WO2021186495A1

WO2021186495A1 - 光源装置およびプロジェクタ

Info

Publication number: WO2021186495A1
Application number: PCT/JP2020/011411
Authority: WO
Inventors: 颯太平原
Original assignee: シャープＮｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2021-09-23
Also published as: CN115298606A; US20230139540A1

Abstract

ＬＤチップ数の最適化が容易で、光利用効率が高い光源装置を提供する。光源装置は、第１の単色光（１ａ）を射出する第１の光源部（１）と、第１の単色光（１ａ）と同じ色の第２の単色光（２ａ）を射出する第２の光源部（２）と、第１の光源部（１）が射出した第１の単色光（１ａ）を第１の分割光（３ａ）と第２の分割光（３ｂ）とに分割し、該第１の分割光（３ａ）と第２の光源部（２）が射出した第２の単色光（２ａ）とを一つの光路に統合する光学部材（３）と、第２の分割光（３ｂ）または統合光（３ｃ）を受けて蛍光（４ａ）を射出する蛍光体部（４）と、を有する。

Description

光源装置およびプロジェクタ

　本発明は、蛍光体を備えた光源装置およびプロジェクタに関する。

　特許文献１には、黄色の蛍光と青色光とを混色した白色光を射出する光源装置が記載されている。この光源装置では、複数の青色ＬＤ（Laser Diode）を備えた励起光源が励起光（青色ＬＤ光）を射出する。励起光は、ダイクロイックミラーの一方の面に入射にする。ダイクロイックミラーは、励起光を蛍光体ホイールに向けて反射する。蛍光体ホイールは、励起光を受け、黄色の蛍光をダイクロイックミラーの方向に射出する。黄色の蛍光は、ダイクロイックミラーを透過する。
　複数の青色ＬＤを備えた青色光源が、青色ＬＤ光を射出する。青色ＬＤ光は、ダイクロイックミラーの他方の面に入射にする。ダイクロイックミラーでは、青色ＬＤ光は反射され、ダイクロイックミラーを透過した黄色の蛍光と合成される。
　ところで、装置コストの削減を目的に、励起光源および青色光源に、複数のＬＤチップを１つのパッケージに収容したレーザモジュールを用いる場合がある。このレーザモジュールには、ＬＤチップ数の違いによりいくつかの種類がある。

特開２０１９－１５８９１４号公報

　しかし、特許文献１に記載の光源装置においては、レーザモジュールを用いる場合に、以下のような問題が生じる。
　所望の色味の白色光を得るためには、青色光源と励起光源とのＬＤチップ数の比が所定の比の値になるように設計する必要があるが、レーザモジュールを用いる場合は、モジュール単位でしかＬＤチップ数を設定できない。このため、設計の自由度が低く、ＬＤチップ数の最適化が困難であった。
　また、光源に必要なＬＤチップ数がレーザモジュールのＬＤチップの収容数と異なる場合には、ＬＤチップの収容数が必要なＬＤチップ数よりも多いレーザモジュールを用いる。この場合、所定の光量になるようにレーザモジュールの光量を低下させる必要があるため、光利用効率が低下する。加えて、本来必要のないＬＤチップを駆動させることになるため、電力の消費量も増大する。

　本発明の目的は、上記問題を解決し、ＬＤチップ数の最適化が容易で、光利用効率が高い光源装置およびプロジェクタを提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明の光源装置は、第１の単色光を射出する第１の光源部と、上記第１の単色光と同じ色の第２の単色光を射出する第２の光源部と、上記第１の光源部が射出した上記第１の単色光を第１の分割光と第２の分割光とに分割し、該第１の分割光と上記第２の光源部が射出した上記第２の単色光とを一つの光路に統合する光学部材と、上記第２の分割光または上記一つの光路に統合した光を受けて蛍光を射出する蛍光体部と、を有する。
　本発明のプロジェクタは、上記光源装置と、上記光源装置の射出光を変調して画像を形成する光変調部と、上記光変調部が形成した画像を投写する投写レンズと、を有する。

　本発明によれば、ＬＤチップ数の最適化を容易に行うことができ、光利用効率を向上することができる。

本発明の第１の実施形態による光源装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態による光源装置の構成を示す模式図である。本発明の第３の実施形態による光源装置の構成を模式的に示す側面図である。本発明の第３の実施形態による光源装置の構成を模式的に示す上面図である。本発明の第４の実施形態による光源装置の構成を模式的に示す側面図である。本発明の第４の実施形態による光源装置の構成を模式的に示す上面図である。本発明の第５の実施形態による光源装置の構成を模式的に示す上面図である。本発明の第６の実施形態による光源装置の構成を示す模式図である。本発明の第７の実施形態による光源装置の構成を示す模式図である。本発明の一実施形態であるプロジェクタの構成を示す模式図である。

　次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態による光源装置の構成を示すブロック図である。
　図１を参照すると、光源装置は、第１の光源部１、第２の光源部２、光学部材３及び蛍光体部４を有する。第１の光源部１は、第１の単色光１ａを射出する。第２の光源部２は、第１の単色光１ａと同じ色の第２の単色光２ａを射出する。光学部材３は、第１の光源部１が射出した第１の単色光１ａを第１の分割光３ａと第２の分割光３ｂとに分割し、第１の分割光３ａと第２の光源部２が射出した第２の単色光２ａとを一つの光路に統合する。蛍光体部４は、第２の分割光３ｂまたは一つの光路に統合した統合光３ｃ（第１の分割光３ａ＋第２の単色光２ａ）を受けて蛍光４ａを射出する。

