JP7336762B2 - 光源装置及び投写型表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、画像形成素子に形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置、並びに当該投写型表示装置を用いた光源装置に関する。

ミラー偏向型のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）又は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又は発光ダイオードなどの固体光源を用いた多数の光源装置が開示されている。その中で、青、緑、及び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。

例えば特許文献１は、コヒーレント光を用いる無スペックル・ディスプレイ装置を開示している。特許文献１によれば、赤色レーザーと青色レーザーと緑色レーザーとから出射した光は、対応する３つのダイクロイックミラーで合成された後、拡散素子に入射する。拡散阻止は、擦りガラスで構成され、モーターによって回転される。拡散素子により拡散された光は、レンズを介して空間的光変調器を照射する。空間的光変調器で形成された画像を投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する。可干渉性の高いレーザー光を用いてスクリーン上に画像を形成した時にスペックルノイズを生じる。スペックルノイズは微細な凹凸を有するスクリーンから反射したレーザー光が干渉し合うことによって生じるランダムな干渉パターンであり、明暗の斑点模様として観察される。このスペックルノイズを回転可能な拡散素子により解消するものである。

また、特許文献２は、スペックルノイズを解消するための他の手段として、デスペックル効果を奏するデスペックル素子が形成されたデスペックル領域と、光を透過する透過領域とをそれぞれ備えた複数のデスペックルホイールを組み合わせた構成を開示している。デスペックル領域は、回折、拡散、及び／又は位相差の機能を備える。

特開平６－２０８０８９号公報 特開２０１６－１８４０６４号公報

従来の光源装置の構成において、複数の回転可能な拡散板を用いるだけでは、スペックルノイズの解消には不十分であった。また、複数の半導体レーザー素子からなるアレイを備えた光源装置では、光源装置の発光領域が複数の半導体レーザー素子に対応して分割されていることと、各半導体レーザー素子の微小な発光領域のサイズとに起因して、スクリーン上において微小な輝度むらを生じるという問題を抱えている。このため、青、緑、及び赤の固体光源を用いて、従来よりも良好にスペックルノイズ及び微小な輝度むらを解消することが求められる。

本開示は、青、緑、及び赤の固体光源を用いて、従来技術に比較して小型であってかつ良好にスペックルノイズ及び微小な輝度むらを解消することができる光源装置と、その光源装置を用いた投写型表示装置を提供する。

本開示の一態様に係る光源装置は、レーザー光学系と、蛍光光学系と、レーザー光学系及び蛍光光学系の各出射光を合成する光合成器とを備える。レーザー光学系は、青色光、緑色光、及び赤色光をそれぞれ発生し、もしくは青色光及び赤色光をそれぞれ発生する複数の第１のレーザー光源と、各第１のレーザー光源の各出射光を合成する第１のダイクロイックミラーと、各第１のレーザー光源の各出射光のスペックルノイズ及び輝度むらを低減する拡散板とを備える。蛍光光学系は、第２のレーザー光源と、第２のレーザー光源の出射光で励起されて、緑色光及び赤色光を含む蛍光光を発生する蛍光板を備える。光合成器は第２のダイクロイックミラーを備える。

本開示の一態様によれば、スペックルノイズを低減した青、緑、赤のレーザー光源光と、スペックルノイズがない蛍光光とを、ダイクロイックミラーで合成するので、従来技術に比較して小型であってかつスペックルノイズと微小な輝度むらを解消しつつ広色域の出射光を発生できる高輝度の光源装置を構成することができる。

本開示の実施の形態１に係る光源装置の構成を示す概略平面図 実施の形態１に係る光源装置の第２のダイクロイックミラーの分光特性を示すグラフ 実施の形態１に係る光源装置の蛍光板のスペクトル特性を示すグラフ 本開示の実施の形態２に係る光源装置の構成を示す概略平面図 実施の形態２に係る光源装置の第２のダイクロイックミラーの分光特性を示すグラフ 本開示の実施の形態３に係る光源装置の構成を示す図概略平面図 本開示の実施の形態４に係る投写型表示装置の構成を示す概略平面図 本開示の実施の形態５に係る投写型表示装置の構成を示す概略平面図

以下本開示を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

［１．実施の形態１］
［１－１．構成］
図１は本開示の実施の形態を示す光源装置５８の構成を示す概略平面図である。

図１において、光源装置５８は、第１のレーザー光源である緑色レーザー光源２２と、赤色レーザー光源２６と、青色レーザー光源３０と、第２のレーザー光源である励起用レーザー光源４７とを備える。緑色レーザー光源２２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２０と、コリメートレンズアレイ２１とを備える。赤色レーザー光源２６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２４と、コリメートレンズアレイ２５とを備える。青色レーザー光源３０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２８と、コリメートレンズアレイ２９とを備える。励起用レーザー光源４７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４５と、コリメートレンズアレイ４６とを備える。

また、光源装置５８は、放熱板２３，２７，３１，４８と、ミラー３２，３７，４２を備える。さらに、光源装置５８は、第１のダイクロイックミラーである赤反射のダイクロイックミラー３３及び青反射のダイクロイックミラー３４と、コンデンサレンズ３５，４１，４３，４９，５０，５２，５３と、拡散板３６，５１と、円形拡散板３８及びモーター３９を備える回転拡散板４０とを備える。また、光源装置５８は、第２のダイクロイックミラーであるダイクロイックミラー４４と、反射膜と蛍光体層５５を形成したアルミニウム基板５４及びモーター５６を備える蛍光板５７とを備える。光源装置５８の外部において、コンデンサレンズ５９，６１と、ミラー６０と、ロッドインテグレータ６２とを備える。

図１において、レーザー光源から出射する光と、ダイクロイックミラーへ入射及び出射する光とについて、それらの偏光方向を示す。

本実施の形態では、緑色レーザー光源２２、赤色レーザー光源２６、及び青色レーザー光源３０からダイクロイックミラー４４までの光学系を「レーザー光学系」といい、励起用レーザー光源４７から蛍光板５７までの光学系を「蛍光光学系」という。

［１－１－１．レーザー光学系］
緑色レーザー光源２２は、複数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２０と、各緑色半導体レーザー素子に対応する複数のコリメートレンズを一定の間隔で２次元状に配置したコリメートレンズアレイ２１とを備える。例えば、緑色レーザー光源２２は、２４個（＝６×４）の緑色半導体レーザー素子と、２４個のコリメートレンズとを備える。緑色半導体レーザー基板２０の各緑色半導体レーザー素子は、５２５±８ｎｍ波長幅を有する直線偏光された緑色のレーザー光を発生して出射する。緑色半導体レーザー基板２０の各緑色半導体レーザー素子の出射光は、コリメートレンズアレイ２１の対応するコリメートレンズ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は緑色半導体レーザー基板２０を冷却する。

赤色レーザー光源２６は、複数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２４と、各赤色半導体レーザー素子に対応する複数のコリメートレンズを一定の間隔で２次元状に配置したコリメートレンズアレイ２５とを備える。例えば、例えば、赤色レーザー光源２６は、２４個（＝６×４）の赤色半導体レーザー素子と、２４個のコリメートレンズとを備える。赤色半導体レーザー基板２４の各赤色半導体レーザー素子は、６４０±８ｎｍの波長幅を有する直線偏光された赤色のレーザー光を発生して出射する。赤色半導体レーザー基板２４の各赤色半導体レーザー素子の出射光は、コリメートレンズアレイ２５の対応するコリメートレンズ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２７は赤色半導体レーザー基板２４を冷却する。

青色レーザー光源３０は、複数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２８と、各青色半導体レーザー素子に対応する複数のコリメートレンズを一定の間隔で２次元状に配置したコリメートレンズアレイ２９を備える。例えば、青色レーザー光源３０は、１２個（＝６×２）の青色半導体レーザー素子及び１２個のコリメートレンズを備える。青色半導体レーザー基板２８の各青色半導体レーザー素子は、４６５±８ｎｍの波長幅を有する直線偏光された青色のレーザー光を発生して出射する。青色半導体レーザー基板２８の各青色半導体レーザー素子の出射光は、コリメートレンズアレイ２９の対応するコリメートレンズ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３１は青色半導体レーザー基板２８を冷却する。

青色半導体レーザー素子は、赤色半導体レーザー素子及び緑色半導体レーザー素子に比較して、発光効率が高く、かつ、所望の色度を有する白色光を発生するために必要な光出力が小さい。従って、上述の例では、青色半導体レーザー素子の個数は、赤色半導体レーザー素子の個数及び緑色半導体レーザー素子の個数の半分になるように構成している。

