JP7129607B2 - 光源装置および投写型表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、光源装置およびこれを備える投写型表示装置に関する。

ミラー偏向型のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）や液晶パネルの画像形成素子を用いた投写型表示装置の光源として、長寿命である半導体レーザーや発光ダイオードなどの固体光源を用いた光源装置が多数開示されている。その中で、青、緑、赤色の固体光源を用いた広色域で高効率な光源装置が開示されている（特許文献１参照）。

特開平６－２０８０８９号公報

本開示は、青、緑、赤色の固体光源を用いて、スペックルノイズや微小な輝度むらを解消しつつ、広色域で小型の光源装置と、その光源装置を用いた投写型表示装置を提供する。

本開示の光源装置は、青色レーザー光源、緑色レーザー光源、赤色レーザー光源と、青色レーザー光源から出射された青色レーザー光の偏光を制御する第１の位相差板と、第１の位相差板で偏光を制御された青色レーザー光を一方の青色レーザー光と他方のレーザー光に偏光分離する偏光分離素子と、偏光分離素子で偏光分離された他方の青色レーザー光の偏光を制御する第２の位相差板と、偏光分離素子で偏光分離された一方の青色レーザー光で励起され、緑、赤成分を含む蛍光光を出射する蛍光板と、前記第２の位相差板で偏光を制御された他方の青色レーザー光と、緑色レーザー光源から出射された緑色レーザー光と、赤色レーザー光源から出射された赤色レーザー光を合成する第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で合成されたレーザー光を拡散する動的拡散板と、動的拡散板で合成されたレーザー光と蛍光板から出射された蛍光光を合成する第２のダイクロイックミラーとを備える。

本開示によれば、位相差板と偏光分離素子により、同一の青色レーザー光源から青色投写光と青色励起光を得るため、青色レーザー光源を小型に構成できる。

図１は、本開示の実施の形態１における光源装置の構成図である。 図２は、実施の形態１における第２のダイクロイックミラーの分光透過率特性を示す図である。 図３は、蛍光光の発光スペクトル特性を示す図である。 図４は、本開示の実施の形態２における投写型表示装置の構成図である。 図５は、本開示の実施の形態３における投写型表示装置の構成図である。

以下、本開示を実施するための形態について、図面を参照しつつ説明する。

（実施の形態１）
図１は本開示の実施の形態１にかかる光源装置５３の構成図である。

光源装置５３は、青色レーザー光源２２、緑色レーザー光源２９、赤色レーザー光源３４を備える。青色レーザー光源２２は、複数の青色半導体レーザー素子を配置した青色半導体レーザー基板２０とコリメートレンズアレイ２１からなる。緑色レーザー光源２９は、複数の緑色半導体レーザー素子を配置した緑色半導体レーザー基板２７とコリメートレンズアレイ２８からなる。赤色レーザー光源３４は、複数の赤色半導体レーザー素子を配置した赤色半導体レーザー基板３２とコリメートレンズアレイ３３からなる。青色レーザー光源２２、緑色レーザー光源２９、赤色レーザー光源３４には、それぞれ放熱板２３、３０、３５が取付けられる。

また、光源装置５３は、１／２波長板である第１の位相差板２４、偏光分離素子である平板型の偏光ビームスプリッタ２５、１／２波長板である第２の位相差板２６、青反射のダイクロイックミラー３１、赤反射のダイクロイックミラー３６、コンデンサレンズ３７、４３、４７、４８、拡散板３８、４４、反射ミラー３９、円形拡散板４０とモーター４１から構成される動的拡散板である回転拡散板４２、第２のダイクロイックミラー４６、青色透過フィルタ４５、反射膜と蛍光体層４９を形成したアルミニウム基板５０とモーター５１から構成される蛍光板５２を備える。

図中には、レーザー光源から出射する光と、第１の位相差板２４および第２の位相差板２６や偏光ビームスプリッタ２５、青反射のダイクロイックミラー３１、赤反射のダイクロイックミラー３６、第２のダイクロイックミラー４６へ入射および出射する光の偏光方向を示している。すなわち、図１において、蛇の目の記号はＳ偏光を、両矢印の記号はＰ偏光を、また、これら偏光を示す記号とともに記載された上下左右向矢印は偏光の進行方向を示している。

