JP7810000B2 - 光源装置および投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置および投射装置に関する。

プロジェクタ用の光源装置では、白色光を生成するために、赤色、緑色、黄色、青色等の光を出力する光源が必要となる。光源装置は、光源に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、レーザ等の固体光源を用いる。ところが、特に緑色、黄色、赤色等の固体光源は、発光効率や温度特性が悪く、明るいプロジェクタとすることが難しい、という問題がある。そこで、従来においては、発光効率のよい青色レーザ光で蛍光体を励起させることにより、黄色や緑色、赤色等の色を生成する技術が既に多く用いられている。

特許文献１には、明るく色再現性が良いプロジェクタとすることを目的として、蛍光体ホイールの一方の面と他方の面とに蛍光体を設け、それぞれの面に励起光を照射する光源で励起させ、各蛍光体から射出した蛍光を同一光路に導く導光光学系を備えるようにした技術が開示されている。

特許文献２には、明るく色純度がよいプロジェクタを提供することを目的として、蛍光体ホイールとカラーホイールとが各セグメントに分かれており、蛍光体ホイールとカラーホイールとを同期して駆動させる技術が開示されている。

しかしながら、従来の技術によれば、蛍光体は光スペクトルが広いため、そのままプロジェクタ用照明光として用いてしまうと、プロジェクタの色純度が悪くなる、という問題がある。

また、従来の技術によれば、色純度をよくするために回転体の円周方向に複数のダイクロイックフィルタを設けたカラーホイールが使用される。この場合、青色、赤色、緑色等の光を時間分割して射出することを前提としているので、各色の発光時間が制限されて明るいプロジェクタとできない、という問題がある。さらに、従来の技術によれば、カラーホイールのセグメント間に光が照射されると、２色の光が混じるため色純度が悪い時間が発生する、という問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、色純度をより高くすることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の励起光を射出する第１の光源と、前記第１の光源とは別に設けられ、第２の励起光を射出する第２の光源と、前記第１の励起光で励起され、第１の蛍光を射出する第１の波長変換素子と、前記第２の励起光で励起され、第２の蛍光を射出する第２の波長変換素子と、前記第１の蛍光の経路上に配置された第１の光学素子と、前記第２の蛍光の経路上に配置された第２の光学素子と、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間に設けられ、前記第１の光学素子から射出する前記第１の蛍光または第１の色光の状態を略平行光に調整する調整レンズと、を備え、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との少なくとも何れか一方は、前記第１の蛍光または前記第２の蛍光を透過または反射することで、前記第１の蛍光または前記第２の蛍光の少なくとも何れか一方の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルを有する色光に変換する変換部を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、色純度をより高くすることができる、という効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態にかかる光源装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、各光の光スペクトルの一例を示す図である。 図３は、ミラーの構成を示す側面図である。 図４は、ミラーのダイクロイックフィルタ層の透過率スペクトルの一例を示す図である。 図５－１は、光源装置の全体構成を示し、緑色光路を示す図である。 図５－２は、光源装置の全体構成を示し、赤色光路を示す図である。 図５－３は、光源装置の全体構成を示し、青色光路を示す図である。 図６は、光源装置の構成の変形例を概略的に示す図である。 図７は、第２の実施の形態にかかる光源装置の構成を概略的に示す図である。 図８は、各光の光スペクトルの一例を示す図である。 図９は、ミラーのダイクロイックフィルタ層の透過率スペクトルの一例を示す図である。 図１０は、第３の実施の形態にかかる光源装置の構成を概略的に示す図である。 図１１は、第４の実施の形態にかかる光源装置の構成を概略的に示す図である。 図１２は、各光の光スペクトルの一例を示す図である。 図１３は、ミラーのダイクロイックフィルタ層の透過率スペクトルの一例を示す図である。 図１４は、第５の実施の形態にかかる光源装置の構成を概略的に示す図である。 図１５は、各光の光スペクトルの一例を示す図である。 図１６は、ミラーのダイクロイックフィルタ層の透過率スペクトルの一例を示す図である。 図１７は、光源装置の全体構成を示す図である。 図１８は、第６の実施の形態に係るプロジェクタを示す概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、光源装置および投射装置の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる光源装置１の構成を概略的に示す図、図２は各光の光スペクトルの一例を示す図である。図１に示すように、光源装置１は、レーザ光を射出する三個のレーザ光源１１，１２，１３と、レーザ光が照射されると蛍光を射出する蛍光体４１，４２が設けられた二個の蛍光体ホイール２１，２２と、レーザ光を透過し蛍光を反射するように設けられた二個のミラー３１，３２と、を備える。図１に示すように、光源装置１は、光均一化素子９０に対して光を照射する。光均一化素子９０は、光が入射するとミキシングされ均一光にして射出する。光均一化素子９０は、例えば、ライトトンネル、ロッドインテグレータ、フライアイレンズなどで構成される。

レーザ光源１１，１２，１３は、例えばピーク波長が４５５ｎｍの青色レーザ光源である。第１の光源であるレーザ光源１１から射出された青色レーザ光（第１の励起光）は、ミラー３１を介して、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１を励起するために用いられる。第２の光源であるレーザ光源１２から射出された青色レーザ光（第２の励起光）は、ミラー３２を介して、蛍光体ホイール２２の蛍光体４２を励起するために用いられる。第３の光源であるレーザ光源１３から射出された青色レーザ光は、ミラー３１，３２を介して、そのまま青色光（第３の色光）として用いられる。