　本実施形態の光源装置においては、例えば、統合光３ｃを励起光として用いる場合は、第２の分割光３ｂが青色光とされ、反対に、第２の分割光３ｂを励起光として用いる場合には、統合光３ｃが青色光とされる。本実施形態の光源装置では、第１の光源部１が射出した第１の単色光１ａの一部である第１の分割光３ａを第２の光源部２の側に回すことができる。この構成によれば、レーザモジュールを用いて第１の光源部１及び第２の光源部２を構成する場合でも、第１の分割光３ａと第２の分割光３ｂとの分割比を調整することで、励起光と青色光との光量比を所望の比の値に設定することができる。このように、分割比の調整を可能としたことで、モジュール単位の調整だけでは困難であったＬＤチップ数の最適化を容易に行うことができ、光利用効率の向上を図ることができる。また、無駄にＬＤチップを駆動する必要もないので、本来必要のないＬＤチップを駆動させていた構成と比較して、電力の消費量を削減することができる。

　以下、作用効果を具体的に説明する。
　第１の光源部１及び第２の光源部２の一方を励起光源、他方を青色光源とする。例えば、統合光３ｃで蛍光体部４を励起する場合は、第２の分割光３ｂと蛍光４ａとを１つの光路に色合成した光が光源装置の出力光とされる。一方、第２の分割光３ｂで蛍光体部を励起する場合には、統合光３ｃと蛍光４ａとを１つの光路に色合成した光が光源装置の出力光とされる。
　例えば、所望の色味の出力光を得るために、励起光源と青色光源とのＬＤチップ数の比を４５：１５とする。この場合、青色光源に必要なＬＤチップ数は１５であり、励起光源に必要なＬＤチップ数は４５である。この条件で、２０個のＬＤチップを備えたレーザモジュールを用いて励起光源及び青色光源を構成し、青色光源の射出光の一部を励起光源の側に回すことを考える。励起光源のモジュール数は２、青色光源のモジュール数は１である。この場合、励起光源のＬＤチップ数は４０であり、所望の色味を得るために必要なチップ数である４５よりも５つ少ない。一方、青色光源のＬＤチップ数は２０であり、所望の色味を得るために必要なチップ数である１５よりも５つ多い。よって、５個のＬＤチップに相当する光量を青色光源から励起光源の側に回すことで、所望の色味の出力光を得ることができる。

　図１に示した構成において、第１の光源部１を青色光源とし、第２の光源部２を励起光源とし、５個のＬＤチップに相当する光量を第１の光源部１から第２の光源部２の側に回す。具体的には、第２の分割光３ｂの光量と統合光３ｃ（第１の分割光３ａ＋第２の単色光２ａ）の光量との比が３：１（＝４５：１５）になるように、第１の分割光３ａと第２の分割光３ｂとの分割比を調整する。これにより、上記の所望の色味の出力光を得ることができる。このように、本実施形態の光源装置によれば、第１の分割光３ａと第２の分割光３ｂとの分割比を調整することで、所望の色味の出力光を得ることができるので、設計の自由度が向上し、ＬＤチップ数の最適化を容易に行うことができる。
　また、本実施形態の光源装置によれば、第１の光源部１の光量を低下させるのではなく、第１の光源部１が射出した第１の単色光１ａの一部である第１の分割光３ａを第２の光源部２の側に回すので、光利用効率が向上する。加えて、無駄にＬＤチップを駆動する必要もないので、電力の消費量を削減することができる。

　なお、本実施形態の光源装置において、図１に示した構成は一例であり、適宜に変更可能である。
　例えば、蛍光体部４が統合光３ｃにより励起されて蛍光４ａを射出する場合、第２の分割光３ｂと蛍光体部４が射出した蛍光４ａとを１つの光路に色合成する色合成部を設けても良い。この場合、青色光源の射出光の一部を励起光源に回す。
　また、蛍光体部４が第２の分割光３ｂにより励起されて蛍光４ａを射出する場合、統合光３ｃと蛍光体部４が射出した蛍光４ａとを１つの光路に色合成する色光合成部を設けても良い。この場合、励起光源の射出光の一部を青色光源に回す。

　さらに、光学部材３は、位相差板と、第１の偏光を反射させ、該第１の偏光とは異なる第２の偏光を透過する第１の偏光ビームスプリッタと、を有していても良い。この場合、第１の光源部１が射出した第１の単色光１ａが位相差板を介して第１の偏光ビームスプリッタの一方の面に入射する。第１の偏光ビームスプリッタは、第１の単色光１ａを第１の偏光よりなる第１の分割光３ａと第２の偏光よりなる第２の分割光３ｂとに分割する。
　上記の場合、第２の光源部２が、第２の偏光よりなる第２の単色光２ａを射出し、第２の単色光２ａが、第１の偏光ビームスプリッタの他方の面に入射しても良い。この場合、第１の偏光ビームスプリッタは、第１の偏光よりなる第１の分割光３ａと同じ光路で第２の単色光２ａを一方の面より射出する。

　また、光学部材３は、第１の偏光を反射させ、第２の偏光を透過する第２の偏光ビームスプリッタを、さらに有していても良い。この場合、第２の光源部２が、第２の偏光よりなる第２の単色光２ａを射出し、第２の単色光２ａが、第２の偏光ビームスプリッタの一方の面に入射する。さらに、第１の偏光よりなる第１の分割光３ａが第２の偏光ビームスプリッタの他方の面に入射する。第２の偏光ビームスプリッタは、他方の面で反射された第１の偏光よりなる第１の分割光３ａと同じ光路で、第２の単色光２ａを他方の面より射出する。
　また、第２の光源部２は、第２の単色光２ａである複数の光束を空間的に分離した状態で同じ方向に射出して良い。この場合、光学部材３は、複数の光束を含む光路内の各光束を遮らない空間に設けられ、第１の偏光よりなる第１の分割光３ａを複数の光束の射出方向と同じ方向に反射する反射部材を有する。
　第１の光源部１は、複数のＬＤチップを備える少なくとも一つの第１のレーザモジュールを有し、第２の光源部２は、それぞれが複数のＬＤチップを備える複数の第２のレーザモジュールを有していても良い。

