WO2013098941A1 - 励起光合成ユニット、光源ユニットおよび投写型表示装置 - Google Patents

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WO2013098941A1
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excitation light
light
excitation
light source
separation film
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PCT/JP2011/080217
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明弘 大坂
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Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
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    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H04N9/3167—Modulator illumination systems for polarizing the light beam

Definitions

  • the present invention relates to an excitation light synthesis unit that collects a plurality of excitation lights and emits them as one excitation light group, a light source unit including the excitation light synthesis unit, and a projection display device including the light source unit.
  • the projection display device includes a light source device and a display device that modulates light, such as a DMD (Digital Micromirror Device) or an LCD (Liquid Crystal Display) panel.
  • the light from the light source device is modulated by the display device, and a desired image is displayed on the screen.
  • the brightness of the image projected from the projection display device is determined by the brightness of the light emitted from the light source device provided in the projection display device. Therefore, a light source device including a high-pressure mercury lamp that can emit relatively bright light has been used for the projection display device.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-277516 proposes a light source device having a phosphor as a light source device that does not contain environmental pollutants such as mercury.
  • the light source device disclosed in Patent Document 1 includes a phosphor that emits light when excited, and an excitation light source that emits blue band excitation light for exciting the phosphor.
  • the phosphor is excited by irradiating the phosphor with excitation light emitted from the excitation light source, and the phosphor emits light other than blue band light such as red band light and green band light.
  • the light source device makes light emitted from the phosphor (hereinafter referred to as fluorescent light) incident on the display device, and the projection display device displays an image on the screen.
  • the brightness of the image projected by the projection display device depends on the brightness of the light emitted from the light source device.
  • the brightness of light emitted from the light source device disclosed in Patent Document 1 that is, the brightness of fluorescent light depends on the amount of excitation light irradiated to the phosphor.
  • Patent Document 2 discloses a light source device in which a plurality of excitation light sources are arranged in an array.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a light source device disclosed in Patent Document 2.
  • the light source device 1 includes a fluorescent wheel 2 on which a phosphor layer is formed and a plurality of light sources 3 that emit excitation light for exciting the phosphor.
  • the plurality of light sources 3 emit excitation light in the first direction X.
  • the light source 3 is provided with a collimator lens 4 that converts the excitation light emitted from the light source 3 into parallel light. Therefore, the excitation light group including the excitation light emitted from the respective light sources 3 is incident on the virtual plane A that intersects the first direction X perpendicularly and proceeds without spreading.
  • the fluorescent wheel 2 is arranged in the traveling direction of the excitation light emitted from the light source 3, and the condenser lens group 5 is arranged between the light source 3 and the fluorescent wheel 2.
  • the excitation light group emitted from the light source 3 is condensed by the condenser lens group 5 and irradiated onto the phosphor layer of the fluorescent wheel 2.
  • Excitation light is applied to the phosphor layer of the phosphor wheel 2, and the phosphor emits fluorescence light.
  • the fluorescent light passes through the condenser lens group 5 while diffusing to the light source 3 side, is converted into parallel light contained in the virtual plane A by the condenser lens group 5, and travels toward the light source 3.
  • a dichroic mirror 6 that allows excitation light to pass and reflects fluorescent light is disposed. Therefore, the fluorescent light that has passed through the condenser lens group 5 is reflected by the dichroic mirror 6 and travels in a reflection direction R that intersects the first direction X. The fluorescent light reflected by the dichroic mirror 6 is incident on a virtual plane B that intersects perpendicularly with the reflection direction R, and is then emitted to the outside of the light source device 1.
  • the light that can be collected on the display device among the light emitted from the light source device is related by Etendue, which is one of the characteristics of light in the optical system.
  • Etendue is one of the characteristics of light in the optical system.
  • Patent Document 3 the etendue of a light source side optical system including a surface light source such as an LED light source is given by the following equation.
  • Patent Document 4 According to Japanese Translation of PCT International Publication No. 2007-507755 (Patent Document 4), the etendue of the projection-side optical system including the display device is given by the following equation.
  • the display device can use a relatively large amount of light emitted from the light source device as long as the following equation holds.
  • the display device can use a relatively large amount of light emitted from the light source device as long as the following expression holds.
  • the emission area of the light source device is smaller and the area of the display device is larger.
  • the display device is relatively expensive among the components constituting the projection display apparatus, if the display device is made larger, the display device becomes more expensive and the manufacturing cost of the projection display apparatus increases. Therefore, it is required to reduce the emission area of the light source device.
  • the emission area of the light source device 1 disclosed in Patent Document 2 corresponds to the area of the virtual plane B as shown in FIG.
  • the area of the virtual surface B depends on the area of the virtual surface A. That is, when the number of the light sources 3 is increased, the area of the virtual plane A is increased, and the emission area of the light source device 1 is increased. Therefore, in the light source device 1 disclosed in Patent Document 2, the number of the light sources 3 cannot be increased due to the limitation of the emission area, and there is a limit to improving the brightness of the light source device 1.
  • the light source 3 that emits excitation light often generates heat. Therefore, if the light sources 3 are arranged close to each other, the heat of the light sources 3 cannot be efficiently released, and the life of the light sources 3 is likely to be reduced. Since it is necessary to provide a sufficient gap between the light sources 3, the number of the light sources 3 that emit excitation light is more limited in the light source device 1 disclosed in Patent Document 2. Therefore, the present inventor has come up with a light source unit that collects the excitation light emitted from each of the light sources 3 arranged in an array within a narrower range and emits it as one excitation light group.
  • the light source unit conceived by the present inventor will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 2 is a perspective view of a light source unit conceived by the present inventor
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a light source device using the light source unit shown in FIG.
  • symbol is attached
  • the light source unit 7 includes a plurality of light sources 3 that emit excitation light in the first direction X ⁇ b> 1 and a plurality of light sources that are provided on the traveling paths of the excitation light emitted from the light sources 3.
  • Reflection mirror 8. The reflection mirror 8 reflects the excitation light in a second direction X2 that intersects the first direction X1.
  • the interval D1 between the adjacent reflection mirrors 8 in the first direction X1 is smaller than the interval D2 between the adjacent reflection mirrors 8 in the second direction X2. Therefore, the area of the imaginary plane C on which the excitation light group that intersects perpendicularly with the second direction X2 and proceeds in the second direction X2 intersects perpendicularly with the first direction X1 and proceeds in the first direction X1. It becomes smaller than the area of the virtual surface D on which the excitation light group is incident.
  • a light source 3 that emits ⁇ 5 mm parallel light is used, and the light source 3 is arranged in an array of 3 rows in the vertical direction (the depth direction on the paper surface in FIG. 3) and 8 columns in the horizontal direction (the left-right direction on the paper surface in FIG. 3).
  • the virtual plane D is a rectangle having a horizontal dimension of about 90 mm and a vertical dimension of about 30 mm.
  • the virtual plane C has a dimension of about 40 mm in the horizontal direction (vertical direction on the paper surface in FIG. 3) and the vertical direction (the depth direction on the paper surface in FIG. 3). It becomes a rectangle with a dimension of about 30 mm.
  • the light source unit 7 shown in FIGS. 2 and 3 collects the excitation lights emitted from the light sources 3 arranged in an array in a narrower range and emits them in the second direction X2. Therefore, in the light source device 9 using the light source unit 7, the number of the light sources 3 can be increased without increasing the emission area of the light source device 9 as compared with the light source device 1 shown in FIG. As a result, the brightness of the light source device 9 is improved while maintaining the emission area, and the image projected by the projection display device becomes bright without causing an increase in size and cost of the display device.
  • the reflecting mirror 8 shown in FIGS. 2 and 3 can only collect a plurality of excitation lights incident on and emitted from the virtual plane D facing one direction in the virtual plane C. That is, since the reflecting mirror 8 cannot emit excitation light incident from a plurality of different directions in one direction, the number of light sources cannot be further increased without increasing the emission area.
  • an example of the object of the present invention is to provide an excitation light synthesis unit capable of emitting excitation light incident from a plurality of different directions in one direction.
  • the excitation light synthesis unit includes a deflection separation film, first and second quarter-wave plates, and reflection means.
  • the deflection separation film transmits excitation light that is P-polarized light and reflects excitation light that is S-polarized light.
  • the first and second quarter-wave plates are provided on the traveling path of the first excitation light toward the polarization separation film.
  • the reflecting means is provided between the first and second quarter-wave plates, reflects the second excitation light incident through the polarization separation film toward the polarization separation film, and reflects the first excitation light. To Penetrate.
  • excitation light incident from a plurality of different directions can be collected in a narrower range and emitted in one direction.
  • FIG. It is a perspective view of the light source unit which collects the excitation light emitted from each of the light sources arranged in an array in a narrower range and emits it as one excitation light group. It is a plane schematic diagram of the light source device provided with the light source unit shown in FIG. It is a plane schematic diagram of the light source device provided with the light source unit which concerns on the 1st Embodiment of this invention. It is a perspective view of the light source unit which concerns on the example of 1st Embodiment. It is a top view of the light source unit which concerns on the example of 1st Embodiment.
  • FIG. 11 It is a perspective view of the light source unit which concerns on the 3rd Example of this invention. From the light source unit shown in FIG. 11, the first, second, third and fourth light sources, the first and second wave plates, the first reflecting means, the fifth and sixth wave plates and the third reflection. It is a perspective view of the state which removed the means. It is a figure for demonstrating the advancing path
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a light source device including the light source unit according to the first embodiment of the present invention.
  • the light source device 10 includes a fluorescent wheel 2 on which a phosphor layer is formed, and a light source unit 11 that emits an excitation light group for exciting the phosphor.
  • the excitation light group emitted from the light source unit 11 proceeds toward the fluorescent wheel 2 without spreading in the direction intersecting with the traveling direction of the excitation light group. That is, the excitation light group is incident on the virtual plane E that intersects the traveling direction perpendicularly.
  • a condensing lens group 5 that condenses the excitation light group emitted from the light source unit 11 is disposed between the light source unit 11 and the fluorescent wheel 2.
  • a dichroic mirror 6 that allows excitation light to pass through and reflects fluorescent light is disposed between the light source unit 11 and the condenser lens group 5.
  • the excitation light group emitted from the light source unit 11 passes through the dichroic mirror 6, is condensed by the condenser lens group 5, and is applied to the phosphor of the fluorescent wheel 2.
  • the phosphor is excited by the excitation light group, and the phosphor emits fluorescent light.
  • Fluorescent light emitted from the phosphor of the fluorescent wheel 2 travels while diffusing toward the light source unit 11 side.
  • the fluorescent light is converted into parallel light within the virtual plane E by the condenser lens group 5 and travels toward the dichroic mirror 6.
  • the fluorescent light that has reached the dichroic mirror 6 is reflected by the dichroic mirror 6, travels in a reflection direction R that intersects the traveling direction of the excitation light group emitted from the light source unit 11, and is emitted to the outside of the light source device 10.
  • FIG. 5 is a perspective view of the light source unit 11 shown in FIG.
  • FIG. 6 is a top view when the light source unit 11 shown in FIG. 5 is viewed from the direction of the white arrow.
  • the light source unit 11 includes a first light source 12 that emits first excitation light that excites the phosphor of the fluorescent wheel 2 (FIG. 2) in the first direction X1. Yes.
  • the first excitation light is P-polarized light.
  • Examples of the first light source 12 that emits excitation light that is P-polarized light and excites the phosphor of the fluorescent wheel 2 (FIG. 2) include a light emitting diode and a laser emitter.
  • the first light source 12 is provided with a collimator lens 4 for converting light emitted from the point light source into parallel light. Therefore, when the first light source 12 is a light emitting diode, the light emitted from the light emitting diode is converted into parallel light by the collimator lens 4. When the first light source 12 is a laser emitter, the light emitted from the laser emitter is converted into parallel light with increased directivity by the collimator lens 4.
  • the light source unit 11 also includes an excitation light synthesis unit that emits the first excitation light emitted from the first light source 12 in a second direction X2 that intersects the first direction X1.
