JP7081328B2

JP7081328B2 - 光源装置及びプロジェクター

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Description

本発明は、光源装置及びプロジェクターに関するものである。

近年、プロジェクターに用いる光源装置として、青色レーザー光と、青色レーザー光で励起して生成した蛍光とを合成して照明光を生成する技術がある。例えば下記特許文献１には、黄色の蛍光と青色レーザー光とを合成して生成した照明光において不足する赤色成分を赤色レーザー光でアシストする光源装置が開示されている。

特開２０１６－２２４３０４号公報

上記光源装置では、合成ミラーにおいて蛍光を透過させるとともに赤色レーザー光を反射されることで２つの光を同じ方向に射出することで照明光を生成する。
ここで、例えば、蛍光に含まれる赤色成分における合成ミラーの透過率を高くした場合、合成ミラーを透過する赤色レーザー光が増加することで、赤色レーザー光に生じる光損失が増大する。一方、例えば、赤色レーザー光における合成ミラーの反射率を高くした場合、蛍光に含まれる赤色成分の合成ミラーによる反射量が増えることで、蛍光に生じる光損失が増大する。このように上記光源装置では、蛍光の赤色成分及び赤色レーザー光のいずれかに常に損失が生じるため、赤色光を効率良くアシストできなかった。また、上記光源装置では、拡散板を複数用いるため、コストが増加するという問題もあった。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光源装置は、青色レーザー発光素子と、所定波長帯の光を射出する赤色レーザー発光素子と、前記青色レーザー発光素子からの光と前記赤色レーザー発光素子からの光とを合成する光合成素子と、前記青色レーザー発光素子からの光の一部と前記赤色レーザー発光素子からの光とを拡散して反射する拡散反射素子と、前記青色レーザー発光素子からの光の一部により励起されて、赤色蛍光および緑色蛍光を含む蛍光を発光する蛍光体と、前記光合成素子の後段に設けられ、前記赤色蛍光のうち前記所定波長帯に対応する第１赤色蛍光成分と、前記赤色レーザー発光素子からの光と、前記青色レーザー発光素子からの光と、に対して偏光分離機能を有する偏光分離合成素子と、前記偏光分離合成素子と前記拡散反射素子との間に設けられた第１位相差板と、を備え、前記偏光分離合成素子は、前記青色レーザー発光素子からの光を偏光分離した青色第１偏光成分および前記赤色レーザー発光素子からの光を前記拡散反射素子に導くとともに、前記青色レーザー発光素子からの光を偏光分離した青色第２偏光成分を前記蛍光体に導き、前記赤色レーザー発光素子からの光が前記拡散反射素子および前記第１位相差板を経由して異なる偏光状態に変換された赤色拡散光と、前記青色第１偏光成分が前記拡散反射素子および前記第１位相差板を経由して異なる偏光状態に変換された青色拡散光と、前記第１赤色蛍光成分を偏光分離した赤色偏光分離成分と、前記蛍光のうち前記第１赤色蛍光成分を除いた主蛍光成分と、を一方向に射出することで、前記赤色拡散光と、前記青色拡散光と、前記赤色偏光分離成分と、前記主蛍光成分と、を合成して照明光を生成する、ことを特徴とする。

上記態様の光源装置では、前記青色レーザー発光素子と前記光合成素子との間に、回転可能に配置された第２位相差板をさらに備え、前記青色レーザー発光素子から射出された光は、前記第２位相差板を経由して前記光合成素子に入射する、のが好ましい。

上記態様の光源装置では、前記赤色レーザー発光素子が射出する所定波長帯の光は、前記青色第１偏光成分と同じ偏光方向である、のが好ましい。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、上記態様に係る光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、前記画像光を投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする。

実施形態のプロジェクターの概略構成図である。光源装置の概略構成を示す図である。偏光ビームスプリッターの分光透過率特性を示す図である。偏光ビームスプリッターを構成するフィルターを示す図である。偏光ビームスプリッターを構成するフィルターを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１は本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、光源装置２と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投射光学系６とを備えている。