　（第２の実施形態）
　図２は、本発明の第２の実施形態による光源装置の構成を示す模式図である。なお、図２において、光路や光学要素は模式的に示したものであり、実際のものとは大きさや形状などが異なる場合がある。例えば、便宜上、光路が他の光路を飛び越えるような状態を示しているが、実際は、各光路は直線状であり、空間的に離れた状態で交差している。
　図２を参照すると、光源装置は、青色光源１１、励起光源１２、光学部材１３及び蛍光体部１４を有する。青色光源１１及び励起光源１２はいずれも、単色光である青色ＬＤ光（直線偏光）を射出する複数のＬＤチップを備えるレーザモジュールからなる。各ＬＤチップには、射出光を平行光束に変換するためのコリメーターレンズが設けられている。
　蛍光体部１４は、青色ＬＤ光により励起され、黄色の蛍光を射出する。蛍光体部１４として、例えば、蛍光体ホイールを用いることができる。この蛍光体ホイールは、回転基板を備える。回転基板の一方の面には、黄色の蛍光を放出する蛍光体を含む蛍光層が周方向に沿って形成されている。蛍光層と回転基板との間には、蛍光層から入射した蛍光を蛍光層側に反射する反射部材が設けられている。なお、回転基板を金属材料で構成することで、反射部材を省くことができる。

　光学部材１３は、位相差板２０、偏光ビームスプリッタ２１、ミラー２２、２３、光統合部２４、縮小光学系２５、フライアイレンズ２６ａ、２６ｂ、ダイクロイックミラー２７、拡散板２８及び集光レンズ２９を有する。
　青色光源１１が射出した青色ＬＤ光（直線偏光）は、位相差板２０を介して偏光ビームスプリッタ２１の一方の面に入射する。位相差板２０は、直交する２つの偏光成分に位相差を与えて入射偏光の状態を変える素子である。位相差板２０として、例えば、水晶等の結晶板、１／２波長板、１／４波長板などを用いることができる。位相差板２０を通過した青色ＬＤ光は、Ｐ偏光及びＳ偏光を含む。偏光ビームスプリッタ２１は、青色光源１１の光軸に対して４５度の傾きで配置されており、Ｓ偏光を反射させ、Ｐ偏光を透過するように構成されている。Ｓ偏光の反射角は４５度である。ここで、反射角は、入射面に立てた法線と反射光の進行方向とのなす角度である。Ｓ偏光とＰ偏光の分割比が所望の分割比の値になるように、位相差板２０及び偏光ビームスプリッタ２１が形成されている。

　偏光ビームスプリッタ２１で反射されたＳ偏光の青色ＬＤ光は、ミラー２２及びミラー２３を介して光統合部２４に入射する。光統合部２４は、Ｓ偏光の青色ＬＤ光と励起光源１２が射出した青色ＬＤ光とを一つの光路に統合する。
　例えば、励起光源１２が複数の光束を空間的に分離した状態で同じ方向に射出し、光統合部２４であるミラーがそれら光束を含む光路内の各光束を遮らない空間に設けられても良い。この場合、ミラーは、励起光源１２の射出方向と同じ方向にＳ偏光の青色ＬＤ光を反射する。
　別の例として、光統合部２４は、励起光源１２の光軸に対して４５度の傾きで配置された偏光ビームスプリッタで構成されても良い。この場合、励起光源１２はＰ偏光の青色ＬＤ光を射出する。偏光ビームスプリッタは、励起光源１２が射出したＰ偏光の青色ＬＤ光を透過し、ミラー２３からのＳ偏光の青色ＬＤ光をＰ偏光の青色ＬＤ光の射出方向と同じ方向に反射する。

　光統合部２４で統合した統合光は、蛍光体部１４を励起するための励起光として用いられる。光統合部２４からの統合光は、縮小光学系２５及びフライアイレンズ２６ａ、２６ｂを介してダイクロイックミラー２７の第１の面に入射する。縮小光学系２５は、光統合部２４からの統合光の光束径を縮小する。光束径を縮小することで、縮小光学系２５よりも後段の光学系を小さくすることが可能である。フライアイレンズ２６ａ、２６ｂは、蛍光体部１４の照射面を均一な照度部分布にするための光均一化素子である。
　ダイクロイックミラー２７は、可視波長において、青色波長域の光を反射させ、それ以外の波長域の光を透過する特性を有する。ダイクロイックミラー２７は、４５度の反射角で統合光を反射する。ダイクロイックミラー２７の第１の面で反射した統合光は、集光レンズ２９を介して蛍光体部１４に照射される。蛍光体部１４は、励起光である統合光を受け、黄色の蛍光を集光レンズ２９側に射出する。蛍光体部１４が射出した黄色の蛍光は、集光レンズ２９を介してダイクロイックミラー２７の第１の面に入射する。集光レンズ２９は、励起光である統合光を蛍光体部１４の照射面上に集光する役割の他、蛍光体部１４からの黄色の蛍光を疑似平行光に変換する役割を持つ。

　偏光ビームスプリッタ２１を透過したＰ偏光の青色ＬＤ光が、拡散板２８を介してダイクロイックミラー２７の第２の面（第１の面の反対側の面）に入射する。ダイクロイックミラー２７は、第１の面に入射した黄色の蛍光を透過し、第２の面に入射した青色ＬＤ光を黄色の蛍光の透過方向に反射する。すなわち、ダイクロイックミラー２７は、青色ＬＤ光と黄色の蛍光とを一つの光路に色合成する。このダイクロイックミラー２７で色合成した光が、本実施形態の光源装置の出力光（白色）である。
　なお、拡散板２８は、スペックルノイズを低減するために用いられている。ここで、スペックルノイズとは、レーザ光を用いて投写画像を形成する場合に生じる斑点状のノイズである。