  • the excitation light synthesis unit will be described.
  • the excitation light synthesis unit converts P-polarized light into S-polarized light by transmitting P-polarized light twice, and converts it into P-polarized light by transmitting S-polarized light twice (hereinafter simply referred to as a wavelength plate).
  • a wavelength plate There are multiple.
  • a first wave plate 13 is provided on the travel path of the first excitation light, and a second wave plate 14 is provided on the travel path of the first excitation light that has passed through the first wave plate 13. ing.
  • the excitation light synthesis unit includes a polarization separation film 15 that transmits excitation light that is P-polarized light and reflects excitation light that is S-polarized light.
  • the deflection separation film 15 is provided on the traveling path of the first excitation light transmitted through the first and second wave plates 13 and 14, and the excitation light that is S-polarized light incident from the first direction X1. Are reflected in the second direction X2.
  • the polarization separation film 15 is provided inside a synthesis element 17 having a rectangular parallelepiped shape formed by bonding two prisms 16 having a right isosceles triangular prism shape.
  • the deflection separation film 15 is deposited on one of the opposing surfaces of the two prisms 16 bonded together. An adhesive is applied to the other surface, and the two prisms 16 are bonded with the deflection separation film 15 interposed therebetween. That is, the polarization separation film 15 is formed on the cross section of the synthesis element 17 passing through the center of gravity and the four vertices of the synthesis element 17.
  • the light source unit 11 includes a second light source 18 that emits second excitation light on the side opposite to the first light source 12 with respect to the polarization separation film 15.
  • the second light source 18 emits the second excitation light in a third direction X3 different from the first direction X1.
  • the third direction X3 is a direction opposite to the first direction X1.
  • the second excitation light is P-polarized.
  • the second light source 18 emits second excitation light toward the second wave plate 14 via the polarization separation film 15.
  • the excitation light synthesis unit includes a reflection means 19 between the first and second wave plates 13 and 14.
  • the reflection means 19 reflects the second excitation light incident through the polarization separation film 15 toward the polarization separation film 15 and transmits the first excitation light. That is, the first excitation light travels straight without being reflected by the reflecting means 19.
  • the reflection means 19 is a member in which a through hole (hereinafter referred to as a hole 20) along the traveling path of the first excitation light is formed in the reflection mirror that reflects the excitation light.
  • the reflecting means 19 may be a member in which a region other than the region irradiated with the first excitation light on the outer peripheral surface of the transmissive member that transmits the excitation light is covered with a reflective coat that reflects the excitation light. .
  • a reflective coat that reflects the excitation light.
  • the outer peripheral surface irradiated with the first excitation light when the first excitation light passes through the transmissive member, or the first excitation light is emitted.
  • At least one of the outer peripheral surfaces may be covered with an AR coat that prevents reflection of excitation light.
  • the second light source 18 irradiates the region other than the hole 20 of the reflecting means 19 with the second excitation light.
  • the traveling direction of the second excitation light applied to the reflecting means 19 is changed by the reflecting means 19.
  • the second excitation light reflected by the reflecting means 19 travels in the first direction X1, passes through the second wavelength plate 14, and reaches the polarization separation film 15.
  • the light source unit 11 includes a third light source 21 on the same side as the second light source 18 with respect to the polarization separation film 15.
  • the third light source 21 emits the third excitation light in the second direction X2.
  • the third excitation light is P-polarized light. Therefore, the third excitation light passes through the deflection separation film 13.
  • FIGS. 7A, 7B, and 7C show the travel paths of the first, second, and third excitation light emitted from the first, second, and third light sources 12, 18, 21, respectively. It is a figure for demonstrating.
  • the traveling path of the first excitation light L1 emitted from the first light source 12 will be described.
  • the first excitation light L1 that is P-polarized light is emitted from the first light source 12 and travels in the first direction X1, and the first and second wave plates 13, 14 and reaches the polarization separation film 15. Accordingly, the first excitation light L1 is converted to S-polarized light when reaching the polarization separation film 15. Since the first excitation light L1 passes through the hole 20, it is not reflected by the reflecting means 19.
  • the first excitation light L1 that has reached the polarization separation film 15 Since the first excitation light L1 that has reached the polarization separation film 15 has been converted to S-polarized light, it is reflected by the polarization separation film 15 in the second direction X2. As a result, the first excitation light L1 is emitted in the second direction X2.
  • the traveling path of the second excitation light L2 emitted from the second light source 18 will be described.
  • the second excitation light L 2 that is P-polarized light is emitted from the second light source 18, travels in the third direction X 3, and reaches the polarization separation film 15. Since the second excitation light L2 that has reached the polarization separation film 15 is P-polarized light, it passes through the polarization separation film 15.
  • the second excitation light L2 that has passed through the polarization separation film 15 reaches a region other than the hole 20 of the reflecting means 19.
  • the second excitation light L2 that has reached the reflecting means 19 is reflected by the reflecting means 19 and proceeds to the polarization separation film 15 along the first direction X1.
  • the second excitation light L2 reflected by the reflecting means 19 and traveling toward the polarization separation film 15 passes through the second wave plate 14 twice before and after the reflection by the reflecting means 19. Accordingly, the second excitation light L2 reflected by the reflecting means 19 and traveling toward the polarization separation film 15 is converted from P-polarized light to S-polarized light.
  • the second excitation light L 2 that has reached the polarization separation film 15 after being converted to S-polarized light is reflected by the polarization separation film 15. As a result, the second excitation light L2 is emitted in the second direction X2.
  • the traveling path of the third excitation light L3 emitted from the third light source 21 will be described.
  • the third excitation light L3 that is P-polarized light is emitted from the third light source 21 in the second direction X2, and then reaches the polarization separation film 15.
  • the third excitation light L3 that has reached the polarization separation film 15 is transmitted through the polarization separation film 15 because it is the Pth polarization. Therefore, the third excitation light L3 is emitted in the second direction X2 without changing the traveling path.
  • the first, second, and third excitation lights L1, L2, and L3 emitted from the first, second, and third light sources 12, 18, and 21 are collected into one excitation light group. Are emitted in the second direction X2.
  • the excitation light synthesis unit can emit one excitation light group collected in a narrower range.
  • the polarization separation film 15 is provided stepwise along the first direction X1 and the second direction X2, and the first and second excitation lights L1 and L2 reflected by the polarization separation film 15 are provided in the first direction. You may collect in X1.
  • the excitation light synthesizing unit is more advantageous when collecting excitation light emitted from a light source (laser emitter equipped with a cooling member such as a heat sink) that cannot be arranged densely.
  • the light source unit 11 further includes a third light source 21 that emits excitation light in a second direction X2 different from the first and third directions X1 and X3. Since the excitation light synthesis unit emits the first, second, and third excitation lights L1, L2, and L3 incident from three different directions in one direction (second direction X2), the excitation light synthesis unit has a narrower range. The collected excitation light group can be emitted.
  • excitation light emitted from 27 light sources is perpendicular to the second direction X2. Is incident on a virtual plane F that intersects The area of the virtual surface F is smaller than the area of the virtual surface on which the excitation light from the light sources arranged in an array of 27 is incident.
  • the excitation light is further narrowed. Can be collected.
  • the light source device to which the light source unit according to this embodiment can be applied is the same as the light source device 10 (FIG. 4) to which the light source unit 11 according to the first embodiment can be applied, description of the light source device is omitted. Moreover, the same code
  • FIG. 8 is a perspective view of the light source unit according to this embodiment.
  • the light source unit 22 includes a first light source 12, a second light source 18, and an excitation light synthesis unit.
  • the excitation light synthesis unit includes first and second wave plates 13 and 14, a polarization separation film 15, and a reflection means 19.
  • the polarization separation film 15 is formed inside a synthesis element 25 having a cubic shape formed by bonding two prisms 23 having a triangular pyramid shape and two prisms 24 having a quadrangular pyramid shape. Yes.
  • FIG. 9 is a perspective view of the synthesis element 25. As shown in FIG. 9, the polarization separation film 15 is formed on the cross section of the combining element 25 passing through the center of gravity of the combining element 25 and the four apexes P1, P2, P3, and P4.
  • the combining element 25 includes a polarization separation film 26 that intersects with the polarization separation film 15 at an angle. That is, the excitation light synthesis unit of this embodiment includes the first polarization separation film 15 and the second polarization separation film 26.
  • the second polarization separation film 26 is formed on the cross section of the synthesis element 25 passing through the center of gravity of the synthesis element 25 and the four apexes P1, P3, P5, and 56.
  • the light source unit 22 includes a third light source 21 that emits third excitation light that is S-polarized light.
  • the third light source 21 emits third excitation light in a fourth direction X4 that intersects with a virtual plane including the first direction X1 and the second direction X2.
  • the excitation light synthesis unit includes third and fourth wave plates 27 and 28.
  • the third wave plate 27 is provided on the traveling path of the third excitation light emitted from the third light source 21, and the fourth wave plate 28 is transmitted through the third wave plate 27. It is provided on the traveling path of the excitation light.
  • the second polarization separation film 26 reflects the S-polarized light incident from the fourth direction X4 on the traveling path of the third excitation light that has passed through the fourth wave plate 28 in the second direction X2. Is arranged.
  • the light source unit 11 includes a fourth light source 29 that emits fourth excitation light on the side opposite to the third light source 21 with respect to the second polarization separation film 26.
  • the fourth light source 29 emits the fourth excitation light in a fifth direction X5 different from the fourth direction X4.
  • the fifth direction X5 is a direction opposite to the fourth direction X4.
  • the fourth excitation light is S-polarized light.
  • the fourth light source 29 emits the fourth excitation light toward the fourth wave plate 28 via the second polarization separation film 26.
  • the excitation light synthesis unit includes a reflecting means 30 between the third and fourth wave plates 27 and 28. That is, the excitation light combining unit according to the present embodiment includes the first reflecting means 19 and the second reflecting means 30.
  • the second reflecting means 30 reflects the fourth excitation light incident through the second polarization separation film 26 toward the second polarization separation film 26 and transmits the third excitation light. That is, the third excitation light travels straight without being reflected by the second reflecting means 30.
  • the second reflecting means 30 is a member in which a through hole (hereinafter referred to as a hole 20) along the traveling path of the third excitation light is formed in the reflection mirror that reflects the excitation light.
  • the second reflecting means 30 is a member in which a region other than the region irradiated with the third excitation light on the outer peripheral surface of the transmissive member that transmits the excitation light is covered with a reflective coat that reflects the excitation light. May be.
  • the outer peripheral surfaces of the transmitting member of the second reflecting means 30 the outer peripheral surface irradiated with the third excitation light when the third excitation light is transmitted through the transmitting member, or the third excitation light is At least one of the emitted outer peripheral surfaces may be covered with an AR coat that prevents reflection of excitation light.
  • the third light source 21 irradiates the region other than the hole 20 formed in the second reflecting means 30 with the fourth excitation light.
  • the traveling direction of the fourth excitation light applied to the second reflecting means 30 is changed by the second reflecting means 30.
  • the fourth excitation light reflected by the second reflecting means 30 travels in the fourth direction X4, passes through the second wavelength plate 14, and reaches the second polarization separation film 26.
  • FIGS. 10A, 10B, 10C, and 10D are perspective views of the synthesizing element 25 for explaining the traveling paths of the first, second, third, and fourth excitation lights, respectively. is there.
  • the traveling path of the first excitation light L1 emitted from the first light source 12 will be described.
  • the first excitation light L1 that is P-polarized light is emitted from the first light source 12 and travels in the first direction X1, and the first and second wavelengths. It passes through the plates 13 and 14 and reaches the first polarization separation film 15. Therefore, the first excitation light L 1 that is P-polarized light is converted to S-polarized light when it reaches the first polarization separation film 15. Since the first excitation light L1 passes through the hole 20 of the first reflecting means 19, it is not reflected by the first reflecting means 19.