青色レーザー光源２２は、２４個（６×４）の青色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した青色半導体レーザー基板２０とコリメートレンズアレイ２１で構成される。青色半導体レーザー基板２０は、４５５±８ｎｍの波長帯域で青の色光を発光し、直線偏光を出射する。青色半導体レーザー基板２０を出射した光は対応するコリメートレンズアレイ２１により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板２３は青色半導体レーザー基板２０を冷却するためのものである。

緑色レーザー光源２９は、２４個（６×４）の緑色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した緑色半導体レーザー基板２７とコリメートレンズアレイ２８で構成される。緑色半導体レーザー基板２７は、５２５±８ｎｍ波長帯域で緑の色光を発光し、直線偏光を出射する。緑色半導体レーザー基板２７を出射した光は、対応するコリメートレンズアレイ２８により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板３０は緑色半導体レーザー基板２７を冷却するものである。

赤色レーザー光源３４は、２４個（６×４）の赤色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した赤色半導体レーザー基板３２とコリメートレンズアレイ３３で構成される。赤色半導体レーザー基板３２は、６４０±８ｎｍの波長帯域で赤の色光を発光し、直線偏光を出射する。赤色半導体レーザー基板３２を出射した光は対応するコリメートレンズアレイ３３により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板３５は赤色半導体レーザー基板３２を冷却するためのものである。

第１の位相差板２４は、青色レーザー光源２２から出射された青色レーザー光の偏光を制御する。

青色レーザー光源２２から出射された青色レーザー光はＰ偏光で、第１の位相差板２４に入射する。第１の位相差板２４は青色レーザー光源２２の発光中心波長近傍で位相差が１／２波長となる１／２波長板である。図中のＰ偏光方向を０度とした場合に、第１の位相差板２４の光学軸を１５．７度で配置している。第１の位相差板２４は、光学軸の配置角度により、第１の位相差板２４に入射するＰ偏光を、Ｐ偏光成分が約７３％、Ｓ偏光成分が約２７％の比率の光に変換する。つまり、ここでいう青色レーザー光の偏光を制御する、とは、青色レーザー光のＰ偏光をＰ偏光成分とＳ偏光成分を有する光に変換することである。なお、本実施の形態の構成ではＰ偏光をＰ偏光成分とＳ偏光成分を有する光に変換したが、Ｓ偏光をＰ偏光成分とＳ偏光成分を有する光に変換する構成にしてもよい。第１の位相差板２４は回転調整が可能であり、光学軸が１５．７度を基準として、０度から４５度の範囲で調整できる。この場合、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の比率が１００％と０％から、０％と１００％との間で調整可能となる。このように第１の位相差板２４は、直交する２つの偏光成分比率を調整するように回転調整が可能なようにモーター（図示せず）により制御される。第１の位相差板２４は、光の波長よりも小さい微細周期構造で生じる複屈折を利用した微細周期構造位相差板である。微細周期構造位相差板は無機材料で構成され、水晶などの無機光学結晶と同様に耐久性、信頼性に優れ、比較的安価である。第１の位相差板２４から出射されたＰ偏光とＳ偏光の青色レーザー光は平板型の偏光ビームスプリッタ２５に入射する。つまり、第１の位相差板２４で偏光を制御された青色レーザー光は、偏光ビームスプリッタ２５に入射する。

偏光ビームスプリッタ２５は、第１の位相差板２４で偏光を制御された青色レーザー光を一方の青色レーザー光と他方の青色レーザー光に偏光分離する。なお、ここでいう一方の青色レーザー光は、偏光ビームスプリッタ２５で偏光分離されたＰ偏光の光であり、他方の青色レーザー光は、偏光ビームスプリッタ２５で偏光分離されたＳ偏光の光である。偏光ビームスプリッタ２５は、ガラス基板上に光学薄膜が形成されており、入射する青色レーザー光のＰ偏光の光を９６％以上の透過率で透過し、Ｓ偏光の光を９６％以上の反射率で反射する。つまり、第１の位相差板２４から出射されたＰ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ２５をＰ偏光である一方の青色レーザー光として透過する。第１の位相差板２４から出射されたＳ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ２５でＳ偏光である他方の青色レーザー光として反射される。

偏光ビームスプリッタ２５で反射されたＳ偏光の青色レーザー光は、第２の位相差板２６に入射する。第２の位相差板２６は、偏光ビームスプリッタ２５で偏光分離されたＳ偏光である他方の青色レーザー光の偏光を制御する。第２の位相差板２６は、青色レーザー光源２２の発光中心波長近傍で位相差が１／２波長となる１／２波長板である。図中のＰ偏光方向を０度とした場合に、第２の位相差板２６の光学軸を４５度で配置している。第２の位相差板２６は、第２の位相差板２６に入射するＳ偏光をＰ偏光の方位に変換する。すなわち、第２の位相差板は、偏光の方位を変換する１／２波長板である。つまり、第２の位相差板２６は、偏光ビームスプリッタ２５で反射されたＳ偏光の青色レーザー光をＰ偏光の方位に変換する。