　本実施形態の光源装置においても、青色光源１１の射出光の一部を励起光源１２の側に回すことができるので、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
　また、Ｓ偏光とＰ偏光の分割比が所望の分割比の値になるように、位相差板２０及び偏光ビームスプリッタ２１を構成することで、所望の色味の出力光を得ることができる。例えば、青色光源１１の光軸を回転軸として位相差板２０を回転することで、Ｓ偏光とＰ偏光の分割比を調整することができる。

　（第３の実施形態）
　図３は本発明の第３の実施形態による光源装置の構成を示す模式図であって、図３Ａは側面図、図３Ｂは上面図である。
　図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、光源装置は、青色光源であるレーザモジュール３１、励起光源３２、光学部材３３及び蛍光体部３４を有する。励起光源３２は、２つのレーザモジュール３２ａ、３２ｂを有する。レーザモジュール３１、３２ａ、３２ｂはいずれも同じ構成であって、ここでは２４個の青色ＬＤチップを１つパッケージに収容したものが用いられている。なお、レーザモジュールの青色ＬＤチップ数は適宜に変更可能である。

　蛍光体部３４は、第２の実施形態で説明した蛍光体部１４と同様の構造のものである。光学部材３３は、位相差板４０、偏光ビームスプリッタ４１、ミラー４２～４４、縮小光学系４５、フライアイレンズ４６ａ、４６ｂ、ダイクロイックミラー４７、拡散部材４８及び集光レンズ４９を有する。この光学部材３３も、第２の実施形態で説明した光学部材１３と基本的に同じ構成であるが、光統合部２４をミラー４４で構成している点が異なる。
　本実施形態では、ミラー４４は、レーザモジュール３２ａ、３２ｂの各々が射出した平行光束を含む光路内の各光束を遮らない空間に設けられている。具体的には、図３Ａに示すように、レーザモジュール３２ａ、３２ｂは上下に配置されている。レーザモジュール３２ａ、３２ｂは、行列状に配置された複数のＬＤチップからなる発光部と、この発光部を支持する支持部とを有する。支持部は発光部よりも大きいため、レーザモジュール３２ａ、３２ｂを同一平面上に配置した場合、レーザモジュール３２ａ、３２ｂの間には、ある程度の空間が存在する。ミラー４４は、レーザモジュール３２ａ、３２ｂの間の空間に配置でき、かつ、レーザモジュール３１からの平行光束を反射できるような大きさに形成されている。

　ミラー４４は、偏光ビームスプリッタ４１からのＳ偏光の青色ＬＤ光と、レーザモジュール３２ａ、３２ｂが射出した青色ＬＤ光とを一つの光路に統合する。ミラー４４で統合した統合光は、縮小光学系４５及びフライアイレンズ４６ａ、４６ｂを介してダイクロイックミラー４７の第１の面に入射する。縮小光学系４５は、統合光の光束径を縮小する複数のレンズ４５ａ、４５ｂからなる。フライアイレンズ４６ａ、４６ｂは光均一化素子である。ダイクロイックミラー４７は、蛍光体部３４に向けて統合光を反射する。ダイクロイックミラー４７で反射した統合光は、集光レンズ４９を介して蛍光体部３４に入射する。
　蛍光体部３４が射出した黄色の蛍光は、集光レンズ４９を介してダイクロイックミラー４７の第１の面に入射する。一方、偏光ビームスプリッタ４１を透過したＰ偏光の青色ＬＤ光が、拡散部材４８を介してダイクロイックミラー４７の第２の面に入射する。ダイクロイックミラー４７は、第１の面に入射した黄色の蛍光を透過し、第２の面に入射した青色ＬＤ光を黄色の蛍光の透過方向に反射する。すなわち、ダイクロイックミラー４７は、青色ＬＤ光と黄色の蛍光とを一つの光路に色合成する。

　本実施形態の光源装置においても、青色光源であるレーザモジュール３１の射出光の一部を励起光源３２の側に回すことができるので、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
　また、Ｓ偏光とＰ偏光の分割比が所望の分割比の値になるように、位相差板４０及び偏光ビームスプリッタ４１を形成することで、所望の色味の出力光を得ることができる。

　（第４の実施形態）
　図４は本発明の第４の実施形態による光源装置の構成を示す模式図であって、図４Ａは側面図、図４Ｂは上面図である。
　図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、光源装置は、青色光源であるレーザモジュール５１、励起光源５２、光学部材５３及び蛍光体部５４を有する。励起光源５２は、２つのレーザモジュール５２ａ、５２ｂを有する。レーザモジュール５１、５２ａ、５２ｂは、第３の実施形態で説明したレーザモジュール３１、３２ａ、３２ｂと同じである。ただし、レーザモジュール５２ａ、５２ｂは、上下ではなく、左右方向に並べて配置されている。