本実施形態の光源装置２は、色分離光学系３に向けて白色の照明光ＷＬを射出する。色分離光学系３は、光源装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲ（例えば、波長帯が６００ｎｍ～７００ｎｍの光）と、緑色光ＬＧ（例えば、波長帯が５００ｎｍ～６００ｎｍの光）と、青色光ＬＢ（例えば、波長帯が４４０ｎｍ～４７０ｎｍの光）とに分離する。

色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを概略備えている。

第１のダイクロイックミラー７ａは、光源装置２からの照明光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、分離された赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を反射する。一方、第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過することによって、その他の光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。

第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されて、第１のダイクロイックミラー７ａを透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。一方、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢの光路中に配置されて、第２のダイクロイックミラー７ｂを透過した青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから光変調装置４Ｇに向けて反射される。

第１のリレーレンズ９ａは青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂと第２の全反射ミラー８ｂとの間に配置されている。第２のリレーレンズ９ｂは青色光ＬＢの光路中における第２の全反射ミラー８ｂと第３の全反射ミラー８ｃとの間に配置されている。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられている。また、液晶パネルの入射側及び射出側各々には、偏光板（図示せず。）が配置されている。以下、光変調装置４Ｒ，光変調装置４Ｇ，光変調装置４Ｂを単に光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂと称すことにする。

また、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂは、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂそれぞれに入射する赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢそれぞれをテレセントリック化する。

合成光学系５には、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからの画像光が入射する。合成光学系５は、各々が赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系６に向けて射出する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。

投射光学系６は、投射レンズ群からなり、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。

（光源装置）
続いて、光源装置２について説明する。図２は光源装置の概略構成を示す図である。図２に示すように、光源装置２は、青色アレイ光源２１と、第１コリメーター光学系２２と、ホモジナイザー光学系２３と、第２位相差板２８ａと、ダイクロイックミラー（光合成素子）２４と、偏光ビームスプリッター（偏光分離合成素子）２５と、第１の集光光学系２６と、蛍光発光素子２７と、第１位相差板２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０と、赤色補助光源４０と、第２コリメーター光学系４１と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とを備えている。

青色アレイ光源２１と、第１コリメーター光学系２２と、ホモジナイザー光学系２３と、第２位相差板２８ａと、ダイクロイックミラー２４と、偏光ビームスプリッター２５と、第１位相差板２８ｂと、第２の集光光学系２９と、拡散反射素子３０とは、青色アレイ光源２１の光軸ａｘ１上に順次並んで配置されている。

また、蛍光発光素子２７と、第１の集光光学系２６と、偏光ビームスプリッター２５と、レンズインテグレーター３１と、偏光変換素子３２と、重畳レンズ３３とは、照明光軸ａｘ２上に順次並んで配置されている。光軸ａｘ１と照明光軸ａｘ２とは、同一面内にあり、互いに直交する。

また、赤色補助光源４０と、第２コリメーター光学系４１と、ダイクロイックミラー２４とは、赤色補助光源４０の光軸ａｘ３上に順次並んで配置されている。

青色アレイ光源２１は複数の青色レーザー発光素子２１ａを備える。複数の青色レーザー発光素子２１ａは光軸ａｘ１と直交する面内において、アレイ状に並んで配置されている。青色レーザー発光素子２１ａは、例えば青色の光線ＢＬ（例えば波長帯が４４０ｎｍ～４７０ｎｍの青色レーザー光）を射出する。

青色アレイ光源２１から射出された光線ＢＬは、第１コリメーター光学系２２に入射する。第１コリメーター光学系２２は、青色アレイ光源２１から射出された光線ＢＬを平行光に変換する。第１コリメーター光学系２２は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ２２ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ２２ａは、複数の青色レーザー発光素子２１ａに対応して配置される。