第２の位相差板２６は微細周期構造位相差板である。微細周期構造位相差板は無機材料で構成され、耐久性、信頼性に優れ、比較的安価である。第２の位相差板２６から出射された青色レーザー光は、Ｐ偏光で青反射のダイクロイックミラー３１に入射する。つまり、第２の位相差板２６で偏光を制御された他方の青色レーザー光は、青反射のダイクロイックミラー３１に入射する。また、緑色レーザー光源２９から出射されたＰ偏光の緑色レーザー光は、青反射のダイクロイックミラー３１に入射する。青反射のダイクロイックミラー３１は、入射角が４５度となる配置で、緑色レーザー光を９４％以上の透過率で透過し、青色レーザー光を９６％以上の反射率で反射する特性である。透過率が５０％となる半値波長はＰ偏光で４９０ｎｍとしている。

青反射のダイクロイックミラー３１で合成された青色レーザー光と緑色レーザー光は、赤反射のダイクロイックミラー３６に入射する。赤色レーザー光源３４から出射されたＰ偏光の赤色レーザー光は、赤反射のダイクロイックミラー３６に入射する。赤反射のダイクロイックミラー３６は、入射角が４５度となる配置で、青色レーザー光、緑色レーザー光を９４％以上の透過率で透過し、赤色レーザー光を９６％以上の反射率で反射する特性である。透過率が５０％となる半値波長はＰ偏光で５８３ｎｍとしている。ここで、青反射のダイクロイックミラー３１と赤反射のダイクロイックミラー３６のペアを青、緑、赤色の各レーザー光を合成する第１のダイクロイックミラーとしている。

第１のダイクロイックミラーにより、青、緑、赤色の各レーザー光が合成される。つまり、第１のダイクロイックミラーは、第２の位相差板２６で偏光を制御された他方の青色レーザー光と、緑色レーザー光源２９から出射された緑色レーザー光と、赤色レーザー光源３４から出射された赤色レーザー光を合成する。青、緑、赤色の各レーザー光はコンデンサレンズ３７で集光された後、拡散板３８に入射する。コンデンサレンズ３７の焦点距離は集光角度が３０度以下となるようにし、回転拡散板４２の近傍に集光スポットを形成する。拡散板３８はガラス基板上に形成された微細なマイクロレンズをアレイ状に形成して拡散面を構成したものであり、入射する光を拡散する。拡散面をマイクロレンズ形状とすることにより、フッ酸などの溶液を用いて、ガラス表面を微細な凹凸形状に加工する化学処理の拡散板よりも、最大拡がり角度を低減できるため拡散損失を低減できる。拡散光の最大強度の５０％となる半値角度幅である拡散角度は略３度と小さく、偏光特性を保持する。拡散板３８で拡散された光は反射ミラー３９で反射した後、回転拡散板４２に入射する。

回転拡散板４２は、第１のダイクロイックミラーで合成されたレーザー光を拡散する。回転拡散板４２は、ガラス基板の一方の面に微細な凹凸形状が円周状に形成された拡散層を有する円形拡散板４０と、中央部にモーター４１を備えたものであり、回転制御が可能である。回転拡散板は１０，８００ｒｐｍ程度まで高速に回転可能な拡散板である。円形拡散板４０の拡散層には化学処理の拡散板を用い、拡散角は略１５度で、偏光特性を維持する。化学処理の拡散板はマイクロレンズアレイの拡散板よりも、大型サイズの拡散板が比較的安価に製作できる。拡散面を回転することにより、レーザー光に起因するスクリーン上でのランダムな干渉パターンが時間的、空間的に高速変動して、スペックルノイズを解消することができる。また、レーザー光源の微小な発光サイズと発光数に起因する微小な輝度むらも低減することができる。回転拡散板４２を透過、拡散した光は、コンデンサレンズ４３で集光され、平行光に変換された後、第２のダイクロイックミラー４６に入射する。