緑色レーザー光源２２及び青色レーザー光源３０から出射されたレーザー光と、赤色レーザー光源２６から出射されてミラー３２で反射されたレーザー光とは、赤反射のダイクロイックミラー３３と青反射のダイクロイックミラー３４に入射する。緑色レーザー光源２２、赤色レーザー光源２６、及び青色レーザー光源３０は、出射された各レーザー光が、赤反射のダイクロイックミラー３３及び青反射のダイクロイックミラー３４に対して、Ｐ偏光を有して４５度の入射角で入射するように配置される。赤反射のダイクロイックミラー３３は、入射した緑色レーザー光と青色レーザー光の９５％以上を透過し、入射した赤色レーザー光の９７％以上を反射する特性を有する。赤反射のダイクロイックミラー３３の透過率が５０％となる半値波長は５８３ｎｍとしている。青反射のダイクロイックミラー３４は、入射した赤色レーザー光と緑色レーザー光の９５％以上を透過し、入射した青色レーザー光の９７％以上を反射する特性を有する。青反射のダイクロイックミラー３４の透過率が５０％となる半値波長は４９５ｎｍとしている。

図１の例では、青反射のダイクロイックミラー３４は２分割され、分割された各部分は、赤反射のダイクロイックミラー３３の両側にそれぞれ配置される。言い換えると、青反射のダイクロイックミラー３４は、赤反射のダイクロイックミラー３３と同じ位置において交差して配置されている。

赤反射のダイクロイックミラー３３と青反射のダイクロイックミラー３４で合成された各レーザー光はコンデンサレンズ３５に入射する。コンデンサレンズ３５の形状は、各レーザー光が回転拡散板４０の近傍で集光するように決められている。コンデンサレンズ３５を透過したレーザー光は、拡散板３６で拡散された後、ミラー３７で反射され、回転拡散板４０に入射する。

拡散板３６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、入射光を拡散する。マイクロレンズを形成することにより、フッ酸などの溶液を用いた化学処理によりガラス基板の表面を微細な凹凸形状に加工した拡散板よりも、最大拡がり角度を低減することができ、従って拡散損失を低減することができる。拡散板３６の拡散角度、すなわち、拡散光の最大強度の５０％となる半値角度幅は、略３度と小さい。従って、拡散板３６は入射光の偏光特性を保持する。拡散板３６は、その出射光が後段のいずれかの光学素子に入射するときのスポット光の径が所望のスポット径となるように、入射光を拡散させる。ここで、光強度がピーク強度の１３．５％となる直径をスポット径と定義する。例えば、拡散板３６は、その出射光が回転拡散板４０の近傍に入射するとき、スポット光が２．５～３．５ｍｍのスポット径を有するように構成される。

回転拡散板４０は、ガラス基板上に円周状に拡散層を形成した円形拡散板３８と、円形拡散板３８の中央部に設けられたモーター３９とを備え、回転駆動される。回転拡散板は、例えば、最大で１０８００ｒｐｍ程度の速度で高速に回転駆動される。拡散層は、化学処理によりガラス基板の表面を微細な凹凸形状に加工することにより形成される。回転拡散板４０の拡散角度は略１５度である。従って、回転拡散板４０は入射光の偏光特性を維持する。拡散層は、化学処理によりガラス基板への両面に形成されてもよい。化学処理により拡散層を形成する場合、アレイ状のマイクロレンズを形成した拡散板よりも、大型の拡散板を比較的安価に製作できる。一般に、化学処理により形成された拡散層を備えた拡散板の最大拡がり角は、アレイ状のマイクロレンズを形成した拡散板の最大拡がり角よりも大きくなるが、回転拡散板４０の出射光は、コンデンサレンズ４１で効率よく集光できる。

実施の形態１に係る光源装置５８では、回転拡散板４０を用いて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かつ空間的に高速に変動して、スペックルノイズを解消することができる。また、回転拡散板４０を用いて拡散面を回転することにより、緑色レーザー光源２２、赤色レーザー光源２６、及び青色レーザー光源３０の各発光領域が複数の半導体レーザー素子に対応して分割されていることと、各半導体レーザー素子の微小な発光領域のサイズとに起因する微小な輝度むらを低減することもできる。

回転拡散板４０により、多数の拡散角度で時間的に多重化された光は、レーザー光の可干渉性が大幅に解消された光となって、コンデンサレンズ４１で集光され、ミラー４２で反射した後、コンデンサレンズ４３で略平行光に変換される。コンデンサレンズ４１，４３の形状は、回転拡散板４０の近傍のスポット光が略平行光となるように決められている。

コンデンサレンズ４３を出射した各レーザー光はダイクロイックミラー４４に入射する。ダイクロイックミラー４４は、各レーザー光がダイクロイックミラー４４の面に対してＰ偏光を有して４５度の入射角で入射するように配置される。

図２は、ダイクロイックミラー４４の分光特性を示す。分光特性は波長に対する透過率を示し、ガラス基板上に、ＴｉＯ_２などの高屈折率材料と、ＳｉＯ_２などの低屈折率材料とを交互に形成して６０層の光学薄膜を構成した事例を示す。ダイクロイックミラー４４は、波長４４５±８ｎｍと４６５±８ｎｍの青色レーザー光のＰ偏光とＳ偏光を９５％以上で透過し、波長５２５±８ｎｍの緑色レーザー光のＰ偏光と、波長６４０±８ｎｍの赤色レーザー光のＰ偏光を、それぞれ９５％以上で透過する分光特性を有する。また、ダイクロイックミラー４４は、波長５２５±８ｎｍの緑色レーザー光のＳ偏光と、波長６４０±８ｎｍの赤色レーザー光のＳ偏光を６８％以上の高い反射率で反射する分光特性を有する。さらに、ダイクロイックミラー４４は、４９０～５００ｎｍのシアン成分と、５４５～６２０ｎｍの緑、赤成分を含む色光のＰ偏光及びＳ偏光を、それぞれ８８％以上の高い反射率で反射する分光特性を有する。したがって、青、緑、及び赤色のレーザー光は、高い効率でダイクロイックミラー４４を透過する。

［１－１－２．蛍光光学系］
一方、励起用レーザー光源４７は、複数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４５と、各青色半導体レーザー素子に対応する複数のコリメートレンズを一定の間隔で２次元状に配置したコリメートレンズアレイ４６とを備える。例えば、励起用レーザー光源４７は、２４個（＝６×４）の青色半導体レーザー素子と、２４個のコリメートレンズとを備える。青色半導体レーザー基板４５の各青色半導体レーザー素子は、４５５±８ｎｍの波長幅を有する直線偏光された青色のレーザー光を発生して出射する。青色半導体レーザー基板４５の各青色半導体レーザー素子の出射光は、コリメートレンズアレイ４６の対応するコリメートレンズ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４８は励起用レーザー光源４７を冷却する。

励起用レーザー光源４７の青色半導体レーザー素子の個数は、投写型表示装置を構成した場合に、励起用レーザー光源４７による光束と、緑色レーザー光源２２及び赤色レーザー光源２６による光束が略同等となるように決定される。

励起用レーザー光源４７は、出射されたレーザー光がダイクロイックミラー４４の入射面に対して、Ｐ偏光を有して４５度の入射角で入射するように配置される。

励起用レーザー光源４７の出射光の平行な光束は、コンデンサレンズ４９及び５０により小径化され、励起系の拡散板５１に入射する。励起系の拡散板５１は、ガラス基板の表面を微細な凹凸形状に加工することにより形成される。励起系の拡散板５１の拡散角度は略５度と小さい。従って、励起系の拡散板５１は入射光の偏光特性を保持する。励起系の拡散板５１の出射光はダイクロイックミラー４４に入射する。

励起系の拡散板５１からダイクロイックミラー４４に入射し、ダイクロイックミラー４４を透過したＰ偏光の光は、コンデンサレンズ５２，５３により集光され、蛍光板５７に入射する。励起系の拡散板５１は、その出射光が蛍光板５７に入射するときのスポット光の径が所望のスポット径となるように、入射光を拡散させる。例えば、励起系の拡散板５１は、その出射光が蛍光板５７に入射するとき、スポット光が２～３ｍｍのスポット径を有するように構成される。

