WO2017208572A1 - 画像表示装置、及び光源装置 - Google Patents

Abstract

本技術の一形態に係る画像表示装置は、１以上の固体光源と、発光体（１２１）と、結晶性部材（１２２）と、出射部と、光学フィルタとを具備する。前記発光体（１２１）は、前記１以上の固体光源の出射光により励起されて光を発する。前記結晶性部材（１２２）は、前記発光体（１２１）を支持し前記出射光の光軸方向とは異なる方向に結晶軸方向（１３０）が設定されており、回転可能である。前記出射部は、前記出射光の少なくとも一部と前記発光体（１２１）からの光とを含む合成光を出射する。前記光学フィルタは、前記出射部からの前記合成光が入射する誘電体多層膜を有する。

Description

画像表示装置、及び光源装置

　本技術は、画像表示装置、及び光源装置に関する。

　最近、プレゼンテーション用、もしくはデジタルシネマ用プロジェクタに用いられる光源に、従来の水銀ランプ又はキセノンランプ等ではなく、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）といった固体光源を採用する製品が増えてきている。ＬＥＤ等の固定光源は寿命が長く従来のようなランプ交換が不要であり、また電源を入れて即時に点灯するといった利点を有する。

　例えば特許文献１には、固体光源が励起光源として用いられたプロジェクタが記載されている。固体光源から出射された青色レーザ光が励起光として蛍光体ホイールに照射される。蛍光体ホイールは、基体とそこに形成された蛍光体層とを有しており、蛍光体層に励起光が照射されることで、黄色の蛍光が発せられる。青色光と、蛍光体層から発せられる黄色光とが合成されて白色光が出射される（特許文献１の段落［００２８］［００２９］等）。

　特許文献１に記載のプロジェクタでは、蛍光体ホイールでの冷却効率を上げるため、蛍光体ホイールの基体に熱伝導性に優れた水晶やサファイア等の結晶性部材が用いられる。そしてレーザ光の偏光方向に対する結晶性部材の影響を低減するために、結晶性部材の複屈折率やレーザ光の波長をもとに、結晶性部材の厚みが所定の範囲に規定されている（特許文献１の段落［０００９］［００１３］等）。

特開２０１２－１７３５９３号公報

　このように結晶性部材を含む蛍光体ホイールが用いられる場合には、光の偏光方向に対する結晶性部材の影響を制御して、高画質な画像を生成することが重要となる。

　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、結晶性部材の使用による光の偏光方向に対する影響を制御して、高品質な画像を表示させることが可能な画像表示装置、及び光源装置を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る画像表示装置は、１以上の固体光源と、発光体と、結晶性部材と、出射部と、光学フィルタとを具備する。
　前記発光体は、前記１以上の固体光源の出射光により励起されて光を発する。
　前記結晶性部材は、前記発光体を支持し前記出射光の光軸方向とは異なる方向に結晶軸方向が設定されており、回転可能である。
　前記出射部は、前記出射光の少なくとも一部と前記発光体からの光とを含む合成光を出射する。
　前記光学フィルタは、前記出射部からの前記合成光が入射する誘電体多層膜を有する。

　この画像表示装置では、発光体を支持する結晶性部材の結晶軸方向が、発光体へ照射される出射光の光軸方向とは異なる方向に設定される。これにより結晶性部材の回転に応じて、出射光の偏光方向に対する影響を制御することが可能となり、偏光方向の偏りを抑制することが可能となる。この結果、合成光に対する光学フィルタのフィルタリングの精度を向上させることが可能となり、高品質な画像を表示させることが可能となる。

　前記結晶軸方向は、前記出射光の前記光軸方向に直交する方向に設定されてもよい。
　これにより出射光の偏光方向の偏りを十分に抑制することが可能となる。

　前記結晶性部材は、前記光軸方向に垂直に配置されたＡ面を有してもよい。
　これにより簡単に結晶軸方向を光軸方向に直交する方向に設定することが可能となる。

　前記結晶性部材は、前記光軸方向に垂直に配置されたＲ面を有してもよい。
　これにより簡単に結晶軸方向を光軸方向とは異なる方向に設定することが可能となる。

　前記光学フィルタは、波長選択フィルタであってもよい。
　波長選択フィルタにより合成光のスペクトルを調整することが可能となり、高品質な画像を表示させることが可能となる。

　前記固体光源は、レーザ光を出射可能なレーザ光源であってもよい。
　これにより画像表示装置の高輝度化を実現することが可能となる。

　前記レーザ光源は、青色レーザ光を出射可能であってもよい。
　青色レーザ光は、色純度の高い青色光として利用可能である。これにより高品質な画像を表示させることが可能となる。

　前記発光体は、前記青色レーザ光により励起されて、赤色光及び緑色光を含む光を発し、前記出射部は、前記合成光として白色光を出射してもよい。
　白色光には赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の色光が含まれる。これによりフルカラー画像を表示させることができる。

　前記結晶性部材は、水晶又はサファイアであってもよい。
　水晶は結晶性部材の中でも流通量が多く、安価なため、低コストで光源装置を実現することが可能となる。またサファイアは結晶性材料の中でも熱伝導性が高いため、信頼性の高い光源装置を実現することができる。