一方、偏光ビームスプリッタ２５を透過したＰ偏光の青色レーザー光は、拡散板４４に入射する。拡散板４４はガラス基板上に形成された微細なマイクロレンズをアレイ状に形成して拡散面を構成したものであり、拡散角度は略３度と小さく、偏光特性を保持する。拡散板４４で拡散された光は青色透過フィルタ４５に入射する。青色透過フィルタ４５は、入射角が０度となる配置で、透過率が５０％となる半値波長は４８０ｎｍであって、青色レーザー光の波長帯域を９６％以上の透過率で透過し、それ以外の波長帯域の光を９８％以上の反射率で反射する特性である。青色透過フィルタ４５を透過したＰ偏光の青色レーザー光は第２のダイクロイックミラー４６に入射する。

図２に、第２のダイクロイックミラー４６の分光透過率特性を示す。図２には、第２のダイクロイックミラー４６のＰ偏光とＳ偏光の分光透過率特性を示している。第２のダイクロイックミラー４６は、青色レーザー光、緑色レーザー光、赤色レーザー光の各波長帯域でのＰ偏光の透過率が９０％以上となる特性である。また、第２のダイクロイックミラー４６は、緑色レーザー光、赤色レーザー光の各波長帯域を含め、４８５ｎｍから７００ｎｍの波長帯域でのＳ偏光の透過率が１０％以下となる特性である。すなわち、第２のダイクロイックミラー４６は、Ｐ偏光の青、緑、赤色の各レーザー光を９０％以上の透過率で透過し、Ｓ偏光の緑、赤色の各レーザー光を９０％以上の反射率で反射するとともに、青、緑、赤色の各レーザー光の各波長帯域以外の蛍光光を反射する特性である。図２の特性は、ガラス基板上に、ＴｉＯ２などの高屈折率材料と、ＳｉＯ２などの低屈折率材料を交互に８９層の光学薄膜を形成して設計した事例である。

コンデンサレンズ４３から第２のダイクロイックミラー４６に入射する青、緑、赤色の各レーザー光は、Ｐ偏光であり、９０％以上の透過率で第２のダイクロイックミラー４６を透過する。第２のダイクロイックミラー４６を透過する各レーザー光は、光源装置５３を出射する有効な光となる。

青色透過フィルタ４５から第２のダイクロイックミラー４６に入射する青色レーザー光は、Ｐ偏光であり、９０％以上の透過率で第２のダイクロイックミラー４６を透過する。第２のダイクロイックミラー４６を透過したＰ偏光の青色レーザー光はコンデンサレンズ４７、４８により集光され、光強度がピーク強度に対して１３．５％となる直径をスポット径と定義すると、スポット径が２～３ｍｍのスポット光に重畳され、蛍光板５２に入射する。拡散板４４はそのスポット光の径が所望の径となるよう光を拡散させている。

蛍光板５２は、反射膜と蛍光体層４９が形成されたアルミニウム基板５０と、中央部にモーター５１を備えた回転制御可能な円形基板である。蛍光板５２の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り、アルミニウム基板５０上に形成される。さらに反射膜上には蛍光体層４９が形成される。

蛍光体層４９は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系黄色蛍光体からなる。この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組織はＹ３Ａｌ５Ｏ１２である。蛍光体層４９は円環状に形成されている。スポット光で励起された蛍光体層４９は緑、赤成分の光を含む黄色光を発光する。蛍光板５２はアルミニウム基板５０を有し、かつ回転されている。これにより、励起光である青色レーザー光による蛍光体層４９の温度上昇が抑制され、蛍光変換効率が安定に維持される。蛍光体層４９に入射した青色レーザー光は、蛍光体層４９を励起する。励起された蛍光体層４９は、緑、赤成分を含む色光を発光する。そして、緑、赤成分を含む色光は、蛍光板５２を出射する。また、反射膜側に発光する光は反射膜で反射され、蛍光板５２から出射する。蛍光板５２から出射した緑、赤成分を含む色光は、ランダム偏光の光となり、再びコンデンサレンズ４７、４８で集光され、略平行光に変換された後、第２のダイクロイックミラー４６に入射する。ここで、緑、赤成分を含む色光を蛍光光とよぶ。

図３は、蛍光光の蛍光スペクトル特性を示す図である。図３には、波長に対する蛍光光の相対光強度を示している。蛍光光は５４４ｎｍにピークをもつ黄色光である。

第２のダイクロイックミラー４６に入射する蛍光光のＰ偏光成分は、緑色レーザー光、赤色レーザー光の各波長帯域では９０％以上の透過率で第２のダイクロイックミラー４６を透過するが、それ以外の波長帯域は９０％以上の反射率で反射される。第２のダイクロイックミラー４６に入射する蛍光光のＳ偏光成分は９０％以上の反射率で反射される。第２のダイクロイックミラー４６で反射される蛍光光は、光源装置５３を出射する有効な光となる。