なお、本実施形態においては、レーザ光源としてすべて同じ光源を用いているが、これに限るものではなく、レーザ光源１１，１２は蛍光体ホイール２１，２２の蛍光体４１，４２を励起するものであれば良い。また、レーザ光源１３は、レーザ光源としてピーク波長が任意のものを使用できる。また、光源はレーザ光源に限らず、上記の機能を果たす光源であれば良い。

蛍光体ホイール２１，２２は、モータにより回転駆動される円盤形状である。第１の波長変換素子である蛍光体ホイール２１は、レーザ光が照射されるとレーザ光よりも長波長の光に変換した蛍光を射出する蛍光体４１を備える。第２の波長変換素子である蛍光体ホイール２２は、レーザ光が照射されるとレーザ光よりも長波長の光に変換した蛍光を射出する蛍光体４２を備える。レーザ光源１１から射出された青色レーザ光がミラー３１を介して照射されることにより、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１からは、蛍光７１が射出される。レーザ光源１２から射出された青色レーザ光がミラー３２を介して照射されることにより、蛍光体ホイール２２の蛍光体４２からは、蛍光７２が射出される。

蛍光体ホイール２１の蛍光体４１には、例えばピーク波長が５１５ｎｍ程度の緑色蛍光体が用いられる。蛍光体ホイール２２の蛍光体４２には、例えばピーク波長が５４０ｎｍ程度の黄色蛍光体が用いられる。

なお、各蛍光体４１，４２は、プロジェクタ用照明光として使用したい光の特性に合わせて任意に決めることができる。例えば、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１には、ピーク波長が６１０ｎｍ程度の赤色蛍光体を用いてもよい。また、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１および蛍光体ホイール２２の蛍光体４２に同一の蛍光体を用いるようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、モータにより回転駆動される円盤形状の蛍光体ホイール２１，２２を適用したが、これに限るものではなく、放熱板等に直接貼り付けられた固定型蛍光体などであってもよい。ただし、蛍光を射出する際に各蛍光体４１，４２の温度が上昇することになるので、蛍光体ホイール２１，２２を回転させることで、冷却効果を得ることができる。

図３は、ミラー３１，３２の構成を示す側面図である。図３に示すように、ミラー３１，３２は、例えば、可視光を透過するガラス板３５を主体に構成される。ミラー３１，３２は、ガラス板３５の表面に、所望の波長を透過または反射する特性をもつダイクロイックフィルタ層３６を備える。ミラー３１は第１の光学素子であり、ミラー３２は第２の光学素子である。

変換部であるダイクロイックフィルタ層３６は、ダイクロイックフィルタ層３６の透過率の光スペクトル（以下、透過率スペクトルという）を、プロジェクタ用照明光として使用したい光の特性に合わせて任意に決めることができる。なお、光スペクトルとは、光源から出射する光の強度を波長ごとに表した発光特性値である。

ここで、図４はミラー３１，３２のダイクロイックフィルタ層３６の透過率スペクトルの一例を示す図である。図４に示す透過率スペクトルにおいて、縦軸が１となっている波長領域の光は透過し、０となっている波長領域の光は反射する。なお、透過率は、１００％または０％でなくてもよいことは言うまでもない。

図４に示すように、本実施形態においては、ミラー３１のダイクロイックフィルタ層３６の透過率スペクトルは、おおよそ４７５～６００ｎｍの緑色の波長のみを反射、それ以外を透過するように設計されている。また、本実施形態においては、ミラー３２のダイクロイックフィルタ層３６の透過率スペクトルは、おおよそ６００ｎｍ以上の赤色の波長のみを反射、それ以外を透過するように設計されている。

したがって、図２および図４に示すように、ミラー３１のダイクロイックフィルタ層３６は、蛍光７１の光スペクトルを、４７５～６００ｎｍ以外の波長帯域をカットした光スペクトルを有する色光８１に変換する。また、図２および図４に示すように、ミラー３２のダイクロイックフィルタ層３６は、蛍光７２の光スペクトルを、６００ｎｍ以下の波長帯域をカットした光スペクトルを有する色光８２に変換する。

なお、ミラー３１，３２は、必ずしも図２に示すような構成でなくてもよく、任意の透過率スペクトルが得られれば構成は問わない。

続いて、光源装置１における各光路について説明する。

図１に示すように、レーザ光源１１から射出されたレーザ光６１は、ミラー３１を透過して蛍光体ホイール２１の蛍光体４１に照射される。蛍光体ホイール２１の蛍光体４１はレーザ光６１によって励起され、蛍光７１を射出する。蛍光体ホイール２１の蛍光体４１から射出した蛍光７１は、ミラー３１に設けられたダイクロイックフィルタ層３６の特性により、緑色光を主とする特定の波長のみが反射され、蛍光７１とは別の光スペクトルを持つ色光８１となりミラー３２へ向かう。色光８１は、ミラー３２ですべて透過され、光均一化素子９０へと向かう。