第１コリメーター光学系２２を通過した光線ＢＬは、ホモジナイザー光学系２３に入射する。ホモジナイザー光学系２３は、マルチレンズ２３ａ、２３ｂを有する。ホモジナイザー光学系２３は、第１の集光光学系２６と協同して被照明領域（蛍光体３４）における照度分布を均一化する。また、ホモジナイザー光学系２３は、第２の集光光学系２９と協同して被照明領域（拡散反射素子３０）における照度分布を均一化する。

ホモジナイザー光学系２３を透過した光線ＢＬは第２位相差板２８ａに入射する。第２位相差板２８ａは、例えば回転可能に配置された１／２波長板である。青色レーザー発光素子２１ａから射出された光線ＢＬは直線偏光である。第２位相差板２８ａの回転角度を適切に設定することにより、第２位相差板２８ａを透過する光線ＢＬを、後述する偏光ビームスプリッター２５に対するＳ偏光とＰ偏光とを所定の比率で含む光線とすることができる。第２位相差板２８ａを回転させることにより、Ｓ偏光とＰ偏光との比率を変化させることができる。

第２位相差板２８ａを通過することで生成されたＳ偏光とＰ偏光とを含む光線ＢＬはダイクロイックミラー２４に入射する。ダイクロイックミラー２４は、光線ＢＬを偏光状態にかかわらず透過させるとともに青色の光線ＢＬと異なる波長帯の赤色光（後述する赤色補助光源４０から射出された赤色補助光線ＲＬ）を反射し、光線ＢＬ及び赤色光を合成して同一方向に射出する。ダイクロイックミラー２４を透過した光線ＢＬは偏光ビームスプリッター２５に入射する。偏光ビームスプリッター２５は、光軸ａｘ１に対して４５°の角度をなすように配置される。

ところで、本実施形態の光源装置２は、赤色補助光源４０から射出した光によって照明光ＷＬの赤色成分（赤色光ＬＲ）を補うようにしている。赤色補助光源４０は赤色レーザー発光素子４０ａを複数有する。なお、赤色レーザー発光素子４０ａの数は特に限定されない。

本実施形態において、赤色レーザー発光素子４０ａは所定波長帯の光として赤色補助光線（赤色レーザー光）ＲＬを射出する。具体的に、赤色補助光線ＲＬは、例えば６３５～６４５ｎｍにピーク波長をもつレーザー光である。また、赤色補助光線ＲＬは直線偏光であり、後述する偏光ビームスプリッター２５に対するＰ偏光に相当する。すなわち、赤色レーザー発光素子４０ａは、赤色補助光線ＲＬとして、偏光ビームスプリッター２５で光線ＢＬを偏光分離したＰ偏光の光線ＢＬｐと同じ偏光方向を持つ光を射出する。

赤色レーザー発光素子４０ａから射出された赤色補助光線ＲＬは、第２コリメーター光学系４１に入射する。第２コリメーター光学系４１は、赤色レーザー発光素子４０ａから射出された赤色補助光線ＲＬを平行光に変換する。第２コリメーター光学系４１は、例えばアレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ４１ａから構成されている。複数のコリメーターレンズ４１ａは、複数の赤色レーザー発光素子４０ａに対応して配置される。

第２コリメーター光学系４１を通過した赤色補助光線ＲＬは、ダイクロイックミラー２４で反射され、上述したようにダイクロイックミラー２４を透過する光線ＢＬと合成されて偏光ビームスプリッター２５に入射する。

図３は偏光ビームスプリッターの分光透過率特性を示す図である。図３において、縦軸は偏光ビームスプリッターの透過率を示し、横軸は偏光ビームスプリッターに入射する光の波長を示す。また、図３において、Ｐ偏光における透過率特性を実線で示し、Ｓ偏光における透過率特性を破線で示した。なお、図３において、波長λＢ０は光線ＢＬの波長より長く、蛍光ＹＬの帯域の最短波長より短い波長である。また、図３において、波長λＲ１は赤色補助光線ＲＬの所定波長帯の最短波長と同等もしくは僅かに短く、波長λＲ２は赤色補助光線ＲＬの所定波長帯の最長波長と同等もしくは僅かに長い。すなわち、波長λＲ１および波長λＲ２間の帯域は赤色補助光線ＲＬの波長帯域（６３５ｎｍ～６４５ｎｍ）と概ね一致させるのが望ましい。