蛍光板５７は、反射膜と蛍光体層５５を形成した円形のアルミニウム基板５４と、アルミニウム基板５４の中央部に設けられたモーター５６とを備え、回転駆動される。蛍光板５７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５４の上に形成される。さらに反射膜上には、蛍光体層５５が形成される。蛍光体層５５には、青色光により励起されて緑色光及び赤色光の成分を含んだ黄色光を発生するＣｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体を形成している。この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組織は、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２である。蛍光体層５５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５５は、緑色光及び赤色光の成分を含む黄色光を発生する。蛍光板５７は、高い熱伝導性を有するアルミニウム基板であり、かつ、回転駆動されるので、励起光による蛍光体層５５の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。蛍光体層５５に入射した光は、緑色光及び赤色光を含む蛍光光を発生する。蛍光光は、スペックルノイズを含まない。蛍光体層５５によって発生された蛍光光の一部は、コンデンサレンズ５３，５２に向かって出射し、また、蛍光体層５５によって発生された蛍光光の他の一部は、反射膜で反射され、コンデンサレンズ５３，５２に向かって出射する。蛍光板５７から出射した緑色光及び赤色光は、ランダム偏光となり、再びコンデンサレンズ５３，５２で集光され、略平行光に変換された後、ダイクロイックミラー４４に入射する。

図３は、蛍光板５７のスペクトル特性を示す。スペクトル特性は、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、色度(ｘ，ｙ)=(０．４９０，０．５５０)の黄色光である。ダイクロイックミラー４４の特性により、蛍光光のスペクトルにおいて、緑色レーザー光及び赤色レーザー光の波長帯域において、Ｐ偏光成分の９６％以上とＳ偏光成分の３２％以下は透過するが、それ以外の成分は反射する。このため、蛍光板５７で発生した蛍光光の光束のうち、ダイクロイックミラー４４で反射する光束は約８０％となる。

［１－１－３．レーザー光学系及び蛍光光学系の出射光の合成］
ダイクロイックミラー４４は、レーザー光学系によって発生された青、緑、及び赤色のレーザー光の９６％を透過し、また、蛍光光学系によって発生された蛍光光の８０％を反射する。これにより、ダイクロイックミラー４４は、青、緑、及び赤色のレーザー光と蛍光光とを高い効率で同一の光軸上で合成することができる。ダイクロイックミラー４４を出射する青、緑、及び赤色のレーザー光と蛍光光との合成光は、レーザー光のスペックルノイズが解消された、広色域の光となる。

なお、光源装置５８の出射光は、コンデンサレンズ５９を透過した後、ミラー６０で反射され、コンデンサレンズ６１により、光均一化素子であるロッドインテグレータ６２（一部を図示）へ集光される。

上述の例では、緑色レーザー光源２２、赤色レーザー光源２６、及び青色のレーザー光源３０の出射光が、赤反射のダイクロイックミラー３３及び青反射のダイクロイックミラー３４に対してＰ偏光を有して入射する場合について説明した。しかしながら、これらのレーザー光源の出射光は、最終的にダイクロイックミラー４４に対してＰ偏光を有して入射すればよく、従って、赤反射のダイクロイックミラー３３及び青反射のダイクロイックミラー３４に対してＰ偏光とは異なる向きの偏光を有して入射してもよい。この場合、直線偏光を有するレーザー光源の出射光の偏光面は、ダイクロイックミラー４４に対してＰ偏光を有して入射するように、位相差板などを用いて回転される。

上述の例では、緑色レーザー光源２２、赤色レーザー光源２６、青色レーザー光源３０、及び励起用レーザー光源４７がそれぞれ、２４個、２４個、１２個、及び２４個の半導体レーザー素子を配置した場合について説明した。しかしながら、これらのレーザー光源は、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されてもよい。

以上のように、実施の形態１に係る光源装置５８は、回転拡散板４０によりスペックルノイズを低減した青、緑、及び赤色のレーザー光と、スペックルノイズがない蛍光光とを、ダイクロイックミラー４４により同一の光軸上で合成する。このため、従来技術に比較して小型であってかつ、スペックルノイズ及び微小な輝度むらを解消しつつ、青、緑、及び赤色のレーザー光を含む広色域の出射光を発生できる光源装置５８を構成することができる。

［１－２．効果等］
実施の形態１に係る光源装置５８は、レーザー光学系と、蛍光光学系と、レーザー光学系及び蛍光光学系の各出射光を合成する光合成器とを備える。レーザー光学系は、青色光、緑色光、及び赤色光をそれぞれ発生する複数のレーザー光源２２，２６，３０と、各レーザー光源２２，２６，３０の各出射光を合成するダイクロイックミラー３３，３４と、各レーザー光源２２，２６，３０の各出射光のスペックルノイズ及び輝度むらを低減する拡散板４０とを備える。蛍光光学系は、レーザー光源４７と、レーザー光源４７の出射光で励起されて、緑色光及び赤色光を含む蛍光を発生する蛍光板５７を備える。光合成器はダイクロイックミラー４４を備える。これにより、従来技術に比較して小型であってかつ、スペックルノイズ及び微小な輝度むらを解消しつつ青、緑、及び赤色のレーザー光を含む広色域の出射光を発生できる光源装置５８を構成することができる。

実施の形態１に係る光源装置５８によれば、各レーザー光源２２，２６，３０の出射光は直線偏光され、レーザー光学系の出射光は、ダイクロイックミラー４４の面に対してＰ偏光を有して入射してもよい。これにより、ダイクロイックミラー４４は、レーザー光学系及び蛍光光学系の各出射光を高効率で合成することができる。

実施の形態１に係る光源装置５８によれば、ダイクロイックミラー４４は、以下の分光特性を有してもよい。各レーザー光源２２，２６，３０の出射光の波長帯域において、ダイクロイックミラー４４の面に対してＰ偏光を有して入射する光を透過する。また、各レーザー光源２２，２６，３０の青色光以外の出射光の波長帯域において、ダイクロイックミラー４４の面に対してＳ偏光を有して入射する光を反射する。また、蛍光板５７によって発生される蛍光の波長帯域において、ダイクロイックミラー４４の面に対してＳ偏光を有して入射する光を反射する。これにより、ダイクロイックミラー４４は、レーザー光学系及び蛍光光学系の各出射光を高効率で合成することができる。

実施の形態１に係る光源装置５８によれば、拡散板４０は、表面において円周状に形成された微細な凹凸形状の領域を有するガラスからなる円形拡散板３８（円形基板）と、円形拡散板３８を回転駆動するモーター３９とを備えてもよい。これにより、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かつ空間的に高速に変動して、スペックルノイズを解消することができる。

実施の形態１に係る光源装置５８によれば、蛍光板５７は、Ｃｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体を形成した蛍光体層５５を備えたアルミニウム基板５４（円形基板）と、当該アルミニウム基板５４を回転駆動するモーター５６とを備えてもよい。これにより、蛍光板５７を回転駆動することにより、励起光による蛍光体層５５の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。

実施の形態１に係る光源装置５８によれば、各レーザー光源２２，２６，３０は半導体レーザー素子を備えてもよい。これにより、広色域の出射光を発生することができる。

実施の形態１に係る光源装置５８によれば、レーザー光源４７は青色半導体レーザー素子を備えてもよい。これにより、高い発光効率で動作させ、また、小さな光出力で所望の色度を有する白色光を発生することができる。

［２．実施の形態２］
［２－１．構成］
図４は実施の形態２に係る光源装置１０１の構成を示す概略平面図である。実施の形態２に係る光源装置１０１は、実施の形態１に係る光源装置８５の緑色レーザー光源を除去し、蛍光板によって発生された蛍光光を含む出射光において、赤色の色域のみを拡大する。

図４において、光源装置１０１は、第１のレーザー光源である赤色レーザー光源７２と、青色レーザー光源７６と、第２のレーザー光源である励起用レーザー光源９０とを備える。赤色レーザー光源７２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７０と、コリメートレンズアレイ７１とを備える。青色レーザー光源７６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７４と、コリメートレンズアレイ７５とを備える。励起用レーザー光源９０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８８と、コリメートレンズアレイ８９とを備える。

また、光源装置１０１は、放熱板７３，７７，９１と、ミラー７８，８２，８５と、第１のダイクロイックミラーである赤反射のダイクロイックミラー７９と、コンデンサレンズ８０，８４，８６，９２，９３，９５，９６と、拡散板８１，８３を備える。さらに、光源装置１０１は、第２のダイクロイックミラーであるダイクロイックミラー８７と、反射膜と蛍光体層９８を形成したアルミニウム基板９７と、モーター９９とを備える蛍光板１００とを備える。光源装置１０１の外部において、コンデンサレンズ１０２，１０４と、ミラー１０３と、ロッドインテグレータを示す。

図４において、レーザー光源から出射する光と、ダイクロイックミラーへ入射及び出射する光とについて、それらの偏光方向を示す。

本実施の形態では、赤色レーザー光源７２及び青色レーザー光源７６からダイクロイックミラー８７までの光学系を「レーザー光学系」といい、励起用レーザー光源９０から蛍光板１００までの光学系を「蛍光光学系」という。