レーザ光源１２から射出されたレーザ光６２は、ミラー３２を透過して蛍光体ホイール２２の蛍光体４２に照射される。蛍光体ホイール２２の蛍光体４２はレーザ光６２によって励起され、蛍光７２を射出する。蛍光体ホイール２２の蛍光体４２から射出した蛍光４２は、ミラー３２に設けられたダイクロイックフィルタ層３６の特性により、赤色光を主とする特定の波長のみが反射され、蛍光７２とは別の光スペクトルを持つ色光８２となり、光均一化素子９０へと向かう。

レーザ光源１３から射出されたレーザ光６３は、ミラー３１とミラー３２とを透過し、光均一化素子９０へと向かう。

以上のように、光源装置１は、色光８１（緑色成分）と色光８２（赤色成分）とレーザ光６３（青色成分）とを合わせることで、白色を生成することができる。

光スペクトルと色との関係として、光スペクトルの分布が広いと様々な色の光が混在しているため色純度が低くなり、光スペクトルの分布が狭い範囲に集中していれば色の純度が高いことになる。色純度が高い光を用いると、表現できる色域の範囲が広がる。蛍光７１および蛍光７２は、図２に示した通り、光スペクトルの分布が非常に広く色純度が悪いため、ダイクロイックフィルタ等を使用して色純度を高めて照明光として利用するほうが良い。従来は、ダイクロイックフィルタを設けたカラーホイールを用いて行っていたが、本方式では固定のダイクロイックフィルタ層３６を用いて行う。これにより、ダイクロイックフィルタを設けたカラーホイールを使用した場合における、青色、赤色、緑色等の各色の発光時間が制限されて明るいプロジェクタとできない、という問題を解決することができる。

ここで、色純度が良くなる別の例を挙げる。

蛍光は青色レーザ光を蛍光体で波長変換して生成するが、青色レーザ光がすべて蛍光に変換されず一部が蛍光と同一方向に射出されてしまう。このように蛍光に青色レーザ光が混じると蛍光の色純度が悪くなる。

このような場合でも本実施形態の構成であれば、蛍光７１に混ざったレーザ光６１はミラー３１を透過するため色光８１とは分離できる。同様に、蛍光７２に混じったレーザ光６２はミラー３２を透過するため色光８２とは分離できる。

また、各ミラー３１，３２は、蛍光体４１，４２から射出する蛍光７１，７２を光均一化素子９０へと導くこと、色純度を高めることの、二つの機能を持っているため、素子点数が少なく、小型かつ低コストの光源装置とすることが可能である。

なお、カラーホイールを用いる別の問題点として、カラーホイールを回転させるためにはモータが必要であるため、寿命や騒音の問題もある。プロジェクタに使用される素子の中でモータの寿命は最も短く、プロジェクタの寿命のボトルネックとなる。現状は、カラーホイールとともに蛍光体ホイールも用いられることが多く、より熱が加わる分、蛍光体ホイールの方が寿命のボトルネックとなっているが、モータを使用しない固定型の蛍光体が多く開発されているため、将来的には固定型蛍光体が主流になることが予想される。そうなったときにカラーホイールを使用しない本発明の方式のメリットがさらに出てくると考えられる。

また、カラーホイールを用いる別の問題点として、ダイクロイックフィルタへの入射角度の問題もある。カラーホイールは、２色の光が混じる時間をなるべく減らすため、光を絞った位置（光のスポットが小さくなる位置）に配置されるのが一般的である。光を絞るためにはレンズで集光する必要があるため、引用文献２のように、様々な角度で光がカラーホイールに入射することになる。ダイクロイックフィルタは通常、任意の入射角での入射を想定して設計されているため、それと異なる入射角で入射すると透過の光スペクトル特性が変わってしまう。このように様々な角度で入射すると、照明光として利用する光が所望の光スペクトル特性とならない、また、明るさが低下するなどの問題が生じる。本発明の方式ではダイクロイックフィルタを透過させるときに集光させる必要がないため、すべての光をダイクロイックフィルタの設計値通りの角度で入射させることができ、上記の問題が生じない。

次に、光源装置１におけるレンズや光の拡散および集光状態について詳細に説明する。

ここで、図５－１～図５－３は光源装置１の全体構成を示す図である。図５－１は光源装置１における緑色光路を示し、図５－２は光源装置１における赤色光路を示し、図５－３は光源装置１における青色光路を示す。

まず、緑色光路について説明する。図５－１に示すように、レーザ光源１１から射出されたレーザ光６１は、レンズ５１により集光され、レンズ５２により略平行化されて、ミラー３１を透過する。レンズ５１およびレンズ５２は、第１のレンズ群を構成する。ミラー３１を透過したレーザ光６１は、レンズ５３とレンズ５４によりさらに集光されてΦ１ｍｍ程度の小さなスポット径で蛍光体ホイール２１の蛍光体４１に照射される。

蛍光体ホイール２１の蛍光体４１に照射されたレーザ光６１は蛍光７１に変換され、ランバート配光でレーザ光６１の入射側に反射される。蛍光７１は、レンズ５３とレンズ５４により略平行化されてミラー３１を反射・透過する。レンズ５３およびレンズ５４は、第３のレンズ群を構成する。ミラー３１で反射された色光８１は、光の平行度を補正するレンズ５５によりやや集光され、略平行光の状態でミラー３２を透過し、レンズ５６で集光されて光均一化素子９０に入射する。