第２のダイクロイックミラー４６を透過する蛍光光のＰ偏光成分は、青色透過フィルタ４５で反射され、再度、第２のダイクロイックミラー４６を透過し、コンデンサレンズ４７、４８で蛍光板５２上に集光される。蛍光板５２へ入射したＰ偏光の蛍光光は、蛍光体層４９と反射層で散乱されるため、ランダム偏光となり、蛍光板５２から出射する。蛍光板５２から出射した蛍光光は、コンデンサレンズ４７、４８で集光された後、第２のダイクロイックミラー４６に入射し、緑色レーザー光、赤色レーザー光の各波長帯域のＰ偏光成分は透過し、Ｓ偏光成分は反射する。このように、第２のダイクロイックミラー４６を透過したＰ偏光成分の一部の蛍光光を、青色透過フィルタ４５で反射させ、蛍光板５２でランダム偏光に変換する。したがって、第２のダイクロイックミラー４６を透過して、損失する光を、第２のダイクロイックミラー４６で反射する有効な光に変換することができる。青色透過フィルタ４５と蛍光板５２との間の繰り返し反射により、Ｐ偏光の蛍光光の一部を有効なＳ偏光の蛍光光に変換する。この場合、青色透過フィルタ４５を配置しない場合と比較して、光源装置を出射する光束は約８％向上する。

青、緑、赤色の各レーザー光と蛍光光は、第２のダイクロイックミラー４６と青色透過フィルタ４５により、レーザー光は９０％以上、蛍光光は蛍光スペクトルの約９３％の効率で、同一光軸上で合成され、白色光を出射する。光源装置５３を出射する青、緑、赤の各レーザー光の光束と蛍光光の光束は、同等となるように構成されている。この場合、色域は色域規格ＤＣＩ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｉｎｅｍａ Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅｓ）をおおよそ包含する。

各レーザー光源の駆動電流による光出力の制御と、第１の位相差板２４の光学軸の傾きの調整による青色励起光強度の制御により、レーザー光と蛍光の強度比率とホワイトバランスを制御できる。このため、緑、赤色の各レーザー光を低出力化した場合の色域規格Ｒｅｃ７０９から、レーザー光と蛍光光のそれぞれの光束を同等化した場合の色域規格ＤＣＩ、蛍光光を低出力化した場合の色域規格Ｒｅｃ２０２０へ色域の調整が可能となる。

第２のダイクロイックミラー４６を出射する青、緑、赤色の各レーザー光は、スペックルノイズがない蛍光光と合成される。そのため、光源装置５３から出射される光は、スペックルノイズが解消された、広色域の光となる。

緑色レーザー光源、赤色レーザー光源、青色レーザー光源は、それぞれ２４個の半導体レーザー素子を配置した構成を示したが、高輝度化のため、それぞれ、より多数の半導体レーザー素子を用いて構成してもよい。

第１の位相差板は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の制御比率が１００％と０％から、５０％と５０％との範囲でよい場合には、１／４波長板であってもよい。

動的拡散板として、回転拡散板を示したが、拡散面を揺動させる揺動拡散板であってもよい。

以上のように、本開示の光源装置は、位相差板と偏光分離素子により、同一の青色レーザー光源から調光可能な青色投写光と青色レーザー励起光を得るため、青色レーザー光源を小型に構成できる。また、各レーザー光源と位相差板での調光により、色域調整が可能である。さらに、青、緑、赤の各レーザー光源光とスペックルノイズがない蛍光光とを、第２のダイクロイックミラーにより、効率よく、同一光軸上で合成する。このため、スペックルノイズや微小な輝度むらを解消しつつ、広色域で色域調整が可能な小型の光源装置が構成できる。

（実施の形態２）
図４は、本開示の実施の形態２にかかる第１の投写型表示装置１５０である。第１の投写型表示装置１５０は、画像形成手段として、３つのＤＭＤを用いている。第１の投写型表示装置１５０の光源装置は本開示の実施の形態１で示す光源装置５３である。第１の投写型表示装置１５０は、コンデンサレンズ１００、ロッド１０１、リレーレンズ１０２、反射ミラー１０３、フィールドレンズ１０４、全反射プリズム１０５、空気層１０６、青反射のダイクロイックミラー１０８と赤反射のダイクロイックミラー１０９を形成した３つのプリズムから構成されるカラープリズム１０７、ＤＭＤ１１０、１１１、１１２、投写レンズ１１３を備える。ここで、ＤＭＤ１１０、１１１、１１２は画素形成素子の一例である。