　前記出射部は、前記合成光をコリメートする光学系を有してもよい。
　これにより光学フィルタのフィルタリングの精度を向上させることが可能となる。

　前記画像表示装置は、さらに、前記光学フィルタによりフィルタリングされた光をもとに画像を生成する画像生成システムと、前記画像生成システムにより生成された画像を投射する投射システムとを具備してもよい。
　これにより高品質な画像を表示させることが可能となる。

　本技術の一形態に係る光源装置は、１以上の固体光源と、発光体と、結晶性部材と、出射部とを具備する。
　前記発光体は、前記１以上の固体光源の出射光により励起されて光を発する。
　前記結晶性部材は、前記発光体を支持し前記出射光の光軸方向とは異なる方向に結晶軸方向が設定されており、回転可能である。
　前記出射部は、前記出射光の少なくとも一部と前記発光体からの光とを含む合成光を、誘電体多層膜を有する光学フィルタに出射する。

　以上のように、本技術によれば、結晶性部材の使用による光の偏光方向に対する影響を制御して、高品質な画像を表示させることが可能になる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術の一実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す概略図である。 本実施形態に係る光源装置の構成例を示す概略図である。 本実施形態に係る蛍光体ホイールの構成例を示す概略図である。 サファイアの単結晶の代表的な面方位を説明するための斜視図である。 本実施形態に係る光学フィルタの透過スペクトルの一例を示したグラフである。 界面に入射する光の反射率と入射角の関係を示した概略図である。 蛍光体ホイールの回転動作を示す概略図である。 本技術の他の実施形態に係る蛍光体ホイールの構成例を示す概略図である。

　以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

　［画像表示装置］
　図１は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す概略図である。画像表示装置５００は、例えばプレゼンテーション用、もしくはデジタルシネマ用のプロジェクタとして用いられる。その他の用途に用いられる画像表示装置にも、以下に説明する本技術は適用可能である。

　画像表示装置５００は、光源装置１００と、画像生成システム２００と、投射システム４００とを有する。

　光源装置１００は、白色光Ｗ１を画像生成システム２００に出射する。光源装置１００については、後に詳しく説明する。

　画像生成システム２００は、光源装置１００から出射された白色光Ｗ１をもとに、画像を生成する。画像生成システム２００は、光学フィルタ１８０と、インテグレータ光学系１７０と、照明光学系２２０と、画像生成素子２１０とを有する。

　光学フィルタ１８０は、誘電体多層膜を有する誘電体多層膜フィルタであり、波長選択フィルタとして機能する。光学フィルタ１８０により、光源装置１００から出射された白色光Ｗ１がフィルタリングされ、白色光Ｗ１のスペクトル（波長特性）が調整される。フィルタリングされた白色光Ｗ２は、インテグレータ光学系１７０に出射される。なお誘電体多層膜の具体的な材料は限定されず、例えば酸化チタンや酸化シリコン等、所望のフィルタ特性が発揮されるように適宜材料が選択されてよい。

　インテグレータ光学系１７０は、インテグレータ素子１７１と、偏光変換素子１７２と、集光レンズ１７３とを有する。

　インテグレータ素子１７１は、二次元に配列された複数のマイクロレンズを有する第１のフライアイレンズ１７４と、その複数のマイクロレンズに一つずつ対応するように配列された複数のマイクロレンズを有する第２のフライアイレンズ１７５とを含んでいる。

　インテグレータ素子１７１に入射した白色光Ｗ２は、第１のフライアイレンズ１７４のマイクロレンズによって複数の光束に分割され、第２のフライアイレンズ１７５に設けられた対応するマイクロレンズにそれぞれ結像される。第２のフライアイレンズ１７５のマイクロレンズのそれぞれが二次光源として機能し、輝度が揃った複数の平行光を、後段の偏光変換素子１７２に出射する。

　偏光変換素子１７２は、インテグレータ素子１７１を介して入射する入射光の、偏光状態を揃える機能を有する。偏光変換素子１７２を通った光は、集光レンズ１７３を介して照明光学系２２０に出射される。

　インテグレータ光学系１７０は、全体として、光学フィルタ１８０から照明光学系２２０へ向かう白色光Ｗ２を均一な輝度分布に整え、偏光状態の揃った光に調整する機能を有する。インテグレータ光学系１７０の具体的な構成は限定されない。

　照明光学系２２０は、ダイクロイックミラー２６０及び２７０、ミラー２８０、２９０及び３００、フィールドレンズ３３０Ｒ、３３０Ｇ及び３３０Ｂ、リレーレンズ３１０及び３２０、画像生成素子としての液晶ライトバルブ２１０Ｒ、２１０Ｇ及び２１０Ｂ、ダイクロイックプリズム３４０を含んでいる。

　ダイクロイックミラー２６０及び２７０は、所定の波長域の色光を選択的に反射し、それ以外の波長域の光を透過させる性質を有する。ダイクロイックミラー２６０は、白色光Ｗ２に含まれる緑色光Ｇ１及び青色光Ｂ１を選択的に反射し、白色光Ｗ２に含まれる赤色光Ｒ１を透過させる。ダイクロイックミラー２７０は、ダイクロイックミラー２６０により反射された緑色光Ｇ１を選択的に反射し、青色光Ｂ１を透過させる。これにより異なる色光は、それぞれ異なる光路に分離される。なおＲＧＢの各色光を分離するための構成や、用いられるデバイス等は限定されない。