続いて、赤色光路について説明する。図５－２に示すように、レーザ光源１２から射出されたレーザ光６２は、レンズ５７により集光され、レンズ５８により略平行化されて、ミラー３２を透過する。レンズ５７およびレンズ５８は、第２のレンズ群を構成する。ミラー３２を透過したレーザ光６２は、レンズ５９とレンズ６０によりさらに集光されてΦ１ｍｍ程度の小さなスポット径で蛍光体ホイール２２の蛍光体４２に照射される。

蛍光体ホイール２２の蛍光体４２に照射されたレーザ光６２は蛍光７２に変換され、ランバート配光でレーザ光６２の入射側に反射される。蛍光７２は、レンズ５９とレンズ６０により略平行化されてミラー３２を反射・透過する。レンズ５９およびレンズ６０は、第４のレンズ群を構成する。ミラー３２で反射された色光８２は、レンズ５６で集光されて光均一化素子９０に入射する。なお、蛍光７２から色光８２への変換により、光量が半分以下となる。

続いて、青色光路について説明する。図５－３に示すように、レーザ光源１３から射出されたレーザ光６３は、レンズ５０で略平行化されてミラー３１を透過する。ミラー３１を透過したレーザ光６３は、レンズ５５でやや集光され、略平行化されてミラー３２を透過する。ミラー３２を透過したレーザ光６３は、レンズ５６で集光されて光均一化素子９０に入射する。

以上のように、本実施形態では、ミラー３１，３２で反射・透過する光は、全て略平行光になっている。ミラー３１，３２のダイクロイックフィルタ層３６は、所定の入射角で入射することを想定されているため、本構成ではダイクロイックフィルタ層３６での効率低下が少ない。

このように本実施形態によれば、各蛍光体４１，４２から射出する蛍光７１，７２を後段の光学系に導く光学素子であるミラー３１，３２に、所望の色を透過・反射する特性を持つダイクロイックフィルタ層３６を設けているため、色純度をより高くすることができる。

また、本実施形態によれば、レーザ光源１３から射出された青色レーザ光はミラー３１，３２を透過するようにしたことにより、最も小型になる構成とすることができる。このような構成によれば、蛍光７１と蛍光７２とを生成するためのミラー３１とミラー３２とをそのまま使用して（配置を変えたり、さらに素子を加えたりすることなく）レーザ光源１３を追加するだけで青色光を合成させることができる。

なお、本実施形態においては、蛍光やダイクロイックフィルタ層３６の透過率スペクトルを上記のようにしたが、これに限らない。例えば、色純度をより高くしたい場合は、ダイクロイックフィルタ層３６の透過率スペクトルが０となる領域をより狭くすれば、色光８２はより色純度の高い光となる。このように必要な光のスペクトルによって、任意に光源のスペクトルやダイクロイックフィルタ層３６の透過率スペクトルを設計することができる。

ここで、図６は光源装置１の構成の変形例を概略的に示す図である。図６（ａ）は光源装置１の構成を示す図、図６（ｂ）はミラー３３の透過率スペクトルを示す図である。第１の実施の形態においては、レーザ光６３をミラー３１とミラー３２とを透過させて合成しているが、この方法でなくてもよい。例えば、図６に示すように、ミラー３２の後に、例えばピーク波長が４５５ｎｍの青色レーザ光を反射するミラー３３（第３の光学素子）を入れるなどして、合成しても良い。

このような構成の光源装置１によれば、ミラー３３は青色光のみを反射し、それ以外の光を透過する。色光８１と色光８２とを透過し、レーザ光１３を反射することでＲＧＢの光が合成される。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。

第２の実施の形態は、色光８１が赤色光成分、色光８２が緑色光成分となるように構成されている点が、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

第１の実施の形態では、ミラー３１とミラー３２とがどちらも色純度を高める機能を持っていたが、これに限るものではなく、ミラー３１とミラー３２とがどちらも色純度を高める機能を持っていいなくてもよい。たとえば、ミラー３１のダイクロイックフィルタ層３６の光スペクトル特性は、青色光のみを透過してそれ以外をすべて反射するように設計すれば、色光８２＝蛍光７２となり、色純度は低いが明るさを落とさず照明光として利用することができる。この例について、第２の実施の形態で説明する。

ここで、図７は第２の実施の形態にかかる光源装置１の構成を概略的に示す図、図８は各光の光スペクトルの一例を示す図である。図７に示すように、本実施形態においては、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１にはピーク波長が６１０ｎｍの赤色蛍光体、蛍光体ホイール２２の蛍光体４２にはピーク波長が５１５ｎｍの緑色蛍光体が用いられる。

ここで、図９はミラー３１，３２のダイクロイックフィルタ層３６の透過率スペクトルの一例を示す図である。図９に示す透過率スペクトルにおいて、縦軸が１となっている波長領域の光は透過し、０となっている波長領域の光は反射する。

図９に示すように、本実施形態においては、ミラー３１のダイクロイックフィルタ層３６の透過率の光スペクトル特性は、おおよそ４７５ｎｍ～の緑および赤色波長を反射、それ以外を透過し、ミラー３２のダイクロイックフィルタ層３６は、おおよそ５１０～５６０ｎｍ付近の緑色波長のみを反射、それ以外を透過するように設計されている。