　蛍光体部５４は、第２の実施形態で説明した蛍光体部１４と同じ構造のものである。光学部材５３は、位相差板６０、偏光ビームスプリッタ６１、ミラー６２～６４、縮小光学系６５、フライアイレンズ６６ａ、６６ｂ、ダイクロイックミラー６７、拡散部材６８及び集光レンズ６９を有する。
　レーザモジュール５１の光軸は励起光源５２の光軸と直交しており、これら光軸の交差位置に、偏光ビームスプリッタ６１が設けられている。レーザモジュール５１が射出した青色ＬＤ光（直線偏光）は、位相差板６０を介して偏光ビームスプリッタ６１の第１の面に入射する。位相差板６０は、第２の実施形態で説明した位相差板２０と同じものである。レーザモジュール５２ａ、５２ｂが射出した青色ＬＤ光（Ｐ偏光）は、偏光ビームスプリッタ６１の第２の面（第１の面とは反対の面）に入射する。
　偏光ビームスプリッタ６１は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射させる。位相差板６０を通過した青色ＬＤ光のうち、Ｐ偏光は偏光ビームスプリッタ６１を透過するが、Ｓ偏光は偏光ビームスプリッタ６１の第１の面で反射される。レーザモジュール５２ａ、５２ｂが射出した青色ＬＤ光（Ｐ偏光）は、偏光ビームスプリッタ６１を透過する。すなわち、偏光ビームスプリッタ６１は、位相差板６０からのＳ偏光の青色ＬＤ光とレーザモジュール５２ａ、５２ｂがからのＰ偏光の青色ＬＤ光とを一つの光路に統合する。

　偏光ビームスプリッタ６１で統合した統合光は、複数のレンズ６５ａ、６５からなる縮小光学系６５及びフライアイレンズ６６ａ、６６ｂを介して、ダイクロイックミラー６７の第１の面に入射する。縮小光学系６５及びフライアイレンズ６６ａ、６６ｂは、第３の実施形態で説明した縮小光学系４５及びフライアイレンズ４６ａ、４６ｂと同じ構造のものである。ダイクロイックミラー６７は、統合光を蛍光体部５４に向けて反射する。ダイクロイックミラー６７で反射した統合光は、集光レンズ６９を介して蛍光体部５４に入射する。蛍光体部５４が射出した黄色の蛍光は、集光レンズ６９を介してダイクロイックミラー６７の第１の面に入射する。
　一方、位相差板６０を通過し、偏光ビームスプリッタ６１を透過したＰ偏光の青色ＬＤ光は、ミラー６３～６４及び拡散部材６８を介してダイクロイックミラー６７の第２の面（第１の面とは反対の面）に入射する。ダイクロイックミラー６７は、第３の実施形態で説明したダイクロイックミラー４７と同じ構造のものである。ダイクロイックミラー６７は、第１の面に入射した黄色の蛍光を透過し、第２の面に入射した青色ＬＤ光を黄色の蛍光の透過方向に反射する。すなわち、ダイクロイックミラー６７は、青色ＬＤ光と黄色の蛍光とを一つの光路に色合成する。

　本実施形態の光源装置においても、青色光源であるレーザモジュール５１の射出光の一部を励起光源５２の側に回すことができるので、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
　また、Ｓ偏光とＰ偏光の分割比が所望の分割比の値になるように、位相差板６０及び偏光ビームスプリッタ６１を形成することで、所望の色味の出力光を得ることができる。

　（第５の実施形態）
　図５は、本発明の第５の実施形態による光源装置の構成を模式的に示す上面図である。
　図５を参照すると、光源装置は、青色光源であるレーザモジュール７１、励起光源であるレーザモジュール７２、光学部材７３及び蛍光体部７４を有する。便宜上、励起光源として１個のレーザモジュール７２しか示されていないが、実際は、２個のレーザモジュール７２が設けられている。レーザモジュール７１、７２及び蛍光体部７４は、第３の実施形態で説明したレーザモジュール３１、３２ａ、３２ｂ及び蛍光体部３４と同じ構造のものである。

　光学部材７３は、位相差板８０、偏光ビームスプリッタ８１、ミラー８２、ダイクロイックミラー８３、８４、縮小光学系８５、フライアイレンズ８６ａ、８６ｂ、拡散部材８８及び集光レンズ８９を有する。位相差板８０、偏光ビームスプリッタ８１、縮小光学系８５、フライアイレンズ８６ａ、８６ｂ、拡散部材８８及び集光レンズ８９は、第４の実施形態で説明した光学部材５３のものと基本的に同じである。
　レーザモジュール７１が射出した青色ＬＤ光（直線偏光）は、位相差板８０を介して偏光ビームスプリッタ８１の第１の面に入射する。レーザモジュール７２が射出した青色ＬＤ光（Ｐ偏光）は、偏光ビームスプリッタ８１の第２の面（第１の面とは反対の面）に入射する。偏光ビームスプリッタ８１は、位相差板８０からのＳ偏光の青色ＬＤ光とレーザモジュール７２のＰ偏光の青色ＬＤ光とを一つの光路に統合する。

　偏光ビームスプリッタ８１で統合した統合光は、複数のレンズ８５ａ、８５ｂからなる縮小光学系８５及びフライアイレンズ８６ａ、８６ｂを介して、ダイクロイックミラー８４の第１の面に入射する。縮小光学系８５、フライアイレンズ８６ａ、８６ｂ及びダイクロイックミラー８４は、第３の実施形態で説明した縮小光学系４５、フライアイレンズ４６ａ、４６ｂ及びダイクロイックミラー４７と同じ構造のものである。ダイクロイックミラー８４は、統合光を蛍光体部７４に向けて反射する。ダイクロイックミラー８４で反射した統合光は、集光レンズ８９を介して蛍光体部７４に入射する。蛍光体部７４が射出した黄色の蛍光は、集光レンズ８９を介してダイクロイックミラー８４の第１の面に入射する。
　ダイクロイックミラー８４を透過した黄色の蛍光は、ダイクロイックミラー８３の第１の面に入射する。一方、位相差板８０を通過し、偏光ビームスプリッタ８１を透過したＰ偏光の青色ＬＤ光は、ミラー８２及び拡散部材８８を介して、ダイクロイックミラー８３の第２の面（第１の面とは反対の面）に入射する。ダイクロイックミラー８３は、可視波長において、青色波長域の光を反射させ、それ以外の波長域の光を透過する特性を有する。ダイクロイックミラー８３は、第１の面に入射した黄色の蛍光を透過し、第２の面に入射した青色ＬＤ光を黄色の蛍光の透過方向に反射する。すなわち、ダイクロイックミラー８３は、青色ＬＤ光と黄色の蛍光とを一つの光路に色合成する。

