レンズ４１ａ，４１ｂから構成され、赤色補助光線ＲＬを集光して拡散板ユニット４２に入射させる。これにより、レーザー光からなる赤色補助光線ＲＬによるスペックルの発生を低減できる。

拡散板ユニット４２は、光透過性を有する円板状の拡散板４２ａと、該拡散板４２ａを回転させるモーター４２ｂとを備える。拡散板ユニット４２は、拡散板４２ａを回転させることで赤色補助光線ＲＬの入射位置を時間的に変化させる。これにより、赤色補助光線ＲＬが拡散板４２ａの一箇所に集中して入射しないため、熱による拡散板４２ａの破損が防止される。

拡散板ユニット４２を透過することで拡散された赤色補助光線ＲＬは、ピックアップ光学系４３に入射する。ピックアップ光学系４３は、レンズ４３ａ，４３ｂから構成され、拡散された赤色補助光線ＲＬをピックアップして平行化して偏光分離合成素子４５に導く。

偏光分離合成素子４５は、光軸ａｘ３に対して４５°の角度をなすように配置される。偏光分離合成素子４５は、第１合成光ＷＬ１のうちの赤色成分ＬＲ１を、偏光分離合成素子４５に対するＰ偏光の赤色第１成分（第１偏光成分）ＬＲ１ｐとＳ偏光の赤色第２成分（第２偏光成分）ＬＲ１ｓとに分離する偏光分離機能を有する。なお、赤色成分ＬＲ１に対する赤色第１成分ＬＲ１ｐ及び赤色第２成分ＬＲ１ｓの比率はそれぞれ５０：５０である。

また、偏光分離合成素子４５は、第１合成光ＷＬ１のうち緑色成分ＬＧ１及び青色成分ＬＢ１を、その偏光状態にかかわらず透過させる特性を有する。偏光分離合成素子４５を透過した緑色成分ＬＧ１及び青色成分ＬＢ１は第３の位相差板４６に入射する。

本実施形態の偏光分離合成素子４５は、Ｓ偏光の赤色第２成分ＬＲ１ｓを反射するとともに、Ｐ偏光の赤色第１成分ＬＲ１ｐを透過させる。偏光分離合成素子４５で反射されることで分離されたＳ偏光の赤色第２成分ＬＲ１ｓは、反射ミラー４８に入射する。反射ミラー４８は、光軸ａｘ３に対して４５°の角度をなすように配置された全反射ミラーからなる。反射ミラー４８で反射された赤色第２成分ＬＲ１ｓは、反射ミラー４９に入射する。反射ミラー４９は、赤色第２成分ＬＲ１ｓの光軸に対して４５°の角度をなすように配置された全反射ミラーからなる。反射ミラー４９は、反射ミラー４８で反射された赤色第２成分ＬＲ１ｓを偏光合成素子４７に向けて反射する。

一方、偏光分離合成素子４５を透過することで分離されたＰ偏光の赤色第１成分ＬＲ１ｐは、第３の位相差板４６に入射する。なお、第３の位相差板４６は、特許請求の範囲に記載の「位相差板」に相当する。

また、本実施形態において、拡散板ユニット４２で拡散された赤色補助光線ＲＬは、偏光分離合成素子４５に対するＳ偏光であることから、偏光分離合成素子４５で反射されて第３の位相差板４６に入射する。

赤色補助光線ＲＬ、赤色第１成分ＬＲ１ｐ、緑色成分ＬＧ１及び青色成分ＬＢ１は、偏光分離合成素子４５から第３の位相差板４６に向けて射出される。すなわち、偏光分離合成素子４５は、赤色補助光線ＲＬと赤色第１成分ＬＲ１ｐと緑色成分ＬＧ１と青色成分ＬＢ１とを合成して第２合成光ＷＬ２を生成する。

本実施形態において、第３の位相差板４６は１／２波長板である。第３の位相差板４６は、赤色波長帯の光の位相を変化させる赤色狭帯域の１／２位相差板から構成される。これにより、第３の位相差板４６は、第２合成光ＷＬ２（入射光）のうち赤色レーザー光（赤色補助光線ＲＬ）及び赤色第１成分ＬＲ１ｐに対して位相を変化させる。

Ｐ偏光である赤色第１成分ＬＲ１ｐは、第３の位相差板４６を透過することでＳ偏光の光線ＬＲ２ｓに変換され、Ｓ偏光である赤色補助光線ＲＬは、第３の位相差板４６を透過することでＰ偏光の赤色補助光線ＲＬ１ｐに変換される。