したがって、図８および図９に示すように、ミラー３１のダイクロイックフィルタ層３６は、蛍光７１の光スペクトルを、４７５ｎｍ以下の波長帯域をカットした光スペクトルを有する色光８１に変換する。また、図８および図９に示すように、ミラー３２のダイクロイックフィルタ層３６は、蛍光７２の光スペクトルを、５１０～５６０ｎｍ以外の波長帯域をカットした光スペクトルを有する色光８２に変換する。

このような構成の本実施形態の光源装置１によれば、図９に示すように、蛍光体ホイール２１の蛍光体４１から射出する蛍光７１はミラー３１ですべて反射されて光均一化素子９０へ向かう。このように必ずしもミラー３１とミラー３２がどちらも色純度を高める機能を持っていなくてもよい。

一方、蛍光体ホイール２２の蛍光体４２から射出する蛍光７２はミラー３２により色光８２のみが光均一化素子９０へ向かう。ミラー３２のダイクロイックフィルタ層３６の反射波長領域は、第１の実施の形態よりも狭く設計されているため、色光８２はより色純度を高くすることができる。

このように本実施形態によれば、色純度をより高くすることができる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。

第３の実施の形態は、レーザ光源１１と蛍光体ホイール２１の位置関係と、ミラー３１が９０度傾いている点とが、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第３の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

ここで、図１０は第３の実施の形態にかかる光源装置１の構成を概略的に示す図である。なお、各光源のスペクトルとダイクロイックフィルタ層３６の透過率スペクトルは、第１の実施の形態と同じである。

図１０に示すように、本実施形態にかかる光源装置１が第１の実施の形態と異なる点は、レーザ光源１１と蛍光体ホイール２１の位置関係が、図１０における上下方向で逆になっている点と、それに伴いミラー３１が９０度傾いている点とである。

蛍光体ホイール２１，２２の蛍光体４１，４２は、レーザ光が照射されると非常に高温になり周辺温度も上がることになる。そして、蛍光体ホイール２１，２２の蛍光体４１，４２は、温度が上がると蛍光の発光効率が低下してしまうことになる。

この点、本実施形態にかかる光源装置１によれば、２つの蛍光体ホイール２１，２２を離して設けることにより、冷却効率が良くなり、蛍光の発光効率を向上させることができる。

加えて、蛍光体ホイール２１，２２は、外周が大きく光学系のサイズにおいて支配的になる。この点、本実施形態にかかる光源装置１によれば、２つの蛍光体ホイール２１，２２を横並びで配置するのではなく、向かい合うように配置したことにより、光学系のサイズを小さくすることができる。特に、蛍光体ホイールを二つ用いる構成では、小型化が重要になる。

なお、光源装置１の構成はこれに限るものではなく、冷却効率やメカ構成等によって光学系の配置が自由に変えられることは言うまでもない。

（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。

第４の実施の形態は、レーザ光源１１、蛍光体ホイール２１、レーザ光源１３の位置関係と、ミラー３１のダイクロイックフィルタ層３６の透過率スペクトルが、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第４の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

ここで、図１１は第４の実施の形態にかかる光源装置１の構成を概略的に示す図、図１２は各光の光スペクトルの一例を示す図である。

図１１に示すように、本実施形態にかかる光源装置１が第１の実施の形態と異なる点は、レーザ光源１１、蛍光体ホイール２１、レーザ光源１３の位置関係と、ミラー３１のダイクロイックフィルタ層３６の透過率スペクトルである。

ここで、図１３はミラー３１，３２のダイクロイックフィルタ層３６の透過率スペクトルの一例を示す図である。図１３に示す透過率スペクトルにおいて、縦軸が１となっている波長領域の光は透過し、０となっている波長領域の光は反射する。

図１３に示すように、本実施形態においては、ミラー３１は、緑色波長のみを透過し、それ以外を反射する。そのため、レーザ光源１１から射出されたレーザ光６１は、ミラー３１で反射されて蛍光体ホイール２１の蛍光体４１に入射する。蛍光体ホイール２１の蛍光体４１から射出した蛍光７１は、ミラー３１により色光８１（緑色光）のみが透過され、さらにミラー３２を透過し、光均一化素子９０へ向かう。

一方、レーザ光源１３から射出されたレーザ光６３は、ミラー３１で反射され、さらにミラー３２を透過して光均一化素子９０へ向かう。

したがって、図１２および図１３に示すように、ミラー３１のダイクロイックフィルタ層３６は、蛍光７１の光スペクトルを、４７５～６００ｎｍ以外の波長帯域をカットした光スペクトルを有する色光８１に変換する。また、図１２および図１３に示すように、ミラー３２のダイクロイックフィルタ層３６は、蛍光７２の光スペクトルを、６００ｎｍ以下の波長帯域をカットした光スペクトルを有する色光８２に変換する。

このようにダイクロイックフィルタ層３６の透過率スペクトルを適切に設定すれば、レーザ光がミラー３１で反射されて蛍光体ホイール２１の蛍光体４１に入射してもよい。

このように本実施形態によれば、２つの蛍光体ホイール２１，２２を離して設けることにより、冷却効率が良くなり、蛍光の発光効率を向上させることができる。加えて、ミラー３１は青色光を透過するタイプだけでなく、青色光を反射するミラーでも可能であることにより、レイアウトの自由度を向上させることができる。例えば、レーザ光源を冷却する冷却装置を設置しやすくなる。