［２－１－１．レーザー光学系］
実施の形態２に係る光源装置１０１は、実施の形態１に係る光源装置８５の緑色レーザー光源２２、赤色レーザー光源２６、及び青色レーザー光源３０に代えて、赤色レーザー光源７２及び青色レーザー光源７６のみを備える。また、実施の形態２に係る光源装置１０１は、実施の形態１に係る光源装置８５の第１のダイクロイックミラーである赤反射のダイクロイックミラー３３及び青反射のダイクロイックミラー３４に代えて、第１のダイクロイックミラーとして赤反射のダイクロイックミラー７９のみを備える。また、実施の形態２に係る光源装置１０１は、光源装置８５の拡散板３６及び回転拡散板４０に代えて、固定した拡散板８３のみを備える。これらの点で、実施の形態２に係る光源装置１０１は、実施の形態１に係る光源装置８５とは異なる。

赤色レーザー光源７２は、複数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７０と、各赤色半導体レーザー素子に対応する複数のコリメートレンズを一定の間隔で２次元状に配置したコリメートレンズアレイ７１とを備える。例えば、例えば、赤色レーザー光源７２は、１２個（＝６×２）の赤色半導体レーザー素子と、１２個のコリメートレンズとを備える。赤色半導体レーザー基板７０の各赤色半導体レーザー素子は、６４０±８ｎｍの波長幅を有する直線偏光された赤色のレーザー光を発生光して出射する。赤色半導体レーザー基板７０の各赤色半導体レーザー素子の出射光は、コリメートレンズアレイ７１の対応するコリメートレンズ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７３は赤色半導体レーザー基板７０を冷却する。

青色レーザー光源７６は、複数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７４と、各青色半導体レーザー素子に対応する複数のコリメートレンズを一定の間隔で２次元状に配置したコリメートレンズアレイ７５とを備える。例えば、青色レーザー光源７６は、１２個（＝６×２）の青色半導体レーザー素子と、１２個のコリメートレンズとを備える。青色半導体レーザー基板７４の各青色半導体レーザー素子は、４５５±８ｎｍの波長幅を有する直線偏光された青色のレーザー光を発生して出射する。青色半導体レーザー基板７４の各青色半導体レーザー素子の出射光は、コリメートレンズアレイ７５の対応するコリメートレンズ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７７は青色半導体レーザー基板７４を冷却する。

青色レーザー光源７６から出射されたレーザー光と、赤色レーザー光源７２から出射されてミラー７８で反射されたレーザー光とは、赤反射のダイクロイックミラー７９に入射する。赤色レーザー光源７２及び青色レーザー光源７６は、出射された各レーザー光が、赤反射のダイクロイックミラー７９に対して、Ｐ偏光を有して４５度の入射角で入射するように配置される。赤反射のダイクロイックミラー７９は、入射した青色レーザー光の９５％以上を透過し、入射した赤色レーザー光の９７％以上を反射する特性を有する。赤反射のダイクロイックミラー７９の透過率が５０％となる半値波長は５８３ｎｍとしている。

赤反射のダイクロイックミラー７９で合成された各レーザー光はコンデンサレンズ８０に入射する。コンデンサレンズ８０の形状は、各レーザー光が拡散板８３の近傍で集光するように決められている。コンデンサレンズ８０を透過したレーザー光は、拡散板８１で拡散された後、ミラー８２で反射され、拡散板８３に入射する。

拡散板８１，８３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、入射光を拡散する。拡散板８１の拡散角度は略３度であり、拡散板８３の拡散角度は略１０度であり、拡散板８１，８３は入射光の偏光特性を保持する。拡散板８１は、その出射光が拡散板８３の近傍に入射するときのスポット光の径が所望のスポット径となるように、入射光を拡散させる。実施の形態２に係る光源装置１０１では、実施の形態１の構成に対して、赤色レーザー光源７２及び青色レーザー光源７６の光出力が低いので、回転拡散板を使用することなく、固定の拡散板８３のみを用いても、スペックルノイズを十分に低減することができる。

拡散板８１，８３により、多数の拡散角度で多重化された光は、レーザー光の可干渉性があるレベル程度に解消された光となって、コンデンサレンズ８４で集光され、ミラー８５で反射した後、コンデンサレンズ８６で略平行光に変換される。コンデンサレンズ８４，８６の形状は、拡散板８３の近傍のスポット光が略平行光となるように決められている。

コンデンサレンズ８６を出射した各レーザー光はダイクロイックミラー８７に入射する。ダイクロイックミラー８７は、青色及び赤色のレーザー光がダイクロイックミラー８７の面に対してＰ偏光を有して４５度の入射角で入射するように配置される。

図５は、ダイクロイックミラー８７の分光特性を示す。分光特性は波長に対する透過率を示し、ガラス基板上に、ＴｉＯ_２などの高屈折率材料と、ＳｉＯ_２などの低屈折率材料とを交互に形成して６０層の光学薄膜を構成した事例を示す。ダイクロイックミラー８７は、波長４５５±８ｎｍの青色レーザー光のＰ偏光及びＳ偏光と、波長６４０±８ｎｍの赤色レーザー光のＰ偏光を９５％以上で透過する分光特性を有する。また、ダイクロイックミラー８７は、波長６４０±８ｎｍの赤色レーザー光のＳ偏光を９７％以上の高い反射率で反射する特性を有する。さらに、ダイクロイックミラー８７は、５００～６１５ｎｍと６８０～７８０ｎｍの青、緑、及び赤色の成分を含む色光のＰ偏光及びＳ偏光を、それぞれ９７％以上の高い反射率で反射する特性を有する。したがって、青色及び赤色のレーザー光は、高い効率でダイクロイックミラー８７を透過する。

［２－１－２．蛍光光学系］
一方、励起用レーザー光源９０は、複数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８８と、各青色半導体レーザー素子に対応する複数のコリメートレンズを一定の間隔で２次元状に配置したコリメートレンズアレイ８９とを備える。例えば、励起用レーザー光源４７は、３６個（＝６×６）の青色半導体レーザー素子と、３６個のコリメートレンズとを備える。青色半導体レーザー基板８８の各青色半導体レーザー素子は、４５５±８ｎｍの波長幅を有する直線偏光された青色のレーザー光を発生して出射する。青色半導体レーザー基板８８の各青色半導体レーザー素子の出射光は、コリメートレンズアレイ８９の対応するコリメートレンズによりそれぞれ集光され、平行な光束に変換される。

励起用レーザー光源９０は、出射されたレーザー光がダイクロイックミラー８７の入射面に対して、Ｐ偏光を有して４５度の入射角で入射するように配置される。

励起用レーザー光源９０の出射光の平行な光束は、コンデンサレンズ９２，９３により小径化され、励起系の拡散板９４に入射する。励起系の拡散板９４は、ガラス基板の表面を微細な凹凸形状に加工することにより形成される。励起系の拡散板９４の拡散角度は略５度と小さい。従って、励起系の拡散板９４は入射光の偏光特性を保持する。励起系の拡散板９４の出射光はダイクロイックミラー８７に入射する。

励起系の拡散板９４からダイクロイックミラー８７に入射し、ダイクロイックミラー８７を透過したＰ偏光の光は、コンデンサレンズ９５及び９６により集光され、蛍光板１００に入射する。励起系の拡散板９４は、その出射光が蛍光板１００に入射するときのスポット光の径が所望のスポット径となるように、入射光を拡散させる。例えば、励起系の拡散板９４は、その出射光が蛍光板１００に入射するとき、スポット光が２～３ｍｍのスポット径を有するように構成される。

蛍光板１００は、反射膜と蛍光体層９８を形成した円形のアルミニウム基板９７と、アルミニウム基板９７の中央部に設けられたモーター９９とを備え、回転駆動される。蛍光板１００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９７の上に形成される。さらに反射膜上には、蛍光体層９８が形成される。蛍光体層９８には、青色光により励起されて緑色光及び赤色光の成分を含んだ黄色光を発生するＣｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体を形成している。この蛍光体の結晶母体の代表的な化学組織は、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２である。蛍光体層９８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９８は、緑色光及び赤色光の成分の光含む黄色光を発生する。蛍光板１００は、高い熱伝導性を有するアルミニウム基板であり、かつ、回転駆動されるので、励起光による蛍光体層９８の温度上昇を抑制し、蛍光変換効率を安定に維持することができる。蛍光体層９８に入射した光は、緑色光及び赤色光を含む蛍光光を発生する。蛍光光は、スペックルノイズを含まない。蛍光体層９８によって発生された蛍光光の一部は、コンデンサレンズ９６及び９５に向かって出射し、また、蛍光体層９８によって発生された蛍光光の他の一部は、反射膜で反射され、コンデンサレンズ９６，９５に向かって出射する蛍光板１００から出射した緑色光及び赤色光は、ランダム偏光となり、再びコンデンサレンズ９６，９５で集光され、略平行光に変換された後、ダイクロイックミラー８７に入射する。