光源装置５３から出射されるレーザー光と蛍光光の合成光は、コンデンサレンズ１００でロッド１０１へ集光される。ロッド１０１への入射光はロッド内部で複数回反射されることにより光強度分布が均一化され、ロッド１０１から出射される。ロッド１０１から出射された出射光はリレーレンズ１０２により集光され、反射ミラー１０３で反射した後、フィールドレンズ１０４を透過し、全反射プリズム１０５に入射する。全反射プリズム１０５は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層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。フィールドレンズ１０４を透過した光は全反射プリズム１０５の全反射面で反射されて、カラープリズム１０７に入射する。カラープリズム１０７は３つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反射のダイクロイックミラー１０８と赤反射のダイクロイックミラー１０９が形成されている。カラープリズム１０７に入射した光は、カラープリズム１０７の青反射のダイクロイックミラー１０８と赤反射のダイクロイックミラー１０９により、青、赤、緑の色光に分離され、それぞれＤＭＤ１１０、１１１、１１２に入射する。ＤＭＤ１１０、１１１、１１２は映像信号に応じてマイクロミラーを偏向させ、投写レンズ１１３に入射する光と、投写レンズ１１３の有効外へ進む光とに反射させる。つまり、ＤＭＤ１１０、１１１、１１２は、映像信号に応じて画像を形成する画像形成素子である。ＤＭＤ１１０、１１１、１１２においてマイクロミラーが配置された光を反射する領域は被照明領域の一例であり、コンデンサレンズ１００、ロッド１０１、リレーレンズ１０２、反射ミラー１０３、フィールドレンズ１０４は光源装置から出射される光を集光し被照明領域に照明する照明光学系の一例である。

ＤＭＤ１１０、１１１、１１２により反射された光は、再度カラープリズム１０７を透過する。カラープリズム１０７を透過する過程で、分離された青、赤、緑の各色光は合成され、全反射プリズム１０５に入射する。全反射プリズム１０５に入射した光は空気層１０６に臨界角以下で入射するため、透過して、投写レンズ１１３に入射する。このようにして、ＤＭＤ１１０、１１１、１１２により形成された画像光がスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

青、緑、赤の各レーザー光源からの光束と蛍光板からの光束は、略同等の光束となるように構成されている。色域は色域規格ＤＣＩをおおよそ包含する。

各レーザー光源の駆動電流による光出力の制御と、第１の位相差板２４の光学軸の傾きの調整による励起光強度の制御により、レーザー光と蛍光の強度比率とホワイトバランスを制御できる。このため、緑、赤色の各レーザー光を低出力化した場合の色域規格Ｒｅｃ７０９から、各レーザー光と蛍光光のそれぞれの光束を同等化した場合の色域規格ＤＣＩ、蛍光光を低出力化した場合の色域規格Ｒｅｃ２０２０への色域調整が可能となる。

画像形成手段にＤＭＤを用いているため、液晶を用いた画像形成手段と比べて、耐光性、耐熱性が高い投写型表示装置が構成できる。さらに、３つのＤＭＤを用いているため、色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。

以上のように、本開示の第１の投写型表示装置１５０は、本開示の第１の実施の形態に示す光源装置５３を用いる。このため、スペックルノイズや微小な輝度むらを解消しつつ、広色域で色域調整が可能な小型の投写型表示装置を構成できる。

（実施の形態３）
図５は、本開示の実施の形態３にかかる第２の投写型表示装置２５０である。第２の投写型表示装置２５０は、画像形成手段として、ＴＮモードもしくはＶＡモードであって、画素領域に薄膜トランジスタを形成したアクティブマトリクス方式の透過型の液晶パネルを用いている。第２の投写型表示装置２５０の光源装置は、本開示の実施の形態１で示す光源装置５３である。第２の投写型表示装置２５０は、第１のレンズアレイ板２００、第２のレンズアレイ板２０１、偏光変換素子２０２、重畳用レンズ２０３、青反射のダイクロイックミラー２０４、緑反射のダイクロイックミラー２０５、反射ミラー２０６、２０７、２０８、リレーレンズ２０９、２１０、フィールドレンズ２１１、２１２、２１３、入射側偏光板２１４、２１５、２１６、液晶パネル２１７、２１８、２１９、出射側偏光板２２０、２２１、２２２、赤反射のダイクロイックミラーと青反射のダイクロイックミラーから構成される色合成プリズム２２３、投写レンズ２２４を備える。ここで、液晶パネルの画素領域は被照明領域の一例であり、第１のレンズアレイ板２００、第２のレンズアレイ板２０１、偏光変換素子２０２、重畳用レンズ２０３は光源装置５３から出射される光を集光し被照明領域に照明する照明光学系の一例である。