なお、本実施形態では、レーザ光源１１から射出されたレーザ光６１、レーザ光源１３から射出されたレーザ光６３のみがミラーで反射されているが、レーザ光源１２から射出されたレーザ光６２がミラーで反射される構成でもよく、光源装置１以外の条件（メカ的な配置制限や冷却装置による制限など）によって構成を自由に変えることができる。

（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について説明する。

第５の実施の形態は、ミラーの構成と、ダイクロイックフィルタ層の透過率スペクトルが、第１の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第５の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

ここで、図１４は第５の実施の形態にかかる光源装置１の構成を概略的に示す図、図１５は各光の光スペクトルの一例を示す図である。図１４に示す光源装置１が、第４の実施の形態の光源装置１と異なる点は、ミラーの構成と、ダイクロイックフィルタ層の透過率スペクトルである。

ここで、図１６はミラー３１，３２のダイクロイックフィルタ層３６の透過率スペクトルの一例を示す図である。図１６に示す透過率スペクトルにおいて、縦軸が１となっている波長領域の光は透過し、０となっている波長領域の光は反射する。

図１６に示すように、本実施形態においては、ミラー３１は、ミラー３１１（第１のダイクロイックミラー）とミラー３１２（第２のダイクロイックミラー）によって構成されている。ミラー３１１は青色光～緑色光を透過し、ミラー３１２は青色光のみを反射するように設計されている。

したがって、図１５および図１６に示すように、ミラー３１のダイクロイックフィルタ層３６は、蛍光７１の光スペクトルを、４７５～６００ｎｍ以外の波長帯域をカットした光スペクトルを有する色光８１に変換する。また、図１５および図１６に示すように、ミラー３２のダイクロイックフィルタ層３６は、蛍光７２の光スペクトルを、６００ｎｍ以下の波長帯域をカットした光スペクトルを有する色光８２に変換する。

ここで、図１７は光源装置１の全体構成を示す図である。図１７に示すように、レーザ光源３１から射出されたレーザ光６１は、ミラー３１２で反射されて蛍光体ホイール２１の蛍光体４１に入射する。蛍光体ホイール２１の蛍光体４１から射出される蛍光７１の一部は、ミラー３１２を透過する。

蛍光体ホイール２１の蛍光体４１から射出される蛍光７１は、レンズ５３およびレンズ５４で略平行化されて光束幅をもってミラー３１１側に向かう。光軸付近の蛍光７１は、ミラー３１２を透過する。ミラー３１２を透過した一部の蛍光７１とそれ以外の蛍光７１は、ミラー３１２によって色光８１のみが透過されてミラー３２へ向かう。色光８１は、ミラー２３を透過して光均一化素子９０へと向かう。

レーザ光源１３から射出したレーザ光６３は、レンズ５０およびレンズ５０ａで略平行化されてミラー３１１を透過し、ミラー３１２で反射される。ミラー３１２で反射されたレーザ光６３は、再びミラー３１１を透過してミラー３２へ向かい、さらにミラー３２を透過して光均一化素子９０へと向かう。このように、結果的に光均一化素子９０へ入射するスペクトルは、第１の実施の形態などと同等となる。なお、本実施形態においては、ミラー３１とミラー３２との間に、ミラー３１から射出する蛍光７１または色光８１の状態を略平行光に調整する調整レンズ１１０を備える。

上述したように、ミラーは、一つの素子から構成されるに限らず、複数のミラーを組み合わせても良い。また、ミラーは、例えば同一のガラス板の面上に異なるダイクロイックフィルタ層を区分けして設けた構成でもよい。

例えば、第４の実施の形態におけるミラー３１のダイクロイックフィルタ層３６の透過率スペクトルのようなバンドパスフィルタは、ローパスフィルタやハイパスフィルタに比べて、製造が困難な場合や、コストが高くなる場合がある。本実施形態によれば、バンドパスフィルタを使用せずに、ローパスフィルタとハイパスフィルタを使用した構成とすることにより、低コスト化を図ることができる。

（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態について説明する。

第６の実施の形態は、第１の実施の形態ないし第５の実施の形態のいずれかの光源装置１を備える画像投影装置である点が、第１の実施の形態ないし第５の実施の形態と異なるものとなっている。以下、第６の実施の形態の説明では、第１の実施の形態ないし第５の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態ないし第５の実施の形態と異なる箇所について説明する。

図１８は、第６の実施の形態に係るプロジェクタ１００を示す概略構成図である。

プロジェクタ（投射装置）１００は、光源装置１と、光均一化素子９０と、照明光学系１１１と、画像形成素子（画像表示素子）１１２と、投射光学系１１３と、を有している。

光源装置１は、例えば、ＲＧＢの各色に対応する波長を含んだ光を出射する。

光均一化素子９０は、光源装置１から出射された光をミキシングすることで均一化する。より詳細には、光均一化素子９０は、入射側面から入射した光束を、反射を繰り返しながら内部を伝搬して出射面から出射する。光均一化素子９０は、入射側面から入射した光束を、内部で複数回反射することで、均一な面光源を出射面上に形成する。光均一化素子９０としては、例えば、内部を中空にして内面に４枚のミラーを組み合わせたライトトンネル、ガラス等の透明な材料で角柱を形成したロッドインテグレータ、フライアイレンズ等が用いられる。例えば、光均一化素子９０としてライトトンネルを適用した場合、画像形成素子（画像表示素子）１１２のアスペクト比とほぼ同じにして、ライトトンネルの出口の形を画像形成素子（画像表示素子）１１２の面上に投影する形とするので、画像形成素子（画像表示素子）１１２の面上に無駄なく効率よく照明することができる。