　分離された赤色光Ｒ１は、ミラー２８０により反射され、フィールドレンズ３３０Ｒにより平行化された後、赤色光の変調用の液晶ライトバルブ２１０Ｒに入射する。緑色光Ｇ１は、フィールドレンズ３３０Ｇにより平行化された後、緑色光の変調用の液晶ライトバルブ２１０Ｇに入射する。青色光Ｂ１はリレーレンズ３１０を通ってミラー２９０によって反射され、さらにリレーレンズ３２０を通ってミラー３００によって反射される。ミラー３００により反射された青色光Ｂ１は、フィールドレンズ３３０Ｂにより平行化された後、青色光の変調用の液晶ライトバルブ２１０Ｂに入射する。

　液晶ライトバルブ２１０Ｒ、２１０Ｇ及び２１０Ｂは、画像情報を含んだ画像信号を供給する図示しない信号源（例えばＰＣ等）と電気的に接続されている。液晶ライトバルブ２１０Ｒ、２１０Ｇ及び２１０Ｂは、供給される各色の画像信号に基づき、入射光を画素毎に変調し、それぞれ赤色画像、緑色画像及び青色画像を生成する。変調された各色の光（形成された画像）は、ダイクロイックプリズム３４０に入射して合成される。ダイクロイックプリズム３４０は、３つの方向から入射した各色の光を重ね合わせて合成し、投射システム４００に向けて出射する。

　投射システム４００は、画像生成素子２１０により生成された画像を投射する。投射システム４００は、複数のレンズ４１０等を有し、ダイクロイックプリズム３４０によって合成された光を図示しないスクリーン等に投射する。これによりフルカラーの画像が表示される。投射システム４００の具体的な構成は限定されない。

　［光源装置］
　図２は、本実施形態に係る光源装置１００の構成例を示す概略図である。光源装置１００は光源部１１０と、蛍光体ホイール１２０と、出射部１６０とを有する。

　光源部１１０は、１以上のレーザ光源１１２と、集光光学系１１３とを有する。１以上のレーザ光源１１２は、例えば約４００ｎｍ－約５００ｎｍの波長範囲内に発光強度のピーク波長を有する青色レーザ光Ｂ２を発振可能な青色レーザ光源である。レーザ光源１１２の代わりに、ＬＥＤ等の他の固体光源が用いられてもよい。また他の色のレーザ光源が用いられてもよい。

　１以上のレーザ光源１１２として、単体のレーザ光源が用いられてもよいし、二次元状に複数のレーザ光源が並べられた二次元レーザアレイ光源（面光源）が用いられてもよい。その他、光源部１１０の構成は、任意に設計されてよい。

　集光光学系１１３は、レーザ光源１１２から出射された青色レーザ光Ｂ２を集光する。これにより青色レーザ光Ｂ２は、光軸Ａに沿って出射される。集光光学系１１３の具体的な構成は限定されない。

　蛍光体ホイール１２０は、蛍光体層１２１と、基体部１２２と、モータ１２５とを有する。基体部１２２は、円盤形状でなり、蛍光体層１２１を支持する支持面１２３と、その反対側の背面１２４とを有する。また基体部１２２は、レーザ光源１１２から出射された青色レーザ光Ｂ２を透過させる。基体部１２２としては、例えば水晶やサファイア等の結晶性部材が用いられる。なお図２に示すように、支持面１２３の面方向をＸＹ平面方向とする。

　蛍光体層１２１は、基体部１２２の支持面１２３の周縁部に沿って、リング状に設けられる。蛍光体層１２１には、励起により光を発生する蛍光物質が含まれている。本実施形態では、光源部１１０から出射された青色レーザ光Ｂ２により励起されて、赤色光Ｒ２及び緑色光Ｇ２を含む蛍光（黄色光）が発生する。また蛍光体層１２１は、入射する青色レーザ光Ｂ２の一部をそのまま透過させ、青色レーザ光Ｂ２'として出射する。従って蛍光体層１２１からは、赤色光Ｒ２、緑色光Ｇ２、及び青色レーザ光Ｂ２'を含む白色光Ｗ１が出射される。

　蛍光体層１２１に含まれる蛍光物質としては、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体が用いられる。なお蛍光物質の種類、励起する光の波長域、及び励起によって発生する光の波長域は限定されない。

　モータ１２５は、回転軸Ｏを中心に基体部１２２を回転させる。図２に示すように、回転軸Ｏの方向は、青色レーザ光Ｂ２の光軸Ａの方向（以下、光軸方向と記載する）と略平行に設定される。円板形状の基体部１２２は、支持面１２３の中心で回転軸Ｏに垂直に配置される。従って回転軸Ｏの方向（光軸方向）は、ＸＹ平面方向に垂直なＺ方向と平行となる。

　出射部１６０は、蛍光体層１２１からの赤色光Ｒ２、緑色光Ｇ２、及び青色レーザ光Ｂ２'を含む合成光である白色光Ｗ１を出射する。出射部１６０は、白色光Ｗ１をコリメートするコリメート光学系１６１を有する。コリメート光学系１６１の具体的な構成は限定されず、例えばコリメートレンズ等が適宜用いられる。