光源装置５３から出射されるレーザー光と蛍光光の合成光は、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に入射する。第１のレンズアレイ板２００に入射した合成光の光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第２のレンズアレイ板２０１に収束する。第１のレンズアレイ板２００のレンズ素子は、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のレンズ素子は第１のレンズアレイ板２００と液晶パネル２１７、２１８、２１９とが略共役関係となるようにその焦点距離を決めている。第２のレンズアレイ板２０１から出射される分割された光は、偏光変換素子２０２に入射する。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、入射するＰ偏光およびランダム偏光の光をＳ偏光に変換し、入射するＳ偏光の光はＳ偏光で出射させる。偏光変換素子２０２を出射した光は重畳用レンズ２０３に入射する。重畳用レンズ２０３は第２のレンズアレイ板２０１の各レンズ素子から出射した光を液晶パネル２１７、２１８、２１９上に重畳照明するためのレンズである。第１のレンズアレイ板２００および第２のレンズアレイ板２０１と、重畳用レンズ２０３を照明光学系としている。重畳用レンズ２０３から出射される光は、色分離手段である青反射のダイクロイックミラー２０４、緑反射のダイクロイックミラー２０５により、青、緑、赤の色光に分離される。緑の色光はフィールドレンズ２１１、入射側偏光板２１４を透過して、液晶パネル２１７に入射する。青の色光は反射ミラー２０６で反射した後、フィールドレンズ２１２、入射側偏光板２１５を透過して液晶パネル２１８に入射する。赤の色光はリレーレンズ２０９、２１０や反射ミラー２０７、２０８を透過屈折および反射して、フィールドレンズ２１３、入射側偏光板２１６を透過して、液晶パネル２１９に入射する。３枚の液晶パネル２１７、２１８、２１９は映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により入射する光の偏光状態を変化させる。そして、液晶パネル２１７、２１８、２１９のそれぞれの両側に透過軸を直交するように配置されたそれぞれの入射側偏光板２１４、２１５、２１６および出射側偏光板２２０、２２１、２２２を組み合わせて光を変調し、緑、青、赤の画像を形成する。出射側偏光板２２０、２２１、２２２を透過した各色光は、色合成プリズム２２３により、赤、青の各色光がそれぞれ赤反射のダイクロイックミラー、青反射のダイクロイックミラーによって反射され、緑の色光と合成され、投写レンズ２２４に入射する。投写レンズ２２４に入射した光（液晶パネルで形成された画像）は、スクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

青、緑、赤の各レーザー光源から出射される光束と蛍光板から出射される光束は、略同等の光束となるように構成されている。色域は色域規格ＤＣＩをおおよそ包含する。

各レーザー光源の駆動電流による光出力の制御と、第１の位相差板２４の光学軸の傾きの調整による励起光強度の制御により、レーザー光と蛍光の強度比率とホワイトバランスを制御できる。このため、緑、赤色レーザー光を低出力化した場合の色域規格Ｒｅｃ７０９から、レーザー光と蛍光光のそれぞれの光束を同等化した場合の色域規格ＤＣＩ、蛍光を低出力化した場合の色域規格Ｒｅｃ２０２０への色域調整が可能となる。

画像形成手段には、時分割方式ではなく偏光を利用する３枚の液晶パネルを用いているため、カラーブレイキングがなく色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。また、３つのＤＭＤ素子を用いた場合よりも、全反射プリズムが不要で、色合成用のプリズムが４５度入射の小型プリズムになるため、投写型表示装置が小型に構成できる。

以上のように、本開示の第２の投写型表示装置２５０は、本開示の第１の実施の形態に示す光源装置５３を用いる。このため、スペックルノイズや微小な輝度むらを解消しつつ、広色域で色域調整が可能な小型投写型表示装置が構成できる。

画像形成手段として、透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶パネルを用いて構成してもよい。反射型の液晶パネルを用いることにより、より小型で高精細な投写型表示装置を構成できる。