照明光学系１１１は、光均一化素子９０が均一化した光で照明光学系１１１を略均一に照明する。照明光学系１１１は、例えば、１枚以上のレンズや１面以上の反射面等を有している。

画像形成素子（画像表示素子）１１２は、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル等のライトバルブを有している。画像形成素子（画像表示素子）１１２は、照明光学系１１１により照明される光（光源装置１の光源光学系からの光）を変調することにより画像を形成する。

投射光学系１１３は、画像形成素子（画像表示素子）１１２が形成した画像をスクリーン（被投射面）に拡大投射する。投射光学系１１３は、例えば、１枚以上のレンズを有している。投射光学系１１３は、画像形成素子（画像表示素子）１１２の面の像を、所望のスクリーン（被投射面）の位置に拡大像として結像するような共役関係としているので、画像形成素子（画像表示素子）１１２の面上に空間変調された画像を拡大投射して映し出す。

このように本実施形態によれば、光源装置１を用いるため、明るく色純度のよいプロジェクタとすることができる。

なお、上述した各実施の形態では、本発明の好適な実施具体例を示したが、本発明はその内容に限定されることはない。

特に、上述した各実施の形態で例示した各部の具体的形状および数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例にすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

このように、本発明は、上述した各実施の形態で説明した内容に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することができる。

１ 光源装置
１１ 第１の光源
１２ 第２の光源
１３ 第３の光源
２１ 第１の波長変換素子
２２ 第２の波長変換素子
３１ 第１の光学素子
３２ 第２の光学素子
３３ 第３の光学素子
３６ 変換部
４１，４２ 蛍光体
５１，５２ 第１のレンズ群
５３，５４ 第３のレンズ群
５７，５８ 第２のレンズ群
５９，６０ 第４のレンズ群
６１ 第１の励起光
６２ 第２の励起光
６３ 第３の色光
９０ 光均一化素子
１００ 投射装置
１１０ 調整レンズ
１１２ 画像表示素子
１１３ 投射光学系
３１１ 第１のダイクロイックミラー
３１２ 第２のダイクロイックミラー

特開２０１７－１１６９０５号公報 米国特許第８８４０２５３号明細書

Claims (24)