　モータ１２５により基体部１２２が回転されている状態で、光源部１１０から青色レーザ光Ｂ２が出射される。青色レーザ光Ｂ２は、基体部１２２の回転に合わせて、相対的に円を描くように蛍光体層１２１に照射される。励起により蛍光体層１２１から出射される白色光Ｗ１は、出射部１６０によりコリメートされて画像生成システム２００に出射される。

　本実施形態において、１以上のレーザ光源１１２及び蛍光体層１２１は、１以上の固体光源及び発光体にそれぞれ相当する。

　［蛍光体ホイール］
　図３は、蛍光体ホイール１２０の構成例を示す概略図である。図３Ａは、Ｚ方向から見た蛍光体ホイール１２０の平面図である。図３Ｂは、Ｙ軸方向から見た蛍光体ホイール１２０の側面図である。なお図３Ｂでは蛍光体層１２１の図示は省略されている。

　図３Ａに示すように、円盤形状の基体部１２２の支持面１２３上に、回転軸Ｏを中心として蛍光体層１２１が形成される。本実施形態では、支持面１２３の周縁部１２６から中心に向かう所定の領域に蛍光体層１２１が形成されている。そして蛍光体層１２１上の所定のポイントに、光源部１１０からの青色レーザ光Ｂ２が励起光として集光される。

　例えば支持面１２３の直径は約５０ｍｍであり、周縁部１２６から中心に向かう約１０ｍｍの幅の領域に、蛍光体層１２１が形成される。なお蛍光体層１２１の形成される領域は限定されず、任意の領域に形成されてよい。

　上記でも述べたが、本実施形態では、基体部１２２として、一体構造で形成された結晶軸を有する結晶性部材が用いられる。例えばそのような結晶性部材として、励起光である青色レーザ光Ｂ２を透過可能な水晶やサファイア等が用いられる。水晶は結晶性部材の中でも流通量が多く、安価なため、低コストで光源装置１００を実現することが可能となる。またサファイアは結晶性材料の中でも熱伝導性が高いため、信頼性の高い光源装置１００を実現することができる。その他の結晶性部材が用いられてもよい。

　図３Ｂでは、結晶性部材からなる基体部１２２の結晶軸が、符号１３０で表される線により模式的に表現されている（以後、この符号を用いて結晶軸１３０と記載する）。

　図３Ｂに示すように、本実施形態では、結晶性部材の結晶軸１３０の方向が、青色レーザ光Ｂ２の光軸方向に直交する方向に設定される。本実施形態では、基体部１２２は回転軸Ｏに垂直に配置され、回転軸Ｏは光軸方向に沿って配置される。従って基体部１２２は、結晶軸１３０の方向が、回転軸Ｏの方向と直交するように蛍光体ホイール１２０に組み込まれる。

　このような構成は、例えば基体部１２２としてＡ面カットにより形成されたサファイア単結晶基板を用いることで、簡単に実現することが可能となる。図４は、サファイアの単結晶の代表的な面方位を説明するための斜視図である。サファイアは近似的に六方晶系で表され、その中心軸がＣ軸、それに垂直な面がＣ面でありミラー指数（０００１）で表される。そしてＣ軸に垂直で放射状にのびるＡ軸（ａ１、ａ２、ａ３）とそれに垂直な面がＡ面（１１－２０）となる。Ｒ面（１－１０２）は、Ｃ軸と一定の角度をなす面である。

　結晶軸の方向はＣ軸と平行な方向となる。主面がＡ面となるＡ面カットのサファイア基板は、主面に平行で厚み方向に垂直な結晶軸方向を有する。主面がＣ面となるＣ面カットされたサファイア基板は、主面に垂直で厚み方向に平行な結晶軸方向を有する。主面がＲ面となるＲ面カットされたサファイア基板は、主面に対して一定の角度を持った結晶軸を有する。

　例えば、支持面１２３とその反対側の背面１２４の両方がＡ面となるように作られた基体部１２２を用いることで、図３Ｂに示す、結晶軸１３０が光軸方向に直交する構成を容易に実現することが可能となる。すなわち基体部１２２を、結晶軸方向が回転軸Ｏの方向と直交するように、蛍光体ホイール１２０に組み込むことも容易である。なお基体部１２２の回転動作の有無にかかわらず、光軸方向及び結晶軸方向の角度関係は変わらない。なお他の方法で形成された結晶性部材からなる基板が、基体部１２２として用いられてよい。

　［光学フィルタ］
　図５は、本実施形態に係る光学フィルタ１８０の透過スペクトルの一例を示したグラフである。グラフの横軸は透過光の波長（ｎｍ）であり、縦軸は透過率（％）である。

　光学フィルタ１８０は波長選択フィルタとして機能し、入射光に対して所定の波長域の光を透過させる一方で、その他の波長域の光を反射するという特性を有する。本実施形態では光学フィルタ１８０により、白色光Ｗ１のスペクトル、すなわち赤色光Ｒ２、緑色光Ｇ２及び青色レーザ光Ｂ２'の各々のスペクトルが調整される。

　図５に示すように光学フィルタ１８０は、約５７０ｎｍから約６００ｎｍの波長域の光の透過を抑制するように設計されている。従って本実施形態では、光学フィルタ１８０により、主に赤色光Ｒ２及び緑色光Ｇ２の一部がカットされる。なお光学フィルタ１８０の透過スペクトルは限定されず、所望のスペクトルを有する白色光Ｗ２が得られるように任意に設計されてよい。