図３に示すように、偏光ビームスプリッター２５において、Ｐ偏光は可視域全域にわたって９０％以上の高い透過率である。偏光ビームスプリッター２５において、Ｓ偏光はλＢ以下の短波長域およびλＲ１とλＲ２の間の波長域で透過率がゼロないしは略ゼロである。このような分光透過率特性は、例えば、図４Ａに示す特性のフィルターと図４Ｂに示す特性のフィルターとを重ねることで実現できる。

偏光ビームスプリッター２５は、光線ＢＬを、偏光ビームスプリッター２５に対するＳ偏光の光線ＢＬｓ（青色第２偏光成分）とＰ偏光の光線ＢＬｐ（青色第１偏光成分）とに分離する。Ｐ偏光の光線ＢＬｐは偏光ビームスプリッター２５を透過して拡散反射素子３０に向かい、Ｓ偏光の光線ＢＬｓは偏光ビームスプリッター２５で反射されて蛍光発光素子２７に向かう。

また、本実施形態の偏光ビームスプリッター２５は、赤色補助光線ＲＬの波長帯において、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光分離特性を有する。赤色補助光線ＲＬは、偏光ビームスプリッター２５に対するＰ偏光であるため、赤色補助光線ＲＬは偏光ビームスプリッター２５を透過する。

赤色補助光線ＲＬは、偏光ビームスプリッター２５を透過するＰ偏光の光線ＢＬｐとともに拡散反射素子３０に向かう。具体的に、偏光ビームスプリッター２５を透過した赤色補助光線ＲＬおよびＰ偏光の光線ＢＬｐは、第１位相差板２８ｂに入射する。

第１位相差板２８ｂは、偏光ビームスプリッター２５と拡散反射素子３０との間の光路中に配置された１／４波長板から構成される。したがって、偏光ビームスプリッター２５から射出されたＰ偏光の光線ＢＬｐと赤色補助光線ＲＬとは、この第１位相差板２８ｂによって、例えば、右回り円偏光の青色光線ＢＬｃ１及び赤色補助光線ＲＬｃ１に変換された後、第２の集光光学系２９に入射する。第２の集光光学系２９は、例えば１枚のレンズから構成される。ホモジナイザー光学系２３及び第２の集光光学系２９を経由した青色光線ＢＬｃ１及び赤色補助光線ＲＬｃ１は、拡散反射素子３０に対して照度分布が均一化された状態で入射する。

拡散反射素子３０は、偏光ビームスプリッター２５における蛍光体３４の反対側に配置され、第２の集光光学系２９から射出された青色光線ＢＬｃ１及び赤色補助光線ＲＬｃ１を偏光ビームスプリッター２５に向けて拡散反射させる。拡散反射素子３０としては、入射した光をランバート反射させつつ、且つ、偏光状態を乱さないものを用いることが好ましい。

以下、拡散反射素子３０により反射された光を青色光線ＢＬｃ２及び赤色補助光線ＲＬｃ２と称する。本実施形態によれば、青色光線ＢＬｃ１及び赤色補助光線ＲＬｃ１を拡散反射させることで略均一な照度分布の青色光線ＢＬｃ２及び赤色補助光線ＲＬｃ２が得られる。例えば、右回り円偏光の青色光線ＢＬｃ１及び赤色補助光線ＲＬｃ１は左回り円偏光の青色光線ＢＬｃ２及び赤色補助光線ＲＬｃ２として反射される。青色光線ＢＬｃ２及び赤色補助光線ＲＬｃ２は第２の集光光学系２９によって平行光に変換された後に再び第１位相差板２８ｂに入射する。