  • the first excitation light L1 that has reached the first polarization separation film 15 is converted to S-polarized light, it is reflected by the first polarization separation film 15 in the second direction X2. As a result, the first excitation light L1 travels in the second direction X2.
  • the first excitation light L1 reaches the second polarization separation film 26.
  • the first excitation light L1 is converted to S-polarized light. Therefore, the first excitation light L1 passes through the second polarization separation film 26. Accordingly, all of the first excitation light L1 is emitted in the second direction X2.
  • the traveling path of the second excitation light L2 emitted from the second light source 18 will be described.
  • the second excitation light L2 that is P-polarized light is emitted from the second light source 18 and travels in the third direction X3.
  • the second excitation light L2 that has reached the first polarization separation film 15 is P-polarized light, it passes through the first polarization separation film 15 and travels toward the first reflection means 19.
  • the second deflection / separation film 26 depends on the angle between the second deflection / separation film 26 and the third direction X3. There is something to reach. Since the second excitation light L2 is P-polarized, when it reaches the second deflection separation film 26, it is reflected by the second deflection separation film 26, and a part of the second excitation light L2 is the first reflection means 19. May not reach. In order to allow more second excitation light L2 to reach the first reflecting means 19, it is preferable to provide the second deflection separation film 26 in parallel with the third direction X3.
  • the second excitation light L 2 that has reached the first reflecting means 19 is reflected by the first reflecting means 19 in the first direction X 1 and proceeds to the first polarization separation film 15.
  • the second excitation light L2 reflected by the first reflection means 19 and traveling toward the first polarization separation film 15 passes through the second wave plate 14 twice before and after reflection by the first reflection means 19. is doing. Therefore, the second excitation light L2 reflected by the first reflecting means 19 and traveling toward the first polarization separation film 15 is converted from P-polarized light to S-polarized light.
  • the second excitation light L2 that has reached the first polarization separation film 15 after being converted to S-polarized light is reflected by the first polarization separation film 15 in the second direction X2.
  • a part of the second excitation light L 2 reflected by the first polarization separation film 15 reaches the second polarization separation film 26. Since the second excitation light L2 is converted into S-polarized light, it passes through the second polarization separation film 26. Accordingly, all of the second excitation light L2 reflected by the first polarization separation film 15 is emitted in the second direction X2.
  • the traveling path of the third excitation light L3 emitted from the third light source 21 will be described.
  • the third excitation light L3 that is S-polarized light is emitted from the third light source 21 and travels in the fourth direction X4, and the third and fourth wavelengths. It passes through the plates 27 and 28 and reaches the second polarization separation film 26. Therefore, the third excitation light L3 is converted to P-polarized light when reaching the second polarization separation film 26. Note that the third excitation light L3 is not reflected by the second reflecting means 30 because it passes through the hole 20 of the second reflecting means 30.
  • the third excitation light L3 that has reached the second polarization separation film 26 is converted to P-polarized light, it is reflected by the second polarization separation film 26 in the second direction X2. As a result, the third excitation light L3 travels in the second direction X2.
  • the third excitation light L 3 reaches the first polarization separation film 15.
  • the third excitation light L3 is converted to P-polarized light. Therefore, the third excitation light L3 is transmitted through the first polarization separation film 15. Therefore, all of the third excitation light L3 is emitted in the second direction X2.
  • the traveling path of the fourth excitation light L4 emitted from the fourth light source 29 will be described.
  • the fourth excitation light L4 that is S-polarized light is emitted from the fourth light source 29 and travels in the fifth direction X5, and the second polarization separation film 26 is obtained.
  • the fourth excitation light L4 that has reached the second polarization separation film 26 is S-polarized light, it passes through the second polarization separation film 26 and travels toward the second reflecting means 30.
  • the first deflection / separation film 15 depends on the angle between the first deflection / separation film 15 and the fifth direction X5. There is something to reach. Since the fourth excitation light L4 is S-polarized, when it reaches the first deflection separation film 15, it is reflected by the first deflection separation film 15, and a part of the fourth excitation light L4 is second reflection means 30. May not reach. In order to make more fourth excitation light L4 reach the second reflecting means 30, it is preferable to provide the first deflection separation film 15 in parallel with the fifth direction X5.
  • the fourth excitation light L4 that has reached the second reflecting means 30 is reflected by the second reflecting means 30 in the fourth direction X4 and travels toward the second polarization separation film 26.
  • the fourth excitation light L4 reflected by the second reflecting means 30 and traveling toward the second polarization separation film 26 passes through the fourth wave plate 28 twice before and after reflection by the second reflecting means 30. is doing. Therefore, the fourth excitation light L4 reflected by the second reflecting means 30 and traveling toward the second polarization separation film 26 is converted from S-polarized light to P-polarized light.
  • the fourth excitation light L4 that has reached the second polarization separation film 26 after being converted to P-polarized light is reflected by the second polarization separation film 26 in the second direction X2.
  • Part of the fourth excitation light L 4 reflected by the second polarization separation film 26 reaches the first polarization separation film 15. Since the fourth excitation light L4 is converted to P-polarized light, it passes through the first polarization separation film 15. Therefore, all of the fourth excitation light L4 is emitted in the second direction X2.
  • the first, second, third, and fourth excitation lights L1, L2, L3, and L4 emitted from the first, second, third, and fourth light sources 29 are one excitation light group. And are emitted in the second direction X2.
  • the excitation light synthesis unit can emit one excitation light group collected in a narrower range.
  • the light source unit 22 according to the present embodiment is also more advantageous when collecting excitation light emitted from a light source (laser light emitting device including a cooling member such as a heat sink) that cannot be densely arranged.
  • a light source laser light emitting device including a cooling member such as a heat sink
  • excitation light emitted from 36 light sources is second. Is incident on a virtual plane G that intersects perpendicularly with the direction X2.
  • the area of the imaginary plane G is smaller than the area of the imaginary plane where the excitation light from the light sources arranged in an array of 36 is incident.
  • FIG. 11 is a perspective view of the light source unit according to this embodiment.
  • the light source unit 31 includes a first light source 12, a second light source 18, a third light source 21, a fourth light source 29, and an excitation light combining unit.
  • the excitation light synthesis unit includes first and second wave plates 13 and 14, a first polarization separation film 15, a first reflecting means 19, third and fourth wave plates 27 and 28, a second wave plate
  • the polarization separation film 26 and the second reflecting means 30 are provided.
  • the excitation light synthesis unit includes fifth, sixth, seventh and eighth wave plates 32, 33, 34, and 35.
  • the fifth wave plate 32 is provided on the traveling path of the second excitation light emitted from the second light source 18, and the sixth wave plate 33 transmits the second wave plate 32 that has passed through the fifth wave plate 32. It is provided on the traveling path of the excitation light.
  • the seventh wave plate 34 is provided on the traveling path of the fourth excitation light emitted from the fourth light source 29, and the eighth wave plate 35 is the fourth wave that has passed through the seventh wave plate 34. It is provided on the traveling path of the excitation light.
  • the excitation light synthesis unit includes a third reflecting means 36 provided between the fifth and sixth wave plates 32 and 33, and a third reflector provided between the seventh and eighth wave plates 34 and 35. 4 reflecting means 37.
  • the second light source 18 according to the present embodiment emits second excitation light that is S-polarized light
  • the fourth light source 29 emits fourth excitation light that is P-polarized light.
  • the third reflecting means 36 reflects the first excitation light incident through the first polarization separation film 15 toward the first polarization separation film 15 and transmits the second excitation light. That is, the second excitation light travels straight without being reflected by the third reflecting means 36.
  • the third reflecting means 36 is a member in which a through hole (hereinafter referred to as a hole 20) along the traveling path of the second excitation light is formed in the reflection mirror that reflects the excitation light.
  • the third reflecting means 36 is a member in which a region other than the region irradiated with the second excitation light on the outer peripheral surface of the transmissive member that transmits the excitation light is covered with a reflection coat that reflects the excitation light. May be.
  • the outer peripheral surface irradiated with the second excitation light when the second excitation light is transmitted through the transmission member, or the second excitation light is At least one of the emitted outer peripheral surfaces may be covered with an AR coat that prevents reflection of excitation light.
  • the fourth reflecting means 37 reflects the third excitation light incident through the second polarization separation film 26 toward the second polarization separation film 26 and transmits the fourth excitation light. That is, the third excitation light travels straight without being reflected by the fourth reflecting means 37.
  • the fourth reflecting means 37 is a member in which a through hole (hereinafter referred to as a hole 20) along the traveling path of the fourth excitation light is formed in the reflection mirror that reflects the excitation light.
  • the fourth reflecting means 37 is a member in which a region other than the region irradiated with the fourth excitation light on the outer peripheral surface of the transmission member that transmits the excitation light is covered with a reflection coat that reflects the excitation light. May be.
  • the outer peripheral surface irradiated with the fourth excitation light when the fourth excitation light is transmitted through the transmission member, or the fourth excitation light is At least one of the emitted outer peripheral surfaces may be covered with an AR coat that prevents reflection of excitation light.
  • FIG. 12 shows the first, second, third and fourth light sources 12, 18, 21, 29, first and second wave plates 13, 14, and first reflecting means from the light source unit 31 shown in FIG. 19 is a perspective view showing a state where the fifth and sixth wave plates 32 and 33 and the third reflecting means 35 are removed.
  • the light source unit 31 includes a fifth light source 38 that emits fifth excitation light in the second direction X2.
  • the third light source 21 emits fifth or sixth excitation light that is P-polarized light or S-polarized light.
  • the excitation light combining unit that collects and emits the excitation light emitted from the first, second, third, fourth, and fifth light sources 12, 18, 21, 29, and 38 into one excitation light group.
  • the mechanism will be described with reference to FIGS.
  • the traveling path of the excitation light emitted from the first light source 12 and the third light source 21 is the same as the traveling path of the light source unit 22 according to the second embodiment, the description thereof is omitted. .
  • FIGS. 13A, 13B, and 13C are diagrams for explaining the traveling paths of the excitation light emitted from the second, fourth, and fifth light sources 18, 29, and 38, respectively. .
  • the traveling path of the second excitation light L2 emitted from the second light source 18 will be described.
  • the second excitation light L2 that is S-polarized light is emitted from the second light source 18 and travels in the third direction X3, and the fifth and sixth wavelengths. It passes through the plates 32 and 33 and reaches the first polarization separation film 15. Therefore, the second excitation light L2 is converted to P-polarized light when reaching the first polarization separation film 15. Since the second excitation light L2 passes through the hole 20 of the third reflecting means 35, it is not reflected by the third reflecting means 35.
  • the second excitation light L2 that has reached the first polarization separation film 15 is converted to P-polarized light, it passes through the first polarization separation film 15 and travels toward the first reflection means 19.
  • the subsequent travel path of the second excitation light L2 is the same as the travel path of the second excitation light L2 according to the second embodiment, and a description thereof will be omitted. Therefore, all of the second excitation light L2 is emitted in the second direction X2.
  • the traveling path of the fourth excitation light L4 emitted from the fourth light source 29 will be described.
  • the fourth excitation light L4 is emitted from the fourth light source 29, and then passes through the seventh and eighth wave plates 34 and 35, and the second excitation light L4.
  • the light reaches the polarization separation film 26. Therefore, the fourth excitation light L4 that is P-polarized light is converted to S-polarized light when it reaches the second polarization separation film 26. Since the fourth excitation light L4 passes through the hole 20 of the fourth reflecting means 37, it is not reflected by the fourth reflecting means 37.
  • the fourth excitation light L4 that has reached the second polarization separation film 26 has been converted to S-polarized light, it passes through the second polarization separation film 26 and travels toward the second reflection means 30.
  • the subsequent travel path of the fourth excitation light L4 is the same as the travel path of the fourth excitation light L4 according to the second embodiment, and a description thereof will be omitted. Therefore, all of the fourth excitation light L4 is emitted in the second direction X2.
  • the traveling path of the fifth or sixth excitation light emitted from the fifth light source 38 will be described.