　図６は、界面に入射する光の反射率と入射角の関係を示した概略図である。一般に、屈折率の異なる２種類の透明媒質が隣接する界面に光が入射すると、界面での反射率は入射角依存性を示す。さらに、この反射率の入射角依存性は、入射した光の偏光状態によっても差が生じる。これは、透明媒質として誘電体多層膜を用いた場合でも同様であり、本実施形態に係る光学フィルタ１８０にも当てはまる。

　図６では、屈折率ｎ１の媒質から屈折率ｎ２の媒質に入射する場合の反射率が図示されている。図中のｎは、ｎ＝ｎ２／ｎ１である。図６に示すように、Ｐ偏光での反射率１８１と、Ｓ偏光での反射率１８２とを比べると、入射角度が０度のときに一致し、０度より大きい角度では、Ｐ偏光の方が低い反射率となる。すなわち０度より大きい角度では、Ｐ偏光の方がＳ偏光よりも多く透過することになる。

　本実施形態に係る光学フィルタ１８０のような波長選択フィルタは、所定の偏光状態の光、典型的には無偏光状態の光が入射する場合を想定して設計されている。本実施形態に係る光学フィルタ１８０も、無偏光の色光が入射する際に、図５に示す透過スペクトルが得られるように設計されている。従ってＰ偏光又はＳ偏光のどちらかに偏った色光が入射する場合には、得られる透過スペクトルが設計値から外れる可能性がある。

　［白色光Ｗ２の生成］
　光源部１１０からの青色レーザ光Ｂ２の出射から白色光Ｗ２の生成までの動作を説明する。図７は、蛍光体ホイール１２０の回転動作を示す概略図であり、青色レーザ光Ｂ２が入射する背面１２４が図示されている。また図７では回転軸Ｏ（光軸Ａ）に直交する結晶軸１３０が図示されている。

　光源部１１０から出射された青色レーザ光Ｂ２は、光軸Ａに沿って、基体部１２２の背面１２４に入射する。青色レーザ光Ｂ２は固定された単一の偏光軸を有する直線偏光として出射されるとする。図７では、青色レーザ光Ｂ２が照射される照射スポットＬＳが図示されており、また青色レーザ光Ｂ２の偏光方向が符号Ｄで表現されている。

　本実施形態では、青色レーザ光Ｂ２の照射スポットＬＳは、背面１２４の所定の位置に固定される。一方、照射スポットＬＳに青色レーザ光Ｂ２が照射されている間、基体部１２２は回転軸Ｏを中心として回転する。基体部１２２が回転すると、青色レーザ光Ｂ２が照射される照射スポットＬＳは相対的に回転軸Ｏの周りを移動する。

　基体部１２２の結晶軸１３０の方向は、光軸方向に直交する方向、すなわち背面１２４と平行な方向である。従って基体部１２２が回転すると、光軸方向から見た結晶軸１３０の方向も回転する。この結果、基体部１２２の回転により、青色レーザ光Ｂ２の偏光方向Ｄと、照射スポットＬＳにおける結晶軸１３０とがなす角度θが逐次変化する。

　図７Ａは、基体部１２２の結晶軸１３０の方向と青色レーザ光Ｂ２の偏光方向Ｄが平行である状態を示す図である。図７Ｂ～図７Ｄは、図７Ａの状態から図中の矢印の方向（時計回り）に、基体部１２２が４５度ずつ回転した状態をそれぞれ示す図である。図７Ａの状態を基準とすると、図７Ｂ～図７Ｄでは、基体部１２２がそれぞれ４５度、９０度、１３５度回転している。

　偏光方向Ｄを有する青色レーザ光Ｂ２は、結晶性部材からなる基体部１２２を透過することにより、結晶軸１３０と偏光方向Ｄとがなす角度θに応じた影響を受ける。具体的には、青色レーザ光Ｂ２の偏光状態が、角度θに応じて変化する。

　結晶軸１３０の方向と偏光方向Ｄとが平行又は直交する場合（例えば図７Ａ及びＣの状態）には、青色レーザ光Ｂ２の偏光方向は変化しない。つまり角度θが０度、９０度、１８０度、２７０度の場合、青色レーザ光Ｂ２は、主に偏光方向Ｄの直線偏光のままである。

　結晶軸１３０の方向と偏光方向Ｄとが平行及び直交のいずれの関係にもならない場合（例えば図７Ｂ及びＤの状態）、青色レーザ光Ｂ２の偏光状態が変化する。具体的には、偏光方向Ｄの成分と偏光方向Ｄに垂直な方向の成分とを含む青色レーザ光Ｂ２となる。特に、角度θが４５度、１３５度、２２５度、３１５度の場合、偏光方向Ｄに垂直な方向の成分が最も多く含まれる。

　このように基体部１２２が１回転する間に、偏光方向Ｄの青色レーザ光Ｂ２が生成されるタイミングが４回ある。その他のタイミングでは、偏光方向Ｄに垂直な方向の成分を含む青色レーザ光Ｂ２が生成される。例えば基体部１２２に入射する青色レーザ光Ｂ２がＰ偏光である場合には、偏光方向Ｄの成分はＰ波成分となる。基体部１２２が回転することで、偏光方向Ｄに垂直な方向の成分であるＳ波成分を含む青色レーザ光Ｂ２が生成される。このように偏光方向の偏りが抑制された青色レーザ光Ｂ２が、青色レーザ光Ｂ２'（図２参照）として出射される。