したがって、第２合成光ＷＬ２は第３の位相差板４６を透過することで異なる偏光状態の第３合成光ＷＬ３に変換される。第３合成光ＷＬ３は、Ｓ偏光の光線ＬＲ２ｓと、Ｐ偏光の赤色補助光線ＲＬ１ｐと、青色成分ＬＢ１と、緑色成分ＬＧ１とを含む。第３合成光ＷＬ３は偏光合成素子４７に入射する。

偏光合成素子４７は、照明光軸ａｘ２に対して４５°の角度をなすように配置される。偏光合成素子４７は、入射光である第３合成光ＷＬ３の赤色成分を偏光合成素子４７に対するＳ偏光とＰ偏光の光線とに分離する偏光分離機能を有する。また、偏光合成素子４７は、第３合成光ＷＬ３の緑色成分ＬＧ１及び青色成分ＬＢ１を、その偏光状態にかかわらず透過させる特性を有する。

本実施形態において、偏光合成素子４７は、第３合成光ＷＬ３の赤色成分（Ｓ偏光の光線ＬＲ２ｓとＰ偏光の赤色補助光線ＲＬ１ｐ）を偏光分離する。Ｐ偏光の赤色補助光線ＲＬ１ｐは偏光合成素子４７を透過するとともに、Ｓ偏光の光線ＬＲ２ｓは偏光合成素子４７で反射されて赤色補助光線ＲＬ１ｐと異なる方向に射出される。なお、偏光合成素子４７で反射された赤色成分（Ｓ偏光の光線ＬＲ２ｓ）は不図示の遮光部材で遮光され、照明光ＷＬとして利用されない。

偏光合成素子４７は、緑色成分ＬＧ１及び青色成分ＬＢ１を透過させる。すなわち、偏光合成素子４７は、第３合成光ＷＬ３の一部（赤色補助光線ＲＬ１ｐ、緑色成分ＬＧ１及び青色成分ＬＢ１）を透過させる。また、偏光合成素子４７は、偏光分離合成素子４５で分離された後、反射ミラー４８、４９を経由した赤色第２成分ＬＲ１ｓを反射して、第３合成光ＷＬ３の一部である赤色補助光線ＲＬ１ｐ、緑色成分ＬＧ１及び青色成分ＬＢ１と同じ方向に射出する。

このように本実施形態の偏光合成素子４７は、第３合成光ＷＬ３の一部（赤色補助光線ＲＬ１ｐ、緑色成分ＬＧ１及び青色成分ＬＢ１）と赤色第２成分ＬＲ１ｓを合成して照明光ＷＬを生成する。赤色補助光線ＲＬ１ｐは赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬの全光束（１００％）に相当し、赤色成分ＫＲｓは蛍光ＹＬの赤色成分ＬＲ１における全光束の半分（５０％）に相当する。

このように本実施形態の光源装置２では、蛍光ＹＬの赤色成分ＬＲ１の５０％を照明光ＷＬとして利用し、赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬの１００％を照明光ＷＬとして利用することができる。

照明光ＷＬは、第１レンズインテグレーター３１に向けて射出される。第１レンズインテグレーター３１は、第１マルチレンズ３１ａと第２マルチレンズ３１ｂとを有する。第１マルチレンズ３１ａは照明光ＷＬを複数の部分光線束に分割するための複数の第１小レンズ３１ａｍを有する。

第１マルチレンズ３１ａのレンズ面（第１小レンズ３１ａｍの表面）と光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域とは互いに共役となっている。そのため、第１小レンズ３１ａｍ各々の形状は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の形状と略相似形（矩形状）となっている。これにより、第１マルチレンズ３１ａから射出された部分光束各々が光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ効率良く入射する。

第２マルチレンズ３１ｂは、第１マルチレンズ３１ａの複数の第１小レンズ３１ａｍに対応する複数の第２小レンズ３１ｂｍを有する。第２マルチレンズ３１ｂは、重畳レンズ３３とともに、第１マルチレンズ３１ａの各第１小レンズ３１ａｍの像を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域の近傍に結像させる。

第１レンズインテグレーター３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板（１／２位相差板）とをアレイ状に並べて構成される。偏光変換素子３２は、照明光ＷＬの偏光方向を所定方向に変換する。より具体的に、偏光変換素子３２は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの光入射側に配置された偏光板（不図示）の透過軸の方向に照明光ＷＬの偏光方向を対応させる。これにより、上述のように照明光ＷＬを分離して得られる赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの偏光方向は、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射側偏光板の透過軸方向に対応する。よって、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢは入射側偏光板でそれぞれ遮光されることなく、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ良好に導かれる。

偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３に入射する。重畳レンズ３３は第１レンズインテグレーター３１と協同して、被照明領域における照明光ＷＬによる照度分布を均一化する。

以上のように、本実施形態の光源装置２によれば、蛍光ＹＬの赤色成分ＬＲ１の５０％と赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬの１００％とを利用して照明光ＷＬを生成することができる。すなわち、本実施形態の光源装置２によれば、照明光ＷＬとして赤色成分の不足を防止した白色光を生成することができる。

また、本実施形態の光源装置２では、赤色補助光源４０から射出する赤色レーザー光（赤色補助光線ＲＬ１ｐ）の出力を調整することで、照明光ＷＬの赤色成分（赤色光ＬＲ）のアシスト量を任意に制御できる。よって、光源装置２によって生成される照明光ＷＬのホワイトバランスを最適化することができる。

また、本実施形態の光源装置２によれば、偏光分離合成素子４５で分離したＳ偏光の赤色第２成分ＬＲ１ｓを反射ミラー４８，４９で反射して偏光合成素子４７に導くことで、赤色第２成分ＬＲ１ｓを照明光ＷＬとして利用できる。

また、本実施形態の光源装置２によれば、第３の位相差板４６として、赤色波長帯の光に対して位相を変化させる赤色狭帯域１／２位相差板を備えるので、赤色の光（赤色第１成分ＬＲ１ｐ及び赤色補助光線ＲＬ）に対してのみ位相を変化させることができる。これにより、赤色レーザー光（赤色補助光線ＲＬ）の偏光方向を変換することで偏光合成素子４７において照明光ＷＬとして合成することができる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、第３の位相差板４６が１／２波長板である場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。
図３は変形例に係る光源装置の要部構成を示す図である。図３に示すように、第３の位相差板１４６は１／４波長板である。図３に示す光源装置２Ａは、第３の位相差板１４６が１／４波長板から構成される以外、上記実施形態と同じ構成を有する。そのため、以下では第３の位相差板１４６による作用を主体に説明し、その他の構成については説明を省略若しくは簡略化する。

第３の位相差板１４６は、第２合成光ＷＬ２（入射光）のうち赤色レーザー光（赤色補助光線ＲＬ）及び赤色第１成分ＬＲ１ｐに対して位相を変化させる。Ｐ偏光の赤色第１成分ＬＲ１ｐは、第３の位相差板１４６を透過することで、例えば右回りの赤色円偏光ＬＲ２ｃに変換される。また、Ｓ偏光の赤色補助光線ＲＬは、第３の位相差板１４６を透過することで、例えば左回りの円偏光である赤色補助光線ＲＬ２ｃに変換される。

したがって、第２合成光ＷＬ２は第３の位相差板１４６を透過することで異なる偏光状態の第３合成光ＷＬ３´に変換される。第３合成光ＷＬ３´は、右回りの赤色円偏光ＬＲ２ｃと、左回りの円偏光である赤色補助光線ＲＬ２ｃと、青色成分ＬＢ１と、緑色成分ＬＧ１とを含む。

本変形例の偏光合成素子１４７は、第３合成光ＷＬ３´の赤色成分を偏光分離する。偏光合成素子１４７は、第３合成光ＷＬ３´のうち右回りの赤色円偏光ＬＲ２ｃをＰ偏光の赤色成分ＬＲ３ｐとＳ偏光の赤色成分ＬＲ３ｓとに分離する。ここで、赤色成分ＬＲ３ｐ及び赤色成分ＬＲ３ｓの比率は５０：５０であり、Ｐ偏光の赤色成分ＬＲ３ｐのみが偏光合成素子４７を透過することで後述のように照明光として利用される。

また、偏光合成素子１４７は、第３合成光ＷＬ３´のうち左回りの円偏光である赤色補助光線ＲＬ２ｃをＰ偏光の赤色補助光線ＲＬ３ｐとＳ偏光の赤色補助光線ＲＬ３ｓとに分離する。ここで、赤色補助光線ＲＬ３ｐ及び赤色成分ＬＲ３ｓの比率は５０：５０であり、Ｐ偏光の赤色補助光線ＲＬ３ｐのみが後述のように照明光として利用される。

Ｐ偏光である赤色成分ＬＲ３ｐ及び赤色補助光線ＲＬ３ｐは偏光合成素子１４７を透過され、Ｓ偏光である赤色成分ＬＲ３ｓ及び赤色補助光線ＲＬ３ｓは偏光合成素子１４７で反射されて赤色成分ＬＲ３ｐ及び赤色補助光線ＲＬ３ｐと異なる方向に射出される。なお、偏光合成素子１４７で反射された赤色成分ＬＲ３ｓ及び赤色補助光線ＲＬ３ｓは不図示の遮光部材で遮光され、照明光として利用されない。