ダイクロイックミラー８７の特性により、蛍光光のスペクトルにおいて、青色レーザー光及び赤色レーザー光の波長帯域において、Ｐ偏光成分の９６％以上とＳ偏光成分の２％以下は透過するが、それ以外の成分は反射する。蛍光板１００で発生した蛍光光の光束のうち、ダイクロイックミラー８７で反射する光束は約９８％となる。

［２－１－３．レーザー光学系及び蛍光光学系の出射光の合成］
ダイクロイックミラー８７は、レーザー光学系によって発生された青色及び赤色のレーザー光の９６％を透過し、また、蛍光光学系によって発生された蛍光光の９８％を反射する。これにより、ダイクロイックミラー８７は、青色及び赤色のレーザー光と蛍光光とを、高い効率で、同一の光軸上で合成することができる。ダイクロイックミラー８７を出射する青色及び赤色のレーザー光と蛍光光との合成光は、レーザー光のスペックルノイズが解消された、赤色が広色域の光となる。

光源装置１０１の出射光は、コンデンサレンズ１０２を透過した後、ミラー１０３で反射され、コンデンサレンズ１０４により、光均一化素子であるロッドインテグレータ１０５（一部を図示）へ集光される。

上述の例では、赤色レーザー光源７２及び青色のレーザー光源７６の出射光が、赤反射のダイクロイックミラー７９に対してＰ偏光を有して入射する場合について説明した。しかしながら、これらのレーザー光源の出射光は、最終的にダイクロイックミラー８７に対してＰ偏光を有して入射すればよく、従って、赤反射のダイクロイックミラー７９に対してＰ偏光とは異なる向きの偏光を有して入射してもよい。この場合、直線偏光を有するレーザー光源の出射光の偏光面は、ダイクロイックミラー８７に対してＰ偏光を有して入射するように、位相差板などを用いて回転される。

上述の例では、赤色レーザー光源７２、青色レーザー光源７６、励起用レーザー光源９０がそれぞれ、１２個、１２個、及び３６個の半導体レーザー素子を配置した場合について説明した。しかしながら、これらのレーザー光源は、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されてもよい。

以上のように、実施の形態２に係る光源装置１０１は、拡散板８３によりスペックルノイズを低減した青色及び赤色のレーザー光源光と、スペックルノイズがない蛍光光とを、ダイクロイックミラー８７により同一の光軸上で合成する。このため、従来技術に比較して小型であってかつ、スペックルノイズ及び微小な輝度むらを解消しつつ、赤色のレーザー光を含むことにより赤色について広色域の出射光を発生できる光源装置１０１を構成することができる。

［２－２．効果等］
実施の形態２に係る光源装置１０１は、レーザー光学系と、蛍光光学系と、レーザー光学系及び蛍光光学系の各出射光を合成する光合成器とを備える。レーザー光学系は、青色光及び赤色光をそれぞれ発生する複数のレーザー光源７２，７６と、各レーザー光源７２，７６の各出射光を合成するダイクロイックミラー３３，３４と、各レーザー光源７２，７６の各出射光のスペックルノイズ及び輝度むらを低減する拡散板８３とを備える。蛍光光学系は、レーザー光源９０と、レーザー光源９０の出射光で励起されて、緑色光及び赤色光を含む蛍光を発生する蛍光板１００を備える。光合成器はダイクロイックミラー８７を備える。これにより、従来技術に比較して小型であってかつ、スペックルノイズ及び微小な輝度むらを解消しつつ、青、緑、及び赤色のレーザー光を含む広色域の出射光を発生できる光源装置１０１を構成することができる。

［３．実施の形態３］
［３－１．構成］
図６は実施の形態３に係る光源装置１５５の構成を示す概略平面図である。

図６において、光源装置１５５は、第１のレーザー光源である緑色レーザー光源１２２と、赤色レーザー光源１２６と、青色レーザー光源１３０と、第２のレーザー光源である励起用レーザー光源１４１とを備える。緑色レーザー光源１２２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１２０と、コリメートレンズアレイ１２１とを備える。赤色レーザー光源１２６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１２４と、コリメートレンズアレイ１２５とを備える。青色レーザー光源１３０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１２８と、コリメートレンズアレイ１２９とを備える。励起用レーザー光源１４１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１３９と、コリメートレンズアレイ１４０とを備える。

また、光源装置１５５は、放熱板１２３，１２７，１３１，１４２と、透過のダイクロイックミラー１３２と、赤透過のダイクロイックミラー１３３と、コンデンサレンズ１３４，１４３，１４４，１４７，１４８，１５３と、円形拡散板１３５及びモーター１３６を備える回転拡散板１３７と、合成プリズム１３８，１５４とを備える。さらに、光源装置１５５は、青透過のダイクロイックミラー１４６と、反射膜と蛍光体層１５０を形成したアルミニウム基板１４９及びモーター１５１を備える蛍光板１５２と、ロッドインテグレータ１５６とを備える。

なお、図６は、レーザー光源１２２，１２６，１３０から出射する光を示す。

本実施の形態では、緑色レーザー光源１２２、赤色レーザー光源１２６、及び青色レーザー光源１３０から回転拡散板１３７までの光学系を「レーザー光学系」といい、励起用レーザー光源１４１から蛍光板１５２で反射されてコンデンサレンズ１５３までの光学系を「蛍光光学系」という。

［３－１－１．レーザー光学系］
緑色レーザー光源１２２、赤色レーザー光源１２６、及び青色レーザー光源１３０は、それぞれ、実施の形態１で示した緑色レーザー光源２２、赤色レーザー光源２６、及び青色レーザー光源３０と同様に構成される。

緑色レーザー光源２２及び青色レーザー光源３０から出射されたレーザー光は、青透過のダイクロイックミラー１３２で合成された後、赤透過のダイクロイックミラー１３３で赤色レーザー光源から出射されたレーザー光と合成される。緑色レーザー光源１２２、赤色レーザー光源１２６、及び青色レーザー光源１３０は、出射された各レーザー光が、青透過のダイクロイックミラー１３２及び赤透過のダイクロイックミラー１３３に対して、Ｐ偏光を有して４５度の入射角で入射するように配置される。青透過のダイクロイックミラー１３２は、入射した青色レーザー光の９６％以上を透過し、入射した緑色レーザー光の９８％以上を反射する特性を有する。青透過のダイクロイックミラー１３２の半値波長は４９５ｎｍとしている。赤透過のダイクロイックミラー１３３は、入射した赤色レーザー光の９６％以上を透過し、入射した緑色レーザー光及び青色レーザー光の９８％以上を反射する特性を有する。赤透過のダイクロイックミラー１３３の半値波長は５８３ｎｍとしている。

青、緑、及び赤色の合成されたレーザー光は、コンデンサレンズ１３４で集光され、回転拡散板１３７に入射する。

回転拡散板１３７は、ガラス基板上に円周状に拡散層を形成した円形拡散板１３５と、円形拡散板１３５の中央部に設けられたモーター１３６とを備え、回転駆動される。拡散層は、化学処理によりガラス基板の表面を微細な凹凸形状に加工することにより形成される。回転拡散板１３７の拡散角度は略１５度である。従って、回転拡散板１３７は入射光の偏光特性を維持する。回転拡散板１３７により、多数の拡散角度で時間的に多重化された光は、レーザー光の可干渉性が大幅に解消された光となって、プリズム１３８に入射する。

プリズム１３８は、直角三角形の形状の底面を有し、４５度の反射面をもつ。プリズム１３８で反射された光は、ロッドインテグレータ１５６に入射する。プリズム１３８の光軸とロッドインテグレータ１５６の光軸とは、偏軸して配置さている。すなわち、プリズム１３８及びロッドインテグレータ１５６は、プリズム１３８で反射された光がロッドインテグレータ１５６の中心とは異なる位置を通るように配置される。コンデンサレンズ１３４の形状は、プリズム１３８の出射面の近傍で集光するように決められている。