　青色レーザ光Ｂ２により励起されて発生する蛍光は、特定の偏光方向を有さない無偏光の状態にある。従って蛍光体層１２１から発生する赤色光Ｒ２及び緑色光Ｇ２は、無偏光の状態で出射される。

　出射部１６０は、偏光方向の偏りが抑制された青色レーザ光Ｂ２'と、無偏光状態の赤色光Ｒ２及び緑色光Ｇ２とを含む白色光Ｗ１をコリメートして、光学フィルタ１８０に出射する。出射部１６０によりコリメートされることで、光学フィルタ１８０の入射角依存性は抑制される。しかしながら完全な平行光を出射することが困難であり、入射角依存性の発生は避けられない。一方、青色レーザ光Ｂ２'、赤色光Ｒ２及び緑色光Ｇ２は、同一の光路を経て光学フィルタ１８０に入射するので、各色光の入射角度分布はほぼ等しくなる。すなわち入射角依存性は、各色光において、互いにほぼ等しく発生する。

　また赤色光Ｒ２及び緑色光Ｇ２は無偏光であり、青色レーザ光Ｂ２の偏光状態の偏りは十分に抑制されている。従って、光学フィルタ１８０の透過スペクトルは設計値とほぼ等しくなり、所望のスペクトルを有する白色光Ｗ２を生成することが可能となる。

　例えば光源装置１００から出射される白色光Ｗ１に含まれる赤色光Ｒ２及び緑色光Ｇ２は、蛍光体層１２１からの蛍光である。これらの色光は広い波長域に渡って、ブロードなスペクトル形状を有することが多い。すなわちピーク波長を中心とした広い波長域に渡る波長成分が含まれているため、色純度が比較的低い。従って光学フィルタ１８０を使用してスペクトルを調整することで、色純度の高い赤色光Ｒ１と緑色光Ｇ１を生成することが可能となる。

　青色について、青色レーザ光源を用いることで、色純度の高い青色光Ｂ１を生成することが可能であり、また画像表示装置５００の高輝度化や長寿命化を図ることが可能となる。一方で上記したように、直線偏光である青色レーザ光Ｂ２がそのまま光学フィルタ１８０に入射すると、光学フィルタ１８０を透過してくる白色光Ｗ２の透過スペクトルは設計値とは異なってしまい、例えば青色の成分が強いあるいは弱い白色光Ｗ２が生成されてしまう可能性がある。この結果、生成される画像の色再現性が低下してしまう。

　本実施形態では、結晶性部材からなる基体部１２２の結晶軸１３０の方向が、蛍光体層１２１に出射される青色レーザ光Ｂ２の光軸方向とは異なる方向に設定される。これにより基体部１２２の回転に応じて、青色レーザ光Ｂ２の偏光方向に対する影響を制御することが可能となり、偏光方向の偏りを抑制することが可能となる。これにより、青色レーザ光Ｂ２'に対する光学フィルタ１８０のフィルタリングの精度を向上させることができる。この結果、青色光Ｂ１、赤色光Ｒ１及び緑色光Ｇ１をもとに、高品質な画像表示を実現することが可能となる。

　蛍光体ホイール１２０を回転させつつ、蛍光体ホイール１２０の所定の位置に青色レーザ光Ｂ２を照射する構成とすることで、蛍光体ホイール１２０を冷却することができる。具体手的には、レーザ光の照射面積に対して蛍光体ホイール１２０の面積が十分に大きいことで熱が拡散する効果と、蛍光体ホイール１２０が回転することで照射位置が連続的に変化するため、レーザ光が蛍光体の特定の場所に照射される時間が短くなる効果と、蛍光体ホイール１２０が回転することでホイール全体が冷却される効果の３つの効果が発揮されるからである。

　光源装置１００の出力を向上させるために、レーザ光の照射量をさらに増やす場合には、さらなる冷却性能の向上が望まれる。そこで蛍光体ホイール１２０の基体部１２２として、一般の光学ガラス（熱伝導率：約０．９～１．１Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率に優れた水晶（熱伝導率：約５～９Ｗ／ｍ・Ｋ）、サファイア（約４２Ｗ／ｍ・Ｋ）等の結晶性材料が用いられる。そして基体部１２０を回転することで青色レーザ光Ｂ２の偏光方向の偏りを抑制し、光学フィルタ１８０のフィルタリング精度を向上させる。これにより結晶性部材の冷却性能と光学フィルタ１８０を用いた高品質な画像表示とを両立させることが可能となる。

　また基体部１２２として結晶性部材が用いられることで、誘電体材料など他の材料と比較して高い冷却性能が要求される蛍光材料の熱劣化を、十分に低減させることが可能となる。

　また光学フィルタ１８０により、各色光の波長域を適宜設定することで、所望の色域を有する画像表示装置を実現することができる。また偏光状態の異なるＲＧＢの各色光を１つの光学フィルタ１８０により高精度にフィルタリングすることが可能であるので、部品点数を抑えることが可能となり、部品コストの低減や装置の小型化を図ることができる。また光学フィルタ１８０を用いることで、レーザ光源１１２の温度変化等に伴うスペクトルの揺らぎ等に対応することも可能である。