　本実施形態の光源装置においても、青色光源であるレーザモジュール７１の射出光の一部を励起光源の側に回すことができるので、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
　また、Ｓ偏光とＰ偏光の分割比が所望の分割比の値になるように、位相差板８０及び偏光ビームスプリッタ８１を形成することで、所望の色味の出力光を得ることができる。

　（第６の実施形態）
　図６は、本発明の第６の実施形態による光源装置の構成を模式的に示す模式図である。なお、図６において、光路や光学要素は模式的に示したものであり、実際のものとは大きさや形状などが異なる場合がある。例えば、便宜上、光路が他の光路を飛び越えるような状態を示しているが、実際は、各光路は直線状であり、空間的に離れた状態で交差している。
　本実施形態の光源装置は、位相差板２０及び偏光ビームスプリッタ２１に代えてビームスプリッタ１５を有する点で第２の実施形態と異なり、それ以外の構成は第２の実施形態と同じである。

　本実施形態の光源装置では、青色光源１１が射出した青色ＬＤ光がビームスプリッタ１５の一方の面に入射する。ビームスプリッタ１５は、青色光源１１からの青色ＬＤ光を第１の青色分割光と第２の青色分割光とに分割する。ビームスプリッタ１５は、例えば、誘電体多層膜を用いたプリズム型やプレート型のビームスプリッタである。このビームスプリッタは、光量を所定の分岐比（透過反射分配比率）で分配することが可能である。分岐比が５０：５０のものはハーフミラーと呼ばれている。分岐比が７０：３０や６０：４０のものも作成することが可能である。ビームスプリッタ１５は、青色ＬＤ光を所定の分岐比を有する少なくとも一つのビームスプリッタで構成されても良く、また、分岐比が異なる複数のビームスプリッタの組み合わせで構成されても良い。

　第１の青色分割光は、ミラー２２、２３を介して光統合部２４に入射する。光統合部２４は、第１の青色分割光と励起光源１２が射出した青色ＬＤ光とを一つの光路に統合する。
　一方、第２の青色分割光は、拡散板２８を介してダイクロイックミラー２７の第２の面に入射する。ダイクロイックミラー２７は、第１の面に入射した黄色の蛍光と第２の面に入射した第２の青色分割光とを一つの光路に色合成する。このダイクロイックミラー２７で合成した光が、本実施形態の光源装置の出力光である。

　本実施形態の光源装置においても、青色光源１１の射出光の一部を励起光源１２の側に回すことができるので、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
　また、第１の青色分割光と第２の青色分割光の分割比（分岐比）が所望の値になるようにビームスプリッタ１５を形成することで、所望の色味の出力光を得ることができる。
　また、本実施形態の光源装置では、以下のような効果も奏する。
　レーザ光等の光集塵による付着物のために、位相差板や偏光ビームスプリッタを含む光学部材の偏光特性が変化する場合がある。このため、偏光を利用したビーム分割を行う光源装置においては、偏光特性の変化のために、出力光の色味の変化や照度の変化が起き易い。これに対して、本実施形態の光源装置によれば、偏光を利用したビーム分割が行われないので、出力光の色味や照度を安定して維持することができる。
　なお、第２の実施形態や第３の実施形態のように、青色光源側にのみ偏光を利用する構成においては、励起光源側は偏光を利用していないので、青色光源側及び励起光源側ともに偏光を利用する構成と比較して、上記の色味や照度の変化を生じ難い。

　（第７の実施形態）
　図７は、本発明の第７の実施形態による光源装置の構成を示す模式図である。なお、図７において、光路や光学要素は模式的に示したものであって、実際のものとは大きさや形状などが異なる場合がある。例えば、便宜上、光路が他の光路を飛び越えるような状態を示しているが、実際は、各光路は直線状であり、空間的に離れた状態で交差している。
　本実施形態の光源装置は、励起光源の射出光の一部を青色光源の側に回すように光学部材１３を構成した点で、第２の実施形態と異なり、それ以外の構成は第２の実施形態と同じである。具合的には、光学部材１３において、光統合部２４に代えて偏光ビームスプリッタ２１Ａが用いられ、位相差板２０が励起光源１２と偏光ビームスプリッタ２１Ａとの間に配置されている。励起光源１２が射出した青色ＬＤ光は、位相差板２０を介して偏光ビームスプリッタ２１Ａの第１の面に入射する。偏光ビームスプリッタ２１Ａは、Ｓ偏光を反射させ、Ｐ偏光を透過する特性を有する。

　偏光ビームスプリッタ２１Ａを透過したＰ偏光の青色ＬＤ光は、蛍光体部１４の蛍光体を励起するための励起光として用いられる。Ｐ偏光の青色ＬＤ光は、縮小光学系２５及びフライアイレンズ２６ａ、２６ｂを介してダイクロイックミラー２７の第１の面に入射する。ダイクロイックミラー２７の第１の面で反射したＰ偏光の青色ＬＤ光は、集光レンズ２９を介して蛍光体部１４に入射する。蛍光体部１４は、黄色の蛍光を集光レンズ２９側に射出する。蛍光体部１４が射出した黄色の蛍光は、集光レンズ２９を介してダイクロイックミラー２７の第１の面に入射する。
　一方、偏光ビームスプリッタ２１Ａで反射されたＳ偏光の青色ＬＤ光は、ミラー２３及びミラー２２を介して偏光ビームスプリッタ２１の第１の面に入射する。偏光ビームスプリッタ２１の第２の面（第１の面と反対の面）には、青色光源１１が射出した青色ＬＤ光（Ｐ偏光）が入射する。偏光ビームスプリッタ２１は、青色光源１１からのＰ偏光の青色ＬＤ光を透過し、その透過方向にミラー２２からのＳ偏光の青色ＬＤ光を反射させる。すなわち、偏光ビームスプリッタ２１は、Ｐ偏光の青色ＬＤ光とＳ偏光の青色ＬＤ光とを一つの光路に統合する。偏光ビームスプリッタ２１で統合した統合光（青色ＬＤ光）は、拡散板２８を介して、ダイクロイックミラー２７の第２の面に入射する。