また、拡散反射素子３０で拡散反射された後、第１位相差板２８ｂを経由して異なる偏光状態に変換された光を青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬｓ１と称する。本実施形態によれば、左回り円偏光の青色光線ＢＬｃ２及び赤色補助光線ＲＬｃ２は、第１位相差板２８ｂによってＳ偏光の青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬｓ１に変換される。
Ｓ偏光の青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬｓ１は、偏光ビームスプリッター２５によってレンズインテグレーター３１に向けて反射される。

本実施形態において、青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬｓ１は同じ拡散反射素子３０で拡散反射されるので、互いの拡散度合いが略同等となる。よって、青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬｓ１はそれぞれ後述する蛍光ＹＬの発光分布に近づくようになる。よって、青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬｓ１と蛍光ＹＬとを合成した後述の照明光ＷＬは表示画像に色ムラを生じさせ難くなる。

一方、偏光ビームスプリッター２５で反射されたＳ偏光の光線ＢＬｓは、第１の集光光学系２６に入射する。本実施形態において、第１の集光光学系２６は、例えば第１レンズ２６ａ及び第２レンズ２６ｂから構成される。ホモジナイザー光学系２３及び第１の集光光学系２６を経由した光線ＢＬｓは、蛍光発光素子２７の被照明領域に対して照度分布が均一化された状態で入射する。蛍光発光素子２７は、蛍光体３４と、この蛍光体３４を支持する基板３５と、蛍光体３４を基板３５に固定する固定部材３６とを有している。

本実施形態において、蛍光体３４は、該蛍光体３４の側面と基板３５との間に設けられた固定部材３６により、基板３５に固定される。蛍光体３４は、光線ＢＬｓの入射する側と反対側の面において、基板３５に接触する。

蛍光体３４は、光線ＢＬｓを吸収して励起される。光線ＢＬｓにより励起された蛍光体３４は、例えば波長帯が５００～７００ｎｍの黄色の蛍光ＹＬを射出する。

蛍光体３４の光線ＢＬｓが入射する側とは反対側（第１の集光光学系２６とは反対側）には反射部３７が設けられている。反射部３７は、蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、基板３５に向かって進む成分を反射する。

基板３５の蛍光体３４を支持する面とは反対側の面には、ヒートシンク３８が配置されている。蛍光発光素子２７では、このヒートシンク３８を介して放熱できるため、蛍光体３４の熱劣化を防ぐことができる。

蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、一部の蛍光ＹＬは、反射部３７によって反射され、蛍光体３４の外部へと射出される。また、蛍光体３４で生成された蛍光ＹＬのうち、他の一部の蛍光ＹＬは、反射部３７を介さずに蛍光体３４の外部へと射出される。このようにして、蛍光ＹＬが蛍光体３４から第１の集光光学系２６に向けて射出される。蛍光ＹＬは第１の集光光学系２６にピックアップされることで平行化されて、偏光ビームスプリッター２５に入射する。

蛍光ＹＬは、緑色蛍光ＫＧ及び赤色蛍光ＫＲを含む。図３に示したように、蛍光ＹＬのうち赤色蛍光ＫＲの波長帯は、赤色補助光源４０から射出された赤色補助光線ＲＬのピーク波長帯（６３５ｎｍ～６４５ｎｍ）を含む。上述のように偏光ビームスプリッター２５は、赤色補助光線ＲＬに対して偏光分離機能を有する。そのため、偏光ビームスプリッター２５は、赤色蛍光ＫＲのうち赤色補助光線ＲＬの所定波長帯に対応する第１赤色蛍光成分ＫＲ１に対して選択的に偏光分離機能を有する。ここで、所定波長帯に対応する第１赤色蛍光成分ＫＲ１とは、図３に示した波長λＲ１および波長λＲ２間の帯域の成分に相当する。