　＜その他の実施形態＞
　本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

　図８は、他の実施形態に係る蛍光体ホイールの構成例を示す概略図である。上記では図３Ｂに示すように、基体部１２２の結晶軸方向が、青色レーザ光Ｂ２の光軸方向と直交する方向に設定された。これにより、青色レーザ光Ｂ２の偏光方向の偏りを十分に抑制することが可能となる。

　これに対して図８に示す蛍光体ホイール６２０では、基体部６２２の結晶軸６３０の方向が、青色レーザ光Ｂ２の光軸方向（回転軸Ｏの方向）と所定の角度で斜めに交わる方向に設定されている。これにより基体部６２２が回転することで、青色レーザ光Ｂ２の偏光方向の偏りを抑制することが可能となり、上記で説明した効果を発揮することが可能となる。所定の角度は限定されず、少なくとも結晶軸方向が光軸方向とは異なる方向に設定されればよい。なお典型的には、結晶軸方向と光軸方向との角度が大きいほど、青色レーザ光Ｂ２の偏光方向の偏りを抑制することが可能である。

　０度よりも大きい角度から９０度（直交）までの範囲で、最適な範囲が任意に選択され、下端値及び上端値が設定されてよい。例えば結晶軸方向と光軸方向との角度が２５度から９０度までの範囲に設定された光源装置、５０度から９０度までの範囲に設定された光源装置等が、本技術に係る光源装置として構成され得る。これらの下限値及び上限値は任意に設定されてよく、もちろん上限値が９０度よりも小さくてもよい。

　図８に示す基体部６２２は、例えばＲ面カットにより形成されたサファイア単結晶基板を用いることで、簡単に実現することが可能である。例えばＲ面カットのサファイア単結晶基板を、２つの主面がそれぞれ支持面６２３及び背面６２４となるように配置すればよい。すなわち青色レーザ光Ｂ２の光軸方向に垂直にＲ面を配置することで、結晶軸方向を光軸方向とは異なる方向に簡単に設定することが可能となる。もちろんこれに限定されず、他の任意の方法により基体部６２２が実現されてもよい。

　上記では、結晶性部材からなる基体部が用いられた。これに限定されず、蛍光体層を支持する結晶性部材と、他の部材とにより、基体部が実現されてもよい。例えば、結晶性部材に、補強部材や放熱部材等が接着されてもよい。補強部材としては、例えば白板ガラス、耐熱ガラス、石英、プラスチック等の非結晶性部材が挙げられる。例えば熱伝導率に優れた水晶と、量産性に優れた耐熱ガラスとが組み合わされることで、基体部の放熱特性とコストのバランスを両立した設計が可能になる。また結晶性部材に無反射コーティング等が施されてもよい。いずれにせよ、結晶軸方向を適宜規定することで、入射する光の偏光方向の偏りを抑制することが可能となる。

　図１に示す偏光変換素子１７２は、入射した光を所定の偏光方向に揃えて出射する。基体部１２２が回転することで青色レーザ光Ｂ２の偏光方向が変化するが、そのことが偏光変換素子１７２の動作に影響を与える可能性も有り得る。従って偏光変換素子１７２への影響（負荷）を考慮して、青色レーザ光Ｂ２の光軸方向と基体部１２２の結晶軸方向との角度が適宜設定されてもよい。これにより偏光変換素子１７２によって変換される偏光成分の量を調節することが可能になる。

　偏光方向の偏りが抑制された青色レーザ光Ｂ２'に含まれる、互いに直交した偏光方向を有する２つの偏光成分の量を調整することも可能である。例えば入射光の波長、結晶性部材の結晶方向及び厚さ等の特性に基づいた光学設計により、各偏光成分の割合を調節することができる。例えば青色レーザ光Ｂ２の波長に基づいて基体部１２２の結晶性部材の厚さが適宜設定される。あるいは基体部１２２として、結晶軸の方向が互いに異なる複数の結晶性部材を張り合わせることで作成した部材が用いられてもよい。２つの偏光成分の量がほぼ等しくなるように設計することで、青色レーザ光Ｂ２'に対する光学フィルタ１８０のフィルタリングの精度を十分に向上させることができる。

　本技術では、光学フィルタ１８０に入射する白色光Ｗ１の入射角度が０度より大きくなる場合でも、ＲＧＢの各色光について、ほぼ設計値通りの透過スペクトルを得ることが可能である。従ってコリメート光学系を省略したり、光学フィルタ１８０を若干斜めに配置したり、あるいは光学フィルタ１８０をインテグレータ素子１７１の後に配置する、といったことも可能である。すなわち本技術を用いることで設計の自由度が高くなり、装置の小型化等を図ることが可能である。

　また蛍光体層１２１を支持する結晶性部材は、表面に塗布等により形成された蛍光体層を支持する形態と、結晶性部材の中に蛍光物質が分散される形態の両方を含む。この場合でも、結晶軸の方向を適宜規定することで、偏光方向の偏りを抑制することが可能となる。

　図１に示す画像表示装置では、透過型液晶パネルを用いて構成された照明光学系が記載されている。しかしながら反射型液晶パネルを用いても照明光学系を構成することは可能である。画像生成素子として、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等が用いられてもよい。さらには、ダイクロイックプリズム３４０に代わり、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）やＲＧＢ各色の映像信号を合成する色合成プリズム、ＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム等が用いられてもよい。その他画像表示装置の構成は適宜設定されてよい。