　ダイクロイックミラー２７は、黄色の蛍光を透過し、その透過方向に統合光（青色ＬＤ光）を反射させる。すなわち、ダイクロイックミラー２７は、黄色の蛍光と統合光（青色ＬＤ光）とを一つの光路に色合成する。このダイクロイックミラー２７で合成した光が、本実施形態の光源装置の出力光である。
　本実施形態の光源装置においては、励起光源１２の射出光の一部を青色光源１１の側に回すことで、第１の実施形態で説明したような作用効果を奏する。
　また、Ｐ偏光とＳ偏光の分割比が所望の値になるように偏光ビームスプリッタ２１Ａを形成することで、所望の色味の出力光を得ることができる。

　なお、励起光源の射出光の一部を青色光源の側に回す構成は、図７に示した構成に限られない。
　例えば、図４に示した構成において、位相差板６０を励起光源５２と偏光ビームスプリッタ６１との間に配置し、青色光源であるレーザモジュール５１がＰ偏光の青色ＬＤ光を射出しても良い。偏光ビームスプリッタ６１は、レーザモジュール５１からのＰ偏光の青色ＬＤ光と励起光源５２からのＳ偏光の青色ＬＤ光とを一つの光路に統合する。この統合光と黄色の蛍光とを色合成した出力光を得る。なお、励起光源５２を青色光源とし、レーザモジュール５１を励起光源として、レーザモジュール５１がＳ偏光の青色ＬＤ光を射出しても良い。
　また、図５に示した構成において、位相差板８０を励起光源であるレーザモジュール７２と偏光ビームスプリッタ８１との間に配置し、青色光源であるレーザモジュール７１がＰ偏光の青色ＬＤ光を射出しても良い。偏光ビームスプリッタ７１は、レーザモジュール５１からのＰ偏光の青色ＬＤ光とレーザモジュール７２からのＳ偏光の青色ＬＤ光とを一つの光路に統合する。この統合光と黄色の蛍光とを色合成した出力光を得る。

　なお、上述した第２乃至第７の実施形態において、スペックルの低減効果の増大を目的に、拡散板または拡散部材に代えて回転拡散ユニットを用いても良い。回転拡散ユニットは、入射光を拡散する回転拡散板と、回転拡散板の入射面側に設けられた第１の集光レンズと、回転拡散板の射出面側に設けられた第２の集光レンズと、を有する。第１の集光レンズは、入射光を回転拡散板上に集光する。第２の集光レンズは、回転拡散板を通過した光を平行光束に変換する。

　以上説明した第１乃至第７の実施形態の光源装置はいずれも、プロジェクタの光源装置として使用することができる。プロジェクタは、光源装置の射出光を変調して画像を形成する光変調部と、該光変調部が形成した画像を投写する投写レンズと、を有する。
　図８に、本発明の一実施形態であるプロジェクタの構成を模式的に示す。このプロジェクタは、光源装置９０、照明光学系９１、３つの光変調部９２Ｒ、９２Ｇ、９２Ｂ、クロスダイクロイックプリズム９３及び投写レンズ９４を有する。光源装置９０は、第１乃至第７の実施形態の何れかに記載した光源装置であって、黄色の蛍光と青色ＬＤ光とを含む白色光である平行光束を射出する。

　照明光学系９１は、光源装置９０が射出した白色光を、光変調部９２Ｒを照明するための赤色光と、光変調部９２Ｇを照明するための緑色光と、光変調部９２Ｂを照明するための青色光とに分離する。光変調部９２Ｒ、９２Ｇ、９２Ｂはそれぞれ、光を変調して画像を形成する液晶パネルを備える。
　照明光学系９１は、フライアイレンズ５ａ、５ｂ、偏光変換素子５ｃ、重畳レンズ５ｄ、ダイクロイックミラー５ｅ、５ｇ、フィールドレンズ５ｆ、５ｌ、リレーレンズ５ｈ、５ｊ及びミラー５ｉ、５ｋ、５ｍを有する。光源装置９０が射出した白色光は、フライアイレンズ５ａ、５ｂ、偏光変換素子５ｃ及び重畳レンズ５ｄを介してダイクロイックミラー５ｅに入射する。

　フライアイレンズ５ａ、５ｂは、互いに対向するように配置されている。フライアイレンズ５ａ、５ｂはそれぞれ複数の微小レンズを備える。フライアイレンズ５ａの各微小レンズは、フライアイレンズ５ｂの各微小レンズと対向する。フライアイレンズ５ａでは、光源部９０の射出光が微小レンズの数に対応する複数の光束に分割される。各微小レンズは、液晶パネルの有効表示領域と相似形状をなしており、光源部９０からの光束をフライアイレンズ５ｂ近傍に集光させる。
　重畳レンズ５ｄとフィールドレンズ５ｌは、フライアイレンズ５ａの各微小レンズからの主光線を光変調部９２Ｒの液晶パネルの中心部に向け、各微小レンズの像をその液晶パネル上に重ね合わせる。同様に、重畳レンズ５ｄとフィールドレンズ５ｆは、フライアイレンズ２ａの各微小レンズからの主光線を光変調部９２Ｇ、９２Ｂの各々の液晶パネルの中心部に向け、各微小レンズの像をその液晶パネル上に重ね合わせる。