  • the excitation light emitted from the fifth light source 38 will be described as fifth excitation light L5 that is P-polarized light.
  • the fifth excitation light L5 emitted from the fifth light source 38 reaches either the first polarization separation film 15 or the second polarization separation film 26. To do. Of the fifth excitation light L5 emitted from the fifth light source 38, the light that has reached the first polarization separation film 15 will be described.
  • the fifth excitation light L5 that has reached the first polarization separation film 15 is P-polarized light, it passes through the first polarization separation film 15 and reaches the second polarization separation film 26. Since the fifth excitation light L5 that has reached the second polarization separation film 26 is P-polarized light, it is reflected by the second polarization separation film 26 in the fourth direction X4 and reaches the fourth reflection means 37. To do. The fifth excitation light L5 that has reached the fourth reflecting means 37 is reflected by the fourth reflecting means 37 in the fifth direction X5 and proceeds to the second polarization separation film 26.
  • the fifth excitation light L5 reflected by the fourth reflecting means 37 and traveling toward the second polarization separation film 26 passes through the eighth reflecting plate 35 twice before and after the reflection by the fourth reflecting means 37. is doing. Therefore, the fifth excitation light L5 reflected by the fourth reflecting means 37 and directed to the second polarization separation film 26 is converted from P-polarized light to S-polarized light.
  • the fifth excitation light L5 that has reached the second polarization separation film 26 after being converted to S-polarized light passes through the second polarization separation film 26 and reaches the second reflection means 30.
  • the fifth excitation light L5 that has reached the second reflecting means 30 is reflected by the second reflecting means 35 in the fourth direction X5 and proceeds to the second polarization separation film 26.
  • the fifth excitation light L5 reflected by the second reflecting means 30 and traveling toward the second polarization separation film 26 passes through the fourth wave plate 127 twice before and after reflection by the second reflecting means 30. is doing. Accordingly, the fifth excitation light L5 reflected by the second reflecting means 30 and traveling toward the second polarization separation film 26 is converted from S-polarized light to P-polarized light.
  • the fifth excitation light L5 reflected by the second reflecting means 30 is converted to P-polarized light, it is reflected in the second direction X2 by the second polarization separation film 26, and the second direction X2 Is emitted.
  • the fifth excitation light L5 that first reaches the second polarization separation film 26 is also reflected from the fourth deflection means 37 and the second reflection means 30 to the S deflection or from the S deflection to the P deflection. Then, the light is emitted in the second direction X2.
  • the reflection from the third reflection means 36 and the first reflection means 19 changes the P-polarization to the S-deflection, or The light is emitted in the second direction X2 while changing from S deflection to P deflection.
  • the pumping lights emitted from the first, second, third, fourth, and fifth light sources 12, 18, 21, 29, and 38 are collected in one pumping light group to be second. Is emitted in the direction X2.
  • each excitation light incident on the excitation light synthesis unit from five different directions is one.
  • the light is emitted in the direction (second direction X2). Therefore, the excitation light synthesis unit can emit one excitation light group collected in a narrower range.
  • the light source unit 31 in which nine first, second, third, fourth and fifth light sources 12, 18, 21, 29, and 38 are arranged in an array, 45 light sources are emitted.
  • Excitation light is incident on a virtual plane H that intersects perpendicularly with the second direction X2.
  • the area of the virtual surface H is smaller than the area of the virtual surface on which the excitation light from the light sources arranged in an array of 45 is incident.
  • Light source device 11 Light source unit 12 1st light source 13 1st wavelength plate 14 2nd wavelength plate 15 1st polarization separation film 18 2nd light source 19 1st reflection means 20 Hole 21 3rd light source 22
  • Light source Unit 26 second polarization separation film 27 third wave plate 28 fourth wave plate 29 third light source 30 second reflecting means 31 light source unit 32 fifth wave plate 33 sixth wave plate 34 seventh Wave plate 35 Eight wave plate 36
  • Third reflecting means 37 Fourth reflecting means 38 Fifth light source

Abstract

　複数の異なる方向から入射された励起光を一の方向へ出射することができる励起光合成ユニットを提供する。　励起光合成ユニットは、偏向分離膜（１５）と、第１および第２の１／４波長板（１３，１４）と、反射手段（１９）と、を備えている。偏向分離膜は（１５）、Ｐ偏光である励起光を透過し、Ｓ偏光である励起光を反射する。第１および第２の１／４波長板（１３，１４）は、偏光分離膜（１５）へ向かう第１の励起光（Ｌ１）の進行経路上に設けられている。反射手段（１９）は、第１および第２の１／４波長板（１３，１４）の間に設けられ、偏光分離膜（１５）を介して入射された第２の励起光（Ｌ２）を偏光分離膜（１５）へ向けて反射する。反射手段（１９）には、第１の励起光（Ｌ１）が通過するための穴（２０）が形成されている。

Description

励起光合成ユニット、光源ユニットおよび投写型表示装置
　本発明は、複数の励起光を集めて一つの励起光群として出射する励起光合成ユニット、該励起光合成ユニットを備えた光源ユニット、および該光源ユニットを備えた投写型表示装置に関する。
　パーソナルコンピュータの画面やビデオの画像等をスクリーンに投影する投写型表示装置が知られている。投写型表示装置は、光源装置と、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）やＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）パネル等の、光を変調する表示デバイスとを備えている。光源装置からの光が表示デバイスにより変調されて、所望の画像がスクリーンに表示される。
　投写型表示装置から投影される画像の明るさは、投写型表示装置内に設けられた光源装置が発する光の明るさにより決まる。そのため、投写型表示装置には、比較的明るい光を発することができる高圧水銀ランプを含む光源装置が用いられていた。
　しかしながら、高圧水銀ランプは水銀を含んでいるため、高圧水銀ランプを廃棄する際に水銀が周囲に漏出して環境を汚染する虞があった。そこで、特開２００９－２７７５１６号公報（以下、特許文献１とする）では、水銀といった環境汚染物質を含まない光源装置として、蛍光体を有する光源装置が提案されている。