　以上説明した本技術に係る特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。

　なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）１以上の固体光源と、
　前記１以上の固体光源の出射光により励起されて光を発する発光体と、
　前記発光体を支持し前記出射光の光軸方向とは異なる方向に結晶軸方向が設定された回転可能な結晶性部材と、
　前記出射光の少なくとも一部と前記発光体からの光とを含む合成光を出射する出射部と、
　前記出射部からの前記合成光が入射する誘電体多層膜を有する光学フィルタと
　を具備する画像表示装置。
（２）（１）に記載の画像表示装置であって、
　前記結晶軸方向は、前記出射光の前記光軸方向に直交する方向に設定される
　画像表示装置。
（３）（１）又は（２）に記載の画像表示装置であって、
　前記結晶性部材は、前記光軸方向に垂直に配置されたＡ面を有する
　画像表示装置。
（４）（１）に記載の画像表示装置であって、
　前記結晶性部材は、前記光軸方向に垂直に配置されたＲ面を有する
　画像表示装置。
（５）（１）から（４）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
　前記光学フィルタは、波長選択フィルタである
　画像表示装置。
（６）（１）から（５）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
　前記固体光源は、レーザ光を出射可能なレーザ光源である
　画像表示装置。
（７）（６）に記載の画像表示装置であって、
　前記レーザ光源は、青色レーザ光を出射可能である
　画像表示装置。
（８）（７）に記載の画像表示装置であって、
　前記発光体は、前記青色レーザ光により励起されて、赤色光及び緑色光を含む光を発し、
　前記出射部は、前記合成光として白色光を出射する
　画像表示装置。
（９）（８）に記載の画像表示装置であって、
　前記光学フィルタは、ＲＧＢの各色光のスペクトルを調整する
　画像表示装置。
（１０）（１）から（９）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
　前記結晶性部材は、水晶又はサファイアである
　画像表示装置。
（１１）（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
　前記出射部は、前記合成光をコリメートする光学系を有する
　画像表示装置。
（１２）（１）から（１１）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、さらに、
　前記光学フィルタによりフィルタリングされた光をもとに画像を生成する画像生成システムと、
　前記画像生成システムにより生成された画像を投射する投射システムと
　を具備する画像表示装置。

　Ｂ２、Ｂ２'…青色レーザ光
　Ｒ２…赤色光
　Ｇ２…緑色光
　Ｗ１、Ｗ２…白色光
　１１０…光源部
　１１２…レーザ光源
　１２０、６２０…蛍光体ホイール
　１２１…蛍光体層
　１２２、６２２…基体部
　１３０、６３０…結晶軸
　１６０…出射部
　１６１…コリメート光学系
　１８０…光学フィルタ
　２００…画像生成システム
　４００…投射システム
　５００…画像表示装置

Claims (13)

1. 　１以上の固体光源と、
   　前記１以上の固体光源の出射光により励起されて光を発する発光体と、
   　前記発光体を支持し前記出射光の光軸方向とは異なる方向に結晶軸方向が設定された回転可能な結晶性部材と、
   　前記出射光の少なくとも一部と前記発光体からの光とを含む合成光を出射する出射部と、
   　前記出射部からの前記合成光が入射する誘電体多層膜を有する光学フィルタと
   　を具備する画像表示装置。
2. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
   　前記結晶軸方向は、前記出射光の前記光軸方向に直交する方向に設定される
   　画像表示装置。
3. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
   　前記結晶性部材は、前記光軸方向に垂直に配置されたＡ面を有する
   　画像表示装置。
4. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
   　前記結晶性部材は、前記光軸方向に垂直に配置されたＲ面を有する
   　画像表示装置。
5. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
   　前記光学フィルタは、波長選択フィルタである
   　画像表示装置。
6. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
   　前記固体光源は、レーザ光を出射可能なレーザ光源である
   　画像表示装置。
7. 　請求項６に記載の画像表示装置であって、
   　前記レーザ光源は、青色レーザ光を出射可能である
   　画像表示装置。
8. 　請求項７に記載の画像表示装置であって、
   　前記発光体は、前記青色レーザ光により励起されて、赤色光及び緑色光を含む光を発し、
   　前記出射部は、前記合成光として白色光を出射する
   　画像表示装置。
9. 　請求項８に記載の画像表示装置であって、
   　前記光学フィルタは、ＲＧＢの各色光のスペクトルを調整する
   　画像表示装置。
10. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
    　前記結晶性部材は、水晶又はサファイアである
    　画像表示装置
11. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
    　前記出射部は、前記合成光をコリメートする光学系を有する
    　画像表示装置。
12. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、さらに、
    　前記光学フィルタによりフィルタリングされた光をもとに画像を生成する画像生成システムと、
    　前記画像生成システムにより生成された画像を投射する投射システムと
    　を具備する画像表示装置。
13. 　１以上の固体光源と、
    　前記１以上の固体光源の出射光により励起されて光を発する発光体と、
    　前記発光体を支持し前記出射光の光軸方向とは異なる方向に結晶軸方向が設定された回転可能な結晶性部材と、
    　前記出射光の少なくとも一部と前記発光体からの光とを含む合成光を、誘電体多層膜を有する光学フィルタに出射する出射部と、
    　を具備する光源装置。

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