すなわち、本実施形態の偏光ビームスプリッター２５は、赤色蛍光ＫＲのうち第１赤色蛍光成分ＫＲ１を、偏光ビームスプリッター２５に対するＰ偏光である赤色Ｐ偏光成分（赤色偏光分離成分）ＫＲ１ｐと、偏光ビームスプリッター２５に対するＳ偏光である赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓと、に分離する偏光分離機能を有する。

赤色Ｐ偏光成分ＫＲ１ｐは偏光ビームスプリッター２５を透過するとともに、赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓは偏光ビームスプリッター２５で反射されることで赤色Ｐ偏光成分ＫＲ１ｐから分離される。偏光ビームスプリッター２５で反射された赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓは、ダイクロイックミラー２４で反射された後、不図示の遮光部材で遮光される。そのため、赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓは後述する照明光ＷＬとして利用されない。

一方、偏光ビームスプリッター２５は、蛍光ＹＬのうち第１赤色蛍光成分ＫＲ１を除いた主蛍光成分ＹＬ１に対して偏光分離機能を有さない。ここで、主蛍光成分ＹＬ１とは、赤色蛍光ＫＲのうち第１赤色蛍光成分ＫＲ１を除いた赤色蛍光ＫＲ２と、緑色蛍光ＫＧとを含む。主蛍光成分ＹＬ１は、偏光ビームスプリッター２５を透過することでレンズインテグレーター３１に向かう。

本実施形態の偏光ビームスプリッター２５では、蛍光ＹＬの一部（赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓ）が照明光ＷＬとして利用されない。すなわち、赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓは光損失となるが、赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓは狭帯域であって蛍光ＹＬ全体に占める割合は僅かであるため、光源装置２全体で考えた場合、蛍光ＹＬの赤色成分に生じる光損失は十分少ないと言える。なお、赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓによる損失は赤色補助光源４０から射出される赤色補助光線ＲＬによって補償可能である。したがって、本実施形態の光源装置２によれば、蛍光ＹＬの赤色成分を効率良く利用できる。

なお、図３に示した波長λＲ１および波長λＲ２間の帯域は赤色補助光線ＲＬの波長帯と完全に一致させるのが望ましい。このようにすれば、照明光として利用できない赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓの量を最小限に抑えることができる。

本実施形態の偏光ビームスプリッター２５は、拡散反射素子３０で拡散反射した青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬｓ１と、第１赤色蛍光成分ＫＲ１を偏光分離した赤色Ｐ偏光成分ＫＲ１ｐと、主蛍光成分ＹＬ１（赤色蛍光ＫＲ２および緑色蛍光ＫＧ）と、を一方向（レンズインテグレーター３１に向かう方向）に射出する。

本実施形態の偏光ビームスプリッター２５は、青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬｓ１と、赤色Ｐ偏光成分ＫＲ１ｐと、主蛍光成分ＹＬ１とを合成して照明光ＷＬを生成する。赤色拡散光ＲＬｓ１は赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬの全光束（１００％）に相当する。

照明光ＷＬは、レンズインテグレーター３１に向けて射出される。レンズインテグレーター３１は、第１マルチレンズ３１ａと第２マルチレンズ３１ｂとを有する。第１マルチレンズ３１ａは照明光ＷＬを複数の部分光線束に分割するための複数の第１小レンズ３１ａｍを有する。

第１マルチレンズ３１ａのレンズ面（第１小レンズ３１ａｍの表面）と光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域とは互いに共役となっている。そのため、第１小レンズ３１ａｍ各々の形状は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の形状と略相似形（矩形状）となっている。これにより、第１マルチレンズ３１ａから射出された部分光束各々が光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ効率良く入射する。

第２マルチレンズ３１ｂは、第１マルチレンズ３１ａの複数の第１小レンズ３１ａｍに対応する複数の第２小レンズ３１ｂｍを有する。第２マルチレンズ３１ｂは、重畳レンズ３３とともに、第１マルチレンズ３１ａの各第１小レンズ３１ａｍの像を光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々の画像形成領域の近傍に結像させる。