　特許文献１に開示されている光源装置は、励起されることによって光を発する蛍光体と、該蛍光体を励起させるための青色帯域の励起光を出射する励起光源と、を備えている。励起光源から出射された励起光が蛍光体に照射されることによって蛍光体が励起され、蛍光体は赤色帯域光や緑色帯域光といった青色帯域光以外の光を発する。光源装置は蛍光体が発した光（以下、蛍光光という）を表示デバイスに入射し、投写型表示装置は画像をスクリーンに表示する。
　投写型表示装置により投影される画像の明るさは、光源装置が発する光の明るさに依存する。特許文献１に開示されている光源装置が発する光の明るさ、すなわち蛍光光の明るさは、蛍光体に照射される励起光の光量に依存する。そこで、特開２０１１－１３３１３号公報（以下、特許文献２とする）では、複数の励起光源をアレイ状に配置した光源装置が開示されている。
　特許文献２に開示されている光源装置について、図１を用いて説明する。
　図１は、特許文献２に開示されている光源装置の平面模式図である。図１に示すように、光源装置１は、蛍光体の層が形成されている蛍光ホイール２と、当該蛍光体を励起させるための励起光を出射する複数の光源３とを備えている。
　複数の光源３は第１の方向Ｘへ向かって励起光を出射する。光源３には、光源３から出射された励起光を平行光に変換するコリメータレンズ４が設けられている。したがって、それぞれの光源３から出射された励起光を含む励起光群は、第１の方向Ｘと垂直に交わる仮想面Ａに入射され、広がることなく進行する。
　光源３から出射された励起光の進行方向に蛍光ホイール２が配置されており、光源３と蛍光ホイール２との間に集光レンズ群５が配置されている。光源３から出射された励起光群は集光レンズ群５によって集光されて蛍光ホイール２の蛍光体の層に照射される。
　蛍光ホイール２の蛍光体の層に励起光が照射されて、蛍光体は蛍光光を出射する。当該蛍光光は、光源３側へ拡散しながら集光レンズ群５を通過し、集光レンズ群５により仮想面Ａ内に納まった平行光に変換されて光源３へ向かう。
　集光レンズ群５と光源３との間には、励起光を通過させかつ蛍光光を反射するダイクロイックミラー６が配設されている。したがって、集光レンズ群５を通過した蛍光光は、ダイクロイックミラー６により反射されて第１の方向Ｘと交わる反射方向Ｒへ進む。ダイクロイックミラー６により反射された蛍光光は、反射方向Ｒと垂直に交わる仮想面Ｂに入射され、その後、光源装置１の外部へ出射される。
　ところで、光源装置から出射された光のうち、表示デバイスに集光可能な光は、光学系における光の特性の一つであるエテンデュー（Ｅｔｅｎｄｕｅ）によって関係づけられていることが知られている。光源装置を含む光源側光学系のエテンデューと表示デバイスを含む投影側光学系のエテンデューとが所定の条件を満たしていない場合、光源装置から出射された光の明るさが十分に表示デバイスに集光されない。すなわち、光源装置から出射された光のうち、表示デバイスの変調に利用されない光が増加し、投写型表示装置により投影される画像の明るさが低下する。
　ここで、光源装置から出射された光をより多く利用するための、光源側光学系のエテンデューと投影側光学系のエテンデューとの間の条件を説明する。
　特開２００５－３４５７６７号公報（特許文献３）によれば、ＬＥＤ光源といった面光源を含む光源側光学系のエテンデューは次の式で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　また、特表２００７－５０７７５５号公報（特許文献４）によれば、表示デバイスを含む投影側光学系のエテンデューは次の式で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
　例えば、表示デバイスとしてＤＭＤを用いた場合には、次の式が成り立っていれば、表示デバイスは光源装置から出射された光を比較的多く利用することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  
　また、表示デバイスとしてＬＣＤパネルを用いた場合には、次の式が成り立っていれば、表示デバイスは光源装置から出射された光を比較的多く利用することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  
　数１ないし数４からわかるように、光源装置から出射された光をより高い効率で利用するためには、光源装置の出射面積がより小さく、表示デバイスの面積がより大きいことが好ましい。
　表示デバイスの面積をより大きくすると、表示デバイスの外形寸法がより大きくなり、投写型表示装置の大型化を招く。また、表示デバイスは投写型表示装置を構成する部品の中でも比較的高額であるため、表示デバイスをより大きくすると表示デバイスがより高額になり、投写型表示装置の製造コストが増加してしまう。そのため、光源装置の出射面積を小さくすることが求められている。
　特許文献２で開示されている光源装置１の出射面積は、図１に示すように、仮想面Ｂの面積に相当する。また、仮想面Ｂの面積は、仮想面Ａの面積に依存する。すなわち、光源３の数を増やすと仮想面Ａの面積が大きくなり、光源装置１の出射面積が大きくなってしまう。そのため、特許文献２で開示されている光源装置１では、出射面積の制約のため光源３の数を増やすことができず、光源装置１の明るさの向上に限界があった。
　特に、励起光を出射する光源３は発熱を伴うことが多い。そのため、光源３同士を近接して配置すると光源３の熱を効率よく放出することができず、光源３の寿命が低下しやすい。光源３同士の間に十分な隙間を設ける必要があるため、特許文献２に開示されている光源装置１では励起光を出射する光源３の数がより制限されていた。そこで、本発明者は、アレイ状に配置された光源３のそれぞれから出射された励起光をより狭い範囲内に集めて一つの励起光群として出射する光源ユニットを考え出した。
　本発明者が考え出した光源ユニットについて、図２および図３を用いて説明する。
　図２は本発明者が考え出した光源ユニットの斜視図であり、図３は、図２に示す光源ユニットを用いた光源装置の平面模式図である。なお、図１に示される構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
　図２および図３に示すように、光源ユニット７は、第１の方向Ｘ１へ励起光を出射する複数の光源３と、光源３から出射された励起光の進行経路上にそれぞれ設けられた複数の反射ミラー８と、を備えている。反射ミラー８は、当該励起光を第１の方向Ｘ１と交わる第２の方向Ｘ２へ反射する。
　隣り合う反射ミラー８の第１の方向Ｘ１における間隔Ｄ１は、隣り合う反射ミラー８の第２の方向Ｘ２における間隔Ｄ２よりも小さい。そのため、第２の方向Ｘ２と垂直に交わり、第２の方向Ｘ２へ進む励起光群が入射される仮想面Ｃの面積は、第１の方向Ｘ１と垂直に交わり、第１の方向Ｘ１へ進む励起光群が入射される仮想面Ｄの面積よりも小さくなる。
　例えば、光源３としてφ５ｍｍの平行光を出射するものを用い、縦方向（図３の紙面奥行方向）に３行、横方向（図３の紙面左右方向）に８列アレイ状に配置された２４個の光源３から出射された励起光群について考える。隣り合う光源３同士の間隔を１２ｍｍとすると、仮想面Ｄは、横方向の寸法が約９０ｍｍ、縦方向の寸法が約３０ｍｍの長方形になる。また、反射ミラー８の第１の方向Ｘ１における間隔Ｄ１を５ｍｍとすると、仮想面Ｃは、横方向（図３の紙面上下方向）の寸法が約４０ｍｍ、縦方向（図３の紙面奥行方向）寸法が約３０ｍｍの長方形になる。
　このように、図２および図３に示す光源ユニット７は、アレイ状に配置された光源３からそれぞれ出射された励起光をより狭い範囲に集めて第２の方向Ｘ２へ出射する。したがって、光源ユニット７を用いる光源装置９では、図１に示す光源装置１に比べて光源装置９の出射面積を大きくすることなく光源３の数を増やすことができる。その結果、出射面積を維持したまま光源装置９の明るさが向上し、表示デバイスの大型化やコストアップを招くことなく投写型表示装置により投影される画像が明るくなる。
　しかしながら、図２および図３に示す反射ミラー８は、一方向を向いている仮想面Ｄへ入射出射された複数の励起光を仮想面Ｃ内に集めることしかできない。すなわち、反射ミラー８は、複数の異なる方向から入射された励起光を一の方向へ出射できないため、出射面積を大きくすることなく光源の数をさらに増やすことができなかった。
特開２００９－２７７５１６号公報 特開２０１１－１３３１３号公報 特開２００５－３４５７６７号公報 特表２００７－５０７７５５号公報
　そこで、本発明の目的の一例は、複数の異なる方向から入射された励起光を一の方向へ出射することができる励起光合成ユニットを提供することにある。
　本発明に係る励起光合成ユニットの一つの態様は、偏向分離膜と、第１および第２の１／４波長板と、反射手段と、を備えている。偏向分離膜は、Ｐ偏光である励起光を透過し、Ｓ偏光である励起光を反射する。第１および第２の１／４波長板は、偏光分離膜へ向かう第１の励起光の進行経路上に設けられている。反射手段は、第１および第２の１／４波長板の間に設けられ、偏光分離膜を介して入射された第２の励起光を該偏光分離膜へ向けて反射し、第１の励起光を透過する。
　本発明の励起光合成ユニットによれば、複数の異なる方向から入射された励起光をより狭い範囲に集めて一の方向へ出射することができる。
特許文献２に開示されている光源装置の平面模式図である。 アレイ状に配置された光源のそれぞれから出射された励起光をより狭い範囲内に集めて一つの励起光群として出射する光源ユニットの斜視図である。 図２に示す光源ユニットを備えた光源装置の平面模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る光源ユニットを備えた光源装置の平面模式図である。 第１の実施形態例に係る光源ユニットの斜視図である。 第１の実施形態例に係る光源ユニットの上面図である。 第１の実施形態例に係る光源ユニットにおいて、第１、第２および第３の光源から出射された励起光の進行経路を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態例に係る光源ユニットの斜視図である。 第２の実施形態例に係る光源ユニットに用いられている合成素子の斜視図である。 第２の実施形態例に係る光源ユニットにおいて、第１、第２、第３および第４の光源から出射された励起光の進行経路を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態例に係る光源ユニットの斜視図である。 図１１に示す光源ユニットから、第１、第２、第３および第４の光源、第１および第２の波長板、第１の反射手段、第５および第６の波長板並びに第３の反射手段を除去した状態の斜視図である。 第３の実施形態例に係る光源ユニットにおいて、第２、第４および第５の光源から出射された励起光の進行経路を説明するための図である。
　以下、本発明の実施形態例について、図面を用いて詳細に説明する。なお、図１および図３に示される構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
　（第１の実施形態例）
　図４は、本発明の第１の実施形態に係る光源ユニットを備えた光源装置の平面模式図である。図４に示すように、光源装置１０は、蛍光体の層が形成されている蛍光ホイール２と、当該蛍光体を励起させるための励起光群を出射する光源ユニット１１と、を備えている。光源ユニット１１から出射された励起光群は、励起光群の進行方向と交わる方向に広がることなく蛍光ホイール２へ向かって進む。すなわち、励起光群は、当該進行方向と垂直に交わる仮想面Ｅに入射される。
　光源ユニット１１と蛍光ホイール２の間には、光源ユニット１１から出射された励起光群を集光する集光レンズ群５が配置されている。また、光源ユニット１１と集光レンズ群５との間には、励起光を通過させかつ蛍光光を反射するダイクロイックミラー６が配設されている。
　光源ユニット１１から出射された励起光群は、ダイクロイックミラー６を通過し、集光レンズ群５により集光されて蛍光ホイール２の蛍光体に照射される。励起光群によって蛍光体が励起され、当該蛍光体は蛍光光を出射する。
　蛍光ホイール２の蛍光体から出射された蛍光光は、光源ユニット１１側へ向かって拡散しながら進む。当該蛍光光は、集光レンズ群５により仮想面Ｅ内に収まった平行光に変換されてダイクロイックミラー６へ向かう。ダイクロイックミラー６へ到達した蛍光光は、ダイクロイックミラー６により反射されて、光源ユニット１１から出射された励起光群の進行方向と交わる反射方向Ｒへ進み、光源装置１０の外部へ出射される。
　ここで、光源ユニット１１の構造について、図５および図６を用いて説明する。図５は、図４に示す光源ユニット１１の斜視図である。図６は、図５に示す光源ユニット１１を白抜き矢印の方向から見たときの上面図である。
　図５および図６に示すように、光源ユニット１１は、蛍光ホイール２（図２）の蛍光体を励起する第１の励起光を第１の方向Ｘ１へ出射する第１の光源１２を備えている。第１の励起光は、Ｐ偏光である。
　Ｐ偏光であり、蛍光ホイール２（図２）の蛍光体を励起する励起光を出射する第１の光源１２としては、発光ダイオードやレーザー発光器が挙げられる。