1. 第１の励起光を射出する第１の光源と、
   前記第１の光源とは別に設けられ、第２の励起光を射出する第２の光源と、
   前記第１の励起光で励起され、第１の蛍光を射出する第１の波長変換素子と、
   前記第２の励起光で励起され、第２の蛍光を射出する第２の波長変換素子と、
   前記第１の蛍光の経路上に配置された第１の光学素子と、
   前記第２の蛍光の経路上に配置された第２の光学素子と、
   前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間に設けられ、前記第１の光学素子から射出する前記第１の蛍光または第１の色光の状態を略平行光に調整する調整レンズと、
   を備え、
   前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との少なくとも何れか一方は、前記第１の蛍光または前記第２の蛍光を透過または反射することで、前記第１の蛍光または前記第２の蛍光の少なくとも何れか一方の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルを有する色光に変換する変換部を有する、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 第１の励起光を射出する第１の光源と、
   前記第１の光源とは別に設けられ、第２の励起光を射出する第２の光源と、
   前記第１の励起光で励起され、第１の蛍光を射出する第１の波長変換素子と、
   前記第２の励起光で励起され、第２の蛍光を射出する第２の波長変換素子と、
   前記第１の蛍光の経路上に配置された第１の光学素子と、
   前記第２の蛍光の経路上に配置された第２の光学素子と、
   を備え、
   前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との少なくとも何れか一方は、前記第１の蛍光または前記第２の蛍光を透過または反射することで、前記第１の蛍光または前記第２の蛍光の少なくとも何れか一方の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルを有する色光に変換する変換部を有し、
   前記第１の光学素子は、第１のダイクロイックミラーと第２のダイクロイックミラーとを備える、
   ことを特徴とする光源装置。
3. 第１の励起光を射出する第１の光源と、
   前記第１の光源とは別に設けられ、第２の励起光を射出する第２の光源と、
   前記第１の励起光で励起され、第１の蛍光を射出する第１の波長変換素子と、
   前記第２の励起光で励起され、第２の蛍光を射出する第２の波長変換素子と、
   前記第１の蛍光の経路上に配置された第１の光学素子と、
   前記第２の蛍光の経路上に配置された第２の光学素子と、
   を備え、
   前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との少なくとも何れか一方は、前記第１の蛍光または前記第２の蛍光を透過または反射することで、前記第１の蛍光または前記第２の蛍光の少なくとも何れか一方の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルを有する色光に変換する変換部を有し、
   前記第２の光学素子は、前記第１の蛍光または前記第１の蛍光の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルを有する第１の色光との何れかと、前記第２の蛍光または前記第２の蛍光の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルを有する第２の色光との何れかと、を合成し、
   前記第２の蛍光から前記第２の色光への変換により光量が半分以下となる、
   ことを特徴とする光源装置。
4. 前記第２の光学素子は、前記第１の蛍光または前記第１の蛍光の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルを有する第１の色光との何れかと、前記第２の蛍光または前記第２の蛍光の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルを有する第２の色光との何れかと、を合成する、
   こと特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
5. 前記第１の励起光が前記第１の光学素子を介して前記第１の波長変換素子に入射し、
   前記第２の励起光が前記第２の光学素子を介して前記第２の波長変換素子に入射する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光源装置。
6. 前記第１の波長変換素子と前記第２の波長変換素子とは、波長が異なる蛍光体を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光源装置。
7. 前記第１の波長変換素子は、緑色蛍光体を備え、
   前記第２の波長変換素子は、黄色蛍光体を備える、
   ことを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 前記第１の波長変換素子は、緑色蛍光体を備え、
   前記第２の波長変換素子は、赤色蛍光体を備える、
   ことを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
9. 前記第１の波長変換素子と前記第２の波長変換素子とは、同一の波長の蛍光体を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光源装置。
10. 前記第１の波長変換素子と前記第２の波長変換素子とは、黄色蛍光体を備える、
    ことを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
11. 前記第２の蛍光から前記第２の色光への変換により光量が半分以下となる、
    ことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
12. 前記第２の蛍光の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルは、低波長側の半値が５９０ｎｍ付近である、
    ことを特徴とする請求項３または４に記載の光源装置。
13. 前記第１の光源および前記第２の光源とは別に設けられ、第３の色光を射出する第３の光源を備える、
    ことを特徴とする請求項１ないし１２の何れか一項に記載の光源装置。
14. 前記第３の光源から射出された前記第３の色光は、前記第１の光学素子を透過もしくは反射することにより、前記第１の蛍光または前記第１の蛍光の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルを有する第１の色光との何れかと合成される、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の光源装置。
15. 前記第３の光源から射出された前記第３の色光は、前記第２の光学素子を透過もしくは反射することにより、前記第２の蛍光または前記第２の蛍光の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルを有する第２の色光との何れかと合成される、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の光源装置。
16. 前記第３の色光の経路上に配置された第３の光学素子を備え、
    前記第３の光学素子は、前記第３の色光と、前記第１の蛍光または前記第１の蛍光の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルを有する第１の色光との何れかと、前記第２の蛍光または前記第２の蛍光の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルを有する第２の色光との何れかと、を合成する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の光源装置。
17. 前記第１の蛍光または前記第１の蛍光の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルを有する第１の色光とは、緑色光であり、
    前記第２の蛍光または前記第２の蛍光の光スペクトルの波長帯域の一部をカットした光スペクトルを有する第２の色光とは、赤色光であり、
    前記第３の色光は、青色光である、
    ことを特徴とする請求項１３乃至１６の何れか一項に記載の光源装置。
18. 前記第１の励起光を略平行化する第１のレンズ群と、
    前記第２の励起光を略平行化する第２のレンズ群と、
    を備え、
    前記第１の励起光は、略平行の状態で前記第１の光学素子を透過もしくは反射し、
    前記第２の励起光は、略平行の状態で前記第２の光学素子を透過もしくは反射する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１７の何れか一項に記載の光源装置。
19. 前記第１の波長変換素子から射出する前記第１の蛍光を略平行化する第３のレンズ群と、
    前記第２の波長変換素子から射出する前記第２の蛍光を略平行化する第４のレンズ群と、
    を備え、
    前記第１の蛍光は、略平行の状態で前記第１の光学素子を透過もしくは反射し、
    前記第２の蛍光は、略平行の状態で前記第２の光学素子を透過もしくは反射する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１８の何れか一項に記載の光源装置。
20. 前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間に設けられ、前記第１の光学素子から射出する前記第１の蛍光または第１の色光の状態を略平行光に調整する調整レンズを備える、
    ことを特徴とする請求項２乃至１９の何れか一項に記載の光源装置。
21. 前記第１の光学素子は、第１のダイクロイックミラーと第２のダイクロイックミラーとを備える、
    ことを特徴とする請求項１、３乃至２０の何れか一項に記載の光源装置。
22. 前記第１の励起光は、前記第１のダイクロイックミラーで反射して前記第１の波長変換素子に入射し、
    前記第１の蛍光は、前記第１のダイクロイックミラーを投下して、前記第２のダイクロイックミラーで前記色光に変換される、
    ことを特徴とする請求項２または２１に記載の光源装置。
23. 前記第１の光学素子と前記第２の光学素子と前記第３の光学素子とは、バンドパスフィルタを使用しない、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の光源装置。
24. 請求項１乃至２３の何れか一項に記載の光源装置と、
    前記光源装置から入射した光を均一化して出射する光均一化素子と、
    前記光均一化素子からの光を変調して画像を形成する画像表示素子と、
    前記画像を被投射面に拡大投射する投射光学系と、
    を備えることを特徴とする投射装置。