［３－１－２．蛍光光学系］
一方、励起用レーザー光源１４１は、実施の形態１で示した励起用レーザー光源４７と同様に構成される。

励起用レーザー光源１４１の出射光の平行な光束は、コンデンサレンズ１４３，１４４により小径化され、励起系の拡散板１４５に入射する。励起系の拡散板１４５は、略４度の拡散角度で入射光を拡散する。励起系の拡散板１４５の出射光は、青透過のダイクロイックミラー１４６を透過した後、コンデンサレンズ１４７及び１４８により集光され、蛍光板１５２に入射する。例えば、励起系の拡散板１４５は、その出射光が蛍光板１５２に入射するとき、スポット光が１．５ｍｍ～２．５ｍｍのスポット径を有するように構成される。

蛍光板１５２は、反射膜と蛍光体層１５０を形成した円形のアルミニウム基板１４９と、アルミニウム基板１４９の中央部に設けられたモーター１５１とを備え、回転駆動される。蛍光体層１５０には、青色光により励起されて緑色光及び赤色光の成分を含んだ黄色光を発生するＣｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体を形成している。励起された蛍光体層１５０は緑、赤成分の光含む黄色光を発生する。蛍光光は、スペックルノイズを含まない。蛍光板１５２から出射した緑色光及び赤色光は、ランダム偏光となり、再びコンデンサレンズ１４７及び１４８で集光され、略平行光に変換された後、ダイクロイックミラー１４６で反射される。ダイクロイックミラー１４６で反射された光は、コンデンサレンズ１５３で集光され、プリズム１５４に入射する。

プリズム１５４は、直角三角形の形状の底面を有し、４５度の反射面をもつ。プリズム１５４で反射された光は、ロッドインテグレータ１５６に入射する。プリズム１５４の光軸とロッドインテグレータ１５６の光軸とは、偏軸して配置されている。すなわち、プリズム１５４及びロッドインテグレータ１５６は、プリズム１５４で反射された光がロッドインテグレータ１５６の中心とは異なる位置を通るように配置される。コンデンサレンズ１５３の形状は、プリズム１５４の出射面の近傍で集光するように決められている。

［３－１－３．レーザー光学系及び蛍光光学系の出射光の合成］
レーザー光学系によって発生された青、緑、及び赤色のレーザー光は、プリズム１３８を介して光均一化素子であるロッドインテグレータ１５６に入射する。また、蛍光光学系によって発生された蛍光光は、プリズム１５４を介してロッドインテグレータ１５６に入射する。これにより、プリズム１３８及び１５４は、青、緑、及び赤色のレーザー光と蛍光光とを、高い効率で、偏軸して合成する。ロッドインテグレータ１５６から出射する青、緑、及び赤色のレーザー光と蛍光光との合成光は、レーザー光のスペックルノイズが解消された、広色域の光となる。

上述の例では、緑色レーザー光源１２２、赤色レーザー光源１２６、及び青色のレーザー光源１３０の出射光が、青透過のダイクロイックミラー１３２及び赤透過のダイクロイックミラー１３３に対してＰ偏光を有して入射する場合について説明した。しかしながら、これらのレーザー光源１の出射光は、直線偏光に代えて、ランダム偏光を有してもよい。

上述の例では、緑色レーザー光源１２２、赤色レーザー光源１２６、青色レーザー光源１３０、及び励起用レーザー光源１４１がそれぞれ、２４個、２４個、１２個、及び２４個の半導体レーザー素子を配置した場合について説明した。しかしながら、これらのレーザー光源は高輝度化のため、それぞれ、より多数の半導体レーザー素子を用いて構成されてもよい。

以上のように、実施の形態３に係る光源装置１５５は、回転拡散板１３７によりスペックルノイズを低減した青、緑、及び赤色のレーザー光と、スペックルノイズがない蛍光光とを、プリズム１３８，１５４により偏軸して合成する。このため、従来技術に比較して小型であってかつ、スペックルノイズ及び微小な輝度むらを解消しつつ、青、緑、及び赤色のレーザー光を含む広色域の出射光を発生できる光源装置１５５を構成することができる。

［３－２．効果等］
実施の形態３に係る光源装置１５５は、レーザー光学系と、蛍光光学系と、レーザー光学系及び蛍光光学系の各出射光を合成する光合成器とを備える。レーザー光学系は、青色光、緑色光、及び赤色光をそれぞれ発生する複数のレーザー光源１２２，１２６，１３０と、各レーザー光源１２２，１２６，１３０の各出射光を合成するダイクロイックミラー１３２，１３３と、各レーザー光源１２２，１２６，１３０の各出射光のスペックルノイズ及び輝度むらを低減する拡散板１３７とを備える。蛍光光学系は、レーザー光源１４１と、レーザー光源１４１の出射光で励起されて、緑色光及び赤色光を含む蛍光を反射する蛍光板１５２を備える。光合成器は、レーザー光学系及び蛍光光学系の各出射光を偏軸して合成するプリズム１３８，１５４を備える。これにより、従来技術に比較して小型であってかつ、スペックルノイズ及び微小な輝度むらを解消しつつ、青、緑、及び赤色のレーザー光を含む広色域の出射光を発生できる光源装置１５５を構成することができる。

［４．実施の形態４］
［４－１．構成］
図７は、実施の形態４に係る投写型表示装置である。実施の形態４に係る投写型表示装置では、画像形成手段として、３つのデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いている。図７の光源装置５８は、実施の形態１に係る光源装置５８と同様に構成される。

図７において、光源装置５８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５９を透過した後、ミラー６０で反射され、コンデンサレンズ６１によりロッドインテグレータ６２へ集光される。ロッドインテグレータ６２への入射光は、ロッドインテグレータ６２の内部で複数回反射されることにより、その光強度分布が均一化されて出射する。ロッドインテグレータ６２からの出射光はリレーレンズ２０２により集光され、反射ミラー２０３で反射された後、フィールドレンズ２０４を透過し、全反射プリズム２０５に入射する。

全反射プリズム２０５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２０６が形成される。空気層２０６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２０４から全反射プリズム２０５への入射光は、全反射プリズム２０５の全反射面で反射されて、カラープリズム２０７に入射する。

カラープリズム２０７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２０８と赤反射のダイクロイックミラー２０９が形成されている。カラープリズム２０７への入射光は、カラープリズム２０７の青反射のダイクロイックミラー２０８と赤反射のダイクロイックミラー２０９により、青色光、赤色光、及び緑色光に分離され、それぞれＤＭＤ２１０，２１１，２１２に入射する。

ＤＭＤ２１０，２１１，２１２は、複数のマイクロミラーからなるアレイを備える。ＤＭＤ２１０，２１１，２１２は、映像信号に従って各マイクロミラーを偏向させ、入射光を、投写レンズ２１３に進むか、又は、投写レンズ２１３の有効外へ進むように反射させる。ＤＭＤ２１０，２１１，２１２により反射された光は、再度カラープリズム２０７を透過する。カラープリズム２０７を透過する過程で、分離された青色光、赤色光、及び緑色光は合成され、全反射プリズム２０５に入射する。

カラープリズム２０７から全反射プリズム２０５に入射した光は、空気層２０６に臨海角以下で入射するので、空気層２０６を透過して、投写レンズ２１３に入射する。投写レンズ２１３は、ＤＭＤ２１０，２１１，２１２により形成された画像光をスクリーン（図示せず）上に拡大して投写する。

緑色レーザー光源１２２、赤色レーザー光源１２６、青色のレーザー光源１３０、及び励起用レーザー光源１４１は、各レーザー光の光束と蛍光光の光束が略同等になるように構成されている。色域は色規格ＤＣＩ（Digital Cinema Initiatives）を包含する。これらのレーザー光源を独立して調光することで、光源装置５８の出射光の色域が色規格ＤＣＩからＲＥＣ２０２０を包括するよう調整することができる。

光源装置５８は、回転拡散板４０によりスペックルノイズを低減した青、緑、及び赤色のレーザー光と、スペックルノイズがない蛍光光とを、ダイクロイックミラー４４により同一の光軸上で合成する。このため、従来技術に比較して小型であってかつ、スペックルノイズが解消された広色域の画像光を生成できる投写型表示装置を実現できる。

上述の例では、青色レーザー光源３０の各青色半導体レーザー素子が、４６５±８ｎｍの波長幅を有する青色レーザー光を発生する場合について説明したが、他の波長幅の光源を用いてもよい。例えば、４６５±８ｎｍの波長幅を有する青色レーザー光を発生する青色レーザー光源と、と４４５±８ｎｍの波長幅を有する青色レーザー光を発生する青色レーザー光源とを用いてもよい。この場合、４４５ｎｍと４６５ｎｍの２波長の青色レーザー光を発生し、５２５ｎｍの緑色レーザー光と蛍光光の緑成分光とを発生し、６４０ｎｍ波長の赤色レーザー光源と蛍光光の赤色成分光とを発生する。青、緑、及び赤色がそれぞれ２つの発光スペクトルをもつので、波長分割方式の立体表示装置の構成が可能となる。