本変形例の偏光合成素子１４７は、第３合成光ＷＬ３´の一部（赤色成分ＬＲ３ｐ、赤色補助光線ＲＬｐ３及び青色光ＢＬｓ１）を透過させ、偏光分離合成素子４５から反射ミラー４８、４９を経由した赤色第２成分ＬＲ１ｓを反射して、第３合成光ＷＬ３´の一部である赤色成分ＬＲ３ｐ、赤色補助光線ＲＬｐ３及び青色光ＢＬｓ１と同じ方向に射出する。

このように本変形例の偏光合成素子１４７は、第３合成光ＷＬ３´の一部（赤色成分ＬＲ３ｐ、赤色補助光線ＲＬｐ３及び青色光ＢＬｓ１）と赤色第２成分ＬＲ１ｓとを合成して照明光ＷＬ´を生成する。ここで、赤色補助光線ＲＬｐ３は赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬの全光束（５０％）に相当し、赤色第２成分ＬＲ１ｓは蛍光ＹＬの赤色成分ＬＲ１における全光束の半分（５０％）に相当し、赤色成分ＬＲ３ｐは蛍光ＹＬの赤色成分ＬＲ１における全光束の１／４（２５％）に相当する。

すなわち、本変形例の光源装置２Ａでは、蛍光ＹＬの赤色成分ＬＲ１の７５％を照明光ＷＬ´として利用し、赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬの５０％を照明光ＷＬ´として利用できる。本変形例によれば、蛍光ＹＬからなる赤色成分ＬＲ１の割合を増やし、レーザー光からなる赤色補助光線ＲＬの割合を減らした照明光ＷＬ´を生成することができる。よって、照明光ＷＬ´として、スペックルを低減しつつ、赤色成分の不足を防止した白色光を生成することができる。

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…プロジェクター、２，２Ａ…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、２１ａ…青色レーザー発光素子、２５…偏光ビームスプリッター（合成手段）、３４…蛍光体、４０ａ…赤色レーザー発光素子、４５…偏光分離合成素子、４６…第３の位相差板（位相差板）、４７，１４７…偏光合成素子、４８，４９…反射ミラー、ＬＲ１…赤色成分、ＬＢ１…青色成分、ＬＧ１…緑色成分、ＬＲ１ｐ…赤色第１成分（第１偏光成分）、ＬＲ１ｓ…赤色第２成分（第２偏光成分）、ＷＬ，ＷＬ´…照明光、ＷＬ１…第１合成光、ＷＬ２…第２合成光、ＷＬ３，ＷＬ３´…第３合成光、ＹＬ…蛍光（黄色蛍光）、ＢＬ…光線（青色レーザー光）、ＢＬｓ…光線（青色レーザー光の第１成分）、ＢＬｐ…光線（青色レーザー光の第２成分）、ＲＬ…赤色補助光線（赤色レーザー光）。

Claims (5)

1. 青色レーザー光を射出する青色レーザー発光素子と、
   赤色レーザー光を射出する赤色レーザー発光素子と、
   前記青色レーザー光の青色第１偏光成分により励起されて黄色蛍光を生成する蛍光体と、
   前記黄色蛍光と前記青色レーザー光の青色第２偏光成分とを合成し、赤色成分、緑色成分及び青色成分を含む第１合成光を生成する合成手段と、
   前記合成手段の後段に設けられ、前記赤色レーザー光を反射するとともに、前記赤色成分における赤色第１偏光成分を透過し、前記赤色成分における赤色第２偏光成分を反射し、前記第１合成光における前記緑色成分及び前記青色成分を透過させ、前記赤色レーザー光と前記赤色第１偏光成分と前記緑色成分と前記青色成分とを合成して第２合成光を生成する偏光分離合成素子と、
   前記偏光分離合成素子の後段に設けられた位相差板と、
   前記位相差板の後段に設けられ、前記第２合成光が前記位相差板を透過することで異なる偏光状態に変換された前記赤色レーザー光、前記緑色成分、及び前記青色成分と、前記偏光分離合成素子で反射された前記赤色第２偏光成分とを合成して照明光を生成する偏光合成素子と、を備える
   光源装置。
2. 前記位相差板は、１／２波長板又は１／４波長板である
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記偏光分離合成素子で反射された前記第２偏光成分を前記偏光合成素子に導く複数の反射ミラーをさらに備える
   請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記位相差板は、前記第２合成光のうち前記赤色レーザー光及び前記第１偏光成分に対して位相を変化させる
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 請求項１乃至４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形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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