レンズインテグレーター３１を透過した照明光ＷＬは、偏光変換素子３２に入射する。偏光変換素子３２は、偏光分離膜と位相差板（１／２位相差板）とをアレイ状に並べて構成される。偏光変換素子３２は、照明光ＷＬの偏光方向を所定方向に変換する。より具体的に、偏光変換素子３２は、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの光入射側に配置された偏光板（不図示）の透過軸の方向に照明光ＷＬの偏光方向を対応させる。これにより、上述のように照明光ＷＬを分離して得られる赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの偏光方向は、各光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの入射側偏光板の透過軸方向に対応する。よって、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢは入射側偏光板でそれぞれ遮光されることなく、光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域にそれぞれ良好に導かれる。

偏光変換素子３２を透過した照明光ＷＬは、重畳レンズ３３に入射する。重畳レンズ３３はレンズインテグレーター３１と協同して、被照明領域における照明光ＷＬによる照度分布を均一化する。

以上のように、本実施形態の光源装置２によれば、偏光ビームスプリッター２５により赤色補助光源４０から射出した赤色補助光線ＲＬを選択的に透過させることで、赤色補助光線ＲＬの１００％を利用して照明光ＷＬの赤色光ＬＲを生成できる。よって、赤色光ＬＲを効率良くアシストした照明光ＷＬを生成できる。

また、本実施形態の光源装置２では、偏光ビームスプリッター２５において生じる光損失（赤色Ｓ偏光成分ＫＲ１ｓ）を少なく抑えることができる。したがって、本実施形態の光源装置２によれば、蛍光ＹＬの赤色成分を効率良く利用できる。

また、本実施形態の光源装置２では、赤色補助光源４０から射出する赤色補助光線ＲＬの出力を調整することで、照明光ＷＬの赤色成分（赤色光ＬＲ）のアシスト量を任意に制御できる。よって、所望の色味の赤色光ＬＲを効率良く生成することができる。

また、本実施形態の光源装置２では、青色レーザー発光素子２１ａからの光線ＢＬと赤色レーザー発光素子４０ａからの赤色補助光線ＲＬとを共通の拡散反射素子３０で拡散反射させることができる。そのため、拡散反射素子をそれぞれ設ける構成に比べて、光源装置２の小型化及び低コスト化を図ることができる。

また、青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬｓ１は、共通の拡散反射素子３０で拡散されるので、互いの拡散度合いが均一化される。よって、青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬｓ１を合成した際、色ムラを生じ難くすることができる。よって、青色拡散光ＢＬｓ１及び赤色拡散光ＲＬｓ１を含む照明光ＷＬは色ムラが低減されたものとなる。

また、本実施形態の光源装置２によれば、第２位相差板２８ａを回転させることで、Ｓ偏光（光線ＢＬｓ）とＰ偏光（光線ＢＬｐ）との比率を変化させて、蛍光ＹＬと青色拡散光ＢＬｓ１との比率を調整できる。よって、照明光ＷＬの色バランス（ホワイトバランス）を所望の値に調整することができる。

また、本実施形態の光源装置２によれば、偏光ビームスプリッター２５で偏光分離されて拡散反射素子３０に向かうＰ偏光の光線ＢＬｐと赤色補助光線ＲＬとの偏光方向を揃えることで、位相差板などを用いることなく赤色補助光線ＲＬを拡散反射素子３０に導くことができる。

また、本実施形態のプロジェクター１によれば、上記光源装置２を備えるので、光利用効率が高く、赤色光ＬＲを良好にアシストすることで明るく良質な画像を表示できる。

なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態において、偏光ビームスプリッター２５に対する拡散反射素子３０と蛍光体３４との位置を入れ替えてもよい。すなわち、偏光ビームスプリッター２５で反射したＳ偏光の光線ＢＬｓ（青色レーザー光の第２成分）を拡散反射素子３０に入射させ、偏光ビームスプリッター２５を透過したＰ偏光の光線ＢＬｐ（青色レーザー光の第１成分）を励起光として蛍光体３４に入射させる構成としてもよい。