実施の形態４に係る光源装置５８は、実施の形態１に係る光源装置５８に代えて、実施の形態２又は実施の形態３に係る光源装置１０１，１５５を用いてもよい。実施の形態２に係る光源装置１０１を用いた場合において、従来技術に比較して小型であってかつ、スペックルノイズと輝度むらを解消しつつ、赤色を色規格ＤＣＩの色域に広域化した投写型表示装置を得ることができる。実施の形態３に係る光源装置１５５を用いた場合には、スペックルノイズと輝度むらを解消しつつ、広色域化した高効率な投写型表示装置を得ることができる。

実施の形態４に係る光源装置５８では、画像形成手段にＤＭＤ２１０，２１１，２１２を用いているので、液晶を用いた画像形成手段と比べて、耐光性及び耐熱性が高い投写型表示装置を構成することができる。さらに、実施の形態４に係る光源装置５８では、３つのＤＭＤ２１０，２１１，２１２を用いているので、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、実施の形態４に係る投写型表示装置は、スペックルノイズを低減した青、緑、及び赤色のレーザー光と、スペックルノイズがない蛍光光とを、同一の光軸上で合成するダイクロイックミラーまたは偏軸して合成するプリズムを備えた光源装置５８を備える。このため、従来技術に比較して小型であってかつ、スペックルノイズと輝度むらを解消しつつ、広色域の出射光を発生できる投写型表示装置を構成することができる。

［４－２．効果等］
実施の形態４に係る投写型表示装置は、光源装置５８と、光源装置５８の出射光を集光して被照明領域に照射する照明光学系と、映像信号に従って画像を形成する画像形成素子と、画像形成素子で形成された画像を拡大して投写する投写レンズ２１３を備える。これにより、従来技術に比較して小型であってかつ、スペックルノイズと輝度むらを解消しつつ、広色域の出射光を発生できる投写型表示装置を構成することができる。

実施の形態４に係る投写型表示装置によれば、各レーザー光源の青色光以外の出射光の光束は、別のレーザー光源の出射光の光束と略同等であってもよい。

また、実施の形態４に係る投写型表示装置によれば、各レーザー光源の出射光の光出力と、別のレーザー光源の出射光の光出力とは互いに独立に調整可能であってもよい。各出射光の光出力を調整することにより光源装置５８の出射光の色域が調整される。これにより、これらのレーザー光源を独立して調光することで、例えば、光源装置５８の出射光の色域が色規格ＤＣＩからＲＥＣ２０２０を包括するよう調整することができる。

実施の形態４に係る投写型表示装置によれば、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）であってもよい。これにより、液晶を用いた画像形成手段と比べて、耐光性及び耐熱性が高い投写型表示装置を構成することができる。

［５．実施の形態５］
［５－１．構成］
図８は、実施の形態５に係る投写型表示装置の構成を示す概略平面図である。実施の形態５に係る投写型表示装置では、画像形成手段として、ＴＮ（Twisted Nematic）モードもしくはＶＡ（Vertical Alignment）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。

図８の光源装置２１７の基本的な構成は、実施の形態１に係る光源装置５８のものと実質的に同様である。実施の形態５に係る光源装置２１７は、緑色レーザー光源２２、赤色レーザー光源２６、及び青色レーザー光源３０の出射光を合成するダイクロイックミラーが、赤反射のダイクロイックミラー２１８と青反射のダイクロイックミラー２１９を同じ位置において互いに交差して配置するのではなく、順次に色合成するように異なる位置に配置している点で、実施の形態１に係る光源装置５８とは異なる。

図８において、投写型表示装置は、レンズアレイ板２２０，２２１と、偏光変換素子２２２と、重畳用レンズ２２３と、青透過のダイクロイックミラー２２４と、緑反射のダイクロイックミラー２２５と、反射ミラー２２６，２２７，２２８と、リレーレンズ２２９，２３０を備える。また、投写型表示装置は、フィールドレンズ２３１，２３２，２３３と、入射側偏光板２３４，２３５，２３６と、液晶パネル２３７，２３８，２３９と、出射側偏光板２４０，２４１，２４２とを備える。さらに、投写型表示装置は、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を備える色合成プリズム２４３と、投写レンズ２４４とを備える。

以上のように構成された投写型表示装置において、光源装置２１７から出射されるレーザー光と蛍光光の合成光は、複数のレンズ素子を備えるレンズアレイ板２２０に入射する。レンズアレイ板２２０に入射した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、複数のレンズを備えるレンズアレイ板２２１に収束される。レンズアレイ板２２０の各レンズ素子は、液晶パネル２３７，２３８，２３９と相似形の開口形状を有する。レンズアレイ板２２１の各レンズ素子の焦点距離は、レンズアレイ板２２０と液晶パネル２３７，２３８，２３９とが略共役関係となるように決められている。レンズアレイ板２２１からの分割された光は、偏光変換素子２２２に入射する。

偏光変換素子２２２は、偏光分離プリズムと１／２波長板を備える。偏光変換素子２２２は、入射するランダム偏光の光をＳ偏光の光に変換する。偏光変換素子２２２の出射光は重畳用レンズ２２３に入射する。

重畳用レンズ２２３は、レンズアレイ板２２１の各レンズ素子の出射光を液晶パネル２３７，２３８，２３９上に重畳して照射するためのレンズである。レンズアレイ板２２０，２２１と、重畳用レンズ２２３とを、「照明光学系」という。重畳用レンズ２２３の出射光は、色分離手段である青透過のダイクロイックミラー２２４及び緑反射のダイクロイックミラー２２５により、青色光、緑色光、及び赤色光に分離される。緑色光は、フィールドレンズ２３１及び入射側偏光板２３４を透過して液晶パネル２３７に入射する。青色光は、反射ミラー２２６で反射された後、フィールドレンズ２３２及び入射側偏光板２３５を透過して液晶パネル２３８に入射する。赤色光は、リレーレンズ２２９，２３０及び反射ミラー２２７，２２８で透過、屈折、及び反射されて、フィールドレンズ２３３及び入射側偏光板２３６を透過して液晶パネル２３９に入射する。

入射側偏光板２３４及び出射側偏光板２４０は、それらの透過軸を直交するように、液晶パネル２３７の両側に配置される。同様に、入射側偏光板２３５及び出射側偏光板２４１は、それらの透過軸を直交するように、液晶パネル２３８の両側に配置される。同様に、入射側偏光板２３６及び出射側偏光板２４２は、それらの透過軸を直交するように、液晶パネル２３９の両側に配置される。

３枚の液晶パネル２３７，２３８，２３９は、映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により、入射光の偏光状態を変化させて及び光を変調し、緑、青、及び赤色の画像光を形成する。

出射側偏光板２４０から色合成プリズム２４３に入射した緑色の画像光は、色合成プリズム２４３を透過して投写レンズ２４４に入射する。出射側偏光板２４１から色合成プリズム２４３に入射した青色の画像光は、色合成プリズム２４３の青反射のダイクロイックミラーによって反射され、投写レンズ２４４に入射する。出射側偏光板２４２から色合成プリズム２４３に入射した赤色の画像光は、色合成プリズム２４３の赤反射のダイクロイックミラーによって反射され、投写レンズ２４４に入射する。このように、色合成プリズム２４３によって青、及び赤色の画像光が合成され、投写レンズ２４４に入射する。投写レンズ２４４に入射した光は、スクリーン（図示せず）上に拡大して投写される。

ここで、光源装置５８において、緑色レーザー光源２２、赤色レーザー光源２６、青色のレーザー光源３０、及び励起用レーザー光源４７は、各レーザー光の光束と蛍光光の光束が略同等になるように構成されている。色域は色規格ＤＣＩを包含する。これらのレーザー光源を独立して調光することで、光源装置２１７の出射光の色域が色規格ＤＣＩからＲＥＣ２０２０を包括するよう調整することができる。

光源装置２１７は、回転拡散板４０により、スペックルノイズを低減した青、緑、及び赤色のレーザー光と、スペックルノイズがない蛍光光とを、ダイクロイックミラー４４により同一の光軸上で合成する。このため、従来技術に比較して小型であってかつ、スペックルノイズが解消された広色域の画像光を生成できる投写型表示装置を実現できる。