　偏光変換素子５ｃは、フライアイレンズ５ａ、５ｂを通過した光の偏光方向をＰ偏光又はＳ偏光に揃える。ダイクロイックミラー５ｅは、可視光のうち、赤色波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する特性を有する。
　ダイクロイックミラー５ｅで反射された光（赤色）は、フィールドレンズ５ｌ、ミラー５ｍを介して光変調部９２Ｒの液晶パネルに照射される。一方、ダイクロイックミラー５ｅを透過した光（青色及び緑色）は、フィールドレンズ５ｆを介してダイクロイックミラー５ｇに入射する。ダイクロイックミラー５ｇは、可視光のうち、緑色波長域の光を反射し、それ以外の波長域の光を透過する特性を有する。

　ダイクロイックミラー５ｇで反射された光（緑色）は、光変調部９２Ｇの液晶パネルに照射される。一方、ダイクロイックミラー５ｇを透過した光（青色）は、リレーレンズ５ｈ、ミラー５ｉ、リレーレンズ５ｊ及びミラー５ｋを介して光変調部９２Ｂの液晶パネルに照射される。
　光変調部９２Ｒは赤色画像を形成する。光変調部９２Ｇは緑色画像を形成する。光変調部９２Ｂは青色画像を形成する。クロスダイクロイックプリズム９３は、第１乃至第３の入射面と射出面を有する。クロスダイクロイックプリズム９３では、赤色画像光が第１の入射面に入射し、緑色画像光が第２の入射面に入射し、青色画像光が第３の入射面に入射する。出射面から、赤色画像光、緑色画像光及び青色画像光が同一の光路で射出される。
　クロスダイクロイックプリズム９３の射出面より射出した赤色画像光、緑色画像光及び青色画像光は投写レンズ９４に入射する。投写レンズ９４は、赤色画像、緑色画像及び青色画像を重ねてスクリーン上に投写する。

　１　第１の光源部
　１ａ　第１の単色光
　２　第２の光源部
　２ａ　第２の単色光
　３　光学部材
　３ａ　第１の分割光
　３ｂ　第２の分割光
　３ｃ　統合光
　４　蛍光体部
　４ａ　蛍光

Claims

　第１の単色光を射出する第１の光源部と、
　前記第１の単色光と同じ色の第２の単色光を射出する第２の光源部と、
　前記第１の光源部が射出した前記第１の単色光を第１の分割光と第２の分割光とに分割し、該第１の分割光と前記第２の光源部が射出した前記第２の単色光とを一つの光路に統合する光学部材と、
　前記第２の分割光または前記一つの光路に統合した光を受けて蛍光を射出する蛍光体部と、を有する、光源装置。
　前記蛍光体部は、前記一つの光路に統合した光により励起されて前記蛍光を射出し、
　前記第２の分割光と前記蛍光体部が射出した前記蛍光とを１つの光路に色合成する色合成部を、さらに有する、請求項１に記載の光源装置。
　前記蛍光体部は、前記第２の分割光により励起されて前記蛍光を射出し、
　前記一つの光路に統合した光と前記蛍光体部が射出した前記蛍光とを１つの光路に色合成する色光合成部を、さらに有する、請求項１に記載の光源装置。
　前記光学部材は、
　位相差板と、
　第１の偏光を反射させ、該第１の偏光とは異なる第２の偏光を透過する第１の偏光ビームスプリッタと、を有し、
　前記第１の光源部が射出した前記第１の単色光が前記位相差板を介して前記第１の偏光ビームスプリッタの一方の面に入射し、前記第１の偏光ビームスプリッタは、前記第１の単色光を前記第１の偏光よりなる前記第１の分割光と前記第２の偏光よりなる前記第２の分割光とに分割する、請求項２または３に記載の光源装置。
　前記第２の光源部は、前記第２の偏光よりなる前記第２の単色光を射出し、該第２の単色光が、前記第１の偏光ビームスプリッタの他方の面に入射し、前記第１の偏光ビームスプリッタは、前記第１の偏光よりなる前記第１の分割光と同じ光路で前記第２の単色光を前記一方の面より射出する、請求項４に記載の光源装置。
　前記光学部材は、前記第１の偏光を反射させ、前記第２の偏光を透過する第２の偏光ビームスプリッタを、さらに有し、
　前記第２の光源部は、前記第２の偏光よりなる前記第２の単色光を射出し、該第２の単色光が、前記第２の偏光ビームスプリッタの一方の面に入射し、前記第１の偏光よりなる前記第１の分割光が前記第２の偏光ビームスプリッタの他方の面に入射し、前記第２の偏光ビームスプリッタは、前記他方の面で反射された前記第１の偏光よりなる前記第１の分割光と同じ光路で、前記第２の単色光を前記他方の面より射出する、請求項４に記載の光源装置。
　前記第２の光源部は、前記第２の単色光である複数の光束を空間的に分離した状態で同じ方向に射出し、
　前記光学部材は、前記複数の光束を含む光路内の各光束を遮らない空間に設けられ、前記第１の偏光よりなる前記第１の分割光を前記複数の光束の射出方向と同じ方向に反射する反射部材を有する、請求項４に記載の光源装置。
　前記第１の光源部は、複数のレーザダイオードのチップを備える少なくとも一つの第１のレーザモジュールを有し、
　前記第２の光源部は、それぞれが複数のレーザダイオードのチップを備える複数の第２のレーザモジュールを有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光源装置。
　請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光源装置と、
　前記光源装置の射出光を変調して画像を形成する光変調部と、
　前記光変調部が形成した画像を投写する投写レンズと、を有するプロジェクタ。