　第１の光源１２には、点光源から出射された光を平行光に変換するコリメータレンズ４が設けられている。したがって、第１の光源１２が発光ダイオードの場合、発光ダイオードから出射された光はコリメータレンズ４によって平行光とされる。第１の光源１２がレーザー発光器の場合、レーザー発光器から出射された光はコリメータレンズ４によって指向性を増した平行光とされる。
　また、光源ユニット１１は、第１の光源１２から出射された第１の励起光を、第１の方向Ｘ１と交わる第２の方向Ｘ２へ出射する励起光合成ユニットを備えている。励起光合成ユニットについて、説明する。
　励起光合成ユニットは、Ｐ偏光を２回透過させることによってＰ偏光をＳ偏光へ変換し、Ｓ偏光を２回透過させることによってＰ偏光へ変換する１／４波長板（以下、単に波長板という）を複数備えている。第１の励起光の進行経路上に第１の波長板１３が設けられており、第１の波長板１３を透過した第１の励起光の進行経路上に第２の波長板１４が設けられている。
　また、励起光合成ユニットは、Ｐ偏光である励起光を透過し、Ｓ偏光である励起光を反射する偏光分離膜１５を備えている。偏向分離膜１５は、第１および第２の波長板１３，１４を透過した第１の励起光の進行経路上に設けられており、第１の方向Ｘ１から入射されたＳ偏光である励起光を第２の方向Ｘ２へ反射する。
　本実施形態例では、偏光分離膜１５は、直角二等辺三角柱形状を有する２つのプリズム１６を貼り合わせて形成された直方体形状を有する合成素子１７の内部に設けられている。
　具体的には、貼り合わされた２つのプリズム１６の対向する面のうちの、一方の面に偏向分離膜１５が蒸着されている。他方の面に接着剤が塗布されており、偏向分離膜１５を挟んで２つのプリズム１６が接着されている。すなわち、偏光分離膜１５は、合成素子１７の重心および４つの頂点を通る合成素子１７の断面に形成されている。
　光源ユニット１１は、偏光分離膜１５に関して第１の光源１２とは反対の側に、第２の励起光を出射する第２の光源１８を備えている。第２の光源１８は、第１の方向Ｘ１とは異なる第３の方向Ｘ３へ第２の励起光を射出する。例えば、第３の方向Ｘ３は、第１の方向Ｘ１とは反対の方向である。
　本実施形態例では第２の励起光はＰ偏向である。第２の光源１８は、偏光分離膜１５を介して第２の波長板１４へ向けて第２の励起光を出射する。
　励起光合成ユニットは、第１および第２の波長板１３，１４の間に、反射手段１９を備えている。反射手段１９は、偏光分離膜１５を介して入射された第２の励起光を偏光分離膜１５へ向けて反射し、第１の励起光を透過する。すなわち、第１の励起光は反射手段１９により反射なされることなく直進する。
　本実施形態では、反射手段１９は、励起光を反射する反射ミラーに、第１の励起光の進行経路に沿った貫通穴（以下、穴２０）が形成された部材である。
　なお、反射手段１９は、励起光を透過する透過部材の外周表面のうち第１の励起光が照射される領域以外の領域が励起光を反射する反射コートで覆われた部材であってもよい。このような反射手段１９の透過部材の外周表面のうち、第１の励起光が透過部材を透過する際に該第１の励起光が照射する外周表面、または第１の励起光が出射される外周表面の少なくとも一方が、励起光の反射を防止するＡＲコートで覆われていてもよい。
　第２の光源１８は、反射手段１９の穴２０以外の領域に第２の励起光を照射する。反射手段１９に照射された第２の励起光は、反射手段１９によって進行方向が変えられる。反射手段１９により反射された第２の励起光は、第１の方向Ｘ１へ進み、第２の波長板１４を透過して偏光分離膜１５へ到達する。
　さらに、光源ユニット１１は、偏光分離膜１５に関して第２の光源１８と同じ側に第３の光源２１を備えている。第３の光源２１は、第３の励起光を第２の方向Ｘ２へ出射する。なお、本実施形態例では、第３の励起光は、Ｐ偏光からなる。したがって、第３の励起光は偏向分離膜１３を透過する。
　次に、第１，第２および第３の光源１２，１８，２１から出射された第１，第２および第３の励起光を１つの励起光群に集めて出射する励起光合成ユニットのメカニズムについて、図７を用いて説明する。図７（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、第１，第２および第３の光源１２，１８，２１から出射された第１，第２および第３の励起光の進行経路を説明するための図である。
　まず、第１の光源１２から出射される第１の励起光Ｌ１の進行経路について説明する。図７（ａ）に示すように、Ｐ偏向である第１の励起光Ｌ１は、第１の光源１２から出射されて第１の方向Ｘ１へ進行し、第１および第２の波長板１３，１４を通過して偏光分離膜１５へ到達する。したがって、第１の励起光Ｌ１は、偏光分離膜１５へ到達する際にはＳ偏光に変換されている。なお、第１の励起光Ｌ１は穴２０を通過するため、反射手段１９により反射されない。
　偏光分離膜１５へ到達した第１の励起光Ｌ１は、Ｓ偏光に変換されているため偏光分離膜１５によって第２の方向Ｘ２へ反射される。その結果、第１の励起光Ｌ１は第２の方向Ｘ２へ向かって出射される。
　続いて、第２の光源１８から出射される第２の励起光Ｌ２の進行経路について説明する。図７（ｂ）に示すように、Ｐ偏向である第２の励起光Ｌ２は、第２の光源１８から出射されて第３の方向Ｘ３へ進行し、偏光分離膜１５へ到達する。偏光分離膜１５へ到達した第２の励起光Ｌ２は、Ｐ偏光であるため偏光分離膜１５を透過する。
　偏光分離膜１５を透過した第２の励起光Ｌ２は、反射手段１９の、穴２０以外の領域へ到達する。反射手段１９へ到達した第２の励起光Ｌ２は反射手段１９により反射されて第１の方向Ｘ１に沿って偏光分離膜１５へ進む。
　反射手段１９により反射されて偏光分離膜１５へ向かう第２の励起光Ｌ２は、反射手段１９での反射の前後において、第２の波長板１４を２回通過している。したがって、反射手段１９により反射されて偏光分離膜１５へ向かう第２の励起光Ｌ２は、Ｐ偏光からＳ偏光に変換されている。
　Ｓ偏光に変換された後に偏光分離膜１５へ到達した第２の励起光Ｌ２は、偏光分離膜１５によって反射される。その結果、第２の励起光Ｌ２は第２の方向Ｘ２へ向かって出射される。
　最後に、第３の光源２１から出射される第３の励起光Ｌ３の進行経路について説明する。Ｐ偏向である第３の励起光Ｌ３は、第３の光源２１から第２の方向Ｘ２へ向けて出射された後、偏光分離膜１５へ到達する。偏光分離膜１５へ到達した第３の励起光Ｌ３は、第Ｐ偏光であるため偏光分離膜１５を透過する。したがって、第３の励起光Ｌ３は進行経路を変えることなく第２の方向Ｘ２へ向かって出射される。
　以上のように、第１、第２および第３の光源１２，１８，２１から出射された第１，第２および第３の励起光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、１つの励起光群に集められて第２の方向Ｘ２へ出射される。
　このように、励起光合成ユニットへ異なる２つの方向（第１の方向Ｘ１、第３の方向Ｘ３）から入射された第１および第２の励起光Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ進行経路を変えられて１つの方向（第２の方向Ｘ２）へ出射される。したがって、励起光合成ユニットは、より狭い範囲に集められた一つの励起光群を出射することができる。
　もちろん、偏光分離膜１５を第１の方向Ｘ１および第２の方向Ｘ２に沿って階段状に設け、偏光分離膜１５で反射された第１および第２の励起光Ｌ１，Ｌ２を第１の方向Ｘ１に集めてもよい。
　励起光合成ユニットは、密集して配置することができない光源（ヒートシンクといった冷却部材を備えたレーザー発光器）から出射される励起光を集める場合により有利である。
　また、本実施形態例に係る光源ユニット１１は、第１および第３の方向Ｘ１，Ｘ３とは異なる第２の方向Ｘ２へ励起光を出射する第３の光源２１をさらに備えている。励起光合成ユニットは、３つの異なる方向から入射された第１，第２および第３の励起光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を１つの方向（第２の方向Ｘ２）へ出射されるため、より狭い範囲に集められた励起光群を出射することができる。
　例えば、第１，第２および第３の光源１２，１８，２１がそれぞれ９個アレイ状に配置された光源ユニット１１では、２７個の光源から射出された励起光が第２の方向Ｘ２と垂直に交わる仮想面Ｆに入射される。仮想面Ｆの面積は、２７個アレイ状に配置された光源からの励起光が入射される仮想面の面積よりも小さい。
　第３の励起光Ｌ３が偏光分離膜１５で反射された第１または第２の励起光Ｌ１，Ｌ２と同じ経路を通るように第３の光源２１を配置することによって、さらに狭い範囲に励起光を集めることができる。
　（第２の実施形態例）
　次に、本発明の第２の実施形態例に係る光源ユニットについて説明する。
　本実施形態例に係る光源ユニットを適用可能な光源装置は第１の実施形態例に係る光源ユニット１１を適用可能な光源装置１０（図４）と同じであるため、光源装置の説明は省略する。また、第１の実施形態例に係る光源ユニット１１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
　図８は、本実施形態例に係る光源ユニットの斜視図である。図８に示すように、光源ユニット２２は、第１の光源１２と、第２の光源１８と、励起光合成ユニットと、を備えている。励起光合成ユニットは、第１および第２の波長板１３，１４と、偏光分離膜１５と、反射手段１９と、を備えている。
　偏光分離膜１５は、三角錐形状を有する２つのプリズム２３と、四角錐形状を有する２つのプリズム２４と、が貼り合わされることによって形成された立方体形状を有する合成素子２５の内部に形成されている。
　図９は、合成素子２５の斜視図である。図９に示すように、偏光分離膜１５は、合成素子２５の重心および４つの頂点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を通る合成素子２５の断面に形成されている。
　また、合成素子２５は、偏光分離膜１５に対して傾斜して交わる偏光分離膜２６を備えている。すなわち、本実施形態例の励起光合成ユニットは、第１の偏光分離膜１５と第２の偏光分離膜２６とを備えている。
　第２の偏光分離膜２６は、合成素子２５の重心および４つの頂点Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５，５６を通る合成素子２５の断面に形成されている。
　図８に示すように、光源ユニット２２は、Ｓ偏光である第３の励起光を出射する第３の光源２１を備えている。第３の光源２１は、第１の方向Ｘ１および第２の方向Ｘ２を含む仮想面と交わる第４の方向Ｘ４へ第３の励起光を出射する。
　また、励起光合成ユニットは、第３および第４の波長板２７，２８を備えている。第３の波長板２７は、第３の光源２１から出射された第３の励起光の進行経路上に設けられており、第４の波長板２８は第３の波長板２７を透過した第３の励起光の進行経路上に設けられている。
　第２の偏光分離膜２６は、第４の波長板２８を通過した第３の励起光の進行形路上に、第４の方向Ｘ４から入射されたＳ偏光を第２の方向Ｘ２へ反射するように配置されている。
　光源ユニット１１は、第２の偏光分離膜２６に関して第３の光源２１とは反対の側に、第４の励起光を出射する第４の光源２９を備えている。第４の光源２９は、第４の方向Ｘ４とは異なる第５の方向Ｘ５へ第４の励起光を射出する。例えば、第５の方向Ｘ５は、第４の方向Ｘ４とは反対の方向である。
　本実施形態例では第４の励起光はＳ偏向である。第４の光源２９は、第２の偏光分離膜２６を介して第４の波長板２８へ向けて第４の励起光を出射する。
　励起光合成ユニットは、第３および第４の波長板２７，２８の間に、反射手段３０を備えている。すなわち、本実施形態に係る励起光合成ユニットは、第１の反射手段１９と、第２の反射手段３０と、を備えている。
　第２の反射手段３０は、第２の偏光分離膜２６を介して入射された第４の励起光を第２の偏光分離膜２６へ向けて反射し、第３の励起光を透過する。すなわち、第３の励起光は第２の反射手段３０により反射されることなく直進する。
　本実施形態では、第２の反射手段３０は、励起光を反射する反射ミラーに、第３の励起光の進行経路に沿った貫通穴（以下、穴２０）が形成された部材である。
　なお、第２の反射手段３０は、励起光を透過する透過部材の外周表面のうち第３の励起光が照射される領域以外の領域が励起光を反射する反射コートで覆われた部材であってもよい。このような第２の反射手段３０の透過部材の外周表面のうち、第３の励起光が透過部材を透過する際に該第３の励起光が照射する外周表面、または第３の励起光が出射される外周表面の少なくとも一方が、励起光の反射を防止するＡＲコートで覆われていてもよい。
　第３の光源２１は、第２の反射手段３０に形成された穴２０以外の領域に第４の励起光を照射する。第２の反射手段３０に照射された第４の励起光は、第２の反射手段３０によって進行方向が変えられる。第２の反射手段３０により反射された第４の励起光は、第４の方向Ｘ４へ進み、第２の波長板１４を透過して第２の偏光分離膜２６へ到達する。
　次に、第１，第２，第３および第４の光源１２，１８，２１，２９からの出射された第１，第２，第３および第４励起光を１つの励起光群に集めて出射する励起光合成ユニットのメカニズムについて、図８および図１０を用いて説明する。図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、第１、第２、第３および第４の励起光の進行経路を説明するための合成素子２５の斜視図である。