本開示は、画像形成手段を用いた投写型表示装置の光源装置に関するものである。

２０ 青色半導体レーザー基板
２１、２８、３３ コリメートレンズアレイ
２２ 青色レーザー光源
２３、３０、３５ 放熱板
２４ 第１の位相差板
２５ 偏光ビームスプリッタ
２６ 第２の位相差板
２７ 緑色半導体レーザー基板
２９ 緑色レーザー光源
３２ 赤色半導体レーザー基板
３４ 赤色レーザー光源
３１、１０８、２０４ 青反射のダイクロイックミラー
３６、１０９ 赤反射のダイクロイックミラー
３７、４３、４７、４８、１００ コンデンサレンズ
３８、４４ 拡散板
３９、１０３、２０６、２０７、２０８ 反射ミラー
４０ 円形拡散板
４１ モーター
４２ 回転拡散板
４５ 青色透過フィルタ
４６ 第２のダイクロイックミラー
４９ 蛍光体層
５０ アルミニウム基板
５１ モーター
５２ 蛍光板
５３ 光源装置
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
１１０、１１１、１１２ ＤＭＤ
１１３、２２４ 投写レンズ
１５０ 第１の投写型表示装置（投写型表示装置）
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
２０５ 緑反射のダイクロイックミラー
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
２５０ 第２の投写型表示装置（投写型表示装置）

Claims (13)

1. 青色レーザー光源、緑色レーザー光源、赤色レーザー光源と、
   前記青色レーザー光源から出射された青色レーザー光の偏光を制御する第１の位相差板と、
   前記第１の位相差板で偏光を制御された前記青色レーザー光を一方の青色レーザー光と他方の青色レーザー光に偏光分離する偏光分離素子と、
   前記偏光分離素子で偏光分離された前記他方の青色レーザー光の偏光を制御する第２の位相差板と、
   前記偏光分離素子で偏光分離された前記一方の青色レーザー光で励起され、緑、赤成分を含む蛍光光を出射する蛍光板と、
   前記第２の位相差板で偏光を制御された前記他方の青色レーザー光と、前記緑色レーザー光源から出射された緑色レーザー光と、前記赤色レーザー光源から出射された赤色レーザー光を合成する第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で合成されたレーザー光を拡散する動的拡散板と、
   前記動的拡散板で拡散された前記レーザー光と前記蛍光板から出射された前記蛍光光を合成する第２のダイクロイックミラーと、
   を備えた光源装置。
2. 前記第１の位相差板は、１／２波長板である請求項１記載の光源装置。
3. 前記第１の位相差板は、直交する２つの偏光成分比率を調整するように回転調整が可能な請求項１記載の光源装置。
4. 前記偏光分離素子は、平板型の偏光ビームスプリッタである請求項１記載の光源装置。
5. 前記第２の位相差板は、偏光の方位を変換する１／２波長板である請求項１記載の光源装置。
6. 前記動的拡散板は、
   ガラス基板の面に微細な凹凸形状が円周状に形成された円形拡散板と、
   モーターと、
   を備えた回転拡散板である請求項１記載の光源装置。
7. 前記蛍光板は回転制御可能な円形基板であって、Ｃｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体が形成された蛍光体層を備えた請求項１記載の光源装置。
8. 前記第２のダイクロイックミラーは、Ｐ偏光の前記青色レーザー光、前記緑色レーザー光、前記赤色レーザー光を９０％以上の透過率で透過し、Ｓ偏光の前記緑色レーザー光、前記赤色レーザー光を９０％以上の反射率で反射するとともに、前記青色レーザー光、前記緑色レーザー光、前記赤色レーザー光の波長帯域以外の前記蛍光光を反射する請求項１記載の光源装置。
9. 前記偏光分離素子と前記第２のダイクロイックミラーの間に、前記青色レーザー光を透過し、前記蛍光光を反射する青色透過フィルタを備えた請求項１記載の光源装置。
10. 前記青色レーザー光源、前記緑色レーザー光源、前記赤色レーザー光源は半導体レーザーである請求項１記載の光源装置。
11. 光源と、前記光源から出射される光を集光し被照明領域に照明する照明光学系と、映像信号に応じて画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子で形成された画像を拡大投写する投写レンズを備え、前記光源が請求項１記載の光源装置である投写型表示装置。
12. 前記画像形成素子が液晶パネルである請求項１１記載の投写型表示装置。
13. 前記画像形成素子がミラー偏向型のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）である請求項１１記載の投写型表示装置。

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