上述の例では、青色レーザー光源３０の各青色半導体レーザー素子が、４６５±８ｎｍの波長幅を有する青色レーザー光を発生する場合について説明したが、他の波長幅の光源を用いてもよい。例えば、４６５±８ｎｍの波長幅を有する青色レーザー光を発生する青色レーザー光源と、４４５±８ｎｍの波長幅を有する青色レーザー光を発生する別の青色レーザー光源とを用いてもよい。この場合、４４５ｎｍと４６５ｎｍの２波長の青色レーザー光を発生し、５２５ｎｍの緑色レーザー光と蛍光光の緑成分光とを発生し、６４０ｎｍ波長の赤色レーザー光源と蛍光光の赤色成分光とを発生する。青、緑、及び赤色がそれぞれ２つの発光スペクトルをもつので、波長分割方式の立体表示装置の構成が可能となる。

実施の形態５に係る光源装置において、実施の形態１に係る光源装置に代えて、実施の形態２又は実施の形態３の光源装置を用いてもよい。実施の形態２に係る光源装置を用いる場合において、従来技術に比較して小型であってかつ、スペックルノイズと輝度むらを解消しつつ、赤色を色規格ＤＣＩの色域に広域化した投写型表示装置を得ることができる。実施の形態３に係る光源装置を用いる場合において、投写型表示装置は、レーザー光と蛍光光を合成するプリズムからの光を平行化してレンズアレイ板２２０に入射させるために、コンデンサレンズをさらに備える。実施の形態３に係る光源装置により、スペックルノイズと輝度むらを解消しつつ、広色域化した高効率な投写型表示装置を得ることができる。

実施の形態５に係る光源装置では、画像形成手段として、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ので、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、実施の形態５に係る光源装置では、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あり、色合成用のプリズムが４５度入射の小型プリズムになるので、投写型表示装置を小型化できる。

以上のように、実施の形態５に係る投写型表示装置は、スペックルノイズを低減した青、緑、及び赤色のレーザー光源と、スペックルノイズがない蛍光光とを、同一の光軸上で合成するダイクロイックミラーまたは偏軸して合成するプリズムを備えた光源装置を備える。このため、従来技術に比較して小型であってかつ、スペックルノイズと輝度むらを解消しつつ、広色域の出射光を発生できる投写型表示装置を構成することができる。

上述の例では、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、従来技術に比較して小型で高精細な投写型表示装置を構成することができる。

［５－２．効果等］
実施の形態５に係る投写型表示装置は、光源装置２１７と、光源装置２１７の出射光を集光して被照明領域に照射する照明光学系と、映像信号に従って画像を形成する画像形成素子と、画像形成素子で形成された画像を拡大して投写する投写レンズを備える。これにより、従来技術に比較して小型であってかつ、スペックルノイズと輝度むらを解消しつつ、広色域の出射光を発生できる投写型表示装置を構成することができる。

実施の形態５に係る投写型表示装置によれば、画像形成素子が液晶パネルであってもよい。これにより、ＤＭＤ素子を用いた場合よりも、投写型表示装置を小型に構成することができる。

本開示の一態様に係る光源装置は、画像形成手段を用いた投写型表示装置に適用可能である。

２０，１２０ 緑色半導体レーザー基板
２１，２５，２９，４６，７１，７５，８９，１２１，１２５，１２９，１４０ コリメートレンズアレイ
２２，１２２ 緑色レーザー光源
２３，２７，３１，４８，７３，７７，９１，１２３，１２７，１３１，１４２ 放熱板
２４，７０，１２４ 赤色半導体レーザー基板
２６，７２，１２６ 赤色レーザー光源
２８，４５，７４，８８，１２８，１３９ 青色半導体レーザー基板
３０，７６，１３０ 青色レーザー光源
３２，３７，４２，６０，７８，８２，８５，１０３ ミラー
３３，７９，２０９ 赤反射のダイクロイックミラー
３４，２０８ 青反射のダイクロイックミラー
３５，４１，４３，４９，５０，５２，５３，５９，６１，８０，８４，８６，９２，９３，９５，９６，１０２，１０４，１３４，１４３，１４４，１４７，１４８，１５３ コンデンサレンズ
３６，５１，８１，８３，９４，１４５ 拡散板
３８，１３５ 円形拡散板
３９，５６，９９，１３６，１５１ モーター
４０，１３７ 回転拡散板
４４，８７ ダイクロイックミラー
４７，９０，１４１ 励起用レーザー光源
５４，９７，１４９ アルミニウム基板
５５，９８，１５０ 蛍光体層
５７，１００，１５２ 蛍光板
５８ 光源装置
６２，１０５，１５６ ロッドインテグレータ
１３２，１４６，２２４ 青透過のダイクロイックミラー
１０１ 光源装置
１３３ 赤透過のダイクロイックミラー
１３８，１５４ プリズム
１５５ 光源装置
２０２，２２９，２３０ リレーレンズ
２０３，２２６，２２７，２２８ 反射ミラー
２０４，２３１，２３２，２３３ フィールドレンズ
２０５ 全反射プリズム
２０６ 空気層
２０７ カラープリズム
２１０，２１１，２１２ ＤＭＤ
２１３ 投写レンズ
２２０，２２１ レンズアレイ板
２２２ 偏光変換素子
２２３ 重畳用レンズ
２２５ 緑反射のダイクロイックミラー
２３４，２３５，２３６ 入射側偏光板
２３７，２３８，２３９ 液晶パネル
２４０，２４１，２４２ 出射側偏光板
２４３ 色合成プリズム
２４４ 投写レンズ

Claims (12)

1. レーザー光学系と、蛍光光学系と、前記レーザー光学系及び前記蛍光光学系の各出射光を合成する光合成器とを備えた光源装置であって、
   前記レーザー光学系は、
   青色光、緑色光、及び赤色光をそれぞれ発生し、もしくは青色光及び赤色光をそれぞれ発生する複数の第１のレーザー光源と、
   前記各第１のレーザー光源の各出射光を合成する第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によって合成された光を集光する集光素子と、
   前記集光素子によって集光された光が入射する位置に配置される拡散板とを備え、
   前記蛍光光学系は、第２のレーザー光源と、前記第２のレーザー光源の出射光で励起されて、緑色光及び赤色光を含む蛍光光を発生する蛍光板を備え、
   前記光合成器は第２のダイクロイックミラーを備えた光源装置。
2. 前記各第１のレーザー光源の出射光は直線偏光され、前記レーザー光学系の出射光は、前記第２のダイクロイックミラーの面に対してＰ偏光を有して入射する請求項１記載の光源装置。
3. 前記第２のダイクロイックミラーは、
   前記各第１のレーザー光源の出射光の波長帯域において、前記第２のダイクロイックミラーの面に対してＰ偏光を有して入射する光を透過し、
   前記各第１のレーザー光源の青色光以外の出射光の波長帯域において、前記第２のダイクロイックミラーの面に対してＳ偏光を有して入射する光を反射し、
   前記蛍光板によって発生される蛍光光の波長帯域において、前記第２のダイクロイックミラーの面に対してＳ偏光を有して入射する光を反射する分光特性を有する請求項２記載の光源装置。
4. 前記拡散板は、
   表面において円周状に形成された微細な凹凸形状の領域を有するガラスからなる第１の円形基板と、
   前記第１の円形基板を回転駆動する第１のモーターとを備えた請求項１～３のうちの１つに記載の光源装置。
5. 前記蛍光板は、
   Ｃｅ付活ＹＡＧ系黄色蛍光体を形成した蛍光体層を備えた第２の円形基板と、
   前記第２の円形基板を回転駆動する第２のモーターとを備えた請求項１～４のうちの１つに記載の光源装置。
6. 前記各第１のレーザー光源は半導体レーザー素子を備える請求項１～５のうちの１つに記載の光源装置。
7. 前記第２のレーザー光源は青色半導体レーザー素子を備える請求項１～６のうちの１つに記載の光源装置。
8. 前記レーザー光学系の光は、第１の領域に入射した後に前記拡散板に入射し、
   前記蛍光光学系の光は、前記第１の領域に入射した後に前記蛍光板に入射する請求項１～７のうちの１つに記載の光源装置。
9. 請求項１～８のうちの１つに記載の光源装置と、
   前記光源装置の出射光を集光して被照明領域に照射する照明光学系と、
   映像信号に従っ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して投写する投写レンズを備えた投写型表示装置。
10. 前記各第１のレーザー光源の出射光の光出力と、前記第２のレーザー光源の出射光の光出力とは互いに独立に調整可能であり、前記各出射光の光出力を調整することにより前記光源装置の出射光の色域が調整される請求項９記載の投写型表示装置。
11. 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９又は１０に記載の投写型表示装置。
12. 前記画像形成素子が液晶パネルである請求項９又は１０に記載の投写型表示装置。

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