　まず、第１の光源１２から出射される第１の励起光Ｌ１の進行経路について説明する。図８および図１０（ａ）に示すように、Ｐ偏向である第１の励起光Ｌ１は、第１の光源１２から出射されて第１の方向Ｘ１へ進行し、第１および第２の波長板１３，１４を通過して第１の偏光分離膜１５へ到達する。したがって、Ｐ偏光である第１の励起光Ｌ１は、第１の偏光分離膜１５へ到達する際にはＳ偏光に変換されている。なお、第１の励起光Ｌ１は第１の反射手段１９の穴２０を通過するため、第１の反射手段１９により反射されない。
　第１の偏光分離膜１５へ到達した第１の励起光Ｌ１は、Ｓ偏光に変換されているため第１の偏光分離膜１５によって第２の方向Ｘ２へ反射される。その結果、第１の励起光Ｌ１は第２の方向Ｘ２へ向かって進行する。
　第１の励起光Ｌ１の一部は、第２の偏光分離膜２６へ到達する。第１の励起光Ｌ１が第２の偏向分離膜２６に到達する際には、第１の励起光Ｌ１はＳ偏光に変換されている。そのため、第１の励起光Ｌ１は第２の偏光分離膜２６を透過する。したがって、第１の励起光Ｌ１の全部が第２の方向Ｘ２へ出射される。
　続いて、第２の光源１８から出射される第２の励起光Ｌ２の進行経路について説明する。図８および図１０（ｂ）に示すように、Ｐ偏向である第２の励起光Ｌ２は、第２の光源１８から出射されて第３の方向Ｘ３へ進行し、第１の偏光分離膜１５へ到達する。第１の偏光分離膜１５へ到達した第２の励起光Ｌ２は、Ｐ偏光であるため第１の偏光分離膜１５を透過し、第１の反射手段１９へ向かう。
　第２の光源１８から第１の反射手段１９へ向かう第２の励起光Ｌ２のうち、第２の偏向分離膜２６と第３の方向Ｘ３との間の角度によっては第２の偏向分離膜２６に到達するものが存在する。第２の励起光Ｌ２は、Ｐ偏向であるため第２の偏向分離膜２６に到達すると第２の偏向分離膜２６によって反射され、第２の励起光Ｌ２の一部が第１の反射手段１９へ到達しなくなることがある。より多くの第２の励起光Ｌ２を第１の反射手段１９へ到達させるため、第２の偏向分離膜２６を第３の方向Ｘ３と平行に設けることが好ましい。
　第１の反射手段１９へ到達した第２の励起光Ｌ２は第１の反射手段１９により第１の方向Ｘ１へ反射されて第１の偏光分離膜１５へ進む。第１の反射手段１９により反射されて第１の偏光分離膜１５へ向かう第２の励起光Ｌ２は、第１の反射手段１９での反射の前後において、第２の波長板１４を２回通過している。したがって、第１の反射手段１９により反射されて第１の偏光分離膜１５へ向かう第２の励起光Ｌ２は、Ｐ偏光からＳ偏光に変換されている。
　Ｓ偏光に変換された後に第１の偏光分離膜１５へ到達した第２の励起光Ｌ２は、第１の偏光分離膜１５によって第２の方向Ｘ２へ反射される。第１の偏光分離膜１５によって反射された第２の励起光Ｌ２の一部は、第２の偏光分離膜２６へ到達する。第２の励起光Ｌ２は、Ｓ偏光に変換されているため第２の偏光分離膜２６を透過する。したがって、第１の偏光分離膜１５によって反射された第２の励起光Ｌ２の全部が第２の方向Ｘ２へ出射される。
　続いて、第３の光源２１から出射される第３の励起光Ｌ３の進行経路について説明する。図８および図１０（ｃ）に示すように、Ｓ偏向である第３の励起光Ｌ３は、第３の光源２１から出射されて第４の方向Ｘ４へ進行し、第３および第４の波長板２７，２８を通過して第２の偏光分離膜２６へ到達する。したがって、第３の励起光Ｌ３は、第２の偏光分離膜２６へ到達する際にはＰ偏光に変換されている。なお、第３の励起光Ｌ３は、第２の反射手段３０の穴２０を通過するため第２の反射手段３０により反射されない。
　第２の偏光分離膜２６へ到達した第３の励起光Ｌ３は、Ｐ偏光に変換されているため第２の偏光分離膜２６によって第２の方向Ｘ２へ反射される。その結果、第３の励起光Ｌ３は第２の方向Ｘ２へ向かって進行する。
　第３の励起光Ｌ３の一部は、第１の偏光分離膜１５へ到達する。第３の励起光Ｌ３が第１の偏向分離膜１５に到達する際には、第３の励起光Ｌ３はＰ偏光に変換されている。そのため、第３の励起光Ｌ３は第１の偏光分離膜１５を透過する。したがって、第３の励起光Ｌ３の全部が第２の方向Ｘ２へ出射される。
　最後に、第４の光源２９から出射される第４の励起光Ｌ４の進行経路について説明する。図８および図１０（ｄ）に示すように、Ｓ偏向である第４の励起光Ｌ４は、第４の光源２９から出射されて第５の方向Ｘ５へ進行し、第２の偏光分離膜２６へ到達する。第２の偏光分離膜２６へ到達した第４の励起光Ｌ４は、Ｓ偏光であるため第２の偏光分離膜２６を透過し、第２の反射手段３０へ向かう。
　第４の光源２９から第２の反射手段３０へ向かう第４の励起光Ｌ４のうち、第１の偏向分離膜１５と第５の方向Ｘ５との間の角度によっては第１の偏向分離膜１５に到達するものが存在する。第４の励起光Ｌ４は、Ｓ偏向であるため第１の偏向分離膜１５に到達すると第１の偏向分離膜１５によって反射され、第４の励起光Ｌ４の一部が第２の反射手段３０へ到達しなくなることがある。より多くの第４の励起光Ｌ４を第２の反射手段３０へ到達させるため、第１の偏向分離膜１５を第５の方向Ｘ５と平行に設けることが好ましい。
　第２の反射手段３０へ到達した第４の励起光Ｌ４は第２の反射手段３０により第４の方向Ｘ４へ反射されて第２の偏光分離膜２６へ向かう。第２の反射手段３０により反射されて第２の偏光分離膜２６へ向かう第４の励起光Ｌ４は、第２の反射手段３０での反射の前後において、第４の波長板２８を２回通過している。したがって、第２の反射手段３０により反射されて第２の偏光分離膜２６へ向かう第４の励起光Ｌ４は、Ｓ偏光からＰ偏光に変換されている。
　Ｐ偏光に変換された後に第２の偏光分離膜２６へ到達した第４の励起光Ｌ４は、第２の偏光分離膜２６によって第２の方向Ｘ２へ反射される。第２の偏光分離膜２６によって反射された第４の励起光Ｌ４の一部は、第１の偏光分離膜１５へ到達する。第４の励起光Ｌ４はＰ偏光に変換されているため、第１の偏光分離膜１５を透過する。したがって、第４の励起光Ｌ４の全部が第２の方向Ｘ２へ出射される。
　以上のように、第１，第２，第３および第４の光源２９から出射された第１，第２，第３および第４励起光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、１つの励起光群に集められて第２の方向Ｘ２へ出射される。
　このように、励起光合成ユニットへ異なる４つの方向（第１，第３，第４および第５の方向Ｘ１，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５）から入射された第１，第２，第３および第４の励起光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が１つの方向（第２の方向Ｘ２）へ出射される。したがって、励起光合成ユニットは、より狭い範囲に集められた一つの励起光群を出射することができる。
　本実施形態例に係る光源ユニット２２も、密集して配置することができない光源（ヒートシンクといった冷却部材を備えたレーザー発光器）から出射される励起光を集める場合により有利である。
　例えば、第１，第２，第３および第４の光源１２，１８，２１，２９がそれぞれ９個アレイ状に配置された光源ユニット２２では、３６個の光源から射出された励起光が第２の方向Ｘ２と垂直に交わる仮想面Ｇに入射される。仮想面Ｇの面積は、３６個アレイ状に配置された光源からの励起光が入射される仮想面の面積よりも小さい。
　（第３の実施形態例）
　次に、本発明の第３の実施形態例に係る光源ユニットについて説明する。本実施形態例に係る光源ユニットを適用可能な光源装置は第１の実施形態例に係る光源ユニット１１を適用可能な光源装置１０（図４）と同じであるため、光源装置の説明は省略する。また、第１および第２の実施形態例と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
　図１１は、本実施形態例に係る光源ユニットの斜視図である。図１１に示すように、光源ユニット３１は、第１の光源１２と、第２の光源１８と、第３の光源２１と、第４の光源２９と、励起光合成ユニットと、を備えている。励起光合成ユニットは、第１および第２の波長板１３，１４と、第１の偏光分離膜１５と、第１の反射手段１９と、第３および第４の波長板２７，２８と、第２の偏光分離膜２６と、第２の反射手段３０と、を備えている。
　第１の偏光分離膜１５および第２の偏光分離膜２６を内部に有する合成素子は第２の実施形態例に係る合成素子２５（図９）と同じであるため、説明は省略する。
　また、励起光合成ユニットは、第５，第６，第７および第８の波長板３２，３３，３４，３５を備えている。第５の波長板３２は、第２の光源１８から出射された第２の励起光の進行経路上に設けられており、第６の波長板３３は第５の波長板３２を透過した第２の励起光の進行経路上に設けられている。第７の波長板３４は、第４の光源２９から出射された第４の励起光の進行経路上に設けられており、第８の波長板３５は第７の波長板３４を透過した第４の励起光の進行経路上に設けられている。
　さらに、励起光合成ユニットは、第５および第６の波長板３２，３３の間に設けられた第３の反射手段３６と、第７および第８の波長板３４，３５の間に設けられた第４の反射手段３７と、を備えている。本実施形態例に係る第２の光源１８はＳ偏向である第２の励起光を出射し、第４の光源２９はＰ偏向である第４の励起光を射出する。
　第３の反射手段３６は、第１の偏光分離膜１５を介して入射された第１の励起光を第１の偏光分離膜１５へ向けて反射し、第２の励起光を透過する。すなわち、第２の励起光は第３の反射手段３６により反射なされることなく直進する。
　本実施形態では、第３の反射手段３６は、励起光を反射する反射ミラーに、第２の励起光の進行経路に沿った貫通穴（以下、穴２０）が形成された部材である。
　なお、第３の反射手段３６は、励起光を透過する透過部材の外周表面のうち第２の励起光が照射される領域以外の領域が励起光を反射する反射コートで覆われた部材であってもよい。このような第３の反射手段３６の透過部材の外周表面のうち、第２の励起光が透過部材を透過する際に該第２の励起光が照射する外周表面、または第２の励起光が出射される外周表面の少なくとも一方が、励起光の反射を防止するＡＲコートで覆われていてもよい。
　第４の反射手段３７は、第２の偏光分離膜２６を介して入射された第３の励起光を第２の偏光分離膜２６へ向けて反射し、第４の励起光を透過する。すなわち、第３の励起光は第４の反射手段３７により反射なされることなく直進する。
　本実施形態では、第４の反射手段３７は、励起光を反射する反射ミラーに、第４の励起光の進行経路に沿った貫通穴（以下、穴２０）が形成された部材である。
　なお、第４の反射手段３７は、励起光を透過する透過部材の外周表面のうち第４の励起光が照射される領域以外の領域が励起光を反射する反射コートで覆われた部材であってもよい。このような第４の反射手段３７の透過部材の外周表面のうち、第４の励起光が透過部材を透過する際に該第４の励起光が照射する外周表面、または第４の励起光が出射される外周表面の少なくとも一方が、励起光の反射を防止するＡＲコートで覆われていてもよい。
　図１２は、図１１に示す光源ユニット３１から、第１，第２，第３および第４光源１２，１８，２１，２９、第１および第２の波長板１３，１４、第１の反射手段１９、第５および第６の波長板３２，３３並びに第３の反射手段３５を除去した状態の斜視図である。図１２に示すように、光源ユニット３１は、第２の方向Ｘ２へ第５の励起光を射出する第５の光源３８を備えている。本実施形態例では、第３の光源２１は、Ｐ偏光またはＳ偏光である第５または第６の励起光を出射する。
　次に、第１，第２，第３，第４および第５の光源１２，１８，２１，２９，３８からそれぞれ出射された励起光を１つの励起光群に集めて出射する励起光合成ユニットのメカニズムについて、図１１ないし図１３を用いて説明する。なお、第１の光源１２、第３の光源２１から出射される励起光の進行形路は、第２の実施形態例に係る光源ユニット２２の進行経路と同じであるため、その説明は省略する。
　図１３（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、第２，第４および第５の光源１８，２９，３８からそれぞれ出射された励起光の進行経路を説明するための図である。
　まず、第２の光源１８から出射される第２の励起光Ｌ２の進行経路について説明する。図１１および図１３（ａ）に示すように、Ｓ偏向である第２の励起光Ｌ２は、第２の光源１８から出射されて第３の方向Ｘ３へ進行し、第５および第６の波長板３２，３３を通過して第１の偏光分離膜１５へ到達する。したがって、第２の励起光Ｌ２は、第１の偏光分離膜１５へ到達する際にはＰ偏光に変換されている。なお、第２の励起光Ｌ２は第３の反射手段３５の穴２０を通過するため、第３の反射手段３５により反射されない。
　第１の偏光分離膜１５へ到達した第２の励起光Ｌ２は、Ｐ偏光に変換されているため第１の偏光分離膜１５を透過し第１の反射手段１９へ向かう。その後における第２の励起光Ｌ２の進行経路は、第２の実施形態例に係る第２の励起光Ｌ２の進行経路と同じであるため、説明は省略する。したがって、第２の励起光Ｌ２の全部が第２の方向Ｘ２へ出射される。