また、上記実施形態において、赤色補助光源４０とダイクロイックミラー２４との間にホモジナイザー光学系を配置してもよい。この構成によれば、拡散反射素子３０上における赤色補助光線ＲＬの照度分布の均一性を向上できる。

また、上記実施形態では本発明による光源装置をプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。

１…プロジェクター、２…光源装置、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投射光学系、２１ａ…青色レーザー発光素子、２４…ダイクロイックミラー（光合成素子）、２５…偏光ビームスプリッター（偏光分離合成素子）、２８ａ…第２位相差板、２８ｂ…第１位相差板、３０…拡散反射素子、３４…蛍光体、４０ａ…赤色レーザー発光素子、ＢＬｓ１…青色拡散光、ＫＧ…緑色蛍光、ＫＲ，ＫＲ２…赤色蛍光、ＫＲ１…第１赤色蛍光成分、ＫＲｐ…赤色Ｐ偏光成分（赤色偏光分離成分）、Ｐ…赤色、ＲＬｓ１…赤色拡散光、ＷＬ…照明光、ＹＬ…蛍光、ＹＬ…蛍光、ＹＬ１…主蛍光成分。

Claims

青色レーザー発光素子と、
所定波長帯の光を射出する赤色レーザー発光素子と、
前記青色レーザー発光素子からの光と前記赤色レーザー発光素子からの光とを合成する光合成素子と、
前記青色レーザー発光素子からの光のうち青色第１偏光成分と前記赤色レーザー発光素子からの光とを拡散して反射する拡散反射素子と、
前記青色レーザー発光素子からの光のうち青色第２偏光成分により励起されて、赤色蛍光および緑色蛍光を含む蛍光を発光する蛍光体と、
前記光合成素子の後段に設けられ、前記赤色蛍光のうち前記所定波長帯を有する所定赤色蛍光成分と、前記赤色レーザー発光素子からの光と、前記青色レーザー発光素子からの光と、に対して偏光分離機能を有する偏光分離合成素子と、
前記偏光分離合成素子と前記拡散反射素子との間に設けられた第１位相差板と、を備え、
前記偏光分離合成素子は、前記青色レーザー発光素子からの光を前記青色第１偏光成分と前記青色第２偏光成分とに分離するとともに、前記所定赤色蛍光成分を赤色第１偏光成分と赤色第２偏光成分とに分離し、
前記偏光分離合成素子は、前記青色第１偏光成分および前記赤色レーザー発光素子からの光を前記第１位相差板を介して前記拡散反射素子に導くとともに、前記青色第２偏光成分を前記蛍光体に導き、
前記拡散反射素子に入射した前記赤色レーザー発光素子からの光は、前記拡散反射素子および前記第１位相差板を経由して異なる偏光状態の赤色拡散光に変換され、前記拡散反射素子に入射した前記青色第１偏光成分は、前記拡散反射素子と、前記第１位相差板を経由して異なる偏光状態の青色拡散光に変換され、
前記偏光分離合成素子は、前記赤色拡散光と、前記青色拡散光と、前記赤色第１偏光成分と、前記蛍光のうち前記所定赤色蛍光成分を除いた主蛍光成分と、を一方向に射出することで、前記赤色拡散光と、前記青色拡散光と、前記赤色第１偏光成分と、前記主蛍光成分と、を合成して照明光を生成する、
光源装置。
前記青色レーザー発光素子と前記光合成素子との間に、回転可能に配置された第２位相差板をさらに備え、
前記青色レーザー発光素子から射出された光は、前記第２位相差板を経由して前記光合成素子に入射する、
請求項１に記載の光源装置。
前記赤色レーザー発光素子が射出する所定波長帯の光は、前記青色第１偏光成分と同じ偏光方向である、
請求項１又は２に記載の光源装置。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備える
プロジェクター。