　続いて、第４の光源２９から出射される第４の励起光Ｌ４の進行経路について説明する。図１１および図１３（ｂ）に示すように、第４の励起光Ｌ４は、第４の光源２９から出射された後、第７および第８の波長板３４，３５を通過して第２の偏光分離膜２６へ到達する。したがって、Ｐ偏光である第４の励起光Ｌ４は、第２の偏光分離膜２６へ到達する際にはＳ偏光に変換されている。なお、第４の励起光Ｌ４は第４の反射手段３７の穴２０を通過するため、第４の反射手段３７により反射されない。
　第２の偏光分離膜２６へ到達した第４の励起光Ｌ４は、Ｓ偏光に変換されているため第２の偏光分離膜２６を透過し第２の反射手段３０へ向かう。その後における第４の励起光Ｌ４の進行経路は、第２の実施形態例に係る第４の励起光Ｌ４の進行経路と同じであるため、説明は省略する。したがって、第４の励起光Ｌ４の全部が第２の方向Ｘ２へ出射される。
　最後に、第５の光源３８から出射される第５または第６の励起光の進行経路について説明する。ここでは、第５の光源３８から出射される励起光を、Ｐ偏光である第５の励起光Ｌ５として説明する。
　図１２および図１３（ｃ）に示すように、第５の光源３８から出射された第５の励起光Ｌ５は、第１の偏光分離膜１５または第２の偏光分離膜２６のいずれかに到達する。第５の光源３８から出射された第５の励起光Ｌ５のうちの、第１の偏光分離膜１５に到達したものについて説明する。
　第１の偏光分離膜１５に到達した第５の励起光Ｌ５は、Ｐ偏光であるため第１の偏光分離膜１５を透過し、第２の偏光分離膜２６に到達する。第２の偏光分離膜２６に到達した第５の励起光Ｌ５は、Ｐ偏光であるため第２の偏光分離膜２６により第４の方向Ｘ４へ向かって反射され、第４の反射手段３７へ到達する。第４の反射手段３７へ到達した第５の励起光Ｌ５は、第４の反射手段３７により第５の方向Ｘ５へ向けて反射されて第２の偏光分離膜２６へ進む。
　第４の反射手段３７により反射されて第２の偏光分離膜２６へ向かう第５の励起光Ｌ５は、第４の反射手段３７での反射の前後において、第８の反射板３５を２回通過している。したがって、第４の反射手段３７により反射されて第２の偏光分離膜２６へ向かう第５の励起光Ｌ５は、Ｐ偏光からＳ偏光に変換されている。
　Ｓ偏光に変換された後に第２の偏光分離膜２６へ到達した第５の励起光Ｌ５は、第２の偏光分離膜２６を透過し、第２の反射手段３０へ到達する。第２の反射手段３０へ到達した第５の励起光Ｌ５は、第２の反射手段３５により第４の方向Ｘ５へ向けて反射されて第２の偏光分離膜２６へ進む。
　第２の反射手段３０により反射されて第２の偏光分離膜２６へ向かう第５の励起光Ｌ５は、第２の反射手段３０での反射の前後において、第４の波長板１２７を２回通過している。したがって、第２の反射手段３０により反射されて第２の偏光分離膜２６へ向かう第５の励起光Ｌ５は、Ｓ偏光からＰ偏光に変換されている。
　第２の反射手段３０により反射された第５の励起光Ｌ５は、Ｐ偏光に変換されているため第２の偏光分離膜２６によって第２の方向Ｘ２へ向かって反射され、第２の方向Ｘ２へ出射される。
　以上、第５の光源３８から出射された第５の励起光Ｌ５のうちの、最初に第１の偏光分離膜１５に到達したものについて説明した。最初に第２の偏光分離膜２６に到達した第５の励起光Ｌ５についても、第４の反射手段３７および第２の反射手段３０による反射によってＰ偏向からＳ偏向へ、またはＳ偏向からＰ偏向へ変化しながら第２の方向Ｘ２へ出射される。
　第５の光源３８から出射される励起光がＳ偏光である第６の励起光の場合には、第３の反射手段３６および第１の反射手段１９による反射によってＰ偏向からＳ偏向へ、またはＳ偏向からＰ偏向へ変化しながら第２の方向Ｘ２へ出射される。
　以上のように、第１，第２，第３，第４および第５の光源１２，１８，２１，２９，３８からそれぞれ出射された励起光は、１つの励起光群に集められて第２の方向Ｘ２へ出射される。
　このように、励起光合成ユニットへ異なる５つの方向（第１，第２，第３，第４および第５の方向Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５）から入射されたそれぞれの励起光が１つの方向（第２の方向Ｘ２）へ出射される。したがって、励起光合成ユニットは、より狭い範囲に集められた一つの励起光群を出射することができる。
　例えば、第１，第２，第３，第４および第５の光源１２，１８，２１，２９、３８がそれぞれ９個アレイ状に配置された光源ユニット３１では、４５個の光源から射出された励起光が第２の方向Ｘ２と垂直に交わる仮想面Ｈに入射される。仮想面Ｈの面積は、４５個アレイ状に配置された光源からの励起光が入射される仮想面の面積よりも小さい。
　以上、実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施例に限定されるものではない。本願発明の形や細部には、本願発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　１０　光源装置
　１１　光源ユニット
　１２　第１の光源
　１３　第１の波長板
　１４　第２の波長板
　１５　第１の偏光分離膜
　１８　第２の光源
　１９　第１の反射手段
　２０　穴
　２１　第３の光源
　２２　光源ユニット
　２６　第２の偏光分離膜
　２７　第３の波長板
　２８　第４の波長板
　２９　第３の光源
　３０　第２の反射手段
　３１　光源ユニット
　３２　第５の波長板
　３３　第６の波長板
　３４　第７の波長板
　３５　第８の波長板
　３６　第３の反射手段
　３７　第４の反射手段
　３８　第５の光源
 

Claims (17)

  1. 　Ｐ偏光である励起光を透過し、Ｓ偏光である励起光を反射する偏光分離膜と、
    　前記偏光分離膜へ向かう第１の励起光の進行経路上に設けられた第１および第２の１／４波長板と、
    　前記第１および第２の１／４波長板の間に設けられ、前記偏光分離膜を介して入射された第２の励起光を該偏光分離膜へ向けて反射し、前記第１の励起光を透過する反射手段と、を備えた励起光合成ユニット。
  2. 　請求項１に記載の励起光合成ユニットにおいて、
    　前記反射手段は、励起光を反射する反射ミラーに前記第１の励起光の進行経路に沿って貫通する穴が形成された部材、である、励起光合成ユニット。
  3. 　請求項１に記載の励起光合成ユニットにおいて、
    　前記反射手段は、励起光を透過する透過部材の外周表面のうち前記第１の励起光が照射される領域以外の領域が励起光を反射する反射コートで覆われた部材である、励起光合成ユニット。
  4. 　請求項３に記載の励起光合成ユニットにおいて、
    　前記第１の励起光が前記反射手段の透過部材を透過する際に該第１の励起光が照射する該透過部材の外周表面または該第１の励起光が出射される該透過部材の外周表面の少なくとも一方が、励起光の反射を防止するＡＲコートで覆われている、励起光合成ユニット。
  5. 　請求項１ないし４のいずれか１項に記載の励起光合成ユニットと、Ｐ偏光である前記第１の励起光を出射する第１の光源と、Ｐ偏光である前記第２の励起光を出射する第２の光源と、を備えた、光源ユニット。
  6. 　請求項５に記載の光源ユニットにおいて、
    　前記第１および第２の光源との間に設けられ、Ｐ偏光である第３の励起光を、前記偏光分離膜によるＳ偏向である励起光の反射方向へ向けて出射する第３の光源をさらに備えた、光源ユニット。
  7. 　Ｐ偏光である励起光を透過し、Ｓ偏光である励起光を反射する第１の偏光分離膜と、
    　前記第１の偏光分離膜へ向かう第１の励起光の進行経路上に設けられた第１および第２の１／４波長板と、
    　前記第１および第２の１／４波長板の間に設けられ、前記第１の偏光分離膜を介して入射された第２の励起光を該第１の偏光分離膜へ向けて反射し、前記第１の励起光を透過する第１の反射手段と、
    　前記第１の偏光分離膜に対して傾斜して設けられ、Ｓ偏光である励起光を透過し、Ｐ偏光である励起光を反射する第２の偏光分離膜と、
    　前記第２の偏光分離膜へ向かう第３の励起光の進行経路上に設けられた第３および第４の１／４波長板と、
    　前記第３および第４の１／４波長板の間に設けられ、前記第２の偏光分離膜を介して入射された第４の励起光を該第２の偏光分離膜へ向けて反射し、前記第３の励起光を透過する第２の反射手段と、を備えた、励起光合成ユニット。
  8. 　請求項７に記載の励起光合成ユニットにおいて、
    　前記第１および第２の反射手段は、それぞれ前記第１または第２の励起光の進行経路に沿って貫通する穴が形成された、励起光を反射する反射ミラーである、励起光合成ユニット。
  9. 　請求項７に記載の励起光合成ユニットにおいて、
    　前記第１および第２の反射手段は、励起光を透過する透過部材の外周表面のうち、それぞれ前記第１または第３の励起光が照射される領域以外の領域が励起光を反射する反射コートで覆われた部材である、励起光合成ユニット。
  10. 　請求項９に記載の励起光合成ユニットにおいて、
    　前記第１の励起光が前記第１の反射手段の透過部材を透過する際に該第１の励起光が照射する該透過部材の外周表面または該第１の励起光が出射される該透過部材の外周表面の少なくとも一方が、励起光の反射を防止するＡＲコートで覆われており、
    　前記第３の励起光が前記第２の反射手段の透過部材を透過する際に該第３の励起光が照射する該透過部材の外周表面または該第３の励起光が出射される該透過部材の外周表面の少なくとも一方が、励起光の反射を防止するＡＲコートで覆われている、励起光合成ユニット。
  11. 　請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の励起光合成ユニットと、Ｐ偏光である前記第１の励起光を出射する第１の光源と、Ｐ偏光である前記第２の励起光を出射する第２の光源と、Ｓ偏光である前記第３の励起光を出射する第３の光源と、Ｓ偏光である前記第４の励起光を出射する第４の光源と、を備えた、光源ユニット。
  12. 　請求項７に記載の励起光合成ユニットにおいて、
    　前記第１および第２の励起光の進行方向とは異なる方向へ進み前記第１の偏光分離膜により反射された第５の励起光の進行経路上に設けられた第５および第６の１／４波長板と、
    　前記第５および第６の１／４波長板の間に設けられ、前記第５の励起光を該第１の偏光分離膜を介して前記第１の反射手段へ向けて反射し、前記第２の励起光を透過する第３の反射手段と、
    　前記第３ないし第４の励起光の進行方向とは異なる方向へ進み前記第２の偏光分離膜により反射された第６の励起光の進行経路上に設けられた第７および第８の１／４波長板と、
    　前記第７および第８の１／４波長板の間に設けられ、前記第６の励起光を該第２の偏光分離膜を介して前記第２の反射手段へ向けて反射し、前記第４の励起光を透過する第４の反射手段と、をさらに備えた、励起光合成ユニット。
  13. 　請求項１２に記載の励起光合成ユニットにおいて、
    　前記第１，第２，第３および第４の反射手段は、それぞれ前記第１，第３，第２または第４の励起光の進行経路に沿って貫通する穴が形成された、励起光を反射する反射ミラーである、励起光合成ユニット。
  14. 　請求項１２に記載の励起光合成ユニットにおいて、
    　前記第１，第２，第３および第４の反射手段は、励起光を透過する透過部材の外周表面のうち、それぞれ前記第１，第３，第２または第４の励起光が照射される領域以外の領域が励起光を反射する反射コートで覆われた部材である、励起光合成ユニット。
  15. 　請求項１４に記載の励起光合成ユニットにおいて、
    　前記第１の励起光が前記第１の反射手段の透過部材を透過する際に該第１の励起光が照射する該透過部材の外周表面または該第１の励起光が出射される該透過部材の外周表面の少なくとも一方が、励起光の反射を防止するＡＲコートで覆われており、
    　前記第３の励起光が前記第２の反射手段の透過部材を透過する際に該第３の励起光が照射する該透過部材の外周表面または該第３の励起光が出射される該透過部材の外周表面の少なくとも一方が、励起光の反射を防止するＡＲコートで覆われており、
    　前記第２の励起光が前記第３の反射手段の透過部材を透過する際に該第２の励起光が照射する該透過部材の外周表面または該第２の励起光が出射される該透過部材の外周表面の少なくとも一方が、励起光の反射を防止するＡＲコートで覆われており、
    　前記第４の励起光が前記第４の反射手段の透過部材を透過する際に該第４の励起光が照射する該透過部材の外周表面または該第４の励起光が出射される該透過部材の外周表面の少なくとも一方が、励起光の反射を防止するＡＲコートで覆われている、励起光合成ユニット。
  16. 　請求項１２ないし１５のいずれか１項に記載の励起光合成ユニットと、Ｐ偏光である前記第１の励起光を出射する第１の光源と、Ｓ偏光である前記第２の励起光を出射する第２の光源と、Ｓ偏光である前記第３の励起光を出射する第３の光源と、Ｐ偏光である前記第４の励起光を出射する第４の光源と、Ｓ偏向である前記第５の励起光またはＰ偏向である前記第６の励起光を射出する第５の光源と、を備えた、光源ユニット。
  17. 　請求項５，６，１１または１６のいずれか１項に記載の光源ユニットと、
    　前記光源ユニットから出射された励起光により励起されて蛍光光を出射する蛍光ホイールと、を備えた、投写型表示装置。
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